特開 2024-157551 絶縁空芯変圧器を用いたインピーダンス整合回路とそれを含む質量分析計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157551

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】絶縁空芯変圧器を用いたインピーダンス整合回路とそれを含む質量分析計

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/10 20060101AFI20241030BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20241030BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

H01J49/10 500

G01N27/62 G

H01J49/02 200

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024070820

(22)【出願日】2024-04-24

(31)【優先権主張番号】10-2023-0054158

(32)【優先日】2023-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2024-0052522

(32)【優先日】2024-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】522261075

【氏名又は名称】ヨンインエース カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ワディム オシポフ

(72)【発明者】

【氏名】金 殷 ド

(72)【発明者】

【氏名】姜 星 遠

【テーマコード（参考）】

2G041

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA14

2G041GA29

(57)【要約】

【課題】測定の正確度を高めるための絶縁空芯変圧器を用いたインピーダンス整合回路およびそれを含む質量分析計を提供する。
【解決手段】
本発明の実施形態による質量分析計は、試料導入部と、試料導入部と連結され、試料導入部から導入された試料をイオン化させるプラズマコイルを含むイオン化部と、イオン化部と電気的に連結され、イオン化部にＲＦ電力を供給するように構成されるＲＦ電力供給部と、イオン化部に隣接する抽出レンズおよび抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイドするように構成されるガイドレンズを含むイオンレンズ部と、イオンビームを検出するように構成される検出部と、を備える。ＲＦ電力供給部は、プラズマコイルのインダクタンス成分による電圧を制御するように構成されるインピーダンス整合回路を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料導入部と、
前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるプラズマコイルを含むイオン化部と、
前記イオン化部と電気的に連結され、前記イオン化部にＲＦ電力を供給するように構成されるＲＦ電力供給部と、
前記イオン化部に隣接する抽出レンズ、および前記抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイドするように構成されるガイドレンズを含むイオンレンズ部と、
前記イオンビームを検出するように構成される検出部と、を備え、
前記ＲＦ電力供給部は、
前記プラズマコイルのインダクタンス成分に起因する電圧を制御するように構成されるインピーダンス整合回路を含む、ことを特徴とする質量分析計。

【請求項2】

前記インピーダンス整合回路は、ノードを介して直列に連結される第１および第２キャパシタを含み、
前記ノードは接地され、
前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定して前記電圧を減少させる、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析計。

【請求項3】

前記第１および第２キャパシタのうち前記第１キャパシタが短絡される場合、前記第１キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は接地され、前記第２キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は、前記第１キャパシタが短絡される前の前記第１および第２キャパシタのそれぞれの電圧の和が印加される、ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析計。

【請求項4】

前記ＲＦ電力供給部は、前記プラズマコイルと誘導結合される誘導結合コイルを含み、
前記誘導結合コイルの両端のＲＦ電位比率を調節するように前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定する、ことを特徴とする請求項３に記載の質量分析計。

【請求項5】

前記ＲＦ電位比率は、前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値の比率に反比例する、ことを特徴とする請求項４に記載の質量分析計。

【請求項6】

前記インピーダンス整合回路は、第１および第２可変キャパシタを含み、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１および第２可変キャパシタのそれぞれの値を可変して、前記プラズマコイルの負荷のインピーダンスおよび前記ＲＦ電力供給部の出力インピーダンスを整合する、ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析計。

【請求項7】

前記インピーダンス整合回路は、入力コイルおよび出力コイルからなる絶縁空芯変圧器を含み、
前記第１可変キャパシタは、前記入力コイルと直列に連結され、
前記第２可変キャパシタは、前記出力コイルと並列に連結される、ことを特徴とする請求項６に記載の質量分析計。

【請求項8】

前記第１可変キャパシタの値を可変して前記負荷のインピーダンスの虚数部を調節する、ことを特徴とする請求項７に記載の質量分析計。

【請求項9】

前記第２可変キャパシタの値を可変して前記負荷のインピーダンスの実数部を調節する、ことを特徴とする請求項７に記載の質量分析計。

【請求項10】

誘導結合されたプラズマコイルにＲＦ電力を供給する電子回路であって、
ＲＦ信号を出力するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号を処理して出力し、前記プラズマコイルのインダクタンス成分による電圧を制御するように構成されるインピーダンス整合回路と、
前記誘導結合を利用して、前記インピーダンス整合回路から出力された信号に基づく前記ＲＦ電力を前記プラズマコイルに供給する誘導結合コイルと、を備え、
前記インピーダンス整合回路は、第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定して前記電圧を制御する、ことを特徴とする電子回路。

