JP2009009786A - Mass spectroscope - Google Patents
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Description
本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、質量分析装置の制御に関する。 The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to control of a mass spectrometer.
液体クロマトグラフ質量分析装置では、略大気圧雰囲気下でイオン化を行い、高真空雰囲気下で質量分離及びイオン検出を行うように、多段差動排気系の構成が採用されている。こうした多段差動排気を行うために、ロータリポンプやターボ分子ポンプなどの複数の真空ポンプが使用されており、こうした真空ポンプの動作はCPUを中心とした制御部により制御されている。 In the liquid chromatograph mass spectrometer, the configuration of a multistage differential exhaust system is adopted so that ionization is performed under a substantially atmospheric pressure atmosphere and mass separation and ion detection are performed under a high vacuum atmosphere. In order to perform such multistage differential pumping, a plurality of vacuum pumps such as a rotary pump and a turbo molecular pump are used, and the operation of these vacuum pumps is controlled by a control unit centering on the CPU.
一般に質量分析装置は、電源が投入されてから質量分析器などが配設された真空ハウジング内が十分に真空排気されて分析実行可能な状態となるまでに時間が掛かる。そのため、例えば或る分析が終了して次の分析までに時間が空いていても装置の電源は切断されずに投入されたままにされることが殆どである。即ち、一般的に長期間の運転停止時以外には殆ど常時電源はオンされた状態であり、真空ハウジング内も真空排気された状態に維持されることが多い(例えば特許文献1など参照)。 In general, a mass spectrometer takes a long time from when power is turned on until a vacuum housing in which a mass analyzer and the like are disposed is sufficiently evacuated and ready for analysis. Therefore, for example, even if a certain analysis is completed and there is time before the next analysis, the power supply of the apparatus is almost always turned on without being turned off. That is, in general, the power supply is almost always turned on except when the operation is stopped for a long period of time, and the inside of the vacuum housing is often kept evacuated (see, for example, Patent Document 1).
ところで、CPUは予めROM等に格納されたプログラムに従って動作するが、こうしたプログラムのバージョンアップなどによる更新は比較的高い頻度で行われる。そうしたプログラム更新時には、更新されたプログラムに従った動作を行うためにリセット及び再起動を実行する必要がある。また、周知のようにCPUは暴走することがあり、そうした場合には、例えばリセットスイッチの手動操作による強制的なリセット・再起動による初期化がなされたりすることで、正常状態への復帰が行われる。 By the way, the CPU operates in accordance with a program stored in advance in a ROM or the like, but the update of such a program is performed at a relatively high frequency. When updating such a program, it is necessary to perform reset and restart in order to perform an operation according to the updated program. In addition, as is well known, the CPU may run out of control, and in such a case, for example, the reset switch may be manually reset and initialized by restarting to return to the normal state. Is called.
従来の質量分析装置では、上述のようなプログラム更新時やCPU暴走時には、電源のオフ→オフ操作やリセットスイッチのオン操作によるCPUのリセット・再起動が実行されている。その場合、全ての制御対象要素に対する制御が一旦初期化されるので、真空ポンプの動作も一旦停止されてしまう。そのため、真空ハウジング内の真空雰囲気は解除されてしまい、次にCPUが起動して真空ポンプの動作が再開されてから真空度が元の状態に戻るまでに或る程度の時間を要する。従って、すぐには分析を実行することができず、分析効率が悪くなるという問題がある。また、真空ポンプの起動・停止の頻度が高いと、真空ポンプの寿命が短くなるおそれもある。 In the conventional mass spectrometer, when the program is updated as described above or when the CPU is out of control, the CPU is reset / restarted by turning the power off → off or turning on the reset switch. In that case, since the control for all the control target elements is once initialized, the operation of the vacuum pump is also temporarily stopped. Therefore, the vacuum atmosphere in the vacuum housing is released, and it takes a certain amount of time until the degree of vacuum returns to the original state after the CPU is started and the operation of the vacuum pump is resumed. Therefore, there is a problem that analysis cannot be performed immediately and analysis efficiency is deteriorated. Moreover, if the frequency of starting and stopping the vacuum pump is high, the life of the vacuum pump may be shortened.
