JP5407616B2 - Ion trap device - Google Patents

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Description

本発明は、高周波電場の作用によってイオンを捕捉したりイオンを選択したりするイオントラップ装置に関し、さらに詳しくは、高周波電場を生成するための電圧として矩形波電圧を用いるイオントラップ装置に関する。   The present invention relates to an ion trap apparatus that captures ions or selects ions by the action of a high-frequency electric field, and more particularly to an ion trap apparatus that uses a rectangular wave voltage as a voltage for generating a high-frequency electric field.

質量分析装置においてイオントラップは、高周波電場の作用によりイオンを捕捉して閉じ込めたり、特定の質量(厳密には質量電荷比m/z)を持つイオンを選別したり、さらにはそうして選別したイオンを開裂させたりするために用いられる。典型的なイオントラップは、後述するように、内面が回転1葉双曲面形状である1個のリング電極と、このリング電極を挟んで対向して配置された内面が回転2葉双曲面形状である1対のエンドキャップ電極とからなる3次元四重極型のイオントラップであるが、これ以外に、平行配置された4本のロッド電極から成るリニア型のイオントラップも知られている。本明細書では、便宜上、「3次元四重極型」を例に挙げてイオントラップの説明を行う。   In a mass spectrometer, an ion trap captures and confines ions by the action of a high-frequency electric field, sorts out ions with a specific mass (strictly, mass-to-charge ratio m / z), and so on. It is used to cleave ions. As will be described later, a typical ion trap has a single ring electrode whose inner surface is a rotating one-leaf hyperboloid shape, and an inner surface disposed opposite to the ring electrode is a rotating two-leaf hyperboloid shape. Although it is a three-dimensional quadrupole ion trap composed of a pair of end cap electrodes, a linear ion trap composed of four rod electrodes arranged in parallel is also known. In this specification, for the sake of convenience, the ion trap will be described by taking “three-dimensional quadrupole type” as an example.

従来の一般的なイオントラップでは、通常、リング電極に正弦波状の高周波電圧を印加することで、リング電極及びエンドキャップ電極で囲まれる空間にイオン捕捉用の高周波電場を形成し、この高周波電場によりイオンを振動させながら閉じ込めを行う。これに対し、近年、正弦波状の高周波電圧の代わりに矩形波電圧をリング電極に印加することでイオンの閉じ込めを行うイオントラップが開発されている(特許文献1、特許文献2、非特許文献1など参照)。この種のイオントラップは、通常、ハイ、ローの二値の電圧レベルを有する矩形波電圧が使用されることから、デジタルイオントラップ(DIT)と呼ばれる。   In a conventional general ion trap, a high frequency electric field for capturing ions is usually formed in a space surrounded by the ring electrode and the end cap electrode by applying a sinusoidal high frequency voltage to the ring electrode. Confinement while oscillating ions. On the other hand, in recent years, ion traps that confine ions by applying a rectangular wave voltage to a ring electrode instead of a sinusoidal high frequency voltage have been developed (Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document 1). Etc.) This type of ion trap is generally called a digital ion trap (DIT) because a rectangular wave voltage having binary voltage levels of high and low is used.

従来のアナログ駆動方式のイオントラップでは、正弦波状の高周波電圧を発生するためにLC共振器を用いており、正弦波電圧の振幅を変化させることにより捕捉可能なイオンの質量範囲を制御している。一方、デジタルイオントラップでは、2つの直流電圧を高速にスイッチングすることで矩形波状の高周波電圧を発生しており、その矩形波電圧の振幅を一定に維持したまま周波数を変化させることにより、捕捉可能なイオンの質量範囲を制御する。したがって、アナログ駆動方式に比べてリング電極に印加する高電圧の振幅が小さくて済むので、高周波電圧発生回路を低コストで構成することができる。また、電極間での不所望な放電の発生も回避できるという利点もある。   The conventional analog-driven ion trap uses an LC resonator to generate a sinusoidal high-frequency voltage, and controls the mass range of ions that can be captured by changing the amplitude of the sinusoidal voltage. . On the other hand, a digital ion trap generates a rectangular high-frequency voltage by switching two DC voltages at high speed, and can be captured by changing the frequency while keeping the amplitude of the rectangular wave voltage constant. Control the mass range of ions. Therefore, since the amplitude of the high voltage applied to the ring electrode is smaller than that in the analog driving method, the high frequency voltage generating circuit can be configured at low cost. In addition, there is an advantage that generation of undesired discharge between the electrodes can be avoided.

