(57)【要約】  第１の電流制御部の第１の端子に正側高電圧と半導体素子の第１の端子と第１の抵抗素子の第１の端子が接続される。第１の電流制御部の第２の端子に第１の能動素子の電流流入端子が接続され、第１の能動素子の制御端子に半導体素子の第２の端子と第１の抵抗素子の第２の端子が接続される。第１の能動素子の電流流出端子と制御端子の間に第２の抵抗素子が接続される。第１の電流制御部は入力信号に応じた駆動電流を第１の能動素子に流し第１の能動素子から出力される駆動電流を負荷に流し込むことにより出力電圧を発生させる。
2019187431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部を有する高電圧増幅器であって、
前記駆動部は、
第１の端子と第２の端子を有する第１の電流制御部と、
電流流入端子、電流流出端子及び制御端子を有する第１の能動素子と、
第１の端子と第２の端子を有する半導体素子と、
第１の端子と第２の端子を有する第１の抵抗素子と、
前記第１の抵抗素子に接続された第２の抵抗素子と、
を有し、
前記第１の電流制御部の前記第１の端子に、正側高電圧と前記半導体素子の前記第１の端子と前記第１の抵抗素子の前記第１の端子が接続され、
前記第１の電流制御部の前記第２の端子に、前記第１の能動素子の前記電流流入端子が接続され、
前記第１の能動素子の前記制御端子に、前記半導体素子の前記第２の端子と前記第１の抵抗素子の前記第２の端子が接続され、
前記第１の能動素子の前記電流流出端子と前記制御端子の間に前記第２の抵抗素子が接続され、
前記第１の電流制御部は、入力信号に応じた駆動電流を前記第１の能動素子に流し、前記第１の能動素子から出力される駆動電流を負荷に流し込むことにより出力電圧を発生させることを特徴とする高電圧増幅器。
【請求項２】
反転駆動部を更に有し、
前記反転駆動部は、
負側高電圧に接続された第２の電流制御部と、
前記第１の能動素子と電流極性が反転された第２の能動素子と、
第３の抵抗素子と、
前記第３の抵抗素子に接続された第４の抵抗素子と、を有し、
前記第１及び第２の電流制御部は、
前記第１の能動素子から出力される前記駆動電流を前記反転駆動部の前記第３の抵抗素子及び前記第４の抵抗素子に流し込むことを特徴とする請求項１に記載の高電圧増幅器。
【請求項３】
負側高電圧に接続された第２の電流制御部と、
前記第１の電流制御部と前記第２の電流制御部との間に接続された第２の能動素子と、
第３の抵抗素子と、
前記第３の抵抗素子に接続された第４の抵抗素子と、を更に有し、
前記第２の能動素子は、前記第１の能動素子と電流極性が同じであることを特徴とする請求項１に記載の高電圧増幅器。
【請求項４】
前記第１の能動素子と前記第２の能動素子はそれぞれ複数個設けられ、
前記第１の抵抗素子と前記第３の抵抗素子はそれぞれ複数個設けられていることを特徴とする請求項３に記載の高電圧増幅器。
【請求項５】
前記複数の第１の能動素子の個数と前記複数の第１の抵抗素子の個数は同数であり、
前記複数の第２の能動素子の個数と前記複数の第３の抵抗素子の個数は同数であることを特徴とする請求項４に記載の高電圧増幅器。
【請求項６】
前記第１の能動素子の前記制御端子は、隣接する前記第１の抵抗素子の間のノードにそれぞれ接続されており、
前記第２の能動素子の前記制御端子は、隣接する前記第３の抵抗素子の間のノードにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項５に記載の高電圧増幅器。
【請求項７】
前記第１の電流制御部に制御信号を付与する耐電圧素子と、
前記耐電圧素子に制御信号を付与する帰還制御部と、
前記帰還制御部に帰還信号を付与する分圧部と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の高電圧増幅器。
【請求項８】
請求項１に記載の高電圧増幅器に参照制御信号を付与する制御器と、
前記正側高電圧を生成する正側高電圧生成器と、
を更に有することを特徴とする高電圧電源装置。
【請求項９】
