JP2011014481A - Mass spectrometer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically set an appropriate detector voltage combining an accuracy of counting with a long life of a detector even when a plateau region is not clear in a relation between the voltage of the detector and the counted value in the pulse count type detector.SOLUTION: While gradually increasing the detector voltage from a low voltage, the counted value of a pulse signal generated by binarizing an output signal from a secondary electron multiplication tube is sequentially obtained at each voltage (S1, S2). A difference value and a second-order difference value of the counted value are calculated each time the counted value is obtained (S3, S4), and it is regarded as a semi-plateau region when the second-order difference value indicating a change of an increasing rate of the counted value accompanying an increase in the voltage is zero or less (S5, S6). After the measurement, the maximum counted value in the semi-plateau region is assumed to be the true counted value, and the minimum detector voltage within an acceptable range of the counted value according to sensitivity is determined to be the appropriate voltage (S9, S10).

Description

本発明は、イオン検出器としてパルスカウント型検出器を利用した質量分析装置に関する。   The present invention relates to a mass spectrometer using a pulse count type detector as an ion detector.

質量分析装置において、イオンを検出する検出器としては、大別して、イオンの平均電流を測定する直流型検出器と、到達したイオンの個数を計数するパルスカウント型検出器と、が知られている(特許文献1参照)。一般的には前者の直流型検出器が利用されることが多いが、信号強度が低い場合で、且つ化学的ノイズが小さい場合には、微小イオン量の測定に有利な、後者のパルスカウント型検出器が利用される。例えば、液体クロマトグラフで成分分離された試料液中の成分のMS/MS分析を行うLC/MS/MSでは、パルスカウント型検出器が利用されることが比較的多い。   In a mass spectrometer, as a detector for detecting ions, a DC type detector for measuring an average current of ions and a pulse count type detector for counting the number of ions reached are roughly classified. (See Patent Document 1). In general, the former DC type detector is often used. However, when the signal intensity is low and the chemical noise is small, the latter pulse count type is advantageous for measuring the amount of minute ions. A detector is used. For example, in LC / MS / MS that performs MS / MS analysis of components in a sample solution separated by liquid chromatography, a pulse count type detector is often used.

イオン検出器として用いられるパルスカウント型検出器の概略構成を図9に示す。検出部1においてイオンはコンバージョンダイノード11に入射して電子に変換され、この電子が二次電子増倍管(EM)12に導入され、増倍されて出力される。この二次電子増倍管12からの出力信号が信号処理部2においてまずプリアンプ21で増幅され、ディスクリミネータ(高さ弁別器)22で閾値電圧VTLと比較されることで2値化される。ディスクリミネータ22の出力であるパルス信号が計数部23に入力され、計数部23は一定周期時間内に入力されるパルス信号を計数し、その計数値がイオン数に応じたデータとして出力される。なお、ディスクリミネータに代えてコンパレータ及び波形整形器が用いられることもある。   FIG. 9 shows a schematic configuration of a pulse count type detector used as an ion detector. In the detection unit 1, ions enter the conversion dynode 11 and are converted into electrons, which are introduced into a secondary electron multiplier (EM) 12, multiplied, and output. The output signal from the secondary electron multiplier 12 is first amplified by the preamplifier 21 in the signal processing unit 2 and binarized by being compared with the threshold voltage VTL by the discriminator (height discriminator) 22. . The pulse signal that is the output of the discriminator 22 is input to the counting unit 23, and the counting unit 23 counts the pulse signal input within a certain period of time, and the count value is output as data corresponding to the number of ions. . A comparator and a waveform shaper may be used instead of the discriminator.

上記のようなパルスカウント型検出器に利用される二次電子増倍管12は、一般に、直流型検出器に用いられるものよりもゲインが高い。このような二次電子増倍管12は1個の電子の入射に対してピーク電流強度が数μA以上であるパルス状の電流信号を出力するが、その出力電流強度は二次電子増倍管12に印加される電圧(本明細書ではこれを「検出器電圧」という)により変化する。また、同一の検出器電圧を印加した場合でも、出力電流強度はばらつき(電流強度分布)をもつ。そのため、全ての出力信号を計数部23で漏れなく計数できるようにするためには、二次電子増倍管12から出力される最小強度の信号がディスクリミネータ22において閾値VTLを超えるように検出器電圧を適切に調整する必要がある。   The secondary electron multiplier 12 used in the pulse count type detector as described above generally has a higher gain than that used in the DC type detector. Such a secondary electron multiplier 12 outputs a pulsed current signal having a peak current intensity of several μA or more with respect to the incidence of one electron, and the output current intensity is a secondary electron multiplier. 12 is changed by a voltage applied to the capacitor 12 (this is referred to as “detector voltage” in this specification). Even when the same detector voltage is applied, the output current intensity varies (current intensity distribution). Therefore, in order to allow all the output signals to be counted without omission in the counting unit 23, it is detected that the minimum intensity signal output from the secondary electron multiplier 12 exceeds the threshold value VTL in the discriminator 22. It is necessary to adjust the unit voltage appropriately.

