CN115380360A

CN115380360A - 质量分析装置的控制方法、质量分析系统和电压控制装置

Info

Publication number: CN115380360A
Application number: CN202180026440.2A
Authority: CN
Inventors: 杉山益之; 长谷川英树; 长屋勇辉; 桥本雄一郎; 安田博幸
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-11-22
Also published as: WO2021220671A1; EP4145490A4; EP4145490A1; JPWO2021220671A1; US20230170198A1; JP7340695B2

Abstract

为了进行高效率的质量分析，特征在于，具有质量分析装置，质量分析装置包括：离子源、离子导向器、四极杆质量过滤器和配置在四极杆质量过滤器的后级的检测器，并且包括DC电源和RF电源、以及通过控制电源来控制直流电压即加速电压的电压控制装置，电压控制部，在一个坐标轴表示通过离子导向器的离子的质量电荷比且另一个坐标轴表示对离子导向部施加的加速电压的坐标中，在被离子稳定地通过离子导向器的稳定区域的下限值的线(L11)、离子的离子迁移率的线(L12)、加速电压的上限值即上边(L13)、以及加速电压是零的值的下边(L14)包围的控制区域(RA)内，以使测量的离子的质量电荷比越大则加速电压越大的方式按照控制线(L21)控制加速电压。

Description

质量分析装置的控制方法、质量分析系统和电压控制装置

技术领域

本发明涉及质量分析装置的控制方法、质量分析系统和电压控制装置的技术。

背景技术

一般的质量分析装置用处于大气压下的离子源生成离子，用处于真空中的四极杆质量过滤器等使生成的离子与质量电荷比(m/z)相应地分离。为了使在大气压下生成的离子汇聚、效率良好地导入真空中的四极杆质量过滤器而使用离子导向器等离子光学系统。特别是，在为了离子的质量分离而使用四极杆质量过滤器的质量分析装置中，广泛地使用多极杆离子导向器。多极杆离子导向器使离子汇聚的效果高，并且能够与四极杆质量过滤器共用高频电压，所以廉价。

专利文献1中公开了在多极杆离子导向器的中心轴上形成电场而使离子加速的方法。专利文献1中，公开了通过用轴电场使离子加速来缩短离子通过离子导向器所需的时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5847386号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在多极杆离子导向器中，能够稳定地通过的离子的m/z范围是依赖于施加的高频电压而决定的。与四极杆质量过滤器共用高频电压的情况下，设定为用质量分析装置测量的样品离子效率良好地通过离子导向器。与用质量分析装置测量的样品离子相比m/z较大不同的离子不能稳定通过离子导向器，被从离子导向器内部排除。因此，切换用质量分析装置测量的样品离子的m/z时，用离子源生成的样品离子通过离子导向器到达四极杆质量过滤器的时间中不能观测到离子，存在灵敏度降低的课题。

专利文献1中公开的方法中，通过用轴电场使离子加速来缩短离子通过离子导向器所需的时间。通过这样，能够抑制切换用质量分析装置测量的样品离子的m/z时的灵敏度降低。但是，离子导向器的离子导向器杆电极之间插入电极的结构中，存在离子导向器杆电极之间插入的电极被污染时因带电而使灵敏度大幅降低的问题。另一方面，使离子导向器的离子导向器杆电极倾斜的结构和使用锥形的杆电极的结构中，为了形成轴电场而施加的电压会在离子导向器的径向上施加四极杆静电压。因此，存在能够稳定地通过离子导向器的m/z的范围受到限定的课题。

本发明是鉴于这样的背景而得出的，本发明的课题在于进行高效率的质量分析。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的特征在于：包括质量分析装置、电源和电压控制部，所述质量分析装置包括：产生离子的离子源；配置在所述离子源的后级，使所述离子汇聚的离子导向器；配置在所述离子导向器的后级，根据质量电荷比来使被所述离子导向器汇聚的所述离子分离的质量过滤器；和配置在所述质量过滤器的后级，检测被所述质量过滤器分离后的所述离子的检测器，所述电源至少对所述离子导向器施加用直流电压偏置后的交流电压，所述电压控制部通过控制所述电源来控制所述直流电压即加速电压，所述电压控制部，在一个坐标轴表示通过所述离子导向器的所述离子的所述质量电荷且另一个坐标轴表示对所述离子导向器施加的所述加速电压的坐标中，在被所述离子稳定地通过所述离子导向器的稳定区域的下限值、所述离子的离子迁移率、所述加速电压的上限值、以及所述加速电压为零的值所包围的控制区域内，以使测量的所述离子的所述质量电荷比越大则所述加速电压越大的方式控制所述加速电压。