【請求項11】

前記第１および第２キャパシタはノードを介して直列に連結され、
前記ノードは接地される、ことを特徴とする請求項１０に記載の電子回路。

【請求項12】

前記第１および第２キャパシタのうち前記第１キャパシタが短絡される場合、前記第１キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は接地され、前記第２キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は、前記第１キャパシタが短絡される前の前記第１および第２キャパシタのそれぞれの電圧の和が印加される、ことを特徴とする請求項１１に記載の電子回路。

【請求項13】

前記誘導結合コイルの両端のＲＦ電位比率を調節するように前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定する、ことを特徴とする請求項１２に記載の電子回路。

【請求項14】

前記ＲＦ電位比率は、前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値の比率に反比例する、ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路。

【請求項15】

前記インピーダンス整合回路は、第１および第２可変キャパシタを含み、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１および第２可変キャパシタのそれぞれの値を可変して前記プラズマコイルの負荷のインピーダンスおよび前記電子回路の出力インピーダンスを整合する、ことを特徴とする請求項１４に記載の電子回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、質量分析計に係り、さらに詳しくは絶縁空芯変圧器を用いたインピーダンス整合回路とそれを含む質量分析計に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子状物質などを含む大気および水質の汚染が加速するにつれて、これを測定および分析できる方法が求められている。このような測定および分析のために質量分析計が使用される。

【0003】

質量分析計は、質量分析により化学物質などを識別または分析する機器である。このような質量分析計は、物質の質量を質量電荷比（ｍａｓｓ－ｔｏ－ｃｈａｒｇｅ ｒａｔｉｏ）で測定して試料の構成成分を分析する。質量分析計内で多様な方法を使用して試料がイオン化される。イオン化された試料は、電場および／または磁場を通過しながら加速される。すなわち、イオン化された試料の一部または全部は、電場および／または磁場などによって経路が曲がる。検出器は、イオン化された試料を検出する。

【0004】

一方、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）を利用する質量分析計では、質量分析計は、プラズマコイルの外部に存在する電場の影響で分析性能が低下する。したがって、プラズマコイルの外部に存在する電場を制御するための方法が要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第７２８８１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、測定の正確度を高めるための絶縁空芯変圧器を用いたインピーダンス整合回路およびそれを含む質量分析計を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態による質量分析計は、試料導入部と、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるプラズマコイルを含むイオン化部と、前記イオン化部と電気的に連結され、前記イオン化部にＲＦ電力を供給するように構成されるＲＦ電力供給部と、前記イオン化部に隣接する抽出レンズおよび抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイドするように構成されるガイドレンズを含むイオンレンズ部と、前記イオンビームを検出するように構成される検出部と、を備え、前記ＲＦ電力供給部は、前記プラズマコイルのインダクタンス成分による電圧を制御するように構成されるインピーダンス整合回路を含む。

【0008】

本発明の実施形態によれば、前記インピーダンス整合回路は、ノードを介して直列に連結される第１および第２キャパシタを含み、前記ノードは接地され、前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定して前記電圧を減少させる。

【0009】

本発明の実施形態によれば、前記第１および第２キャパシタのうち前記第１キャパシタが短絡される場合、前記第１キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は接地され、前記第２キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は前記、第１キャパシタが短絡される前の前記第１および第２キャパシタのそれぞれの電圧の和が印加される。

【0010】

本発明の実施形態によれば、前記ＲＦ電力供給部は、前記プラズマコイルと誘導結合される誘導結合コイルを含み、前記誘導結合コイルの両端のＲＦ電位比率を調節するように前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定する。

【0011】

本発明の実施形態によれば、前記ＲＦ電位比率は、前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値の比率に反比例する。

【0012】

本発明の実施形態によれば、前記インピーダンス整合回路は、第１および第２可変キャパシタを含み、前記インピーダンス整合回路は、前記第１および第２可変キャパシタのそれぞれの値を可変して、前記プラズマコイルの負荷のインピーダンスと前記ＲＦ電力供給部の出力インピーダンスを整合する。