図10は検出器電圧と計数値との関係の理想的な状態を示すグラフである。検出器電圧を1.4[kV]等の低い電圧値から徐々に上げていくと、当初、二次電子増倍管の出力電流が増加するために閾値を超える信号の数も増加する。それにより、計数値は増加する。これが図10中のA領域である。殆どの信号が閾値を超えるようになると検出器電圧を増加させても計数値の増加度合は小さくなり、やがて検出器電圧を増加させても計数値が一定となるB領域に入る。B領域は一般にプラトー領域と呼ばれている。このB領域では、二次電子増倍管から出力される信号の全てがディスクリミネータにおいて閾値を超えており、このときの計数値が検出部1に入射するイオンの数を反映した真の計数値であると言える。   FIG. 10 is a graph showing an ideal state of the relationship between the detector voltage and the count value. When the detector voltage is gradually increased from a low voltage value such as 1.4 [kV], the output current of the secondary electron multiplier tube is initially increased, so that the number of signals exceeding the threshold value also increases. Thereby, the count value increases. This is the area A in FIG. When most of the signals exceed the threshold value, even if the detector voltage is increased, the degree of increase in the count value becomes small, and eventually the region B enters where the count value becomes constant even if the detector voltage is increased. The region B is generally called a plateau region. In the region B, all the signals output from the secondary electron multiplier exceed the threshold value in the discriminator, and the count value at this time is a true value reflecting the number of ions incident on the detection unit 1. It can be said that it is a numerical value.

このように計数値が一定である状態からさらに検出器電圧を増加させると、やがて計数値は増加し始めC領域に至る。この原因は種々考えられるが、一般的には、出力電流強度が大きくなりすぎたために伝送途中で信号のリンギングが生じ易くなり、それを誤って計数してしまうことや、二次電子増倍管のダイノード間から電子が漏れ出し、それがコンバージョンダイノードで再加速されるイオンフィードバックと呼ばれる現象が起こること、などの要因が主であると考えられる。   Thus, when the detector voltage is further increased from the state where the count value is constant, the count value starts to increase and reaches the C region. There are various causes for this, but in general, the output current intensity becomes too large, so that signal ringing is likely to occur during transmission, and it may be erroneously counted, or a secondary electron multiplier. It is thought that the main factor is that a phenomenon called ion feedback occurs in which electrons leak from between the dynodes and reaccelerated by the conversion dynode.

いずれにしても、C領域における計数値は真の計数値よりも多くなっているから、計数値が一定になるB領域の範囲で検出器電圧を設定する必要がある。一方、二次電子増倍管の寿命は出力電流に対して反比例の関係となるため、寿命の点からは検出器電圧は低いことが好ましい。そこで一般的には、B領域の範囲内で最も低い電圧に検出器電圧を設定するのが理想的である。例えば図10の例では、約1.8[kV]が適切な検出器電圧である。検出器電圧をこのような電圧に設定して質量分析を実行することにより、イオン数に対応した真の計数値が得られ、しかも二次電子増倍管の長寿命化を図ることができる。   In any case, since the count value in the C region is larger than the true count value, it is necessary to set the detector voltage in the range of the B region where the count value is constant. On the other hand, since the lifetime of the secondary electron multiplier is inversely proportional to the output current, the detector voltage is preferably low from the viewpoint of lifetime. Therefore, in general, it is ideal to set the detector voltage to the lowest voltage within the range of the B region. For example, in the example of FIG. 10, about 1.8 [kV] is a suitable detector voltage. By executing mass spectrometry with the detector voltage set to such a voltage, a true count value corresponding to the number of ions can be obtained, and the life of the secondary electron multiplier can be extended.

上述したような適切な検出器電圧を見い出すために、従来、分析者が次のような手順で検出器電圧の設定作業を行っている。即ち、標準試料を連続的に質量分析している状態で、分析者は検出器電圧を初期電圧から徐々に上げながら計数値の変化を監視する。そして、計数値が増加する状態からほぼ一定値を維持する状態になったとき、つまりB領域に入ったと想定されるときに、印加電圧の増加を停止し、そのときの電圧を最適な検出器電圧として記憶させるようにしている。一方、こうした一連の作業を分析者が手動で行う代わりに、自動的に行えるようにした装置も従来知られている(特許文献2参照)。   In order to find an appropriate detector voltage as described above, an analyst conventionally performs a detector voltage setting operation in the following procedure. That is, in a state where the standard sample is continuously mass-analyzed, the analyst monitors the change in the count value while gradually increasing the detector voltage from the initial voltage. Then, when the count value increases from a state where the count value increases to a state where the constant value is maintained, that is, when it is assumed that the region B is entered, the increase in the applied voltage is stopped, and the voltage at that time is detected as an optimum detector. It is memorized as a voltage. On the other hand, an apparatus that can automatically perform such a series of operations instead of manually performed by an analyst is also known (see Patent Document 2).

上記のような適正検出器電圧の設定は手動であれ自動であれ、図10に示したようにB領域において計数値が一定になることを前提としている。しかしながら、実際には、回路の配線容量などによるインピーダンスのミスマッチといった要因により信号のリンギングが大きかったり、或いは二次電子増倍管の個体差により出力電流強度分布が広かったりすると、図11に示すように、検出器電圧−計数値の関係にB領域が明瞭に現れない場合がある。こうした場合、手動による検出器電圧設定であれば、分析者が図11に示したような検出器電圧−計数値のカーブを適宜判断し、例えば1.85kVと適宜判断するすることが可能である。しかしながら、こうして設定された検出器電圧が必ずしも適切であるとは限らない。また、或る程度の経験をもった分析者でないと、上記のような判断は難しい。一方、上述したような自動設定では、計数値がほぼ一定になるプラトー領域が見い出せないと、適切な検出器電圧を設定することができない。   Whether the proper detector voltage as described above is set manually or automatically, it is assumed that the count value is constant in the region B as shown in FIG. However, in reality, when the ringing of the signal is large due to factors such as impedance mismatch due to the wiring capacitance of the circuit, or when the output current intensity distribution is wide due to individual differences of the secondary electron multipliers, as shown in FIG. In addition, the B region may not appear clearly in the relationship between the detector voltage and the count value. In such a case, if the detector voltage is manually set, the analyst can appropriately determine the detector voltage-count value curve as shown in FIG. 11, for example, 1.85 kV. . However, the detector voltage set in this way is not always appropriate. Further, the above judgment is difficult unless the analyst has a certain degree of experience. On the other hand, in the automatic setting as described above, an appropriate detector voltage cannot be set unless a plateau region where the count value is almost constant is found.

