JP2002245963A - Data collection method and time-of-flight mass spectrometer - Google Patents

Data collection method and time-of-flight mass spectrometer

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JP2002245963A
JP2002245963A JP2001044774A JP2001044774A JP2002245963A JP 2002245963 A JP2002245963 A JP 2002245963A JP 2001044774 A JP2001044774 A JP 2001044774A JP 2001044774 A JP2001044774 A JP 2001044774A JP 2002245963 A JP2002245963 A JP 2002245963A
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time
data
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tdc
signal
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Tadashi Watanabe
正 渡邉
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To change data collection by a TDC method and data collection by an ADC method over to each other in accordance with the pulse number in a detector signal by using a plural number of systems of TDC circuits by a level detection method. SOLUTION: Threshold value levels of comparators 2 of the TDC circuits A, B are different from each other. A change-over signal is output from a control circuit 20. The change-over signal is 0 at the time of a TDC mode and 1 at the time of an ADC mode. A shift data and a time code are written in an FIFO memory 11 and taken in a computing circuit 30 only in the case when a bit of 1 in value exists in a shift data of a shift register 10 at the time of the TDC mode. The shift data of the shift register 10 is written in the FIFO memory 11 with the time code without fail with timing of a writing signal from a dividing circuit 4 at the time of the ADC mode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン化された試
料を加速し、質量の相違に基づく検出器への到達時間差
を測定して試料分析を行う飛行時間型質量分析装置(Ti
me Of Flight Mass Spctrometer:TOFMS)用のデ
ータ収集方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer (Ti) for accelerating an ionized sample, measuring the difference in arrival time at a detector based on the difference in mass, and analyzing the sample.
The present invention relates to a data collection method and apparatus for me of flight mass spectrometer (TOFMS).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、TOFMSにおけるTOFデータ
を収集する方式には、アナログ・ツー・デジタル(Anal
ogue to Digital Converter)方式(本明細書ではこの
方式をADC方式と称す)と、タイム・ツー・デジタル
(Time to Digital)方式(本明細書ではこの方式をT
DC方式と称す)の2つの方式がある。ADC方式は、
イオン化された試料を加速した時間を起点として、スペ
クトルをA/D変換する方式であり、TDC方式は、イ
オン化された試料を加速した時間を起点として、イオン
が検出器に到達した時間を、次々にストップオツチ方式
で記録する方式である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of collecting TOF data in TOFMS includes analog-to-digital (Anal).
ogue to Digital Converter) system (this system is referred to as an ADC system in this specification) and a time-to-digital (Time to Digital) system (this system is referred to as T
DC system). The ADC method is
The A / D conversion of the spectrum is started from the time at which the ionized sample is accelerated. The TDC method is the time at which ions reach the detector starting from the time at which the ionized sample is accelerated. This is a system in which recording is performed by a stop-otch system.

【0003】ADC方式は、検出器のパルス領域から電
流領域までA/D変換できるため、扱えるイオン量が多
いという利点があるが、その一方、A/D変換速度が遅
いと検出器の出力パルス幅が狭い場合にはパルスをA/
D変換し損ねるため、高速のA/D変換器を高速のクロ
ックで動作させる必要があり、これによりメモリが大量
に必要となり、またA/D変換器が高速であったとして
もメモリの動作は低速なので、A/D変換器とメモリを
接続する制御回路は複数、通常は8個以上を並列に動作
させる必要があり、回路規模が大きくなるという欠点が
ある。また、高速A/D変換器は高価である、TDC方
式に比ベノイズの影響を受けやすいという欠点もある。
これに対して、TDC方式は、ある閾値レベル以下のパ
ルスを計数しないように設定できるためノイズに強く、
またイオンが検出器に到着した時間のみ記録するので、
必要とするメモリが少なくてすむという利点があるが、
パルスが連続してきた時にストップオツチ動作が間に合
わず数え落とし(不感時間:Dead Time)があるため、
計測できるイオン量が少なく、試料導入系で絞っておか
なければならないという欠点がある。そして、TOFM
Sにおいては、TOFデータを収集するため、ADC方
式あるいはTDC方式のどちらか一方を標準として搭載
しているのが通常である。
The ADC method has an advantage that a large amount of ions can be handled because the A / D conversion can be performed from the pulse region to the current region of the detector. On the other hand, if the A / D conversion speed is low, the output pulse of the detector is low. When the width is narrow, the pulse is A /
In order to fail to perform D conversion, it is necessary to operate a high-speed A / D converter with a high-speed clock, which requires a large amount of memory. Even if the A / D converter is high-speed, the operation of the memory is not improved. Since the speed is low, a plurality of control circuits for connecting the A / D converter and the memory, usually eight or more, need to be operated in parallel, and there is a disadvantage that the circuit scale becomes large. Further, the high-speed A / D converter is expensive and has a disadvantage that it is more susceptible to noise than the TDC system.
On the other hand, the TDC method can be set not to count pulses below a certain threshold level, so it is strong against noise,
Also, only the time when the ion arrives at the detector is recorded,
It has the advantage of requiring less memory,
When the pulse is continuous, stop stop operation cannot keep up and count down (dead time: Dead Time).
There is a drawback that the amount of ions that can be measured is small, and it must be narrowed down by the sample introduction system. And TOFM
In S, in order to collect TOF data, one of the ADC system and the TDC system is usually mounted as a standard.

【0004】ところで、TDC方式には、リーディング
エッジ方式と称される方式と、レベル検出方式と称され
る2つの方式がある。リーディングエッジ方式は、検出
器から出力されるパルスが正極性とした場合、パルスの
立ち上がりを検出して、スタートパルスから当該パルス
を検出した時点までの時間を記録する方式であり、レベ
ル検出方式は、検出器出力を閾値レベルと比較して、検
出器出力が閾値レベル以上である場合に”1”、閾値レ
ベル未満の場合には”0”として2値化し、その2値化
された信号を連続的にシリアルシフトレジスタに入
れ、”1”が立っている時刻を記録する方式である。
The TDC system includes a system called a leading edge system and a system called a level detection system. The leading edge method is a method in which when a pulse output from a detector has a positive polarity, a rising edge of a pulse is detected, and a time from a start pulse to a point in time when the pulse is detected is recorded. , The detector output is compared with a threshold level, and is binarized as “1” when the detector output is equal to or higher than the threshold level, and as “0” when the detector output is lower than the threshold level. This is a method of continuously inputting data into a serial shift register and recording the time at which “1” is set.

【0005】そして、本出願人は、特願平11−374
255号において、レベル検出方式を用いたTDC方式
によるTOFデータの収集装置を提案した。これは、T
OFデータを収集する際、TOFMSの扱える試料のダ
イナミツクレンジを大きくでき、少ないメモリ容量、小
さな回路規模で、且つ低コストでデータ収集ができるよ
うにすることを目的としたものである。
The applicant of the present invention has disclosed Japanese Patent Application No. 11-374.
No. 255 proposed a TOF data collection device based on a TDC method using a level detection method. This is T
It is an object of the present invention to increase the dynamic range of a sample that can be handled by TOFMS when collecting OF data, to enable a small memory capacity, a small circuit scale, and low-cost data collection.

【0006】以下、特願平11−374255号で提案
した構成について説明する。図5は上記出願で提案した
TOFMS用データ収集装置の全体構成を示す図、図6
は図5のTDC回路Aを例にした説明図、図7、図8は
検出器信号と各TDC回路に設定される閾値レベルの関
係を説明する図である。
Hereinafter, the configuration proposed in Japanese Patent Application No. 11-374255 will be described. FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the TOFMS data collection device proposed in the above application, and FIG.
5 is an explanatory diagram of the TDC circuit A of FIG. 5 as an example, and FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating the relationship between a detector signal and a threshold level set for each TDC circuit.

