JP2017174495A - 質量分析装置および質量分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン化効率がより高い状態で質量分析を行い、適切な質量分析結果を得る。【解決手段】イオン化部３は、バリア電源８，９から供給される電圧によって試料をイオン化する。イオントラップ部４ｂは、イオン化部３によってイオン化された試料のイオンを捕捉する。検出部６ｃは、イオンを検出する。導入部６ｂは、イオントラップ部４ｂにより捕捉されたイオンを、導入電源１１，１２から供給される電圧によって、検出部６ｃに導入する。制御部１６は、第１の期間において、イオン化部３に供給される電圧および導入部６ｂに供給される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、第１の期間に続く第２の期間において、イオン化部３に供給される電圧および導入部６ｂに供給される電圧の極性を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、質量分析装置および質量分析方法に関するものである。

特許文献１には、従来よりもコストの低減が可能であって信頼性が高く、しかも出力電圧の極性の切り換えも比較的高速に行える高電圧電源装置と、こうした電源装置を用いた質量分析装置が開示されている。

国際公開番号ＷＯ２００７／０２９３２７号

質量分析装置は、試料をイオン化して分析を行うが、試料がプラスにイオン化されるかマイナスにイオン化されるかは試料の種類により異なる。そのため、試料をイオン化する際、試料によってはイオン化効率が悪く、適切な質量分析結果を得られない場合がある。

なお、特許文献１では、分析対象が正イオンであるか負イオンであるかによって、印加する電圧を切替える。そのため、分析対象によっては、イオン化効率が悪く、適切な質量分析結果を得られない場合がある。例えば、正イオン化される分析対象には、正電圧を印加し、負イオン化される分析対象には、負電圧を印加するが、分析対象によっては、逆の電圧を印加した方が、イオン化効率がよい場合もある。

そこで本発明は、イオン化効率がより高い状態で質量分析を行い、適切な質量分析結果を得る技術を提供することを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下の通りである。上記課題を解決すべく、本発明に係る質量分析装置は、第１の電源と、前記第１の電源から供給される電圧によって試料をイオン化するイオン化部と、前記イオン化部によってイオン化された前記試料のイオンを捕捉するイオントラップ部と、イオンを検出する検出部と、第２の電源と、前記イオントラップ部により捕捉されたイオンを、前記第２の電源から供給される電圧によって前記検出部に導入する導入部と、第１の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を制御する制御部と、を有する。

本発明では、イオン化効率がより高い状態で質量分析を行い、適切な質量分析結果を得ることができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施の形態に係る質量分析装置のブロック構成例を示した図である。 質量分析装置の概略動作を説明するフローチャートである。 質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。 イオン検出部から得られるイオン強度の例を示した図である。 質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。 制御部のハードウェア構成例を示した図である。 第２の実施の形態に係るバリア電源の回路例を示した図である。 質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。 質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。 第３の実施の形態に係るバリア電源の回路例を示した図である。 バリア電源から出力されるパルス電圧の電圧波形を説明する図である。 質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。 質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。 第４の実施の形態に係る表示装置の画面例を示した図である。

試料中に含まれる微量物質の成分を判定する装置として質量分析装置がある。近年では、質量分析装置は、オンサイトでの違法薬物や爆発物の探知装置としての市場が拡大している。質量分析装置は、分析対象である試料中の分子をイオン化し、電場および磁場の一方または両方を利用して質量分離して、分離されたイオンを検出器で検出する。一般的に、違法薬物は正イオン化されやすく、爆発物などは負イオン化されやすい等、試料によってイオン化の極性が異なる。

質量分析装置には、定量分析を行うための据え置き型や、オンサイトで迅速測定を行うための可搬型など、用途に応じていくつかの種類がある。据え置き型は、ＬＣ（液体クロマトグラフ）部で分析対象物の成分を分離し、ＭＳ（質量分析）部で定性および定量分析を行う方式が一般的である。また、据え置き型は、イオン源にＥＳＩ（エレクトロスプレー法）を用いる方式が主流である。

一方、可搬型では、小型高効率化に有利なイオン源であるバリア放電を用いる方式が近年検討され始めている。このバリア放電は、試料を導入した大気圧に近い気圧の放電部に、誘電体バリアを介してパルス状あるいは正弦波状の高電圧を印加して放電電流を流し、試料中の分子をイオン化する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る質量分析装置のブロック構成例を示した図である。図１に示すように、質量分析装置は、キャピラリ１と、バルブ２と、イオン化部３と、質量分析部４と、真空ポンプ５と、イオン検出部６と、圧力検出部７と、バリア電源８，９と、切替え部１０，１３と、導入電源１１，１２と、ＣＤ電源１４と、シンチレータ電源１５と、制御部１６と、ＧＵＩ（Graphical User Interface）１７とを有している。図１１に示す質量分析装置は、例えば、バリア放電によって試料をイオン化する、可搬型の装置である。

キャピラリ１には、大気および分析する試料が導入される。キャピラリ１に導入された大気および試料は、バルブ２を介してイオン化部３に送られる。

バルブ２は、開閉して、キャピラリ１に導入された大気および試料を間欠的にイオン化部３に送る。

イオン化部３は、誘電体容器３ａと、電極３ｂとを有している。誘電体容器３ａには、バルブ２を介して、キャピラリ１に導入された大気および試料が送られる。

電極３ｂは、誘電体容器３ａの外側に設けられ、切替え部１０から出力される電圧が供給される。電極３ｂは、切替え部１０から供給される電圧によって、誘電体容器３ａ内に放電電流を流し、キャピラリ１から導入された試料をイオン化する。すなわち、イオン化部３は、バリア放電によって、キャピラリ１から導入された大気に放電電流を流し、試料を電離（反応イオン生成）する。

質量分析部４は、チャンバー４ａと、イオントラップ部４ｂと、インキャップ電極４ｃと、エンドキャップ電極４ｄとを有している。チャンバー４ａは、内部を真空にするための容器であり、内部にイオントラップ部４ｂと、インキャップ電極４ｃと、エンドキャップ電極４ｄとを有している。

イオントラップ部４ｂは、イオン化部３によってイオン化された試料のうち、所定の質量のイオンを補足する。イオントラップ部４ｂは、捕捉するイオンの所定の質量を、可変（掃引）することができる。

インキャップ電極４ｃおよびエンドキャップ電極４ｄは電界を形成し、イオントラップ部４ｂ内にイオンを蓄積させる。

真空ポンプ５は、イオン化部３の誘電体容器３ａ、質量分析部４のチャンバー４ａ、およびイオン検出部６のチャンバー６ａの内部を排気する。

イオン検出部６は、チャンバー６ａと、導入部６ｂと、検出部６ｃとを有している。検出部６ｃは、ＣＤ６ｃａと、シンチレータ６ｃｂと、光電子倍増管６ｃｃとを有している。

チャンバー６ａは、内部を真空にするための容器であり、内部に導入部６ｂと、検出部６ｃとを有している。

導入部６ｂは、例えば、メッシュ（電極）であり、切替え部１３から電圧が供給される。導入部６ｂは、イオントラップ部４ｂによって捕捉されたイオンを、切替え部１３から供給される電圧によって引き付け、検出部６ｃへ導入する。