其他解决方案将在实施方式中适当记载。

发明效果

根据本发明，能够进行高效率的质量分析。

附图说明

图1是第一实施方式的质量分析系统的结构图。

图2A是表示四极杆质量过滤器的结构的图(之一)。

图2B是表示四极杆质量过滤器的结构的图(之二)。

图3是表示四极杆质量过滤器中的稳定区域的图。

图4A是表示本实施方式中的离子导向器的结构的图(之一)。

图4B是表示本实施方式中的离子导向器的结构的图(之二)。

图4C是表示本实施方式中的离子导向器的结构的图(之三)。

图4D是表示本实施方式中的离子导向器的结构的图(之四)。

图5是表示用模拟求出的离子导向器中的距离与中心轴上的电压的关系的曲线图。

图6是表示用模拟求出的离子的离子导向器通过时间与离子量的关系的曲线图。

图7是对于离子导向器中的稳定区域将横轴设为q值、将纵轴设为a值的图。

图8是表示使m/z从m1切换为m2时的离子信号量的示意的图。

图9是表示第一实施方式的质量分析系统的控制方法的图。

图10是表示第二实施方式的质量分析系统的控制方法的图。

图11是第三实施方式的质量分析系统的结构图。

图12是表示第三实施方式的质量分析系统的控制方法的图。

图13是表示第三实施方式的质量分析系统的控制方法的流程的流程图。

图14A是表示加速电压的时间变化的图。

图14B是表示用质量分析系统测量的离子的m/z的时间变化的图。

图15是表示本实施方式的电压控制装置的结构的功能框图。

具体实施方式

接着，对于用于实施本发明的方式(称为“实施方式”)，适当参考附图详细进行说明。

[第一实施方式]

＜质量分析装置100＞

图1是第一实施方式的质量分析系统1的结构图。

质量分析系统1包括质量分析装置100、电压控制装置200、DC电源301、303、RF电源302。

质量分析装置100中，用离子源151生成的离子被经由细孔121导入第一差动排气部101。离子源151是电喷雾离子源、大气压化学离子源、大气压光离子源、大气压基质辅助激光解吸离子源等在大气压或低真空中工作的离子源。

对于第一差动排气部101，用泵111排气，使其维持在10Pa至500Pa的真空度。通过了第一差动排气部101后的离子被经由细孔122导入第二差动排气部102。对于第二差动排气部102，用泵112排气，使其维持在0.1Pa～10Pa的真空度。第二差动排气部102中，设置了使离子汇聚的离子导向器130。

第二差动排气部102中，因为液滴和大气中的夹杂物从大气压下的离子源151流入，所以与真空度高的分析部103相比更易于污染。离子导向器130的电极被污染时会发生带电，质量分析装置100的灵敏度降低。因此，离子导向器130采用与分析部103中设置的离子光学系统相比更不易受到污染的影响的结构。用离子导向器130汇聚的离子通过细孔123而被导入设置了四极杆质量过滤器140的分析部103。在四极杆质量过滤器140中，使离子与质量电荷比相应地分离。对于分析部103，用泵113排气而使其维持在1E-3Pa以下的压力。通过了四极杆质量过滤器140后的离子被检测器152检测。作为检测器152，一般使用电子倍增管或将闪烁体与光电子倍增管组合的类型的检测器。

关于电压控制装置200、DC电源301、303、RF电源302、介电体153，在后文中叙述。

＜四极杆质量过滤器140＞

图2A和图2B是表示四极杆质量过滤器140的结构的图。

如图2A和图2B所示，四极杆质量过滤器140由4根四极杆电极141(141a～141d)构成。对于四极杆电极141，以邻接的四极杆电极141之间是反相、对向的四极杆电极141之间是同相的方式施加高频电压(此后称为RF电压)和静电压(此后称为DC电压)。此处，RF电压是用被电压控制装置200控制的RF电源302生成的交流电压。即，在一对四极杆电极141a、141c、和一对四极杆电极141b、141d之间施加反相的RF电压。

另外，DC电压是用被电压控制装置200控制的DC电源301生成的电压。此处，处于设对四极杆电极141a、141c施加的DC电压为VDC1时、对四极杆电极141b、141d施加的DC电压是-VDC1的关系。将施加的RF电压和DC电压分别适当称为四极杆RF电压、四极杆DC电压。四极杆RF电压的典型的电压振幅是数百V－数kV，频率是500kHz－2MHz程度。四极杆DC电压的电压值是数十V～数百V程度。