【0013】

本発明の実施形態によれば、前記インピーダンス整合回路は、入力コイルおよび出力コイルからなる絶縁空芯変圧器を含み、前記第１可変キャパシタは前記入力コイルと直列に連結され、前記第２可変キャパシタは前記出力コイルと並列に連結される。

【0014】

本発明の実施形態によれば、前記第１可変キャパシタの値を可変して前記負荷のインピーダンスの虚数部を調節する。

【0015】

本発明の実施形態によれば、前記第２可変キャパシタの値を可変して前記負荷のインピーダンスの実数部を調節する。

【0016】

本発明の実施形態による誘導結合されたプラズマコイルにＲＦ電力を供給する電子回路は、ＲＦ信号を出力するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号を処理して出力し、前記プラズマコイルのインダクタンス成分による電圧を制御するように構成されるインピーダンス整合回路と、前記誘導結合を利用して、前記インピーダンス整合回路から出力される信号に基づく前記ＲＦ電力を前記プラズマコイルに供給する誘導結合コイルと、を備え、前記インピーダンス整合回路は、第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定して前記電圧を制御する。

【0017】

本発明の実施形態によれば、前記第１および第２キャパシタはノードを介して直列に連結され、前記ノードは接地される。

【0018】

本発明の実施形態によれば、前記第１および第２キャパシタのうち前記第１キャパシタが短絡される場合、前記第１キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は接地され、前記第２キャパシタに連結される前記インピーダンス整合回路の出力端子は、前記第１キャパシタが短絡される前の前記第１および第２キャパシタのそれぞれの電圧の和が印加される。

【0019】

本発明の実施形態によれば、前記誘導結合コイルの両端のＲＦ電位比率を調節するように前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値を設定する。

【0020】

本発明の実施形態によれば、ＲＦ電位比率は、前記第１および第２キャパシタのそれぞれの値の比に反比例する。

【0021】

本発明の実施形態によれば、前記インピーダンス整合回路は第１および第２可変キャパシタを含み、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１および第２可変キャパシタのそれぞれの値を可変して、前記プラズマコイルの負荷のインピーダンスと前記電子回路の出力インピーダンスを整合する。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、インピーダンス整合回路は、プラズマコイルのインダクタンス成分による質量分析計の性能低下を防止できる。プラズマコイルの外部に分布する電場の影響を最小限に抑えることができる。これによって、本発明による質量分析計の性能が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態による質量分析計の例を示す概念図である。

【図2】本発明の一実施形態によるＲＦ電力供給部の例を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態によるＲＦ電力供給部およびプラズマコイルの具体的な例を示す回路図である。

【図4a】イオン化部の内部のイオン化された試料の流れを示す図である。

【図4b】イオン化部の内部のイオン化された試料の流れを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるインピーダンス整合の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下では、本発明の技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように、本発明の実施形態が明確かつ詳細に記載される。

【0025】

図１は、本発明の実施形態による質量分析計を説明するための概念図である。

【0026】

図１を参照すると、本発明による質量分析計１０は、試料導入部１００、イオン化部２００、インターフェース部３００、イオンレンズ部４００、反応部５００、質量分離部６００および検出部７００を含む。本発明による質量分析計１０は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）を利用する質量分析計１０であると図示および説明するが、これは例としてのものだけであり、本発明はこれに限定されず、本発明による質量分析計１０は、以下で図示および説明されるイオンレンズ部４００を含む多様な方式の質量分析計１０であり得る。

【0027】

試料導入部１００は、ネブライザー１１０およびスプレーチャンバー１２０を含む。ネブライザー１１０は、液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変えてスプレーチャンバー１２０の内部に注入する。スプレーチャンバー１２０はネブライザー１１０と連結される。スプレーチャンバー１２０は試料の変動を減らし、後述するイオン化部２００に移動する試料の大きさおよび量を一定にする。具体的には、スプレーチャンバー１２０は、温度制御によって比較的サイズの大きいエアロゾルを除去し、比較的サイズの小さいエアロゾルのみがイオン化部２００に移動できるようにエアロゾルの流れを制御する。図示していないが、少なくとも１つのガス供給管を介してネブライザー１１０および／またはスプレーチャンバー１２０にキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）が供給され得る。キャリアガスは、試料をプラズマＰに導く。

