JP2009231035A - Mass spectrometer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify construction of current-to-voltage converter switching in characteristics according to scan speed, and to improve stability of a circuit at the time of the switching. <P>SOLUTION: A current-to-voltage converter 11 is arranged to insert a circuit formed by series-connecting a first resistor R1 with a parallel circuit of a second resistor R2 and a switch SW1, between a non-inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier A1. A control section 10 controls the switch SW1 to be closed when scan speed is high to reduce a feedback resistance and reduce a gain but to widen a frequency band. Only one switch for the current-to-voltage converter 11 is required, so that cost reduction is achieved; and a feedback loop is not opened at the switching time, so that operation of the current-to-voltage converter 11 becomes stable. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、所定質量範囲に亘る質量走査を行う質量分析装置に関する。   The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to a mass spectrometer that performs mass scanning over a predetermined mass range.

四重極質量フィルタを用いた質量分析装置では、四重極質量フィルタに印加する高周波電圧及び直流電圧を所定の関係を保って変化させることにより、検出するイオンの質量電荷比m/zを走査することができ、それにより得られるデータを用いて質量スペクトルを作成することができる。   A mass spectrometer using a quadrupole mass filter scans the mass-to-charge ratio m / z of ions to be detected by changing the high-frequency voltage and DC voltage applied to the quadrupole mass filter while maintaining a predetermined relationship. And the resulting data can be used to create a mass spectrum.

こうした質量分析装置(MS)を液体クロマトグラフ(LC)の検出器として用いるLC/MSでは、分析のスループットを向上させるためにLCでの移動相の流速を上げる等の方法が採られるが、その場合、LCのカラムから溶出する溶出液中の試料成分の変化が速くなる。そのため、試料成分の検出の正確性を確保するには、質量走査の速度(以下、スキャン速度という)を速くする必要がある。ところが、スキャン速度を上げると、検出器から出力される信号の周波数帯域が上がり、アナログ処理回路での周波数帯域の不足のために強度低下やピークの広がりなどの問題が生じる。   In LC / MS using such a mass spectrometer (MS) as a detector of a liquid chromatograph (LC), a method such as increasing the flow rate of the mobile phase in the LC is adopted in order to improve the analysis throughput. In this case, the change of the sample components in the eluate eluted from the LC column becomes faster. Therefore, in order to ensure the accuracy of detection of sample components, it is necessary to increase the speed of mass scanning (hereinafter referred to as scanning speed). However, when the scanning speed is increased, the frequency band of the signal output from the detector increases, and problems such as a decrease in intensity and a broadening of the peak occur due to insufficient frequency band in the analog processing circuit.

上記問題を解決するために特許文献1に記載の質量分析装置では、検出器による電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器においてゲインを切り替え可能とし、スキャン速度が速い場合には遅い場合に比べてゲインを下げて周波数帯域を広くするようにしている。ゲインを上げると周波数帯域は狭くなるが、その代わりにノイズ特性は良好になり、信号のSN比を改善できる。これにより、スキャン速度が速い場合には周波数特性を重視した増幅を行い、一方、スキャン速度が遅い場合にはノイズ特性を重視した増幅を行うことができる。   In order to solve the above problem, in the mass spectrometer described in Patent Document 1, the gain can be switched in the current-voltage converter that converts the current signal from the detector into a voltage signal, and the scan speed is slow when the scan speed is fast. The frequency band is widened by lowering the gain. When the gain is increased, the frequency band is narrowed, but the noise characteristic is improved instead, and the signal-to-noise ratio of the signal can be improved. As a result, when the scan speed is fast, amplification with an emphasis on frequency characteristics can be performed, and when the scan speed is slow, amplification with an emphasis on noise characteristics can be performed.

上記特許文献1中の実施例に記載の装置では、2つの抵抗器を切り替えることでゲインを切り替えるようにしているが、そのために2つの開閉スイッチが必要でありコストが掛かる。また、スイッチの切り替えの際に、演算増幅器に帰還抵抗が挿入されないオープンな状態となるおそれがあり、発振等、回路が不安定な状態となる可能性がある。   In the device described in the embodiment of Patent Document 1, the gain is switched by switching the two resistors. However, two open / close switches are necessary for this purpose, which increases costs. In addition, when the switch is switched, there is a possibility that the feedback resistor is not inserted into the operational amplifier, and there is a possibility that the circuit becomes unstable such as oscillation.

