特許 5778053 質量分析装置及び質量分析装置の調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5778053

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】質量分析装置及び質量分析装置の調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/42 20060101AFI20150827BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/42

   G01N27/62 B

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-22940(P2012-22940)

(22)【出願日】2012年2月6日

(65)【公開番号】特開2013-161666(P2013-161666A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】金井 久亮

(72)【発明者】

【氏名】大西 富士夫

(72)【発明者】

【氏名】幕内 雅巳

【審査官】 桐畑 幸▲廣▼

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１７５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８８１５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４９／４２

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を導入する試料導入室と
該試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
該イオン化室でイオン化された前記試料を該イオンの質量に応じて分離するイオントラッ
プ部と、
該イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出
器と、
該検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部と
を備えた質量分析装置であって、
前記イオントラップ部は、
対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、
該ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成して前記ロッド
電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧
ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極に印加した
高電圧ＲＦ信号とは逆相の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路手段と、
前記一方の一組のロッド電極に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極
に印加する前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と前記共振回路手段の共振周波数を測定
する共振周波数・振幅差測定手段と、
該共振周波数・振幅差測定手段で測定した前記高電圧ＲＦ信号の振幅差と前記共振回路手
段の共振周波数の情報に基づいて前記共振回路手段を調整する制御手段とを備え、
前記共振回路手段は、前記ＲＦ信号源の駆動周波数と前記共振回路手段の共振周波数とを同調させる周波数同調部と、前記高電圧ＲＦ信号の前記振幅差を所定の値に調整するための振幅差調整部とを有し、
前記制御手段は、前記共振周波数・振幅差測定手段で測定した前記高電圧ＲＦ信号の振
幅差と前記共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて、前記共振回路手段の振幅差調整
部を制御して前記高電圧ＲＦ信号の振幅差が小さくなるように調整するとともに、前記共
振回路手段の周波数同調部を制御して前記共振回路の共振周波数を前記ＲＦ信号源の駆動
周波数に整合させるように調整する
ことを特徴とする質量分析装置。

【請求項2】

前記共振回路手段の振幅差調整部は、前記ロッド電極部の前記対向する一方の一組のロ
ッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側に接続する可変容量コンデンサと、前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側に接続する可変容量コンデンサとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。

【請求項3】

前記共振回路手段の振幅差調整部は、前記ロッド電極部の前記対向する一方の一組のロ
ッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側に並列に接続する第１の複数のコンデンサと、
前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印
加する側に前記第１の複数のコンデンサのそれぞれのコンデンサに対応して並列に接続す
る第２の複数のコンデンサと、前記第１の複数のコンデンサ又は該第１の複数のコンデン
サのそれぞれのコンデンサに対応する前記第２のコンデンサの何れかを接地状態に切り替
える複数のスイッチとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の質量分析
装置。

【請求項4】

前記共振回路手段の周波数同調部は、前記ロッド電極部の前記対向する一方の一組のロ
ッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側と前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組
のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側とに接続する可変容量コンデンサとを備え
て構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の質量分析装置。

【請求項5】

試料を導入する試料導入室と、
該試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
該イオン化室でイオン化された前記試料を該イオンの質量に応じて分離するイオントラッ
プ部と、
該イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出
器と、
該検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部と
を備えた質量分析装置であって、
前記イオントラップ部は、
対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、
該ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成して前記ロッド
電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧
ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極に印加した
高電圧ＲＦ信号とは逆相の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路手段と、
前記一方の一組のロッド電極に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極
に印加する前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と前記共振回路手段の共振周波数を測定
する共振周波数・振幅差測定手段と、
該共振周波数・振幅差測定手段で測定した前記高電圧ＲＦ信号の振幅差と前記共振回路手
段の共振周波数の情報に基づいて前記共振回路手段を調整する制御手段と
を備えた質量分析装置であって、
前記共振回路手段は、前記ＲＦ信号源の駆動周波数と前記共振回路手段の共振周波数とを同調させる周波数同調部と、前記高電圧ＲＦ信号の前記振幅差を所定の値に調整するための振幅差調整部とを有し、
前記制御手段は、前記共振周波数・振幅差測定手段で測定した前記高電圧ＲＦ信号の振
幅差と前記共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて前記共振回路手段の振幅差調整部
を制御する振幅差制御部と、前記共振回路手段の周波数同調部を制御する周波数同調制御
部とを備える
ことを特徴とする質量分析装置。