検出部６ｃのＣＤ６ｃａは、導入部６ｂによって導入されたイオンのイオン量に応じた２次電子を放出する。シンチレータ６ｃｂは、ＣＤ６ｃａによって放出された２次電子を光に変換する。光電子倍増管６ｃｃは、シンチレータ６ｃｂによって変換された光を増幅し、電気信号に変換する。すなわち、イオントラップ部４ｂによってトラップ（捕捉）されたイオンは、導入部６ｂによって検出部６ｃに導入される。そして、検出部６ｃは、イオントラップ部４ｂによって捕捉されたイオンの量を検出する。検出部６ｃによって検出されたイオン量の電気信号は、制御部１６へ出力される。

圧力検出部７は、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内の圧力を検出する。

バリア電源８，９は、誘電体容器３ａ内で放電を起こすためのパルス電圧を出力する。バリア電源８は、正のパルス電圧を出力し、例えば、「＋３ｋＶ」のパルス電圧を出力する。バリア電源９は、負のパルス電圧を出力し、例えば、「−３ｋＶ」のパルス電圧を出力する。

切替え部１０は、制御部１６の制御に応じて、バリア電源８，９から出力されるパルス電圧の一方を電極３ｂに出力する。すなわち、イオン化部３の電極３ｂには、正負のどちらか一方のパルス電圧が供給される。

導入電源１１，１２は、イオントラップ部４ｂから検出部６ｃにイオンを導入するための電圧を出力する。導入電源１１は、正の電圧を出力し、例えば、「＋１ｋＶ」の電圧を出力する。導入電源１２は、負の電圧を出力し、例えば、「−１ｋＶ」の電圧を出力する。

切替え部１３は、制御部１６の制御に応じて、導入電源１１，１２から出力される電圧の一方を導入部６ｂに出力する。すなわち、イオン検出部６の導入部６ｂには、正負のどちらか一方の電圧が供給される。

ＣＤ電源１４は、ＣＤ６ｃａに電圧を供給する。ＣＤ電源１４は、例えば、「−５ｋＶ」の電圧をＣＤ６ｃａに供給する。

シンチレータ電源１５は、シンチレータ６ｃｂに電圧を供給する。シンチレータ電源１５は、例えば、「＋５ｋＶ」の電圧をシンチレータ６ｃｂに供給する。

制御部１６は、質量分析装置の全体の動作を制御する。例えば、制御部１６は、検出部６ｃによって検出されたイオン量に基づいて、切替え部１０，１３の切替え動作を制御する。また、制御部１６は、例えば、ＣＤ電源１４およびシンチレータ電源１５の電圧の出力タイミングを制御する。また、制御部１６は、例えば、バルブ２、イオン化部３、質量分析部４、真空ポンプ５、イオン検出部６、および圧力検出部７の動作を制御する。

ＧＵＩ１７は、例えば、ユーザから操作を受付けたり、所定の情報を表示装置に表示したりする。

図２は、質量分析装置の概略動作を説明するフローチャートである。質量分析装置は、例えば、ユーザから試料の分析開始の指示があると、以下のフローチャートを実行する。キャピラリ１には、大気および試料が導入されているとする。

まず、制御部１６は、バルブ２を閉じる（ステップＳ１）。

次に、制御部１６は、真空ポンプ５によって、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内を排気し、低圧にする（ステップＳ２）。例えば、制御部１６は、真空ポンプ５によって、誘電体容器３ａ内を「１００Ｐａ」にし、チャンバー４ａ，６ａ内を「０．１Ｐａ」にする。

次に、制御部１６は、バルブ２を開く（ステップＳ３）。これにより、誘電体容器３ａには、キャピラリ１から、大気および試料が導入される。

次に、制御部１６は、ステップＳ３においてバルブ２を開いた後、誘電体容器３ａ内が所定の気圧（例えば、１０００Ｐａ等の低圧）になると、バリア放電を行う（ステップＳ４）。例えば、制御部１６は、切替え部１０を制御して、バリア電源８，９の一方の電圧を電極３ｂに出力し、バリア放電を行う（電極３ｂに出力する電圧の極性制御については以下で説明する）。制御部１６は、誘電体容器３ａ内でバリア放電を行うことで、導入された低圧の大気を電離（反応イオン生成）し、この反応イオンにより試料をイオン化する。

次に、制御部１６は、バリア放電の開始後、バルブ２を閉じる（ステップＳ５）。これにより、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内は、真空ポンプ５によって、不要な大気が排出される。また、誘電体容器３ａでイオン化された試料は、イオントラップ部４ｂに導入され、蓄積される。

次に、制御部１６は、イオントラップ部４ｂで蓄積された試料のイオンを、導入部６ｂを介して検出部６ｃに導入し、イオンの質量を検出する（ステップＳ６）。例えば、制御部１６は、切替え部１３を制御して、導入電源１１，１２の一方の電圧を導入部６ｂに出力し、イオントラップ部４ｂで蓄積されたイオンを検出部６ｃに導入し、イオンの質量を検出する（導入部６ｂに出力する電圧の極性制御については以下で説明する）。これにより、制御部１６は、試料に含まれる薬物等を検出できる。

なお、以下で説明するが、質量分析装置は、プリアンブル期間Ｔ１と測定期間Ｔ２との２つのフェーズを有する。質量分析装置は、２つのフェーズのそれぞれにおいて、上記の概略動作を１または２以上実行する。質量分析装置は、上記の概略動作を２以上実行する場合は、ステップＳ７の処理の後、ステップＳ３の処理へ移行する。

図３は、質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。図３の一点鎖線に示すように、質量分析装置は、プリアンブル期間Ｔ１と測定期間Ｔ２との２つのフェーズを有する。質量分析装置は、プリアンブル期間Ｔ１において、バリア放電とイオン導入の電圧極性の組合せのうち（電極３ｂに印加する電圧極性と、導入部６ｂに印加する電圧極性の組合せのうち）、どの組合せにおいて、イオン化効率が最もよいかを判定する。質量分析装置は、プリアンブル期間Ｔ１において判定したバリア放電とイオン導入の電圧極性の組み合わせで、測定期間Ｔ２において、試料の質量を検出する。

図３に示す波形Ｗ１は、真空ポンプ５のオンおよびオフタイミングを示している。真空ポンプ５は、波形Ｗ１に示す「ＯＦＦ」では排気を行わず、「ＯＮ」で排気を行う。

波形Ｗ２は、バルブ２の開閉タイミングを示している。バルブ２は、波形Ｗ２に示す「閉」で弁を閉じ、「開」で弁を開く。

波形Ｗ３は、切替え部１０がイオン化部３の電極３ｂに出力するパルス電圧のタイミングを示している。切替え部１０は、波形Ｗ３に示す「ＯＦＦ」のとき、バリア電源８，９から出力される正負のパルス電圧を電極３ｂに出力しない。切替え部１０は、波形Ｗ３に示す「正」のとき、バリア電源８から出力される正のパルス電圧を複数電極３ｂに出力する。切替え部１０は、波形Ｗ３に示す「負」のとき、バリア電源８から出力される負のパルス電圧を複数電極３ｂに出力する。なお、波形Ｗ３の測定期間Ｔ２に示す「＋３ｋＶ」は、切替え部１０が正のパルス電圧を電極３ｂに出力していることを示し、具体値で示したものである。

波形Ｗ４は、ＣＤ電源１４がＣＤ６ｃａに出力する電圧の印加タイミングを示している。ＣＤ電源１４は、波形Ｗ４に示す「ＯＦＦ」のとき、電圧をＣＤ６ｃａに出力せず、「−５ｋＶ」のとき、例えば、「−５ｋＶ」の電圧をＣＤ６ｃａに出力する。