特開2008−52996号公報JP 2008-52996 A

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、上記特許文献1に係る発明を実現する際に、コストを削減し且つより安定な動作を保証できる回路を採用した質量分析装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to employ a circuit that can reduce costs and guarantee a more stable operation when realizing the invention according to Patent Document 1. 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第1発明は、各種イオンの中で特定の質量を有するイオンを選択的に通過させる質量分離器と、その質量分離器を通過したイオンを検出して電流信号として出力する検出器と、前記質量分離器を通過するイオンの質量を時間経過に伴って順に変化させるように該質量分離器を制御する制御手段と、を具備する質量分析装置において、
a)前記検出器による電流信号を電圧信号に変換するものであって、非反転入力端が基準電位に接続された演算増幅器の反転入力端と出力端との間に、第1抵抗器と、第2抵抗器と第1スイッチとの並列接続回路と、が直列接続された回路が挿入されて成る電流−電圧変換器と、
b)前記電流−電圧変換器の後段に配設され、前記第1スイッチの閉成・開成の際の帰還抵抗でそれぞれ決まるゲインの比と逆のゲインを第2スイッチの閉成・開成に応じて有する電圧増幅器と、
を備え、前記制御手段は、質量走査の速度が所定以上である場合に前記第1及び第2スイッチを閉成し、それ以外のときに該第1及び第2スイッチを開成することを特徴としている。
A first invention made to solve the above problems is a mass separator that selectively passes ions having a specific mass among various ions, and the current that is detected by detecting the ions that have passed through the mass separator. In a mass spectrometer comprising: a detector that outputs a signal; and a control unit that controls the mass separator so as to sequentially change the mass of ions passing through the mass separator with time.
a) Converting a current signal from the detector into a voltage signal, a first resistor between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference potential; A current-voltage converter formed by inserting a circuit in which a second resistor and a first switch are connected in parallel;
b) A gain that is arranged at a subsequent stage of the current-voltage converter and has a gain ratio that is opposite to the gain ratio determined by the feedback resistance when the first switch is closed and opened is determined according to the closing and opening of the second switch. A voltage amplifier having
The control means closes the first and second switches when the mass scanning speed is equal to or higher than a predetermined value, and opens the first and second switches at other times. Yes.

また上記課題を解決するために成された第2発明は、各種イオンの中で特定の質量を有するイオンを選択的に通過させる質量分離器と、その質量分離器を通過したイオンを検出して電流信号として出力する検出器と、前記質量分離器を通過するイオンの質量を時間経過に伴って順に変化させるように該質量分離器を制御する制御手段と、を具備する質量分析装置において、
a)前記検出器による電流信号を電圧信号に変換するものであって、非反転入力端が基準電位に接続された演算増幅器の反転入力端と出力端との間に、第1抵抗器と、第2抵抗器と第1スイッチとの並列接続回路と、が直列接続された回路が挿入されて成る電流−電圧変換器と、
b)前記電流−電圧変換器の出力電圧又はその出力電圧が所定ゲインで増幅された電圧をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段と、
c)前記アナログ−デジタル変換手段によるデジタル信号を演算するものであって、前記第1スイッチの閉成・開成の際の帰還抵抗でそれぞれ決まるゲインの比と逆のゲインを与える乗算又は除算を、その第1スイッチの閉成・開成に連動して実行する演算手段と、
を備え、前記制御手段は、質量走査の速度が所定以上である場合に前記第1スイッチを閉成し、それ以外のときに該第1スイッチを開成することを特徴としている。
The second invention made to solve the above problems is to detect a mass separator that selectively passes ions having a specific mass among various ions, and to detect ions that have passed through the mass separator. In a mass spectrometer comprising: a detector that outputs a current signal; and a control unit that controls the mass separator so that the mass of ions passing through the mass separator is sequentially changed over time.
a) Converting a current signal from the detector into a voltage signal, a first resistor between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference potential; A current-voltage converter formed by inserting a circuit in which a second resistor and a first switch are connected in parallel;
b) analog-to-digital conversion means for converting the output voltage of the current-voltage converter or a voltage obtained by amplifying the output voltage with a predetermined gain into a digital signal;
c) calculating a digital signal by the analog-to-digital conversion means, the multiplication or division giving a gain opposite to the gain ratio respectively determined by the feedback resistance at the closing and opening of the first switch; Arithmetic means for executing in conjunction with closing and opening of the first switch;
The control means closes the first switch when the speed of mass scanning is equal to or higher than a predetermined value, and opens the first switch at other times.

第1及び第2発明に係る質量分析装置ではいずれも、第1スイッチを閉成すると電流−電圧変換器の帰還抵抗は第1抵抗器のみになり、第1スイッチを開成すると第1抵抗器と第2抵抗器とを直列接続したものが帰還抵抗となる。電流−電圧変換器のゲインはこの帰還抵抗に比例する。したがって、第1及び第2発明に係る質量分析装置では、1個のスイッチの閉成・開成だけで電流−電圧変換器のゲインを切り替えることができ、コストを削減することができる。   In both mass spectrometers according to the first and second inventions, when the first switch is closed, the feedback resistance of the current-voltage converter is only the first resistor, and when the first switch is opened, the first resistor A feedback resistor is formed by connecting the second resistor in series. The gain of the current-voltage converter is proportional to this feedback resistance. Therefore, in the mass spectrometers according to the first and second inventions, the gain of the current-voltage converter can be switched only by closing / opening one switch, and the cost can be reduced.

