JP2014123469A - Mass spectroscope and adjustment method of mass spectroscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、質量分析装置の技術に関し、特に、イオンを捕捉する機能を持つイオントラップ部を備えて物質の組成同定に用いられる質量分析装置、およびこの質量分析装置の調整方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technology of a mass spectrometer, and in particular, is effective when applied to a mass spectrometer equipped with an ion trap part having a function of trapping ions and used for composition identification of a substance, and a method of adjusting the mass spectrometer. Technology.
例えば、質量分析装置の技術において、この質量分析装置のイオントラップ部は、双曲面の断面形状を持った複数の電極で構成されており、その各電極に高電圧の高周波信号および直流電圧を印加することで、複数の電極で形成される空間に電場を発生させてイオンを捕捉する機能を持っている。 For example, in the mass spectrometer technology, the ion trap part of the mass spectrometer is composed of a plurality of electrodes having a hyperboloid cross-sectional shape, and a high-frequency high-frequency signal and a DC voltage are applied to each electrode. By doing so, it has a function of trapping ions by generating an electric field in a space formed by a plurality of electrodes.
このようなイオントラップ部を備えた質量分析装置に関する技術としては、例えば、特許文献1や特許文献2に記載される技術などが挙げられる。特許文献1には、複数の電極と、各電極それぞれに接続された可変コンデンサとを備え、各可変コンデンサの容量を調整して、高周波信号源の駆動周波数と共振回路の共振周波数とを調整する技術が開示されている。また、特許文献2には、高周波電流の周波数駆動機構を設け、駆動周波数を掃引することで、駆動周波数と共振周波数とを一致させる技術が開示されている。
Examples of a technique related to a mass spectrometer provided with such an ion trap unit include techniques described in
また、イオントラップ部を備えた質量分析装置に関する他の技術として、特許文献3に記載される技術がある。特許文献3には、共振回路の共振周波数を調整するための同調手段である可変コンデンサを備え、その共振周波数が駆動電圧の周波数からずれるように可変コンデンサを設定する技術が開示されている。
Moreover, there exists a technique described in
ところで、前述したようなイオントラップ部を備えた質量分析装置に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。 By the way, as a result of examination by the present inventor regarding the mass spectrometer equipped with the ion trap unit as described above, the following has been clarified.
まず、図9の従来技術に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図を用いて、イオントラップ部のイオンの捕捉原理について説明する。ここでは、イオントラップ部として、双曲面の断面形状を持つ4本の電極柱(以下、ロッド電極906a−1,906a−2,906b−1,906b−2と記す)を平行に配置して構成されるロッド電極部902を一例として挙げる。また、高電圧の高周波信号(以下、高電圧RF信号と記す)を生成する回路の一例として、高周波信号(以下、RF信号と記す)を出力するRF信号源901と、コイル907a,907bと負荷コンデンサ908a,908b,909および配線の寄生容量などで形成される共振回路部905とで構成される回路を示す。
First, the principle of trapping ions in the ion trap unit will be described with reference to an example of the configuration of the ion trap unit in the mass spectrometer according to the prior art in FIG. Here, four electrode columns (hereinafter, referred to as
4本のロッド電極906a−1,906a−2,906b−1,906b−2の中心軸に対して、対向する一方のロッド電極対906a−1と906a−2に同相の高電圧RF信号を印加し、他方のロッド電極対906b−1と906b−2に一方のロッド電極対906a−1と906a−2に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加した場合の、中心軸に対して直交するx−y平面におけるイオンの運動方程式は、次式によって表される。
A high voltage RF signal having the same phase is applied to one pair of
ここで、eはイオンの電荷量を、Vは高電圧RF信号の振幅を、mはイオンの質量数を、r0はロッド電極で囲まれた空間に内接する円の半径を、ωは高電圧RF信号の角周波数を、tは時間をそれぞれ表す。この式はマシュー方程式として知られており、一般に、質量電荷比(m/e)を持つイオンをイオントラップ部内に捕捉するには、q≦0.908となるように、Vおよびωを決定すればよいことが知られている。 Here, e is the charge amount of the ion, V is the amplitude of the high voltage RF signal, m is the mass number of the ion, r 0 is the radius of the circle inscribed in the space surrounded by the rod electrode, and ω is the high The angular frequency of the voltage RF signal, t represents time. This equation is known as the Matthew equation. Generally, in order to trap ions having a mass-to-charge ratio (m / e) in the ion trap portion, V and ω are determined so that q ≦ 0.908. It is known to be good.
しかしながら、上述のようにVおよびωを決定しても、各ロッド電極対に接続されるコイルのインダクタンスやコンデンサの製造ばらつきや温度変動などにより、RF信号源の駆動周波数と共振回路の共振周波数がずれることにより、所望の高電圧RF信号振幅が得られない場合や、各ロッド電極対に印加される高電圧RF信号の振幅に差が生じることがある。このような場合には、(式1)および(式2)の運動方程式を満足しなくなるため、イオンのトラップ効率が低下する場合や、所望の質量電荷比を持つイオンを捕捉できない場合がある。 However, even if V and ω are determined as described above, the driving frequency of the RF signal source and the resonance frequency of the resonance circuit are different due to the inductance of the coil connected to each rod electrode pair, the manufacturing variation of the capacitor, the temperature fluctuation, and the like. By shifting, a desired high voltage RF signal amplitude may not be obtained, or a difference may occur in the amplitude of the high voltage RF signal applied to each pair of rod electrodes. In such a case, the equations of motion of (Equation 1) and (Equation 2) are not satisfied, so that the trapping efficiency of ions may be reduced, or ions having a desired mass-to-charge ratio may not be captured.
この問題を解決する技術として、前述した特許文献1や特許文献2がある。特許文献1では、ロッド電極に接続した可変コンデンサの容量を調整して、駆動周波数と共振周波数とを調整することができる。また、特許文献2では、駆動周波数を掃引することで、駆動周波数と共振周波数とを一致させることができる。
As a technique for solving this problem, there are
ところで、一般に、ロッド電極には、数百Vから数kVの高電圧RF信号が印加される。このため、前述した特許文献1の方法では、高耐圧の可変コンデンサが必要となり、装置が高額になるという課題がある。また、高耐圧の可変コンデンサは、対向する電極の面積を機械的に動かして容量を調整する機械式が一般的であり、自動制御を行う場合には、アクチュエータなどの機械部品が必要となり、さらなる装置の高額化、大型化を招く。
By the way, generally, a high voltage RF signal of several hundred V to several kV is applied to the rod electrode. For this reason, the method of
一方、前述した特許文献2の方法は、高耐圧の可変コンデンサを用いずに、駆動周波数と共振周波数とを一致させるものである。しかしながら、駆動周波数を変えることにより、捕捉するイオンの質量電荷比が変わるため、駆動周波数を変更の都度、印加する高電圧RF信号の振幅を調整して捕捉イオンの質量電荷比を一定にすることや、質量軸のずれを補正するための演算処理が必要となり、調整制御や演算処理が煩雑になるという課題がある。
On the other hand, the method described in
なお、前述した特許文献3の技術は、出力波形と高周波高電圧の位相ずれを低減することを目的とする技術であり、共振特性を調整する技術ではなく、その上、高耐圧部品を用いることについての課題などを考慮したものでもない。
The technique disclosed in
そこで、本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、イオントラップ部の共振特性調整部において、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することを可能にする技術を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and a typical object thereof is to adjust the resonance characteristics without using high-voltage components in the resonance characteristic adjustment section of the ion trap section. It is to provide the technology that makes it possible.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1)代表的な質量分析装置は、試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部を備えた質量分析装置であって、以下の特徴を有するものである。 (1) A typical mass spectrometer is a mass spectrometer provided with an ion trap part that separates a sample according to the mass of ions, and has the following characteristics.