上記デジタルイオントラップにおいて、リング電極に印加される矩形波電圧の電圧レベルは±数百V〜±1kV程度と高く、またその周波数は数十kHz〜数MHzと幅広い。このような矩形波電圧を発生するために、高周波電圧発生回路は、電力用MOSFETなどの高速の半導体スイッチング素子により正の高電圧と負の高電圧とを切り替える構成となっている(特許文献2、非特許文献1参照)。こうした半導体スイッチング素子のスイッチング動作時には熱が発生するため、デジタルイオントラップ用の高周波電圧発生回路の温度はかなり高くなり、その温度はスイッチング動作の周波数に依存する。   In the digital ion trap, the voltage level of the rectangular wave voltage applied to the ring electrode is as high as about ± several hundred V to ± 1 kV, and the frequency is as wide as several tens of kHz to several MHz. In order to generate such a rectangular wave voltage, the high-frequency voltage generation circuit is configured to switch between a positive high voltage and a negative high voltage by a high-speed semiconductor switching element such as a power MOSFET (Patent Document 2). Non-Patent Document 1). Since heat is generated during the switching operation of such a semiconductor switching element, the temperature of the high-frequency voltage generation circuit for the digital ion trap becomes considerably high, and the temperature depends on the frequency of the switching operation.

上記のようなイオントラップを用いた質量分析装置では、従来一般に、分析を実行していない待機状態においては、イオントラップ内に残留している不所望のイオンを一掃するために、イオン捕捉時における通常の周波数範囲を大きく外れた低周波(例えば20kHz以下)の矩形波電圧がリング電極に印加される。そうした待機状態から分析が開始されると、リング電極に印加される矩形波電圧の周波数は高くなるため、高周波電圧発生回路の温度は待機状態のときよりも上昇する。このような温度変化に伴い、例えば半導体スイッチング素子のオン抵抗などの電気的特性が変化し、僅かではあるが矩形波電圧の振幅が変動する。そのため、分析時に矩形波電圧の周波数が低周波から高周波に切り替えられると、高周波電圧発生回路の温度が上昇して安定するまで矩形波電圧の振幅も徐々に変動する(つまりドリフトする)ことになる。   In the mass spectrometer using the ion trap as described above, in general, in the standby state where the analysis is not performed, in order to sweep out undesired ions remaining in the ion trap, A rectangular wave voltage having a low frequency (for example, 20 kHz or less) that is significantly out of the normal frequency range is applied to the ring electrode. When the analysis is started from such a standby state, the frequency of the rectangular wave voltage applied to the ring electrode is increased, so that the temperature of the high-frequency voltage generation circuit is higher than that in the standby state. With such a temperature change, for example, the electrical characteristics such as the on-resistance of the semiconductor switching element change, and the amplitude of the rectangular wave voltage changes slightly. Therefore, when the frequency of the rectangular wave voltage is switched from a low frequency to a high frequency during analysis, the amplitude of the rectangular wave voltage gradually fluctuates (that is, drifts) until the temperature of the high frequency voltage generating circuit rises and stabilizes. .

イオン源としてマトリックス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI)を用いたイオントラップ質量分析装置では、レーザ光照射によるイオンの生成→イオントラップへのイオンの導入→イオンの捕捉(クーリング)→質量走査によるイオンの排出・検出、というプロセスを多数回繰り返し、それぞれ得られた質量プロファイルをコンピュータ上で積算処理することにより、S/Nの高い質量スペクトルデータを得るのが一般的である(特許文献3など参照)。質量走査の際に或る質量を有するイオンがイオントラップから排出されるタイミングは、矩形波電圧の周波数と振幅とに依存する。そのため、上記のように温度変化に起因して矩形波電圧の振幅が徐々に変化してしまうと、同一質量のイオン排出の時間が繰り返し分析時の分析毎に徐々にずれてしまう。こうしてずれが生じた質量プロファイルを積算した結果として、質量スペクトルの質量分解能は低下することになる。   In an ion trap mass spectrometer using matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) as an ion source, ions are generated by laser light irradiation → introduction of ions into the ion trap → ion trapping (cooling) → ions by mass scanning It is common to obtain mass spectral data with a high S / N by repeating the process of discharging and detecting the liquid many times and integrating the obtained mass profiles on a computer (see Patent Document 3, etc.) ). The timing at which ions having a certain mass are ejected from the ion trap during mass scanning depends on the frequency and amplitude of the rectangular wave voltage. For this reason, when the amplitude of the rectangular wave voltage gradually changes due to the temperature change as described above, the ion ejection time of the same mass is gradually shifted for each analysis at the time of repeated analysis. As a result of integrating the mass profiles in which the deviation occurs in this way, the mass resolution of the mass spectrum is lowered.