特開平6−118176号公報JP-A-6-118176 特開平5−151931号公報JP-A-5-151931

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、パルスカウント型検出器をイオン検出器に用いた質量分析装置において、検出器電圧と計数値との関係にプラトー領域が明瞭に現れないような状況でも、適切な検出器電圧を自動的に設定できるようにすることを目的としている。   The present invention has been made to solve the above problems, and in a mass spectrometer using a pulse count type detector as an ion detector, a plateau region clearly appears in the relationship between the detector voltage and the count value. The purpose is to enable an appropriate detector voltage to be set automatically even in situations where there is no such situation.

上記課題を解決するために成された本発明は、イオンの入射に応じた出力信号を発生する検出部と、該検出部の出力を所定閾値と比較して生成したパルス信号を計数する計数部と、を有するパルスカウント型検出器をイオン検出器として用いた質量分析装置において、
a)前記検出部に検出器電圧を印加する電圧発生手段と、
b)所定試料の分析状態の下で前記電圧発生手段により検出器電圧を段階的に増加させつつ前記計数部による計数値を取得し、検出器電圧の増加に対する計数値の変化の度合いに基づいて適正検出器電圧を決定する適正電圧判定手段と、
を備え、前記適正電圧判定手段は、
検出器電圧の増加に対する計数値の変化の二次微分値を算出し、該二次微分値がゼロ以下になる検出器電圧の範囲を求めて該範囲内で最大の計数値を抽出する計数値抽出部と、抽出された最大計数値に基づいて決められる許容計数値範囲に対応した検出器電圧の中で最小の電圧を適正検出器電圧として選定する電圧選定部と、
を有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention includes a detection unit that generates an output signal corresponding to the incidence of ions, and a counting unit that counts a pulse signal generated by comparing the output of the detection unit with a predetermined threshold. In a mass spectrometer using a pulse count detector having an ion detector as
a) voltage generating means for applying a detector voltage to the detector;
b) Obtaining the count value by the counting unit while increasing the detector voltage stepwise by the voltage generating means under the analysis state of the predetermined sample, and based on the degree of change of the count value with respect to the increase of the detector voltage An appropriate voltage determining means for determining an appropriate detector voltage;
The appropriate voltage determination means includes
Calculate the second derivative of the change in the count value with respect to the increase in the detector voltage, obtain the detector voltage range in which the second derivative value is less than or equal to zero, and extract the maximum count value within the range An extraction unit, and a voltage selection unit that selects a minimum voltage as a proper detector voltage among detector voltages corresponding to an allowable count value range determined based on the extracted maximum count value;
It is characterized by having.

通常、上記検出部は二次電子増倍管を含んでおり、上記検出器電圧は二次電子増倍管に印加される電圧である。   Usually, the detection unit includes a secondary electron multiplier, and the detector voltage is a voltage applied to the secondary electron multiplier.

本発明に係る質量分析装置において、適正電圧判定手段は、例えば、一定量のイオンが検出部に入射するように標準試料を質量分析している状態で、検出器電圧を所定の低い電圧値から例えば所定の電圧ステップで段階的に増加させるように電圧発生手段を制御する。そして、その検出器電圧の各段階において質量分析結果である計数値をそれぞれ取得する。適正電圧判定手段に含まれる計数値抽出部は、検出器電圧の増加に対する計数値の変化の二次微分値がゼロ以下であるとき、つまり、検出器電圧の増加に対する計数値の増加度合がその直前の増加度合と等しい又は減少した状態であるときに、いわゆるプラトー領域に準じた領域(以下「準プラトー領域」という)であるとみなす。これにより、たとえ検出器電圧の増加に対して計数値が一定にならなくても、プラトー領域に相当する準プラトー領域を見い出すことができる。   In the mass spectrometer according to the present invention, the appropriate voltage determination means, for example, in a state in which the standard sample is mass-analyzed so that a certain amount of ions enter the detector, the detector voltage is changed from a predetermined low voltage value. For example, the voltage generating means is controlled so as to increase stepwise at a predetermined voltage step. And the count value which is a mass spectrometry result is each acquired in each step of the detector voltage. The count value extraction unit included in the appropriate voltage determination means is configured such that when the second derivative of the change in the count value with respect to the increase in the detector voltage is less than zero, that is, the increase degree of the count value with respect to the increase in the detector voltage When the state is equal to or decreased from the previous increase degree, it is regarded as a region according to a so-called plateau region (hereinafter referred to as “quasi-plateau region”). Thereby, even if the count value does not become constant as the detector voltage increases, a quasi-plateau region corresponding to the plateau region can be found.