液体クロマトグラフから溶出する試料液を分析する質量分析装置であって、
イオン源を有する試料イオン化部と、
コンバージョンダイノードとシンチレータを有するイオン検出部と、を有し、
前記イオン源、前記コンバージョンダイノード及び前記シンチレータの少なくとも一つに請求項８に記載の高電圧電源装置が接続されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１０】
前記イオン源、前記コンバージョンダイノード及び前記シンチレータは、
前記駆動電流が流し込まれる前記負荷を構成することを特徴とする請求項９に記載の質量分析装置。
【請求項１１】
分析対象のイオンの極性に応じて、前記高電圧電源装置による前記出力電圧の極性又は電圧値を切り換えることを特徴とする請求項９に記載の質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧増幅器、高電圧電源装置及び質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数Ｖから数十Ｖの制御信号を基に数ｋＶ以上の高電圧を制御する高電圧増幅器及び高電圧増幅器を使用した高電圧電源装置が知られている。このような高電圧電源装置は、例えば、質量分析装置に使用されるイオン源やコンバージョンダイノードなどに使用される。【０００３】
このような高電圧電源装置は、例えば、特許文献１、２に記載されている。特許文献１、２に記載の高電圧電源装置は、出力電圧を制御する能動素子に高耐電圧トランジスタを使用し、これら能動素子を低電圧側から制御する。【０００４】
具体的には、特許文献１の高電圧電源装置では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを使用している。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力インピーダンスは低インピーダンスであるため、制御回路に加えられる電圧を高速に遷移させることができる。制御回路は、入力された高速に遷移する電圧の過渡特性を制御して能動素子の制御端子に出力する。この過渡特性を適切に設定することで、能動素子のオン又はオフを高速に制御できる。【０００５】
特許文献２の高電圧電源装置では、直流電源間に接続された２段以上のＦＥＴと、ＦＥＴを電流制御するためのフォトカプラと、フォトカプラを制御する演算増幅器とを備えている。また、被制御電圧も正電源、正負両電源、負電源と任意に選択することができる。この際、電流制御の基準電圧はフォトボルで生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１０９７３８号公報
【特許文献２】特開平１１−２５９１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１、２の高電圧電源装置では、出力電圧を制御する能動素子に高耐電圧トランジスタを使用し、能動素子を低電圧側から制御している。よって、電気的に絶縁した駆動を行う必要があり、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ又はフォトボルなどの高耐電圧絶縁部品が必要である。このため、特許文献１、２では、高電圧電源装置の高価格化と大型化を招いている。【０００８】
本発明の目的は、高耐電圧絶縁部品を省くことで安価で小型な高電圧電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の高電圧増幅器は、駆動部を有する高電圧増幅器であって、前記駆動部は、第１の端子と第２の端子を有する第１の電流制御部と、電流流入端子、電流流出端子及び制御端子を有する第１の能動素子と、第１の端子と第２の端子を有する半導体素子と、第１の端子と第２の端子を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子に接続された第２の抵抗素子と、を有し、前記第１の電流制御部の前記第１の端子に、正側高電圧と前記半導体素子の前記第