上述したような質量走査によるイオン排出の時間ドリフトの影響を軽減するには、繰り返し分析の際に、時間ドリフトが収まるまで、つまり、高周波電圧発生回路の温度が或る程度安定した状態になるまで質量プロファイルを取得しない、という方法が考えられる。しかしながら、こうした方法では、サンプルが無駄に消費されてしまうことになるとともに、分析の繰り返し回数を増やす必要があるために測定のスループットが下がるという問題が生じる。   In order to reduce the influence of the time drift of ion ejection by mass scanning as described above, until the time drift is settled during repeated analysis, that is, until the temperature of the high-frequency voltage generation circuit becomes stable to some extent. A method of not acquiring a mass profile is conceivable. However, in such a method, the sample is consumed wastefully, and there is a problem that the measurement throughput is lowered because it is necessary to increase the number of repetitions of the analysis.

特表2007−527002号公報Special Table 2007-527002 特開2008−282594号公報JP 2008-282594 A 国際公開WO2008/129850号パンフレットInternational Publication WO2008 / 129850 Pamphlet

古橋、竹下、小河、岩本、ディン、ギルズ、スミルノフ、「デジタルイオントラップ質量分析装置の開発」、島津評論、島津評論編集部、2006年3月31日、第62巻、第3・4号、pp.141−151Furuhashi, Takeshita, Ogawa, Iwamoto, Din, Gills, Smirnov, “Development of Digital Ion Trap Mass Spectrometer”, Shimazu Review, Shimazu Review Editorial Department, March 31, 2006, Vol. 62, No. 3, No. 4, pp.141-151

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、高周波電圧発生回路の温度変化に伴うイオン排出の時間ドリフトの影響を軽減し、高い質量分解能の質量分析を実行するとともに測定スループットの向上を図ることができるイオントラップ装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to reduce the influence of time drift of ion ejection accompanying the temperature change of the high-frequency voltage generation circuit, and to perform mass analysis with high mass resolution. An object of the present invention is to provide an ion trap apparatus that can be executed and can improve measurement throughput.

上記課題を解決するために成された第1発明は、複数の電極からなるイオントラップと、該イオントラップの内部空間に高周波電場を形成するために、複数の電圧をスイッチング素子により切り替えることで発生した矩形波電圧を前記複数の電極の少なくとも1つに印加する電圧発生部と、を具備するイオントラップ装置において、
a)所定周波数の駆動パルスを生成して前記電圧発生部のスイッチング素子に供給するパルス生成手段と、
b)一連の分析の分析条件の下で想定される前記電圧発生部の温度を維持するために必要な前記駆動パルスの周波数を算出する待機時周波数算出手段を含み、一連の分析が終了して次の一連の分析を実行するまでの待機期間に、前記待機時周波数算出手段により算出された、前記次の一連の分析の分析条件の下で想定される前記電圧発生部の温度に応じた周波数の駆動パルスを生成するように前記パルス生成手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
The first invention made to solve the above problems is generated by switching a plurality of voltages by a switching element in order to form an ion trap composed of a plurality of electrodes and a high-frequency electric field in the internal space of the ion trap. A voltage generator that applies a rectangular wave voltage to at least one of the plurality of electrodes;
a) pulse generation means for generating a drive pulse of a predetermined frequency and supplying the drive pulse to the switching element of the voltage generation unit;
b) including a standby frequency calculation means for calculating the frequency of the drive pulse necessary for maintaining the temperature of the voltage generator assumed under the analysis conditions of the series of analysis, and the series of analysis is completed. The frequency according to the temperature of the voltage generator assumed under the analysis conditions of the next series of analysis calculated by the standby frequency calculation means during the standby period until the next series of analyzes is executed. Control means for controlling the pulse generation means so as to generate a drive pulse of
It is characterized by having.

上記分析条件は、例えばイオントラップに捕捉したい、又は分析したいイオンの質量範囲、質量分解能などの情報を含む。そのため、分析条件が相違すれば、分析実行時に電圧発生部からイオントラップを構成する電極に印加される矩形波電圧の周波数が相違し、そのために、その分析条件の下で分析を繰り返したときに電圧発生部が到達する(安定する)温度も相違する。そこで例えば、予め、分析条件又は分析の際の矩形波電圧の周波数(1又は複数の周波数)と電圧発生部の到達温度との関係を実測により調べておき、その温度を維持するために必要な駆動パルスの周波数を計算して、分析条件又は分析の際の矩形波電圧の周波数に対応付けて記憶部に格納しておくようにする。   The analysis conditions include, for example, information such as the mass range and mass resolution of ions to be captured or analyzed in the ion trap. Therefore, if the analysis conditions are different, the frequency of the rectangular wave voltage applied to the electrodes constituting the ion trap from the voltage generation unit at the time of analysis execution is different, and therefore, when the analysis is repeated under the analysis conditions The temperature reached (stable) by the voltage generator is also different. Therefore, for example, the relationship between the analysis condition or the frequency (one or a plurality of frequencies) of the rectangular wave voltage at the time of analysis and the temperature reached by the voltage generation unit is examined in advance and is necessary to maintain the temperature. The frequency of the drive pulse is calculated and stored in the storage unit in association with the analysis condition or the frequency of the rectangular wave voltage at the time of analysis.