【0028】

イオン化部２００は、試料導入部１００と連結される。イオン化部２００は、例えばプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）と称される。イオン化部２００は、第１チューブ２１０、第２チューブ２２０、第３チューブ２３０、ＲＦ電力供給部２６０およびプラズマコイル２７０を含む。

【0029】

第１チューブ２１０は、試料導入部１００のスプレーチャンバー１２０と連結され、イオン化部２００の最も内側に配置される。第３チューブ２３０はイオン化部２００の最も外側に配置され、第２チューブ２２０は第１チューブ２１０と第３チューブ２３０との間に配置される。第２チューブ２２０および第３チューブ２３０は、それぞれ第１ガス供給管２４０および第２ガス供給管２５０と連結される。第１～第３チューブ（２１０、２２０、２３０）は、それぞれ第１方向Ｄ１に延びる中空の柱状を有し得る。第１～第３チューブ（２１０、２２０、２３０）は、第１方向Ｄ１と直交する平面に切断した断面積の観点から、中心軸が互いに一致する同心円形状を有し得る。第１～第３チューブ（２１０、２２０、２３０）は、例えば石英（Ｑｕａｒｔｚ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）、プラチナ（ｐｌａｔｉｎｕｍ）またはサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）からなる。

【0030】

第１チューブ２１０を通して試料およびキャリアガスが移動し、第１ガス供給管２４０および第２チューブ２２０を通して補助ガス（ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｇａｓ）が移動し、第２ガス供給管２５０および第３チューブ２３０を通して冷却ガス（ｃｏｏｌａｎｔ ｇａｓ）が移動する。補助ガスは、プラズマＰとの接触によって第１および第２管（２１０、２２０）の端部が損傷するのを防止または最小化する。冷却ガスは、プラズマＰとの接触によって第３チューブ２３０の内壁が損傷するのを防止または最小化する。キャリアガス、補助ガスおよび冷却ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）を含む。

【0031】

ＲＦ電力供給部２６０は、プラズマコイル２７０にＲＦ電力を供給する。例えば、ＲＦ電力供給部２６０は、プラズマコイル２７０に最大電力を伝達するように構成される。ＲＦ電力供給部２６０に関する詳しい説明は、図２および図３で後述する。

【0032】

プラズマコイル２７０は、例えば、第３チューブ２３０の外部を少なくとも２回以上包む螺旋形状を有する。プラズマコイル２７０は、イオン化部２００の内部に時間的に変化する強い電磁場を生成する。例えば、プラズマコイル２７０は、ＲＦ電力供給部２６０から供給されたＲＦ電力に基づいて、イオン化部２００の内部に時間的に変化する強い電磁場を生成する。プラズマコイル２７０によって生成された電磁場は、内部のガスを放電させてプラズマＰを生成する。高温のプラズマＰは、試料導入部１００から導入されたエアロゾル状態の試料をイオン化させる。

【0033】

インターフェース部３００は、イオン化部２００で生成されたプラズマＰからイオン化された試料をイオンビームの形態で抽出する。インターフェース部３００は、第１方向Ｄ１でイオン化部２００に隣接する。インターフェース部３００は、チャンバーＣＨに連結される。インターフェース部３００は、イオン化部２００とチャンバーＣＨとの間に設けられる。図示されていないが、インターフェース部３００は、イオンビームを抽出するサンプラーコーン（ｓａｍｐｌｅｒ ｃｏｎｅ）およびスキマーコーン（ｓｋｉｍｍｅｒ ｃｏｎｅ）を含む。サンプラーコーンおよびスキマーコーンは、例えば、第１方向Ｄ１に向かうほど第２方向Ｄ２に幅が広くなるコーン形状を有する。

【0034】

チャンバーＣＨの内部にイオンレンズ部４００、反応部５００、質量分離部６００および検出部７００が設けられる。チャンバーＣＨの内部は、真空状態に維持される。イオンレンズ部４００、反応部５００、質量分離部６００および検出部７００のうちの少なくとも１つ以上は、例えばチャンバーＣＨ内部のサブチャンバー内に設けられ、サブチャンバーは、チャンバーＣＨの内部よりも高い真空状態に維持される。イオンレンズ部４００、反応部５００、質量分離部６００および検出部７００は、例えば、第１方向Ｄ１に沿って配列されるが、本発明はこれに限定されない。