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、真空ハウジング内の真空雰囲気を解除することなく、プログラムの更新やCPUの暴走などの対応が行えるようにした質量分析装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to enable a program update or a CPU runaway without releasing the vacuum atmosphere in the vacuum housing. An object of the present invention is to provide a mass spectrometer.
上記課題を解決するために成された本発明は、質量分析器やイオン検出器が配設される真空ハウジング内を真空に維持する1乃至複数の真空ポンプと、該真空ポンプを始めとする各種制御対象要素の動作を制御する制御部と、を含む質量分析装置において、前記制御部は、
a)プログラムが格納された記憶部が付設されたCPUと、
b)前記CPUからの指示を受けて前記真空ポンプの起動・停止を行うものであり、前記CPUからの指示がない状態ではその直近の指示に対応した動作状態を維持するように前記真空ポンプを駆動するポンプ駆動制御回路と、
c)前記CPUからの指示を受けて又はユーザによる手動操作を受けて、前記CPUを一旦リセットして再起動させるためのリセット信号を生成して該CPUに与えるとともに、電源投入検知時には該CPU及び前記ポンプ駆動制御回路にリセット信号を与えるリセット信号生成回路と、
を備えることを特徴としている。
The present invention, which has been made to solve the above problems, includes one or more vacuum pumps that maintain a vacuum inside a vacuum housing in which a mass analyzer and an ion detector are disposed, and various types including the vacuum pump. A control unit that controls the operation of the control target element, the control unit,
a) a CPU with a storage unit storing a program;
b) The vacuum pump is started and stopped in response to an instruction from the CPU, and the vacuum pump is maintained so as to maintain an operation state corresponding to the most recent instruction when there is no instruction from the CPU. A pump drive control circuit for driving;
c) In response to an instruction from the CPU or a manual operation by the user, a reset signal for resetting and restarting the CPU is generated and given to the CPU. A reset signal generation circuit for providing a reset signal to the pump drive control circuit;
It is characterized by having.
ここで、記憶部は例えばフラッシュROMなどの電気的に情報を書き換え可能なメモリ素子を用いることができる。 Here, a memory element that can rewrite information electrically, such as a flash ROM, can be used as the storage unit.
上記リセット信号生成回路は、CPUからの指示として例えばパルス信号を受けたときに、これに応じて所定のリセット信号を生成するロジック回路と、機械的なスイッチの操作による信号線の導通又は切断に応じて所定のリセット信号を生成するロジック回路と、電源電圧を監視して該電圧が所定の閾値以上になったときに所定のリセット信号を生成するロジック回路とをそれぞれ独立に、或いは一部を兼用して備える構成とすることができる。 The reset signal generation circuit, for example, receives a pulse signal as an instruction from the CPU, and generates a predetermined reset signal in response to the pulse signal, and conducts or disconnects a signal line by operating a mechanical switch. In response, a logic circuit that generates a predetermined reset signal and a logic circuit that monitors a power supply voltage and generates a predetermined reset signal when the voltage exceeds a predetermined threshold are independently or partly provided. It can be set as the structure provided also as combined.