そして、待機時周波数算出手段は、例えば或る一連の分析の分析条件が与えられると、上記記憶部に格納されている情報を参照して適切な駆動パルスの周波数を求める。或いは、分析条件又は分析の際の矩形波電圧の周波数と電圧発生部の到達温度との関係を記憶部に格納しておき、待機時周波数算出手段は、或る一連の分析の分析条件が与えられると、上記記憶部に格納されている情報を参照して待機時に維持する目標温度を求め、この温度が維持されるような駆動パルスの周波数を計算するようにしてもよい。   The standby frequency calculation means obtains an appropriate drive pulse frequency with reference to information stored in the storage unit, for example, when given a series of analysis conditions. Alternatively, the analysis condition or the relationship between the frequency of the rectangular wave voltage at the time of analysis and the temperature reached by the voltage generation unit is stored in the storage unit, and the standby frequency calculation means is given a certain series of analysis analysis conditions. If so, a target temperature to be maintained during standby may be obtained by referring to the information stored in the storage unit, and the frequency of the drive pulse that maintains this temperature may be calculated.

第1発明に係るイオントラップ装置では、或る一連の分析(1つのサンプルに対する繰り返し分析)が終了したあと、次の一連の分析を実行するまでの待機期間中に、その次の一連の分析における分析条件に応じて異なる周波数の駆動パルスが電圧発生部のスイッチング素子に供給される。それにより、次の一連の分析が開始されるまでの待機期間中にも、電圧発生部の温度は次の分析時の温度とほぼ同程度の温度に維持される。待機期間が終了して分析に移行したあとの電圧発生部の温度変化が小さくて済むため、電圧発生部で生成される矩形波電圧の振幅の変動も殆どない。これによって、繰り返し分析におけるイオン排出の時間ドリフトが軽減され、例えば1つのサンプルに対する繰り返し分析を行う際に分析の開始時点から得られる質量プロファイルを積算することができる。   In the ion trap device according to the first aspect of the present invention, after a series of analyzes (repeated analysis for one sample) is completed, during the waiting period until the next series of analyzes is executed, Drive pulses having different frequencies according to the analysis conditions are supplied to the switching element of the voltage generator. Accordingly, the temperature of the voltage generation unit is maintained at a temperature substantially equal to the temperature at the time of the next analysis even during the standby period until the next series of analysis is started. Since the change in temperature of the voltage generation unit after the standby period ends and the process proceeds to analysis may be small, there is almost no variation in the amplitude of the rectangular wave voltage generated by the voltage generation unit. As a result, the time drift of ion ejection in repetitive analysis is reduced, and for example, when performing repetitive analysis on one sample, the mass profile obtained from the start time of analysis can be integrated.

また上記のような待機状態ではなくイオントラップ装置が起動されたときには、通常、電圧発生部の温度は低い状態であるため、例えば、上記第1発明に係るイオントラップ装置において待機期間に実行される制御を行っても、電圧発生部の温度が1回目の分析で想定される温度まで達するには或る程度時間を要する。そこで、1回目の一連の分析を実行するまでに電圧発生部の温度を十分に上げておくためには、次のような構成とするとよい。   Further, when the ion trap apparatus is activated instead of the standby state as described above, the temperature of the voltage generation unit is normally low, so that, for example, the ion trap apparatus according to the first invention is executed during the standby period. Even if the control is performed, it takes some time for the temperature of the voltage generating unit to reach the temperature assumed in the first analysis. Therefore, in order to sufficiently raise the temperature of the voltage generating unit until the first series of analysis is executed, the following configuration is preferable.

