JP4357342B2 - Mass spectrometer - Google Patents

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Description

本発明は、質量分析技術に関し、特に、試料をイオン化し、加速させて、その質量に応じた飛行時間を測定することにより、試料の質量を分析する装置において、その飛行時間解析用のデータ処理に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a mass spectrometry technique, and more particularly, to data processing for time-of-flight analysis in an apparatus for analyzing the mass of a sample by ionizing and accelerating the sample and measuring the time of flight according to the mass. It is related to effective technology.

本発明者が検討したところによれば、質量分析技術におけるTOF−MS(Time Of Flight Mass Spectrometry)は、試料をイオン化して、そのイオンを加速させ、複数のイオンの飛行時間を測定して質量分析を行うものである。このイオンの飛行時間を測定する方法には、TDC(Time to Digital Converter)方式と、ADC(Analog to Digital Converter)方式がよく知られている。両方式とも、所定の時間“0”においてイオンを加速させて、そのイオンの飛行時間を計測するものであるが、その計測方法が異なる。   According to a study by the present inventor, TOF-MS (Time Of Flight Mass Spectrometry) in mass spectrometry technology ionizes a sample, accelerates the ions, and measures the time of flight of a plurality of ions to measure the mass. Analyze. As a method for measuring the time of flight of ions, a time-to-digital converter (TDC) method and an analog-to-digital converter (ADC) method are well known. In both methods, ions are accelerated at a predetermined time “0” and the time of flight of the ions is measured, but the measurement method is different.

TDC方式は、検出した時間にイオンの有無を計測するものであり、従って、同一時間に複数のイオンが検出されても、それは1つのイオンとして計測することになる。これに対し、ADC方式は、同一時間に複数のイオンが検出された場合は、そのイオンの個数に応じて異なる信号強度の違いを電圧値として検出して、これを格納するものである。   The TDC method measures the presence or absence of ions at the detected time. Therefore, even if a plurality of ions are detected at the same time, they are measured as one ion. On the other hand, in the ADC method, when a plurality of ions are detected at the same time, a difference in signal intensity that differs depending on the number of ions is detected as a voltage value and stored.

この両方式を比較した場合に、TDC方式では、同時に到着したイオンは計測不能であるが、ADC方式は同時に到着したイオンを電圧値の違いとして計測するため、計測不能なイオンを少なくできる利点がある。しかしながら、ADC方式は、計測中のすべての電圧値を取得して格納する必要があるため、ハード量が大きくなる。それに対して、TDC方式は、イオンが検出された際にデータを格納するため、ADC方式と比較してハード規模が小さくなる利点がある。   When comparing these two methods, the TDC method cannot measure the ions that arrive at the same time, but the ADC method measures the ions that arrive at the same time as the difference in voltage value. is there. However, since the ADC method needs to acquire and store all voltage values being measured, the amount of hardware increases. On the other hand, the TDC method stores data when ions are detected, and thus has an advantage that the hardware scale is smaller than that of the ADC method.

例えば、ハード規模を小さくできるTDC方式を用いた質量分析装置については、特許文献1,2等に開示されている。これらの特許文献1,2に関連する技術として、本発明者が本発明の前提として検討した技術を図5を用いて説明する。   For example, mass spectrometers using the TDC method that can reduce the hardware scale are disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like. As a technique related to these Patent Documents 1 and 2, a technique examined by the present inventor as a premise of the present invention will be described with reference to FIG.

図5に、本発明の前提として検討した技術の質量分析装置を示す。この質量分析装置は、試料をイオン化し、TOF部に導入する導入部3、そのイオンを加速するための信号を発生するイオン打ち出し信号発生部2、打ち出されたイオンが飛行するリフレクタ型のTOF部4、到着したイオンを検出する検出部41、およびその信号を増幅する増幅器5からなる質量分析部と、TDC部9と、測定制御CPU8から構成される。   FIG. 5 shows a mass spectrometer of the technique studied as a premise of the present invention. This mass spectrometer includes an introduction unit 3 that ionizes a sample and introduces the sample into a TOF unit, an ion launch signal generation unit 2 that generates a signal for accelerating the ions, and a reflector-type TOF unit in which the ejected ions fly. 4. A mass analysis unit including a detection unit 41 that detects ions that have arrived, an amplifier 5 that amplifies the signal, a TDC unit 9, and a measurement control CPU 8.

TDC部9は、増幅器5からの信号を所定の電圧値(Vref)と比較してデジタル値を出力する比較器91、シリパラ(シリアル−パラレル)変換器92、クロック発振源94、分周器95、カウンタ96、OR回路93、FIFO97から構成される。シリパラ変換器92では、クロック発振源94から出力したクロックにより、イオンを検出した信号をサンプリングすると同時に、シリアル−パラレル変換を行う。これと同時に、イオン打ち出し信号発生部2よりCounter START信号を受けたカウンタ96は、計数を開始するが、このカウンタ出力データがイオンの飛行時間を示す時間コードとなり、また、シリパラ変換器92の出力データは、カウンタ出力の時間コードに対応するデータとなる。FIFO97は、時間コードデータとシリパラ変換器92の出力データを格納することになるが、この書込みは、シリパラ変換器92の全出力データ間で論理和をとり、“High”の場合に行う。また、FIFO97に格納したデータは、1回のイオン打ち出しが終了し、全データが格納された後に測定制御CPU8より読み出すこととなる。   The TDC unit 9 compares a signal from the amplifier 5 with a predetermined voltage value (Vref) and outputs a digital value, a serial-parallel (serial-parallel) converter 92, a clock oscillation source 94, and a frequency divider 95. , A counter 96, an OR circuit 93, and a FIFO 97. The serial-parallel converter 92 samples the signal from which ions are detected by the clock output from the clock oscillation source 94 and simultaneously performs serial-parallel conversion. At the same time, the counter 96 that has received the Counter START signal from the ion launch signal generator 2 starts counting, but this counter output data becomes a time code indicating the flight time of ions, and the output of the serial-para converter 92 The data is data corresponding to the time code of the counter output. The FIFO 97 stores the time code data and the output data of the serial-to-parallel converter 92. This writing is performed when all the output data of the serial-to-parallel converter 92 is logically "High". The data stored in the FIFO 97 is read out from the measurement control CPU 8 after one ion implantation is completed and all data is stored.

上述したようなTDC方式では、イオンの検出信号をデジタル信号(HighとLow)として処理するため、前述したように、同時(ハードウエアが識別不可能)に検出されたイオンはカウントできないため、イオン検出効率が低下する原理的な短所がある。これを補うために、n回のイオン打ち出しによる測定を行い、そのn回のデータ積算結果をヒストグラム処理を行う。従って、n回の測定データ毎に、測定制御CPUへデータを転送することとなる。   In the TDC system as described above, since the detection signal of ions is processed as a digital signal (High and Low), as described above, ions detected at the same time (hardware cannot be identified) cannot be counted. There is a principle disadvantage that detection efficiency is lowered. In order to compensate for this, measurement is performed by n ion implantations, and the n times of data integration results are subjected to histogram processing. Accordingly, data is transferred to the measurement control CPU every n measurement data.