(1−1)前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部と、RF信号を発生させるRF信号源と、RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧RF信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部とを備える。そして、共振特性調整部がRF信号源とロッド電極部との間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 (1-1) The ion trap unit includes a rod electrode unit including four rod electrodes arranged in parallel to each other, an RF signal source that generates an RF signal, and an RF signal generated by the RF signal source. A high voltage RF signal is generated by resonance amplification, the high voltage RF signal is applied to one pair of rod electrodes facing each other with respect to the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion, and the other pair The high voltage RF signal applied to one of the pair of rod electrodes is different from the resonance circuit part for applying a high voltage RF signal, and the resonance characteristic adjustment for adjusting the characteristic of the resonance circuit part Measure the resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit section between the high voltage RF signal applied to one pair of rod electrode pairs and the differential high voltage RF signal applied to the other pair of rod electrode pairs Measured by the resonance characteristic measurement unit and the resonance characteristic measurement unit. Based on the information of the resonance frequency and the amplification factor of the resonant circuit and a control unit for adjusting the resonance characteristic adjustment unit. The resonance characteristic adjusting unit is arranged between the RF signal source and the rod electrode unit, and the voltage at both ends of the resonance characteristic adjusting unit is configured to be smaller than the voltage applied to the rod electrode unit. Features.
(1−2)前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部と、RF信号を発生させるRF信号源と、RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧RF信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部とを備える。そして、補助交流信号源およびRF信号源と一方の一組のロッド電極対との間に第1トランスが配置され、補助交流信号とRF信号とは第1トランスによって重畳され、かつ、共振特性調整部が補助交流信号源と第1トランスとの間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 (1-2) The ion trap unit includes a rod electrode unit including four rod electrodes arranged in parallel to each other, an RF signal source that generates an RF signal, and an RF signal generated by the RF signal source. A high voltage RF signal is generated by resonance amplification, the high voltage RF signal is applied to one pair of rod electrodes facing each other with respect to the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion, and the other pair The high voltage RF signal applied to one of the pair of rod electrodes is different from the resonance circuit part for applying a high voltage RF signal, and the resonance characteristic adjustment for adjusting the characteristic of the resonance circuit part , An auxiliary AC signal source that applies a differential auxiliary AC signal different from the frequency of the high voltage RF signal to one set of rod electrode pairs, and a high voltage RF that is applied to one set of rod electrode pairs Differential applied to signal and other pair of rod electrodes A resonance characteristic measurement unit that measures the resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit unit with the high-voltage RF signal, and a resonance characteristic adjustment unit that is based on the resonance frequency and amplification factor information of the resonance circuit unit measured by the resonance characteristic measurement unit. A control unit for adjustment. The first transformer is disposed between the auxiliary AC signal source and the RF signal source and one set of rod electrode pairs, the auxiliary AC signal and the RF signal are superimposed by the first transformer, and the resonance characteristics are adjusted. The portion is disposed between the auxiliary AC signal source and the first transformer, and the voltage at both ends of the resonance characteristic adjusting portion is configured to be smaller than the voltage applied to the rod electrode portion.
(2)代表的な質量分析装置の調整方法は、上記(1−1)の前記イオントラップ部の構成において、以下の共振周波数および増幅率の調整手順を特徴とするものである。制御部において、RF信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部に入力する。共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときのRF信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して制御部に入力する。制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、共振特性調整部を調整して、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定する。続けて、共振特性測定部において、一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号の振幅を測定して制御部に入力する。制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、共振特性調整部を調整して、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする。 (2) A typical method for adjusting a mass spectrometer is characterized by the following resonance frequency and amplification factor adjustment procedure in the configuration of the ion trap section of (1-1). In the control unit, while changing the drive frequency of the RF signal source, the high voltage RF signal applied to one set of rod electrodes and the other set of rod electrodes at each drive frequency is branched to the resonance characteristic measurement unit. input. In the resonance characteristic measurement unit, the amplitude of each input signal is reduced, each signal is converted into a DC signal, the converted DC signal is added, and the RF signal source when the added signal becomes the largest The drive frequency is detected as a resonance frequency and input to the control unit. The control unit determines whether or not the input resonance frequency is within a predetermined value range. If the resonance frequency is out of the predetermined value range as a result of the determination of the resonance frequency, the resonance characteristic adjustment unit is adjusted. Then, the resonance frequency is measured again, and if the resonance frequency is within a predetermined value range, the drive frequency is set. Subsequently, the resonance characteristic measuring unit measures the amplitude of the high voltage RF signal applied to one set of rod electrodes and the other set of rod electrode pairs and inputs them to the control unit. When the control unit obtains an amplification factor from the input amplitude, determines whether or not the amplification factor is within a predetermined value range, and as a result of the determination of the amplification factor, the amplification factor deviates from the predetermined value range Is characterized in that the resonance characteristic adjustment unit is adjusted, the amplitude is measured again to obtain the amplification factor, and the adjustment is terminated when the amplification factor is within a predetermined value range.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、代表的な効果は、イオントラップ部の共振特性調整部において、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することが可能となる。これにより、質量分析装置の低コスト化、小型化、計測スループットの向上が可能となる。 In other words, a typical effect is that the resonance characteristics can be adjusted without using a high-voltage component in the resonance characteristics adjustment section of the ion trap section. As a result, the mass spectrometer can be reduced in cost, size, and measurement throughput can be improved.
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of embodiments or sections. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
[本発明の実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る質量分析装置、およびこの質量分析装置の調整方法は、以下の特徴を有している(一例として、()内に対応する構成要素の符号、処理手順のステップSなどを付記)。
[Outline of Embodiment of the Present Invention]
A mass spectrometer according to an embodiment of the present invention and a method for adjusting the mass spectrometer have the following features (for example, reference numerals of corresponding components in () and step S of the processing procedure. Etc.)
(1)本実施の形態に係る質量分析装置は、試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部(3)を備えた質量分析装置であって、以下の特徴を有するものである。 (1) The mass spectrometer according to the present embodiment is a mass spectrometer having an ion trap section (3) for separating a sample according to the mass of ions, and has the following characteristics.
(1−1)前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部(202,502,602,702)と、RF信号を発生させるRF信号源(201,501,601,701)と、RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部(205,505,605,705)と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部(209,509,609,709)と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧RF信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部(203,503,603,703)と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部(204,504,604,704)とを備える。そして、共振特性調整部がRF信号源とロッド電極部との間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 (1-1) The ion trap unit includes a rod electrode unit (202, 502, 602, 702) including four rod electrodes arranged in parallel to each other, and an RF signal source (201, 501, 601, 701) and the RF signal generated by the RF signal source are resonantly amplified to generate a high-voltage RF signal, and one of the ones facing the central axes of the four rod electrodes of the rod electrode portion A high voltage RF signal is applied to a pair of rod electrode pairs, and a high voltage RF signal that is different from the high voltage RF signal applied to one pair of rod electrode pairs is applied to the other pair of rod electrode pairs. The resonance circuit unit (205, 505, 605, 705), the resonance characteristic adjustment unit (209, 509, 609, 709) for adjusting the characteristic of the resonance circuit unit, and one set of rod electrode pairs are applied. High voltage RF signal and the other Resonance characteristic measurement unit (203, 503, 603, 703) for measuring the resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit unit with the differential high voltage RF signal applied to the pair of rod electrodes, and measurement by the resonance characteristic measurement unit And a control unit (204, 504, 604, 704) for adjusting the resonance characteristic adjustment unit based on the information on the resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit unit. The resonance characteristic adjusting unit is arranged between the RF signal source and the rod electrode unit, and the voltage at both ends of the resonance characteristic adjusting unit is configured to be smaller than the voltage applied to the rod electrode unit. Features.