即ち、上記課題を解決するために成された第2発明は、複数の電極からなるイオントラップと、該イオントラップの内部空間に高周波電場を形成するために、複数の電圧をスイッチング素子により切り替えることで発生した矩形波電圧を前記複数の電極の少なくとも1つに印加する電圧発生部と、を具備するイオントラップ装置において、
a)所定周波数の駆動パルスを生成して前記スイッチング素子に供給するパルス生成手段と、
b)前記電圧発生部の温度をその稼働初期状態の温度から一連の分析の分析条件の下で想定される温度まで上昇させるために必要な前記駆動パルスの周波数及び該駆動パルスを供給する時間を算出する初期駆動条件算出手段を含み、稼働初期において、前記初期駆動条件算出手段により算出された相対的に高い周波数の駆動パルスを該初期駆動条件算出手段により算出された時間だけ生成するように前記パルス生成手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
That is, the second invention made in order to solve the above-mentioned problem is to switch a plurality of voltages by a switching element in order to form an ion trap composed of a plurality of electrodes and a high-frequency electric field in the internal space of the ion trap. A voltage generator that applies the rectangular wave voltage generated in step 1 to at least one of the plurality of electrodes,
a) pulse generating means for generating a driving pulse of a predetermined frequency and supplying the driving pulse to the switching element;
b) A frequency of the driving pulse and a time for supplying the driving pulse necessary to raise the temperature of the voltage generating unit from the temperature in the initial operation state to a temperature assumed under a series of analysis conditions. An initial driving condition calculating means for calculating, and in the initial stage of operation, the driving pulse having a relatively high frequency calculated by the initial driving condition calculating means is generated for a time calculated by the initial driving condition calculating means. Control means for controlling the pulse generating means;
It is characterized by having.

この第2発明に係るイオントラップ装置では、当該装置の稼働初期、具体的には例えば電源が投入された直後には電圧発生部の温度はほぼ周囲温度と同程度であるが、制御手段の制御の下にパルス生成手段は相対的に高い周波数の駆動パルスを生成し、電圧発生部のスイッチング素子は高い周波数でオン・オフ動作する。ここで、「相対的に高い周波数」とは、一般的に分析で使用される周波数範囲の中で高い周波数、又はその周波数範囲よりも高い周波数を意味する。電力用MOSFETなどのスイッチング素子を駆動する駆動パルスの周波数が高いほど発熱量は多くなるから、それだけ電圧発生部の温度を迅速に上昇させ、一連の分析の分析条件の下で想定される温度に近づけることができる。   In the ion trap apparatus according to the second invention, the temperature of the voltage generating unit is substantially the same as the ambient temperature at the initial stage of operation of the apparatus, specifically, for example, immediately after the power is turned on. The pulse generating means generates a drive pulse with a relatively high frequency, and the switching element of the voltage generating unit is turned on / off at a high frequency. Here, “relatively high frequency” means a high frequency in a frequency range generally used in analysis or a frequency higher than the frequency range. The higher the frequency of the drive pulse that drives a switching element such as a power MOSFET, the greater the amount of heat generated.Therefore, the temperature of the voltage generator is increased rapidly, and the temperature is assumed under the analysis conditions of a series of analyses. You can get closer.

この第2発明では、第1発明と同様に、分析条件又は分析の際の矩形波電圧の1乃至複数の周波数と電圧発生部の到達温度との関係を実測により予め調べた結果に基づいて、稼働初期状態の温度から上記到達温度まで迅速に温度を上昇させるのに必要な駆動パルスの周波数と該駆動パルスを供給する時間とを計算し、分析条件又は分析の際の矩形波電圧の周波数に対応付けて記憶部に格納しておく。そして、初期駆動条件算出手段は例えば或る一連の分析の分析条件が与えられると、上記記憶部に格納されている情報を参照して駆動パルスの周波数と時間とを求める。
In the second invention, similarly to the first invention, based on the result of a preliminary examination of the relationship between the analysis conditions or one or more frequencies of the rectangular wave voltage at the time of analysis and the ultimate temperature of the voltage generator, Calculate the frequency of the drive pulse and the time for supplying the drive pulse necessary to quickly raise the temperature from the temperature in the initial operation state to the above-mentioned temperature, and set the analysis condition or the frequency of the rectangular wave voltage during the analysis. Correspondingly stored in the storage unit. Then, the initial driving condition calculating means when the given analysis conditions, for example one set of analysis, by referring to the information stored in the storage unit Ru obtains the frequency and time of the drive pulse.

もちろん、第1発明に係るイオントラップ装置と第2発明に係るイオントラップ装置とは組み合わせることが可能であり、それによって、当該装置の稼働初期と、或る一連の分析と次の一連の分析との間の待機期間とのいずれにおいても、電圧発生部の温度を次に実行される分析時の温度に近い状態にすることができる。   Of course, the ion trap apparatus according to the first invention and the ion trap apparatus according to the second invention can be combined, so that the initial operation of the apparatus, a series of analyzes and the next series of analyzes can be performed. In any of the standby periods, the temperature of the voltage generation unit can be brought close to the temperature at the time of the next analysis.