また、上述した質量分析装置のTOF部においては、イオン検出部を複数持つことで、検出感度を向上させることが可能となる。例えば、TDC方式を用いた技術では、複数の検出部から出力されるイオン検出信号のデータ格納は、前記図5に示したTDC部を単にイオン検出信号と同数だけ並列に持つことで実現するのが容易な方法である。これは、TDC部を単に複数並列に持つものなので、データ格納後にCPU制御回路により、複数出力される格納データを並列もしくは、時分割または並列処理を行う必要がある。   Moreover, in the TOF part of the mass spectrometer described above, the detection sensitivity can be improved by having a plurality of ion detection parts. For example, in the technology using the TDC method, data storage of ion detection signals output from a plurality of detection units is realized by simply having the same number of TDC units as shown in FIG. 5 in parallel with the ion detection signals. Is an easy way. This is simply having a plurality of TDC units in parallel, and therefore it is necessary to perform parallel, time-division or parallel processing on a plurality of stored data by the CPU control circuit after data storage.

例えば、複数の検出部から出力されるイオン検出信号を処理する技術については、特許文献3等に開示されている。この特許文献3に関連する技術として、本発明者が本発明の前提として検討した技術を図8を用いて説明する。   For example, a technique for processing ion detection signals output from a plurality of detection units is disclosed in Patent Document 3 and the like. As a technique related to this Patent Document 3, a technique examined by the present inventor as a premise of the present invention will be described with reference to FIG.

図8に、本発明の前提として検討した技術であり、複数の検出部から出力されるイオン検出信号を前記図5で示したTDC部を単に並列で持つものではない場合の例を示す。ここでは、特に2チャンネル時のTDC部901を例に示している。CH1,2は、入力される2つのイオン検出信号の入力端であり、比較器91−1,91−2を介してシリパラ変換器92−1,92−2でサンプルされたデータを加算器98において加算演算を行い、この際、同時にクロック発振源941から分周回路951を介してカウンタ961より時間コードも同時に出力されており、これら2つのデータを次々にFIFO971に格納する。そのデータ格納は、全てのサンプルデータをFIFO971に一旦格納し、その後、全てのデータを測定制御CPU8によって読み出すものである。
特開2002−260577号公報 特開2002−245963号公報 特表2001−504265号公報
FIG. 8 shows an example of a technique studied as a premise of the present invention, in which the ion detection signals output from a plurality of detection units do not simply have the TDC units shown in FIG. 5 in parallel. Here, the TDC unit 901 particularly in the case of two channels is shown as an example. CH1 and CH2 are input terminals of two input ion detection signals, and the data sampled by the serial-parallel converters 92-1 and 92-2 via the comparators 91-1 and 91-2 are added to the adder 98. At this time, a time code is simultaneously output from the counter 961 from the clock oscillation source 941 via the frequency dividing circuit 951, and these two data are stored in the FIFO 971 one after another. In the data storage, all sample data is temporarily stored in the FIFO 971, and then all data is read out by the measurement control CPU 8.
JP 2002-260577 A JP 2002-245963 A Special table 2001-504265 gazette

ところで、前述した本発明の前提として検討したTDC方式の技術では、以下のような問題点が考えられる。   By the way, the following problems can be considered in the technique of the TDC system examined as the premise of the present invention described above.

このTDC方式における技術では、時間0となる信号の非同期測定による誤差、または、非同期測定による誤差を小さくするための非同期吸収手段での誤差が発生する。例えば、前述した図5の質量分析装置において、図6(カウンタ96の動作:クロック94a、Counter START信号2a、カウンタ動作開始信号96a)は、非同期クロックで同期をしたときに発生する誤差を示しており、クロックの周期に相当する誤差が発生する。また、この誤差を小さくするために、クロック周期以下の時間差(terr)を格納する回路等を持つ必要があり、この場合は回路規模が大きくなるという1つ目の問題がある。   In the technique in the TDC system, an error due to asynchronous measurement of a signal at time 0 or an error in an asynchronous absorption means for reducing the error due to asynchronous measurement occurs. For example, in the mass spectrometer of FIG. 5 described above, FIG. 6 (operation of the counter 96: clock 94a, counter START signal 2a, counter operation start signal 96a) shows an error that occurs when synchronizing with an asynchronous clock. Therefore, an error corresponding to the clock cycle occurs. In order to reduce this error, it is necessary to have a circuit or the like that stores a time difference (ter) equal to or less than the clock period. In this case, there is a first problem that the circuit scale increases.

また、TDC方式では、前述でも説明したが、イオンがある程度の範囲で同時に到着した場合は、イオン検出が不可能な時間帯がある。例えば、図7(シリパラ変換器92の動作:クロック94a、比較器出力信号91a、サンプリングデータ92a)にその例を示す。例1(3)のように、イオン検出信号のパルス幅がサンプリングするクロック周期よりも小さい場合と、例2(2)のように、連続するイオンの時間間隔がクロック周期よりも短い場合であり、それぞれにおいてデータ格納漏れを発生する。これが2つ目の問題である。   In the TDC method, as described above, when ions arrive simultaneously within a certain range, there is a time zone in which ion detection is impossible. For example, FIG. 7 (operation of serial-parallel converter 92: clock 94a, comparator output signal 91a, sampling data 92a) shows an example. The case where the pulse width of the ion detection signal is smaller than the sampling clock period as in Example 1 (3) and the case where the time interval between successive ions is shorter than the clock period as in Example 2 (2). In each case, a data storage leak occurs. This is the second problem.

さらに、TDC方式の特徴である積算演算に3つ目の問題がある。すなわち、TDC方式では、上述したようにイオン打ち出しを複数回行って測定を行い、そのヒストグラム処理の結果から得られるスペクトルを解析する。例えば、図6に示す例において、1回のイオン打ち出しで測定されたデータを一旦FIFOに蓄えて、その後、1回のイオン打ち出しが終了する毎に測定制御CPUへ蓄えたデータの転送を行っている。このため、TDC部から測定制御CPUへの転送速度より早い速度でイオンの検出がなされた場合は、質量解析部の動作が休止状態になり、測定時間が長くなるという3つ目の問題がある。   Furthermore, there is a third problem in the integration calculation that is a feature of the TDC system. That is, in the TDC method, as described above, ion implantation is performed a plurality of times to perform measurement, and a spectrum obtained from the result of the histogram processing is analyzed. For example, in the example shown in FIG. 6, the data measured by one ion implantation is temporarily stored in the FIFO, and then the stored data is transferred to the measurement control CPU every time one ion implantation is completed. Yes. For this reason, when ions are detected at a speed higher than the transfer speed from the TDC unit to the measurement control CPU, there is a third problem that the operation of the mass analysis unit becomes inactive and the measurement time becomes long. .