本発明に係る質量分析装置において、例えば外部の制御用のコンピュータから上記制御部に対しプログラム更新の指示とプログラムデータとが送信されて来ると、CPUは記憶部に格納されているプログラムを更新し、その更新後にリセット信号生成回路に対しリセット要求の指示を出す。これに応じてリセット信号生成回路はCPUにリセット信号を送り、CPUはリセット・再起動する。この間、ポンプ駆動制御回路はそれ以前にCPUから与えられた指示に従って動作を継続するため、真空ポンプが動作していればそのまま動作し続ける。また、CPUが暴走した場合などでユーザがリセットスイッチを操作した場合にも同様に、真空ポンプの動作が継続されたままCPUはリセット・再起動され、CPUは正常状態に復帰する。一方、本装置の電源オン時にはCPUだけでなくポンプ駆動制御回路にもリセット信号が与えられるので、初期設定がされた状態から真空ポンプは動作する。これにより、正常な真空排気が行える。 In the mass spectrometer according to the present invention, for example, when a program update instruction and program data are transmitted from an external control computer to the control unit, the CPU updates the program stored in the storage unit. After the update, a reset request instruction is issued to the reset signal generation circuit. In response to this, the reset signal generation circuit sends a reset signal to the CPU, and the CPU is reset and restarted. During this time, the pump drive control circuit continues to operate in accordance with instructions given from the CPU before that, and therefore continues to operate as long as the vacuum pump is operating. Similarly, when the user operates the reset switch due to the runaway of the CPU, the CPU is reset and restarted while the operation of the vacuum pump is continued, and the CPU returns to the normal state. On the other hand, since the reset signal is given not only to the CPU but also to the pump drive control circuit when the power of the apparatus is turned on, the vacuum pump operates from the initial setting state. Thereby, normal evacuation can be performed.
なお、一般的にCPUにはウォッチドッグタイマが内蔵又は付設されているから、このウォッチドッグタイマでCPUの暴走を検知して、自動的に、つまりユーザのリセットスイッチ操作を待たずに、リセット・再起動のための処理を行うことができる。このときにも、真空ポンプの動作を継続することができる。 In general, a CPU has a built-in or attached watchdog timer. The watchdog timer detects a CPU runaway and automatically resets it without waiting for the user's reset switch operation. Processing for restart can be performed. Also at this time, the operation of the vacuum pump can be continued.
従って、本発明に係る質量分析装置によれば、プログラム更新時やCPU暴走の対処の際にも真空ポンプの真空排気動作は継続されるので、真空ハウジング内の真空雰囲気が解除されることがなく、CPUが再起動された後にすぐに次の分析を行うことが可能である。また、プログラム更新時やCPU暴走時にも真空ポンプをオフ→オンすることがないので、真空ポンプのオン・オフ回数を減らすことができ、真空ポンプの寿命を延ばして装置の信頼性の向上を図ることができる。 Therefore, according to the mass spectrometer of the present invention, since the vacuum pumping operation of the vacuum pump is continued even when the program is updated or the CPU runaway is dealt with, the vacuum atmosphere in the vacuum housing is not released. The next analysis can be performed immediately after the CPU is restarted. In addition, since the vacuum pump is not turned off and on when the program is updated or the CPU runs out of control, the number of times the vacuum pump is turned on and off can be reduced, thereby extending the life of the vacuum pump and improving the reliability of the device. be able to.
なお、CPUがリセット・再起動されると基本的にその内部メモリの情報はクリアされるため、再起動直後に真空ポンプの状態(作動中又は停止状態のいずれか)が不明である。そこで、本発明に係る質量分析装置において、前記ポンプ駆動制御回路は、そのときの真空ポンプの状態を示すステータス情報を保持する情報保持回路を有し、前記CPUは、リセット・再起動の後に前記情報保持回路に保持されているステータス情報を読み出し、真空ポンプの状態を把握して以降の制御を行う構成とすることが好ましい。これによって、CPUのリセット・再起動時にポンプ駆動制御回路をリセットしなくても、真空ポンプの動作制御を正常に遂行することができる。 Note that when the CPU is reset / restarted, the information in the internal memory is basically cleared, so the state of the vacuum pump (either in operation or stopped) is unknown immediately after restarting. Therefore, in the mass spectrometer according to the present invention, the pump drive control circuit has an information holding circuit for holding status information indicating the state of the vacuum pump at that time, and the CPU is configured to execute the reset / restart after the reset. It is preferable that the status information held in the information holding circuit is read, the state of the vacuum pump is grasped, and the subsequent control is performed. As a result, the operation control of the vacuum pump can be normally performed without resetting the pump drive control circuit when the CPU is reset and restarted.