但し、検出器電圧の増加に対して計数値が一定にならないような状況の下では、多くのの場合、準プラトー領域内の計数値の幅は広い。そこで、準プラトー領域内で計数漏れの可能性が最も小さいと思われる最大計数値を抽出し、これを真の計数値とみなす。ここで言う「真の計数値」とは、検出器電圧−計数値特性で明瞭なプラトー領域が現れる場合における一定の計数値に相当するものであり、必ずしも最も正確な計数値であるとは限らない。   However, in many cases, the range of the count value in the quasi-plateau region is wide under a situation where the count value does not become constant as the detector voltage increases. Therefore, the maximum count value that is considered to have the smallest possibility of counting omission in the quasi-plateau region is extracted, and this is regarded as the true count value. The “true count value” here refers to a constant count value when a clear plateau region appears in the detector voltage-count value characteristic, and is not necessarily the most accurate count value. Absent.

分析目的や試料の種類などによって分析感度の許容範囲は様々であるから、電圧選定部は、感度として許容し得る範囲で決められた計数値の許容率に応じて、上記真の計数値から計数値の許容範囲を求め、その許容計数値範囲内で最小の検出器電圧を適正検出器電圧として選定する。これにより、感度が許容できる範囲で最も低い電圧が検出器電圧として設定されるので、検出部の寿命、つまりは二次電子増倍管の寿命を延ばすのに有利である。   Since the allowable range of analysis sensitivity varies depending on the purpose of analysis and the type of sample, the voltage selection unit calculates from the true count value according to the allowable rate of the count value determined within the range that can be accepted as sensitivity. Obtain the allowable range of numerical values, and select the minimum detector voltage within the allowable count value range as the appropriate detector voltage. As a result, the lowest voltage within the allowable sensitivity range is set as the detector voltage, which is advantageous in extending the life of the detector, that is, the life of the secondary electron multiplier.

なお、計数部では所定時間内に入力されたパルス信号を計数するが、入射するイオンの数に比べて上記所定時間が短すぎると、検出器電圧と計数値との関係を示すカーブの歪みが生じ易くなる。そこで、本発明に係る質量分析装置の一態様として、前記適正電圧判定手段は、検出器電圧の増加に対する計数値の移動平均を計算する平均値算出部を含み、前記計数値抽出部はその移動平均値の変化の二次微分値を算出する構成とするとよい。   The counting unit counts the pulse signal input within a predetermined time. However, if the predetermined time is too short compared to the number of incident ions, the distortion of the curve indicating the relationship between the detector voltage and the count value is generated. It tends to occur. Therefore, as an aspect of the mass spectrometer according to the present invention, the appropriate voltage determination unit includes an average value calculation unit that calculates a moving average of the count value with respect to an increase in the detector voltage, and the count value extraction unit moves the count value. The second derivative value of the change in average value may be calculated.

即ち、上記構成では、検出器電圧の増加に対する計数値の移動平均をとることにより、上述したようなパルス計数のための時間の短さ等による計数値の不安定さを補い、二次微分値をより正確に求めることができる。   That is, in the above configuration, by taking the moving average of the count value with respect to the increase of the detector voltage, the instability of the count value due to the short time for pulse counting as described above is compensated, and the second derivative value is obtained. Can be obtained more accurately.

また、本発明に係る質量分析装置において、前記適正電圧判定手段は、検出器電圧を段階的に増加させつつ計数値を取得する際に、前記二次微分値が正である状態が複数回連続したときに検出器電圧の増加及び計数値の取得を停止することが好ましい。   Further, in the mass spectrometer according to the present invention, when the appropriate voltage determination unit obtains the count value while increasing the detector voltage stepwise, the state in which the secondary differential value is positive is continued multiple times. It is preferable to stop increasing the detector voltage and obtaining the count value.

上述したように準プラトー領域が見つかった後に計数値の二次微分値が正である状態が複数回連続した場合、準プラトー領域が終了したものと高い確度で推定することができる。そこで、その時点で検出器電圧の増加を停止させることにより、二次電子増倍管に無意味に高い電圧が印加されることを回避でき、二次電子増倍管の寿命を延ばすのに有効である。もちろん、既に準プラトー領域が見い出されているので、適正検出器電圧を探索するのにも何ら支障がない。   As described above, when a state in which the secondary differential value of the count value is positive continues for a plurality of times after the quasi-plateau region is found, it can be estimated with high accuracy that the quasi-plateau region has ended. Therefore, by stopping the increase of the detector voltage at that time, it is possible to avoid applying a meaningless high voltage to the secondary electron multiplier and effective in extending the life of the secondary electron multiplier. It is. Of course, since a quasi-plateau region has already been found, there is no problem in searching for an appropriate detector voltage.

本発明に係る質量分析装置によれば、イオン検出器として使用されるパルスカウンタ型検出器において、検出器電圧と計数値との関係に明瞭なプラトー領域が現れないような場合であっても、許容し得る最低限の感度を達成し且つ検出部(二次電子増倍管)の寿命を極力長くするような、適切な検出器電圧を自動的に設定することができる。   According to the mass spectrometer of the present invention, in a pulse counter type detector used as an ion detector, even if a clear plateau region does not appear in the relationship between the detector voltage and the count value, It is possible to automatically set an appropriate detector voltage that achieves a minimum acceptable sensitivity and maximizes the life of the detector (secondary electron multiplier).