【請求項6】

前記共振周波数・振幅差測定手段は、前記一方の一組のロッド電極に印加する高電圧Ｒ
Ｆ信号を分圧する第１の分圧部と、該第１の分圧部により前記高電圧ＲＦ信号から分圧さ
れたＲＦ信号を整流する第１の整流回路部と、前記他方の一組のロッド電極に印加する前
記逆相の高電圧ＲＦ信号を分圧する第２の分圧部と、該第２の分圧部により前記高電圧Ｒ
Ｆ信号から分圧されたＲＦ信号を整流する第２の整流回路部と、前記第１の整流回路部で
整流して得られた第１の直流信号と前記第２の整流回路部で整流して得られた第２の直流
信号とを加算した信号を求める加算器と、該加算器で求めた前記第１の直流信号と前記第
２の直流信号との加算信号に基づいて前記共振回路手段の共振周波数を求める共振周波数
測定部を有し、前記制御手段は、前記共振周波数測定部で求めた前記共振回路手段の共振
周波数の情報に基づいて前記共振回路手段の共振周波数を前記ＲＦ信号源の駆動周波数と同調させるように前記周波数同調部を制御する周波数同調制御部を有することを特徴とする請求項５記載の質量分析装置。

【請求項7】

前記共振周波数・振幅差測定手段は、前記第１の整流回路部で整流して得られた第１の
直流信号と前記第２の整流回路部で整流して得られた第２の直流信号との差信号を求める
減算器と、該減算器で求めた前記第１の直流信号と前記第２の直流信号との差信号に基づ
いて前記共振周波数測定部で求めた前記共振回路手段の共振周波数における前記一方の一
組のロッド電極に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極に印加する前記
逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅の差を求める振幅差測定部を更に有することを特徴とする
請求項６記載の質量分析装置。

【請求項8】

前記制御手段は、前記ＲＦ信号源で発生させる高電圧ＲＦ信号の周波数を掃引させる駆
動周波数掃引制御部を備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の質量分析
装置。

【請求項9】

ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振回路で共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、
対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えたロッド電極部の前記４本のロッ
ド電極のうち該４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に
前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロ
ッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相にした状態で前記生成した高電圧ＲＦ信号を
印加し，
前記一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極
に印加した前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と前記共振回路の共振周波数を測定し、
該測定した前記高電圧ＲＦ信号の振幅差と前記共振回路の共振周波数の情報に基づいて
前記共振回路を調整する
質量分析装置の調整方法であって、
前記ロッド電極に印加した前記高電圧ＲＦ信号と前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差
の情報と前記共振回路の共振周波数との情報に基づいて、前記振幅差が小さくなるように
前記共振回路を調整するとともに、前記共振回路の共振周波数を前記ＲＦ信号の周波数に
整合させるように前記共振回路を調整する
ことを特徴とする質量分析装置の調整方法。

【請求項10】

前記振幅差が小さくなるように前記共振回路を調整することを、前記ロッド電極部の前
記対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側に接続する可変容量
コンデンサの容量と、前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組のロッド電極対に高電
圧ＲＦ信号を印加する側に接続する可変容量コンデンサの容量とを調整することにより行
うことを特徴とする請求項９記載の質量分析装置の調整方法。

【請求項11】

前記振幅差が小さくなるように前記共振回路を調整することを、前記ロッド電極部の前
記対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加する側に並列に接続する第
１の複数のコンデンサと、前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組のロッド電極対に前記逆相の高電圧ＲＦ信号を印加する側に前記第１の複数のコンデンサのそれぞれのコンデンサに対応して並列に接続する第２の複数のコンデンサとの何れかに接地状態を切り替えることにより行うことを特徴とする請求項９記載の質量分析装置の調整方法。

【請求項12】

前記共振回路の共振周波数を前記ＲＦ信号の周波数に整合させるように前記共振回路を
調整することを、前記ロッド電極部の前記対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧Ｒ
Ｆ信号を印加する側と前記ロッド電極部の前記対向する他方の一組のロッド電極対に前記逆相の高電圧ＲＦ信号を印加する側とに接続する可変容量コンデンサの容量を調整することにより行うことを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記載の質量分析装置の調整方法。

【請求項13】

対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を有するロッド電極部を備えた質量分
析装置の調整方法であって、
ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成する共振回路の共
振周波数を検出し、
該検出した共振回路の共振周波数に同調するように前記ＲＦ信号源の駆動周波数を設定し
、
該設定した駆動周波数で前記ＲＦ信号源から発生させたＲＦ信号を前記共振回路で共振増
幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、
前記ロッド電極部の前記４本のロッド電極のうち該４本のロッド電極の中心軸に対して
対向する一方の一組のロッド電極対に前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組
のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相にした
状態で前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加し、
前記一方の一組のロッド電極対に印加した前記高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッ
ド電極対に印加した前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅の差を検出し、
該検出した振幅の差を予め設定した値と比較し、
前記検出した振幅の差が予め設定した値よりも大きい場合には前記振幅の差が小さくな
るように前記共振回路を調整する
ことを特徴とする質量分析装置の調整方法。