そこで、本発明は、上述した3つの問題を解決するものであり、その目的は、TDC方式のデータ処理において、測定休止時間を最小限にし、更に、測定精度及びイオン検出分解能を向上することができる質量分析装置を提供することにある。   Therefore, the present invention solves the above-described three problems, and its object is to minimize the measurement pause time and further improve the measurement accuracy and ion detection resolution in TDC data processing. An object of the present invention is to provide a mass spectrometer that can be used.

また、前述した、複数のイオン検出信号を同時に処理する技術においては、前記図5に示したTDC部を単純に複数台設けて並列処理するために、複数のFIFOに格納されたデータをCPUへ時分割または並列処理をして転送する必要があり、転送処理時間および回路規模が大きくなるという問題がある。   Further, in the above-described technology for processing a plurality of ion detection signals at the same time, the data stored in the plurality of FIFOs is transferred to the CPU in order to simply perform the parallel processing by providing a plurality of TDC units shown in FIG. There is a problem that it is necessary to perform transfer by time division or parallel processing, which increases the transfer processing time and the circuit scale.

また、前記図8で示した技術においては、加算器98において加算処理を行った後のデータの全てをFIFO971に格納するため、イオンの有無に関わらずにサンプル時間中の全てのデータを格納し、測定制御CPU8へ転送可能なFIFO971が必要となり、回路規模が大きくなるという問題が生じる。   In the technique shown in FIG. 8, all data after the addition processing in the adder 98 is stored in the FIFO 971. Therefore, all data during the sample time is stored regardless of the presence or absence of ions. The FIFO 971 that can be transferred to the measurement control CPU 8 is required, which causes a problem that the circuit scale increases.

さらに、前述したTDC部から測定制御CPUへの転送速度より早い速度でイオンの検出がなされた場合、質量解析部の動作が休止状態になり、測定時間が長くなるという問題は、TDC部が1台しか使用しない場合よりもより顕著に生じる。   Further, when ions are detected at a speed higher than the transfer speed from the TDC unit to the measurement control CPU, the problem that the operation of the mass analysis unit is in a dormant state and the measurement time becomes long is 1 for the TDC unit. This is more noticeable than when only the base is used.

そこで、本発明の別の目的は、複数のイオン検出信号を同時に処理するTDC方式のデータ処理においても、少ない回路規模で、測定休止時間を最小限にすることができる質量分析装置を提供することにある。   Therefore, another object of the present invention is to provide a mass spectrometer capable of minimizing measurement pause time with a small circuit scale even in TDC data processing for simultaneously processing a plurality of ion detection signals. It is in.

本発明における上記問題点の解決手段として、まず、1つ目の問題は、TDC部より、イオン打ち出しのためのタイミング信号を発生することにより解決する。本発明の前提として検討した技術では、TDC部の計測スタート信号として受け取っていた信号を、本発明ではTDC部より発生することで、原理的にスタート信号の誤差をなくすものである。すなわち、イオン打ち出し信号のタイミングを発生する手段を設けることによって可能となる。   As a means for solving the above problems in the present invention, the first problem is solved by generating a timing signal for ion implantation from the TDC section. In the technology studied as the premise of the present invention, the signal received as the measurement start signal of the TDC unit is generated from the TDC unit in the present invention, and thus the error of the start signal is eliminated in principle. That is, it is possible to provide means for generating the timing of the ion launch signal.

次に、2つ目の問題は、イオン検出信号の立ち上がりエッジのみで動作するパルス検出用のトグルFFを設けることにより、本発明の前提として検討した技術の2倍の感度を実現するものである。すなわち、変化点で検出したイオン検出信号のサンプリングを行う手段を設けることによって可能となる。   Next, the second problem is that by providing a pulse detection toggle FF that operates only at the rising edge of the ion detection signal, the sensitivity twice as high as that of the technique studied as the premise of the present invention is realized. . That is, it becomes possible by providing means for sampling the ion detection signal detected at the change point.

次に、3つ目の問題は、取り込んだイオン検出用のデータを直接時間変換する回路を設け、さらに変換した時間データに対応するヒストグラム処理用のメモリを設けて、測定休止時間が発生しないようにすることで解決するものである。すなわち、高速クロックでサンプリングしたデータを格納するFIFOから読み出したデータを時間データに変換し、その時間データに変換したデータをアドレスとしてデータを積算演算する手段を設けることによって可能となる。   Next, the third problem is that a circuit for directly time-converting the acquired ion detection data is provided, and a memory for histogram processing corresponding to the converted time data is further provided so that the measurement pause time does not occur. To solve this problem. In other words, it is possible to provide means for converting data read from the FIFO storing data sampled with the high-speed clock into time data and integrating the data using the data converted into the time data as an address.

具体的に、本発明は、試料をイオン化して加速・飛行させ、この飛行したイオンを検出した検出信号をデジタル信号として変換後、このデジタル信号をサンプリングしてデータを格納する手段を持つ質量分析装置に適用され、イオンを加速させるタイミングを決定するカウンタと、検出信号の立上りまたは立下りの変化に応じて出力値を変化させる変化点検出器と、変化点検出器の出力をサンプリングした後に変化点情報から信号の有無情報に変換するデータ変換器と、データ変換器の出力を格納するFIFOと、FIFOからのデータを読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器と、時間変換器で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリとを任意の組み合わせで備えるものである。   Specifically, in the present invention, the sample is ionized and accelerated / flighted, and after the detection signal obtained by detecting the flying ions is converted into a digital signal, the digital signal is sampled and stored in the mass analysis unit. Applied to the device, a counter that determines the timing for accelerating ions, a change point detector that changes the output value according to the rise or fall of the detection signal, and a change after sampling the output of the change point detector A data converter that converts point information into signal presence / absence information, a FIFO that stores the output of the data converter, a time converter that reads data from the FIFO and converts it to the flight time of ions, and a time converter Histogram processing corresponding to the set time data is performed, and a memory for storing the processing data using this time data as an address is arbitrarily combined. It is as it has in the suit.

また、上記複数のイオン検出信号を同時に処理するTDC方式のデータ処理における問題点の解決手段として、本発明では、複数の検出手段から出力されるイオン検出信号を複数のサンプリング手段を用いてデジタル化したデータを取り込んだ後、これら複数の検出手段から出力されるデータを全て加算処理し、さらにその加算処理されたデータの内、イオン信号が検出されなかったデータを除く手段を設けることによって可能となる。   Further, as a means for solving the problems in the TDC type data processing that processes the plurality of ion detection signals at the same time, the present invention digitizes the ion detection signals output from the plurality of detection means by using a plurality of sampling means. This is possible by adding all the data output from the plurality of detection means after taking in the data, and further providing means for excluding data in which the ion signal was not detected from the added data. Become.