以下、本発明に係る質量分析装置を適用したLC/MSの一実施例について、図面を参照して説明する。図1は本実施例のLC/MSの全体構成図である。 Hereinafter, an embodiment of an LC / MS to which a mass spectrometer according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the LC / MS of this embodiment.
LC部1にあっては、送液ユニット3が移動相容器2から移動相を吸引し、一定の送液量を維持しつつカラム5へと送給する。カラム5の手前に設けられたインジェクタ4により所定のタイミングで試料を移動相中に注入すると、この試料は移動相に乗ってカラム5に導入される。そして、カラム5を通過する間に試料中の各種成分(化合物)は分離され、異なる保持時間で以てカラム5の出口から溶出して質量分析装置10に導入される。
In the LC unit 1, the
質量分析装置10において、試料液はESIノズル12から略大気圧雰囲気であるイオン化室11内に噴霧され、試料液中の成分分子はイオン化される。そして、生成されたイオンは加熱パイプ13を通って第1中間真空室14へと送り込まれる。第1中間真空室14はロータリポンプ221により真空排気されることで低真空雰囲気(例えば102[Pa]程度)に維持される。第1中間真空室14内に導入されたイオンは第1イオンレンズ15により収束されつつ、スキマー16の頂部のオリフィスを通して第2中間真空室17に送り込まれる。第2中間真空室17はターボ分子ポンプ222により真空排気されることで中真空雰囲気(例えば10-1〜10-2[Pa]程度)に維持され、第2中間真空室17内に導入されたイオンはオクタポール型の第2イオンレンズ18により収束されつつ分析室19に送り込まれる。
In the
分析室19は別のターボ分子ポンプ223により真空排気されることで高真空雰囲気(例えば10-3〜10-4[Pa]程度)に維持され、特定の質量(厳密には質量電荷比m/z)を有するイオンのみが四重極質量フィルタ20の長軸方向の空間を通り抜け、それ以外の質量を持つイオンは途中で発散する。そして、四重極質量フィルタ20を通り抜けたイオンは例えばコンバージョンダイノードと光電子増倍管との組み合わせによるイオン検出器21に到達し、イオン検出器21では到達したイオン量に応じたイオン強度信号を出力する。この出力信号は図示しないデータ処理部に入力され、そこで、マススペクトルやマスクロマトグラム、或いはトータルイオンクロマトグラムが作成され、さらに定性・定量分析が実行される。
The
上述のように質量分析装置10は、略大気圧雰囲気であるイオン化室11と高真空雰囲気である分析室19との間で段階的に真空度が高くなる多段差動排気系の構成となっている。ここでは、略大気圧雰囲気であるイオン化室11を除く、中間真空室14、17、分析室19が、本発明における真空ハウジングにより構成されているものとみることができる。
As described above, the
図2は本実施例のLC/MSの制御系の要部のブロック構成図である。パーソナルコンピュータ(パソコン)40にはGUIを採用した分析条件設定などが可能な制御用ソフトウエア(例えば株式会社島津製作所製のLCMSsolutionなど)が搭載され、本体制御部30と相互通信を行うことで分析に関わる様々な指示を行う。装置に組み込まれた本体制御部30は、CPU31、プログラムROM32、リセットロジック回路(本発明におけるリセット信号生成回路に相当)34、真空ポンプ制御ロジック回路(本発明におけるポンプ駆動制御回路に相当)36、制御ロジック回路37などを含む。
FIG. 2 is a block diagram of the main part of the LC / MS control system of this embodiment. The personal computer (PC) 40 is equipped with control software (for example, LCMSsolution manufactured by Shimadzu Corporation) that can set analysis conditions using a GUI, and performs analysis by communicating with the main
真空ポンプ制御ロジック回路36は、CPU31から与えられる真空ポンプ(ロータリポンプ221及びターボ分子ポンプ222、223)22のオン/オフを指示する信号を保持して該信号に基づいて駆動信号を出力する機能と、その時点での真空ポンプ22のオン/オフ状態をステータス情報として保持する機能(例えばレジスタ)を持つ。リセットロジック回路34は、CPU31から与えられるリセット要求信号を受けたとき及びリセットスイッチ35がオン操作されたときに自己リセット信号を生成する第1ロジック回路と、電源電圧を監視してその電圧が所定の閾値以上になったときにリセット信号を生成する第2ロジック回路とを含み、第1ロジック回路による自己リセット信号はCPU31に与えられ、一方、第2ロジック回路によるリセット信号は電源オン時リセット信号として、CPU31、真空ポンプ制御ロジック回路36及び制御ロジック回路37に共通に与えられる。