(1−2)前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部(802)と、RF信号を発生させるRF信号源(801)と、RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部(805)と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部(809)と、一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源(819)と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧RF信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部(803)と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部(804)とを備える。そして、補助交流信号源およびRF信号源と一方の一組のロッド電極対との間に第1トランス(815)が配置され、補助交流信号とRF信号とは第1トランスによって重畳され、かつ、共振特性調整部が補助交流信号源と第1トランスとの間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 (1-2) The ion trap unit includes a rod electrode unit (802) including four rod electrodes arranged in parallel to each other, an RF signal source (801) that generates an RF signal, and an RF signal source. The generated RF signal is resonantly amplified to generate a high voltage RF signal, and the high voltage RF signal is applied to one pair of rod electrodes opposed to the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion. A resonance circuit unit (805) for applying a high voltage RF signal that is different from the high voltage RF signal applied to the one pair of rod electrodes to the other pair of rod electrodes; A resonance characteristic adjustment unit (809) for adjusting characteristics, and an auxiliary AC signal source (819) for applying a differential auxiliary AC signal different from the frequency of the high-voltage RF signal to one of the pair of rod electrodes. High power applied to one set of rod electrode pairs Resonance characteristic measurement unit (803) for measuring the resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit unit of the RF signal and the differential high voltage RF signal applied to the other pair of rod electrode pairs, and measurement by the resonance characteristic measurement unit And a control unit (804) for adjusting the resonance characteristic adjustment unit based on the information on the resonance frequency and the amplification factor of the resonance circuit unit. A first transformer (815) is disposed between the auxiliary AC signal source and the RF signal source and one set of rod electrode pairs, the auxiliary AC signal and the RF signal are superimposed by the first transformer, and The resonance characteristic adjustment unit is disposed between the auxiliary AC signal source and the first transformer, and is configured such that the voltage at both ends of the resonance characteristic adjustment unit is smaller than the voltage applied to the rod electrode unit. And
(2)本実施の形態に係る質量分析装置の調整方法は、上記(1−1)の前記イオントラップ部の構成において、以下の共振周波数および増幅率の調整手順を特徴とするものである。制御部において、RF信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部に入力する。共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときのRF信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して制御部に入力する(S1)。制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し(S2)、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、共振特性調整部を調整して(S3)、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定する(S4)。続けて、共振特性測定部において、一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号の振幅を測定して制御部に入力する(S5)。制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し(S6)、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、共振特性調整部を調整して(S7)、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする。 (2) The method for adjusting a mass spectrometer according to the present embodiment is characterized by the following resonance frequency and amplification factor adjustment procedure in the configuration of the ion trap section of (1-1). In the control unit, while changing the drive frequency of the RF signal source, the high voltage RF signal applied to one set of rod electrodes and the other set of rod electrodes at each drive frequency is branched to the resonance characteristic measurement unit. input. In the resonance characteristic measurement unit, the amplitude of each input signal is reduced, each signal is converted into a DC signal, the converted DC signal is added, and the RF signal source when the added signal becomes the largest The drive frequency is detected as a resonance frequency and input to the control unit (S1). In the control unit, it is determined whether or not the input resonance frequency is within a predetermined value range (S2). If the resonance frequency is out of the predetermined value range as a result of the determination of the resonance frequency, the resonance characteristic adjustment unit (S3), the resonance frequency is measured again, and if the resonance frequency is within a predetermined value range, the drive frequency is set (S4). Subsequently, the resonance characteristic measuring unit measures the amplitude of the high voltage RF signal applied to one set of rod electrodes and the other set of rod electrode pairs, and inputs them to the control unit (S5). In the control unit, an amplification factor is obtained from the input amplitude, and it is determined whether or not the amplification factor is within a predetermined value range (S6). As a result of the determination of the amplification factor, the amplification factor deviates from the predetermined value range. If so, the resonance characteristic adjustment unit is adjusted (S7), the amplitude is measured again to obtain the amplification factor, and the adjustment is terminated when the amplification factor is within a predetermined value range. To do.
以上説明した本発明の実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、また、対応する部材には対応する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Each embodiment based on the outline of the embodiment of the present invention described above will be described in detail below based on the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the corresponding members have the corresponding reference characters without redundant description.
[実施の形態1]
本実施の形態に係る質量分析装置を、図1〜図4を用いて説明する。
[Embodiment 1]
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
<質量分析装置>
図1を用いて、本実施の形態に係る質量分析装置について説明する。図1は、この質量分析装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。
<Mass spectrometer>
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram for explaining an example of the configuration of the mass spectrometer.
本実施の形態に係る質量分析装置は、試料導入室1、イオン化室2、イオントラップ部3、検出器4、データ処理部5、および、データ出力部6などを備えて構成される。
The mass spectrometer according to the present embodiment includes a
試料導入室1は、試料を導入する機構部である。イオン化室2は、試料導入室1に機械的に連結され、この試料導入室1に導入された試料をイオン化する機構部である。イオントラップ部3は、イオン化室2に機械的に連結され、このイオン化室2でイオン化された試料をイオンの質量に応じて分離する機構部である。
The
検出器4は、イオントラップ部3に配置され、このイオントラップ部3で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器である。データ処理部5は、検出器4に電気的に接続され、この検出器4でイオンを検出して得られたデータを処理する機能部である。
The
データ出力部6は、データ処理部5に電気的に接続され、このデータ処理部5で処理して得られたデータを出力する機能部である。このデータ出力部6には、データを表示する画面7を備えている。
The
以上のように構成される質量分析装置において、この質量分析装置の動作については、まず、試料ガスは、試料導入室1に導入された後、イオン化室2でイオン化される。さらに、イオン化した試料は、イオントラップ部3へ移動し、このイオントラップ部3において、イオンの溜め込みと、質量スペクトルを得るための質量スキャン動作が行われる。
In the mass spectrometer configured as described above, the operation of the mass spectrometer is first ionized in the
そして、質量スキャンによりイオントラップ部3から放出されたイオンは、検出器4により電気信号に変換され、データ処理部5にてソフト補正されて、質量スペクトルが得られる。このデータ処理部5の結果は、データ出力部6に送られて、質量スペクトルの情報が画面7に表示されるようになっている。
And the ion discharge | released from the
以下において、本発明の特徴であるイオントラップ部3について、本実施の形態、さらに以降の各実施の形態において、各種の例を具体的に説明する。
In the following, various examples of the
<イオントラップ部>
図2を用いて、図1に示した質量分析装置において、イオントラップ部3について説明する。図2は、このイオントラップ部3の構成の一例を説明するための図である。
<Ion trap part>
The
本実施の形態におけるイオントラップ部3は、RF信号源201、ロッド電極部202、共振特性測定部203、制御部204、および、共振回路部205を備えている。
The