波形Ｗ５は、シンチレータ電源１５がシンチレータ６ｃｂに出力する電圧のタイミングを示している。シンチレータ電源１５は、波形Ｗ５に示す「ＯＦＦ」のとき、電圧をシンチレータ６ｃｂに出力せず、「＋５ｋＶ」のとき、例えば、「＋５ｋＶ」の電圧をシンチレータ６ｃｂに出力する。

波形Ｗ６は、切替え部１３が導入部６ｂに出力する電圧のタイミングを示している。切替え部１３は、波形Ｗ６に示す「ＯＦＦ」のとき、導入電源１１，１２から出力される正負の電圧を導入部６ｂに出力しない。切替え部１３は、波形Ｗ６に示す「正」のとき、導入電源１１から出力される正の電圧を導入部６ｂに出力する。切替え部１３は、波形Ｗ６に示す「負」のとき、導入電源１１から出力される負の電圧を導入部６ｂに出力する。なお、波形Ｗ６の測定期間Ｔ２に示す「−１ｋＶ」は、切替え部１３が負の電圧を導入部６ｂに出力していることを示し、具体値で示したものである。

波形Ｗ７は、光電子倍増管６ｃｃの光を検出するタイミングを示している。光電子倍増管６ｃｃは、波形Ｗ７に示す「ＯＦＦ」のとき、光を検出せず、「ＯＮ」のとき、光を検出する。

波形Ｗ８は、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内の気圧の状態を示している。誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内の気圧は、波形Ｗ２に示すバルブ２の開閉に応じて、上がったり下がったりしている。

真空ポンプ５は、図３に示す時刻ｔ１において、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの排気を開始する。真空ポンプ５は、波形Ｗ１の「ＯＮ」に示すように、排気開始後、質量分析が終了するまで、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの排気を行う。真空ポンプ５が排気を開始すると、波形Ｗ８に示すように、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａ内の気圧は低下する（真空度は高くなる）。

誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの真空度が、波形Ｗ８に示す閾値ｔｈに達すると、時刻ｔ２，ｔ３における波形Ｗ２に示すように、バルブ２が一定期間開く。バルブ２が開くことにより、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの真空度は低下する。そして、この期間において、キャピラリ１から誘電体容器３ａに、大気および試料が導入される。

バルブ２は、時刻ｔ３の後、閉じられ、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの内部は、真空ポンプ５によって再び排気される。これにより、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの真空度は、波形Ｗ８の時刻ｔ３−時刻ｔ６に示すように再び高くなる。

なお、バルブ２は、その後においても、波形Ｗ２，Ｗ８に示すように、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの真空度が閾値ｔｈに達すると、一定期間開き、その後閉じるという動作を繰り返す。そして、キャピラリ１から誘電体容器３ａに大気および試料が導入される。

切替え部１０は、プリアンブル期間Ｔ１の波形Ｗ３に示すように、バルブ２の「開」期間の後半から、「閉」期間の前半にかけて、パルス電圧を電極３ｂに出力する。これにより、イオン化部３の誘電体容器３ａ内では、バリア放電が行われる。バリア放電によってイオン化された試料のイオンは、イオントラップ部４ｂにトラップされる。

正および負の極性電圧によるバリア放電は、波形Ｗ３に示すように、プリアンブル期間Ｔ１において行われる。測定期間Ｔ２では、プリアンブル期間Ｔ１において判定された極性電圧でバリア放電が行われる。例えば、図３の測定期間Ｔ２では、正の極性電圧が判定された例（＋３ｋＶ）を示している。

切替え部１３は、時刻ｔ４，ｔ５における波形Ｗ６に示すように、バリア放電終了後（電極３ｂへの電圧印加の終了後）、一定期間電圧を導入部６ｂに出力する。これにより、イオントラップ部４ｂで捕捉されたイオンは、導入部６ｂによって、検出部６ｃに導入される。

正および負の極性電圧によるイオン導入は、波形Ｗ６に示すように、プリアンブル期間Ｔ１において行われる。測定期間Ｔ２では、プリアンブル期間Ｔ１において判定された極性電圧でイオン導入が行われる。例えば、図３の測定期間Ｔ２では、負の極性電圧が判定された例（−１ｋＶ）を示している。

ＣＤ電源１４は、時刻ｔ４，ｔ５における波形Ｗ４に示すように、バリア放電の終了後、一定期間電圧をＣＤ６ｃａに出力する。同様に、シンチレータ電源１５は、時刻ｔ４，ｔ５における波形Ｗ５に示すように、バリア放電の終了後、一定期間電圧をシンチレータ６ｃｂに出力する。そして、光電子倍増管６ｃｃは、時刻ｔ４，ｔ５における波形Ｗ７に示すように、バリア放電終了後、光を検出する。

質量分析装置は、時刻ｔ６における波形Ｗ８に示すように、誘電体容器３ａおよびチャンバー４ａ，６ａの真空度が再び閾値ｔｈを超えると、上記で説明した動作を繰り返す。

イオントラップ部４ｂは、時刻ｔ４から時刻ｔ５の一定期間内に、捕捉するイオンの質量を掃引する。従って、光電子倍増管６ｃｃからは、掃引した各質量に対するイオン量（イオン強度）の結果が得られる。

図４は、イオン検出部から得られるイオン強度の例を示した図である。イオントラップ部４ｂは、上記したように、捕捉するイオンの質量を掃引する。例えば、イオントラップ部４ｂは、捕捉するイオンの質量を、図４の横軸の左側（質量小）から右側（質量大）へ掃引する。

ここで、試料に物質Ａ，Ｂ，Ｃが含まれているとする。この場合、図４に示すように、物質Ａ，Ｂ，Ｃの質量におけるイオン強度は強くなる（イオン検出部６で検出されるイオン量は多くなる）。従って、制御部１６は、イオントラップ部４ｂで捕捉された各質量に対するイオンのイオン強度を測定することにより、試料に含まれる物質を判定することができる。

図３の説明に戻る。制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１において、切替え部１０を制御し、バリア電源８，９から電極３ｂに出力するパルス電圧の極性を切替える。また、制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１において、切替え部１３を制御し、導入電源１１，１２から導入部６ｂに出力する電圧の極性を切替える。

例えば、制御部１６は、図３の点線枠Ｄ１〜Ｄ４に示すように、プリアンブル期間Ｔ１において、バリア電源８，９および導入電源１１，１２から出力される電圧の極性を、正と負、負と負、正と正、負と正の４つの組み合わせで切り替える。

制御部１６は、バリア電源８，９および導入電源１１，１２の電圧極性の全ての組み合わせを切替えると、切替えた各極性でのイオンの検出量（イオン強度）に基づき、プリアンブル期間Ｔ１に続く測定期間Ｔ２において、電極３ｂおよび導入部６ｂに出力する電圧の極性を判定する。

例えば、制御部１６は、図３に示す点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの電圧極性の組み合わせにおいて、イオン検出部６から出力されるイオン強度を積分する。例えば、図３に示す点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの電圧極性の組み合わせにおいて、図４に示すようなイオン強度が得られ（電圧極性の組み合わせによっては、図４に示すようなピークが現れないものがある）、制御部１６は、点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれで得られるイオン強度を、それぞれ積分する。制御部１６は、点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれのイオン強度の積分値が、所定の閾値を超えたか否か判定し、所定の閾値を超えたイオン強度の電圧極性の組み合わせを判定する。そして、制御部１６は、判定した電圧極性で、測定期間Ｔ２において試料の質量分析を行う。