第1及び第2発明に係るイオントラップ装置において、典型的に、イオントラップは、1個のリング電極と該リング電極を挟んで対向配置された1対のエンドキャップ電極とからなる3次元四重極型のイオントラップであるが、リニア型イオントラップであってもよい。3次元四重極型イオントラップの場合には、電圧発生部は高電圧である矩形波電圧をリング電極に印加し、それにより、特定の質量や質量範囲を有するイオンを効率よくイオントラップ内部空間に捕捉したり、イオントラップから排出したりすることができる。   In the ion trap apparatus according to the first and second inventions, typically, the ion trap is a three-dimensional quadruple composed of one ring electrode and a pair of end cap electrodes arranged opposite to each other with the ring electrode interposed therebetween. Although it is a polar ion trap, it may be a linear ion trap. In the case of a three-dimensional quadrupole ion trap, the voltage generator applies a high-voltage rectangular wave voltage to the ring electrode, so that ions having a specific mass or mass range can be efficiently collected in the internal space of the ion trap. Can be trapped in and discharged from the ion trap.

第1発明及び第2発明に係るイオントラップ装置によれば、或る一連の分析の開始直前に、例えば電力用MOSFET等のスイッチング素子を用いた電圧発生部の温度を、その一連の分析における温度とほぼ同程度にすることができる。それによって、分析実行中における矩形波電圧の振幅の変動を抑えることができ、質量走査によりイオントラップからイオンを排出する際の時間ドリフトが軽減される。その結果、同一サンプルの繰り返し分析により得られる質量プロファイルを積算して質量スペクトルを作成する際に質量分解能が向上する。また、電圧発生部の温度を安定な状態にするために無駄な繰り返し分析を実行する必要がないので、サンプルの損失を抑えることができる。さらにまた、質量スペクトルに反映されない無駄な繰り返し分析を避けることで、測定のスループットも向上する。   According to the ion trap apparatus according to the first and second inventions, immediately before the start of a series of analysis, the temperature of the voltage generation unit using a switching element such as a power MOSFET, for example, is the temperature in the series of analysis. And can be almost the same. As a result, fluctuations in the amplitude of the rectangular wave voltage during analysis can be suppressed, and time drift when ions are ejected from the ion trap by mass scanning is reduced. As a result, mass resolution is improved when a mass spectrum is created by integrating mass profiles obtained by repeated analysis of the same sample. In addition, since it is not necessary to perform useless repeated analysis in order to make the temperature of the voltage generator stable, loss of the sample can be suppressed. Furthermore, measurement throughput is improved by avoiding unnecessary repeated analysis that is not reflected in the mass spectrum.

本発明に係るイオントラップ装置を利用したイオントラップ質量分析装置の一実施例の要部の構成図。The block diagram of the principal part of one Example of the ion trap mass spectrometer using the ion trap apparatus which concerns on this invention. 本実施例のイオントラップ質量分析装置において質量分析のために実行される一連の処理(操作)の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of a series of processes (operation) performed for mass spectrometry in the ion trap mass spectrometer of a present Example. 初期状態における温度安定化制御のフローチャート。The flowchart of the temperature stabilization control in an initial state. 待機状態における温度安定化制御のフローチャート。The flowchart of the temperature stabilization control in a standby state. 主電源部の温度変化の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the temperature change of a main power supply part.

本発明に係るイオントラップ装置を用いたイオントラップ質量分析装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例のイオントラップ質量分析装置の要部の概略構成図である。   An embodiment of an ion trap mass spectrometer using the ion trap apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of the ion trap mass spectrometer of the present embodiment.

本実施例によるイオントラップ質量分析装置は、目的試料をイオン化するイオン化部1と、イオンを質量(厳密には質量電荷比m/z)に応じて分離する3次元四重極型のイオントラップ2と、イオンを検出する検出部3と、を備える。   The ion trap mass spectrometer according to this embodiment includes an ionization unit 1 that ionizes a target sample, and a three-dimensional quadrupole ion trap 2 that separates ions according to mass (strictly, mass to charge ratio m / z). And a detector 3 for detecting ions.

イオン化部1はマトリクス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI)を用いたものであり、パルス状のレーザ光を出射するレーザ照射部11、目的試料成分を含むサンプルSが付着されたサンプルプレート12、レーザ光の照射によってサンプルSから放出されたイオンを引き出す引き出し電極13、引き出されたイオンを案内するイオンレンズ14、などを含む。もちろん、MALDI以外の他のレーザイオン化法やレーザ光を用いないイオン化法を用いても構わない。   The ionization unit 1 uses a matrix-assisted laser desorption ionization method (MALDI), a laser irradiation unit 11 that emits pulsed laser light, a sample plate 12 to which a sample S including a target sample component is attached, a laser It includes an extraction electrode 13 for extracting ions emitted from the sample S by light irradiation, an ion lens 14 for guiding the extracted ions, and the like. Of course, other laser ionization methods other than MALDI and ionization methods that do not use laser light may be used.