RF信号源201は、高周波信号(RF信号)を発生させる信号源である。ロッド電極部202は、互いに平行に配置されて対をなす4本のロッド電極206a−1,206a−2,206b−1,206b−2を備えている。すなわち、4本のロッド電極206a−1,206a−2,206b−1,206b−2は、ロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対206a−1,206a−2(以下、単にロッド電極対206aとも記す)と他方の一組のロッド電極対206b−1,206b−2(以下、単にロッド電極対206bとも記す)とを備えている。
The
共振回路部205は、RF信号源201とロッド電極部202との間に接続され、コイル207a,207b、ロッド電極対206a,206bや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ208a,208b、および、共振特性調整部209a,209bからなる。共振特性調整部209a,209bはそれぞれ、調整素子210a,210bと分圧回路211a,211bとを備えている。
The
この共振回路部205において、分圧回路211aの入力側はRF信号源201の一端に接続され、分圧回路211bの入力側はRF信号源201の他端に接続されている。分圧回路211a,211bのそれぞれの出力側は、コイル207a,207bのそれぞれの一端に接続されている。コイル207a,207bのそれぞれの他端は、負荷コンデンサ208a,208bのそれぞれの一端に接続されている。負荷コンデンサ208a,208bのそれぞれの他端は、接地されている。
In the
そして、コイル207aの他端と負荷コンデンサ208aの一端との接続ノードは一方のロッド電極対206aに接続され、コイル207bの他端と負荷コンデンサ208bの一端との接続ノードは他方のロッド電極対206bに接続されている。また、調整素子210a,210bのそれぞれの入力側には、制御部204の出力側が接続されている。
The connection node between the other end of the coil 207a and one end of the load capacitor 208a is connected to one
共振回路部205は、RF信号源201で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、ロッド電極部202の一方のロッド電極対206a−1と206a−2に同相の高電圧RF信号を印加し、他方のロッド電極対206b−1と206b−2に一方のロッド電極対206a−1と206a−2に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する。
The
共振特性測定部203は、共振回路部205とロッド電極部202との接続ノードに接続され、共振回路部205の共振周波数、または、共振増幅された高電圧RF信号の振幅(増幅率)、あるいは、その両方を測定する。
The resonance
制御部204は、共振特性測定部203の出力側と共振特性調整部209a,209bの調整素子210a,210bの入力側との間に接続され、共振特性測定部203で測定した共振周波数と振幅(増幅率)を基に、共振特性調整部209a,209bの調整素子210a,210bを調整する。すなわち、制御部204は、共振回路部205の共振周波数または高電圧RF信号の振幅(増幅率)の測定結果を基に、共振回路部205の共振周波数がRF信号源201で発生された高電圧RF信号の駆動周波数に整合するように共振特性調整部209a,209bを制御して、駆動周波数と共振周波数との周波数ずれを補正する。
The
共振特性調整部209a,209bは、RF信号源201で発生させたRF信号の駆動周波数と共振回路部205の共振周波数を整合させるための機能を有しており、RF信号源201とロッド電極対206a,206bとの間、より詳細にはRF信号源201と、ロッド電極対206a,206bに接続されたコイル207a,207bとの間に配置されていることを特徴とする。
The resonance
また、共振特性調整部209a,209bは、分圧回路211a,211bと調整素子210a,210bで構成されており、この共振特性調整部209a,209bの両端の電圧が、ロッド電極部202にかかる電圧、より詳細にはロッド電極対206a,206bにかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
The resonance
分圧回路211a,211bは、調整素子210a,210bにかかる電圧を高電圧RF信号よりも小さくするための回路である。調整素子210a,210bは、共振回路部205の共振周波数、または、共振周波数と振幅(増幅率)を調整可能なように構成されている。分圧回路211a,211bにより、調整素子210a,210bにかかる電圧が低圧になるため、調整素子210a,210bを構成する部品には、高耐圧部品を必要としないことから、質量分析装置の低コスト化を実現することが可能となる。
The
なお、本実施の形態では、分圧回路211a,211bと調整素子210a,210bを分離して記載しているが、分圧回路211a,211bと調整素子210a,210bの構成要素が一部あるは全て共通のもので構成されていても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
<共振特性測定部および制御部>
図3を用いて、図2に示した共振特性測定部203および制御部204について説明する。図3は、この共振特性測定部203および制御部204の構成の一例を説明するための図である。
<Resonance characteristic measurement unit and control unit>
The resonance
本実施の形態における共振特性測定部203は、分圧回路301a,301b、整流回路302a,302b、加算器303、共振周波数測定ブロック304、および、振幅測定ブロック305を備えている。また、本実施の形態における制御部204は、共振周波数制御ブロック306、増幅率制御ブロック307、および、RF信号源制御ブロック308を備えている。
The resonance
この共振特性測定部203において、分圧回路301aの入力側はロッド電極対206a−1,206a−2に接続され、分圧回路301bの入力側はロッド電極対206b−1,206b−2に接続されている。分圧回路301a,301bのそれぞれの出力側は、整流回路302a,302bのそれぞれの入力側に接続されている。整流回路302a,302bのそれぞれの出力側は、加算器303のそれぞれの入力側に接続されている。加算器303の出力側は、共振周波数測定ブロック304および振幅測定ブロック305のそれぞれの入力側に接続されている。
In the resonance
そして、共振周波数測定ブロック304の出力側は、制御部204の共振周波数制御ブロック306の入力側に接続されている。この共振周波数制御ブロック306の出力側は、共振特性調整部209a,209bの調整素子210a,210bのそれぞれの入力側に接続されている。また、振幅測定ブロック305の出力側は、制御部204の増幅率制御ブロック307の入力側に接続されている。この増幅率制御ブロック307の出力側は、共振特性調整部209a,209bの調整素子210a,210bのそれぞれの入力側に接続されている。
The output side of the resonance
共振特性測定部203には、各ロッド電極対206a−1,206a−2及び206b−1,206b−2に印加される高電圧RF信号をそれぞれ分岐して入力し、ロッド電極対206a−1,206a−2に印加する高電圧RF信号から分岐した信号を分圧回路301aで信号振幅を小さくし、また、ロッド電極対206b−1,206b−2に印加する高電圧RF信号から分岐した信号を分圧回路301bで信号振幅を小さくする。
The resonance
さらに、分圧回路301aで信号振幅を小さくされたRF信号は、整流回路302aで直流信号に変換され、また、分圧回路301bで信号振幅を小さくされたRF信号は、整流回路302bで直流信号に変換される。この整流回路302aと302bとで変換され直流信号は、加算器303に入力される。
Further, the RF signal whose signal amplitude has been reduced by the
そして、加算器303において、整流回路302aで変換された直流信号と整流回路302bで変換された直流信号とを加算し、この加算信号は、共振周波数測定ブロック304および振幅測定ブロック305に入力され、加算信号から共振周波数および振幅が検出される。この共振周波数測定ブロック304で検出された共振周波数の情報は、制御部204の共振周波数制御ブロック306に出力される。また、振幅測定ブロック305で検出された振幅の情報は、制御部204の増幅率制御ブロック307に出力される。
The
さらに、制御部204において、共振周波数制御ブロック306では、共振特性測定部203の共振周波数測定ブロック304における共振周波数情報を基に、共振回路部205の共振特性調整部209a,209bを制御する。一方、増幅率制御ブロック307では、共振特性測定部203の振幅測定ブロック305における振幅情報を基に、共振回路部205の共振特性調整部209a,209bを制御する。
Further, in the
<共振周波数および増幅率の調整手順>
図4を用いて、図3に示した共振特性測定部203および制御部204による共振特性調整部209a,209bの共振周波数および増幅率の調整手順について説明する。図4は、この共振特性調整部209a,209bの共振周波数および増幅率の調整手順の一例を説明するためのフローチャートである。
<Resonance frequency and gain adjustment procedure>
A procedure for adjusting the resonance frequency and the amplification factor of the resonance
調整を開始すると、まず、制御部204のRF信号源制御ブロック308でRF信号源201の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数におけるロッド電極対206a−1,206a−2及び206b−1,206b−2に印加される高電圧RF信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部203に入力する。
When the adjustment is started, first, the RF signal source control block 308 of the
そして、共振特性測定部203において、分圧回路301aと301bとでそれぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を整流回路302aと302bとで直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算器303に入力して加算する。この加算した信号を共振周波数測定ブロック304に入力して、加算信号が最も大きくなるときのRF信号源201の駆動周波数を共振周波数として検出する(S1)。この検出した共振周波数は制御部204に入力する。
Then, in the resonance
さらに、制御部204の共振周波数制御ブロック306において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定する(S2)。この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合(S2−NO)には、共振特性調整部209a,209bにより共振周波数を調整し(S3)、再度、共振周波数の測定を行う(S1)。そして、共振周波数が所定値の範囲内である場合(S2−YES)は、RF信号源制御ブロック308によって駆動周波数を設定する(S4)。
Further, in the resonance frequency control block 306 of the
続いて、共振特性測定部203の振幅測定ブロック305において、ロッド電極対206a−1,206a−2及び206b−1,206b−2に印加される高電圧RF信号の振幅を測定する(S5)。この測定した振幅は制御部204に入力する。
Subsequently, in the
さらに、制御部204の増幅率制御ブロック307において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定する(S6)。この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合(S6−NO)には、共振特性調整部209a,209bにより増幅率を調整し(S7)、再度、振幅を測定して増幅率を求める(S5)。そして、増幅率が所定値の範囲内である場合(S6−YES)は、調整を終了する。
Further, in the amplification factor control block 307 of the
<実施の形態1の効果>
以上説明した本実施の形態に係る質量分析装置によれば、イオントラップ部3は、ロッド電極部202、RF信号源201、共振回路部205、共振特性調整部209a,209b、共振特性測定部203、制御部204などを備え、共振特性調整部209a,209bがRF信号源201とロッド電極部202との間に配置されており、共振特性調整部209a,209bの両端の電圧がロッド電極部202にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることにより、以下のような効果を得ることができる。
<Effect of
According to the mass spectrometer according to the present embodiment described above, the
本実施の形態に係る質量分析装置における効果は、イオントラップ部3の共振特性調整部209a,209bにおいて、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することが可能となる。これにより、質量分析装置の低コスト化、小型化、計測スループットの向上が可能となる。
The effect of the mass spectrometer according to the present embodiment is that the resonance characteristics can be adjusted in the resonance
すなわち、素子ばらつきや温度変動などによる駆動周波数と共振周波数とのずれを補正する共振特性調整部209a,209bを含む同調回路を、数十Vから100V程度の低い耐圧部品で構成できることから、質量分析装置の低コスト化、小型化が可能となる。また、機械式の部品を用いること無く同調機能の自動化が実現可能なため、調整制御や演算処理が簡便となり、質量分析装置の安定性向上および計測スループットの向上が見込まれる。
That is, since the tuning circuit including the resonance
[実施の形態2]
本実施の形態に係る質量分析装置を、図5を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態1に対して、イオントラップ部(具体的な回路構成の共振特性調整部を含む)の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態1と同様(図1)であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態1と異なる点を説明する。
[Embodiment 2]
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The mass spectrometer according to the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of an ion trap unit (including a resonance characteristic adjustment unit having a specific circuit configuration). Since the configuration of the mass spectrometer according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted, and the following mainly describes differences from the first embodiment. To do.