例えば、図３に示す点線枠Ｄ１の電圧極性の組み合わせにおいて、積分したイオン強度が所定の閾値を超えたとする。この場合、制御部１６は、図３の測定期間Ｔ２の点線枠Ｄ５，Ｄ６に示すように、バリア放電の電圧極性を「正」（図３中では「＋３ｋＶ」と図示）に設定し、イオン導入の電圧極性を「負」（図３中では「−１ｋＶ」と図示）に設定して、測定期間Ｔ２において試料の質量分析を行う。

このように、バリア電源８，９および導入電源１１，１２から出力される電圧の極性を切替えるのは、バリア放電およびイオン導入の電圧極性の組み合わせにより、イオン化効率の異なる物質があるためである。例えば、電極３ｂに正の電圧を印加した場合でも、物質によっては、正イオンにイオン化される物質と、負イオンにイオン化される物質とがあるためである。より具体的には、バリア放電の電圧極性とイオン導入の電圧極性のある組み合わせでは、図４に示したようなイオン強度が得られるが、別の電圧極性の組み合わせでは、図４に示したようなイオン強度が得られない場合があるためである（図４のように物質Ａ，Ｂ，Ｃのイオン強度が大きなピークを示さない場合があるためである）。

なお、測定期間Ｔ２における質量分析の動作は、プリアンブル期間Ｔ１で説明した動作と同様である。ただし、測定期間Ｔ２では、プリアンブル期間Ｔ１で判定した電圧極性のバリア放電およびイオン導入で試料の質量分析を行う。また、制御部１６は、イオン検出部６から出力されるイオン量を、プリアンブル期間Ｔ１のように積分せず、各質量に対するイオン量を、例えば、メモリなどの記憶装置に記憶する。例えば、制御部１６は、図４に示したようなデータを記憶装置に記憶する。そして、制御部１６は、イオン量の多かった質量から、試料に含まれている物質を判定する。例えば、制御部１６は、測定期間Ｔ２において、図４に示すようなデータが得られた場合、試料には、物質Ａ，Ｂ，Ｃが含まれていると判定する。

また、質量分析装置は、適切な質量分析結果を得るため、測定期間Ｔ２において複数回質量分析を行ってよい。例えば、図３では、点線枠Ｄ５，Ｄ６に示すように、質量分析装置は、複数回質量分析を行っている。

また、プリアンブル期間Ｔ１で判定される電圧極性の組み合わせは、複数得られる場合もある。例えば、所定の閾値を超えるイオン強度の積分値は、複数存在する場合もある。例えば、図３に示す点線枠Ｄ１，Ｄ３でイオン強度の積分値が所定の閾値を超える場合もある。

この場合、制御部１６は、得られた複数の電圧極性の組み合わせで、測定期間Ｔ２において試料の質量分析を行う。例えば、制御部１６は、イオン検出された電圧極性の組み合わせが２通りあった場合（例えば、点線枠Ｄ１，Ｄ３の電圧極性があった場合）、測定期間Ｔ２では、２通りの電圧極性の組み合わせで質量分析を行う（例えば、点線枠Ｄ１，Ｄ３の２通りの電圧極性で質量分析を行う）。また、制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１でイオンが検出されない場合は、プリアンブル期間Ｔ１を複数回実施するかまたはそのまま測定を終了してもよい。

また、制御部１６は、イオン強度の積分値が所定の閾値を超えたか否かによって、電圧極性の組み合わせを判定するとしたが、これに限られない。例えば、制御部１６は、図３に示す点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれにおけるイオン強度の積分値のうち、イオン強度の積分値が最も大きかった電圧極性の組み合わせを判定する。そして、制御部１６は、イオン強度の積分値の最も大きかった電圧極性の組み合わせで、測定期間Ｔ２において試料の質量分析を行ってもよい。この場合、判定される電圧極性の組み合わせは、１つとなる。

また、制御部１６は、イオン強度を積分せずに、例えば、図３に示す点線枠Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの電圧極性の組み合わせにおいて、最も大きいイオン強度が所定の閾値を超えたか否かによって、電圧極性の組み合わせを判定してもよい。例えば、点線枠Ｄ１において、図４に示すイオン強度が得られたとする。図４の物質Ｂのイオン強度は、所定の閾値を超えているとする。この場合、制御部１６は、点線枠Ｄ１の電圧極性（バリア放電「正」、イオン導入「負」の電圧極性）を判定する。

図５は、質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。質量分析装置は、例えば、キャピラリ１に試料が導入され、ユーザからＧＵＩ１７を介して、分析開始の指示があると、図５に示すフローチャートの処理を実行する。ステップＳ１１〜Ｓ１８は、例えば、プリアンブル期間Ｔ１での処理に対応し、ステップＳ２２〜Ｓ２９は、測定期間Ｔ２での処理に対応する。ステップＳ１９〜Ｓ２１は、プリアンブル期間Ｔ１の最後または測定期間Ｔ２の最初のどちらで処理を行ってもよい。

まず、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに正のパルス電圧を出力し（バリア放電＋）、導入部６ｂに負の電圧を出力するように（イオン導入−）、切替え部１０，１３の切替えを制御する（ステップＳ１１）。

次に、イオン検出部６は、ステップＳ１１で印加された電圧において、各質量における（掃引した質量における）イオンを検出する（ステップＳ１２）。制御部１６は、イオン検出部６で検出される、各質量におけるイオン量を積分する。

次に、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに負のパルス電圧を出力し（バリア放電−）、導入部６ｂに負の電圧を出力（イオン導入−）するように、切替え部１０，１３の切替えを制御する（ステップＳ１３）。

次に、イオン検出部６は、ステップＳ１３で印加された電圧において、各質量におけるイオンを検出する（ステップＳ１４）。制御部１６は、イオン検出部６で検出される、各質量におけるイオン量を積分する。

次に、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに正のパルス電圧を出力し（バリア放電＋）、導入部６ｂに正の電圧を出力（イオン導入＋）するように、切替え部１０，１３の切替えを制御する（ステップＳ１５）。

次に、イオン検出部６は、ステップＳ１５で印加された電圧において、各質量におけるイオンを検出する（ステップＳ１６）。制御部１６は、イオン検出部６で検出される、各質量におけるイオン量を積分する。

次に、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに負のパルス電圧を出力し（バリア放電−）、導入部６ｂに正の電圧を出力（イオン導入＋）するように、切替え部１０，１３の切替えを制御する（ステップＳ１７）。

次に、イオン検出部６は、ステップＳ１７で印加された電圧において、各質量におけるイオンを検出する（ステップＳ１８）。制御部１６は、イオン検出部６で検出される、各質量におけるイオン量を積分する。

次に、制御部１６は、イオン検出部６によって、イオンが検出されたか否か判定する（ステップＳ１９）。例えば、制御部１６は、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８で積分したイオン量が、所定の閾値を超えたか否か判定する。制御部１６は、イオンを検出できたと判定した場合（Ｓ１９にて「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ２０の処理へ移行する。制御部１６は、イオンを検出できなかったと判定した場合（Ｓ１９にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ２１の処理へ移行する。なお、制御部１６は、イオン検出ができたと判定した場合、イオン検出ができた電圧極性の組み合わせを取得する。