【0035】

イオンレンズ部４００は、インターフェース部３００と反応部５００との間に設けられる。 イオンレンズ部４００は、少なくとも１つ以上のレンズを含み、１つ以上のレンズを通じてフォトン、中性粒子などを遮断し、分析対象となるイオンの経路を制御する。例えば、イオンレンズ部４００は、イオンビームを抽出する抽出レンズと、抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイドするように構成されるガイドレンズを含む。

【0036】

反応部５００は、イオンレンズ部４００と質量分離部６００との間に設けられる。反応部５００は衝突／反応セル（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ／ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ）と称され得る。図示していないが、少なくとも１つのガス供給管を介して反応部５００に衝突／反応ガスが供給される。衝突／反応ガスは、反応部５００内部の多様なイオンと衝突し、妨害イオン（例えば、４０Ａｒ、４０Ａｒ１６Ｏ、３８ＡｒＨなど）を非妨害種に変換させたり、分析対象となるイオンを他の質量を有するイオンに変換させたりする。

【0037】

質量分離部６００は、反応部５００と検出部７００との間に設けられる。質量分離部６００は、例えば、四重極子（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）方式、二重収束磁気セクタ（ｄｏｕｂｌｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｃｔｏｒ）方式または飛行時間（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いることができ、イオンを質量電荷比（ｍ／ｚ）によって分離する。

【0038】

検出部７００は、質量分離部６００の末端に隣接し、質量分離部６００で分離された分析対象となるイオンの質量スペクトルを検出する。 検出部７００は、例えば、チャネル電子増倍管（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ファラデーカップ（Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ）または離散ダイノード電子増倍管（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｄｙｎｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）を用いることができる。

【0039】

図２は、本発明の一実施形態によるＲＦ電源の一例を示す。図１および図２を参照すると、ＲＦ電力供給部２６０は、ＲＦ電力供給回路２６１、インピーダンス整合回路２６２およびＲＦ電力送信回路２６３を含む。

【0040】

ＲＦ電力供給回路２６１は、ＲＦ周波数を有する信号（以下、「ＲＦ信号」と称する）をインピーダンス整合回路２６２に出力する。例えば、ＲＦ電力供給回路２６１は、高周波信号をインピーダンス整合回路２６２に出力する。

【0041】

インピーダンス整合回路２６２は、ＲＦ電力供給回路２６１からＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を処理して伝達する。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、ＲＦ電力供給回路２６１から高周波信号を受信し、受信した高周波信号を増幅してＲＦ電力送信回路２６３に伝達する。

【0042】

インピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル２７０に供給されるＲＦ電力を調節する。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、ＲＦ電力送信回路２６３に伝達されるＲＦ電位比率を設定して、プラズマコイル２７０に供給されるＲＦ電力を調節する。

【0043】

インピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル２７０の負荷のインピーダンスとＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスとを整合させる。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル２７０の負荷のインピーダンスとインピーダンス整合回路２６２の出力インピーダンスとを整合させる。整合した結果、インピーダンス整合回路２６２は、ＲＦ電力をプラズマコイル２７０に効率的に供給でき、プラズマコイル２７０からの反射電力を防止する。ここで、反射電力とは、プラズマコイル２７０に供給されるＲＦ電力のうち、少なくとも一部がプラズマコイル２７０から反射されてＲＦ電力供給部２６０に戻る電力を意味する。

【0044】

ＲＦ電力送信回路２６３は、インピーダンス整合回路２６２から処理された信号を受信する。ＲＦ電力送信回路２６３は、受信した信号に基づいてプラズマコイル２７０にＲＦ電力を供給する。例えば、ＲＦ電力送信回路２６３は、誘導結合方式を利用して、受信した信号に基づくＲＦ電力をプラズマコイル２７０に供給する。

【0045】

図３は、本発明の一実施形態によるＲＦ電力供給部およびプラズマコイルの具体的な例を示す回路図である。図１～図３を参照すると、ＲＦ電力供給部２６０とプラズマコイル２７０ａは、誘導結合される。

【0046】

ＲＦ電力供給回路２６１は、ＲＦ電源２６１ａを含む。ＲＦ電源２６１ａは、ＲＦ信号をインピーダンス整合回路２６２に出力する。例えば、ＲＦ電源２６１ａは、高周波信号をインピーダンス整合回路２６２に出力する。ＲＦ電源２６１ａの第１端はインピーダンス整合回路２６２に連結され、第２端は接地される。

