JP4506285B2 - イオントラップ装置及び該装置の調整方法 - Google Patents
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Description
R. E. March, R. J. Hughes著、「Quadrupole Storage Mass Spectrometry」,John Wiley & Sons、1989年、p.31−110
Z=R+jX
但し、X=ωL−1/(ωC)
で与えられる。
第1のステップでは、容量C又はインダクタンスLを調整することによって共振回路の共振角周波数ωを駆動電圧の角周波数ω0に合わせる。この時、共振条件が成立してX=0となり、共振回路のインピーダンスZはZ=Rの最小値となるので、最も小さな駆動電圧で以って目的とする高周波高電圧を得ることができる。この時の駆動電圧をV1とすると、共振回路に流れる電流Iは、
I=V1/R
である。イオントラップの電極間に発生する高周波高電圧VRFは容量Cに加わる電圧に相当する。容量Cのインピーダンスは
−j/(ω0C)≒−jω0L
であるから、高周波高電圧は、
VRF=(−jω0L/R)・V1
となる。この共振回路の増幅率Q=ω0L/RはQ値と呼ばれている。一般的なイオントラップ装置では、共振回路のQ値は100〜300程度の値に設定されている。
I=V2/Z
であるので、高周波高電圧は、
VRF=(−jω0L/Z)・V2
となる。高周波高電圧VRFは一定であるので、
k=V2/V1=Z/R=1+j(X/R)
あるいは
κ=X/R
の関係が得られる。
一方、高周波駆動源100の出力波形と高周波高電圧の波形との位相差θは、VRFとV2との関係から
θ=−π/2−∠Z=−π/2−arctan(X/R)=−π/2−arctanκ
となる。共振回路の等価抵抗RやコイルのインダクタンスLの値にかかわらず、倍率kが一定値になるように調整しているので、κも一定であり、位相差θもまた一定値になる。
X=ω0L−1/(ω0C)=QR(1−ω2/ω0 2)≒2QR・(ω0−ω)/ω0
で表されるので、位相差θを共振回路の共振角周波数ωで微分して、共振角周波数の変化Δωに対する位相差の変化Δθの関係を求めると、
Δθ≒2Qcos2(∠Z)・(Δω/ω0)
が得られる。共振回路の共振角周波数ωを駆動電圧の周波数ω0からずらして行けば、共振角周波数の変化Δωに対する位相差の変化Δθの比率は、共振条件である∠Z=0の状態からcos2(∠Z)に従って減少することになる。また、上式を容量Cの変化ΔCを用いて書き直すと、Δω/ω=−(1/2)ΔC/Cの関係から、
Δθ≒−Qcos2(∠Z)・(ΔC/C)
となるので、やはりΔθの大きさはcos2(∠Z)に従って減少することになる。
(1) 高周波高電圧の目標電圧を、低い電圧値に設定する。
(2) 同調回路43の容量を増減し、(1)の目標電圧を達成しつつ高周波駆動源41の駆動電圧が最小になる条件を見つける。これが、共振回路の共振周波数が高周波駆動源41の駆動電圧の周波数と一致し、共振回路が共振条件を満たしている状態である。図3(a)は、このときの共振回路の増幅率と周波数との関係を示す概念図である。高周波駆動源41の駆動電圧の周波数f0と共振回路の共振周波数fとが一致しており、共振回路の増幅率が最大になる。
(3) 次いで、高周波高電圧の目標電圧を、使用する範囲の最大値に設定し、このときの駆動電圧の電圧値をV1とする(ステップ1)。
(4) 同調回路43の容量を増加させてゆく。容量の増加に伴って、共振回路の共振周波数fは、図3(b)に示すように低下し、高周波駆動源41の駆動電圧の周波数f0での増幅率は下がる。高周波高電圧は、フィードバック制御により、常に目標電圧となるように制御されている。このため、増幅率が下がった分だけ駆動電圧が増加することになる。そして、高周波駆動源41の駆動電圧が、ステップ1で求めた共振条件での駆動電圧V1の定数k倍の電圧値V2=kV1になるように調整する(ステップ2)。但し、この定数kは、個々の装置のパラメータがばらついた場合でも、駆動電圧が使用可能範囲の最大の電圧値を超えないように定められている。
11…リング電極
12,13…エンドキャップ電極
14…イオン捕捉空間
15,16…エンドキャップ電圧発生器
2…MALDIイオン源
3…飛行時間分析器
4…リング電圧発生器
41…高周波駆動源
42…コイル
43…同調回路
44,45…高電圧直流電源
46,47…高電圧スイッチ
Claims (4)
- 高周波駆動源による駆動電圧を共振回路により増幅することで発生させた高周波電圧を、イオントラップを形成する複数の電極のうちの少なくとも1つに印加するイオントラップ装置において、前記高周波電圧を一定に保ちつつ前記共振回路の共振周波数を調整するための同調手段を備え、前記共振回路の共振周波数を前記高周波駆動源の駆動電圧の周波数に合わせて駆動電圧の最小値(V 1 )を求めるステップと、前記共振回路の共振周波数を最小の駆動電圧(V 1 )における周波数からずらして、前記高周波駆動源の駆動電圧を最小の駆動電圧(V 1 )の所定の定数倍の電圧値(V 2 )に増加させるステップと、からなる調整手順で前記同調手段を設定することを特徴とするイオントラップ装置。
- 前記高周波電圧の増加に伴って共振周波数が一方向に変化する場合には、その変化と同じ方向に共振周波数がずれるように前記同調手段を設定することを特徴とする請求項1に記載のイオントラップ装置。
- 高周波駆動源による駆動電圧を共振回路により増幅することで発生させた高周波電圧を、イオントラップを形成する複数の電極のうちの少なくとも1つに印加するイオントラップ装置であって、前記高周波電圧を一定に保ちつつ前記共振回路の共振周波数を調整するための同調手段を備えたイオントラップ装置の調整方法において、前記共振回路の共振周波数を前記高周波駆動源の駆動電圧の周波数に合わせて駆動電圧の最小値(V 1 )を求めるステップと、前記共振回路の共振周波数を最小の駆動電圧(V 1 )における周波数からずらして、前記高周波駆動源の駆動電圧を最小の駆動電圧(V 1 )の所定の定数倍の電圧値(V 2 )に増加させるステップ、からなる調整手順で前記同調手段を調整することを特徴とするイオントラップ装置の調整方法。
- 前記高周波電圧の増加に伴って共振周波数が一方向に変化する場合には、その変化と同じ方向に共振周波数がずれるように前記同調手段を調整することを特徴とする請求項3に記載のイオントラップ装置の調整方法。
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