制御部１６は、ステップＳ１９において、イオンを検出できなかったと判定した場合（Ｓ１９にて「Ｎｏ」の場合）、プリアンブル期間Ｔ１の処理を所定回数行ったか否か判定する（ステップＳ２０）。すなわち、制御部１６は、イオンを検出できなかった場合、予め決められた所定回数に達するまで、プリアンブル期間Ｔ１の処理を行う。制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１の処理を所定回数行ったと判定した場合（Ｓ２０にて「Ｙｅｓ」の場合）、質量分析処理を終了する。制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１の処理を所定回数行っていないと判定した場合（Ｓ２０にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ１１の処理へ移行する。

制御部１６は、ステップＳ１９において、イオンを検出できたと判定した場合（Ｓ１９にて「Ｙｅｓ」の場合）、イオン検出できた電圧極性の組み合わせが１つであるか否か判定する（ステップＳ２１）。制御部１６は、イオン検出できた電圧極性の組み合わせが１つであると判定した場合（Ｓ２１にて「Ｙｅｓ」）、ステップＳ２２の処理へ移行する。制御部１６は、イオン検出できた電圧極性の組み合わせが１つでない（複数である）と判定した場合（Ｓ２１にて「Ｎｏ」）、ステップＳ２６の処理へ移行する。

制御部１６は、ステップＳ２１おいて、イオン検出ができた電圧極性の組み合わせが１つであると判定した場合（Ｓ２１にて「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ１９にて取得した１つの電圧極性の組み合わせが、測定期間Ｔ２において、切替え部１０，１３から出力されるように設定する（ステップＳ２２）。

次に、イオン検出部６は、各質量におけるイオンを検出する（ステップＳ２３）。イオン検出部６によって検出された、各質量におけるイオンのイオン量（例えば、図４に示すようなデータ）は、制御部１６によって、例えば、メモリなどの記憶装置に記憶される。

次に、制御部１６は、所定回数、質量分析を行ったか否か判定する（ステップＳ２４）。制御部１６は、所定回数、質量分析を行ったと判定した場合（Ｓ２４にて「Ｙｅｓ」）、ステップＳ２５の処理へ移行する。制御部１６は、所定回数、質量分析を行っていないと判定した場合（Ｓ２４にて「Ｎｏ」）、ステップＳ２２の処理へ移行する。

制御部１６は、ステップＳ２４において、所定回数、質量分析を行ったと判定した場合（Ｓ２４にて「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ２３において記憶装置に記憶したイオン量を出力する（ステップＳ２５）。例えば、制御部１６は、各質量におけるイオン量（例えば、図４に示したようなグラフ）を表示装置に出力する。

制御部１６は、ステップＳ２１おいて、イオン検出ができた電圧極性の組み合わせが複数であると判定した場合（Ｓ２１にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ１９にて取得した複数の電圧極性の組み合わせが、測定期間Ｔ２において、切替え部１０，１３から出力されるように設定する（ステップＳ２６）。

次に、イオン検出部６は、複数の電圧極性のそれぞれの組み合わせにおいて、各質量におけるイオンを検出する（ステップＳ２７）。イオン検出部６によって検出された、各質量におけるイオンのイオン量（例えば、図４に示すようなデータ）は、制御部１６によって、例えば、メモリなどの記憶装置に記憶される。

次に、制御部１６は、所定回数、質量分析を行ったか否か判定する（ステップＳ２８）。制御部１６は、所定回数、質量分析を行ったと判定した場合（Ｓ２８にて「Ｙｅｓ」）、ステップＳ２９の処理へ移行する。制御部１６は、所定回数、質量分析を行っていないと判定した場合（Ｓ２８にて「Ｎｏ」）、ステップＳ２６の処理へ移行する。

制御部１６は、ステップＳ２８において、所定回数、質量分析を行ったと判定した場合（Ｓ２８にて「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ２７において記憶装置に記憶したイオン量を出力する（ステップＳ２９）。例えば、制御部１６は、各質量におけるイオン量（例えば、図４に示したようなグラフ）を表示装置に出力する。

図６は、制御部のハードウェア構成例を示した図である。制御部１６およびＧＵＩ１７は、例えば、図６に示すような、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置２１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置２２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置２３と、有線又は無線により通信ネットワークと接続するための通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４と、マウス、キーボード、タッチセンサーやタッチパネルなどの入力装置２５と、液晶ディスプレイなどの表示装置２６と、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの持ち運び可能な記憶媒体に対する情報の読み書きを行う読み書き装置２７と、を備えるコンピュータ２０によって実現することができる。

例えば、制御部１６の機能は、補助記憶装置２３などから主記憶装置２２にロードされた所定のプログラムを演算装置２１が実行することで実現される。ＧＵＩ１７は、例えば、演算装置２１が入力装置２５を利用することで実現される。また、ＧＵＩ１７は、例えば、演算装置２１が表示装置２６を利用することで実現される。制御部１６と、その他の機器との通信は、例えば、演算装置２１が通信Ｉ／Ｆ２４を利用することで実現される。

なお、上記の所定のプログラムは、例えば、読み書き装置２７により読み取られた記憶媒体からインストールされてもよいし、通信Ｉ／Ｆ２４を介してネットワークからインストールされてもよい。

また、制御部１６およびＧＵＩ１７の一部またはすべての機能は、例えば、演算装置、記憶装置、駆動回路などを備えるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により実現してもよい。

このように、質量分析装置の制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１において、バリア電源８，９および導入電源１１，１２から出力される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、プリアンブル期間Ｔ１に続く測定期間Ｔ２において、バリア電源８，９および導入電源１１，１２から出力される電圧の極性を制御する。これにより、制御部１６は、イオン化効率のより高い電圧極性の組み合わせを判定でき、判定した電圧極性で質量分析を行い、適切な質量分析結果を得ることができる。

また、制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１で判定した電圧極性の組み合わせで、測定期間Ｔ２においてイオン検出することで、測定期間Ｔ２の短縮や測定の安定化を実現できる。

また、制御部１６は、プリアンブル期間Ｔ１において、バリア電源８，９および導入電源１１，１２から出力される電圧の極性を、正と負、負と負、正と正、負と正の４つの組み合わせで切り替えることで、例えば、薬物や爆発物、化学物質などの様々な種類の試料を検出することが可能である。

また、質量分析装置は、バリア放電によって試料をイオン化するので、オンサイトにおいてもイオン化効率がより高い状態で質量分析を行い、適切な質量分析結果を得ることができる。

なお、上記では、プリアンブル期間Ｔ１において、電極３ｂの電圧極性と導入部６ｂの電圧極性との組み合わせをステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１７の順で行ったが、これに限るものではなく、他の順で行っても同様の効果が得られる。

また、制御部１６は、ＣＤ６ｃａに供給する電圧の極性を切替えるようにしてもよい。例えば、制御部１６は、導入部６ｂに供給する電圧の極性と同じ極性の電圧をＣＤ６ｃａに供給するようにしてもよい。これによっても、同様の効果が得られる。

また、質量分析する試料の対象が、例えば、予め決まっている場合には、４通りの電圧極性ではなく、これより少ない予め決められた電圧極性でイオン検出を行ってもよい。例えば、違法薬物は正イオン化するものが多い。この場合、例えば、バリア放電を「正」、イオン導入を「負」とした電圧極性と、バリア放電を「負」、イオン導入を「負」とした電圧極性との２通りの電圧極性で、イオン検出を行ってもよい。