【請求項14】

前記検出した振幅の差が予め設定した値よりも大きい場合に前記振幅の差が小さくなる
ように前記共振回路を調整した後に、再度前記共振回路の共振周波数を検出し、該検出し
た共振回路の共振周波数が前記設定したＲＦ信号源の駆動周波数に同調するように前記共
振回路を調整し、該調整した共振回路で共振増幅した高電圧ＲＦ信号を前記ロッド電極部
の前記４本のロッド電極のうち該４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組
のロッド電極対に前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前
記一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相にした状態で前記生成した
高電圧ＲＦ信号を印加し，前記一方の一組のロッド電極対に印加した前記高電圧ＲＦ信号
と前記他方の一組のロッド電極対に印加した前記逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅の差を検
出することを特徴とする請求項１３に記載の質量分析装置の調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオンを捕捉する機能をもつイオントラップ部を備えて物質の組成同定に用いられる質量分析装置及び質量分析装置の調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

質量分析装置のイオントラップ部は、双曲面の断面形状を持った複数の電極で構成されており、その電極に高電圧の高周波信号（以下、高電圧ＲＦ信号と記す）および直流電圧を印加することで、複数の電極で形成される空間に電場を発生させてイオンを捕捉する。

【0003】

図９を用いて、イオントラップ部のイオンの捕捉原理について説明する。ここでは、イオントラップ部として、双曲面の断面形状を持つ４本の電極柱 (以下、ロッド電極と記す)９０８ａ−１，９０８ａ−２，９０８ｂ−１，９０８ｂ−２を平行に配置して構成されるロッド電極部９０５を一例として挙げる。また、高電圧ＲＦ信号を生成する回路の一例として、高周波信号（以下、RF信号）を出力するＲＦ信号源９０１と、コイル９０２ａ，９０２ｂとコンデンサ９０３ａ,９０３ｂ、９０４および配線の寄生容量などで形成される共振回路９０６とで構成される回路を示す。

【0004】

４本のロッド電極９０８ａ−１，９０８ａ−２，９０８ｂ−１，９０８ｂ−２の中心軸に対して、対向するロッド電極対９０８ａ−１と９０８ａ−２に同相の高電圧ＲＦ信号を印加し、他方のロッド電極対９０８ｂ−１と９０８ｂ−２に、逆相の高電圧ＲＦ信号を印加した場合の、中心軸に対して直交するｘ−ｙ平面におけるイオンの運動方程式は、次式によって表される。

【0005】

【数1】

【0006】

【数2】

【0007】

【数3】

【0008】

【数4】

【0009】

ここで、ｅはイオンの電荷量を、Ｖは高電圧ＲＦ信号の振幅を、ｍはイオンの質量数を、ｒ_０はロッド電極で囲まれた空間に内接する円の半径を、ωは高電圧ＲＦ信号の角周波数を、ｔは時間を表す。

【0010】

一般に、ｍ／ｅの質量電荷比のイオンをイオントラップ内に捕捉するには、ｑ≦０．９０８となるように、Ｖおよびωを決定すればよいことが知られている。

【0011】

しかしながら、上述のようにＶおよびωを決定しても、各ロッド電極対に接続されるコイルのインダクタンスやコンデンサの製造バラつきなどにより、各ロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅に差が生じることがあり、そのような場合には、(数１)および(数２)の運動方程式を満足しなくなるため、イオンのトラップ効率が低下する場合や、所望の質量電荷比を持つイオンを捕捉できない場合がある。

【0012】

この問題を解決する手段として、特許文献１には、４本のロッド電極で構成されるイオントラップにおいて、各ロッド電極に可変コンデンサを設けて、高周波電圧が同一値になるように各可変コンデンサを調整することが可能な線形イオントラップ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００１−３３２２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、各ロッド電極に接続された可変コンデンサの内、いずれかの可変コンデンサを調整して、高電圧RF信号振幅差を調整した場合の共振周波数と駆動周波数の関係を説明する図である。図１０Ａは、高電圧RF信号の振幅差を補正していない状態で、周波数同調手段により共振周波数ｆ_Ｒと駆動周波数ｆ_Ｄを一致させた場合の高電圧ＲＦ信号の周波数特性を示している。共振周波数において、ロッド電極対の高電圧ＲＦ信号の振幅に大きな差が生じていることが分かる。図１０Ｂは、図１０Ａの状態から、可変コンデンサにより高電圧ＲＦ信号の振幅差を補正した場合の周波数特性を示している。振幅差補正により振幅差が減少するが、一方で、共振周波数と駆動周波数が不一致となることが分かる。

【0015】

このため、共振周波数ｆ_Ｒと駆動周波数ｆ_Ｄを一致させるために、再度、他の可変コンデンサを調整する必要が生じて、調整工数が増大するという課題がある。また、共振周波数と駆動周波数が不一致の状態のまま、イオントラップ装置を動作させた場合には、増幅率の低下による消費電力の増大や、回路の動作マージンの減少により装置が異常動作する可能性がある。