１の端子と前記第１の抵抗素子の前記第１の端子が接続され、前記第１の電流制御部の前記第２の端子に、前記第１の能動素子の前記電流流入端子が接続され、前記第１の能動素子の前記制御端子に、前記半導体素子の前記第２の端子と前記第１の抵抗素子の前記第２の端子が接続され、前記第１の能動素子の前記電流流出端子と前記制御端子の間に前記第２の抵抗素子が接続され、前記第１の電流制御部は、入力信号に応じた駆動電流を前記第１の能動素子に流し、前記第１の能動素子から出力される駆動電流を負荷に流し込むことにより出力電圧を発生させることを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様の高電圧電源装置は、上記高電圧増幅器に参照制御信号を付与する制御器と、前記正側高電圧を生成する正側高電圧生成器と、を更に有することを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様の質量分析装置は、液体クロマトグラフから溶出する試料液を分析する質量分析装置であって、イオン源を有する試料イオン化部と、コンバージョンダイノードとシンチレータを有するイオン検出部と、を有し、前記イオン源、前記コンバージョンダイノード及び前記シンチレータの少なくとも一つに前記高電圧電源装置が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明一態様によれば、高耐電圧絶縁部品を省くことで、安価で小型な高電圧電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の高電圧電源装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１の高電圧増幅器の構成を示す図である。
【図３】実施例２の高電圧増幅器の構成を示す図である。
【図４】実施例３の高電圧増幅器の構成を示す図である。
【図５】実施例４の質量分析装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１及び図２を参照して、実施例１の高電圧電源装置について説明する。
図１に示すように、高電圧電源装置１００は、制御器１０１、高電圧増幅器１０３、正側直流高電圧生成器１０４、負側直流高電圧生成器１０５及び負荷１０７を有する。【００１６】
次に、高電圧電源１００の動作について説明する。
制御器１０１は、外部コントローラ（図示せず）から高電圧電源装置１００の出力高電圧を制御するために必要な制御信号１０２を基に、正側直流高電圧生成器１０４、負側直流高電圧生成器１０５及び高電圧増幅器１０３を制御する参照制御信号１０６を生成する。ここで、外部コントローラは、高電圧電源装置１００を搭載している装置のメインＰＣなどである。正側直流高電圧生成器１０４と負側直流高電圧生成器１０５は、制御器１０１から入力された低電圧（例えば、数Ｖ〜数十Ｖ）の制御信号を基に高電圧（例えば、＋数ｋＶと−数ｋＶ）を生成して高電圧増幅器１０３に印加する。制御器１０１は、例えば、演算器とメモリとオペアンプを組み合わせた回路、又は前記回路を含む装置である。【００１７】
高電圧増幅器１０３は、印加された高電圧で動作し、制御器１０１から入力された参照制御信号１０２の信号を増幅して負荷１０７に印加する。例えば、高電圧増幅器１０３の増幅倍率は数百から数千倍であり、数Ｖから数十Ｖの参照制御信号１０６を数ｋＶの高電圧に増幅する。ここで、負荷１０７は、高電圧電源装置１００が搭載される装置にある高電圧印加を必要とする負荷であり、例えば、電極などである。【００１８】
図２を参照して、実施例１の高電圧増幅器１０３について説明する。
図２に示すように、高電圧増幅器１０３は、帰還制御部２０１、耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂ、電流制御部２０３ａ、２０３ｂ、能動素子２０４ａ、２０４ｂ、半導体素子２０５ａ、２０５ｂ、抵抗素子Ａ２０６ａ、２０６ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ａと２０７ｂ、分圧部２０８、高電圧出力端子２０９を有する。電流制御部２０３ａ、２０３ｂの一例はバイポーラトランジスタである。【００１９】