The vacuum pump control logic circuit 36 has a function of holding a signal instructing on / off of the vacuum pump (the
CPU31にはウォッチドッグタイマ33が付設され(又は内蔵され)、ウォッチドッグタイマ33によりCPU31の暴走が検知されると、ウォッチドッグタイマ33がリセット要求信号を出してリセットロジック回路34から自己リセット信号がCPU31に戻るようにしている。またCPU31は電源オン時リセット信号とは別に真空ポンプ制御ロジック回路36及び制御ロジック回路37をそれぞれ独立に初期設定できるように、CPUクリア信号を送る。制御ロジック回路37は、本装置において真空ポンプ22以外の制御対象、具体的には各部の温調を行うために設けられているヒータや、イオンレンズ16、18や四重極質量フィルタ20などに所定の電圧を印加するための電源部、などの動作を制御するための回路である。
The
ここで、真空ポンプ22とそれ以外の制御対象とを分けているのは、後者は動作が一旦停止されても動作再開から比較的短い時間で元の状態に復帰可能であるのに対し、前者、つまり真空ポンプ22は真空雰囲気が解除されたときに元の状態に復帰させるのに時間が掛かること、及び、真空ポンプ22は高い頻度でオン・オフを行いたくないためである。
Here, the
次に上記本体制御部30を中心にした特徴的な動作について説明する。
(1)プログラム更新時
真空ポンプ22がオンしている(但し分析は実行されていない)ときに、プログラムROM32に格納されているプログラムの更新の必要があると、パソコン40から更新の指示及びプログラムデータが送られて来る。この指示を受けてCPU31は送られて来たプログラムをプログラムROM32に書き込む。書き込みが終了すると、CPU31はリセット要求信号をリセットロジック回路34に送り、これを受けてリセットロジック回路34は自己リセット信号をCPU31に出力する。CPU31はこの自己リセット信号を受けてリセット・再起動を実行する。即ち、CPU31は一旦電源を遮断し、更新されたプログラムに従って再起動する。このときには内部メモリやレジスタなどのデータはクリアされる。
Next, a characteristic operation centering on the main
(1) When updating the program When the
このCPU31のリセット・再起動の際にも真空ポンプ22は真空ポンプ制御ロジック回路36の設定に従って動作を継続するから、分析室19内などの真空状態はそれ以前と変わらない。CPU31が再起動すると、上述のようにCPU31の内部メモリは初期化されるから真空ポンプ22の動作状態が不明である。そこで、CPU31は真空ポンプ制御ロジック回路36にアクセスし、真空ポンプ22のオン/オフ状態を示すステータス情報を読み込んで内部メモリにセットする。そして、以降はその状態から真空ポンプ22のオン/オフなど必要な真空系の制御動作を開始する。
Even when the
なお、CPU31が再起動すると、制御ロジック回路37を初期設定するようにCPUクリア信号Bを出力する。これにより、真空ポンプ22以外の制御対象は初期状態から制御されることとなる。もちろん、CPU31が真空ポンプ22のスタータス情報を読み込んでその制御を開始した後に、必要に応じて真空ポンプ制御ロジック回路36を初期化したい場合には、CPUクリア信号Aを出力すればよい。
When the
(2)CPUの手動リセット時
ユーザがリセットスイッチ35をオンさせると、リセットロジック回路34はCPU31からリセット要求信号を受けた場合と同様に自己リセット信号をCPU31に出力する。従って、上述したプログラム更新時と同様に、CPU31は再起動するものの、真空ポンプ22の動作は継続され、CPU31が再起動した後には再び真空ポンプ22の制御動作が行われる。
(2) At the time of manual reset of the CPU When the user turns on the
(3)CPUの暴走等による自動リセット時
CPU31の動作はウォッチドッグタイマ33で監視されており、プログラムの実行に不具合が生じると上述のようにリセット要求信号を出す。これにより、上記手動リセット時と同様にCPU31はリセット・再起動し、真空ポンプ22の動作は継続される。
(3) At the time of automatic reset due to CPU runaway or the like The operation of the
(4)本装置の電源投入時
本質量分析装置の電源がオフされた状態からオンされると、リセットロジック回路34における電源電圧検知機能が作動して電源オン時リセット信号が出力され、これによってCPU31、真空ポンプ制御ロジック回路36、制御ロジック回路37は全て初期状態から動作を開始する。
(4) When the power of the apparatus is turned on When the power of the mass spectrometer is turned on, the power supply voltage detection function in the
上記説明では、リセットロジック回路34はハードウエア回路であるが、CPU31とは別の低廉なCPUを用いた回路とすることもできる。