また、2個の開閉スイッチを相補的に閉成・開成する場合や、第1信号経路を2つの信号経路のいずれかに選択的に接続するスイッチを用いる場合とは異なり、電流−電圧変換器のゲインの切り替えの際にも帰還ループがオープンになることがない。したがって、発振等が生じにくく、例えば分析途中で高速に切り替えが必要になるような場合でも、安定して電流−電圧変換動作を実行することができる。   Unlike the case where two open / close switches are closed and opened in a complementary manner or the case where a switch which selectively connects the first signal path to one of the two signal paths is used, the current-voltage converter The feedback loop is not opened even when the gain is switched. Therefore, even when oscillation or the like is unlikely to occur and switching is required at high speed during analysis, for example, the current-voltage conversion operation can be performed stably.

本発明の一実施例である質量分析装置を、添付図面を参照して説明する。図4は本実施例による質量分析装置の概略構成図である。この質量分析装置はエレクトロスプレイイオン(ESI)源を搭載したものである。   A mass spectrometer which is one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the mass spectrometer according to the present embodiment. This mass spectrometer is equipped with an electrospray ion (ESI) source.

この質量分析装置では、ESIノズル22が配設されたイオン化室21と、プレ四重極質量フィルタ32、主四重極質量フィルタ33、イオン検出器34が配設された分析室31との間に、それぞれ隔壁で隔てられた第1中間真空室24と第2中間真空室28とが設けられている。イオン化室21内は略大気圧であり、分析室31内は高真空状態に維持され、その間の2つの中間真空室24、28は段階的に真空度が高くなる、多段差動排気系の構成が採られている。イオン化室21と第1中間真空室24との間は細径の脱溶媒パイプ23を介して連通しており、第1中間真空室24と第2中間真空室28との間はスキマー26の頂部に設けられた極小径の通過孔27を介して連通しており、第2中間真空室28と分析室31との間は隔壁30に設けられた小開口を介して連通している。   In this mass spectrometer, between the ionization chamber 21 in which the ESI nozzle 22 is disposed and the analysis chamber 31 in which the pre-quadrupole mass filter 32, the main quadrupole mass filter 33, and the ion detector 34 are disposed. In addition, a first intermediate vacuum chamber 24 and a second intermediate vacuum chamber 28 which are separated from each other by a partition are provided. The structure of the multistage differential evacuation system in which the inside of the ionization chamber 21 is at substantially atmospheric pressure, the inside of the analysis chamber 31 is maintained in a high vacuum state, and the two intermediate vacuum chambers 24 and 28 in between are gradually increased in vacuum. Has been adopted. The ionization chamber 21 and the first intermediate vacuum chamber 24 communicate with each other via a small-diameter solvent removal pipe 23, and the top portion of the skimmer 26 is between the first intermediate vacuum chamber 24 and the second intermediate vacuum chamber 28. The second intermediate vacuum chamber 28 and the analysis chamber 31 communicate with each other through a small opening provided in the partition wall 30.

第1中間真空室24及び第2中間真空室28の内部にはそれぞれ構造は相違するものの、いずれもイオンを後段に効率良く輸送するためのイオンガイド25、29が配設されている。これらイオンガイド25、29と四重極質量フィルタ32、33には電圧発生部40よりそれぞれ所定の電圧が印加される。このうち、四重極質量フィルタ32、33には、選別する質量電荷比に応じて、所定の高周波電圧と所定の直流電圧とが重畳された電圧±(U+V・cosωt)が印加されるようになっている。電圧発生部40などの動作はCPUを中心に構成される制御部10により統括的に制御され、その分析のための分析条件は使用者により入力部41から設定される。   Although the structures of the first intermediate vacuum chamber 24 and the second intermediate vacuum chamber 28 are different from each other, ion guides 25 and 29 are provided for efficiently transporting ions to the subsequent stage. A predetermined voltage is applied to the ion guides 25 and 29 and the quadrupole mass filters 32 and 33 from the voltage generator 40. Among these, the quadrupole mass filters 32 and 33 are applied with a voltage ± (U + V · cosωt) in which a predetermined high-frequency voltage and a predetermined DC voltage are superimposed according to the mass-to-charge ratio to be selected. It has become. The operation of the voltage generation unit 40 and the like is comprehensively controlled by the control unit 10 mainly composed of the CPU, and analysis conditions for the analysis are set from the input unit 41 by the user.