イオントラップ2は、円環状の1個のリング電極21と、これを挟むように対向して配置された、入口側エンドキャップ電極22及び出口側エンドキャップ電極24と、から成り、これら3個の電極21、22、24で囲まれた空間がイオン捕捉領域となる。入口側エンドキャップ電極22の略中央にはイオン入射口23が穿設され、イオン化部1から出射したイオンはイオン入射口23を通過してイオントラップ2内に導入される。一方、出口側エンドキャップ電極24の略中央にはイオン出射口25が穿設され、イオン出射口25を通ってイオントラップ2内から吐き出されたイオンは検出部3に到達して検出される。   The ion trap 2 is composed of one annular ring electrode 21 and an inlet side end cap electrode 22 and an outlet side end cap electrode 24 which are arranged to face each other so as to sandwich the ring electrode 21. A space surrounded by the electrodes 21, 22, and 24 is an ion trapping region. An ion incident port 23 is bored substantially at the center of the entrance-side end cap electrode 22, and ions emitted from the ionization unit 1 pass through the ion incident port 23 and are introduced into the ion trap 2. On the other hand, an ion emission port 25 is formed substantially at the center of the outlet-side end cap electrode 24, and ions discharged from the ion trap 2 through the ion emission port 25 reach the detection unit 3 and are detected.

検出部3は、イオンを電子に変換するコンバージョンダイノード31と、コンバージョンダイノード31から到来する電子を増倍して検出する二次電子増倍管32とから成り、入射したイオンの量に応じた検出信号をデータ処理部8に送る。   The detection unit 3 includes a conversion dynode 31 that converts ions into electrons, and a secondary electron multiplier 32 that multiplies and detects electrons arriving from the conversion dynode 31, and detects according to the amount of incident ions. The signal is sent to the data processing unit 8.

イオントラップ2を駆動するための本発明における電圧発生部に相当する主電源部4は、第1電圧VHを発生する第1電圧源41と、第2電圧VL(VL<VH発生する第2電圧源42と、第1電圧源41の出力端と第2電圧源42の出力端との間に直列に接続された第1スイッチング素子43及び第2スイッチング素子44と、を含み、両スイッチング素子43、44を直列に接続する結線から矩形波状の出力電圧VOUTが取り出され、リング電極21に印加される。また、補助電源部5は、エンドキャップ電極22、24にそれぞれ直流電圧又は矩形波状の電圧を印加する。第1電圧及び第2電圧は通常±数百V以上であってスイッチング素子43、44には高耐圧及び高速性が要求されるため、通常、これらスイッチング素子43、44には電力用MOSFETが用いられる。 The main power supply unit 4 corresponding to the voltage generation unit in the present invention for driving the ion trap 2 includes a first voltage source 41 for generating the first voltage V H and a second voltage V L (V L <V H ). a second voltage source 42 for generating a first switching element 43 and second switching element 44 connected in series between the output terminals of the second voltage source 42 of the first voltage source 41, the In addition, a rectangular wave output voltage V OUT is taken out from the connection connecting both the switching elements 43 and 44 in series, and applied to the ring electrode 21. The auxiliary power supply 5 applies a DC voltage or a rectangular wave voltage to the end cap electrodes 22 and 24, respectively. Since the first voltage and the second voltage are usually ± several hundreds V or more and the switching elements 43 and 44 are required to have high withstand voltage and high speed, a power MOSFET is usually used for the switching elements 43 and 44. It is done.

