JP3618543B2 - 質量分析計における高分解能電場掃引装置 - Google Patents
質量分析計における高分解能電場掃引装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場電圧を掃引して、特定の質量のピーク強度をモニタしながら、高分解能の定量データを取得する質量分析計の技術分野に属し、特に、電場電圧の掃引を高精度に行うようにする質量分析計における高分解能電場掃引装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
質量分析計は、イオン源によって発生された試料のイオンを、磁場を固定しかつ電場を掃引してエネルギを補正するとともに、電場を固定しかつ磁場を掃引して質量数毎に分離し、そのイオンのマスピークを得ることにより、試料を分析するものである。このような質量分析計を用いて、試料を分析するにあたり種々の分析方法が行われており、この分析方法のなかに、特定の質量数の検出ピークをモニタしながら、そのピーク強度を測定し、ピーク強度の変化から混合物の濃度の定量化を行う定量測定方法がある。そして、この定量測定方法の1つとして、SIM(Selected Ion Monitor)測定法があり、図3に示すように特定の質量数を中心に分析系電源を分析系電圧波形Vで微小掃引することにより、質量数のマスピーク波形PMをサンプリングして、そのデータをメモリに格納し、以後掃引を所定回数繰り返して得られたデータを積算し、積算したデータから面積値および最大値を求める測定方法である。
【0003】
このような質量分析計においては、前述のようにある質量数のピークを捕まえるために固定し、電場を掃引してADコンバータでサンプリングしたデータをコンピュータで処理することによって、そのサンプルのピークの強度を、面積を捕らえるようにしているが、このとき、電場の掃引には、図4に示すように従来18bitのDAコンバータ(以下、DACともいう)を用いている。
【0004】
すなわち、図4に示すように従来の電場掃引装置1では、18bitリニアカウンタ2に、図示しないCPUから掃引用のカウンタクロックが所定時間入力されると、この間、18bitリニアカウンタ2はCPUからのディジタルのスタートデータラッチ信号を出力し、この信号が18bitDAC3によりアナログに変換され、更にオペアンプ4を介して電場電圧として出力される。そして、電場電圧までをある点からある点まで掃引することにより、図5に示すようにマスピークの階段状の波形が得られる。この場合、18bitDAC3は18bitであるため、+10Vで使用した場合、その分解能がDACの1ステップ(1LSB)の電圧は38μVになる。
【0005】
このように、DACに18bitのDAC3が用いられている理由は、現存するDACのなかで、18bitのDAC3が最も高性能でかつ最も高分解能であるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、質量分析においては、極微量な物質をできるだけ正確に測定することが重要であるとともに、極微量のサンプルの定量測定を正確に行うためには如何に質量分析計から出てくるピークをアクイジションユニットでできるだけ正確にかつできるだけ早く捕らえるが大事である。特に、最近では質量分析計の分解能が上がってきており、極微量サンプルの場合には、ピーク幅がかなり狭くなってきている。このため、マスピーク自体を捕らえることができなくなってしまう。また、マスピークを捕らえられたとしても、波形の階段状のがたつきが想定精度に影響してくるようになる。この階段状のがたつきを減らさないと、いくらADコンバータのサンプリングスピードを速くしても、正確な面積計算ができず、特に前述のSIM測定法では、この面積値が定量値となってしまうので、問題となる。
【0007】
そこで、磁場型質量分析計においては、高分解能条件のピーク波形をより細かく展開するため、および高分解能条件のピーク強度を正確に捕捉するために、電場を制御する設定精度を向上させる必要がある。
【0008】
しかしながら、前述のように現在使用されている18bitのDACが価格的に見合う最高分解能であることから、測定の正確性にも限度があり、18bitのDAC3を用いた測定の分解能を越える分解能の正確な測定、すなわち図5に示すマスピークの波形の階段幅を細分化することは、従来困難となっている。