この質量分析装置の動作を概略的に説明する。例えば液体クロマトグラフのカラムから連続的に供給される液体試料はESIノズル22の先端からイオン化室21内にエレクトロスプレイされ、帯電した液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子はイオン化される。イオンが入り混じった微細液滴はイオン化室21と第1中間真空室24との差圧により脱溶媒パイプ23中に引き込まれ、加熱されている脱溶媒パイプ23を通過する過程でさらに溶媒の気化が促進されてイオン化が進む。第1中間真空室24内に配設されたイオンガイド25により形成される電場の助けを受けてイオンは第1中間真空室24内に入り、収束されて通過孔27を通して第2中間真空室28に送られる。   The operation of this mass spectrometer will be schematically described. For example, a liquid sample continuously supplied from a column of a liquid chromatograph is electrosprayed into the ionization chamber 21 from the tip of the ESI nozzle 22, and the sample molecules are ionized in the process of evaporating the solvent in the charged droplets. Fine droplets mixed with ions are drawn into the desolvation pipe 23 due to the differential pressure between the ionization chamber 21 and the first intermediate vacuum chamber 24, and further vaporize the solvent in the process of passing through the heated desolvation pipe 23. Is promoted and ionization proceeds. With the help of an electric field formed by an ion guide 25 disposed in the first intermediate vacuum chamber 24, ions enter the first intermediate vacuum chamber 24, are converged, and pass through the passage hole 27 to form the second intermediate vacuum chamber 28. Sent to.

第2中間真空室28内ではイオンガイド29により形成される電場の作用により、さらにイオンは収束されて分析室31へと送られる。分析室31内では、各ロッド電極に印加されている電圧により決まる特定の質量電荷比を有するイオンのみが、四重極質量フィルタ32、33の長軸方向の空間を通り抜け、それ以外の質量電荷比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32、33を通り抜けたイオンがイオン検出器34に到達し、イオン検出器34ではそのイオン量に応じた電流信号を検出信号として出力する。この電流信号は増幅部35で電圧信号に変換され、AD変換部36でデジタル信号に変換されてデータ処理部37に入力される。   In the second intermediate vacuum chamber 28, the ions are further converged and sent to the analysis chamber 31 by the action of the electric field formed by the ion guide 29. In the analysis chamber 31, only ions having a specific mass-to-charge ratio determined by the voltage applied to each rod electrode pass through the space in the long axis direction of the quadrupole mass filters 32 and 33, and the other mass charges. Ions with a ratio diverge on the way. Then, ions that have passed through the quadrupole mass filters 32 and 33 reach the ion detector 34, and the ion detector 34 outputs a current signal corresponding to the amount of ions as a detection signal. This current signal is converted into a voltage signal by the amplification unit 35, converted into a digital signal by the AD conversion unit 36, and input to the data processing unit 37.

スキャン測定の場合、制御部10は予め入力部41から設定されたスキャン速度、質量範囲などの分析条件に基づいて電圧発生部40を制御し、各部への印加電圧を時間経過に伴って走査する。これにより、イオン検出器34に到達し得るイオンの質量電荷比m/zが時間経過に伴って変化する。データ処理部37は上述のような質量走査に伴って得られるデータに基づいて、質量スペクトルを繰り返し作成する。図2に同一の質量範囲M1〜M2に亘る質量走査を異なるスキャン速度で行う場合の質量変化の様子を模式的に示す。   In the case of scan measurement, the control unit 10 controls the voltage generation unit 40 based on analysis conditions such as a scan speed and a mass range set in advance from the input unit 41, and scans the voltage applied to each unit over time. . As a result, the mass-to-charge ratio m / z of ions that can reach the ion detector 34 changes with time. The data processing unit 37 repeatedly creates a mass spectrum based on the data obtained with mass scanning as described above. FIG. 2 schematically shows a state of mass change when mass scanning over the same mass range M1 to M2 is performed at different scanning speeds.

図1は増幅部35及びAD変換部36の回路構成を示す概略図である。イオン検出器34から出力される電流信号iは電流−電圧変換器11で電圧信号に変換されて、電圧増幅器12で電圧増幅され、アナログフィルタ13で不要な高周波成分が除去される。そして、アナログ/デジタル変換器(ADC)14で、所定のサンプリング周期でサンプリングされた後に各サンプル毎にデジタルデータに変換される。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the circuit configuration of the amplifier 35 and the AD converter 36. The current signal i output from the ion detector 34 is converted into a voltage signal by the current-voltage converter 11, amplified by the voltage amplifier 12, and unnecessary high frequency components are removed by the analog filter 13. The analog / digital converter (ADC) 14 samples the sample with a predetermined sampling period and then converts the sample into digital data.