ここで、図２の正側高電圧は、正側直流高電圧生成器１０４が出力する高電圧で、負側高電圧は、負側直流高電圧生成器１０５が出力する高電圧である。能動素子２０４ａと能動素子２０４ｂは動作極性が反対である。能動素子２０４ａは、例えば、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴで構成され、能動素子２０４ｂは、例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴに代表されるトランジスタで構成される。【００２０】
次に、高電圧増幅器１０３の動作について、２つのステップに別けて説明する。
第１のステップは、高電圧増幅器１０３に正側と負側の高電圧が正側直流高電圧生成器１０４と負側直流高電圧生成器１０５から印加された後で、参照制御信号１０６に、まだ制御信号が入力されず０Ｖの初期状態の場合である。正側と負側の高電圧が印加されると、抵抗素子Ａ２０６ａ、２０６ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ａ、２０７ｂ及び半導体素子２０５ａ、２０５ｂに電流が流れる。当該電流は、正側直流高電圧生成器１０４から正側直流高電圧生成器１０５に向かって流れ、抵抗素子Ａ２０６ａ、２０６ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ａ、２０７ｂ及び半導体素子２０５ａ、２０５ｂの端子間には当該電流によって電圧が発生する。【００２１】
ここで、半導体素子２０５ａ、２０５ｂは、ある一定以上の電流が流れると固定の電圧を発生させる素子であり、例えば、ツェナーダイオード又はトランジスタのダイオード接続又は定電圧回路などである。半導体素子２０５ａ、２０５ｂが生成する電圧は、能動素子２０４ａ、２０４ｂと電流制御部２０３ａ、２０３ｂの合計の動作電圧以上あれば良く、例えば、数Ｖ〜数十Ｖである。【００２２】
半導体素子２０５ａ、２０５ｂは、正側高電圧及び負側高電圧を基準に電圧を生成するので、電流制御部２０３ａは正側高電圧に、電流制御部２０３ｂは負側高電圧にフローティングされる。電流制御部２０３ａ、２０３ｂは動作に必要な電圧が半導体素子２０５ａ、２０５ｂから印加されると、耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂから入力される電流制御部２０３ａ、２０３ｂの制御信号２１１を基に能動素子２０４ａ、２０４ｂに電流を与える。【００２３】
例えば、電流制御部２０３ａは、入力される制御信号２１１の電流値の数倍〜数千を能動素子２０４ａに与える。耐電圧素子２０２ａは、低電圧で動作する帰還制御部２０１から入力される制御信号２１０を基に電流制御部２０３ａの制御信号２１１を生成する。ここで、電流制御部２０３ａは、正側高電圧にフローティングされているため、耐電圧素子２０２ａは、正側高電圧以上の高耐電圧を有する絶縁素子でなければならない。例えば、フォトカプラ又は絶縁トランスなどである。【００２４】
能動素子２０４ａは、電流制御部２０３ａから流入する電流を接続される能動素子２０４ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ｂ、負荷１０７に流出する。また、能動素子２０４ｂは、電流制御部２０３ｂから流出する電流を接続される能動素子２０４ａ、抵抗素子Ｂ２０７ａ、負荷１０７から流入する。当該電流の流入量と流出量の差異により、高電圧出力端子２０９の電圧が決定する。分圧部２０８は、高電圧出力端子２０９の電圧を分圧した帰還信号２１３を帰還制御部２０１に与える。期間制御部２０１は、例えば、オペアンプを用いた回路である。【００２５】