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、現存するDACを用いて、現存する最高分解能のDACよりも高分解能の測定を行うことができるようにする質量分析計における高分解能電場掃引装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、請求項1の発明は、イオン源によって発生された試料のイオンを、磁場を固定して電場用DAコンバータにより電場を掃引してエネルギを補正するとともに、電場を固定して磁場用DAコンバータにより磁場を掃引することにより質量数毎に分離し、そのイオンのマスピークを得ることにより、試料を分析する質量分析計において、前記電場用DAコンバータである第1のDAコンバータと、第2のDAコンバータと、この第2のDAコンバータの出力を圧縮して出力する圧縮手段と、この圧縮手段の出力を前記第1のDAコンバータの出力に加算して電場電圧として出力する加算手段とを備え、前記第1のDAコンバータの出力によるマスピークが一番最大となる電圧で前記第1のDAコンバータの出力が固定され、前記加算手段がこの固定された前記第1のDAコンバータの出力に前記圧縮手段の出力を加算して出力することを特徴としている。
【0012】
更に、請求項2の発明は、前記第1のDAコンバータが18ビットのDAコンバータであるとともに、前記第2のDAコンバータは16ビットのDAコンバータであり、更に前記圧縮手段が前記16ビットのDAコンバータの出力を1/64に圧縮する1/64のオペアンプであることを特徴としている。
【0013】
【作用】
このような構成をした本発明の質量分析計における高分解能電場掃引装置においては、電場を掃引する電場用DAコンバータである第1のDAコンバータの出力に、第2のDAコンバータの出力を圧縮手段によって圧縮した出力が加算手段により加算されたものが、電場を掃引する電場電圧として出力されるようになる。これにより、第2のDAコンバータの出力が第1のDAコンバータの出力を中心に振られることにより、その分解能の1ステップ(1LSB)の出力は圧縮手段で圧縮された出力となる。したがって、従来のように1つのDAコンバータのみを使用した場合に換算すると、この場合のDAコンバータは、実質的に第1のDAコンバータのビット数に、この第1のDAコンバータの出力が圧縮手段によって圧縮された出力になるまでのビット数を加算したビット数のDAコンバータになる。すなわち、本発明の高分解能電場掃引装置により得られるマスピークの波形は、この加算されたビット数の波形となり、より高ビット精度で細かく電場掃引がされるようになる。特に、請求項2の発明においては、18bitDAコンバータと、16bitDAコンバータと、1/64オペアンプとを用いることにより、実質的に21bitDAコンバータを用いた場合と同じことになる、すなわち21bit精度で電場掃引が行われるようになる。
【0014】
また、このように、電場が高ビット精度で細かく掃引されることにより、マスピークの波形の階段状のがたつきが少なくなり、現存のDAコンバータを用いてより正確なマスピークの分析情報が安価に得られるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明にかかる質量分析計における高分解能電場掃引装置の実施の形態の一例を示す図である。
【0016】
図1に示すように、この例の高分解能電場掃引装置1は、前述の従来と同様の、18bitリニアカウンタ2、18bitDAC3、およびオペアンプ4を備えているが、これに加えて、現存の16bitリニアカウンタ5、16bitDAC6、および1/64圧縮用オペアンプ7を備えているとともに、オペアンプ4の出力と1/64圧縮用オペアンプ7の出力とを加算する加算用オペアンプ8を備えている。そして、従来と同様に18bitDAC3によりマスピークを求めるモードと、18bitDAC3により求められたマスピークの電圧に、16bitDAC6の出力電圧を圧縮した電圧を加算する加算モードとが設定されている。
【0017】
このように構成された本例の高分解能電場掃引装置1においては、まず、18bitDAC3によるマスピークを求めるモードが設定される。そして、求められたマスピークの一番最大になる電圧のところで、18bitDAC3が固定される。次に、16bitDAC6からの出力電圧の圧縮電圧を加算する加算モードが切替、設定される。
【0018】
この状態で、16bitリニアカウンタ5に、CPUから掃引用のカウンタクロックが所定時間入力されると、この間、16bitリニアカウンタ5はCPUからのディジタルのスタートデータラッチ信号を出力し、この信号が16bitDAC6によりアナログに変換され、更に、1/64圧縮用オペアンプ7により16bitDAC6の出力が64分の1に圧縮される。その場合、16bitDAC6が±10Vで使用されるとすると、16bitDAC6の出力電圧は±10V/216=305μVになり、更に1/64圧縮用オペアンプ7により、この305μVが圧縮された出力電圧は、305(=±10V/216)/26=4.76μVになり、この4.76μVが追加されかつ圧縮された電場電圧の1LSBとなる。
【0019】