【0047】

インピーダンス整合回路２６２は、絶縁空芯変圧器２６２ａ、入力固定キャパシタ２６２ｂ、入力可変キャパシタ２６２ｃ、出力可変キャパシタ２６２ｄおよび出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆを含む。

【0048】

一実施形態では、インピーダンス整合回路２６２は、インピーダンス整合回路２６２を囲むメタルボックスをさらに含む。メタルボックスは接地されてもよい。メタルボックスは、インピーダンス整合回路２６２と電気的に絶縁されるように構成される。

【0049】

絶縁空芯変圧器（ｉｓｏｌａｔｅｄ ａｉｒ ｃｏｒｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）２６２ａは、入力コイル２６２ａ＿１および出力コイル２６２ａ＿２を含む。絶縁空芯変圧器２６２ａは、ＲＦ電源２６１ａから受信されたＲＦ信号を処理して出力する。 例えば、絶縁空芯変圧器２６２ａは、ＲＦ電源２６１ａから受信された信号を増幅して出力する。

【0050】

一方、インピーダンス整合回路２６２は、絶縁空芯変圧器２６２ａの入力コイル２６２ａ＿１および出力コイル２６２ａ＿２を基準にして区分または絶縁される。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、入力コイル２６２ａ＿１を含む１次回路および出力コイル２６２ａ＿２を含む２次回路に分けられ、１次回路および２次回路は互いに絶縁される。

【0051】

一実施形態では、２次回路は共振タンクを構成する。例えば、出力コイル２６２ａ＿２、出力可変キャパシタ２６２ｄ、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆは共振タンクを構成する。２次回路が共振タンクを構成する場合、２次回路はＲＦ電力を安定して伝達するために周波数をフィルタリングする。なお、２次回路は、ＲＦ電力によるエネルギーを安定的に充電および放出して、ＲＦ電力を一定に供給できる。

【0052】

一実施形態では、絶縁空芯変圧器２６２ａの外部を絶縁物質でコーティングされる。絶縁物質は、電気的に非導電性物質である。

【0053】

一実施形態では、絶縁空芯変圧器２６２ａの入力コイル２６２ａ＿１および出力コイル２６２ａ＿２のそれぞれの外部は、絶縁物質でコーティングされる。

【0054】

入力固定キャパシタ２６２ｂは、入力コイル２６２ａ＿１による漏れインダクタンスを補償するために、入力コイル２６２ａ＿１と並列に連結される。例えば、入力固定キャパシタ２６２ｂおよび入力コイル２６２ａ＿１のそれぞれの第１端は、ＲＦ電源２６１ａに連結される。入力固定キャパシタ２６２ｂおよび入力コイル２６２ａ＿１のそれぞれの第２端は、入力可変キャパシタ２６２ｃの第１端に連結される。入力可変キャパシタ２６２ｃの第２端は接地され得る。

【0055】

出力可変キャパシタ２６２ｄは、出力コイル２６２ａ＿２と並列に連結される。例えば、出力可変キャパシタ２６２ｄの第１端は出力コイル２６２ａ＿２の第１端に連結され、出力可変キャパシタ２６２ｄの第２端は、出力コイル２６２ａ＿２の第２端に連結される。

【0056】

インピーダンス整合回路２６２は、入力可変キャパシタ２６２ｃおよび出力可変キャパシタ２６２ｄの値を可変し、プラズマコイル２７０ａの負荷２７０ｂ（以下で、「負荷２７０ｂ」と称する）のインピーダンスと、ＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスとを整合させる。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、負荷２７０ｂのインピーダンスの虚数部がＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスの虚数部に対応するように、入力可変キャパシタ２６２ｃの値を可変する。インピーダンス整合回路２６２は、負荷２７０ｂのインピーダンスの実数部がＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスの実数部に対応するように出力可変キャパシタ２６２ｄの値を可変する。

【0057】

出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆは直列に連結される。直列に連結された出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆは、出力コイル２６２ａ＿２および出力可変キャパシタ２６２ｄのそれぞれと並列に連結される。例えば、出力固定キャパシタ２６２ｅの第１端、出力コイル２６２ａ＿２の第１端、および出力可変キャパシタ２６２ｄの第１端は連結される。出力固定キャパシタ２６２ｆの第２端、出力コイル２６２ａ＿２の第２端、および出力可変キャパシタ２６２ｄの第２端は連結される。