【0016】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、高電圧RF信号の振幅差を調整した場合においても、共振周波数と駆動周波数のズレを低減し、振幅差の調整工数の低減および駆動周波数と共振周波数のズレによる増幅率の低下などを軽減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記した課題を解決するために、本発明では、試料を導入する試料導入室と、この試料
導入室に導入された試料をイオン化するイオン化室と、このイオン化室でイオン化された
試料をこのイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部と、このイオントラップ部で
分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、この検出器でイ
オンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えた質量分析装置において
、イオントラップ部を、対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えたロッド
電極部と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、このＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を
共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成してロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対し
て対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電
極対に前記一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相の高電圧ＲＦ信号
を印加する共振回路手段と，一方の一組のロッド電極に印加する高電圧ＲＦ信号と他方の
一組のロッド電極に印加する逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と共振回路手段の共振周波
数を測定する共振周波数・振幅差測定手段と、この共振周波数・振幅差測定手段で測定し
た高電圧ＲＦ信号の振幅差と共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて共振回路手段を
調整する制御手段とを備え、共振回路手段は、ＲＦ信号源の駆動周波数と共振回路手段の共振周波数とを同調させる周波数同調部と、高電圧ＲＦ信号の振幅差を所定の値に調整するための振幅差調整部とを有し、制御手段は、共振周波数・振幅差測定手段で測定した高電圧ＲＦ信号の振幅差と共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて、共振回路手段の振幅差調整部を制御して高電圧ＲＦ信号の振幅差が小さくなるように調整するとともに、共振回路手段の周波数同調部を制御して共振回路の共振周波数をＲＦ信号源の駆動周波数に整合させるように調整するように構成した。

【0018】

また、上記した課題を解決するために、本発明では、試料を導入する試料導入室と、こ
の試料導入室に導入された試料をイオン化するイオン化室と、このイオン化室でイオン化
された試料をこのイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部と、このイオントラッ
プ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、この検出
器でイオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えた質量分析装置に
おいて、イオントラップ部を、対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えた
ロッド電極部と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、このＲＦ信号源で発生させたＲＦ
信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成してロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸
に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロ
ッド電極対に一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相の高電圧ＲＦ信
号を印加する共振回路手段と，一方の一組のロッド電極に印加する高電圧ＲＦ信号と他方
の一組のロッド電極に印加する逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と共振回路手段の共振周
波数を測定する共振周波数・振幅差測定手段と、この共振周波数・振幅差測定手段で測定
した高電圧ＲＦ信号の振幅差と共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて共振回路手段
を調整する制御手段とを備え、共振回路手段は、ＲＦ信号源の駆動周波数と共振回路手段の共振周波数とを同調させる周波数同調部と、高電圧ＲＦ信号の振幅差を所定の値に調整するための振幅差調整部とを有し、制御手段は、共振周波数・振幅差測定手段で測定した高電圧ＲＦ信号の振幅差と共振回路手段の共振周波数の情報に基づいて共振回路手段の振幅差調整部を制御する振幅差制御部と、共振回路手段の周波数同調部を制御する周波数同調制御部とを備えて構成した。

【0019】

更に、上記した課題を解決するために、本発明では、ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振回路で共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、対向して配置された２組の合計４本のロッド電極を備えたロッド電極部の４本のロッド電極のうちこの４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号とは逆相にした状態で前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加し，一方の一組のロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極に印加した逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差と共振回路の共振周波数を測定し、この測定した高電圧ＲＦ信号の振幅差と共振回路の共振周波数の情報に基づいて共振回路を調整する質量分析装置の調整方法において、ロッド電極に印加した高電圧ＲＦ信号と逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差の情報と共振回路の共振周波数との情報に基づいて、振幅差が小さくなるように共振回路を調整するとともに、共振回路の共振周波数をＲＦ信号の周波数に整合させるように共振回路を調整するようにした。

【0020】

更にまた、上記した課題を解決するために、本発明では、対向して配置された２組の合
計４本のロッド電極を有するロッド電極部を備えた質量分析装置の調整方法において、Ｒ
Ｆ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成する共振回路の共振
周波数を検出し、この検出した共振回路の共振周波数に同調するようにＲＦ信号源の駆動
周波数を設定し、この設定した駆動周波数でＲＦ信号源から発生させたＲＦ信号を共振回
路で共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部の４本のロッド電極のうちこの
４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に前記生成した高
電圧ＲＦ信号を印加して他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極に印加
した高電圧ＲＦ信号とは逆相にした状態で前記生成した高電圧ＲＦ信号を印加し，一方の
一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対に印加した逆
相の高電圧ＲＦ信号との振幅の差を検出し、この検出した振幅の差を予め設定した値と比
較し、検出した振幅の差が予め設定した値よりも大きい場合には振幅の差が小さくなるよ
うに共振回路を調整するようにした。