そして、加算用オペアンプ8により、18bitDAC3の固定された出力電圧に、1/64圧縮用オペアンプ7によって圧縮された16bitDAC6の出力電圧が加算されることにより、電場掃引用の電場電圧が得られるようになる。その場合、得られた電場掃引用の電場電圧は、16bitDAC6の電圧が18bitDAC3の固定値であるマスピークの最大値を中心に±10Vで振られることにより、図2に示すような波形となり、その分解能の1ステップ(1LSB)の電圧は4.76μVになる。したがって、従来のように1つのDACのみを電圧10Vで使用した場合に換算すると、実質的に21bitDACを用いた場合と同じことになる、すなわち21bit精度で電場掃引ができるようになる。
【0020】
このように、電場を21bit精度で細かく掃引することにより、マスピークの波形の階段状のがたつきが少なくなり、現存のDACを用いてより正確なマスピークの分析情報を安価に得ることができるようになる。そして、今後、ダイオキシン分析等において、装置のより高い分解能での測定が要求された場合、本発明の質量分析計における高分解能電場掃引装置は、このような要求に対してきわめて有効なものとなる。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の質量分析計における高分解能電場掃引装置によれば、第1のDAコンバータの出力に、第2のDAコンバータの出力を圧縮手段によって圧縮した出力を加算しているので、より高ビット精度で細かく電場を掃引することができ、得られるマスピークの波形の階段状のがたつきが少なくできる。特に、請求項2の発明によれば、18bitDAコンバータと、16bitDAコンバータと、1/64圧縮用オペアンプとを用いるだけで、21bit精度で電場を掃引することができるようになる。これにより、より一層高分解能の測定が可能となる。
【0022】
また、このように第1および第2のDAコンバータで電場を高ビット精度で細かく掃引できることにより、現存のDAコンバータを用いてより正確なマスピークの分析情報を安価にかつ簡単に得ることができる。
【0023】
そして、今後、ダイオキシン分析等において、装置のより高い分解能での測定が要求されるような場合、本発明の質量分析計における高分解能電場掃引装置は、このような要求に対して確実に対応することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる質量分析計における高分解能電場掃引装置の実施の形態の一例を示す制御回路図である。
【図2】図1に示す例の高分解能電場掃引装置によって得られるマスピークの波形を示す図である。
【図3】SIM(Selected Ion Monitor)測定法を説明する図である。
【図4】従来の電場掃引装置の一例を示す制御回路図である。
【図5】図4に示す従来例の電場掃引装置によって得られるマスピークの波形を示す図である。
【符号の説明】
1…電場掃引装置、2…18bitリニアカウンタ、3…18bitDAコンバータ、4…オペアンプ、5…16bitリニアカウンタ、6…16bitDAコンバータ、7…1/64圧縮用オペアンプ、8…加算用オペアンプ
Claims (2)
- イオン源によって発生された試料のイオンを、磁場を固定して電場用DAコンバータにより電場を掃引してエネルギを補正するとともに、電場を固定して磁場用DAコンバータにより磁場を掃引することにより質量数毎に分離し、そのイオンのマスピークを得ることにより、試料を分析する質量分析計において、
前記電場用DAコンバータである第1のDAコンバータと、第2のDAコンバータと、この第2のDAコンバータの出力を圧縮して出力する圧縮手段と、この圧縮手段の出力を前記第1のDAコンバータの出力に加算して電場電圧として出力する加算手段とを備え、
前記第1のDAコンバータの出力によるマスピークが一番最大となる電圧で前記第1のDAコンバータの出力が固定され、
前記加算手段はこの固定された前記第1のDAコンバータの出力に前記圧縮手段の出力を加算して出力することを特徴とする質量分析計における高分解能電場掃引装置。 - 前記第1のDAコンバータは18ビットのDAコンバータであるとともに、前記第2のDAコンバータは16ビットのDAコンバータであり、更に前記圧縮手段は前記16ビットのDAコンバータの出力を1/64に圧縮する1/64のオペアンプであることを特徴とする請求項1記載の質量分析計における高分解能電場掃引装置。
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JP08409798A JP3618543B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 質量分析計における高分解能電場掃引装置 |
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