本発明の一実施例である質量分析用イオン検出器の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the ion detector for mass spectrometry which is one Example of this invention. 図1のイオン検出器における適正検出器電圧判定処理のフローチャート。The flowchart of the appropriate detector voltage determination process in the ion detector of FIG. 検出器電圧と計数値との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a detector voltage and a count value. 図3の例に対する適正電圧判定処理結果を示す図。The figure which shows the appropriate voltage determination processing result with respect to the example of FIG. 検出器電圧と計数値との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a detector voltage and a count value. 図5の例に対する適正電圧判定処理結果を示す図。The figure which shows the appropriate voltage determination processing result with respect to the example of FIG. 検出器電圧と計数値との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a detector voltage and a count value. 図7の例に対する適正電圧判定処理結果を示す図。The figure which shows the appropriate voltage determination processing result with respect to the example of FIG. パルスカウント型のイオン検出器の要部の構成図。The block diagram of the principal part of a pulse count type ion detector. 検出器電圧と計数値との関係の理想的な状態を示す図。The figure which shows the ideal state of the relationship between a detector voltage and a count value. 検出器電圧と計数値との関係の実際の状態の一例を示す図。The figure which shows an example of the actual state of the relationship between a detector voltage and a count value.

本発明の一実施例である質量分析装置用イオン検出器について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1はこのイオン検出器の要部の全体構成図である。検出部1及び信号処理部2の構成は図9と同じである。   An ion detector for a mass spectrometer as an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the main part of the ion detector. The structure of the detection part 1 and the signal processing part 2 is the same as FIG.

二次電子増倍管12には、本発明における電圧発生手段に相当する検出器電圧源4から検出器電圧HVが印加される。その電圧値は、本発明における適正電圧判定手段に相当する電圧設定処理部3により制御される。電圧設定処理部3は、検出器電圧HVを制御しつつ計数部23から出力される計数値に対する所定の演算処理を実行することにより、二次電子増倍管12を動作させるのに最適な検出器電圧を決定する。   A detector voltage HV is applied to the secondary electron multiplier 12 from the detector voltage source 4 corresponding to the voltage generating means in the present invention. The voltage value is controlled by the voltage setting processing unit 3 corresponding to the appropriate voltage determination means in the present invention. The voltage setting processing unit 3 performs a predetermined calculation process on the count value output from the counting unit 23 while controlling the detector voltage HV, so that the optimum detection for operating the secondary electron multiplier 12 is performed. Determine the vessel voltage.

図2は電圧設定処理部3を中心に実行される適正電圧判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は検出部1に対して一定量のイオンが入射する状態で実施される必要があるから、質量分析装置の各部の条件、例えばイオンレンズへの印加電圧などを決める、標準試料を質量分析することによるオートチューニング動作の際などに実行されるようにするとよい。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an appropriate voltage determination process executed mainly by the voltage setting processing unit 3. Since this process needs to be performed in a state where a certain amount of ions are incident on the detection unit 1, the conditions of each part of the mass spectrometer, such as the voltage applied to the ion lens, are determined. It is better to execute this function during auto tuning operation.

処理が開始されると、電圧設定処理部3は検出器電圧を最も低い初期電圧に設定するように検出器電圧源4を制御する。初期電圧は、通常、計数値がゼロであることが確実である電圧であって、できるだけ大きな電圧が選ばれる。後述の例では初期電圧は1.4[kV]である。そうして初期電圧が二次電子増倍管12に印加された状態で、電圧設定処理部3は計数値を取得する(ステップS1)。次に検出器電圧を所定のステップ電圧ΔVだけ増加させて同様に計数値を取得する(ステップS2)。後述の例ではΔV=50[V]である。   When the process is started, the voltage setting processing unit 3 controls the detector voltage source 4 so as to set the detector voltage to the lowest initial voltage. The initial voltage is usually a voltage that ensures that the count value is zero, and is selected as large as possible. In the example described later, the initial voltage is 1.4 [kV]. Then, with the initial voltage applied to the secondary electron multiplier 12, the voltage setting processing unit 3 acquires a count value (step S1). Next, the detector voltage is increased by a predetermined step voltage ΔV to similarly obtain a count value (step S2). In the example described later, ΔV = 50 [V].

ステップ電圧ΔVだけ検出器電圧を増加させた状態での計数値が得られたならば、電圧設定処理部3では、計数値の差分値N’が計算されて内部のメモリに記憶される(ステップS3)。また、差分値N’が2以上得られた状態であれば、差分値N’の差分値、つまり二階差分値N”が計算され、これもメモリに記憶される(ステップS4)。この二階差分値N”は二次微分値に相当する(厳密には近似である)。   If the count value in the state where the detector voltage is increased by the step voltage ΔV is obtained, the voltage setting processing unit 3 calculates the difference value N ′ of the count value and stores it in the internal memory (step S3). If two or more difference values N ′ are obtained, the difference value of the difference value N ′, that is, the second-order difference value N ″ is calculated and stored in the memory (step S4). The value N ″ corresponds to the secondary differential value (strictly approximate).

電圧設定処理部3では、二階差分値N”が得られたならばその値が0以下であるか否かが判定され(ステップS5)、0以下、つまり0又は負値であれば、そのときの検出器電圧がB’領域であると判断する(ステップS6)。このB’領域は図10におけるB領域に相当するとみなせる領域であり、上記の準プラトー領域である。ステップS5で二階差分値N”が0を超えていれば、つまり正値であれば、ステップS6をパスする。   If the second-order difference value N ″ is obtained, the voltage setting processing unit 3 determines whether or not the value is 0 or less (step S5), and if it is 0 or less, that is, 0 or a negative value, then (Step S6) This B 'region is a region that can be regarded as corresponding to the B region in Fig. 10, and is the quasi-plateau region described above. If N ″ exceeds 0, that is, if it is a positive value, step S6 is passed.