对于四极杆质量过滤器140的动作进行说明。在四极杆质量过滤器140内能够进行稳定的轨道运动的离子的m/z范围，依赖于四极杆RF电压的振幅和四极杆DC电压的值。仅有存在于图3所示的稳定区域R1～R3的内侧的离子能够透过四极杆质量过滤器140。此处，稳定区域R1是线R1a的线内的区域，稳定区域R2是线R2a的线内的区域，稳定区域R3是线R3a的线内的区域。稳定区域R1～R3对于每种离子的m/z不同，从m/z较小的离子到较大的离子按图3所示的关系排列。即，稳定区域R1是具有某一m/z的离子的稳定区域。同样地，稳定区域R2是具有与稳定区域R1的离子不同的m/z的离子的稳定区域，稳定区域R3是具有与稳定区域R1、R2的离子不同的m/z的离子的稳定区域。

如果将四极杆RF电压和四极杆DC电压设定在某一m/z的稳定区域R1～R3的顶点附近，则能够仅使具有该m/z的离子透过。另外，如果以如图3中示出的扫描线L1这样通过各m/z的离子的稳定区域R1～R3的顶点附近的方式，维持四极杆RF电压与四极杆DC电压的关系，同时使四极杆RF电压扫描，则能够得到质量谱。即，能够检出具有各m/z的离子。

＜离子导向器130＞

图4A～图4D是表示本实施方式中的离子导向器130的结构的图。

如图4A～图4D所示，离子导向器130由4根离子导向器杆电极131(131a～131d)构成。如图4A～图4D所示，离子导向器杆电极131中的对向的规定的一对(离子导向器杆电极131a、131c)使用从圆柱上相对于底面倾斜地切除圆柱的一部分后的形状的电极。然后，该离子导向器杆电极131a、131c如图4B所示以切断面朝向离子导向器130的中心轴AC的方向的方式配置。另外，另一方的一对(离子导向器杆电极131b、131d)具有圆柱形状。

在图4B中示出离子导向器130的轴方向截面图，在图4C中示出从离子导向器130的入口观察的径向截面图(图4B的A-A截面图)，在图4D中示出从离子导向器130的出口观察的径向截面图(图4B的B-B截面图)。

如图4C所示，在离子导向器130的入口的径向截面上，距离Da与距离Db相比更长。此处，距离Da是离子导向器130的中心轴AC(参考图4B)与离子导向器杆电极131a的下端(或离子导向器杆电极131c的上端)的距离。另外，距离Db是离子导向器130的中心轴AC(参考图4B)与离子导向器杆电极131b的内侧端部(或离子导向器杆电极131d的内侧端部)的距离。从离子导向器130的入口起越接近离子导向器130的出口，距离Da与距离Db的差越小。然后，如图4D所示，在离子导向器130的出口处距离Da与距离Db相等。

对于对向的规定的离子导向器杆电极131a、131c用RF电源302施加相同相位的RF电压。另外，对于另一方的对向的离子导向器杆电极131B、131d，用RF电源302施加与离子导向器杆电极131a、131c相反相位的RF电压。施加的RF电压的相位是通过电源控制装置200控制RF电源302而调整的。另外，对离子导向器130施加的RF电压的振幅是10V～5000V，频率是500kHz～2MHz程度。对离子导向器130施加的RF电压的振幅和对四极杆质量过滤器140施加的RF电压的振幅因存在介电体153而不同。

如上所述，RF电压从被电压控制装置200控制的RF电源302供给至四极杆质量过滤器140的四极杆电极141(参考图2A和图2B)。然后，从四极杆电极141通过电容器等的介电体153供给至离子导向器130的离子导向器杆电极131。通过具有这样的结构，与对于离子导向器130和四极杆质量过滤器140个别地供给RF电压的结构相比能够减少电源的数量，能够使质量分析系统1变得廉价。

对离子导向器130施加的RF电压的振幅V、与对四极杆质量过滤器140施加的RF电压的振幅V₀的比α，由以下式(1-1)或式(1-2)给定。

[数学式1]

此处，C₁是介电体153的静电电容，C₂是离子导向器杆电极131的静电电容，R是离子导向器杆电极131与DC电源303之间的电阻，ω是RF电源的频率。

此处，对于离子导向器杆电极131在RF电压之外也施加DC电压。如图4D所示，从被电压控制装置200控制的DC电源303对离子导向器杆电极131供给DC电压。离子导向器130与四极杆质量过滤器140被介电体153隔开，所以能够施加分别的DC电压。即，从DC电源301对四极杆质量过滤器140施加的DC电压，因为介电体153而不会对离子导向器130造成影响。然后，用被DC电压303施加的DC电压使对离子导向器杆电极131分别施加的RF电压偏置。