また、上記では、イオン検出を行うのに、プリアンブル期間Ｔ１と測定期間Ｔ２とに分けているが、これに限るものではない。例えば、プリアンブル期間Ｔ１の４通りの電圧極性の組み合わせを、測定期間Ｔ２においてもそのまま継続しても、同様の効果が得られる。より具体的には、質量分析装置は、図３に示したプリアンブル期間Ｔ１の処理のみを、所定回数繰り返すようにしてもよい。

また、制御部１６は、導入部６ｂの電圧を、正負の電圧のどちらか一方に固定し、ＣＤ６ｃａの電圧極性を変えるようにしてもよい。または、導入部６ｂ、導入電源１１，１２、および切替え部１３を省略して、制御部１６は、ＣＤ６ｃａの電圧極性を変えるようにしてもよい。これによっても、同様の効果が得られる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、イオン化部３の電極３ｂに出力するパルス電圧の周波数を変更する。以下では、第１の実施の形態と異なる部分について説明し、第１の実施の形態と同じ部分については、第１の実施の形態の符号を用いて説明する。

図７は、第２の実施の形態に係るバリア電源の回路例を示した図である。図７に示すように、バリア電源８は、駆動部３１と、スイッチング部３２と、高圧モジュール３３と、コンデンサＣ３とを有している。

駆動部３１は、増幅器Ａ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣ１とを有している。駆動部３１は、増幅器Ａ１の非反転入力端子に入力される電圧によって、高圧モジュール３３のトランスＴ１の１次側端子（トランジスタＴｒ１のエミッタと接続されている端子）の電圧を変え、高圧モジュール３３の出力電圧の振幅を制御する。

スイッチング部３２は、コンデンサＣ２と、トランジスタＴｒ２とを有している。トランジスタＴｒ２のゲートには、コンデンサＣ２を介して、クロックが入力される。クロックは、矩形波の繰り返しパルスであり、図７に示すように、ハイレベル期間（Ｔｏｎ）とローレベル期間（Ｔｏｆｆ）とを有する。クロックの周波数ｆは、「Ｔｏｎ」と「Ｔｏｆｆ」を用いると、次の式（１）で示される。

ｆ＝１／（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ） …（１）

クロックは、例えば、制御部１６から出力される。制御部１６は、バリア電源８に出力するクロックの「Ｔｏｎ」および「Ｔｏｆｆ」を変えることにより、バリア電源８から出力されるパルス電圧の周波数を可変する。なお、クロックのデューティ比Ｄは、次の式（２）で示される。

Ｄ＝｛Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）｝×１００ …（２）

フライバック方式高圧回路では、「Ｔｏｎ」期間において、トランスＴ１の１次側端子ｔｐ１から、トランジスタＴｒ２に電流が流れ、共振用のコンデンサＣ３に電荷がチャージされる。「Ｔｏｆｆ」期間になると、コンデンサＣ３にチャージされた電荷が、トランスＴ１の１次側端子ｔｐ１に向かって流れる。

高圧モジュール３３は、トランスＴ１と、抵抗Ｒ４，Ｒ５とを有している。トランスＴ１の１次側の電圧は、「Ｔｏｎ」期間および「Ｔｏｆｆ」期間に流れる電流変化によって、電圧が変化する。トランスＴ１の１次側の電圧は、トランスＴ１の２次側に伝達される。トランスＴ２の２次側からは、巻線比に応じたパルス電圧が出力される。

すなわち、バリア電源８は、駆動部３１に入力される電圧によって、出力するパルス電圧の振幅を可変することができる。また、バリア電源８は、スイッチング部３２に入力されるクロックの周波数によって、出力するパルス電圧の周波数を可変することができる。なお、バリア電源９も、図７と同様の回路を有するが、負のパルス電圧を出力する部分が異なる。

物質によっては、電極３ｂに供給されるパルス電圧の周波数によって、イオン化効率が異なってくる。すなわち、試料によっては、最適なパルス周波数が異なってくる。このため、試料にどのような成分が含まれているか分からない場合は、複数のパルス周波数でイオン化を行うことが、イオン化効率の高効率化やイオン検出感度の向上の点で有利である。

図８は、質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。図８では、図３と異なる部分について説明する。

バリア電源８，９は、制御部１６から出力されるクロックの周波数に応じて、切替え部１０に出力するパルス電圧の周波数を可変する。例えば、バリア電源８，９は、「１０ｋＨｚ」、「２０ｋＨｚ」、および「５ｋＨｚ」の３種類の周波数のパルス電圧を出力する。

図８に示す波形Ｗ１１は、切替え部１０から電極３ｂに出力される正のパルス電圧の波形を示している。波形１１に示すように、電極３ｂには、３種類の周波数のパルス電圧が供給される。

図８に示す波形Ｗ１２は、切替え部１０から電極３ｂに出力される負のパルス電圧の波形を示している。波形１２に示すように、電極３ｂには、３種類の周波数のパルス電圧が供給される。

なお、イオントラップ部４ｂは、パルス電圧の各周波数において、質量を掃引する。また、制御部１６は、測定期間２においても、各バリア放電において、複数の周波数のパルス電圧を出力する。例えば、図８の例の場合、制御部１６は、測定期間２の各バリア放電においても、３種類の周波数のパルス電圧を出力する。また、制御部１６は、測定期間２において、例えば、各周波数で得られたイオン量のうち、最もイオン化効率のよかった周波数のイオン量を記憶装置に記憶するようにする。

図９は、質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。図９において、図５と同じ処理には同じ符号が付してある。図９では、図５と異なる処理について説明する。

制御部１６は、ステップＳ１１において、イオン化部３の電極３ｂに正のパルス電圧を出力し（バリア放電＋）、導入部６ｂに負の電圧を出力するように（イオン導入−）、切替え部１０，１３の切替えを制御した後、ステップＳ１１ａにおいて、バリア電源８から、異なる周波数のパルス電圧が出力されるように制御する。これにより、例えば、図８に示す点線枠Ｄ１のバリア放電では、波形Ｗ１１に示すような異なる周波数のパルス電圧が電極３ｂに出力される。

制御部１６は、ステップＳ１３ａ，１５ａ，１７ａにおいても上記と同様に、異なる周波数のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。

制御部１６は、ステップＳ２２ａ，Ｓ２６ａにおいて、異なる周波数のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。すなわち、制御部１６は、測定期間Ｔ２においても、異なる周波数のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。

イオン検出部６は、ステップＳ２３ａ，Ｓ２７ａにおいて、各周波数での各質量（掃引した質量）におけるイオンを検出する。制御部１６は、例えば、イオン検出部６によって検出された各周波数での各質量におけるイオン量のうち、イオン化効率の最もよかった周波数のイオン量を記憶装置に記憶する。

このように、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに出力されるパルス電圧の周波数を変更する。これにより、質量分析装置は、例えば、薬物や爆発物、化学物質などの様々な種類の試料を適切に検出することが可能となる。

なお、上記では、パルス電圧の周波数を１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、および５ｋＨｚで切り替えるとしたが、これに限るものではなく、他の周波数を用いることもできる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、イオン化部３の電極３ｂに出力するパルス電圧の波形を変更する。以下では、第１、第２の実施の形態と異なる部分について説明し、第１、第２の実施の形態と同じ部分については、第１、第２の実施の形態の符号を用いて説明する。