B’領域が見い出された後であって3回以上二階差分値N”が求まっている場合には、3点以上連続して二階差分値N”が正値である否かが判定される(ステップS7)。B’領域が見い出された後に3点以上連続して二階差分値N”が正値である場合には、二次電子増倍管12への電圧の印加を停止し、計数値の取得も停止する(ステップS8)。ステップS7の判定条件はB’領域が確実に終了したと判断できる条件であり、これにより、無意味に高い電圧が二次電子増倍管12に印加されることを回避することができる。   When the second-order difference value N ″ is obtained three times or more after the B ′ region is found, it is determined whether or not the second-order difference value N ″ is a positive value continuously for three or more points ( Step S7). If the second-order differential value N ″ is a positive value continuously for three or more points after the B ′ region is found, the voltage application to the secondary electron multiplier 12 is stopped and the count value acquisition is also stopped. (Step S8) The determination condition in Step S7 is a condition for determining that the B ′ region has ended reliably, thereby avoiding applying a meaningless high voltage to the secondary electron multiplier 12. can do.

B’領域が見い出されいない場合、又は、B’領域が見い出されていても3点以上連続して二階差分値N”が正値になっていない場合にはステップS7からS2に戻り、検出器電圧を増加させ計数値を取得する処理を繰り返す。したがって、ステップS8で測定を終了した時点では、検出器電圧と計数値との関係が、B’領域の範囲が明確になった状態で得られることになる。   If the B ′ region is not found, or if the B ′ region is found but the second-order difference value N ″ is not positive for three or more consecutive points, the process returns from step S7 to S2, and the detector The process of increasing the voltage and obtaining the count value is repeated, so that when the measurement is completed in step S8, the relationship between the detector voltage and the count value is obtained with the range of the B ′ region being clarified. It will be.

続いて、電圧設定処理部3では、B’領域内で最大の計数値Nrが抽出される。一般的にはB’領域内で最大の検出器電圧を印加したときに計数値は最大になるが、そうならない場合もあり得る。そして、最大計数値は真の計数値Nrとみなされ、メモリに記憶される(ステップS9)。それから、真の計数値Nrに対し予め定められている許容率を見込んだ計数値許容範囲が設定される。例えば許容率が10%であれば、Nr×0.9が計数値許容範囲の下限値であり、上限値はNrである。この許容率は分析感度に応じて予め決められるものであり、例えば固定値であってもよいし、ユーザが任意に設定できるようにしてもよい。そして、電圧設定処理部3では、計数値がその計数値許容範囲に含まれる検出器電圧許容範囲が求められ、その検出器電圧許容範囲に入る最小の検出器電圧を適正検出器電圧として決定しメモリに記憶する(ステップS10)。   Subsequently, the voltage setting processing unit 3 extracts the maximum count value Nr in the B ′ region. In general, the count value is maximized when the maximum detector voltage is applied within the B 'region, but this may not be the case. The maximum count value is regarded as the true count value Nr and stored in the memory (step S9). Then, a count value allowable range is set in consideration of a predetermined allowable rate for the true count value Nr. For example, if the allowable rate is 10%, Nr × 0.9 is the lower limit value of the count value allowable range, and the upper limit value is Nr. This allowable rate is determined in advance according to the analysis sensitivity, and may be a fixed value, for example, or may be arbitrarily set by the user. Then, the voltage setting processing unit 3 obtains a detector voltage allowable range in which the count value is included in the count value allowable range, and determines the minimum detector voltage that falls within the detector voltage allowable range as an appropriate detector voltage. Store in the memory (step S10).

以上のような処理により、検出器電圧−計数値特性に明確なプラトー領域がない場合であっても、これに準じる準プラトー領域を設定し、計数値が許容範囲内で且つ二次電子増倍管12を長寿命化できるように極力低い電圧を検出器電圧として定めることができる。   Even if there is no clear plateau region in the detector voltage-counter value characteristic, the quasi-plateau region corresponding to this is set, the count value is within the allowable range, and the secondary electron multiplication is performed. A voltage as low as possible can be determined as the detector voltage so that the life of the tube 12 can be extended.

上記適正電圧判定処理の具体例について説明する。
図3は検出器電圧と計数値との関係の一例を示す図である。上述したように初期電圧は1.4[kV]、ステップ電圧は50[V]である。したがって、検出器電圧が1.4[kV]から50[V]増加する毎に、計数値N[cps]が取得される。図3中には計数値Nをプロット点で示している。図4には、このときの計数値Nとそれから計算される差分値N’及び二階差分値N”を示している。ステップS5の判定条件を満たす1.65〜1.95[kV]がB’領域である。
A specific example of the appropriate voltage determination process will be described.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the detector voltage and the count value. As described above, the initial voltage is 1.4 [kV] and the step voltage is 50 [V]. Therefore, every time the detector voltage increases from 1.4 [kV] to 50 [V], the count value N [cps] is acquired. In FIG. 3, the count value N is indicated by plot points. FIG. 4 shows the count value N at this time, the difference value N ′ and the second-order difference value N ″ calculated therefrom. 1.65 to 1.95 [kV] satisfying the determination condition of step S5 is B. 'Area.