【0007】まず、図5、図6を参照して、TOFMS
用データ収集装置の各部について説明する。発振回路
(OSC)3は、TOFMS(図示せず)から、試料の
イオンの飛行時間の起点となるスタートパルスを受ける
と所定の周波数のクロックの発生を開始し、TOFMS
からストップパルスを受けるとクロックの発生を停止す
る。TOFMSの時間分解能はOSC3のクロック周波
数で決まるため、OSC3は可能な限り高い周波数、例
えば1GHz程度のクロックを発生させるようにする。
OSC3からのクロックは、分周回路4、及びTDC回
路A〜Dのシフトレジスタ10のクロック入力端子に供
給される。分周回路4は、OSC3からのクロックを1
/2n (nは自然数)に分周して、値が”1”のパルス
信号である書き込み信号(write)を生成する。そし
て、この書き込み信号はカウンタ5、及び図6に示すよ
うに各TDC回路のAND回路13の一方の入力端子に
供給される。
First, referring to FIGS. 5 and 6, TOFMS
Each part of the data collection device for use will be described. The oscillating circuit (OSC) 3 starts generating a clock of a predetermined frequency upon receiving a start pulse from the TOFMS (not shown), which is the starting point of the flight time of the ions of the sample, and the TOFMS
When a stop pulse is received from, the generation of the clock is stopped. Since the time resolution of the TOFMS is determined by the clock frequency of the OSC 3, the OSC 3 generates a clock with a frequency as high as possible, for example, about 1 GHz.
The clock from the OSC 3 is supplied to the frequency dividing circuit 4 and the clock input terminal of the shift register 10 of the TDC circuits A to D. The frequency dividing circuit 4 sets the clock from the OSC 3 to 1
/ 2 n (n is a natural number) to generate a write signal (write) which is a pulse signal having a value of “1”. The write signal is supplied to the counter 5 and one input terminal of the AND circuit 13 of each TDC circuit as shown in FIG.

【0008】カウンタ5は、書き込み信号の個数を計数
し、その計数値をmビットのタイムコードとして出力す
る。このタイムコードは、後述するように、ヒストグラ
ム演算装置7において、パルスが検出された位置のスタ
ートパルスからの時間を求めるタイムエンコード処理を
行う際に、スタートパルスからの時間の上位桁として用
いられることになる。なお、このタイムコードは質量分
析を行っている間発生される必要があるが、そのビット
数mの値は、TOFMSから供給されるスタートパルス
からストップパルスまでのスキャン時間、OSC3のク
ロック周波数、及び分周回路4の分周比に基づいて決定
すればよい。
The counter 5 counts the number of write signals and outputs the counted value as an m-bit time code. This time code is used as an upper digit of the time from the start pulse when performing time encoding processing for obtaining the time from the start pulse at the position where the pulse is detected in the histogram calculation device 7 as described later. become. This time code needs to be generated during mass spectrometry. The value of the number of bits m is determined by the scan time from the start pulse to the stop pulse supplied from the TOFMS, the clock frequency of the OSC3, and What is necessary is just to determine based on the frequency division ratio of the frequency dividing circuit 4.

【0009】さて、図5の各TDC回路A〜Dは、コン
パレータ2の閾値レベルが異なるだけで同一構成である
ので、TDC回路Aを例にした図6を参照してより詳細
に説明する。TOFMSの検出器信号は、バッファアン
プ1を介してTDC回路A〜Dの4系統のコンパレータ
2の一方の入力にそれぞれ供給される。コンパレータ2
の他方の入力には、制御回路20から与えられたデジタ
ルの閾値レベルがDAC15によってアナログ信号に変
換されて供給されている。
The TDC circuits A to D in FIG. 5 have the same configuration except that the threshold level of the comparator 2 is different. Therefore, the TDC circuit A will be described in more detail with reference to FIG. The TOFMS detector signal is supplied to one input of one of four comparators 2 of TDC circuits A to D via a buffer amplifier 1. Comparator 2
The other input is supplied with the digital threshold level given from the control circuit 20 after being converted into an analog signal by the DAC 15.

【0010】そして、コンパレータ2は、バッファアン
プ1の出力信号レベルを閾値レベルと比較し、バッファ
アンプ1の出力レベルが閾値レベル以上の場合には”
1”、閾値レベル未満であれば”0”を出力する。即
ち、コンパレータ2はバッファアンプ出力を閾値レベル
によって2値化するのであり、コンパレータ2の出力
が”1”のときはパルスが検出されたことになる。そし
て、コンパレータ2の出力はシフトレジスタ10のシリ
アルイン端子に入力される。
The comparator 2 compares the output signal level of the buffer amplifier 1 with the threshold level, and when the output level of the buffer amplifier 1 is equal to or higher than the threshold level,
If the output of the comparator 2 is "1", a pulse is detected when the output of the comparator 2 is "1". Then, the output of the comparator 2 is input to the serial-in terminal of the shift register 10.

【0011】シフトレジスタ10は、2n ビットのシリ
アルイン−パラレルアウトのシフトレジスタであり、O
SC3からシリアルシフトクロック端子に供給されたク
ロックのタイミングでコンパレータ2からのデジタル信
号を取り込む。そして、シフトレジスタ10は2n ビッ
トだけ取り込むと、その2n ビットのデータをパラレル
アウトから出力する。
The shift register 10 is a 2 n -bit serial-in / parallel-out shift register.
The digital signal from the comparator 2 is taken in at the timing of the clock supplied from the SC 3 to the serial shift clock terminal. When the shift register 10 receives only 2 n bits, the shift register 10 outputs the data of 2 n bits from the parallel out.

【0012】OR回路12はシフトレジスタ10のパラ
レルアウトから出力される2n ビットの全ビットの論理
和(OR)をとり、この2n ビットの中に一つでも値
が”1”のビットがあれば”1”を出力し、2n ビット
の中に値が”1”のビットが一つもなければ”0”を出
力する。
The OR circuit 12 takes the logical sum (OR) of all the 2 n bits output from the parallel out of the shift register 10, and if any one of the 2 n bits has a value of “1”. If there are any bits with a value of "1" in 2 n bits, "1" is output.

【0013】AND回路13は分周回路4からの書き込
み信号と、OR回路12の出力を入力して両者の論理積
(AND)を演算する。従って、2つの入力が共に”
1”である場合にのみAND回路13から”1”の値が
出力され、これがFIFOメモリ11への書き込み信号
となる。なお、本明細書では、シフトレジスタ10から
パラレルアウトされる2n ビットのデータをシフトデー
タと称することにする。
The AND circuit 13 receives the write signal from the frequency divider 4 and the output of the OR circuit 12 and calculates the logical product (AND) of the two. Therefore, both inputs are "
Only when the value is "1", the value of "1" is output from the AND circuit 13, and this is a write signal to the FIFO memory 11. In the present specification, 2 n- bit parallel output from the shift register 10 is performed. The data will be referred to as shift data.

【0014】FIFOメモリ11には、シフトレジスタ
10からのシフトデータと、カウンタ5からのタイムコ
ードと、AND回路13の出力が入力されるが、FIF
Oメモリ11は、AND回路13の出力である書き込み
信号が”1”の場合にのみ、シフトデータとタイムコー
ドの書き込みを行う。つまり、シフトデータの中に一つ
でも値が”1”のビットがある場合にのみ、シフトデー
タとタイムコードがFIFOメモリ11に書き込まれる
ことになる。従って、FIFOメモリ11に必要なメモ
リ容量は(m+2n )ビットである。
The shift data from the shift register 10, the time code from the counter 5, and the output of the AND circuit 13 are input to the FIFO memory 11;
The O memory 11 writes the shift data and the time code only when the write signal output from the AND circuit 13 is “1”. That is, the shift data and the time code are written to the FIFO memory 11 only when at least one bit of the value is “1” in the shift data. Therefore, the memory capacity required for the FIFO memory 11 is (m + 2 n ) bits.

【0015】この分周回路4からの書き込み信号、従っ
てAND回路13の出力である書き込み信号は、シフト
レジスタ10のシフトビット数である2n ビットと一致
させてあるため、シフトレジスタ10からパラレルアウ
トされるシフトデータ中に1個でも”1”の値のビット
があれば、シフトデータ2n 個に一回FIFOメモリ1
1に書き込みが行われることになるのである。
Since the write signal from the frequency dividing circuit 4, that is, the write signal output from the AND circuit 13, matches the number of shift bits of the shift register 10, that is, 2 n bits, If at least one bit of the value “1” is present in the shifted data to be shifted, the FIFO memory 1 is used once for 2 n shift data.
1 is to be written.