另外，设对一对离子导向器杆电极131a、131c施加的DC电压为+VDC时，关于对一对离子导向器杆电极131b、131d施加的DC电压，施加-VDC的DC电压。将对一对离子导向器杆电极131a、131c施加的DC电压、与对一对离子导向器杆电极131b、131d施加的DC电压的差称为加速电压，将平均称为偏置电压。设被DC电源303施加的DC电压为VDC时，加速电压是2VDC。此后，假设对于对离子导向器杆电极131、四极杆电极141分别施加的RF电压用DC电压进行了偏置。

如上所述，在离子导向器130的出口附近处距离Da与距离Db相等。在距离Da与距离Db相等的场所不形成轴电场。此处，轴电场是因对离子导向器杆电极131施加的加速电压而在中心轴AC上生成的电场。

即，如图4B所示，在从离子导向器130的出口附近起0.5cm～5cm程度的区间中设置距离Da与距离Db相等而不形成轴电场的冷却区间401。在冷却区间401中，除不形成轴电场之外，因为从中心轴AC起各离子导向器杆电极131位于相等距离，所以在中心轴AC上RF电压也是零。因此，能够使离子的空间分布、动能分布效率良好地汇聚。

图4A～图4D所示的离子导向器130部件数量少，并且离子导向器杆电极131是圆柱、或切除圆柱的一部分的简单的形状，所以加工容易，能够廉价地制造。另外，如上所述，离子导向器130的电极表面被液滴和夹杂物污染时，质量分析装置100的灵敏度因污染引起的带电而降低。但是，图4A～图4D所示的离子导向器130也具有对于污染具有健壮性的优点。图4A～图4D所示的离子导向器130中，在沿着中心轴AC流动的气流的通路上没有离子导向器杆电极131。因此，引起污染的液滴等不易与离子导向器杆电极131碰撞，所以离子导向器130对于污染具有健壮性。另外，因为离子导向器杆电极131的表面积大，所以即使电极的一部分被污染，电场也不易受到影响，因此离子导向器130对于污染具有健壮性。

＜离子导向器130中的距离与中心轴AC上的电压的关系＞

图5是表示用模拟求出的离子导向器130中的距离与中心轴AC上的电压的关系的曲线图。中心轴AC上的电压是由轴电场定义的电压。从而，中心轴AC上的电压与加速电压一般而言并不一致。

图5中，横轴表示中心轴AC的位置(中心轴上的位置)(即离子导向器130中的距离)(单位是cm)，纵轴表示中心轴AC上的电压(中心轴上的电压)。另外，在横轴中，零表示离子源151的位置。另外，P1表示离子导向器130的入口，附图标记401表示冷却区间。

图4C、图4D所示的距离Da与距离Db的差在离子导向器130入口处最大。即，对中心轴AC施加的电压也在离子导向器130入口处最高。然后，如上所述，随着从离子导向器130入口起的距离增大，距离Da与距离Db的差减小。因此，随着从离子导向器130的入口起的距离增大，对中心轴AC施加的电压逐渐降低，在离子导向器130的出口附近的冷却区间401中成为零。如上所述，通过对图4A～图4D所示的离子导向器130施加加速电压，而在中心轴AC上产生使离子连续地加速或减速的轴电场。

离子导向器130中，使离子的动能通过与残留气体分子的碰撞而冷却，使其汇聚。中心轴AC的方向的动能也因与残留气体分子的碰撞而被冷却。因此，加速电压是零时，离子暂时停留在离子导向器130内部，因与从离子导向器130入口新导入的离子的电斥力而被推出，由此通过离子导向器130。因此，在施加的加速电压是零的状态下，离子通过离子导向器130需要数ms～数百ms程度的时间。

此处，加速电压不是零的情况下，离子导向器130内的离子的移动速度由以下式(2)给定。

V＝KE……(2)

此处，K是离子迁移率，E是轴电场。

图6中，横轴是离子导向器通过时间(Time)，纵轴是离子量(Ion Counts)。

另外，附图标记G1表示施加了1V的加速电压的情况，附图标记G2表示施加了3V的加速电压的情况，附图标记G3表示施加了5V的加速电压的情况。另外，附图标记G4表示施加了10V的加速电压的情况，附图标记G5表示施加了15V的加速电压的情况。

根据图6，可知施加越高的加速电压，则离子量的分布集中在越短的离子导向器通过时间中。这样，加速电压越大、轴电场越强，则离子的移动速度越快，离子通过离子导向器130的时间越短。离子迁移率K可以近似地由以下式(3)给定。

[数学式2]