具体的に、本発明は、試料をイオン化して加速・飛行させ、この飛行したイオンを複数の検出手段により検出し、これら複数の検出手段からの検出信号をデジタル信号として変換後、このデジタル信号をサンプリングしてデータを格納する手段を持つ質量分析装置に適用され、イオンを加速させるタイミングを決定するカウンタと、複数の検出手段から出力される各検出信号の立上りまたは立下りの変化に応じて出力値を変化させる複数の変化点検出器と、複数の変化点検出器の各出力をサンプリングした後に変化点情報から信号の有無情報に変換する複数のデータ変換器と、複数のデータ変換器からの出力を演算処理するための演算器と、演算器の出力を格納するFIFOと、FIFOからのデータを読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器と、時間変換器で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリとを任意の組み合わせで備えるものである。   Specifically, in the present invention, the sample is ionized and accelerated / flighted, the flying ions are detected by a plurality of detection means, and detection signals from the plurality of detection means are converted into digital signals, and then the digital signals are converted. Applied to a mass spectrometer having means for sampling and storing data, and a counter for determining the timing for accelerating ions, and a change in rising or falling of each detection signal output from a plurality of detection means From multiple change point detectors that change the output value, multiple data converters that convert each change point information into signal presence / absence information after sampling each output of the multiple change point detectors, and multiple data converters An arithmetic unit for processing the output of the first, a FIFO for storing the output of the arithmetic unit, and data from the FIFO are read and converted to ion flight time And time converter performs histogram processing corresponding to the converted time data in time converter, and a memory for storing the processed data to the time data as an address are those provided in any combination.

本発明によれば、本発明の前提として検討した技術によるTDC方式のデータ処理と比較して、計測誤差、計測時のデータ漏れを小さくでき、かつヒストグラム処理をハード的に行うことで質量分析部の休止時間を容易に小さくすることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce measurement errors and data leakage at the time of measurement as compared with the data processing of the TDC method based on the technique studied as the premise of the present invention, and to perform the histogram processing in hardware, thereby performing the mass analysis unit. The downtime can be easily reduced.

また、本発明によれば、複数のイオン検出手段を設けたTDC方式のデータ処理においても、少ない回路規模で、かつ全チャネル共通のヒストグラム処理機能をハード的に行うことで質量分析部の休止時間を容易に短縮することができる。   In addition, according to the present invention, even in TDC type data processing provided with a plurality of ion detection means, the pause time of the mass analysis unit can be achieved by performing the histogram processing function common to all channels with a small circuit scale. Can be easily shortened.

この結果、TDC方式での測定休止時間を最小限にし、更に、測定精度及びイオン検出分解能を向上することができる質量分析装置を提供することが可能となる。   As a result, it is possible to provide a mass spectrometer capable of minimizing measurement pause time in the TDC system and further improving measurement accuracy and ion detection resolution.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
まず、図1により、本発明の実施の形態1による質量分析装置の構成の一例を説明する。図1は、本実施の形態による質量分析装置の構成例を示す。
(Embodiment 1)
First, an example of the configuration of a mass spectrometer according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a configuration example of a mass spectrometer according to this embodiment.

本実施の形態による質量分析装置は、試料をイオン化して加速・飛行させ、この飛行したイオンを検出した検出信号をデジタル信号として変換後、このデジタル信号をサンプリングしてデータを格納するTDC方式のデータ処理技術を用いたものであり、試料をイオン化し、TOF部4に導入する導入部3、そのイオンを加速するための信号2aを発生するイオン打ち出し信号発生部2、打ち出されたイオンが飛行するリフレクタ型のTOF部4、到着したイオンを検出する検出部41、およびその信号4aを増幅する増幅器5からなる質量分析部と、この質量分析部につながるTDC部6と、このTDC部6につながる制御CPU1から構成される。   The mass spectrometer according to the present embodiment uses a TDC method in which a sample is ionized to accelerate and fly, a detection signal obtained by detecting the flying ions is converted into a digital signal, the digital signal is sampled, and data is stored. Data processing technology is used, the sample is ionized and introduced into the TOF unit 4, the ion launching signal generating unit 2 that generates a signal 2 a for accelerating the ions, and the ejected ions fly. A reflector type TOF unit 4, a detection unit 41 for detecting arriving ions, an amplifier 5 for amplifying the signal 4 a, a TDC unit 6 connected to the mass analysis unit, and a TDC unit 6 It consists of connected control CPU1.

TDC部6は、増幅器5からの信号5aを所定の電圧値(Vref)と比較してデジタル値を出力する比較器61、検出信号の立上りまたは立下りの変化に応じて出力値を変化させる変化点検出器62、シリパラ変換器63、クロック発振源64、分周器65、イオンを加速させるタイミングを決定するカウンタ67、変化点検出器62の出力をシリパラ変換器63を介してサンプリングした後に変化点情報から信号の有無情報に変換するデータ変換器66、データ変換器66の出力を格納するFIFO68、FIFO68からのデータを読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器70、時間変換器70で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリ71から構成される。   The TDC unit 6 compares the signal 5a from the amplifier 5 with a predetermined voltage value (Vref) and outputs a digital value, and a change that changes the output value in response to a rising or falling change of the detection signal. Change after the point detector 62, the serial converter 63, the clock oscillation source 64, the frequency divider 65, the counter 67 that determines the timing for accelerating ions, and the output of the change point detector 62 are sampled via the serial converter 63. A data converter 66 that converts point information into signal presence / absence information, a FIFO 68 that stores the output of the data converter 66, a time converter 70 that reads out data from the FIFO 68 and converts the data to the flight time of ions, and a time converter 70 A memory 71 that performs histogram processing corresponding to the converted time data and stores the processed data using the time data as an address. Constructed.

このTDC部6において、カウンタ67は、制御CPU1からの測定開始信号1aを受けて、イオン打ち出し信号を発生するためのSTART信号67bを発生する。このSTART信号67bがイオンの飛行時間を計測するための時間“0”に相当する。また、変化点検出器62は、比較器61の出力信号61aの立ち上りタイミングで出力をトグルさせるものであり、シリパラ変換器63は、この変化点検出器62の出力信号62aをクロック発振源64から出力されるクロック64aでサンプリングし、さらにシリパラ変換して出力信号63aとして出力する。   In the TDC unit 6, the counter 67 receives the measurement start signal 1a from the control CPU 1 and generates a START signal 67b for generating an ion launch signal. This START signal 67b corresponds to time “0” for measuring the flight time of ions. The change point detector 62 toggles the output at the rising timing of the output signal 61a of the comparator 61. The serial-parallel converter 63 receives the output signal 62a of the change point detector 62 from the clock oscillation source 64. Sampling is performed with the output clock 64a, and further subjected to serial-parallel conversion to be output as an output signal 63a.