【0016】ヒストグラム演算装置7は、FIFOメモ
リ11に読み取り信号(read clock)を送ってFIFO
メモリ11からデータを読み取り、読み取ったタイムコ
ードと2n 個のシフトデータに基づいて、2n 個のシフ
トデータデータ中の値が”1”のビットのスタートパル
スからの時間を解読するタイムエンコードの処理を行
う。このタイムエンコードの処理は次のようである。ま
ず、OSC3のクロック周波数及び分周回路4の分周比
は既知であるから、FIFOメモリ11から読み込んだ
タイムコードの値から、当該2n 個のシフトデータが、
スタートパルスからどの時間からどの時間までのデータ
であるかが分かる。このような意味で、タイムコードは
スタートパルスからの時間の上位桁として用いられるの
である。そして、値が”1”のビットがそのシフトデー
タの中の何番目にあるかによって、当該ビットのスター
トパルスからの時間を求めるのである。これがスタート
パルスからの時間の下位桁となる。そして、ヒストグラ
ム演算装置7は、タイムエンコード処理の結果得られた
検出パルスの時間データを保存する。
The histogram calculator 7 sends a read signal (read clock) to the FIFO memory 11 to
A time encoding method that reads data from the memory 11 and decodes the time from the start pulse of the bit whose value in the 2 n shift data data is “1” based on the read time code and 2 n shift data. Perform processing. The time encoding process is as follows. First, since the clock frequency of the OSC 3 and the dividing ratio of the dividing circuit 4 are known, the 2 n pieces of shift data are obtained from the time code value read from the FIFO memory 11.
It is possible to know from what time to what data from the start pulse. In this sense, the time code is used as the upper digit of the time from the start pulse. Then, the time from the start pulse of the bit is obtained according to the number of the bit having the value "1" in the shift data. This is the lower digit of the time from the start pulse. Then, the histogram calculation device 7 stores the time data of the detected pulse obtained as a result of the time encoding process.

【0017】ところで、質量分析を行う際には一つの試
料について、複数回のスキャンが行われる。そしてその
都度上記の処理が行われ、スキャン毎にタイムエンコー
ドされた時間データが蓄積されていく。そして、測定が
終了すると、ヒストグラム演算装置7は、蓄積されたス
キャン毎の検出パルスの時間データを、スタートパルス
からの時間が一致する時間データの個数を計数してヒス
トグラムを作成する。これによってスペクトルが得られ
る。本明細書では、これをスペクトル展開あるいはスペ
クトルに展開するということにする。
When performing mass spectrometry, one sample is scanned a plurality of times. The above-described processing is performed each time, and time-encoded time data is accumulated for each scan. Then, when the measurement is completed, the histogram calculation device 7 creates a histogram by counting the accumulated time data of the detection pulse for each scan by counting the number of time data having the same time from the start pulse. This gives a spectrum. In this specification, this is referred to as spectrum development or spectrum development.

【0018】以上、TOFMS用データ収集装置の各部
について説明したが、次に全体的な動作について説明す
る。先ず、各TDC回路A〜Dのコンパレータ2にはそ
れぞれ互いに異なる閾値レベルが設定されている。
The components of the TOFMS data collection device have been described above. Next, the overall operation will be described. First, different threshold levels are set in the comparators 2 of the TDC circuits A to D, respectively.

【0019】OSC3はTOFMSからスタートパルス
を受けると、クロックの発振を開始する。このときには
同時に検出器信号がバッファアンプ1を介して、各TD
C回路A〜Dのコンパレータ2の一方に入力される。そ
して、バッファアンプ1の出力は各コンパレータ2によ
って2値化される。各TDC回路のシフトレジスタ10
は、OSC3から供給されるクロックのタイミングでコ
ンパレータ2からの2値化信号を順次取り込み、クロッ
クによって順次シフトしていく。そして、各TDC回路
のシフトレジスタ10において2n ビット分だけシフト
すると、分周回路4から書き込み信号が発生され、カウ
ンタ5と、AND回路13に供給される。
When the OSC 3 receives the start pulse from the TOFMS, it starts oscillating the clock. At this time, the detector signal is simultaneously transmitted through the buffer amplifier 1 to each TD.
It is input to one of the comparators 2 of the C circuits A to D. The output of the buffer amplifier 1 is binarized by each comparator 2. Shift register 10 of each TDC circuit
Sequentially captures the binary signal from the comparator 2 at the timing of the clock supplied from the OSC 3 and sequentially shifts the binary signal by the clock. When the shift register 10 of each TDC circuit shifts by 2 n bits, a write signal is generated from the frequency dividing circuit 4 and supplied to the counter 5 and the AND circuit 13.

【0020】そして、このとき、2n ビットのシフトデ
ータの中に1個でも値が”1”のビットがあれば、AN
D回路13の出力が”1”となるので、FIFOメモリ
11は当該シフトビットと、カウンタ5からのタイムコ
ードを書き込む。シフトデータの中に値が”1”のビッ
トが一つも無ければAND回路13の出力は”0”とな
るのでFIFOメモリ11はシフトデータとタイムコー
ドの書き込みは行わない。以上の動作がTDC回路A〜
Dの4系統のTDC回路においてそれぞれ行われる。
At this time, if at least one bit having a value of “1” is present in the 2 n -bit shift data,
Since the output of the D circuit 13 becomes “1”, the FIFO memory 11 writes the shift bit and the time code from the counter 5. If there is no bit having a value of "1" in the shift data, the output of the AND circuit 13 becomes "0", so that the FIFO memory 11 does not write the shift data and the time code. The above operation is performed by the TDC circuits A to
D is performed in each of the four TDC circuits.

【0021】そして、ヒストグラム演算装置7は、所定
の周期毎に各TDC回路のFIFOメモリ11に読み取
り信号を送ってFIFOメモリ11からデータを読み取
り、タイムエンコードの処理を行い、得られた時間デー
タを保存する。以上の動作が1スキャン毎に繰り返さ
れ、スキャンの度毎に、各TDC回路系統毎に時間デー
タが蓄積されていく。そして、ヒストグラム演算装置7
は、スペクトル展開の処理を行う。
The histogram calculator 7 sends a read signal to the FIFO memory 11 of each TDC circuit at predetermined intervals to read data from the FIFO memory 11, performs time encoding, and converts the obtained time data. save. The above operation is repeated for each scan, and time data is accumulated for each TDC circuit system every scan. Then, the histogram calculation device 7
Performs spectrum expansion processing.

【0022】図7、図8に検出器信号と4つの閾値レベ
ルの関係、FIFOメモリ11に書き込まれるシフトデ
ータの例、及びヒストグラムの例を示す。図の横軸は時
間である。なお、図では便宜上、図7、図8の2図に分
けているがこれらは連続しているものとする。図7
(a)、図8(a)のレベル1、レベル2、レベル3、
レベル4は、それぞれ、図5のTDC回路A、TDC回
路B、TDC回路C、TDC回路Dのコンパレータ2の
閾値レベルとしている。また、図7、図8はn=4の場
合を示している。
FIGS. 7 and 8 show the relationship between the detector signal and the four threshold levels, an example of shift data written to the FIFO memory 11, and an example of a histogram. The horizontal axis in the figure is time. In the figure, for the sake of convenience, FIG. 7 and FIG. 8 are divided, but these are assumed to be continuous. FIG.
(A), level 1, level 2, level 3,
Level 4 is the threshold level of the comparator 2 of the TDC circuit A, TDC circuit B, TDC circuit C, and TDC circuit D in FIG. FIGS. 7 and 8 show a case where n = 4.

【0023】検出器信号が図7(a)、図8(b)に示
すようであるとすると、TDC回路A〜TDC回路Dの
それぞれのFIFOメモリ11に書き込まれる16ビッ
トのシフトデータは図7(b)、図8(b)に示すよう
になり、ヒストグラム演算回路7によって作成されるヒ
ストグラムは図7(c)、図8(c)に示すようにな
る。図7(c)及び図8(c)から、検出器信号の各パ
ルスについて、その高さと幅の情報が得られていること
が分かる。即ち、検出器からのパルスの到達時間と、パ
ルス高さ、パルス幅が同時に計測されているのである。
これがスペクトル展開である。
Assuming that the detector signals are as shown in FIGS. 7A and 8B, the 16-bit shift data written in the FIFO memories 11 of the TDC circuits A to D is as shown in FIG. (B) and FIG. 8 (b), and the histogram created by the histogram calculation circuit 7 is as shown in FIGS. 7 (c) and 8 (c). From FIG. 7C and FIG. 8C, it can be seen that information on the height and width of each pulse of the detector signal is obtained. That is, the arrival time of the pulse from the detector, the pulse height, and the pulse width are measured simultaneously.
This is spectral expansion.

【0024】なお、図5ではTDC回路を4系統用いた
が、2系統以上であればよい。勿論、4系統より多くの
TDC回路を用いてもよく、多くのTDC回路を用いる
程、スペクトル展開されたものは実際のスペクトルに近
いものとなる。
Although four TDC circuits are used in FIG. 5, two or more TDC circuits may be used. Of course, more than four TDC circuits may be used, and the more TDC circuits are used, the closer the spectrum developed to the actual spectrum.