此处，σ是离子的碰撞截面积，k是玻尔兹曼常数，n是气体分子的密度，Z是离子的电荷，μ是离子的折合质量，T是绝对温度。碰撞截面积σ越小，则离子的移动速度越快，离子通过离子导向器130的时间越短。碰撞截面积σ由离子的大小决定，但一般而言具有越高m/z的离子则碰撞截面积也越大的倾向。

在图7中，对于离子导向器130中的稳定区域R10示出将横轴设为q轴、将纵轴设为a值的图。此处，a值和q值分别由以下式(4)、(5)给定。

[数学式3]

[数学式4]

此处，e是基本电荷量，Z是离子的电荷，m是离子的质量，Ω是对离子导向器130施加的RF电压的角频率，V是对离子导向器130施加的RF电压的振幅，r0是离子导向器130的内切圆范围。另外，U是对离子导向器杆电极131施加的DC电压的值，2U是加速电压。

能够在离子导向器130中进行稳定的轨道运动的离子，限于图7的稳定区域R10的区域内的离子，稳定区域R10的区域外的离子被从离子导向器130中排除。如图1、图2A和图2B所示，离子导向器130的RF电压依赖于四极杆质量过滤器140的电压的结构中，设施加加速电压的情况下的稳定区域R10的端为q₁、q₂时，关于能够通过离子导向器130的离子的m/z范围，使用用质量分析装置100测量的离子的m/z即m＇、和四极杆质量过滤器140与离子导向器130的RF电压的振幅的比α，得到以下式(6)。

[数学式5]

此处，r₀是离子导向器130的内切圆半径，r＇₀是四极杆质量过滤器140的内切圆半径，q＇是用质量分析装置100测量的离子的q值，通常是0.7。

如式(6)所示，能够通过离子导向器130的离子的m/z范围也依赖于用质量分析装置100测量的离子的m/z地变化。

＜m/z切换时的离子信号量＞

此处，参考图8，考虑将用质量分析装置100测量的m/z从m1切换为m2的动作。

图8是表示使m/z从m1切换为m2时的离子信号量的示意的图。

图8中，上部表示m/z是m1的情况下的离子信号量，下部表示m/z是m2的情况下的离子信号量，上部和下部的图中，横轴表示时间，纵轴表示离子信号量。

对于用质量分析装置100测量m/z是m1的离子的情况，参考上部进行说明。然后，在这样的条件下，对于m/z是m2的离子位于具有式(2)所示的离子迁移率的离子导向器130中的稳定区域R10(参考图7)的区域外的情况进行说明。在用质量分析装置100测量m/z是m1的离子的时间中，m/z是m2的离子被从离子导向器130内部排除。因此，如图8下部示意性所示，将用质量分析装置100测量的m/z切换为m2之后，并没有立即观测到m/z是m2的离子。然后，在延迟时间Td之后m/z是m2的离子信号上升。该延迟时间Td是m/z是m2的离子通过离子导向器130到达四极杆质量过滤器140所需的时间。为了缩短延迟时间Td、减小离子信号的损失(切换时的延迟)，需要将加速电压设定为较高而提高离子导向器130内的离子的移动速度。

＜控制方法＞

图9是表示第一实施方式的质量分析系统1的控制方法的图。

在用平行四边形表示的控制区域RA中，左侧的线L11是由式(6)中的q1规定的，右侧的线L12是由离子迁移率规定的。另外，控制区域RA的上边L13是由质量分析装置100中的加速电压的上限规定的。另外，控制区域RA的下边L14表示加速电压是零。

图9的区域RB1是从切换用质量分析装置100测量的m/z起直到离子到达四极杆质量过滤器140的时间较长、切换时的离子的损失(延迟)较大的区域。因为是高m/z，且越高的离子根据式(2)和式(3)用相同电场加速的情况下的移动速度越慢，所以为了抑制离子信号的损失(延迟)需要较高的加速电压。此处，q1是图7所示的离子导向器130中离子稳定地通过的稳定区域R10的下限值。

另一方面，图9的区域RB2是用质量分析装置100测量的离子在离子导向器130中位于稳定区域R10(参考图7)的区域外、没有观测到离子的区域。根据图7可知越低m/z的离子越易于在较低的加速电压下位于稳定区域R10的区域外。

以往，如线L31所示，使加速电压固定地进行测量，离子切换时，在固定在适合切换后的离子的加速电压的状态下进行测量。这样，在一定的加速电压下，不能兼顾低m/z的离子能够稳定地通过离子导向器130的加速电压和高m/z的离子能够在m/z切换时无损失(延迟)地通过的加速电压，所以能够无损失(延迟)地通过离子导向器130的离子的m/z范围限于图7中所示的范围、即图9的符号C1所示的范围。