例えば、分圧比は数百分の一から数千分の一で、高電圧増幅器１０３の増幅倍率の逆数である。帰還制御部２０１は、入力される帰還信号２１３と参照制御信号１０６を比較する。初期状態では、参照制御信号１０６は０Ｖであるため帰還制御部２０１は帰還信号２１３を０Ｖと比較する。帰還信号２１３が０Ｖよりも低い場合は、耐電圧素子２０２ａの制御量を増加し、耐電圧素子２０２ｂの制御量を減少させることで、高電圧出力端子２０９から流出する電流量を下げて、流入する電流量を上げる。これにより、高電圧出力端子２０９の電圧を上昇させる。【００２６】
帰還信号２１３が０Ｖよりも高い場合は、耐電圧素子２０２ａの制御量を減少させ、耐電圧素子２０２ｂの制御量を増加させることで、耐電圧出力端子２０９から流出する電流量を上げて、流入する電流量を下げる。これにより、高電圧端子２０９の電圧を減少させる。この一連の動作により、高電圧出力端子２０９の電圧は、参照制御信号１０６と同じ０Ｖとなる。この第１のステップの動作により、高電圧出力端子２０９の電圧が０Ｖに安定する。【００２７】
図２では、正極側の素子（耐電圧素子２０２ａ、電流制御部２０３ａ、能動素子２０４ａ、半導体素子２０５ａ、抵抗素子Ａ２０６ａ、抵抗素子Ｂ２０７ａ）と、負極側の素子（耐電圧素子２０２ｂ、電流制御部２０３ｂ、能動素子２０４ｂ、半導体素子２０５ｂ、抵抗素子Ａ２０６ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ｂ）が対称に配置されている。しかし、実際は素子のばらつきにより正確に同じ特性を有する素子にならず、ずれが発生している。つまり、第１のステップの動作により、構成する素子の特性にばらつきがあった場合でも、正確に高電圧出力端子２０９を０Ｖにすることが可能になる。【００２８】
次に、高電圧出力端子２０９の電圧が０Ｖとなった後に、参照制御信号１０６を変化させることで高電圧出力端子２０９の電圧を制御する第２のステップを説明する。
高電圧増幅器１０３は、第１のステップで０Ｖを出力しており、耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂ、電流制御部２０３ａ、２０３ｂ、能動素子２０４ａ、２０４ｂには高電圧出力端子２０９が０Ｖになるために必要な制御量と電流値が維持されている。この状態で参照制御信号１０６を増加させ、高電圧出力端子２０９の電圧を上昇させることを考える。【００２９】
参照制御信号１０６を増加させ、帰還信号２１３の電圧より大きくすると、帰還制御器２０１は耐電圧素子２０２ａの制御量を増加し耐電圧素子２０２ｂの制御量を減少させる。これにより、高電圧出力端子２０９に流入する電流を上げ、流出する電流を下げる（図２に、当該流入する電流の流れを高電圧駆動電流２１２として記載する）。【００３０】
これにより、高電圧出力端子２０９の電圧は上昇する。分圧部２０８は、高電圧出力端子２０９の電圧を分圧した帰還信号２１３を帰還制御部２０１に与えており、帰還制御部２０１は参照制御信号１０６と帰還信号２１３が等しくなると当該制御量の調整を終了する。この動作は、参照制御信号１０６を減少させた場合も同様である。この一連の動作により、高電圧出力端子２０９の電圧は、参照制御信号を分圧部２０８の分圧比の逆数の値に増倍した電圧となる。【００３１】
以上から、実施例１の高電圧電源装置では、制御信号の伝送用の耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂのみを使用し、電力や参照電圧を伝送するための他の耐電圧素子が不要となる。これにより、安価で小型な高電圧電源装置を提供できる。
【実施例２】
【００３２】
実施例１では、能動態素子にＰ型とＮ型と反対極性の能動素子を使用しているが、一般的に高耐電圧のＭＯＳＦＥＴは、Ｐ型と比較してＮ型の耐電圧が高い。そこで、実施例２では、Ｎ型のみで能動素子を構成することにより、より高い電圧を扱うことを可能にする。【００３３】
図３を参照して、実施例２の高電圧増幅器１０３について説明する。