【0025】以上のようであるので、図5、図6に示す
構成によれば、複数系統のTDC回路を用いることによ
って、検出器信号を複数の閾値レベルで弁別し、弁別さ
れた各信号をシリアルイン−パラレルアウトの各シフト
レジスタに入力し、シフトクロックで一定のビット数シ
フトする毎に、シフトレジスタに弁別した信号入力があ
ったことを条件に、クロックスタートからの時間とシフ
トデータを読み出して記録するので、検出器からのパル
スの到達時間、パルス幅、パルス高を同時計測すること
ができ、TOFMSの扱える試料のダイナミツクレンジ
を大きくし、少ないメモリ、小さな回路規模で、かつ低
コストでデータ収集することが可能である。
As described above, according to the configurations shown in FIGS. 5 and 6, the detector signals are discriminated at a plurality of threshold levels by using a plurality of TDC circuits, and each discriminated signal is discriminated. Input to each serial-in / parallel-out shift register, and read out the time from clock start and shift data on condition that there is a discriminated signal input to the shift register every time a certain number of bits are shifted by the shift clock. Recording, the arrival time, pulse width, and pulse height of the pulse from the detector can be measured simultaneously, the dynamic range of the sample that can be handled by TOFMS is increased, and less memory, smaller circuit scale, and lower cost are used. It is possible to collect data at

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにTDC方式は、検出器信号を閾値レベルで2値化す
ることにより検出器信号中のパルスの有無を検知し、パ
ルスがある場合にはその検出したパルスのスタートパル
スからの時間を記録するので、データ量が少ないという
利点があるのであるが、検出器信号中に多数のパルスが
ある場合にはデータ量は大きなものとなり、しかもスペ
クトル展開の処理に時間がかかるので、データ量が少な
いという利点は失われてくる。更に、TDC方式は検出
器信号中のパルス有無を検知するものであるので、TD
C回路で得られるデータはパルスの高さ方向の情報は基
本的には有していない。これに対して、ADC方式はデ
ータ量は多くなるが、得られるデジタルデータはパルス
の高さ方向の情報を含んでいる。そうすると、検出器信
号中のパルス数が少ない場合にはTDC方式が有利であ
るが、パルス数が多い場合にはTDC方式でもデータ量
が多くなり、スペクトル展開のために時間も要するので
ADC方式の方が有利であるといえる。データ量が多い
のであれば、データ量に関してはTDC方式でもADC
方式でも差が無くなり、しかもADC方式によれば、T
DC方式では基本的には得られないパルスの高さの情報
をも得られることになる。
As described above, in the TDC system, the presence or absence of a pulse in a detector signal is detected by binarizing the detector signal at a threshold level. Since the time from the start pulse of the detected pulse is recorded, there is an advantage that the data amount is small.However, when there are many pulses in the detector signal, the data amount becomes large, and furthermore, the spectrum expansion is performed. Takes a long time, so the advantage that the data amount is small is lost. Furthermore, since the TDC method detects the presence or absence of a pulse in the detector signal, the TD
Data obtained by the C circuit basically does not have information in the pulse height direction. On the other hand, the ADC method has a large data amount, but the obtained digital data includes information in the pulse height direction. Then, when the number of pulses in the detector signal is small, the TDC method is advantageous. However, when the number of pulses is large, the data amount is large even in the TDC method, and it takes time for spectrum expansion. It can be said that it is more advantageous. If the amount of data is large, the amount of data can be converted to ADC using the TDC method.
There is no difference in the system, and according to the ADC system, T
In the DC method, information on the pulse height that cannot be obtained basically can be obtained.

【0027】さて、TDC方式では、このように基本的
にはパルスの高さの情報は得られないのであるが、図5
に示すように、TDC回路を複数系統備え、それらのT
DC回路のコンパレータの閾値レベルを互いに異なるも
のとした場合には、パルスの高さの情報も得られる。例
えば、図8(b)のxで示す矢印の時間位置の高さは、
レベル4のビット、即ちTDC回路Dで得られたシフト
データの当該位置での値を最上位ビットとし、レベル1
のビット、即ちTDC回路Aで得られたシフトデータの
当該位置での値を最下位ビットとして”0011”と表
され、これは当該位置でのパルスの高さを示している。
つまり、この場合には、パルスの高さを4段階で表現す
ることができるのであり、これは2ビットのADCに相
当することになる。このように、TDC回路を複数系統
用いて、コンパレータの閾値レベルを互いに異ならせれ
ば、ADC方式と同等な機能を持たせることができるこ
とが分かる。
In the TDC system, basically, information on the pulse height cannot be obtained as described above.
As shown in FIG.
If the threshold levels of the comparators of the DC circuit are different from each other, information on the pulse height can also be obtained. For example, the height of the time position of the arrow indicated by x in FIG.
The level 4 bit, that is, the value at that position of the shift data obtained by the TDC circuit D is the most significant bit, and the level 1
, That is, the value at the position of the shift data obtained by the TDC circuit A is represented as “0011” as the least significant bit, and indicates the pulse height at the position.
That is, in this case, the pulse height can be expressed in four stages, which corresponds to a 2-bit ADC. As described above, it is understood that a function equivalent to that of the ADC method can be provided by using a plurality of TDC circuits and making the threshold levels of the comparators different from each other.

【0028】そこで、本発明は、レベル検出方式による
TDC回路を複数系統用い、検出器信号中のパルス数に
応じて、TDC方式によるデータ収集と、ADC方式に
よるデータ収集とを切り替え可能として、TDC方式と
ADC方式の両者の利点を発揮させることができる飛行
時間型質量分析装置用データ収集方法及び装置を提供す
ることを目的とするものである。
Therefore, the present invention uses a plurality of TDC circuits based on the level detection system, and enables switching between data collection based on the TDC system and data collection based on the ADC system in accordance with the number of pulses in the detector signal. It is an object of the present invention to provide a data collection method and apparatus for a time-of-flight mass spectrometer capable of exhibiting the advantages of both the system and the ADC system.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る飛行時間型質量分析装置用データ収
集方法は、請求項1記載のように、検出器信号を互いに
異なる複数の閾値レベルにより2値化し、2値化された
各信号をシリアルイン−パラレルアウトの各シフトレジ
スタに入力し、シフトクロックで所定のビット数シフト
してシフトデータを出力する毎に、試料のイオンの飛行
時間の起点となるスタートパルスからの時間を示すタイ
ムコードと、メモリへの書き込み信号が発生される飛行
時間型質量分析装置用データ収集方法であって、前記シ
フトデータ中に所定の値のビットがあったことを条件に
当該シフトデータとそのときのタイムコードとを前記メ
モリに書き込む第1のモードと、前記シフトデータとそ
のときのタイムコードとを書き込み信号が発生されたと
きに必ず前記メモリに書き込む第2のモードとが切り替
え可能となされていることを特徴とする。本発明に係る
飛行時間型質量分析装置用データ収集装置は、請求項2
記載のように、検出器信号を閾値レベルによって2値化
するコンパレータと、コンパレータで2値化された信号
が入力され、シフトクロックで所定のビット数シフト毎
にシフトデータをパラレルアウトとして出力するシリア
ルイン−パラレルアウトのシフトレジスタと、前記シフ
トクロックを分周して、シフトレジスタで前記所定ビッ
ト数シフトしたときに書き込み信号を発生する分周回路
と、前記分周回路から発生される書き込み信号を計数し
て、試料のイオンの飛行時間の起点となるスタートパル
スからの時間を示すタイムコードを生成するカウンタ
と、前記シフトデータの全ビットの論理和を演算する第
1の論理回路と、第1の論理回路と、分周回路の論理積
を演算する第2の論理回路と、第2の論理回路から所定
の値の信号が出力された場合に、前記シフトレジスタか
らのシフトデータと、前記カウンタからのタイムコード
とを書き込むメモリとを備えるTDC回路を複数系統備
える飛行時間型質量分析装置用データ収集装置であっ
て、複数のTDC回路の各コンパレータの閾値レベルは
互いに異ならされており、且つ、モードを切り替えるた
めの切り替え信号発生手段を備え、前記切り替え信号発
生手段からの切り替え信号は各TDC回路の第1の論理
回路に入力され、第1の論理回路ではシフトデータと切
り替え信号の全ビットの論理和を演算することを特徴と
する。請求項3記載の飛行時間型質量分析装置用データ
収集装置は、請求項2において、前記切り替え信号の値
は、複数系統のTDC回路の中の所定のTDC回路のコ
ンパレータで2値化された信号に基づいて自動的に設定
されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a data collection method for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention has a plurality of different detector signals. Each signal binarized by a threshold level is input to each serial-in / parallel-out shift register, and each time a shift clock shifts a predetermined number of bits to output shift data, the ion of the sample is changed. A time code indicating a time from a start pulse serving as a starting point of a flight time, and a data collection method for a time-of-flight mass spectrometer in which a write signal to a memory is generated, wherein a bit of a predetermined value is included in the shift data. A first mode in which the shift data and the time code at that time are written into the memory on condition that the shift data and the time code at that time are stored. Wherein the second mode for writing always the memory when the signal write and de are generated have been made can be switched. The data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention is described in claim 2.
As described, a comparator that binarizes a detector signal based on a threshold level, and a serial that receives a signal binarized by the comparator and outputs shift data as a parallel output every predetermined number of bits shifted by a shift clock An in-parallel out shift register, a frequency divider that divides the shift clock and generates a write signal when the shift register shifts the predetermined number of bits, and a write signal generated from the frequency divider. A counter for counting and generating a time code indicating a time from a start pulse which is a starting point of a flight time of ions of the sample, a first logic circuit for calculating a logical sum of all bits of the shift data, , A second logic circuit that calculates the logical product of the frequency divider circuit, and a signal of a predetermined value output from the second logic circuit. A data collection device for a time-of-flight mass spectrometer, comprising a plurality of TDC circuits each including a memory for writing shift data from the shift register and a time code from the counter. The threshold levels of the comparators are different from each other, and a switching signal generating means for switching the mode is provided. A switching signal from the switching signal generating means is input to a first logic circuit of each TDC circuit, The first logic circuit is characterized in that the logical sum of all bits of the shift data and the switching signal is calculated. The data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to claim 3, wherein the value of the switching signal is binarized by a comparator of a predetermined TDC circuit in a plurality of TDC circuits. Is set automatically based on