このB’領域の範囲内の計数値は15000〜30400[cps]とかなり幅広いが、この中の最大計数値30400[cps]が真の計数値Nrとして記憶される。計数値の許容率が10%である場合、計数値の許容範囲の下限は30400×0.9=27360[cps]である。B’領域内で、27360〜30400[cps]の計数値範囲を実現できる検出器電圧は1.85〜1.95[kV]である。したがって、その中で最小の電圧である1.85[kV]を適切な検出器電圧として決定し、記憶する。このときの計数値は28200[cps]であるから、真の計数値からの差は8%程度である。   The count value within the range of the B ′ region is considerably wide as 15000 to 30400 [cps], and the maximum count value 30400 [cps] is stored as the true count value Nr. When the allowable rate of the count value is 10%, the lower limit of the allowable range of the count value is 30400 × 0.9 = 27360 [cps]. The detector voltage capable of realizing a count value range of 27360 to 30400 [cps] in the B ′ region is 1.85 to 1.95 [kV]. Therefore, the minimum voltage of 1.85 [kV] is determined as an appropriate detector voltage and stored. Since the count value at this time is 28200 [cps], the difference from the true count value is about 8%.

図5は検出器電圧と計数値との関係の別の例を示す図である。この例は、検出器電圧−計数値の特性がきわめて悪く、目視上でも適切な検出器電圧を決定することがかなり困難であると考えられる。図6にはこのときの計数値Nとそれから計算される差分値N’及び二階差分値N”を示している。ステップS5の判定条件を満たす1.7〜1.85[kV]がB’領域である。このB’領域の範囲内の計数値は24000〜35000[cps]であり、この中の最大計数値35000[cps]が真の計数値Nrとして記憶される。計数値の許容率が10%である場合、計数値の許容範囲の下限は35000×0.9=31500[cps]である。B’領域内で、31500〜35000[cps]の計数値範囲を実現できる検出器電圧は1.8〜1.85[kV]である。したがって、その中で最小の電圧である1.8[kV]を適切な検出器電圧として決定し記憶する。このときの計数値は32000[cps]であるから、真の計数値からの差は9%程度である。   FIG. 5 is a diagram showing another example of the relationship between the detector voltage and the count value. In this example, the characteristic of the detector voltage-count value is extremely poor, and it is considered that it is quite difficult to determine an appropriate detector voltage visually. FIG. 6 shows the count value N at this time, the difference value N ′ and the second-order difference value N ″ calculated therefrom. 1.7 to 1.85 [kV] satisfying the determination condition of step S5 is B ′. The count value within the range of this B ′ area is 24000 to 35000 [cps], and the maximum count value 35000 [cps] is stored as the true count value Nr. Is 10%, the lower limit of the allowable range of the count value is 35000 × 0.9 = 31500 [cps] A detector voltage capable of realizing a count value range of 3150 to 35000 [cps] in the region B ′ Therefore, 1.8 [kV], which is the minimum voltage among them, is determined and stored as an appropriate detector voltage, and the count value at this time is 32000 [kV]. cps], the difference from the true count is 9% Every time it is.

図7は検出器電圧と計数値との関係のさらに別の例を示す図である。この例は、検出器電圧−計数値の関係が単調増加にならず、途中で検出器電圧の増加に対し計数値の減少がみられる場合ある。一般的には、このような現象は計数部23での1回の計数時間が短すぎる場合に起こる。このような場合には、或る検出器電圧に対して得られた計数値からそのまま差分値を求めるのではなく、計数値を検出器電圧の変化方向に平均し、その平均計数値に対し差分値及び二階差分値を求めるとよい。   FIG. 7 is a diagram showing still another example of the relationship between the detector voltage and the count value. In this example, the relationship between the detector voltage and the count value does not increase monotonously, and the count value may decrease as the detector voltage increases. Generally, such a phenomenon occurs when one counting time in the counting unit 23 is too short. In such a case, the difference value is not obtained as it is from the count value obtained for a certain detector voltage, but the count value is averaged in the change direction of the detector voltage, and the difference is compared with the average count value. The value and the second-order difference value may be obtained.

この例では、重みを1/6、4/6、1/6とした連続する3点の加重移動平均を用いている。図8には、このときの移動平均値Nav、その移動平均値Navから計算される差分値Nav’及び二階差分値Nav”を示している。ステップS5の判定条件を満たす1.7〜1.9[kV]がB’領域である。このB’領域の範囲内の計数値は22000〜28500[cps]であり、この中の最大計数値28500[cps]が真の計数値Nrとして記憶される。計数値の許容率が10%である場合、計数値の許容範囲の下限は28500×0.9=25650[cps]である。B’領域内で、25650〜28500[cps]の計数値範囲を実現できる検出器電圧は1.8〜1.9[kV]である。したがって、その中で最小の電圧である1.8[kV]を適切な検出器電圧として決定し記憶する。このときの計数値は28400[cps]であるから、真の計数値からの差は1%以下である。   In this example, a weighted moving average of three consecutive points with a weight of 1/6, 4/6, and 1/6 is used. FIG. 8 shows the moving average value Nav at this time, the difference value Nav ′ calculated from the moving average value Nav, and the second-order difference value Nav ”. 1.7-1. 9 [kV] is the B ′ area, and the count value in the range of the B ′ area is 22000 to 28500 [cps], and the maximum count value 28500 [cps] is stored as the true count value Nr. When the allowable rate of the count value is 10%, the lower limit of the allowable range of the count value is 28500 × 0.9 = 25650 [cps] The count value of 25650 to 28500 [cps] in the region B ′. The detector voltage capable of realizing the range is 1.8 to 1.9 [kV], and therefore, the minimum voltage of 1.8 [kV] is determined and stored as an appropriate detector voltage. Since the count value at the time is 28400 [cps] The difference from the numerical value is 1% or less.