In the above description, the
また、上記実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、上記実施例は本発明に係る質量分析装置をLC/MSに適用した例について説明したが、GC/MSやそのほかの質量分析装置にも適用できる。また、四重極型質量分析装置だけではなく、飛行時間型、イオントラップ型など真空雰囲気中で質量分析を行うあらゆるタイプの質量分析装置に適用が可能である。 Moreover, since the said Example is an example of this invention, even if it changes suitably, amends, and is added in the range of the meaning of this invention, it is clear that it is included by the claim of this application. For example, although the said Example demonstrated the example which applied the mass spectrometer which concerns on this invention to LC / MS, it is applicable also to GC / MS and another mass spectrometer. The present invention can be applied not only to a quadrupole mass spectrometer but also to any type of mass spectrometer that performs mass analysis in a vacuum atmosphere, such as a time-of-flight type or an ion trap type.
22…真空ポンプ
221…ロータリポンプ
222、223…ターボ分子ポンプ
30…本体制御部
31…CPU
32…プログラムROM
33…ウォッチドッグタイマ
34…リセットロジック回路
35…リセットスイッチ
36…真空ポンプ制御ロジック回路36
37…制御ロジック回路
40…パーソナルコンピュータ
22 ...
32 ... Program ROM
33 ...
37 ...
Claims (2)
a)プログラムが格納された記憶部が付設されたCPUと、
b)前記CPUからの指示を受けて前記真空ポンプの起動・停止を行うものであり、前記CPUからの指示がない状態ではその直近の指示に対応した動作状態を維持するように前記真空ポンプを駆動するポンプ駆動制御回路と、
c)前記CPUからの指示を受けて又はユーザによる手動操作を受けて、前記CPUを一旦リセットして再起動させるためのリセット信号を生成して該CPUに与えるとともに、電源投入検知時には該CPU及び前記ポンプ駆動制御回路にリセット信号を与えるリセット信号生成回路と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 Including one or more vacuum pumps that maintain a vacuum inside the vacuum housing in which the mass analyzer and the ion detector are disposed, and a control unit that controls the operation of various control target elements including the vacuum pump. In the mass spectrometer, the controller is
a) a CPU with a storage unit storing a program;
b) The vacuum pump is started and stopped in response to an instruction from the CPU, and the vacuum pump is maintained so as to maintain an operation state corresponding to the most recent instruction when there is no instruction from the CPU. A pump drive control circuit for driving;
c) In response to an instruction from the CPU or a manual operation by the user, a reset signal for resetting and restarting the CPU is generated and given to the CPU. A reset signal generation circuit for providing a reset signal to the pump drive control circuit;
A mass spectrometer comprising:
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