図１０は、第３の実施の形態に係るバリア電源の回路例を示した図である。図１０において、図７と同じものには同じ符号が付してある。以下では、図７と異なる部分について説明する。

図１０に示すように、バリア電源８は、容量を可変することができる可変容量コンデンサＶＣ１を有している。可変容量コンデンサＶＣ１の容量は、例えば、制御部１６によって可変される。

バリア電源８は、スイッチング部３２に入力されるクロックのデューティ比と、可変容量コンデンサＶＣ１の容量（共振容量）とによって、出力するパルス電圧の電圧波形を変えることができる。制御部１６は、バリア電源８に出力するクロックの「Ｔｏｎ」および「Ｔｏｆｆ」を変えることにより、クロックのデューティ比を可変することができる。

図１１は、バリア電源から出力されるパルス電圧の電圧波形を説明する図である。図１１（Ａ）には、単峰パルス波形の例が示してある。図１１（Ｂ）には、双峰パルス波形の例が示してある。図１１（Ｃ）には、振動パルス波形の例が示してある。

図１１（Ａ）に示す単峰パルス波形は、例えば、図１０の回路において、駆動部３１に入力されるクロックの周波数を「ｆ」、駆動部３１に入力されるクロックのデューティ比を「Ｄ」、および可変容量コンデンサＶＣ１の容量を「Ｃ」とすると、「ｆ＝１０ｋＨｚ」、「Ｄ＝５５％」、および「Ｃ＝１０００ｐＦ」とすることにより得られる。

図１１（Ｂ）に示す双峰パルス波形は、例えば、図１０の回路において、「ｆ＝１０ｋＨｚ」、「Ｄ＝７５％」、および「Ｃ＝４７００ｐＦ」とすることにより得られる。

図１１（Ｃ）に示す振動パルス波形は、例えば、図１０の回路において、「ｆ＝１０ｋＨｚ」、「Ｄ＝９０」、および「Ｃ＝１０００ｐＦ」とすることにより得られる。

なお、「ｆ」、「Ｄ」、および「Ｃ」の設定はこれに限るものではなく、その他適当な設定値により、上記した３種類の波形を生成することができる。

図１２は、質量分析装置のタイミングチャートの例を示した図である。図１２では、図３と異なる部分について説明する。

バリア電源８，９は、制御部１６から出力されるデューティ比および共振容量に応じて、切替え部１０に出力するパルス電圧の電圧波形を可変する。例えば、バリア電源８，９は、「単峰パルス波形」、「双峰パルス波形」、および「振動パルス波形」の３種類のパルス電圧を出力する。

図１２に示す波形Ｗ２１は、切替え部１０から電極３ｂに出力される正のパルス電圧の波形を示している。波形２１に示すように、電極３ｂには、３種類の電圧波形のパルス電圧が供給される。

図１２に示す波形Ｗ２２は、切替え部１０から電極３ｂに出力される負のパルス電圧の波形を示している。波形２２に示すように、電極３ｂには、３種類の電圧波形のパルス電圧が供給される。

なお、イオントラップ部４ｂは、パルス電圧の各電圧波形において、質量を掃引する。また、制御部１６は、測定期間２においても、各バリア放電において、複数の電圧波形のパルス電圧を出力する。例えば、図１２の例の場合、制御部１６は、測定期間２の各バリア放電においても、３種類の電圧波形のパルス電圧を出力する。また、制御部１６は、測定期間２において、例えば、各電圧波形で得られたイオン量のうち、最もイオン化効率のよかった電圧波形のイオン量を記憶装置に記憶するようにする。

図１３は、質量分析装置の動作例を示したフローチャートである。図１３において、図５と同じ処理には同じ符号が付してある。図１３では、図５と異なる処理について説明する。

制御部１６は、ステップＳ１１において、イオン化部３の電極３ｂに正のパルス電圧を出力し（バリア放電＋）、導入部６ｂに負の電圧を出力するように（イオン導入−）、切替え部１０，１３の切替えを制御した後、ステップＳ１１ｂにおいて、バリア電源８から、異なる電圧波形のパルス電圧が出力されるように制御する。これにより、例えば、図１２に示す点線枠Ｄ１のバリア放電では、波形Ｗ２１に示すような異なる電圧波形のパルス電圧が電極３ｂに出力される。

制御部１６は、ステップＳ１３ｂ，１５ｂ，１７ｂにおいても上記と同様に、異なる電圧波形のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。

制御部１６は、ステップＳ２２ｂ，Ｓ２６ｂにおいて、異なる電圧波形のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。すなわち、制御部１６は、測定期間Ｔ２においても、異なる電圧波形のパルス電圧が電極３ｂに出力されるようにバリア電源８，９を制御する。

イオン検出部６は、ステップＳ２３ｂ，Ｓ２７ｂにおいて、各電圧波形での各質量（掃引した質量）におけるイオンを検出する。制御部１６は、例えば、イオン検出部６によって検出された各電圧波形での各質量におけるイオン量のうち、イオン化効率の最もよかった電圧波形のイオン量を記憶装置に記憶する。

このように、制御部１６は、イオン化部３の電極３ｂに出力されるパルス電圧の電圧波形を変更する。これにより、質量分析装置は、例えば、薬物や爆発物、化学物質などの様々な種類の試料を適切に検出することが可能となる。

なお、第２の実施の形態および第３の実施の形態のそれぞれで、パルス電圧の周波数および電圧波形を変更する例を説明したが、これらを組み合わせることもできる。例えば、制御部１６は、図１２に示す波形Ｗ２１の３つ電圧波形のそれぞれにおいて、周波数を「１０ｋＨｚ」、「２０ｋＨｚ」、および「５ｋＨｚ」と変えるようにしてもよい。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、バリア放電およびイオン導入の電圧極性を、ユーザによって設定できるようにする。また、バリア放電の周波数および電圧波形を、ユーザによって設定できるようにする。

図１４は、第４の実施の形態に係る表示装置の画面例を示した図である。図１４に示すように、質量分析装置の表示装置２６には、設定部４１〜４４と、ボタン４５とが表示される。図１４に示す画面例は、例えば、質量分析装置の電源を投入すると表示装置２６に表示される。

表示装置２６は、例えば、画面上にタッチパネルが設けられている。ユーザは、画面上のタッチパネルをタップすることによって、設定部４１〜４４の設定内容を変更することができる。また、制御部１６は、開始のボタン４５がタップされると、設定部４１〜４４に設定された設定内容で質量分析を行う。

設定部４１は、ユーザから、バリア放電の電圧極性の設定を受付ける。例えば、ユーザは、設定部４１内に表示されている「＋」または「−」の部分をタップすることにより、バリア放電の電圧極性を設定することができる。より具体的には、ユーザは、設定部４１に示している最左の「＋」部分をタップすると、「＋」および「−」が表示され、その中から、設定する電圧極性を選択することができる。なお、設定部４１の最左の「＋」は、例えば、図３の点線枠Ｄ１のバリア放電の電圧極性を設定し、その右隣の「−」は、点線枠Ｄ２のバリア放電の電圧極性を設定し、その右隣の「＋」は、点線枠Ｄ３のバリア放電の電圧極性を設定し、最右の「−」は、点線枠Ｄ４のバリア放電の電圧極性を設定する。