電流−電圧変換器11は、演算増幅器A1と、第1抵抗器R1、第2抵抗器R2、スイッチSW1、を含む。演算増幅器A1の非反転入力端は基準電位V0(例えばGND)に接続され、反転入力端に電流信号が入力される。第2抵抗器R2とスイッチSW1とは並列接続され、これと第1抵抗器R1との直列接続回路が演算増幅器A1の反転入力端と出力端との間に接続されている。スイッチSW1は制御部10からの制御信号によりオンオフ駆動される。ここでは、R1=1MΩ、R2=9MΩである。スイッチSW1がオンされると帰還抵抗はR1=1MΩであり、スイッチSW1がオフされると帰還抵抗はR1+R2=10MΩとなる。演算増幅器A1の出力端に現れる電圧は帰還抵抗に比例するから、スイッチSW1がオフ状態であるときのゲインはSW1がオン状態であるときのゲインの10倍となる。   The current-voltage converter 11 includes an operational amplifier A1, a first resistor R1, a second resistor R2, and a switch SW1. The non-inverting input terminal of the operational amplifier A1 is connected to a reference potential V0 (for example, GND), and a current signal is input to the inverting input terminal. The second resistor R2 and the switch SW1 are connected in parallel, and a series connection circuit of the second resistor R2 and the first resistor R1 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier A1. The switch SW1 is turned on / off by a control signal from the control unit 10. Here, R1 = 1 MΩ and R2 = 9 MΩ. When the switch SW1 is turned on, the feedback resistance is R1 = 1 MΩ, and when the switch SW1 is turned off, the feedback resistance is R1 + R2 = 10 MΩ. Since the voltage appearing at the output terminal of the operational amplifier A1 is proportional to the feedback resistance, the gain when the switch SW1 is in the off state is 10 times the gain when the switch SW1 is in the on state.

電圧増幅器12は、演算増幅器A2と、第3抵抗器R3、第4抵抗器R4、スイッチSW2、を含む。演算増幅器A2の非反転入力端に電流−電圧変換器11の出力電圧が入力され、反転入力端と出力端との間に第4抵抗器R4が挿入されるとともに、反転入力端は第3抵抗器R3及びスイッチSW2を介して基準電位に接続される。スイッチSW2はスイッチSW1と同様に制御部10からの制御信号によりオンオフ駆動される。スイッチSW2がオンされた状態では電圧増幅器12は(R3+R4)/R3の電圧ゲインを持ち、スイッチSW2がオフされると、電圧ゲインは1となる。   The voltage amplifier 12 includes an operational amplifier A2, a third resistor R3, a fourth resistor R4, and a switch SW2. The output voltage of the current-voltage converter 11 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier A2, a fourth resistor R4 is inserted between the inverting input terminal and the output terminal, and the inverting input terminal is a third resistor. It is connected to the reference potential via the device R3 and the switch SW2. Similarly to the switch SW1, the switch SW2 is driven on and off by a control signal from the control unit 10. The voltage amplifier 12 has a voltage gain of (R3 + R4) / R3 when the switch SW2 is turned on, and the voltage gain becomes 1 when the switch SW2 is turned off.

ここで、第1乃至第4抵抗器R1〜R4の抵抗値は、R1:R2=R3:R4=1:n(但しn≧1)の関係となるように設定される。この例ではn=9であり、上述のようにR1=1MΩ、R2=9MΩであり、R3、R4は例えばR3=1kΩ、R4=9kΩとされる。スイッチSW1、SW2がオフ状態であるとき、電流−電圧変換器11のゲインは10倍、電圧増幅器12のゲインは1倍となり、スイッチSW1、SW2がオン状態であるとき、電流−電圧変換器11のゲインは1倍、電圧増幅器12のゲインは10倍となる。したがって、スイッチSW1、SW2がともにオン状態、オフ状態のいずれであっても、電流−電圧変換器11と電圧増幅器12とを合わせたゲインは変わらず、同一電流信号に対して出力される電圧信号は同じとなる。   Here, the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are set to have a relationship of R1: R2 = R3: R4 = 1: n (where n ≧ 1). In this example, n = 9, as described above, R1 = 1 MΩ and R2 = 9 MΩ, and R3 and R4 are, for example, R3 = 1 kΩ and R4 = 9 kΩ. When the switches SW1 and SW2 are in the OFF state, the gain of the current-voltage converter 11 is 10 times and the gain of the voltage amplifier 12 is 1 time. When the switches SW1 and SW2 are in the ON state, the current-voltage converter 11 Is 1 times, and the gain of the voltage amplifier 12 is 10 times. Therefore, regardless of whether the switches SW1 and SW2 are both in the on state or the off state, the combined gain of the current-voltage converter 11 and the voltage amplifier 12 does not change, and the voltage signal output for the same current signal Are the same.