图9中的控制线L21是本实施方式中的加速电压的控制例。如控制线L21所示，电压控制装置200控制加速电压。另外，控制线L21相当于图3中的扫描线L1。

即，用质量分析装置100测量的离子的m/z较低的情况下，电压控制装置200将加速电压控制为较低的值。另外，用质量分析装置100测量的离子的m/z较高的情况下，电压控制装置200将加速电压设定为较高的值。具体而言，如图9的控制线L21所示，优选以使加速电压与m/z成正比的方式进行控制。通过这样，能够使得用质量分析装置100测量的m/z的离子的离子导向器130中的a值成为通过稳定区域R10(参考图7)的固定值。

另外，加速电压的控制也可以不是如图9的控制线L21所示依赖于m/z。只要加速电压与m/z的关系位于控制区域RA的内侧、并且m/z越大则加速电压越大即可。例如，也可以不是如图9的控制线L21所示地使加速电压连续地变化，而是例如阶梯状地变化。或者，电压控制装置200也可以使加速电压按规定的斜率直线状地变化至规定的m/z，在比规定的m/z更大的m/z的区域中，使加速电压按其他斜率直线状地变化。

如图9的控制线L21所示，通过以使加速电压与m/z成正比的方式进行控制，低m/z的离子能够稳定地通过离子导向器130，并且高m/z的离子也能够在m/z切换时无损失(延迟)地通过。如上所述，通过使用本实施方式的控制方法，如附图标记C2所示，与使用固定的加速电压的以往的控制方法相比能够使更宽的m/z范围的离子无损失(延迟)地通过。

即，通过对于移动速度慢(离子迁移率低)、m/z大的离子施加较高的加速电压，而使移动速度变快。由此，在m/z切换时，即使在切换为m/z大的离子时也能够减小损失(延迟)。另外，图9中，在m/z低的区域中，控制线L21是比以往的控制中的线L31更低的区域。即，在m/z低的区域中，施加比以往的控制更低的加速电压。但是，具有低m/z的离子原本离子迁移率高，在较低的加速电压下也具有充分的移动速度。从而，在m/z低的区域中，即使施加比以往的控制更低的加速电压也没有问题。即，m/z越大，则本实施方式的效果越大。

[第二实施方式]

＜控制方法＞

参考图10，说明第二实施方式中的加速电压的控制方法。

图10是表示第二实施方式的质量分析系统1的控制方法的图。图10中，对于与图9同样的结构附加同一附图标记并省略说明。

另外，第二实施方式中质量分析装置100的结构与图1所示的相同，所以省略此处的说明。

离子导向器130中的残留气体分子质量与离子的质量相比充分小的情况下，式(3)中的折合质量μ能够近似为离子的质量m。另外，假定离子的形状大致是球状且密度均匀时，式(3)中的离子的碰撞截面积σ与离子的质量的2/3次幂成正比。使用该近似关系时式(3)的离子迁移率K成为以下式(7)。

[数学式6]

式(7)中，如上所述K表示离子迁移率。

电压控制装置200基于式(7)的关系式求出加速电压。例如，离子导向器130的长度L相对于冷却区间401的长度充分大的情况下，一价离子通过离子导向器130的时间t与加速电压2U的关系可以使用式(7)的K和由离子导向器的结构唯一地决定的比例常数C写作以下式(8)。

[数学式7]

根据式(8)，一阶离子的情况下通过以与离子的质量的5/6次幂成正比的方式控制加速电压，较宽的m/z范围的离子能够在时间t中通过离子导向器130。控制线L22是基于式(7)的关系式求出的加速电压的控制线。

通过这样，能够排除离子导向器130中的残留气体分子的影响，所以能够控制使离子在大致固定的时间中通过离子导向器130。即，第二实施方式的控制方法能够更高精度地控制离子通过离子导向器130的时间。

[第三实施方式]

接着，参考图11和图12说明本发明的第三实施方式。

＜质量分析系统1a＞

图11是第三实施方式的质量分析系统1a的结构图。

图11所示的质量分析系统1a的结构具有与电压控制装置200连接的存储装置310，这一点与图1所示的质量分析系统1不同。存储装置310中保持了加速电压与m/z的关系的表。关于表，在后文中叙述。另外，存储装置310也可以设置在云等之中。

＜控制方法＞

图12是表示第三实施方式的质量分析系统1a的控制方法的图。

数据点P是表示过去测量的加速电压与m/z的关系的绘图点。数据点P能够事先测量各m/z的离子、以m/z切换时的离子信号强度最大的方式通过实验决定。数据点P被保持为存储装置310的表。