<イオントラップ部>
図5は、本実施の形態2に係る質量分析装置(図1)において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図5において、前述した図2に対応する構成要素には、図2の200番台の下2桁の数字を図5では500番台の同じ数字で示している。
<Ion trap part>
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the configuration of the ion trap unit in the mass spectrometer (FIG. 1) according to the second embodiment. In FIG. 5, the last two digits of the 200 series in FIG. 2 are indicated by the same numbers in the 500 series in FIG.
本実施の形態におけるイオントラップ部は、RF信号源501、ロッド電極506a−1,506a−2,506b−1,506b−2(ロッド電極対506a,506b)を有するロッド電極部502、共振特性測定部503、制御部504、および、共振回路部505を備えている。
The ion trap unit in this embodiment includes an
共振回路部505は、共振特性調整部509a,509b、コイル507a,507bのインダクタンス成分、配線の寄生抵抗512a,512b、および、ロッド電極対506a,506bや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ508a,508bで構成される。また、共振特性調整部509a,509bは、RF信号源501とコイル507a,507bとの間にそれぞれ接続された可変の直列コンデンサ513a,513bのみで構成される。
The
この構成において、直列コンデンサ513a,513bの容量値をCS、コイル507a,507bのインダクタンス値をL、寄生抵抗512a,512bの抵抗値をR、負荷コンデンサ508a,508bの容量値をCLと置くと、共振回路部505の共振周波数f0と、共振周波数f0におけるロッド電極対506a,506bの電圧振幅VR、直列コンデンサ513a,513bの端子間電圧振幅VC、および、ロッド電極対506a,506bと共振特性調整部509a,509bとの電圧振幅の比DVは、次式で表される。
In this configuration, the capacitance values of the
上式から、共振周波数f0は、直列コンデンサ513a,513bによって、(式5)に従って調整できる。また、直列コンデンサ513a,513bの端子間電圧VCは、ロッド電極対506a,506bでの振幅VRに対して、(式8)で表される分だけ分圧された値となる。
From the above equation, the resonance frequency f 0 can be adjusted according to (Equation 5) by the
以上のような構成により、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態1と同様の効果として、素子ばらつきや温度変動などによる駆動周波数と共振周波数とのずれを補正する共振特性調整部509a,509bを含む同調回路を、数十Vから100V程度の低い耐圧部品で構成できることから、質量分析装置の低コスト化、小型化が可能となる。また、機械式の部品を用いること無く同調機能の自動化が実現可能なため、調整制御や演算処理が簡便となり、質量分析装置の安定性向上および計測スループットの向上が見込まれる。 With the configuration as described above, in the ion trap unit in the present embodiment, as the same effect as in the first embodiment, a resonance characteristic adjustment unit that corrects a deviation between the drive frequency and the resonance frequency due to element variation, temperature fluctuation, and the like. Since the tuning circuit including 509a and 509b can be configured with a withstand voltage component as low as several tens of volts to 100V, the mass spectrometer can be reduced in cost and size. In addition, since the tuning function can be automated without using mechanical parts, adjustment control and calculation processing are simplified, and stability of the mass spectrometer and measurement throughput are expected to be improved.
さらに、前記実施の形態1と異なる効果として、ここで示した共振特性調整部509a,509bの回路(可変の直列コンデンサ513a,513bのみの構成)は、共振周波数を調整すると同時に、増幅率も(式6)に従って変化する。この増幅率の変化を補正する方法として、制御部504によりRF信号源501の出力振幅を調整して増幅率の変動分を補償する方法が有用である。
Further, as an effect different from that of the first embodiment, the circuit of the resonance
[実施の形態3]
本実施の形態に係る質量分析装置を、図6を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態1に対して、イオントラップ部(共振周波数と増幅率を独立に調整可能な、具体的な回路構成の共振特性調整部を含む)の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態1と同様(図1)であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態1と異なる点を説明する。
[Embodiment 3]
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The mass spectrometer according to the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the ion trap unit (including a resonance characteristic adjustment unit having a specific circuit configuration capable of independently adjusting the resonance frequency and the amplification factor). The configuration is different. Since the configuration of the mass spectrometer according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted, and the following mainly describes differences from the first embodiment. To do.
<イオントラップ部>
図6は、本実施の形態3に係る質量分析装置(図1)において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図6において、前述した図2,図5に対応する構成要素には、図2,図5の200,500番台の下2桁の数字を図6では600番台の同じ数字で示している。
<Ion trap part>
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the configuration of the ion trap unit in the mass spectrometer (FIG. 1) according to the third embodiment. 6, the last two digits of the 200 and 500 series in FIG. 2 and FIG. 5 are indicated by the same numerals in the 600 series in FIG. .
本実施の形態におけるイオントラップ部は、RF信号源601、ロッド電極606a−1,606a−2,606b−1,606b−2(ロッド電極対606a,606b)を有するロッド電極部602、共振特性測定部603、制御部604、および、共振回路部605を備えている。
The ion trap unit in the present embodiment includes an
共振回路部605は、共振特性調整部609a,609b、コイル607a,607bのインダクタンス成分、配線の寄生抵抗612a,612b、および、ロッド電極対606a,606bや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ608a,608bで構成される。また、共振特性調整部609a,609bは、RF信号源601とコイル607a,607bとの間に接続された可変の直列コンデンサ613a,613bと、片側の端子をコイル607a,607bに接続し他方の端子を接地した可変の並列コンデンサ614a,614bで構成される。
The
この構成において、直列コンデンサ613a,613bの容量値をCS、並列コンデンサ614a,614bの容量値をCP、コイル607a,607bのインダクタンス値をL、配線の寄生抵抗612a,612bの抵抗値をR、負荷コンデンサ608a,608bの容量値をCLと置くと、共振回路部605の共振周波数f0と、共振周波数f0におけるロッド電極対606a,606bの電圧振幅VR、直列コンデンサ613a,613bの端子間電圧振幅VC、および、ロッド電極対606a,606bと共振特性調整部609a,609bとの電圧振幅の比DVは、次式で表される。
In this configuration, the capacitance value of the
上式から、共振周波数f0は、直列コンデンサ613a,613bと並列コンデンサ614a,614bによって、(式9)に従って調整できる。また、直列コンデンサ613a,613bの端子間電圧VCは、ロッド電極対606a,606bでの振幅VRに対して、(式12)で表される分だけ分圧された値となる。例えば、直列コンデンサ613a,613bの容量CSと並列コンデンサ614a,614bの容量CPの和を負荷コンデンサ608a,608bの容量CLの5倍にすると、直列コンデンサ613a,613bの端子間電圧VCは、ロッド電極対606a,606bでの電圧VRの5分の1となる。
From the above equation, the resonance frequency f 0 can be adjusted according to (Equation 9) by the
また、ここで示した回路構成によれば、(式10)に示すように、いずれかの可変の直列コンデンサ613a,613bまたは並列コンデンサ614a,614bを調整することにより、増幅率を調整することが可能である。特に、直列コンデンサ613a,613bと並列コンデンサ614a,614bの容量の和を一定にし、容量の比率を変えることで、共振周波数を一定にした状態で増幅率を調整できることから、共振周波数および増幅率を独立に調整が可能になるため、調整制御が簡便になることが期待できる。
Further, according to the circuit configuration shown here, as shown in (Equation 10), the gain can be adjusted by adjusting any of the
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態1と異なる効果として、共振周波数と増幅率を独立に調整可能であるため、調整制御が容易となることから、質量分析装置の計測スループットを向上することが可能となる。 From the above, in the ion trap part in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and as an effect different from the first embodiment, the resonance frequency and the amplification factor can be adjusted independently. Therefore, since adjustment control becomes easy, it becomes possible to improve the measurement throughput of the mass spectrometer.