以上のように、検出器電圧−計数値の特性がかなり悪い(理想的な状態からの乖離が大きい)状態であっても、或いは、プラトー領域に相当する領域における検出器電圧−計数値のカーブの形状が歪んでいる場合であっても、検出感度の点で許容可能な計数値を得ることができ、且つ二次電子増倍管の寿命を長寿命にすることができるような適切な検出器電圧を自動的に決定することが可能となる。   As described above, even if the detector voltage-count value characteristic is considerably poor (the deviation from the ideal state is large), or the detector voltage-count value curve in the region corresponding to the plateau region Appropriate detection that can obtain an acceptable count value in terms of detection sensitivity and extend the life of the secondary electron multiplier even when the shape of the tube is distorted It is possible to automatically determine the voltage of the device.

また、上記のような適正検出器電圧を決定する過程で、プラトー領域に相当する領域を超えるような高い検出器電圧が印加されることを防止することができるので、二次電子増倍管の無意味な劣化を回避することができる。これは、上記のような適正検出器電圧設定処理を高い頻度で行う場合に特に有用である。   Further, in the process of determining the appropriate detector voltage as described above, it is possible to prevent a high detector voltage exceeding the region corresponding to the plateau region from being applied, so that the secondary electron multiplier tube Insignificant degradation can be avoided. This is particularly useful when the appropriate detector voltage setting process as described above is performed at a high frequency.

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、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。   It should be noted that the above embodiment is merely an example of the present invention, and it is obvious that modifications, corrections, and additions may be made as appropriate within the scope of the present invention and included in the scope of the claims of the present application.

1…検出部
11…コンバージョンダイノード
12…二次電子増倍管
2…信号処理部
21…プリアンプ
22…ディスクリミネータ
23…計数部
3…電圧設定処理部
4…検出器電圧源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection part 11 ... Conversion dynode 12 ... Secondary electron multiplier 2 ... Signal processing part 21 ... Preamplifier 22 ... Discriminator 23 ... Counting part 3 ... Voltage setting process part 4 ... Detector voltage source

Claims (3)

イオンの入射に応じた出力信号を発生する検出部と、該検出部の出力を所定閾値と比較して生成したパルス信号を計数する計数部と、を有するパルスカウント型検出器をイオン検出器として用いた質量分析装置において、
a)前記検出部に検出器電圧を印加する電圧発生手段と、
b)所定試料の分析状態の下で前記電圧発生手段により検出器電圧を段階的に増加させつつ前記計数部による計数値を取得し、検出器電圧の増加に対する計数値の変化の度合いに基づいて適正検出器電圧を決定する適正電圧判定手段と、
を備え、前記適正電圧判定手段は、
検出器電圧の増加に対する計数値の変化の二次微分値を算出し、該二次微分値がゼロ以下になる検出器電圧の範囲を求めて該範囲内で最大の計数値を抽出する計数値抽出部と、抽出された最大計数値に基づいて決められる許容計数値範囲に対応した検出器電圧の中で最小の電圧を適正検出器電圧として選定する電圧選定部と、
を有することを特徴とする質量分析装置。
A pulse count type detector having a detection unit that generates an output signal according to the incidence of ions and a counting unit that counts a pulse signal generated by comparing the output of the detection unit with a predetermined threshold is used as an ion detector. In the mass spectrometer used,
a) voltage generating means for applying a detector voltage to the detector;
b) Obtaining the count value by the counting unit while increasing the detector voltage stepwise by the voltage generating means under the analysis state of the predetermined sample, and based on the degree of change of the count value with respect to the increase of the detector voltage An appropriate voltage determining means for determining an appropriate detector voltage;
The appropriate voltage determination means includes
Calculate the second derivative of the change in the count value with respect to the increase in the detector voltage, obtain the detector voltage range in which the second derivative value is less than or equal to zero, and extract the maximum count value within the range An extraction unit, and a voltage selection unit that selects a minimum voltage as a proper detector voltage among detector voltages corresponding to an allowable count value range determined based on the extracted maximum count value;
A mass spectrometer characterized by comprising:
請求項1に記載の質量分析装置であって、
前記適正電圧判定手段は、検出器電圧の増加に対する計数値の移動平均を計算する平均値算出部を含み、前記計数値抽出部は、その移動平均値の変化の二次微分値を算出することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1,
The appropriate voltage determination unit includes an average value calculation unit that calculates a moving average of a count value with respect to an increase in detector voltage, and the count value extraction unit calculates a second derivative value of a change in the moving average value. A mass spectrometer.
請求項1又は2に記載の質量分析装置であって、
前記適正電圧判定手段は、検出器電圧を段階的に増加させつつ計数値を取得する際に、、前記二次微分値が正である状態が複数回連続したときに検出器電圧の増加及び計数値の取得を停止することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1 or 2,
The proper voltage determining means increases and measures the detector voltage when the count value is acquired while increasing the detector voltage stepwise, and the second derivative value is positive for a plurality of consecutive states. A mass spectrometer characterized by stopping the acquisition of numerical values.
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