【0058】

出力固定キャパシタ２６２ｅの第２端および出力固定キャパシタ２６２ｆの第１端は、ノードＮで連結される。ノードＮは接地されてもよい。以下では、このような構造をセンタータップ（ＣＴ：ｃｅｎｔｅｒ ｔａｐ）構造と称する。

【0059】

インピーダンス整合回路２６２は、センタータップＣＴ構造を用いて出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率を調節する。出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率は、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値の比率に反比例する。インピーダンス整合回路２６２は、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値を設定（またはチューニング）して、出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率を調節する。

【0060】

例えば、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆのうち出力固定キャパシタ２６２ｅが短絡される場合、出力固定キャパシタ２６２ｅに連結された出力端子ＯＴ１は、センタータップＣＴ構造により接地され、出力端子ＯＴ２には、最大電圧（すなわち、出力固定キャパシタ２６２ｅが短絡される前の出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆのそれぞれの電圧の和）が印加される。

【0061】

例えば、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆのうち出力固定キャパシタ２６２ｆが短絡される場合、出力固定キャパシタ２６２ｆに連結された出力端子ＯＴ２は、センタータップＣＴ構造により接地され、出力端子ＯＴ１には、最大電圧（すなわち、出力固定キャパシタ２６２ｆが短絡される前の出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆのそれぞれの電圧の和）が印加される。

【0062】

前述したように、インピーダンス整合回路２６２は、センタータップＣＴを有する出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値を設定して、出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率を調節する。

【0063】

一実施形態では、インピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル２７０ａの寄生キャパシタンス「Ｃ」成分を考慮して出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値を設定する。

【0064】

一実施形態では、インピーダンス整合回路２６２は、出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆとそれぞれ並列に連結されるスイッチをさらに含み得る。例えば、第１スイッチは出力固定キャパシタ２６２ｅと並列に連結され、第２スイッチは出力固定キャパシタ２６２ｆと並列に連結される。この場合、第１スイッチがオンになると第２スイッチはオフになり、第１スイッチがオフになると第２スイッチがオンになる。出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆのそれぞれは、スイッチのオン／オフ動作によって短絡される。

【0065】

ＲＦ電力送信回路２６３は、出力端子ＯＴ１、ＯＴ２および誘導結合コイル２６３ａを含む。誘導結合コイル２６３ａの第１端は出力端子ＯＴ１に連結され、第２端は出力端子ＯＴ２に連結される。誘導結合コイル２６３ａは、誘導結合方式を用いて、インピーダンス整合回路２６２から受信された信号に基づくＲＦ電力をプラズマコイル２７０ａに供給する。例えば、誘導結合コイル２６３ａは、誘導結合コイル２６３ａの第１端および第２端のそれぞれのＲＦ電位（すなわち、出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のそれぞれのＲＦ電位）に基づくＲＦ電力をプラズマコイル２７０ａに供給する。

【0066】

一実施形態では、出力端子ＯＴ１、ＯＴ２はインピーダンス整合回路２６２と電気的に絶縁されてもよい。

【0067】

一方、プラズマコイル２７０ａがＲＦ送信回路２６３からＲＦ電力を受けた場合、プラズマコイル２７０ａの周辺には電場が形成される。プラズマコイル２７０ａは、周辺に形成された電場の影響を受ける。

【0068】

例えば、プラズマコイル２７０ａには、プラズマコイル２７０ａの「Ｌ」成分により電場を形成する電圧（以下、「プラズマコイル電圧」と称する）が発生する。プラズマコイル電圧はプラズマポテンシャルを発生させ、プラズマポテンシャルはイオン化部２００の内部のイオン化された試料が持っているエネルギーを増加させる。すなわち、サンプラーコーンに投入されるイオン化された試料の速度は増加し、これはイオンの損失をもたらす。

【0069】

本発明では、センタータップ構造を用いて出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率を任意に設定できる。すなわち、本発明によるインピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル電圧を減らすために、センタータップＣＴ構造を有する出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値を設定して出力端子ＯＴ１、ＯＴ２のＲＦ電位比率を任意に設定できる。例えば、インピーダンス整合回路２６２は、プラズマコイル電圧が「０」になるように出力固定キャパシタ２６２ｅ、２６２ｆの値を設定する。