次に、データ変換器66では、変化点検出器62の出力をパルスの立ち上りを検出したクロックの周期だけに“High”の情報があったものとするデータ変換(検出データ)を行い、またこれと同時にカウンタ67でイオンの飛行時間を示す時間コードが出力されており、OR回路69では、これら全データ66aの論理和をとり、“High”が出力されたときにFIFO68に書き込むためのWRITE信号69aを発生する。   Next, the data converter 66 performs data conversion (detection data) on the assumption that the “High” information exists only in the clock cycle in which the rising edge of the pulse is detected. At the same time, a time code indicating the ion flight time is output from the counter 67, and the OR circuit 69 takes the logical sum of all the data 66a and writes the write signal to the FIFO 68 when "High" is output. 69a is generated.

FIFO68に書き込まれたデータは、時間変換器70により読み出しを行うが、その際、読み出し直後に時間コードと検出データとから、クロック周期単位のイオンを検出した時間データを生成する。メモリ71では、その生成した時間データをメモリのアドレス信号としてイオン検出の情報を書き込む。従って、n回の測定を行う場合は、2回目以降は、1回前までの積算された結果を読み出して、そのデータに対してイオンの検出情報を加算して再度書き込むことになる。   The data written in the FIFO 68 is read by the time converter 70. At this time, time data in which ions in units of clock periods are detected is generated from the time code and the detection data immediately after the reading. In the memory 71, ion detection information is written using the generated time data as an address signal of the memory. Therefore, when n measurements are performed, from the second time onward, the integrated results up to the previous time are read, and the ion detection information is added to the data and written again.

このTDC部6おいて、シリパラ変換後のデータ処理は、分周器65によりクロック64aを分周した分周クロック65aで動作するものであり、分周数とシリパラ変換時のパラレル化数は一致する。   In the TDC unit 6, data processing after serial-parallel conversion is performed by the frequency-divided clock 65a obtained by frequency-dividing the clock 64a by the frequency divider 65, and the frequency-divided number and the parallelized number at the time of serial-parallel conversion are the same. To do.

次に、図2により、変化点検出器62、シリパラ変換器63、データ変換器66の動作原理ついて説明する。図2は、変化点検出器62、シリパラ変換器63、データ変換器66の動作例を示す。   Next, the operation principle of the change point detector 62, the serial-parallel converter 63, and the data converter 66 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an operation example of the change point detector 62, the serial-parallel converter 63, and the data converter 66.

図2に示すように、比較器からの出力信号61a((1),(2),(3))が変化点検出器62に入力された場合、この変化点検出器62から出力される変換点データ62aもその立上りのタイミングで変化する。そして、この変換点データ62aがシリパラ変換器63に入力され、このシリパラ変換器63から出力されるサンプリングデータ63aは、その変換点データ62aをクロック64aでサンプリングした結果であり、データ変換器66では、更にサンプリングデータ63aが変化したサイクルだけを検出して“High”を生成する。   As shown in FIG. 2, when the output signal 61a ((1), (2), (3)) from the comparator is input to the change point detector 62, the conversion output from the change point detector 62. The point data 62a also changes at the rising timing. The conversion point data 62a is input to the serial-parallel converter 63, and the sampling data 63a output from the serial-parallel converter 63 is a result of sampling the conversion point data 62a with the clock 64a. Further, only the cycle in which the sampling data 63a has changed is detected to generate “High”.

次に、図3により、FIFO68、時間変換器70、メモリ71の動作原理について説明する。図3は、FIFO68、時間変換器70、メモリ71の動作例を示す。   Next, operation principles of the FIFO 68, the time converter 70, and the memory 71 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an operation example of the FIFO 68, the time converter 70, and the memory 71.

図3では、FIFO68に取り込んだデータを時間変換器70を介してメモリ71に格納するまでの処理例において、FIFO68の格納内容と、時間変換器70での変換前(時間コード、データ変換器出力データ)および変換後(イオンがサンプリングされた時間情報)のデータを示している。   In FIG. 3, in the processing example until the data fetched into the FIFO 68 is stored in the memory 71 via the time converter 70, the contents stored in the FIFO 68 and the data before the conversion by the time converter 70 (time code, data converter output) Data) and data after conversion (time information when ions are sampled) are shown.

図3に示すように、FIFO68に、カウンタ67からの時間コード67aと、データ変換器66からのサンプリングデータ66aが入力された場合、○印のサイクルのデータをFIFO68に書き込む。そして、時間変換器70は、FIFO68から読み出されたデータ68a(時間コード、サンプリングデータ)をクロック発振源64の発生周期時間である分解能単位で時間データ70bに変換する。   As shown in FIG. 3, when the time code 67 a from the counter 67 and the sampling data 66 a from the data converter 66 are input to the FIFO 68, the data of the cycle marked with ○ is written into the FIFO 68. Then, the time converter 70 converts the data 68a (time code, sampling data) read from the FIFO 68 into time data 70b in units of resolution, which is the generation cycle time of the clock oscillation source 64.

図3の例では、クロックの1周期を1ns、シリパラ変換後のデータは4bitデータであり、図中左のデータが時間的に古いサンプリングデータである。従って、時間コード“0”、シリパラ変換後データ“0101”は、1nsと3nsにイオンが検出されたことになる。また、時間コード“1”、シリパラデータ“0001”は、7nsにイオンが検出されたことになり、以下、同様に、19ns、26ns、・・・と変換を行う。この変換後の時間データ70bをアドレス信号として検出情報をメモリ71に書き込む。   In the example of FIG. 3, one cycle of the clock is 1 ns, the data after serial-parallel conversion is 4-bit data, and the data on the left in the figure is sampling data that is temporally older. Therefore, in the time code “0” and the serial-transformed data “0101”, ions are detected at 1 ns and 3 ns. Also, the time code “1” and serial data “0001” indicate that ions were detected at 7 ns, and thereafter, conversion is performed similarly to 19 ns, 26 ns,. Detection information is written in the memory 71 using the converted time data 70b as an address signal.

次に、図4により、メモリ71へのイオン検出時のデータ格納について説明する。図4は、メモリ71へのイオン検出時のデータ格納例を示す。   Next, data storage at the time of ion detection in the memory 71 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of data storage when ions are detected in the memory 71.

図4では、イオン打ち出しを256回行い、更に、前記図3で説明した時間データが256回格納された場合を例にしており、図中に示すようにアドレスの1、3、7、19、26にデータが格納されたものである。アドレスの0番地は飛行時間の0ns、アドレスの1番地は1ns、アドレスの2番地は2ns、・・・に対応するものである。   FIG. 4 shows an example in which ion implantation is performed 256 times and the time data described in FIG. 3 is stored 256 times. As shown in the figure, addresses 1, 3, 7, 19, 26 stores data. Address 0 corresponds to 0 ns of flight time, address 1 corresponds to 1 ns, address 2 corresponds to 2 ns, and so on.