【発明の効果】

【0021】

本願において開示される発明のうち代表的な発明によれば、振幅差調整手段を調整した際に生じる駆動周波数と共振周波数のズレを抑制できることから、温度や湿度が変化した場合においても、質量分析装置を安定動作させることができる。また、調整時間を短縮できることから、質量分析装置の測定スループットを向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る質量分析装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施例１に係るイオントラップ部の構成を説明するブロック図である。

【図3A】高圧ＲＦ信号振幅を調整する前の共振周波数と駆動周波数の関係を説明するグラフである。

【図3B】本発明の実施例１に係るイオントラップ部を適用して高圧ＲＦ信号振幅を調整した場合の共振周波数と駆動周波数の関係を説明するグラフである。

【図4】本発明の実施例２に係るイオントラップ部の構成を説明するブロック図である。

【図5】本発明の実施例２に係るイオントラップ部で抵抗素子を挿入して共振回路のＱ値を低下させる構成を説明するブロック図である。

【図6】本発明の実施例３に係るイオントラップ部の構成を説明するブロック図である。

【図7】本発明の実施例３に係るイオントラップ部の共振周波数・振幅差測定手段と制御手段の詳細な構成を示すブロック図である。

【図8】本発明の実施例３に係る振幅差および駆動周波数を調整する処理の流れを説明するフロー図である。

【図9】従来の質量分析装置のイオントラップ部の構成を説明するブロック図である。

【図10A】高圧ＲＦ信号振幅を調整する前の共振周波数と駆動周波数の関係を示す高電圧ＲＦ信号振幅と周波数との関係を示すグラフである。

【図10B】従来の方式により高圧ＲＦ信号振幅を調整した場合の共振周波数と駆動周波数の関係を示す高電圧ＲＦ信号振幅と周波数との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本発明のイオントラップ装置が適用された質量分析装置の構成を説明するための図である。質量分析装置は、試料導入室１００１、イオン化室１００２、イオントラップ部１００３、検出器１００４およびデータ処理部１００５で構成される。試料ガスは、試料導入室１００１に導入された後、イオン化室１００２でイオン化される。イオン化した試料は、イオントラップ部１００３へ移動し、イオントラップ部１００３において、イオンの溜め込みと、質量スペクトルを得るための質量スキャン動作が行われる。質量スキャンによりイオントラップ部１００３から放出されたイオンは、検出器１００４により電気信号に変換され、データ処理部１００５にてソフト補正されて、質量スペクトルが得られ、その結果が出力部１００６に送られて質量スペクトルの情報が画面１００７に表示される構成となっている。

【0024】

次に、イオンストラップ部１００３の構成について、複数の実施例を以下に説明する。

【実施例1】

【0025】

図２は、本発明によるイオントラップ部１００３の第１の実施形態の構成を説明するための図である。第１の実施形態に係るイオントラップ部１００３は、ＲＦ信号源１０１とロッド電極部１０５、共振周波数・振幅差測定手段１０６、制御手段１０７、共振回路部１０９を備えている。

【0026】

ＲＦ信号源１０１は高周波信号（ＲＦ信号）を発生させる。ロッド電極部１０５は、対向して平行に配置されて対をなす２組の合計４本のロッド電極、即ちロッド電極の中心軸に対して対向する一方のロッド電極対１０８ａ−１、１０８ａ−２と他方のロッド電極対１０８ａ−１、１０８ａ−２とを備えている。

【0027】

共振回路１０９は、コイル１０２ａ，１０２ｂと可変容量コンデンサ１０３ａ，１０３ｂ，１０４および配線の寄生容量などからなる。

【0028】

共振回路１０９は、ＲＦ信号源１０１で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成してロッド電極部１０５の一方のロッド電極対１０８ａ−１と１０８ａ−２に同相の高電圧ＲＦ信号を印加し、他方のロッド電極対１０８ｂ−１と１０８ｂ−２に逆相の高電圧ＲＦ信号を印加する。共振回路１０９の可変容量コンデンサ１０３ａ及び１０３ｂは、ＲＦ信号源１０１で発生させた高電圧ＲＦ信号の振幅差を所定の値に調整するための振幅差調整手段として機能する（以下、振幅差調整手段１０３ａ及び１０３ｂと記す）。可変容量コンデンサ１０４は、ＲＦ信号源１０１で発生させた高電圧ＲＦ信号の駆動周波数と共振回路の共振周波数を同調させる周波数同調手段として機能する（以下、周波数同調手段１０４と記す）。