然后，位于数据点P之间的控制线L23是对数据点P进行线性插值而生成的。电压控制装置200按照图12所示的控制线L23进行加速电压的控制。

＜流程图＞

图13是表示第三实施方式的质量分析系统1a的控制方法的流程的流程图。适当参考图12。

首先，用质量分析装置100进行离子的测量，电压控制装置200将测量中使用的m/z和加速电压存储在存储装置310中(S101)。

接着，电压控制装置200在如图12所示的坐标中，将存储装置310中存储的加速电压和m/z绘图为数据点P(S102)。

然后，电压控制装置200对控制线L23进行线性插值(S103)。

之后，电压控制装置200沿着控制线L23控制加速电压(S104)。

离子迁移率K严密而言不仅依赖于m/z也依赖于分子的结构。因此，通过用测量对象的样品或类似样品的结构的化合物生成加速电压与m/z的表并控制加速电压，能够进行符合实际情况的加速电压的控制。即，能够进行考虑了分子结构的加速电压的控制。由此，能够使切换用质量分析装置100测量的m/z时的离子信号的损失(延迟)与其他实施方式相比进一步减少。

[第四实施方式]

接着，参考图14A和图14B，对于本发明的第四实施方式进行说明。

其中，第四实施方式中，质量分析系统1的结构与图1所示的相同，所以省略此处的图示和说明。

图14A是表示加速电压的时间变化的图，图14B是表示用质量分析系统1测量的离子的m/z的时间变化的图。

另外，图14A和图14B中，时刻t0～t5表示相同时刻。

切换用质量分析装置100测量的m/z的情况下的离子信号的损失(延迟)，依赖于图8所示的m/z是m1的离子与m/z是m2的离子的m/z的差。测量m/z是m1的离子时，如果m/z是m2的离子能够稳定地存在于离子导向器130内，则延迟时间Td(参考图8)是零，不发生离子信号的损失(延迟)。

一般而言，使用四极杆质量分析装置作为质量分析装置100的测量中，如图14B所示，每隔一定时间切换用质量分析装置100测量的m/z而测量多种离子。第四实施方式中，接下来测量的m/z是m_n的离子在之前刚测量的m/z是m_n-1的离子的测量条件下能够稳定地通过离子导向器130的情况、即之前刚测量的离子的m/z的差Δm(＝m_n-m_n-1)较小的情况下(图14B的Δma)，如图14A所示，控制装置将加速电压设定为零或充分低的值。另外，接下来测量的m/z是m_n的离子在之前刚测量的m/z是m_n-1的离子的测量条件下不能稳定地通过离子导向器130的情况、即Δm较大的情况下(图14B的Δmb)施加与m/z相应的加速电压。

简而言之，m/z的差(Δm)小于规定值的情况下(Δma)，即使不施加新的加速电压，测量对象的离子也因之前施加的加速电压而到达离子导向器130出口附近。因此，即使不施加加速电压也能够进行离子的测量。与此相对，m/z的差(Δm)大于规定值的情况下(Δmb)，在之前施加的加速电压下，测量对象的离子不能通过离子导向器130。因此，施加新的加速电压。

施加加速电压时，离子导向器130的出口附近的径向的离子的分布扩展，通过细孔123的离子的个数减少。但是，第四实施方式中在Δm较小的条件下(Δma)并不新施加加速电压，所以能够减轻离子导向器130的出口附近的径向的离子的分布的扩展。由此，能够实现高灵敏度的测量。与测量的离子的m/z相应地以使Δm尽可能小的方式排列测量的顺序并进行测量时，能够高灵敏度地测量更多的离子。

[电压控制装置200]

图15是表示本实施方式的电压控制装置200的结构的功能框图。

电压控制装置200包括存储器210、CPU(Central Processing Unit)201、键盘、鼠标等输入装置202、显示器等输出装置203、DC电源301、303、RF电源302、进行与存储装置310的通信的通信装置204。

在存储器210中，载入未图示的电压控制装置200的存储装置中保存的程序，由CPU201执行载入的程序。由此，实现电压控制部211。电压控制部211进行如图9、图10、图12、图13、图14所示的加速电压的控制。

本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

另外，对于上述各结构、功能、电压控制部211、存储装置310等，例如可以通过在集成电路中设计等而用硬件实现其一部分或全部。另外，如图15所示，上述各结构、功能等，也可以通过CPU201等处理器解释、执行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息，除保存在HD(Hard Disk)中以外，也能够保存在存储器、SSD(Solid StateDrive)等记录装置、或者IC(Integrated Circuit)卡、SD(Secure Digital)卡、DVD(Digital Versatile Disc)等记录介质中。