以上、説明したように、本実施の形態によれば、イオン打ち出し用のタイミング信号をカウンタ67から出力することで、測定開始時の誤差を原理的になくすことができる。更に、変化点検出器62とデータ変換器66を用いることで、本発明の前提として検討した技術ではイオンの検出が困難であった信号でも容易に検出できるようになる。更に、時間変換器70とメモリ71を用いて制御CPU1の介在なしに複数回測定の積算処理が可能になるので、データ転送処理による測定休止はなく、更にメモリ71から読み出す際にヒストグラム処理がなされているので、データ処理の高効率化も可能となる。   As described above, according to the present embodiment, by outputting a timing signal for ion implantation from the counter 67, an error at the start of measurement can be eliminated in principle. Further, by using the change point detector 62 and the data converter 66, even a signal that is difficult to detect ions can be easily detected by the technique studied as the premise of the present invention. Furthermore, since the integration processing of the measurement can be performed a plurality of times without using the control CPU 1 by using the time converter 70 and the memory 71, there is no measurement pause due to the data transfer processing, and the histogram processing is performed when reading from the memory 71. Therefore, it is possible to increase the efficiency of data processing.

(実施の形態2)
まず、図9により、本発明の実施の形態2による質量分析装置の構成の一例を説明する。図9は、本実施の形態による質量分析装置の構成例を示す。
(Embodiment 2)
First, an example of the configuration of a mass spectrometer according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a configuration example of the mass spectrometer according to the present embodiment.

本実施の形態による質量分析装置は、試料をイオン化して加速・飛行させ、この飛行したイオンを複数の検出手段により検出し、これら複数の検出手段からの検出信号をデジタル信号として変換後、このデジタル信号をサンプリングしてデータを格納するTDC方式のデータ処理技術を用いた例であり、前記実施の形態1の図1と同じ機能を有するものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。   The mass spectrometer according to the present embodiment ionizes a sample, accelerates and flies, detects the flying ions by a plurality of detection means, converts detection signals from the plurality of detection means as digital signals, In this example, a digital signal is sampled and data is stored in a TDC system. Components having the same functions as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. To do.

すなわち、本実施の形態においては、質量分析部を構成する検出部41−1,41−2および増幅器5−1,5−2が複数(図では2つ)あり、これに伴って、TDC部601は、各増幅器5−1,5−2から出力されたイオン検出信号を所定の電圧値(Vref)と比較してデジタル化データを出力する比較器61―1,61−2、各検出信号の立上りまたは立下りの変化に応じて出力値を変化させる変化点検出器62−1,62−2、シリパラ変換器63−1,63−2、各変化点検出器62−1,62−2の出力を各シリパラ変換器63−1,63−2を介してサンプリングした後に変化点情報から信号の有無情報に変換するデータ変換器66−1,66−2、データ変換器66−1,66−2からの出力を加算演算する加算器(演算器)72、OR回路691、加算器72の出力を格納するFIFO681、FIFO681からのデータを読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器701、時間変換器701で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリ711などから構成される。   That is, in the present embodiment, there are a plurality (two in the figure) of detection units 41-1 and 41-2 and amplifiers 5-1 and 5-2 constituting the mass analysis unit, and accordingly, the TDC unit. Reference numeral 601 denotes comparators 61-1 and 61-2 that compare the ion detection signals output from the amplifiers 5-1 and 5-2 with a predetermined voltage value (Vref) and output digitized data. Change point detectors 62-1 and 62-2, serial-parallel converters 63-1 and 63-2, and change point detectors 62-1 and 62-2 that change output values in accordance with changes in the rise or fall of Are sampled through the serial-parallel converters 63-1, 63-2, and then converted from change point information to signal presence / absence information, data converters 66-1, 66-2, data converters 66-1, 66 -2 adder (calculation) ) 72, OR circuit 691, FIFO 681 storing the output of adder 72, time converter 701 for reading out data from FIFO 681 and converting it to the flight time of ions, and histogram processing corresponding to the time data converted by time converter 701 And a memory 711 for storing processing data using the time data as an address.

次に、図10により、加算器72、FIFO681、時間変換器701、メモリ711の動作原理について説明する。図10は、加算器72、FIFO681、時間変換器701、メモリ711の動作例を示す。   Next, operation principles of the adder 72, the FIFO 681, the time converter 701, and the memory 711 will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows an operation example of the adder 72, the FIFO 681, the time converter 701, and the memory 711.

図10では、FIFO681に取り込んだデータを時間変換器701を介してメモリ711に格納するまでの処理例において、FIFO681の格納内容と、時間変換器701での変換前(時間コード、データ変換器出力データ)および変換後(イオンがサンプリングされた時間情報)のデータを示している。   In FIG. 10, in the processing example until the data fetched into the FIFO 681 is stored in the memory 711 via the time converter 701, the contents stored in the FIFO 681 and the data before the conversion by the time converter 701 (time code, data converter output) Data) and data after conversion (time information when ions are sampled) are shown.

図10に示すように、FIFO681に、カウンタ67からの時間コード67aと、データ変換器66−1,66−2からのサンプリングデータ66―1a,66−2aが入力された場合、○印のサイクルのデータをFIFO681に書き込む。そして、時間変換器701は、FIFO681から読み出されたデータ681―1a,681−2a(時間コード、サンプリング(加算)データ)をクロック発振源64の発生周期時間である分解能単位で時間データ701bに変換する。   As shown in FIG. 10, when the time code 67a from the counter 67 and the sampling data 66-1a and 66-2a from the data converters 66-1 and 66-2 are input to the FIFO 681, a cycle indicated by a circle Are written in the FIFO 681. Then, the time converter 701 converts the data 681-1a and 681-2a (time code, sampling (addition) data) read from the FIFO 681 into time data 701b in units of resolution that is the generation period time of the clock oscillation source 64. Convert.

図10の例では、クロックの1周期を1ns、シリパラ変換後のデータは4bitデータであり、図中左のデータが時間的に古いサンプリングデータ66−1a,66−2aである。また、加算データ72aは、加算器72においてサンプリングデータ66−1a,66−2aをクロックの1周期単位に加算した結果を示している。サンプリングデータ66−1aは前記実施の形態1の図3と同じデータであり、またサンプリングデータ66−2aは、時間コード67aの“1”の時だけにシリパラデータ“0001”となっており、そのほかは全て“0”である。従って、加算データにおいては、時間コード“1”の際にサンプリングデータ66−1a,66−2a間の加算演算が行われ、“0002”が出力される。そのほかの加算データ72aはサンプリングデータ66−1aと同じである。   In the example of FIG. 10, one cycle of the clock is 1 ns, the data after serial-parallel conversion is 4-bit data, and the left data in the figure is the sampling data 66-1 a and 66-2 a that are older in time. Further, the addition data 72a indicates a result obtained by adding the sampling data 66-1a and 66-2a in the adder 72 in units of one clock cycle. The sampling data 66-1a is the same data as in FIG. 3 of the first embodiment, and the sampling data 66-2a is serial data “0001” only when the time code 67a is “1”. Are all "0". Accordingly, in the addition data, the addition operation between the sampling data 66-1a and 66-2a is performed at the time code “1”, and “0002” is output. The other addition data 72a is the same as the sampling data 66-1a.