高電圧増幅器１０３は、帰還制御部２０１、耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂ、電流制御部２０３ａ、２０３ｂ、能動素子３０１、２０４ｂ、半導体素子２０５ａ、２０５ｂ、抵抗素子Ａ２０６ａ、２０６ｂ、抵抗素子Ｂ２０７ａ、２０７ｂ、分圧部２０８及び高電圧出力端子２０９を有する。ここで、能動素子３０１と能動素子２０４ｂは動作極性が同じ能動素子であり、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。【００３４】
電流制御部２０３ａと半導体素子２０５ａ、抵抗素子Ａ２０６ａは、高電圧出力端子２０９に接続しており、当該素子は高電圧出力端子２０９の電圧でフローティングして動作する。つまり、実施例２では、当該素子もフローティングしている基準の電圧が実施例１と異なる。【００３５】
しかし、実施例１で記述したとおり、高電圧出力端子２０９の電圧を制御する動作は、電流生制御部２０３ａ、２０３ｂの電流値のみで決まるため、フローティングしている基準の電圧に依存しない。従って、実施例１と同様に参照制御信号１０６を用いて高電圧出力端子２０９の電圧を制御することが可能となる。【００３６】
以上から、実施例２の高電圧電源装置では、一般的に耐電圧の高いＮ型の能動素子のみで高電圧増幅器を構成することが可能となり、より高い電圧を扱うことが可能となる。
【実施例３】
【００３７】
実施例１、２では、扱える最大電圧は使用する能動素子２０４ａ、２０４ｂ、３０１と抵抗素子Ｂ２０７ａ、２０７ａの最大耐電圧で決定する。実施例３では、複数の能動素子と抵抗素子Ｂを多段接続することで、より高い電圧を扱えることを可能にする。【００３８】
図４を参照して、実施例３の高電圧増幅器１０３について説明する。
高電圧増幅器１０３は、帰還制御部２０１、耐電圧素子２０２ａ、２０２ｂ、電流制御部２０３ａ、２０３ｂ、能動素子群４０１ａ、４０１ｂ、半導体素子２０５ａ、２０５ｂ、抵抗素子Ａ２０６ａ、２０６ｂ、抵抗素子Ｂ群４０２ａ、４０２ｂ、分圧部２０８及び高電圧出力端子２０９を有する。【００３９】
ここで、能動素子群４０１ａ、４０１ｂは、複数の能動素子を多段接続しており、例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴの多段接続で構成される。また、抵抗素子Ｂ群４０２ａ、４０２ｂは、複数の高耐電圧抵抗素子を多段接続した構成である。【００４０】
能動素子群４０１ａは、正側高電圧と電流制御部２０３ａの間に接続され、抵抗素子Ｂ群４０２ａは、正側高電圧と抵抗素子Ａ２０６ａの間に接続される。能動素子群４０１ａと抵抗素子群４０２ａを構成する素子の個数は同数であり、能動素子群４０１ａ内の能動素子の制御端子（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子）と抵抗素子Ｂ群４０２ａ内の抵抗素子間ノード（接続点）をそれぞれ接続する。同様に、能動素子群４０１ｂは、高電圧出力端子２０９と電流制御部２０３ｂの間に接続され、抵抗素子Ｂ群４０２ｂは、高電圧出力端子２０９と抵抗素子Ａ２０６ｂの間に接続される。【００４１】
能動素子群４０１ｂと抵抗素子Ｂ群４０２ｂを構成する素子の個数は同数であり、能動素子群４０１ｂ内の能動素子の制御端子と抵抗素子Ｂ群４０２ｂ内の抵抗素子間ノードをそれぞれ接続する。このような構成をとることで、能動素子群４０１ａ、４０１ｂは１つの能動素子と同様に動作し、抵抗素子Ｂ群４０２ａ、４０２ｂも１つの抵抗素子Ｂと同様に動作する。つまり、第２の実施例と同様の動作で高電圧出力端子２０９の電圧を制御することが可能となる。ここで、能動素子群４０１ａ、４０１ｂと抵抗素子Ｂ群４０２ａ、４０２ｂをＮ個の素子で構成した場合、１つの能動素子と抵抗素子Ｂに印加される電圧は１／Ｎに低減することが可能になる。【００４２】
以上から、実施例３の高電圧電源装置では、単一の能動素子と抵抗素子Ｂの耐電圧のＮ倍の耐電圧を得ることができ、より高い電圧を扱うことが可能となる。
【実施例４】
【００４３】
実施例４は、実施例１〜３の高電圧電源装置１００を質量分析装置に適用した形態である。図５を参照して、実施例４の質量分析装置について説明する。【００４４】