另外，各实施方式中，控制线和信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了产品上全部的控制线和信息线。实际上也可以认为几乎全部结构都相互连接。

附图标记说明

1，1a 质量分析系统

100 质量分析装置

130 离子导向器

131 离子导向器杆电极

131a，131c 离子导向器杆电极(一对离子导向器杆电极)

140 四极杆质量过滤器(质量过滤器)

151 离子源

152 检测器

302 RF电源(电源)

303 DC电源(电源)

310 存储装置

AC 中心轴

m/z 质量电荷比

L10 稳定区域

L11 线(稳定区域的下限值)

L12 线(离子迁移率)

L13 上边(加速电压的上限值)

L14 下边(加速电压是零)

L21 控制线(控制加速电压)

L22 控制线(控制加速电压)

L23 控制线(线性插值后的控制线)

P 数据点(绘图点)

R10 稳定区域

RA 控制区域

200 电压控制装置(电压控制部)

211 电压控制部。

Claims

1.一种质量分析装置的控制方法，其特征在于：

包括质量分析装置、电源和电压控制部，

所述质量分析装置包括：

产生离子的离子源；

配置在所述离子源的后级，使所述离子汇聚的离子导向器；

配置在所述离子导向器的后级，根据质量电荷比来使被所述离子导向器汇聚的所述离子分离的质量过滤器；和

配置在所述质量过滤器的后级，检测被所述质量过滤器分离后的所述离子的检测器，

所述电源至少对所述离子导向器施加用直流电压偏置后的交流电压，

所述电压控制部通过控制所述电源来控制所述直流电压即加速电压，

所述电压控制部，在一个坐标轴表示通过所述离子导向器的所述离子的所述质量电荷且另一个坐标轴表示对所述离子导向器施加的所述加速电压的坐标中，在被所述离子稳定地通过所述离子导向器的稳定区域的下限值、所述离子的离子迁移率、所述加速电压的上限值、以及所述加速电压为零的值所包围的控制区域内，以使测量的所述离子的所述质量电荷比越大则所述加速电压越大的方式控制所述加速电压。

2.如权利要求1所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于：

所述电压控制部，在所述控制区域内，控制所述加速电压使得所述加速电压与所述离子的所述质量电荷比成正比。

3.如权利要求1所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于：

所述电压控制部，控制所述加速电压使得与所述离子的质量的6分之5次幂成反比。

4.如权利要求1所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于：

所述电压控制部，

将用所述质量分析装置对规定的所述离子进行了多次测量时的所述加速电压和测量出的所述离子的所述质量电荷比保存在存储装置中，

在所述坐标中，进行将所述存储装置中保存的所述加速电压与所述质量电荷比关联的绘图，

计算对绘图得到的所述坐标中的点之间进行线性插值得到的控制线，

控制沿着计算出的所述控制线的所述加速电压。

5.如权利要求1所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于：

所述电压控制部，在接下来用所述质量分析装置测量的第一离子与在所述第一离子之前一个测量的第二离子中的所述质量电荷比的差在规定值以下的情况下，在测量所述第一离子时不施加所述加速电压。

6.一种质量分析系统，其特征在于：

包括质量分析装置、电源和电压控制部，

所述质量分析装置包括：

产生离子的离子源；

配置在所述离子源的后级，使所述离子汇聚的离子导向器；

7.如权利要求6所述的质量分析系统，其特征在于：

所述离子导向器具有4根离子导向器杆电极，

形成所述离子导向器的所述离子导向器杆电极的至少一对与所述离子导向器的中心轴的距离随着中心轴上的位置的不同而改变，

与所述离子导向器的中心轴的距离改变的电极的面对离子导向器的中心轴的面是平面。

8.一种质量分析系统中的电压控制装置，其中所述质量分析系统包括质量分析装置、电源和电压控制部，

所述质量分析装置包括：

产生离子的离子源；

配置在所述离子源的后级，使所述离子汇聚的离子导向器；

所述电压控制装置的特征在于：

具有电压控制部，其在一个坐标轴表示通过所述离子导向器的所述离子的所述质量电荷且另一个坐标轴表示对所述离子导向器施加的所述加速电压的坐标中，在被所述离子稳定地通过所述离子导向器的稳定区域的下限值、所述离子的离子迁移率、所述加速电压的上限值、以及所述加速电压为零的值所包围的控制区域内，以使测量的所述离子的所述质量电荷比越大则所述加速电压越大的方式控制所述加速电压。