【0070】

図４ａおよび図４ｂは、イオン化部の内部のイオン化された試料の流れを示す。図４ａおよび図４ｂにおいて、矢印の太さは、イオン化された試料が有するエネルギーの強度、またはイオン化された試料の速度の大きさを表すと仮定する。例えば、矢印の太さが太いほど、イオン化された試料が有するエネルギーの強度またはイオン化された試料の速度の大きさは大きいと仮定する。

【0071】

図４ａは、センタータップＣＴ構造が適用されていない場合のイオン化された試料の流れを示す。図１、図３および図４ａを参照すると、ＲＦ送信回路２６３からＲＦ電力を供給された場合、プラズマコイル２７０ａにはプラズマコイル２７０ａの「Ｌ」成分によって、プラズマコイル電圧Ｖｐが発生する。したがって、イオン化された試料が有するエネルギーは大きい可能性ある。または、イオン化された試料の速度は速い可能性がある。

【0072】

図４ｂは、本発明によるセンタータップＣＴ構造が適用された場合のイオン化された試料の流れを示す。図１、図３および図４ｂを参照すると、ＲＦ送信回路２６３からＲＦ電力を供給された場合、プラズマコイル２７０ａにはプラズマコイル電圧Ｖｐが発生しない可能性がある。

【0073】

図４ａおよび図４ｂを参照すると、センタータップＣＴ構造を適用していない場合のイオン化された試料が有するエネルギーは、センタータップＣＴ構造を適用した場合のイオン化された試料が有するエネルギーより大きい可能性がある。あるいは、センタータップＣＴ構造を適用していない場合のイオン化された試料の速度は、センタータップＣＴ構造を適用した場合のイオン化された試料の速度より速い可能性がある。

【0074】

図５は、図３によるインピーダンス整合回路のインピーダンス整合の一例を示す。図５において、横軸はＲＦ電源２６１ａの動作周波数を示し、縦軸はプラズマコイル２７０ａの負荷２７０ｂのインピーダンスを示す。図５において、ＲＦ電源２６１ａの動作周波数は「２７」メガヘルツ（ＭＨｚ）であり、ＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスは「５０」オーム（Ω）であると仮定する。図３および図５を参照すると、インピーダンス整合回路２６２は、入力可変キャパシタ２６２ｃおよび出力可変キャパシタ２６２ｄの値を可変し、負荷２７０ｂのインピーダンスをＲＦ電力供給部２６０の出力インピーダンスと整合させる。図５と同様に、インピーダンス整合回路２６２は、出力可変キャパシタ２６２ｄを可変して負荷２７０ｂのインピーダンスの実数部を「４８．４３１」オームに調節し、入力可変キャパシタ２６２ｃを可変して負荷２７０ｂのインピーダンスの虚数部を「－１．４２７」オームに調節したことが確認できる。

【0075】

前述した実施形態では、第１、第２、第３などの用語を使用して本発明の技術的思想による構成要素を説明した。しかしながら、第１、第２、第３などのような用語は、構成要素を互いに区別するために使用され、本発明を限定するものではない。例えば、第１、第２、第３などのような用語は、順序または任意の形態の数値的意味を内包しない。

【0076】

上述した内容は、本発明を実施するための具体的な例である。本発明には、上述した実施形態だけでなく、単に設計変更または容易に変更することができる実施形態も含まれる。なお、本発明には、上述した実施形態を用いて容易に変形して実施することができる技術も含まれる。

【符号の説明】

【0077】

１０ 質量分析計
１００ 試料導入部
１１０ ネブライザー
１２０ スプレーチャンバー
２００ イオン化部
２１０ 第１チューブ
２２０ 第２チューブ
２３０ 第３チューブ
２４０ 第１ガス供給管
２５０ 第２ガス供給管
２６０ ＲＦ電力供給部
２６１ ＲＦ電力供給回路
２６１ａ ＲＦ電源
２６２ インピーダンス整合回路
２６２ａ 絶縁空芯変圧器
２６２ｂ 入力固定キャパシタ
２６２ｃ 入力可変キャパシタ
２６２ｄ 出力可変キャパシタ
２６２ｅ、２６２ｆ 出力固定キャパシタ
２６３ ＲＦ電力送信回路
２６３ａ 誘導結合コイル
２７０、２７０ａ プラズマコイル
２７０ｂ 負荷
３００ インターフェース部
４００ イオンレンズ部
５００ 反応部
６００ 質量分離部
７００ 検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】