この質量分析装置は、一例として液体クロマトグラフから溶出する試料液を分析する装置であり、装置制御部１、第１高電圧電源装置２、第２高電圧電源装置３、第３高電圧電源装置４、試料イオン化部５、マスフィルタ部６及びイオン検出部１４を有する。ここで、試料イオン化部５は、イオン源１５を有する。イオン検出部１４は、コンバージョンダイノード７、シンチレータ及び光電子検出器９を有する。【００４５】
図５を用いて、質量分析装置の動作を説明する。
分析用の試料液は試料イオン化部５において試料原子や分子をイオン化する。この際に、発生させるイオンの極性に応じて異なる極性の高電圧（通常、数ｋＶ程度）は第１高電圧電源２から供給される。イオン化により発生したイオン分子１０は、マスフィルタ部６に送られる。マスフィルタ部６では、高周波電圧と直流電圧とを重畳した電圧が印加され、その電圧により形成される電場によって所定質量数のイオンのみが通過し、選択後のイオン分子１１が通過する。【００４６】
その後段のコンバージョンダイノード７には、第２高電圧電源装置３からの電圧が供給される。分析対象であるイオン分子１１と逆極性の高電圧（通常１０ｋＶ程度）が印加されており、それによる電場に誘引されたイオン分子１１はコンバージョンダイノード７に接触して二次電子１２を叩き出す。放出された２次電子１２は、第３高電圧電源装置４から高電圧（通常、１０ｋＶ程度）を供給されているシンチレータ８の方向に進み、シンチレータ８へのエネルギーを与える。【００４７】
シンチレータ８ではフォトン１３が生成され、光電子検出器９で増幅されて、始めに飛び込んだ２次電子１２の数に応じた、つまりはコンバージョンダイノード７に到達したイオンの数に応じた検出信号が取り出される。分析対象であるイオンの極性に応じて、装置制御部１が第１と第２と第３高電圧電源装置２、３、４にそれぞれ出力する高電圧の極性や電圧値の制御信号を送信する。【００４８】
一般的に、試料イオン化部５とコンバージョンダイノード７、シンチレータ８は数十ｐＦ〜数百ｐＦの容量性負荷である。第１と第２と第３高電圧電源装置２、３、４は、１０ｋＶ程度の電圧切り換えをサブミリ秒と高速に行えるので、例えば、正イオン検出と負イオン検出とを短時間毎に交互に繰り返した分析が可能となる。つまり、イオン検出できない期間が短くなり、良好なマスクロマトグラムやイオンクロマトグラムを作成することができる。【００４９】
更に、図５に示すとおり、高電圧電源装置は質量分析装置に複数台搭載する必要がある。つまり、安価で小型な高電圧電源装置を実現することで、質量分析装置の低コストと小型化に、より貢献することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  高電圧電源装置
１０１  制御器
１０２  制御信号
１０３  高電圧増幅器
１０４  正側直流高電圧生成器
１０５  負側直流高電圧生成器
１０６  参照制御信号
１０７  負荷
２０１  帰還制御部
２０２ａ、ｂ  耐電圧素子
２０３ａ、ｂ  電流制御部
２０４ａ、ｂ  能動素子
２０５ａ、ｂ  半導体素子
２０６ａ、ｂ  抵抗素子Ａ
２０７ａ、ｂ  抵抗素子Ｂ
２０８  分圧部
２０９  高電圧出力端子
２１０  耐電圧素子の制御信号
２１１  電流制御部の制御信号
２１２  高電圧駆動電流
２１３  帰還信号
２２０ａ  駆動部
２２０ｂ  反転駆動部
３０１  能動素子
４０１ａ、ｂ  能動素子群
４０２ａ、ｂ  抵抗素子Ｂ群
１  装置制御部
２  第１高電圧電源装置
３  第２高電圧電源装置、
４  第３高電圧電源装置
５  試料イオン化部
６  マスフィルタ部
７  コンバージョンダイノード
８  シンチレータ
９  光電子検出器
１０  イオン分子１０
１１  選択後のイオン分子
１２  ２次電子
１３  フォトン
１４  イオン検出部
１５  イオン源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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