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ発明の実
施の形態について説明する。図1は本発明に係る飛行時
間型質量分析装置用データ収集装置の第1の実施形態の
構成を示す図である。なお、図1において、図6に示す
構成要素と同等なものについては同一の符号を付し、重
複する説明を最小限に留めることにする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention. In FIG. 1, components equivalent to those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be minimized.

【0031】図1では、TDC回路A、TDC回路Bの
2系統のTDC回路を備えている。ここでは、分周回路
4の分周比は1/8であるとする。TDC回路Aのコン
パレータ2には制御回路20から閾値レベル1が与えら
れ、TDC回路Bのコンパレータ2には制御回路20か
ら、閾値レベル1より大きい閾値レベル2が与えられて
いるものとする。
In FIG. 1, two TDC circuits, a TDC circuit A and a TDC circuit B, are provided. Here, it is assumed that the frequency dividing ratio of the frequency dividing circuit 4 is 1/8. It is assumed that the threshold level 1 is given to the comparator 2 of the TDC circuit A from the control circuit 20, and the threshold level 2 larger than the threshold level 1 is given to the comparator 2 of the TDC circuit B.

【0032】先ず、図1に示す構成において、図6に示
す従来のTOFMS用データ収集装置と異なる構成につ
いて説明する。このTOFMS用データ収集装置では、
オペレータは図示しない入力装置から、データ収集をT
DC方式により行うか、ADC方式で行うかを設定す
る。検出器信号中のパルス数が少ないと判断される場合
にはTDC方式を設定すればよく、パルス数が多いと判
断される場合にはADC方式を設定すればよい。以下、
TDC方式によりデータ収集するモードをTDCモード
といい、ADC方式によりデータ収集するモードをAD
Cモードという。
First, the configuration of the configuration shown in FIG. 1 that is different from the conventional TOFMS data collection device shown in FIG. 6 will be described. In this TOFMS data collection device,
The operator starts data collection from an input device (not shown).
It sets whether to use the DC method or the ADC method. When it is determined that the number of pulses in the detector signal is small, the TDC method may be set. When it is determined that the number of pulses is large, the ADC method may be set. Less than,
The mode of collecting data by the TDC method is called TDC mode, and the mode of collecting data by the ADC method is AD mode.
It is called C mode.

【0033】制御回路20は、ADCモードが設定され
た場合には切り替え信号の値を”1”とし、TDCモー
ドが設定された場合には切り替え信号を”0”とする。
この切り替え信号は、2つのTDC回路のOR回路12
と、演算回路30に入力される。OR回路12には、ま
た、シフトレジスタ10のパラレルアウトから2n ビッ
ト、この場合には8ビットのシフトデータが入力され
る。従って、この装置では、OR回路12は、シフトレ
ジスタ10のシフトデータと切り替え信号の全ビットの
論理和をとり、それらのビットの中に一つでも値が”
1”のビットがある場合にのみ、値が”1”の信号を出
力する。演算回路30の動作は切り替え信号に基づいて
切り替えられる。この点については後述する。その他の
構成要素については、従来と同じである。
The control circuit 20 sets the value of the switching signal to "1" when the ADC mode is set, and sets the switching signal to "0" when the TDC mode is set.
This switching signal is supplied to the OR circuit 12 of the two TDC circuits.
Is input to the arithmetic circuit 30. The OR circuit 12 also receives 2 n -bit, in this case, 8-bit shift data from the parallel out of the shift register 10. Therefore, in this device, the OR circuit 12 takes the logical sum of the shift data of the shift register 10 and all the bits of the switching signal, and at least one of the bits has a value of "".
Only when there is a bit of “1”, a signal with a value of “1” is output.The operation of the arithmetic circuit 30 is switched based on a switching signal.This point will be described later. Is the same as

【0034】以下、動作について説明する。いま、TD
Cモードが設定されたとすると、制御回路20は切り替
え信号の値を”0”として出力する。
The operation will be described below. Now TD
Assuming that the C mode is set, the control circuit 20 outputs the value of the switching signal as “0”.

【0035】さて、OSC3はTOFMSからスタート
パルスを受けると、クロックの発振を開始する。このと
きには同時に検出器信号がバッファアンプ1を介して、
TDC回路A,Bのコンパレータ2の一方に入力され
る。そして、バッファアンプ1の出力は各コンパレータ
2によって2値化される。各TDC回路のシフトレジス
タ10は、OSC3から供給されるクロックのタイミン
グでコンパレータ2からの2値化信号を順次取り込み、
クロックによって順次シフトしていく。そして、各TD
C回路のシフトレジスタ10において所定のビット分、
ここでは8ビット分だけシフトすると、分周回路4から
書き込み信号が発生され、カウンタ5と、AND回路1
3に供給される。
When the OSC 3 receives the start pulse from the TOFMS, it starts oscillating the clock. At this time, the detector signal is simultaneously transmitted through the buffer amplifier 1,
It is input to one of the comparators 2 of the TDC circuits A and B. The output of the buffer amplifier 1 is binarized by each comparator 2. The shift register 10 of each TDC circuit sequentially takes in the binary signal from the comparator 2 at the timing of the clock supplied from the OSC 3,
It is shifted sequentially by the clock. And each TD
In the shift register 10 of the C circuit, predetermined bits,
Here, when shifting by 8 bits, a write signal is generated from the frequency dividing circuit 4, and the counter 5 and the AND circuit 1
3 is supplied.

【0036】この時点でTDC回路Aのシフトレジスタ
10のパラレルアウトに出力されたシフトデータの中に
1個でも値が”1”のビットがあれば、OR回路12の
出力は”1”となるので、AND回路13からの書き込
み信号によりFIFOメモリ11は当該シフトデータと
タイムコードを書き込む。しかし、シフトデータ中に値
が”1”のビットが無い場合には、AND回路13から
書き込み信号は出力されないので、FIFOメモリ11
はシフトデータとタイムコードの書き込みは行わない。
At this point, if at least one bit of the value "1" is present in the shift data output to the parallel out of the shift register 10 of the TDC circuit A, the output of the OR circuit 12 becomes "1". Therefore, the FIFO memory 11 writes the shift data and the time code in response to the write signal from the AND circuit 13. However, if there is no bit having a value of “1” in the shift data, the write signal is not output from the AND circuit 13, so that the FIFO memory 11
Does not write shift data and time code.