【0029】

共振周波数・振幅差測定手段１０６は、ＲＦ信号源１０１で発生されて一方の一組のロッド電極対１０８ａ−１と１０８ａ−２に印加される高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対１０８ｂ−１と１０８ｂ−２に印加される前記一方の一組のロッド電極対１０８ａ−１と１０８ａ−２に印加される高電圧ＲＦ信号とは逆相の高電圧ＲＦ信号とを入力して、それぞれの高電圧ＲＦ信号の振幅差及び共振回路の共振周波数を測定する。

【0030】

制御手段１０７は、振幅差測定手段１０６で測定した一方のロッド電極対１０８ａ−１と１０８ａ−２に印加される同相の高電圧ＲＦ信号と他方のロッド電極対１０８ｂ−１と１０８ｂ−２に印加される逆相の高電圧ＲＦ信号との振幅差及び共振回路の共振周波数の結果を基に、振幅差調整手段１０３ａ，１０３ｂと周波数同調手段１０４を調整する。即ち、制御手段１０７は、共振回路の共振周波数の測定結果を基に共振回路１０９の共振周波数がＲＦ信号源１０１で発生された高電圧ＲＦ信号の駆動周波数に整合するように周波数同調手段１０４を制御して駆動周波数と共振周波数との周波数ズレを補正すると同時に、一方のロッド電極対１０８ａ−１と１０８ａ−２に印加される同相の高電圧ＲＦ信号の振幅と他方のロッド電極対１０８ｂ−１と１０８ｂ−２に印加される逆相の高電圧ＲＦ信号の振幅との差が小さくなるように振幅差調整手段１０６の調整を行う。

【0031】

特に、振幅差調整手段１０３ａ，１０３ｂを共振回路１０９の共振周波数が低周波側へシフトするように制御した場合、周波数同調手段１０４を共振回路１０９の共振周波数が高周波側へシフトするように制御することで、高電圧ＲＦ信号の駆動周波数と共振回路１０９の共振周波数の周波数ズレを補正することが可能となる。

【0032】

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施例により高圧ＲＦ信号の振幅を調整した場合の共振周波数と駆動周波数の関係を説明する図である。図３Ａは、高電圧ＲＦ信号の振幅差を補正していない状態で、周波数同調手段により共振周波数ｆ_Ｒと駆動周波数ｆ_Ｄを一致させた場合の高電圧ＲＦ信号の周波数特性を示している。図３Ｂは、図３Ａの状態から、本発明を用いて振幅差を補正した場合の高電圧RF信号振幅の周波数特性である。振幅差を補正した場合においても、共振周波数ｆ_Ｒと駆動周波数ｆ_Ｄが一致していることが分かる。

【0033】

本実施例では、振幅差調整手段１０３ａ，１０３ｂおよび周波数同調手段１０４として、可変コンデンサを一例として挙げているが、可変コンデンサの形態として、ボリュームにより容量値を調整可能なものでもよいし、スイッチにより容量値を切り替えられるように構成したものでも、本発明の効果を得ることができる。また、可変コンデンサの代わりに、例えばコイルのインダクタンスを調整可能な構造にして、振幅差の測定結果に応じてインダクタンスを制御することでも同様の効果を得ることが可能である。

【実施例2】

【0034】

イオントラップ部１００３の第２の実施例は、図２で説明した実施例１における共振回路１０９の振幅差調整手段１０３ａと１０３ｂとを、図４に示したようなコンデンサアレイ４０１と４０２及びその間に配置したスイッチ群４０３で構成される振幅差調整手段４００で置き換えた共振回路１０９’とした。

【0035】

本実施例においては、このような構成とすることにより、振幅差の調整量を変えた場合においても、共振周波数が変動しないように振幅差調整手段を構成したことを特徴とする。

【0036】

即ち、本実施例における振幅差調整手段４００は、一方のロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２に一方の端子が接続されているコンデンサ４０１１〜４０１４から成るコンデンサアレイ４０１と、他方のロッド電極対１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に一方の端子が接続されているコンデンサ４０２１〜４０２４から成るコンデンサアレイ４０２と、コンデンサアレイ４０１，４０２において対向する電極の内、いずれかの電極を接地するように構成したスイッチ４０３１〜４０３４から成るスイッチアレイ４０３とを備えて構成されることを特徴とする。

【0037】

各コンデンサの容量をＣ、一方のロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２から見た容量をＣ_Ａ、他方のロッド電極対１０８ｂ−１，１０８ｂ−２から見た容量をＣ_Ｂ、共振回路１０９’を構成する系全体での容量をＣ_Ｔとして、本実施例の動作について説明する。