続いて、時間変換器701では、時間コード“0”、シリパラ変換後データ“0101”は、1nsと3nsにイオンが検出されたことになる。また、時間コード“1”、シリパラデータ“0002”は、7nsにイオンが検出されたことになり、以下、同様に、19ns、26ns、・・・と変換を行う。この変換後の時間データ701bをアドレス信号として検出情報をメモリ711に書き込む。また、メモリ711に書き込む際には、同一アドレスに既に記憶されているデータに対して加算書き込みを行う。   Subsequently, in the time converter 701, ions are detected in 1 ns and 3 ns in the time code “0” and the serial-transformed data “0101”. In addition, the time code “1” and serial data “0002” indicate that ions were detected at 7 ns, and thereafter, conversion is performed similarly to 19 ns, 26 ns,. The detection information is written in the memory 711 using the converted time data 701b as an address signal. When writing to the memory 711, addition writing is performed on data already stored at the same address.

以上示した様に動作させることで、複数のイオン検出信号を同時に一つのヒストグラム処理を行うメモリ711に格納可能となる。   By operating as described above, a plurality of ion detection signals can be simultaneously stored in the memory 711 that performs one histogram process.

以上、説明したように本実施の形態においては、複数の検出部41−1,41−2から出力されるイオン検出信号に対して、信号をサンプルする回路である比較器61−1,61−2、変化点検出器62−1,62−2、シリパラ変換器63−1,63−2、データ変換器66−1,66−2を並列に持つのみの回路構成にて実現できるため、回路規模、測定休止時間等を小さく抑えることはもとより、測定終了時に複数出力されるイオン信号のヒストグラム処理も完了することができるので、処理の高効率化も可能になる。   As described above, in the present embodiment, the comparators 61-1 and 61-, which are circuits that sample signals with respect to the ion detection signals output from the plurality of detection units 41-1 and 41-2. 2. Since it can be realized by a circuit configuration having only the change point detectors 62-1 and 62-2, serial-parallel converters 63-1 and 63-2, and data converters 66-1 and 66-2 in parallel, In addition to minimizing the scale, measurement pause time, etc., histogram processing of a plurality of ion signals output at the end of measurement can also be completed, so that the processing efficiency can be improved.

以上、本発明者によってなされた発明を発明の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。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

たとえば、前記実施の形態においては、変化点検出器を挿入してシリパラ変換器およびデータ変換器によりイオン検出信号のサンプリング処理を行っているが、変化点検出器を挿入せず、比較器の出力をシリパラ変換器に直接接続し、その後、データ変換器でデータの立ち上がり変化を生成しても何ら問題はない。   For example, in the above embodiment, the change point detector is inserted and the ion detection signal is sampled by the serial-parallel converter and the data converter. However, the change point detector is not inserted and the output of the comparator is output. Is directly connected to the serial-parallel converter, and then the data converter generates the rising transition of the data.

また、前記実施の形態2では、加算器をFIFOの直前に挿入したが、FIFOの後段に挿入しても何ら問題はない。加算器をFIFOの後段に挿入した場合は、FIFOへのWrite信号だけは、全ビットの論理和により発生してもよいし、データ変換器からの出力を個別に格納してもよい。本加算器を設けた場合の回路実現方法については、多種考えられるが、複数備えたデータ変換器からの出力を時間変換器で時間変換するまでに同一クロックで検出されたイオン検出結果を加算することが実現できればよいことは容易に推測できる。   In the second embodiment, the adder is inserted immediately before the FIFO. However, there is no problem if it is inserted after the FIFO. When the adder is inserted in the subsequent stage of the FIFO, only the Write signal to the FIFO may be generated by the logical sum of all bits, or the output from the data converter may be stored individually. There are various circuit realization methods when this adder is provided, but the results of ion detection detected with the same clock are added before the time conversion of the output from the plural data converters provided by the time converter. It can be easily inferred that this is realized.

また、前記実施の形態においては、FIFOに取り込んだデータを時間変換器を介してメモリに格納し、このメモリから制御CPUに転送する場合を説明したが、FIFOに取り込んだデータを直接、制御CPUによって読み出すようにしてもよい。   In the above embodiment, the case has been described where the data taken into the FIFO is stored in the memory via the time converter and transferred from the memory to the control CPU. However, the data taken into the FIFO is directly transferred to the control CPU. You may make it read by.

本発明の実施の形態1による質量分析装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the mass spectrometer by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による質量分析装置において、変化点検出器、シリパラ変換器、データ変換器の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of a change point detector, a serial para converter, and a data converter in the mass spectrometer by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による質量分析装置において、FIFO、時間変換器、メモリの動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of FIFO, a time converter, and a memory in the mass spectrometer by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による質量分析装置において、メモリへのイオン検出時のデータ格納を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the data storage at the time of the ion detection to memory in the mass spectrometer by Embodiment 1 of this invention. 本発明の前提として検討した質量分析装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the mass spectrometer examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した質量分析装置において、カウンタの動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of a counter in the mass spectrometer examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した質量分析装置において、シリパラ変換器の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of a serial para converter in the mass spectrometer examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した複数のイオン検出信号の入力チャネルを持つ質量分析装置の要部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the principal part of the mass spectrometer which has the input channel of the several ion detection signal examined as a premise of this invention. 本発明の実施の形態2による質量分析装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the mass spectrometer by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による質量分析装置において、加算器、FIFO、時間変換器、メモリの動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of an adder, FIFO, a time converter, and a memory in the mass spectrometer by Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…制御CPU、2…イオン打ち出し信号発生部、3…導入部、4…TOF部、41,41−1,41−2…検出部、5,5−1,5−2…増幅器、6,601…TDC部、61,61−1,61−2…比較器、62,62−1,62−2…変化点検出器、63,63−1,63−2…シリパラ変換器、64…クロック発振源、65…分周器、66,66−1,66−2…データ変換器、67…カウンタ、68,681…FIFO、69,691…OR回路、70,701…時間変換器、71,711…メモリ、72…加算器、8…測定制御CPU、9,901…TDC部、91,91−1,91−2…比較器、92,92−1,92−2…シリパラ変換器、93…OR回路、94,941…クロック発振源、95,951…分周器、96,961…カウンタ、97,971…FIFO、98…加算器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control CPU, 2 ... Ion implantation signal generation part, 3 ... Introduction part, 4 ... TOF part, 41, 41-1, 41-2 ... Detection part, 5,5-1, 5-2 ... Amplifier, 6, 601 ... TDC section, 61, 61-1, 61-2 ... comparator, 62, 62-1, 62-2 ... change point detector, 63, 63-1, 63-2 ... serial-parallel converter, 64 ... clock Oscillation source, 65 ... frequency divider, 66, 66-1, 66-2 ... data converter, 67 ... counter, 68, 681 ... FIFO, 69, 691 ... OR circuit, 70, 701 ... time converter, 71, 711 ... Memory, 72 ... Adder, 8 ... Measurement control CPU, 9,901 ... TDC unit, 91, 91-1, 91-2 ... Comparator, 92, 92-1 and 92-2 ... Serial converter, 93 ... OR circuit, 94, 941 ... Clock oscillation source, 95, 951 ... Frequency divider, 96, 61 ... counter, 97,971 ... FIFO, 98 ... adder.