ここに示した共振特性調整部609a,609bを実現する回路構成(可変の直列コンデンサ613a,613bと可変の並列コンデンサ614a,614bとの構成)は一例であり、本発明は、共振特性調整部609a,609bをRF信号源601とコイル607a,607bとの間に配して、高耐圧部品を用いることなく、共振周波数あるいは増幅率、または、その両方を調整可能なことを特徴とするため、例えば、コンデンサをコイルに置き換えた構成や、コンデンサやコイル、抵抗素子などを組み合わせて共振特性調整部を構成したものでも、同様の効果が得られるものであれば、本発明の範疇である。
The circuit configuration (the configuration of the
[実施の形態4]
本実施の形態に係る質量分析装置を、図7を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態1に対して、イオントラップ部(0.5以下の結合率を持つ疎結合トランスを用いて構成された共振回路部を含む)の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態1と同様(図1)であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態1と異なる点を説明する。
[Embodiment 4]
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The mass spectrometer according to the present embodiment has a configuration of an ion trap unit (including a resonant circuit unit configured using a loosely coupled transformer having a coupling ratio of 0.5 or less) compared to the first embodiment. Is different. Since the configuration of the mass spectrometer according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted, and the following mainly describes differences from the first embodiment. To do.
<イオントラップ部>
図7は、本実施の形態4に係る質量分析装置(図1)において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図7において、前述した図2,図5,図6に対応する構成要素には、図2,図5,図6の200,500,600番台の下2桁の数字を図7では700番台の同じ数字で示している。
<Ion trap part>
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the configuration of the ion trap unit in the mass spectrometer (FIG. 1) according to the fourth embodiment. 7, the last two digits of the 200, 500, and 600 series in FIGS. 2, 5, and 6 are 700 in FIG. Shown with the same numbers on the base.
本実施の形態におけるイオントラップ部は、RF信号源701、ロッド電極706a−1,706a−2,706b−1,706b−2(ロッド電極対706a,706b)を有するロッド電極部702、共振特性測定部703、制御部704、および、共振回路部705を備えている。
In the present embodiment, the ion trap unit includes an
共振回路部705は、共振特性調整部709、ロッド電極対706a,706bや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ708a,708b、疎結合トランス715で構成される。疎結合トランス715は、0.5以下の結合率を持ち、一次コイル716aと、2つの二次コイル716b,716cで構成され、一次コイル716aはRF信号源701に接続され、片方の二次コイル716bの片側の端子はロッド電極対706a−1,706a−2に、逆側の端子は共振特性調整部709にそれぞれ接続され、他方の二次コイル716cの片側の端子はロッド電極対706b−1,706b−2に、逆側の端子は共振特性調整部709にそれぞれ接続される。このとき、二次コイル716b,716cは隣接するロッド電極(706a−1と706b−1、706b−1と706a−2、706a−2と706b−2、706b−2と706a−1)にかかる電圧極性が逆になるように構成されている。
The
共振回路部705は、疎結合トランス715の二次コイル716b,716cの漏洩インダクタンスと負荷コンデンサ708a,708b、共振特性調整部709によって、RF信号を共振増幅する。このような構成により、共振特性調整部709の両端にかかる電圧は、負荷コンデンサ708a,708bと、共振特性調整部709とで分圧され、ロッド電極対706a,706bに印加される電圧より小さくなる。
The
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態1と異なる効果として、疎結合トランス715を用いた共振回路部705は、疎結合トランス715の結合率や一次コイル716aと二次コイル716b,716cの巻数比などを調整することにより、RF信号源701から出力される電圧を変圧することができるので、消費電力や増幅率を調整することが可能となる。
From the above, in the ion trap part in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and as an effect different from that in the first embodiment, the
[実施の形態5]
本実施の形態に係る質量分析装置を、図8を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態1に対して、イオントラップ部(イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有する)の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態1と同様(図1)であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態1と異なる点を説明する。
[Embodiment 5]
A mass spectrometer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The mass spectrometer according to the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of an ion trap section (having a function of capturing ions and a function of performing mass separation of ions). Since the configuration of the mass spectrometer according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted, and the following mainly describes differences from the first embodiment. To do.
<イオントラップ部>
図8は、本実施の形態5に係る質量分析装置(図1)において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図8において、前述した図2,図5,図6,図7に対応する構成要素には、図2,図5,図6,図7の200,500,600,700番台の下2桁の数字を図8では800番台の同じ数字で示している。
<Ion trap part>
FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the configuration of the ion trap section in the mass spectrometer (FIG. 1) according to the fifth embodiment. In FIG. 8, the components corresponding to those in FIGS. 2, 5, 6, and 7 described above are the bottom 2 in the 200, 500, 600, and 700 series in FIGS. In FIG. 8, the digit numbers are shown by the same numbers in the 800s.
図8では、ロッド電極対806a−1,806a−2及び806b−1,806b−2の内、一方のロッド電極対806a−1,806a−2についての回路構成のみを図示している。
FIG. 8 illustrates only the circuit configuration of one of the
本実施の形態におけるイオントラップ部は、RF信号源801、ロッド電極806a−1,806a−2,806b−1,806b−2を有するロッド電極部802、共振特性測定部803、制御部804、および、共振回路部805の構成に加えて、補助交流信号源819などを備えている。なお、図8に図示しない他方のロッド電極対806b−1,806b−2についての回路構成は、図示した一方のロッド電極対806a−1,806a−2と同様の構成による共振回路部805などからなり、補助交流信号源819がなく、この部分が接地された構成となっている。以下においては、図8に図示した一方のロッド電極対806a−1,806a−2についての回路構成を主に説明する。
The ion trap unit in the present embodiment includes an
共振回路部805は、ロッド電極対806a−1,806a−2や配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ808a,808b、疎結合トランス815で構成される。疎結合トランス815は、一次コイル816aと、2つの二次コイル816b,816cで構成され、一次コイル816aはRF信号源801に接続され、片方の二次コイル816bの片側の端子はロッド電極806a−1に、逆側の端子は共振特性調整部809にそれぞれ接続され、他方の二次コイル816cの片側の端子はロッド電極806a−2に、逆側の端子は共振特性調整部809にそれぞれ接続される。
The
本実施の形態におけるイオントラップ部は、イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有し、2対のロッド電極対806a−1,806a−2及び806b−1,806b−2の内、片側の対のロッド電極806a−1,806a−2に対して、高電圧RF信号と共に、交流信号(以下、補助交流信号と記す)をそれぞれのロッド電極806a−1,806a−2に印加できるように構成されており、さらに、ロッド電極806a−1,806a−2に印加される補助交流信号が差動になるように構成されている。
The ion trap portion in the present embodiment has a function of capturing ions and a function of mass separation of ions, and has two pairs of rod electrode pairs 806a-1, 806a-2 and 806b-1, 806b-2. An AC signal (hereinafter referred to as an auxiliary AC signal) is applied to each of the
このようなイオントラップ部に用いる場合の共振特性調整部809は、可変の調整コンデンサ817a,817bと、密結合トランス818で構成されている。密結合トランス818は、疎結合トランス815より密結合(結合率が大きい)であり、一次コイルおよび二次コイルの端子間にはそれぞれ調整コンデンサ817a,817bが接続され、調整コンデンサ817a,817bのそれぞれの一端は補助交流信号源819に接続され、他端は疎結合トランス815の二次コイル816b,816cの逆側の端子にそれぞれ接続される。ここで、RF信号源801の駆動周波数において、密結合トランス818の同相インピーダンスが、調整コンデンサ817a,817bのインピーダンスより高くなるように構成されていることが望ましい。
The resonance
密結合トランス818は、差動信号が入力されるとインピーダンスが低く、同相信号が入力されるとインピーダンスが高くなるように接続されている。補助交流信号源819から共振特性調整部809に補助交流信号が入力されると、密結合トランス818によって共振特性調整部809のインピーダンスが低くなり、共振特性調整部809の影響を受けずに、疎結合トランス815へ伝送される。
The tightly coupled
一方、RF信号源801から出力された信号は、疎結合トランス815を介して、共振特性調整部809に伝送される。このとき、共振特性調整部809に入力されるRF信号は同相信号となるため、共振特性調整部809を構成する密結合トランス818のインピーダンスが高くなるため、調整コンデンサ817a,817bの影響を受けるようになる。
On the other hand, the signal output from the
このように、補助交流信号源819からの補助交流信号とRF信号源801からのRF信号とは疎結合トランス815によって重畳され、かつ、共振特性調整部809が補助交流信号源819と疎結合トランス815との間に配置されており、共振特性調整部809の両端の電圧がロッド電極対806a−1,806a−2にかかる電圧よりも小さくなるように構成されている。
As described above, the auxiliary AC signal from the auxiliary
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態1と異なる効果として、共振特性調整部809は、RF信号の共振特性のみに影響し、補助交流信号の共振特性には影響を与えないことから、イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有するイオントラップ部において、RF信号の共振特性のみを調整することが可能となる。
From the above, in the ion trap unit in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and as an effect different from that in the first embodiment, the resonance
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1…試料導入室、2…イオン化室、3…イオントラップ部、4…検出器、5…データ処理部、6…データ出力部、7…画面、
201,501,601,701,801,901…RF信号源
202,502,602,702,802,902…ロッド電極部
203,503,603,703,803…共振特性測定部
204,504,604,704,804…制御部
205,505,605,705,805,905…共振回路部
206(a−1,a−2,b−1,b−2),506(a−1,a−2,b−1,b−2),606(a−1,a−2,b−1,b−2),706(a−1,a−2,b−1,b−2),806(a−1,a−2,b−1,b−2),906(a−1,a−2,b−1,b−2)…ロッド電極
207(a,b),507(a,b),607(a,b),907(a,b)…コイル
208(a,b),508(a,b),608(a,b),708(a,b),808(a,b),908(a,b),909…負荷コンデンサ
209(a,b),509(a,b),609(a,b),709,809…共振特性調整部
210(a,b)…調整素子
211(a,b)…分圧回路
301(a,b)…分圧回路
302(a,b)…整流回路
303…加算器
304…共振周波数測定ブロック
305…振幅測定ブロック
306…共振周波数制御ブロック
307…増幅率制御ブロック
308…RF信号源制御ブロック
512(a,b),612(a,b)…寄生抵抗
513(a,b),613(a,b)…直列コンデンサ
614(a,b)…並列コンデンサ
715,815…疎結合トランス
716(a),816(a)…一次コイル
716(b,c),816(b,c)…二次コイル
817(a,b)…調整コンデンサ
818…密結合トランス
819…補助交流信号源
DESCRIPTION OF
201,501,601,701,801,901 ... RF signal source 202,502,602,702,802,902 ... rod electrode part 203,503,603,703,803 ... resonance characteristic measuring part 204,504,604 704, 804 ...