電流−電圧変換器11の周波数帯域は帰還抵抗と浮遊容量Cとにより決まり、帰還抵抗を大きくするほど、つまりゲインを高くするほど周波数帯域は狭くなる。スキャン速度が速い場合には信号の周波数が上がるため、制御部10は電流−電圧変換器11の周波数帯域を広げるように(ゲインを下げるように)スイッチSW1を閉成させる。これにより、高周波数成分も通過し易くなる。一方、電流−電圧変換器11及び電圧増幅器12によるノイズは初段の電流−電圧変換器11のノイズが支配的であるため、電流−電圧変換器11のゲインを高くしてノイズを相対的に低くするほうが全体のノイズレベルは下がる。そこで、スキャン速度が遅く電流−電圧変換器11の周波数帯域を広げる必要がない場合には、制御部10は電流−電圧変換器11のゲインを上げるようにスイッチSW1を開成させる。これにより、ノイズレベルが下がり、信号のSN比が改善される。   The frequency band of the current-voltage converter 11 is determined by the feedback resistance and the stray capacitance C, and the frequency band becomes narrower as the feedback resistance is increased, that is, as the gain is increased. Since the frequency of the signal increases when the scanning speed is high, the control unit 10 closes the switch SW1 so as to widen the frequency band of the current-voltage converter 11 (lower the gain). As a result, high-frequency components can easily pass through. On the other hand, since the noise from the current-voltage converter 11 and the voltage amplifier 12 is dominated by the noise of the current-voltage converter 11 in the first stage, the noise is relatively lowered by increasing the gain of the current-voltage converter 11. This will lower the overall noise level. Therefore, when the scan speed is low and it is not necessary to widen the frequency band of the current-voltage converter 11, the control unit 10 opens the switch SW1 so as to increase the gain of the current-voltage converter 11. This reduces the noise level and improves the signal-to-noise ratio of the signal.

制御部10は入力部41から設定された分析条件の1つであるスキャン速度に応じて、つまりスキャン速度が所定値以上であるか否かに応じて上述のようにスイッチSW1、SW2の閉成・開成を制御する。それによって、スキャン速度に応じた適切な検出データを取得することができる。   The control unit 10 closes the switches SW1 and SW2 as described above according to the scan speed which is one of the analysis conditions set from the input unit 41, that is, according to whether or not the scan speed is equal to or higher than a predetermined value.・ Control the opening. Thereby, appropriate detection data corresponding to the scan speed can be acquired.

特に本発明の構成では、1個のスイッチSW1の閉成と開成とにそれぞれ周波数重視の構成及びノイズ重視の構成が対応しており、切替えに伴う中間的な状態は存在しない。つまり、演算増幅器A1の負帰還ループには常に帰還抵抗が挿入された状態が維持されるため、その切替え時にも回路を安定に保つことができ、発振などの不具合な状態となることを回避することができる。また、スイッチはそれ自身が浮遊容量を持つが、ここでは1個のスイッチSW1のみが帰還ループに含まれるので、浮遊容量を減らして周波数帯域を広げるのに有利である。また、1個のスイッチで済むのでコスト的にも有利である。   In particular, in the configuration of the present invention, the frequency-oriented configuration and the noise-oriented configuration correspond to the closing and opening of one switch SW1, respectively, and there is no intermediate state associated with switching. In other words, since the state where the feedback resistor is always inserted is maintained in the negative feedback loop of the operational amplifier A1, the circuit can be kept stable even when the switching is performed, and a problem such as oscillation is avoided. be able to. Although the switch itself has a stray capacitance, only one switch SW1 is included in the feedback loop here, which is advantageous for reducing the stray capacitance and widening the frequency band. Moreover, since only one switch is required, it is advantageous in terms of cost.