Claims (6)

試料をイオン化する導入部と、前記導入部でイオン化されたイオンを加速させるための信号を発生するイオン打ち出し信号発生部と、前記イオン打ち出し信号発生部により発生した信号により打ち出されたイオンが飛行するTOF部と、到着したイオンに基づく検出信号を検出する検出部と、を備えた質量分析部と、
前記イオン打ち出し信号発生部により発生する信号の発生タイミングを決定するタイミング信号を、前記質量分析部とは独立した制御CPUからの測定開始信号を受けて出力するカウンタと、クロックを発生させるクロック発生源と、前記検出信号の立ち上がりの変化のみに応じて変化する2値の変化点データを出力する変化点検出器と、前記変化点データを前記クロック発生源から出力されるクロックに基づきサンプリングし、1クロック内での変化点データの変化の有無に基づき、信号の有無情報であるサンプリングデータを生成するシリパラ変換器と、を備えたTDC部と、
を有することを特徴とする質量分析装置。
An introduction unit that ionizes a sample, an ion launch signal generation unit that generates a signal for accelerating ions ionized by the introduction unit, and ions ejected by a signal generated by the ion launch signal generation unit fly. A mass analysis unit comprising a TOF unit and a detection unit for detecting a detection signal based on the arriving ions;
A counter that outputs a timing signal for determining a generation timing of a signal generated by the ion launch signal generator in response to a measurement start signal from a control CPU independent of the mass analyzer, and a clock generation source that generates a clock When the change point detector for outputting change point data of two values that vary in accordance with only the rise of the change of the detection signal, and sampling based on the clock outputted to the change point data from said clock generation source, 1 A TDC unit including a serial-to-parallel converter that generates sampling data that is signal presence / absence information based on presence / absence of change of change point data in the clock ;
A mass spectrometer characterized by comprising:
請求項1記載の質量分析装置において、
前記TDC部はさらに、
前記サンプリングデータが1であるクロックの周期だけにHighの情報があったものとするデータ変換を行うデータ変換器と、前記データ変換器からの出力を格納するFIFOと、前記FIFOからの出力を読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器と、を備えたことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1,
The TDC unit further includes
A data converter that performs data conversion assuming that there is High information only in a clock cycle in which the sampling data is 1, a FIFO that stores an output from the data converter, and an output from the FIFO is read out And a time converter that converts the time of flight to ion flight time.
請求項2記載の質量分析装置において、
前記TDC部はさらに、
前記時間変換器で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリを備えたことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 2,
The TDC unit further includes
A mass spectrometer comprising a memory that performs histogram processing corresponding to time data converted by the time converter and accumulates processing data using the time data as an address.
試料をイオン化する導入部と、前記導入部でイオン化されたイオンを加速させるための信号を発生するイオン打ち出し信号発生部と、前記イオン打ち出し信号発生部により発生した信号により打ち出されたイオンが飛行するTOF部と、それぞれ到着したイオンに基づく検出信号を検出する複数の検出部と、を備えた質量分析部と、
前記イオン打ち出し信号発生部により発生する信号の発生タイミングを決定するタイミング信号を、前記質量分析部とは独立した制御CPUからの測定開始信号を受けて出力するカウンタと、クロックを発生させるクロック発生源と、それぞれ前記検出信号の立ち上がりの変化のみに応じて変化する2値の変化点データを出力する複数の変化点検出器と、それぞれ前記変化点データを前記クロック発生源から出力されるクロックに基づきサンプリングし、1クロック内での変化点データの変化の有無に基づき、信号の有無情報であるサンプリングデータを生成する複数のシリパラ変換器と、を備えたTDC部と、
を有することを特徴とする質量分析装置。
An introduction unit that ionizes a sample, an ion launch signal generation unit that generates a signal for accelerating ions ionized by the introduction unit, and ions ejected by signals generated by the ion launch signal generation unit fly. A mass analysis unit comprising a TOF unit and a plurality of detection units for detecting detection signals based on the arriving ions,
A counter that outputs a timing signal for determining a generation timing of a signal generated by the ion launch signal generator in response to a measurement start signal from a control CPU independent of the mass analyzer, and a clock generation source that generates a clock A plurality of change point detectors that output binary change point data that changes only in response to a change in the rising edge of the detection signal, and the change point data based on a clock output from the clock generation source. A TDC unit that includes a plurality of serial-parallel converters that sample and generate sampling data that is signal presence / absence information based on presence / absence of change in change point data within one clock ;
A mass spectrometer characterized by comprising:
請求項4記載の質量分析装置において、
前記TDC部はさらに、
それぞれ前記サンプリングデータが1であるクロックの周期だけにHighの情報があったものとするデータ変換を行う複数のデータ変換器と、前記複数のデータ変換器からの出力を演算処理する演算器と、前記演算器からの出力を格納するFIFOと、前記FIFOからの出力を読み出してイオンの飛行時間に変換する時間変換器と、を備えたことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 4,
The TDC unit further includes
A plurality of data converters for performing data conversion assuming that there is High information only in a clock cycle in which each of the sampling data is 1, an arithmetic unit for performing processing on outputs from the plurality of data converters, A mass spectrometer comprising: a FIFO that stores an output from the computing unit; and a time converter that reads an output from the FIFO and converts the output into an ion flight time.
請求項5記載の質量分析装置において、
前記TDC部はさらに、
前記時間変換器で変換した時間データに対応するヒストグラム処理を行い、この時間データをアドレスとして処理データを蓄積するメモリを備えたことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 5, wherein
The TDC unit further includes
A mass spectrometer comprising a memory that performs histogram processing corresponding to time data converted by the time converter and accumulates processing data using the time data as an address.
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