Claims (12)
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
RF信号を発生させるRF信号源と、
前記RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、前記ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧RF信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記共振特性調整部が前記RF信号源と前記ロッド電極部との間に配置されており、前記共振特性調整部の両端の電圧が前記ロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする質量分析装置。 A mass spectrometer equipped with an ion trap that separates a sample according to the mass of ions,
The ion trap part is
A rod electrode portion comprising four rod electrodes arranged in parallel to each other;
An RF signal source for generating an RF signal;
A high voltage RF signal is generated by resonance amplification of the RF signal generated by the RF signal source, and is applied to one set of rod electrodes facing the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion. A resonance circuit unit that applies a high-voltage RF signal and applies a high-voltage RF signal that is different from the high-voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs to the other set of rod electrode pairs;
A resonance characteristic adjustment unit for adjusting the characteristic of the resonance circuit unit;
Resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit section between the high voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs and the differential high voltage RF signal applied to the other set of rod electrode pairs. A resonance characteristic measurement unit to be measured;
A control unit that adjusts the resonance characteristic adjustment unit based on information on a resonance frequency and an amplification factor of the resonance circuit unit measured by the resonance characteristic measurement unit;
The resonance characteristic adjustment unit is disposed between the RF signal source and the rod electrode unit, and is configured such that a voltage at both ends of the resonance characteristic adjustment unit is smaller than a voltage applied to the rod electrode unit. A mass spectrometer characterized by comprising:
前記共振特性調整部は、前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対にそれぞれ接続されたコイルにそれぞれ接続される第1および第2共振特性調整部を備え、
前記第1および第2共振特性調整部はそれぞれ、可変コンデンサで構成されており、前記可変コンデンサは前記RF信号源と前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に接続されたコイルとの間に接続されていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1,
The resonance characteristic adjustment unit includes first and second resonance characteristic adjustment units respectively connected to coils respectively connected to the one set or the other set of rod electrode pairs.
Each of the first and second resonance characteristic adjusting units is composed of a variable capacitor, and the variable capacitor includes a coil connected to the RF signal source and the one set or one set of rod electrode pairs. A mass spectrometer connected between the two.
前記共振特性調整部は、前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対にそれぞれ接続されたコイルにそれぞれ接続される第1および第2共振特性調整部を備え、
前記第1および第2共振特性調整部はそれぞれ、2つの可変コンデンサで構成されており、一方の可変コンデンサは前記RF信号源と前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に接続されたコイルとの間に接続され、他方の可変コンデンサは前記コイルと接地電位との間に接続されていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1,
The resonance characteristic adjustment unit includes first and second resonance characteristic adjustment units respectively connected to coils respectively connected to the one set or the other set of rod electrode pairs.
Each of the first and second resonance characteristic adjusting units is composed of two variable capacitors, and one variable capacitor is connected to the RF signal source and the one set or one set of rod electrode pairs. The mass spectrometer is connected between the other coil and the other variable capacitor is connected between the coil and a ground potential.
前記共振特性測定部は、
前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号から分岐したそれぞれの信号の信号振幅を小さくする第1および第2分圧回路と、
前記第1および第2分圧回路で信号振幅を小さくされたRF信号をそれぞれ直流信号に変換する第1および第2整流回路と、
前記第1および第2整流回路で変換された直流信号を加算する加算器と、
前記加算器で加算された加算信号から共振周波数を検出する共振周波数測定ブロックと、
前記加算器で加算された加算信号から振幅を検出する振幅測定ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1,
The resonance characteristic measurement unit includes:
First and second voltage dividing circuits for reducing the signal amplitude of each signal branched from the high-voltage RF signal applied to the one set or the other set of rod electrode pairs;
First and second rectifier circuits for converting RF signals whose signal amplitude has been reduced by the first and second voltage dividing circuits into DC signals, respectively;
An adder for adding the DC signals converted by the first and second rectifier circuits;
A resonance frequency measurement block for detecting a resonance frequency from the addition signal added by the adder;
A mass spectrometer comprising: an amplitude measurement block that detects an amplitude from the addition signal added by the adder.
前記制御部は、
前記共振周波数測定ブロックにおける共振周波数情報を基に前記共振特性調整部を制御する共振周波数制御ブロックと、
前記振幅測定ブロックにおける振幅情報を基に前記共振特性調整部を制御する増幅率制御ブロックと、
前記RF信号源を制御するRF信号源制御ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 4,
The controller is
A resonance frequency control block that controls the resonance characteristic adjustment unit based on resonance frequency information in the resonance frequency measurement block;
An amplification factor control block for controlling the resonance characteristic adjustment unit based on amplitude information in the amplitude measurement block;
A mass spectrometer comprising an RF signal source control block for controlling the RF signal source.
前記試料を導入する試料導入室と、
前記試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
前記イオン化室でイオン化された前記試料を前記イオンの質量に応じて分離する前記イオントラップ部と、
前記イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、
前記検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1,
A sample introduction chamber for introducing the sample;
An ionization chamber for ionizing the sample introduced into the sample introduction chamber;
The ion trap part for separating the sample ionized in the ionization chamber according to the mass of the ions;
A detector for detecting ions having a predetermined mass among the ions separated by the ion trap unit;
A mass spectrometer comprising: a data processing unit that processes data obtained by detecting the ions with the detector.