【0038】

スイッチアレイ４０３の全てのスイッチ４０３１〜４０３４がコンデンサアレイ４０１のコンデンサ４０１１〜４０１４に接続された場合の各容量は、次式で表される。

【0039】

【数5】

【0040】

スイッチアレイ４０３の一つのスイッチ(例えばスイッチ４０３１)がコンデンサアレイ４０２のコンデンサ４０２１に接続された場合の各容量は、次式で表される。

【0041】

【数6】

【0042】

同様に、スイッチアレイ４０３の全てのスイッチ４０３１〜４０３４がコンデンサアレイ４０２の各コンデンサ４０２１〜４０２４に接続された場合においても、共振回路系全体の容量Ｃ_Tは４Ｃとなる。つまり、共振回路系全体の容量Ｃ_Ｔを一定に保ちながら、各ロッド電極対から見た容量を調整することができるので、振幅差を調整した場合においても、共振周波数と駆動周波数のズレを抑制することが可能となる。

【0043】

ここで、(数５)、(数６)は、簡易的に容量値を計算したものであり、厳密にはロッド電極対の間の容量などが含まれるため、実効的な容量は上式とは多少異なるため、従来方法に比べて共振周波数と駆動周波数のズレを抑制できるものの、僅かにズレを生じることもある。もし、共振回路のＱ値が非常に高い場合(ex．Q＝２５０)、共振周波数と駆動周波数の僅かなズレによっても、共振回路の増幅率が急激に低下することがある。その場合には、図５に示すように、ＲＦ回路１０１とコイル１０２ａ、１０２ｂの間に抵抗素子５０１ａ，５０１ｂを挿入することが、有用な策の一つである。抵抗素子５０１ａ，５０１ｂを挿入することにより、共振回路のQ値を低下することができるため、共振周波数と駆動周波数のズレに対する共振回路の増幅率の変化感度を落とすことができる。

【0044】

このように振幅差調整手段を構成することにより、周波数同調手段を制御せずとも共振周波数と駆動周波数のズレを抑制することができることから、制御手段の構造を簡略化することが可能となる。また、ここでは、コンデンサアレイの構成を示しているが、同様の特徴をもつ構成であれば、例えば、インダクタンスを調整可能なコイルで構成したコイルアレイなどでも同様の効果を得ることができる。

【実施例3】

【0045】

イオントラップ部１００３の第３の実施例は、図６にその構成を示すように、基本的な構成は実施例１で説明した図２の構成と類似しているが、ＲＦ信号の駆動周波数の周波数掃引機能を備えたＲＦ信号源６０１を用い、制御手段６０７でＲＦ信号源６０１を制御して周波数掃引したときの共振回路の共振周波数を測定すると共に共振周波数における振幅差を測定するように共振周波数・振幅差測定手段６０６を構成した。

【0046】

また、制御手段６０７で周波数同調手段６０４を制御して駆動周波数を共振周波数に整合させるように構成した。図６において、図２と同じ番号を付した構成は、実施例１で説明したのと同様な機能を有する。

【0047】

実施例３を実現するための振幅差測定手段６０６および制御手段６０７の構成を図７を用いて説明する。

【0048】

共振周波数・振幅差測定手段６０６は、分圧回路６０６１ａ，６０６１ｂ、整流回路６０６２ａ，６０６２ｂ、減算器６０６３、加算器６０６４、共振周波数測定ブロック６０６５、振幅差測定ブロック６０６６を備えている。

【0049】

また、制御手段６０７は、振幅差制御ブロック６０７１と周波数同調制御ブロック６０７２とを備えている。

【0050】

共振周波数・振幅差測定手段６０６には、各ロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２及び１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して入力し、ロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐した信号を分圧回路６０６１ａで信号振幅を小さくし、ロッド電極対１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐した信号を分圧回路６０６１ｂで信号振幅を小さくする。

【0051】

分圧回路６０６１ａで信号振幅を小さくされたＲＦ信号は、整流回路６０６２ａで直流信号に変換され、分圧回路６０６１ｂで信号振幅を小さくされたＲＦ信号は、整流回路６０６２ｂで直流信号に変換される。整流回路６０６２ａと６０６２ｂとで変換され直流信号は、それぞれ分岐して減算器６０６３と加算器６０６４とに入力される。加算器６０６４から出力された整流回路６０６２ａで変換され直流信号と整流回路６０６２ｂで変換され直流信号とを加算した加算信号は、共振周波数測定ブロック６０６５に入力され、加算信号から共振周波数が検出される。

【0052】

共振周波数測定ブロック６０６５で検出された共振周波数の情報は、振幅差測定ブロック６０６６と制御手段６０７の周波数同調制御ブロック６０７２に出力される。振幅差測定ブロック６０６６では、減算器６０６３から出力された整流回路６０６２ａで変換された直流信号から整流回路６０６２ｂで変換され直流信号を減算した減算信号と共振周波数測定ブロック６０６５で検出された共振周波数情報から、共振周波数における減算信号の値を測定する。