本実施例の質量分析装置における実測の検出波形を図5及び図6に示す。図5はポリエチレングリコール(PEG)を試料として分析した場合の検出波形であり、(A)が周波数特性重視の構成(電流−電圧変換器のゲイン小)、(B)がノイズ重視の構成(電流−電圧変換器のゲイン大)である。なお、この実測に用いた装置は、同一試料を同一条件の下で分析する場合の再現性が±1%以下であることが保証されたものである。図5(A))と(B)とを比較すると、周波数特性重視の構成では検出された波形が鋭く且つ強度も高くなっている。これは、より高い周波数成分の信号まで検出できたことによる。図6は試料を導入しない状態での検出波形、つまりノイズ成分の波形であり、(A)が周波数特性重視の構成、(B)がノイズ重視の構成である。図6(A)と(B)とを比較すると、ノイズ特性重視の構成では検出された波形の変動振幅が小さく滑らかである。   FIG. 5 and FIG. 6 show actually detected waveforms in the mass spectrometer of this example. FIG. 5 is a detection waveform when polyethylene glycol (PEG) is analyzed as a sample. (A) is a frequency characteristic-oriented configuration (low gain of current-voltage converter), and (B) is a noise-oriented configuration (current). -The gain of the voltage converter is large). In addition, the apparatus used for this measurement is guaranteed to have a reproducibility of ± 1% or less when the same sample is analyzed under the same conditions. Comparing FIG. 5A and FIG. 5B, the detected waveform is sharp and the intensity is high in the configuration emphasizing frequency characteristics. This is because a signal having a higher frequency component can be detected. FIG. 6 shows a detection waveform in a state where a sample is not introduced, that is, a waveform of a noise component. FIG. 6A shows a configuration emphasizing frequency characteristics, and FIG. Comparing FIGS. 6A and 6B, the detected waveform fluctuation amplitude is small and smooth in the configuration emphasizing the noise characteristics.

以上の実測結果から、使用者が設定したスキャン速度が速い場合に選択される周波数特性重視の構成では目的成分を高い感度で且つ高い質量精度で検出することができ、スキャン速度が遅い場合に選択されるノイズ特性重視の構成ではノイズを低減して高いSN比で目的成分を検出できることが分かる。   From the above measurement results, the frequency component-oriented configuration that is selected when the scan speed set by the user is fast can detect the target component with high sensitivity and high mass accuracy, and is selected when the scan speed is slow. It can be seen that the noise characteristic-reduced configuration can reduce the noise and detect the target component with a high S / N ratio.

図3は本発明の別の実施例による質量分析装置の増幅部35及びAD変換部36の構成図である。図1と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を略す。この実施例の構成では、電圧ゲイン可変の電圧増幅器12に代えて、ADC14の後段にデジタル乗算器17が設けられている。デジタル乗算器17は制御部10から出力されるスイッチSW1の切替制御信号を受けて、スイッチSW1が閉成状態であるときには10を乗じ、スイッチSW1が開成状態であるときには単に1を乗じる。したがって、上記電圧増幅器12の機能をデジタル的に実現したものであり、上記実施例と同じ作用・効果を達成することができる。   FIG. 3 is a configuration diagram of an amplification unit 35 and an AD conversion unit 36 of a mass spectrometer according to another embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the configuration of this embodiment, a digital multiplier 17 is provided after the ADC 14 in place of the voltage amplifier 12 with variable voltage gain. The digital multiplier 17 receives the switch control signal of the switch SW1 output from the control unit 10, and multiplies by 10 when the switch SW1 is in the closed state and simply multiplies by 1 when the switch SW1 is in the open state. Therefore, the function of the voltage amplifier 12 is digitally realized, and the same operation and effect as the above embodiment can be achieved.

本発明の一実施例による質量分析装置における増幅部及びAD変換部の回路構成を示す概略図。Schematic which shows the circuit structure of the amplification part and AD conversion part in the mass spectrometer by one Example of this invention. 同一の質量範囲M1〜M2に亘る質量走査を異なるスキャン速度で行う場合の質量変化の様子を模式的に示す図。The figure which shows typically the mode of the mass change at the time of performing mass scanning over the same mass range M1-M2 with a different scanning speed. 本発明の他の実施例による質量分析装置における増幅部及びAD変換部の回路構成を示す概略図。Schematic which shows the circuit structure of the amplifier part and AD conversion part in the mass spectrometer by the other Example of this invention. 本発明の一実施例による質量分析装置の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a mass spectrometer according to an embodiment of the present invention. 本実施例の質量分析装置における実測の検出波形を示す図。The figure which shows the actual detection waveform in the mass spectrometer of a present Example. 本実施例の質量分析装置における実測の検出波形を示す図。The figure which shows the actual detection waveform in the mass spectrometer of a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

11…電流−電圧変換器
12…電圧増幅器
13…アナログフィルタ
14…アナログ/デジタル変換器(ADC)
17…デジタル乗算器
SW1、SW2…スイッチ
A1、A2…演算増幅器
R1、R2、R3、R4…抵抗器
10…制御部
21…イオン化室
22…ESIノズル
23…脱溶媒パイプ
24…第1中間真空室
25、29…イオンガイド
26…スキマー
27…通過孔
28…第2中間真空室
30…隔壁
31…分析室
32…プレ四重極質量フィルタ
33…主四重極質量フィルタ
34…イオン検出器
35…増幅部
36…AD変換部
37…データ処理部
40…電圧発生部
41…入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Current-voltage converter 12 ... Voltage amplifier 13 ... Analog filter 14 ... Analog / digital converter (ADC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Digital multiplier SW1, SW2 ... Switch A1, A2 ... Operational amplifier R1, R2, R3, R4 ... Resistor 10 ... Control part 21 ... Ionization chamber 22 ... ESI nozzle 23 ... Desolvation pipe 24 ... 1st intermediate | middle vacuum chamber 25, 29 ... ion guide 26 ... skimmer 27 ... passage hole 28 ... second intermediate vacuum chamber 30 ... partition wall 31 ... analysis chamber 32 ... pre-quadrupole mass filter 33 ... main quadrupole mass filter 34 ... ion detector 35 ... Amplifier 36 ... AD converter 37 ... Data processor 40 ... Voltage generator 41 ... Input unit