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
RF信号を発生させるRF信号源と、
前記RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、前記ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に前記高電圧RF信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧RF信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記補助交流信号源および前記RF信号源と前記一方の一組のロッド電極対との間に第1トランスが配置され、前記補助交流信号と前記RF信号とは前記第1トランスによって重畳され、かつ、前記共振特性調整部が前記補助交流信号源と前記第1トランスとの間に配置されており、前記共振特性調整部の両端の電圧が前記ロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする質量分析装置。 A mass spectrometer equipped with an ion trap that separates a sample according to the mass of ions,
The ion trap part is
A rod electrode portion comprising four rod electrodes arranged in parallel to each other;
An RF signal source for generating an RF signal;
A high voltage RF signal is generated by resonance amplification of the RF signal generated by the RF signal source, and is applied to one set of rod electrodes facing the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion. A resonance circuit unit that applies a high-voltage RF signal and applies a high-voltage RF signal that is different from the high-voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs to the other set of rod electrode pairs;
A resonance characteristic adjustment unit for adjusting the characteristic of the resonance circuit unit;
An auxiliary AC signal source that applies a differential auxiliary AC signal different from the frequency of the high-voltage RF signal to the one set of rod electrode pairs;
Resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit section between the high voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs and the differential high voltage RF signal applied to the other set of rod electrode pairs. A resonance characteristic measurement unit to be measured;
A control unit that adjusts the resonance characteristic adjustment unit based on information on a resonance frequency and an amplification factor of the resonance circuit unit measured by the resonance characteristic measurement unit;
A first transformer is disposed between the auxiliary AC signal source and the RF signal source and the one set of rod electrode pairs, and the auxiliary AC signal and the RF signal are superimposed by the first transformer; and The resonance characteristic adjusting unit is disposed between the auxiliary AC signal source and the first transformer, and a voltage at both ends of the resonance characteristic adjusting unit is configured to be smaller than a voltage applied to the rod electrode unit. The mass spectrometer characterized by being made.
前記共振特性調整部は、前記第1トランスより密結合の第2トランスと、前記第2トランスの一次コイルおよび二次コイルの端子間にそれぞれ接続された第1および第2可変コンデンサとから構成されており、前記第1および第2可変コンデンサの一端は前記補助交流信号源に接続され、前記第1および第2可変コンデンサの他端は前記第1トランスの二次コイルの端子に接続されていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 7, wherein
The resonance characteristic adjusting unit includes a second transformer that is more tightly coupled than the first transformer, and first and second variable capacitors connected between terminals of a primary coil and a secondary coil of the second transformer, respectively. One end of the first and second variable capacitors is connected to the auxiliary AC signal source, and the other end of the first and second variable capacitors is connected to a terminal of the secondary coil of the first transformer. A mass spectrometer characterized by that.
前記共振特性測定部は、
前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号から分岐したそれぞれの信号の信号振幅を小さくする第1および第2分圧回路と、
前記第1および第2分圧回路で信号振幅を小さくされたRF信号をそれぞれ直流信号に変換する第1および第2整流回路と、
前記第1および第2整流回路で変換された直流信号を加算する加算器と、
前記加算器で加算された加算信号から共振周波数を検出する共振周波数測定ブロックと、
前記加算器で加算された加算信号から振幅を検出する振幅測定ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 7, wherein
The resonance characteristic measurement unit includes:
First and second voltage dividing circuits for reducing the signal amplitude of each signal branched from the high-voltage RF signal applied to the one set or the other set of rod electrode pairs;
First and second rectifier circuits for converting RF signals whose signal amplitude has been reduced by the first and second voltage dividing circuits into DC signals, respectively;
An adder for adding the DC signals converted by the first and second rectifier circuits;
A resonance frequency measurement block for detecting a resonance frequency from the addition signal added by the adder;
A mass spectrometer comprising: an amplitude measurement block that detects an amplitude from the addition signal added by the adder.
前記制御部は、
前記共振周波数測定ブロックにおける共振周波数情報を基に前記共振特性調整部を制御する共振周波数制御ブロックと、
前記振幅測定ブロックにおける振幅情報を基に前記共振特性調整部を制御する増幅率制御ブロックと、
前記RF信号源を制御するRF信号源制御ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 9,
The controller is
A resonance frequency control block that controls the resonance characteristic adjustment unit based on resonance frequency information in the resonance frequency measurement block;
An amplification factor control block for controlling the resonance characteristic adjustment unit based on amplitude information in the amplitude measurement block;
A mass spectrometer comprising an RF signal source control block for controlling the RF signal source.
前記試料を導入する試料導入室と、
前記試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
前記イオン化室でイオン化された前記試料を前記イオンの質量に応じて分離する前記イオントラップ部と、
前記イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、
前記検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 7, wherein
A sample introduction chamber for introducing the sample;
An ionization chamber for ionizing the sample introduced into the sample introduction chamber;
The ion trap part for separating the sample ionized in the ionization chamber according to the mass of the ions;
A detector for detecting ions having a predetermined mass among the ions separated by the ion trap unit;
A mass spectrometer comprising: a data processing unit that processes data obtained by detecting the ions with the detector.
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された4本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
RF信号を発生させるRF信号源と、
前記RF信号源で発生させたRF信号を共振増幅して高電圧RF信号を生成し、前記ロッド電極部の4本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧RF信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧RF信号とは差動の高電圧RF信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧RF信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧RF信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記共振周波数および増幅率の調整手順は、
前記制御部において、前記RF信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における前記一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号をそれぞれ分岐して前記共振特性測定部に入力し、
前記共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときの前記RF信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して前記制御部に入力し、
前記制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、前記共振特性調整部を調整して、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定し、
続けて、前記共振特性測定部において、前記一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧RF信号の振幅を測定して前記制御部に入力し、
前記制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、前記共振特性調整部を調整して、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする質量分析装置の調整方法。 A method for adjusting a mass spectrometer equipped with an ion trap that separates a sample according to the mass of ions,
The ion trap part is
A rod electrode portion comprising four rod electrodes arranged in parallel to each other;
An RF signal source for generating an RF signal;
A high voltage RF signal is generated by resonance amplification of the RF signal generated by the RF signal source, and is applied to one set of rod electrodes facing the central axis of the four rod electrodes of the rod electrode portion. A resonance circuit unit that applies a high-voltage RF signal and applies a high-voltage RF signal that is different from the high-voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs to the other set of rod electrode pairs;
A resonance characteristic adjustment unit for adjusting the characteristic of the resonance circuit unit;
Resonance frequency and amplification factor of the resonance circuit section between the high voltage RF signal applied to the one set of rod electrode pairs and the differential high voltage RF signal applied to the other set of rod electrode pairs. A resonance characteristic measurement unit to be measured;
A control unit that adjusts the resonance characteristic adjustment unit based on information on a resonance frequency and an amplification factor of the resonance circuit unit measured by the resonance characteristic measurement unit;
The adjustment procedure of the resonance frequency and the amplification factor is as follows:
In the control unit, while changing the driving frequency of the RF signal source, the high voltage RF signals applied to the one pair of rod electrodes and the other pair of rod electrodes at each driving frequency are branched and the resonance Input to the characteristic measurement section,
In the resonance characteristic measuring unit, the amplitude of each input signal is reduced, each signal is converted into a DC signal, the converted DC signal is added, and the RF signal when the added signal becomes the largest The drive frequency of the source is detected as a resonance frequency and input to the control unit,
In the control unit, it is determined whether or not the input resonance frequency is within a predetermined value range. As a result of the determination of the resonance frequency, if the resonance frequency is out of the predetermined value range, the resonance characteristic adjusting unit is Adjust, measure the resonance frequency again, and if the resonance frequency is within the range of the predetermined value, set the drive frequency,
Subsequently, in the resonance characteristic measurement unit, the amplitude of the high voltage RF signal applied to the one set of rods and the other set of rod electrode pairs is measured and input to the control unit,
The control unit obtains an amplification factor from the input amplitude, determines whether the amplification factor is within a predetermined value range, and as a result of the determination of the amplification factor, the amplification factor deviates from the predetermined value range. In this case, the resonance characteristic adjusting unit is adjusted, the amplitude is measured again to obtain the amplification factor, and the adjustment is terminated when the amplification factor is within a predetermined value range. Adjustment method.
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JP2012278609A JP2014123469A (en) | 2012-12-20 | 2012-12-20 | Mass spectroscope and adjustment method of mass spectroscope |
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JP2020035726A (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 株式会社島津製作所 | Mass spectroscope |
JP7449418B2 (en) | 2021-01-22 | 2024-03-13 | 株式会社日立ハイテク | mass spectrometer |
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- 2012-12-20 JP JP2012278609A patent/JP2014123469A/en active Pending
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JP2020035726A (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 株式会社島津製作所 | Mass spectroscope |
JP7028109B2 (en) | 2018-08-31 | 2022-03-02 | 株式会社島津製作所 | Mass spectrometer |
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