【0037】同様に、この時点でTDC回路Bのシフト
レジスタ10のシフトデータの中に1個でも値が”1”
のビットがあれば、OR回路12の出力は”1”となる
ので、AND回路13からの書き込み信号によりFIF
Oメモリ11は当該シフトデータとタイムコードを書き
込む。しかし、シフトデータ中に値が”1”のビットが
無い場合には、AND回路13から書き込み信号は出力
されないので、FIFOメモリ11はシフトデータとタ
イムコードの書き込みは行わない。そして、演算回路3
0は、所定の周期毎に各TDC回路のFIFOメモリ1
1に読み取り信号を送ってFIFOメモリ11からデー
タを読み取り、タイムエンコードの処理を行い、得られ
た時間データを保存する。つまり、TDCモードの場合
には従来のヒストグラム演算装置と同じ動作を行う。
Similarly, at this point, even one of the shift data in the shift register 10 of the TDC circuit B has a value of “1”.
, The output of the OR circuit 12 becomes “1”, so that the write signal from the AND circuit 13
The O memory 11 writes the shift data and the time code. However, when there is no bit having a value of “1” in the shift data, the write signal is not output from the AND circuit 13, so that the FIFO memory 11 does not write the shift data and the time code. And the arithmetic circuit 3
0 is the FIFO memory 1 of each TDC circuit every predetermined cycle.
1 to read data from the FIFO memory 11, perform time encoding, and save the obtained time data. That is, in the case of the TDC mode, the same operation as the conventional histogram calculation device is performed.

【0038】以上の動作が1スキャン毎に繰り返され、
演算回路30には、スキャンの度毎に、TDC回路A,
Bの各系統毎に時間データが蓄積されていく。そして、
演算回路30は、蓄積した時間データに基づいてスペク
トル展開の処理を行う。以上のところから明らかなよう
に、切り替え信号の値が”0”の場合には、上述した従
来の動作と同じ動作を行うのである。
The above operation is repeated for each scan.
The arithmetic circuit 30 includes a TDC circuit A,
Time data is accumulated for each system of B. And
The arithmetic circuit 30 performs a spectrum expansion process based on the accumulated time data. As is apparent from the above, when the value of the switching signal is "0", the same operation as the above-described conventional operation is performed.

【0039】図2にTDCモード時における検出器信号
と2つの閾値レベルの関係、及びFIFOメモリ11に
書き込まれるシフトデータの例を示す。図2に示すもの
は図7(b)、図8(b)に示すと同様のものである
が、図2では図1の構成に即した場合の例を示してい
る。
FIG. 2 shows a relationship between the detector signal and the two threshold levels in the TDC mode, and an example of shift data written in the FIFO memory 11. 2 is the same as that shown in FIGS. 7 (b) and 8 (b), but FIG. 2 shows an example according to the configuration of FIG.

【0040】図2(a)には2つの閾値レベルと検出器
信号の例を示す。図2(a)において「level1」、「le
vel2」とあるのは、それぞれ、TDC回路A,Bのコン
パレータ2に設定された閾値レベルである。また、横軸
には分周回路4から出力される書き込み信号(write)
のタイミングも示している。検出器信号が図2(a)に
示すようである場合、各TDC回路のFIFOメモリ1
1に書き込まれ、演算回路30に取り込まれるシフトデ
ータは図2(b)に示すようになる。図2(b)におい
て、「level1」、「level2」とあるのは、それぞれ、T
DC回路A,BのFIFOメモリ11に書き込まれるシ
フトデータである。なお、タイムコードは省略してい
る。図2(b)から容易に理解できるように、TDCモ
ードでは演算回路30に記録されるデータ量は少ないも
のである。従って、演算回路30でのタイムエンコード
及びスペクトル展開に要する時間も短くて済むものであ
る。
FIG. 2A shows an example of two threshold levels and a detector signal. In FIG. 2A, "level1", "le
"vel2" is a threshold level set in the comparator 2 of the TDC circuits A and B, respectively. The horizontal axis represents a write signal (write) output from the frequency divider 4.
Is also shown. If the detector signal is as shown in FIG. 2A, the FIFO memory 1 of each TDC circuit
The shift data written to 1 and taken into the arithmetic circuit 30 is as shown in FIG. In FIG. 2B, “level1” and “level2” are T
The shift data is written to the FIFO memories 11 of the DC circuits A and B. The time code is omitted. As can be easily understood from FIG. 2B, the amount of data recorded in the arithmetic circuit 30 is small in the TDC mode. Therefore, the time required for time encoding and spectrum expansion in the arithmetic circuit 30 can be shortened.

【0041】以上がTDCモード時の動作であり、次
に、ADCモードの場合の動作について説明する。AD
Cモードが設定された場合、制御回路20は切り替え信
号の値を”1”として出力する。これにより、各TDC
回路のOR回路12の出力は常に”1”となり、FIF
Oメモリ11は、書き込み信号のタイミングで、常に、
カウンタ5からのタイムコードと、シフトレジスタ10
からのシフトデータを書き込む。
The above is the operation in the TDC mode. Next, the operation in the ADC mode will be described. AD
When the C mode is set, the control circuit 20 outputs the value of the switching signal as “1”. Thereby, each TDC
The output of the OR circuit 12 of the circuit is always "1",
The O memory 11 always outputs
The time code from the counter 5 and the shift register 10
Write shift data from.

【0042】また、この場合には演算回路30は、各F
IFOメモリ11から取り込んだシフトデータに基づい
て、従来周知のADC方式における処理を行い、スペク
トルを復元する。
Also, in this case, the arithmetic circuit 30
On the basis of the shift data fetched from the IFO memory 11, processing in a conventionally well-known ADC method is performed to restore a spectrum.

【0043】さて、OSC3はTOFMSからスタート
パルスを受けると、クロックの発振を開始する。このと
きには同時に検出器信号がバッファアンプ1を介して、
TDC回路A,Bのコンパレータ2の一方に入力され
る。そして、バッファアンプ1の出力は各コンパレータ
2によって2値化される。各TDC回路のシフトレジス
タ10は、OSC3から供給されるクロックのタイミン
グでコンパレータ2からの2値化信号を順次取り込み、
クロックによって順次シフトしていく。そして、各TD
C回路のシフトレジスタ10において所定のビット分、
ここでは8ビット分だけシフトすると、分周回路4から
書き込み信号が発生され、カウンタ5と、AND回路1
3に供給される。
When the OSC 3 receives the start pulse from the TOFMS, it starts oscillating the clock. At this time, the detector signal is simultaneously transmitted through the buffer amplifier 1,
It is input to one of the comparators 2 of the TDC circuits A and B. The output of the buffer amplifier 1 is binarized by each comparator 2. The shift register 10 of each TDC circuit sequentially takes in the binary signal from the comparator 2 at the timing of the clock supplied from the OSC 3,
It is shifted sequentially by the clock. And each TD
In the shift register 10 of the C circuit, predetermined bits,
Here, when shifting by 8 bits, a write signal is generated from the frequency dividing circuit 4, and the counter 5 and the AND circuit 1
3 is supplied.

【0044】そして、この場合には各OR回路12から
は常に”1”が出力されるので、AND回路13からは
常に書き込み信号が出力される。従って、書き込み信号
が発生された時点でのTDC回路Aのシフトレジスタ1
0のシフトデータと、その時点でカウンタ5から発生さ
れるタイムコードは、書き込み信号が発生される度毎に
必ずFIFOメモリ11に書き込まれる。同様に、書き
込み信号が発生された時点でのTDC回路Bのシフトレ
ジスタ10のシフトデータ、及びそのときのタイムコー
ドは、TDC回路BのFIFOメモリ11に書き込まれ
る。
In this case, since "1" is always output from each OR circuit 12, a write signal is always output from the AND circuit 13. Therefore, the shift register 1 of the TDC circuit A at the time when the write signal is generated
The shift data of 0 and the time code generated by the counter 5 at that time are always written to the FIFO memory 11 every time a write signal is generated. Similarly, the shift data of the shift register 10 of the TDC circuit B at the time when the write signal is generated and the time code at that time are written to the FIFO memory 11 of the TDC circuit B.

【0045】そして、演算回路30は、所定の周期毎に
各TDC回路のFIFOメモリ11に読み取り信号を送
ってFIFOメモリ11からシフトデータとタイムコー
ドを読み取り、保存する。シフトデータの保存に際して
は、時間軸を一致させて、TDC回路AのFIFOメモ
リ11から取り込んだビットを下位ビット、TDC回路
BのFIFOメモリ11から取り込んだビットを上位ビ
ットとして、2ビット構成のデータとして、各TDC回
路のFIFOメモリ11から取り込んだ順序に保存して
いけばよい。なぜなら、FIFOメモリ11から取り込
んだ順序がそのまま検出器信号のスタートパルスからの
時間の通りの順序となっているからである。
Then, the arithmetic circuit 30 sends a read signal to the FIFO memory 11 of each TDC circuit at a predetermined cycle, reads shift data and time code from the FIFO memory 11, and stores them. At the time of storing the shift data, the time axis is made coincident, and the bit fetched from the FIFO memory 11 of the TDC circuit A is set as the lower bit, and the bit fetched from the FIFO memory 11 of the TDC circuit B is set as the upper bit, and the 2-bit data is stored. It is only necessary to store the data in the order in which the data is fetched from the FIFO memory 11 of each TDC circuit. This is because the order fetched from the FIFO memory 11 is the same as the time order from the start pulse of the detector signal.