Claims (2)

各種イオンの中で特定の質量を有するイオンを選択的に通過させる質量分離器と、その質量分離器を通過したイオンを検出して電流信号として出力する検出器と、前記質量分離器を通過するイオンの質量を時間経過に伴って順に変化させるように該質量分離器を制御する制御手段と、を具備する質量分析装置において、
a)前記検出器による電流信号を電圧信号に変換するものであって、非反転入力端が基準電位に接続された演算増幅器の反転入力端と出力端との間に、第1抵抗器と、第2抵抗器と第1スイッチとの並列接続回路と、が直列接続された回路が挿入されて成る電流−電圧変換器と、
b)前記電流−電圧変換器の後段に配設され、前記第1スイッチの閉成・開成の際の帰還抵抗でそれぞれ決まるゲインの比と逆のゲインを第2スイッチの閉成・開成に応じて有する電圧増幅器と、
を備え、前記制御手段は、質量走査の速度が所定以上である場合に前記第1及び第2スイッチを閉成し、それ以外のときに該第1及び第2スイッチを開成することを特徴とする質量分析装置。
A mass separator that selectively passes ions having a specific mass among various ions, a detector that detects ions that have passed through the mass separator and outputs them as current signals, and passes through the mass separator A mass spectrometer comprising: control means for controlling the mass separator so as to sequentially change the mass of ions with time.
a) Converting a current signal from the detector into a voltage signal, a first resistor between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference potential; A current-voltage converter formed by inserting a circuit in which a second resistor and a first switch are connected in parallel;
b) A gain that is arranged at a subsequent stage of the current-voltage converter and has a gain ratio that is opposite to the gain ratio determined by the feedback resistance when the first switch is closed and opened is determined according to the closing and opening of the second switch. A voltage amplifier having
The control means closes the first and second switches when the mass scanning speed is equal to or higher than a predetermined value, and opens the first and second switches at other times. Mass spectrometer.
各種イオンの中で特定の質量を有するイオンを選択的に通過させる質量分離器と、その質量分離器を通過したイオンを検出して電流信号として出力する検出器と、前記質量分離器を通過するイオンの質量を時間経過に伴って順に変化させるように該質量分離器を制御する制御手段と、を具備する質量分析装置において、
a)前記検出器による電流信号を電圧信号に変換するものであって、非反転入力端が基準電位に接続された演算増幅器の反転入力端と出力端との間に、第1抵抗器と、第2抵抗器と第1スイッチとの並列接続回路と、が直列接続された回路が挿入されて成る電流−電圧変換器と、
b)前記電流−電圧変換器の出力電圧又はその出力電圧が所定ゲインで増幅された電圧をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段と、
c)前記アナログ−デジタル変換手段によるデジタル信号を演算するものであって、前記第1スイッチの閉成・開成の際の帰還抵抗でそれぞれ決まるゲインの比と逆のゲインを与える乗算又は除算を、その第1スイッチの閉成・開成に連動して実行する演算手段と、
を備え、前記制御手段は、質量走査の速度が所定以上である場合に前記第1スイッチを閉成し、それ以外のときに該第1スイッチを開成することを特徴とする質量分析装置。
A mass separator that selectively passes ions having a specific mass among various ions, a detector that detects ions that have passed through the mass separator and outputs them as current signals, and passes through the mass separator A mass spectrometer comprising: control means for controlling the mass separator so as to sequentially change the mass of ions with time.
a) Converting a current signal from the detector into a voltage signal, a first resistor between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference potential; A parallel connection circuit of the second resistor and the first switch, and a current-voltage converter formed by inserting a circuit connected in series;
b) analog-to-digital conversion means for converting the output voltage of the current-voltage converter or a voltage obtained by amplifying the output voltage with a predetermined gain into a digital signal;
c) calculating a digital signal by the analog-to-digital conversion means, the multiplication or division giving a gain opposite to the gain ratio respectively determined by the feedback resistance at the closing and opening of the first switch; Arithmetic means for executing in conjunction with closing and opening of the first switch;
And the control means closes the first switch when the mass scanning speed is equal to or higher than a predetermined value, and opens the first switch at other times.
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