【0053】

制御手段６０７において、振幅差制御ブロック６０７１では、共振周波数・振幅差測定手段６０６の振幅差測定ブロック６０６６から出力された共振周波数における減算信号値の情報をもとに共振回路１０９の振幅差調整手段１０３ａ，１０３ｂを制御する。一方、周波数同調制御ブロック６０７２では、共振周波数・振幅差測定手段６０６の共振周波数測定ブロック６０６５から出力された共振周波数情報をもとに、共振回路１０９の周波数同調手段１０４を制御する。

【0054】

図８には、本実施例による振幅差および駆動周波数の調整フローチャートを示す。調整を開始すると、先ず、制御手段６０７の駆動周波数掃引制御ブロック６０７３でＲＦ信号源６０１の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数におけるロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２及び１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して共振周波数・振幅差測定手段６０６に入力し、分圧回路６０６１ａと６０６１ｂとでそれぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を整流回路６０６２ａと６０６２ｂとで直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算器６０６４に入力して加算し、加算した信号を共振周波数測定ブロック６０６５に入力して、加算信号が最も大きくなるときのＲＦ信号源６０１の駆動周波数を共振周波数として検出し（Ｓ８０１）、駆動周波数掃引制御ブロック６０７３でＲＦ信号源６０１の駆動周波数を共振周波数に設定する（Ｓ８０２）。

【0055】

一方、振幅差測定ブロック６０７１において、整流回路６０６２ａと６０６２ｂとで直流信号に変換した直流信号を減算器６０６３に入力して減算した結果と共振周波数測定ブロック６０６５で検出した共振周波数の情報から、共振周波数におけるロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅とロッド電極対１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅の差を求める（Ｓ８０３）。

【0056】

制御手段６０７の振幅差制御ブロック６０７１では、振幅差測定ブロック６０７１で検出した共振周波数において各ロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号の振幅の差を予め設定した値と比較し（Ｓ８０４）、各ロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号の振幅の差が予め設定した値よりも大きい場合には、共振回路１０９の振幅差調整手段１０３ａ，１０３ｂを制御して各ロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号の振幅の差が小さくなるように調整し（Ｓ８０５）、この状態でロッド電極対１０８ａ−１，１０８ａ−２及び１０８ｂ−１，１０８ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して共振周波数・振幅差測定手段６０６に入力し、分圧回路６０６１ａと６０６１ｂとでそれぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を整流回路６０６２ａと６０６２ｂとで直流信号に変換する。

【0057】

この変換した直流信号を加算器６０６４に入力して加算し、加算した信号を共振周波数測定ブロック６０６５に入力して共振回路１０９の共振周波数を検出し（Ｓ８０６）、この検出した共振回路１０９の共振周波数がＲＦ信号源６０１の駆動周波数と整合するように周波数同調手段６０４を調整し（Ｓ８０７）、前記したＳ８０３に戻って高電圧ＲＦ信号の振幅の差を求める。

【0058】

一方、各ロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号の振幅の差が予め設定した値よりも小さい場合には、ＲＦ信号源６０１の駆動周波数に応じて質量スペクトラムの補正係数を設定して(Ｓ８０８)、調整を終了する。

【0059】

上記した実施例３の説明においては、基本的な構成を実施例１で説明した図２の構成と類似したものとして説明したが、共振回路部１０９の構成を、実施例２で説明した図４または図５に示したような共振回路部１０９’の構成にしてもよい。

【0060】

上記構成によれば、共振周波数が変化した場合においても、共振周波数における高電圧ＲＦ信号の振幅差を測定できることから、正確な振幅差調整手段の制御が可能となる。また、周波数同調手段において、駆動周波数を調整する方法であることから、例えばディジタル直接合成発振器(Direct Digital Synthesizer)をＲＦ回路に用いることで、共振周波数を調整する場合に比べて、回路サイズが小さくなることや、ディジタル処理による調整が可能になるなどのメリットがある。

【0061】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0062】

１０１、６０１、９０１…ＲＦ信号源 １０２ａ、１０２ｂ、９０２ａ、９０２ｂ…コイル １０３ａ、１０３ｂ、９０３ａ、９０３ｂ…振幅差調整手段 １０４、６０４、９０４…周波数同調手段 １０５、９０５…ロッド電極部 １０６、４０６、６０６、９０６…共振周波数・振幅差測定手段 １０７、４０７、６０７…制御手段 １０８ａ−１、１０８ａ−２，１０８ｂ−１、１０８ｂ−２…ロッド電極対 １０９、１０９’…共振回路 ６０６１ａ、６０６１ｂ…分圧回路 ６０６２ａ、６０６２ｂ…整流回路 ６０６３…減算器 ６０６４…加算器 ６０６５…共振周波数測定ブロック ６０６６…振幅差測定ブロック ６０７１…振幅差制御ブロック ６０７２…周波数同調制御ブロック ６０７３駆動周波数掃引制御ブロック ４０１，４０２…コンデンサアレイ ４０３…スイッチアレイ ５０１ａ、５０１ｂ…抵抗素子

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】