【0046】以上の動作が1スキャン毎に繰り返され
る。これにより、演算回路30には、スキャンの度毎
に、TDC回路A,Bからのシフトデータが、この場合
には2ビットで蓄積されていく。そして、演算回路30
は、蓄積したシフトデータに基づいて、従来周知のAD
C方式で行われている処理と同様の処理を行ってスペク
トルの形を復元する。このADCモードでは、スペクト
ルの復元はシフトデータのみを用いて行えるので、スペ
クトルの復元に際しては、タイムコードは用いられな
い。
The above operation is repeated for each scan. As a result, the shift data from the TDC circuits A and B are accumulated in the arithmetic circuit 30 every two scans in this case in two bits. And the arithmetic circuit 30
Is based on the accumulated shift data,
The same processing as that performed in the C method is performed to restore the spectrum shape. In this ADC mode, since the spectrum can be restored using only the shift data, no time code is used for the spectrum restoration.

【0047】図3にADCモード時における検出器信号
と2つの閾値レベルの関係、及びFIFOメモリ11に
書き込まれるシフトデータの例を示す。図3(a)には
2つの閾値レベルと検出器信号の例を示す。図3(a)
において「level1」、「level2」とあるのは、それぞ
れ、TDC回路A,Bのコンパレータ2に設定された閾
値レベルである。また、横軸には分周回路4から出力さ
れる書き込み信号のタイミングも示している。検出器信
号が図3(a)に示すようである場合、各TDC回路の
FIFOメモリ11に書き込まれ、演算回路30に取り
込まれるシフトデータは図3(c)に示すようになる。
図3(c)において、「level1」、「level2」とあるの
は、それぞれ、TDC回路A,Bから演算回路30に取
り込まれて記録されるシフトデータである。例えば、上
記のように、TDC回路Aから出力されて記録されるビ
ット、即ち閾値レベル1で2値化されたビットを下位ビ
ット、TDC回路Bから出力されて記録されるビット、
即ち閾値レベル2で2値化されたビットを上位ビットと
して記録するようにすれば、図3(c)のyで示す時間
位置での検出器信号の強度は”01”と2ビットで表さ
れることになる。
FIG. 3 shows a relationship between a detector signal and two threshold levels in the ADC mode, and an example of shift data written in the FIFO memory 11. FIG. 3A shows an example of two threshold levels and a detector signal. FIG. 3 (a)
, “Level1” and “level2” are threshold levels set in the comparator 2 of the TDC circuits A and B, respectively. The horizontal axis also shows the timing of the write signal output from the frequency dividing circuit 4. When the detector signal is as shown in FIG. 3A, the shift data written in the FIFO memory 11 of each TDC circuit and taken into the arithmetic circuit 30 is as shown in FIG. 3C.
In FIG. 3C, “level1” and “level2” are shift data which are taken into the arithmetic circuit 30 from the TDC circuits A and B and recorded. For example, as described above, the bits output from the TDC circuit A and recorded, that is, the bits binarized at the threshold level 1 are the lower bits, the bits output from the TDC circuit B and recorded,
That is, if the bits binarized at the threshold level 2 are recorded as the upper bits, the intensity of the detector signal at the time position indicated by y in FIG. 3C is represented by “01” and two bits. Will be.

【0048】図3(b)は、検出器信号が図3(a)に
示すようである場合にTDCモードで記録されるシフト
データを比較のために示すものである。図3(b)にお
いて、「level1」、「level2」とあるのは、それぞれ、
TDC回路A,BのFIFOメモリ11から演算回路3
0に取り込まれるシフトデータである。図3(b)と図
3(c)を比較すれば、TDCモードの方がデータ量は
少ないが、検出器信号中のパルス数が多い場合にはAD
Cモードの場合とそれ程の違いが無いことが分かる。そ
して、TDCモード時におけるタイムエンコード処理及
びスペクトル展開の処理に要する時間、ADCモード時
におけるスペクトルの復元のために要する時間を考慮す
ると、検出器信号中に多くのパルスがある場合には、A
DCモードの方がTDC方式よりも有利となるのであ
る。
FIG. 3B shows, for comparison, shift data recorded in the TDC mode when the detector signal is as shown in FIG. 3A. In FIG. 3B, “level1” and “level2” are respectively
From the FIFO memories 11 of the TDC circuits A and B to the arithmetic circuit 3
This is shift data that is taken into 0. Comparing FIG. 3B and FIG. 3C, the data amount is smaller in the TDC mode, but when the number of pulses in the detector signal is large, AD
It can be seen that there is not much difference from the case of the C mode. Considering the time required for time encoding processing and spectrum expansion processing in the TDC mode and the time required for spectrum restoration in the ADC mode, when there are many pulses in the detector signal, A
The DC mode is more advantageous than the TDC method.

【0049】なお、図1では2つのTDC回路を備える
ものとしたが、より多くの個数のTDC回路を備えても
よいことは当然である。そして、上述したように、図5
に示すように4個のTDC回路を備え、4つの閾値レベ
ルを設定すれば、ADCモード時には2ビット相当のA
DCを行うことができる。
Although two TDC circuits are provided in FIG. 1, it goes without saying that more TDC circuits may be provided. Then, as described above, FIG.
If four TDC circuits are provided and four threshold levels are set as shown in FIG.
DC can be performed.

【0050】以上が第1の実施形態であり、次に本発明
に係る飛行時間型質量分析装置用データ収集装置の第2
の実施形態の構成を図4を参照して説明する。図1に示
す構成ではオペレータが予めTDCモードにするか、A
DCモードにするかを設定するが、この第2の実施形態
ではTDCモードにするか、ADCモードにするかを自
動的に設定できるようにしたものである。そのために、
図4に示す構成では、比較回路40とカウンタ41を備
えている。その他は図1に示すと同じである。
The above is the first embodiment. Next, the second embodiment of the data acquisition apparatus for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention will be described.
The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. In the configuration shown in FIG. 1, the operator sets the TDC mode in advance,
Whether the mode is set to the DC mode is set. In the second embodiment, whether the mode is set to the TDC mode or the ADC mode can be automatically set. for that reason,
The configuration shown in FIG. 4 includes a comparison circuit 40 and a counter 41. Others are the same as those shown in FIG.

【0051】この装置では、先ずプリスキャンを行う。
これはオペレータが図示しない入力装置からプリスキャ
ンの指示を行うようにすればよい。プリスキャンの指示
がなされると、制御装置20は、各部に対してプリスキ
ャン時の動作を指示する。具体的には、プリスキャン時
には制御回路20はカウンタ41及び比較回路40を動
作させ、演算回路30を不動作とする。
In this apparatus, first, a prescan is performed.
In this case, the operator may issue a prescan instruction from an input device (not shown). When a pre-scan instruction is given, the control device 20 instructs each unit to perform a pre-scan operation. Specifically, at the time of pre-scan, the control circuit 20 operates the counter 41 and the comparison circuit 40, and makes the operation circuit 30 inoperative.

【0052】カウンタ41はプリスキャン時にTDC回
路Aのコンパレータ2の出力を取り込み、値が”1”の
個数を計数する。一方、比較回路40には制御回路20
から閾値となる値が与えられており、その閾値とカウン
タ41での計数値とを比較して切り替え信号の値を決定
する。具体的には、カウンタ41の計数値が、閾値以上
である場合にはADCモードを設定して切り替え信号の
値を”1”とし、閾値未満の場合にはTDCモードを設
定して切り替え信号の値を”0”として出力する。そし
て、この切り替え信号は、各TDC回路のOR回路12
と、演算回路30に供給される。即ち、この実施形態で
は、TDC回路Aで検出されたパルス数に基づいてTD
Cモードとするか、ADCモードとするかを決定するの
である。
The counter 41 takes in the output of the comparator 2 of the TDC circuit A at the time of the pre-scan, and counts the number having the value "1". On the other hand, the comparison circuit 40
, A threshold value is given, and the threshold value is compared with the count value of the counter 41 to determine the value of the switching signal. Specifically, when the count value of the counter 41 is equal to or greater than the threshold value, the ADC mode is set and the value of the switching signal is set to “1”. When the count value is less than the threshold value, the TDC mode is set and the switching signal is set. The value is output as "0". The switching signal is supplied to the OR circuit 12 of each TDC circuit.
Is supplied to the arithmetic circuit 30. That is, in this embodiment, TD is determined based on the number of pulses detected by the TDC circuit A.
It is determined whether to use the C mode or the ADC mode.