設定部４２は、ユーザから、イオン導入の電圧極性の設定を受付ける。例えば、ユーザは、設定部４２内に表示されている「＋」または「−」の部分をタップすることにより、イオン導入の電圧極性を設定することができる。より具体的には、ユーザは、設定部４２に示している最左の「−」部分をタップすると、「＋」および「−」が表示され、その中から、設定する電圧極性を選択することができる。なお、設定部４２の最左の「＋」は、例えば、図３の点線枠Ｄ１のイオン導入の電圧極性を設定し、その右隣の「−」は、点線枠Ｄ２のイオン導入の電圧極性を設定し、その右隣の「＋」は、点線枠Ｄ３のイオン導入の電圧極性を設定し、最右の「−」は、点線枠Ｄ４のイオン導入の電圧極性を設定する。

設定部４３は、ユーザから、バリア放電のパルス電圧の周波数を受付ける。例えば、ユーザは、設定部４３内に表示されている「１０ｋＨｚ」、「２０ｋＨｚ」、または「５ｋＨｚ」の部分をタップすることにより、バリア放電のパルス電圧の周波数を設定することができる。より具体的には、ユーザは、設定部４３に示している「１０ｋＨｚ」の部分をタップすると、「１０ｋＨｚ」、「２０ｋＨｚ」、および「５ｋＨｚ」が表示され、その中から、設定するパルス電圧の周波数を選択できる。なお、設定部４３の最左の「１０ｋＨｚ」は、図８の波形Ｗ１１，Ｗ１２の左側部分のパルス電圧の周波数を設定し、その右隣の「２０ｋＨｚ」は、波形Ｗ１１，Ｗ１２の真中部分のパルス電圧の周波数を設定し、最右の「５ｋＨｚ」は、波形Ｗ１１，Ｗ１２の右側部分のパルス電圧の周波数を設定する。

設定部４４は、ユーザから、バリア放電のパルス電圧の電圧波形を受付ける。例えば、ユーザは、設定部４４内に表示されている「単峰」、「双峰」、または「振動」の部分をタップすることにより、バリア放電のパルス電圧の電圧波形を設定することができる。より具体的には、ユーザは、設定部４４に示している「単峰」の部分をタップすると、「単峰」、「双峰」、および「振動」が表示され、その中から、設定するパルス電圧の電圧波形を選択できる。なお、設定部４４の最左の「単峰」は、図１２の波形Ｗ２１，Ｗ２２の左側部分のパルス電圧の電圧波形を設定し、その右隣の「双峰」は、波形Ｗ２１，Ｗ２２の真中部分のパルス電圧の電圧波形を設定し、最右の「振動」は、波形Ｗ２１，Ｗ２２の右側部分のパルス電圧の電圧波形を設定する。

制御部１６は、ユーザによってボタン４５がタップされると、質量分析を開始するとともに、設定部４１〜４４に設定された設定内容で、質量分析を行う。制御部１６は、例えば、ＧＵＩ１７を介して、設定部４１〜４４に入力された情報を受付ける。

このように、バリア放電およびイオン導入の電圧極性、バリア放電のパルス電圧の周波数、およびバリア放電のパルス電圧の電圧波形を切替え可能にすることにより、ユーザの使い勝手が向上する。

なお、バリア放電およびイオン導入の電圧極性の設定は、４組すべて設定しなくてもよい。例えば、質量分析する試料の対象が予め決まっている場合には、ユーザは、４通りの電圧極性ではなく、これより少ない組み合わせを設定するようにしてもよい。バリア放電の周波数および電圧波形についても同様である。

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、質量分析装置の構成は、質量分析装置の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。質量分析装置の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

また、上述したフローチャートの各処理単位は、質量分析装置の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。質量分析装置の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。

また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、本発明は、質量分析装置による質量分析方法として提供することもできる。

１：キャピラリ
２：バルブ
３：イオン化部
３ａ：誘電体容器
３ｂ：電極
４：質量分析部
４ａ：チャンバー
４ｂ：イオントラップ部
４ｃ：インキャップ電極
４ｄ：エンドキャップ電極
５：真空ポンプ
６：イオン検出部
６ａ：チャンバー
６ｂ：導入部
６ｃ：検出部
６ｃａ：ＣＤ
６ｃｂ：シンチレータ
６ｃｃ：光電子倍増管
７：圧力検出部
８，９：バリア電源
１０：切替え部
１１，１２：導入電源
１３：切替え部
１４：ＣＤ電源
１５：シンチレータ電源
１６：制御部
１７：ＧＵＩ
Ｔ１：プリアンブル期間
Ｔ２：測定期間
３１：駆動部
３２：スイッチング部
３３：高圧モジュール
Ｃ１：コンデンサ
ＶＣ１：可変容量コンデンサ

Claims (10)

1. 第１の電源と、
   前記第１の電源から供給される電圧によって試料をイオン化するイオン化部と、
   前記イオン化部によってイオン化された前記試料のイオンを捕捉するイオントラップ部と、
   イオンを検出する検出部と、
   第２の電源と、
   前記イオントラップ部により捕捉されたイオンを、前記第２の電源から供給される電圧によって前記検出部に導入する導入部と、
   第１の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記第１の期間において、前記第１の電源から前記イオン化部に供給される電圧および前記第２の電源から前記導入部に供給される電圧の極性を、正と負、負と負、正と正、負と正の４つの組み合わせで切り替える、
   ことを特徴とする質量分析装置。
3. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を入力装置から受付ける、
   ことを特徴とする質量分析装置。
4. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記第１の期間および前記第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧の周波数を変更する、
   ことを特徴とする質量分析装置。
5. 請求項４に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記イオン化部に供給される電圧の周波数を入力装置から受付ける、
   ことを特徴とする質量分析装置。
6. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記第１の期間および前記第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧の電圧波形を変更する、
   ことを特徴とする質量分析装置。
7. 請求項６に記載の質量分析装置であって、
   前記制御部は、前記イオン化部に供給される電圧の電圧波形を入力装置から受付ける、
   ことを特徴とする質量分析装置。
8. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記イオン化部は、バリア放電によって前記試料をイオン化する、
   ことを特徴とする質量分析装置。
9. 第１の電源と、
   前記第１の電源から供給される電圧によって試料をイオン化するイオン化部と、
   前記イオン化部によってイオン化された前記試料のイオンを捕捉するイオントラップ部と、
   イオンを検出する検出部と、
   第２の電源と、
   前記イオントラップ部により捕捉されたイオンを、前記第２の電源から供給される電圧によって前記検出部に導入する導入部と、
   を有する質量分析装置の質量分析方法であって、
   制御部によって、第１の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記導入部に供給される電圧の極性を制御する、
   ことを特徴とする質量分析方法。
10. 第１の電源と、
    前記第１の電源から供給される電圧によって試料をイオン化するイオン化部と、
    前記イオン化部によってイオン化された前記試料のイオンを捕捉するイオントラップ部と、
    第２の電源と、
    前記第２の電源から供給される電圧が供給され、前記イオントラップ部により捕捉されたイオンのイオン量に応じた２次電子を放出する電子放出部と、
    第１の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記電子放出部に供給される電圧の極性を切り替え、切り替えた極性におけるイオンの検出量に基づいて、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記イオン化部に供給される電圧および前記電子放出部に供給される電圧の極性を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする質量分析装置。

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