【0053】このようにして切り替え信号の値が決定さ
れると、その後の実際の質量分析のためのスキャン時に
は、比較回路40及びカウンタ41は制御回路20によ
って不動作となされ、切り替え信号の値は変わらない。
切り替え信号の値が”1”である場合のADCモード時
の動作、切り替え信号の値が”0”である場合のTDC
モード時の動作は、上述した第1の実施形態におけると
同じであるので説明は省略する。
When the value of the switching signal is determined in this manner, the comparison circuit 40 and the counter 41 are disabled by the control circuit 20 during the subsequent scan for mass spectrometry. does not change.
Operation in ADC mode when the value of the switching signal is "1", TDC when the value of the switching signal is "0"
The operation in the mode is the same as that in the first embodiment described above, and the description is omitted.

【0054】以上のようであるので、第1の実施形態及
び第2の実施形態で説明した飛行時間型質量分析装置用
データ収集装置によれば、一つのTOFMS用データ収
集装置で、TDCモードとADCモードとを切り替える
ことが可能となるので、検出器信号中のパルス数が少な
い場合、あるいは少ないと予測される場合にはTDCモ
ード、検出器信号中のパルス数が多い場合、あるいは多
いと予測される場合にはADCモードとすることがで
き、TDC方式とADC方式の両者の利点を発揮させる
ことができる。
As described above, according to the data collection device for a time-of-flight mass spectrometer described in the first and second embodiments, one TOFMS data collection device can operate in the TDC mode. It is possible to switch between the ADC mode and the TDC mode when the number of pulses in the detector signal is small or predicted to be small, and it is predicted that the number of pulses in the detector signal is large or large. In this case, the ADC mode can be set, and the advantages of both the TDC method and the ADC method can be exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る飛行時間型質量分析装置用データ
収集装置の第1の実施形態の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図2】図1に示す構成において、TDCモード時にお
ける検出器信号と2つの閾値レベルの関係、及びFIF
Oメモリ11に書き込まれるシフトデータの例を示す図
である。
FIG. 2 shows a relationship between a detector signal and two threshold levels in a TDC mode in the configuration shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of shift data written in an O memory.

【図3】図1に示す構成において、ADCモード時にお
ける検出器信号と2つの閾値レベルの関係、FIFOメ
モリ11に書き込まれるシフトデータの例、及びTDC
モード時との比較を示す図である。
FIG. 3 shows a relationship between a detector signal and two threshold levels in an ADC mode in the configuration shown in FIG. 1, an example of shift data written to a FIFO memory 11, and TDC.
It is a figure showing comparison with the time of mode.

【図4】本発明に係る飛行時間型質量分析装置用データ
収集装置の第2の実施形態の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of a data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図5】本出願人が先に提案した飛行時間型質量分析装
置用データ収集装置の全体構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a data collection device for a time-of-flight mass spectrometer proposed by the present applicant.

【図6】図5においてTDC回路Aを例にした説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory diagram exemplifying a TDC circuit A in FIG. 5;

【図7】検出器信号と各TDC回路に設定される閾値レ
ベルの関係を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a detector signal and a threshold level set for each TDC circuit.

【図8】検出器信号と各TDC回路に設定される閾値レ
ベルの関係を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a detector signal and a threshold level set for each TDC circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…バッファアンプ、2…コンパレータ、3…OSC、
4…分周回路、5…カウンタ、7…ヒストグラム演算装
置、10…シフトレジスタ、11…FIFOメモリ、1
2…OR回路、13…AND回路、15…DAC、20
…制御回路、30…演算回路、40…比較回路、41…
カウンタ。
1 ... buffer amplifier, 2 ... comparator, 3 ... OSC,
4 frequency dividing circuit, 5 counter, 7 histogram operation device, 10 shift register, 11 FIFO memory, 1
2 OR circuit, 13 AND circuit, 15 DAC, 20
... Control circuit, 30 ... Operation circuit, 40 ... Comparison circuit, 41 ...
counter.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】検出器信号を互いに異なる複数の閾値レベ
ルにより2値化し、2値化された各信号をシリアルイン
−パラレルアウトの各シフトレジスタに入力し、シフト
クロックで所定のビット数シフトしてシフトデータを出
力する毎に、試料のイオンの飛行時間の起点となるスタ
ートパルスからの時間を示すタイムコードと、メモリへ
の書き込み信号が発生される飛行時間型質量分析装置用
データ収集方法であって、 前記シフトデータ中に所定の値のビットがあったことを
条件に当該シフトデータとそのときのタイムコードとを
前記メモリに書き込む第1のモードと、 前記シフトデータとそのときのタイムコードとを書き込
み信号が発生されたときに必ず前記メモリに書き込む第
2のモードとが切り替え可能となされていることを特徴
とする飛行時間型質量分析装置用データ収集方法。
1. A detector signal is binarized by a plurality of threshold levels different from each other, each binarized signal is input to each serial-in / parallel-out shift register, and a predetermined number of bits are shifted by a shift clock. Each time the shift data is output, the time code indicating the time from the start pulse which is the starting point of the flight time of the ions of the sample, and the data collection method for a time-of-flight mass spectrometer in which a write signal to the memory is generated. A first mode in which the shift data and the time code at that time are written into the memory on condition that there is a bit of a predetermined value in the shift data; and the shift data and the time code at that time. And a second mode for writing to the memory whenever a write signal is generated. Time-of-flight mass spectrometer data collection method.
【請求項2】検出器信号を閾値レベルによって2値化す
るコンパレータと、 コンパレータで2値化された信号が入力され、シフトク
ロックで所定のビット数シフト毎にシフトデータをパラ
レルアウトとして出力するシリアルイン−パラレルアウ
トのシフトレジスタと、 前記シフトクロックを分周して、シフトレジスタで前記
所定ビット数シフトしたときに書き込み信号を発生する
分周回路と、 前記分周回路から発生される書き込み信号を計数して、
試料のイオンの飛行時間の起点となるスタートパルスか
らの時間を示すタイムコードを生成するカウンタと、 前記シフトデータの全ビットの論理和を演算する第1の
論理回路と、 第1の論理回路と、分周回路の論理積を演算する第2の
論理回路と、 第2の論理回路から所定の値の信号が出力された場合
に、前記シフトレジスタからのシフトデータと、前記カ
ウンタからのタイムコードとを書き込むメモリとを備え
るTDC回路を複数系統備える飛行時間型質量分析装置
用データ収集装置であって、 複数のTDC回路の各コンパレータの閾値レベルは互い
に異ならされており、且つ、モードを切り替えるための
切り替え信号発生手段を備え、 前記切り替え信号発生手段からの切り替え信号は各TD
C回路の第1の論理回路に入力され、第1の論理回路で
はシフトデータと切り替え信号の全ビットの論理和を演
算することを特徴とする飛行時間型質量分析装置用デー
タ収集装置。
2. A comparator for binarizing a detector signal according to a threshold level, and a serial signal which receives a signal binarized by the comparator and outputs shift data as a parallel out every predetermined number of bits shifted by a shift clock. An in-parallel out shift register, a frequency divider that divides the shift clock and generates a write signal when the shift register shifts the predetermined number of bits, and a write signal generated from the frequency divider. Count,
A counter for generating a time code indicating a time from a start pulse serving as a starting point of a flight time of ions of the sample, a first logic circuit for calculating a logical sum of all bits of the shift data, and a first logic circuit. A second logic circuit for calculating a logical product of the frequency dividing circuit; and when a signal of a predetermined value is output from the second logic circuit, shift data from the shift register and time code from the counter. A data collection device for a time-of-flight mass spectrometer having a plurality of TDC circuits each including a memory for writing the data, wherein threshold levels of respective comparators of the plurality of TDC circuits are different from each other, and a mode is switched. Switching signal generating means, and the switching signal from the switching signal generating means
A data collection device for a time-of-flight mass spectrometer, which is input to a first logic circuit of a C circuit, wherein the first logic circuit calculates a logical sum of shift data and all bits of a switching signal.
【請求項3】前記切り替え信号の値は、複数系統のTD
C回路の中の所定のTDC回路のコンパレータで2値化
された信号に基づいて自動的に設定されることを特徴と
する請求項2記載の飛行時間型質量分析装置用データ収
集装置。
3. The method according to claim 1, wherein the value of the switching signal is a plurality of TDs.
3. The data collection device for a time-of-flight mass spectrometer according to claim 2, wherein the data is automatically set based on a signal binarized by a comparator of a predetermined TDC circuit in the C circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059774A (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Hitachi High-Technologies Corp Time-of-flight mass spectrometer
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