本発明におけるパルス生成手段に相当するタイミング信号発生部6はハードウエアによるロジック回路であり、本発明における制御手段に相当する制御部7による制御の下に、第1スイッチング素子43及び第2スイッチング素子44のオン・オフを制御するための駆動パルスを生成して主電源部4に加えるとともに、例えばこれら駆動パルスの一方を適宜の分周比で分周したパルスを補助電源部5に加える。第1スイッチング素子43及び第2スイッチング素子44は交互にオンするように(但し、少なくとも同時にオンすることがないように)駆動される。第1スイッチング素子43がオンするとき第1電圧VHが出力され、第2スイッチング素子44がオンするときに第2電圧VLが出力されるから、出力電圧VOUTは理想的には、ハイレベルがVH、ローレベルがVLである矩形波電圧となる。タイミング信号発生部6によりスイッチング素子43、44を駆動するパルスの周波数が変更されると、振幅(電圧レベル)が一定に維持されたまま矩形波電圧の周波数が変化する。 The timing signal generator 6 corresponding to the pulse generator in the present invention is a hardware logic circuit, and is controlled by the controller 7 corresponding to the controller in the present invention under the control of the first switching element 43 and the second switching element. A drive pulse for controlling ON / OFF of 44 is generated and applied to the main power supply unit 4, and for example, a pulse obtained by dividing one of these drive pulses with an appropriate frequency division ratio is applied to the auxiliary power supply unit 5. The first switching element 43 and the second switching element 44 are driven so as to be alternately turned on (but not to be turned on at the same time). Since the first voltage V H is output when the first switching element 43 is turned on and the second voltage V L is output when the second switching element 44 is turned on, the output voltage V OUT is ideally high. A rectangular wave voltage having a level of V H and a low level of V L is obtained. When the frequency of the pulse for driving the switching elements 43 and 44 is changed by the timing signal generator 6, the frequency of the rectangular wave voltage changes while the amplitude (voltage level) is kept constant.

制御部7はパーソナルコンピュータを中心に構成され、該パーソナルコンピュータに予めインストールされた制御/処理プログラムを実行することにより、その機能が達成される。制御部7は、特徴的な機能ブロックとして、本発明における初期駆動条件算出手段に相当する初期周波数/駆動時間決定部71、本発明における待機時周波数算出手段に相当する待機時周波数決定部72、温度制御用データ記憶部73、を含む。   The control unit 7 is mainly composed of a personal computer, and its function is achieved by executing a control / processing program preinstalled in the personal computer. The control unit 7 includes, as characteristic function blocks, an initial frequency / drive time determination unit 71 corresponding to the initial drive condition calculation unit in the present invention, a standby frequency determination unit 72 corresponding to the standby frequency calculation unit in the present invention, A temperature control data storage unit 73.

図2は、本実施例のイオントラップ質量分析装置においてイオンを質量分析するために実行される一連の処理(操作)の手順を示すフローチャートである。ステップS1の初期状態は装置が起動された直後の状態であり、その後、待機状態に移行して分析の実行を待つ(ステップS2)。一連の分析の開始の直前に、イオントラップ2内に残留している不所望のイオンを排出する操作が実行され(ステップS3)、それから或る1つのサンプルに対する分析が実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing a sequence of processes (operations) executed for mass analysis of ions in the ion trap mass spectrometer of the present embodiment. The initial state of step S1 is a state immediately after the apparatus is activated, and thereafter, the state shifts to a standby state and waits for execution of analysis (step S2). Immediately before the start of a series of analyses, an operation of discharging undesired ions remaining in the ion trap 2 is performed (step S3), and then an analysis for a certain sample is performed.

即ち、制御部7の制御の下にレーザ照射部11から短時間レーザ光を出射しサンプルSに当てる。レーザ光照射によりサンプルS中のマトリックスは急速に加熱され、目的成分を伴って気化する。この際に目的成分はイオン化される。発生したイオンはイオンレンズ14により形成される静電場によって収束され、イオン入射口23を経てイオントラップ2内に導入され、捕捉される(ステップS4)。レーザ光の照射時間はごく短時間であるためイオンの生成時間も短い。そのため、発生したイオンはパケット状にイオン入射口23に到達する。   That is, a laser beam is emitted from the laser irradiation unit 11 for a short time and applied to the sample S under the control of the control unit 7. The matrix in the sample S is rapidly heated by laser light irradiation, and vaporizes with the target component. At this time, the target component is ionized. The generated ions are converged by an electrostatic field formed by the ion lens 14, introduced into the ion trap 2 through the ion incident port 23, and captured (step S4). Since the irradiation time of the laser beam is very short, the generation time of ions is also short. Therefore, the generated ions reach the ion entrance 23 in a packet form.

それから、イオン導入に先立ってイオントラップ2内に導入したクーリングガスにイオンを接触させることでクーリングを行い(ステップS5)、その後に、イオン出射口25を通して、質量走査によりイオンを質量の順に排出する(ステップS6)。排出されたイオンは順次、検出部3で検出される。データ処理部8では1回の質量走査に対応して1つの質量プロファイルを取得する。イオントラップ2内に安定的に捕捉されるイオンの質量範囲はリング電極21に印加される矩形波電圧の周波数に依存するから、上記のようなイオントラップ2でのイオンに対する一連の操作の際に、タイミング信号発生部6は所定周波数の駆動パルスをスイッチング素子43、44に供給し、これに応じた周波数の矩形波電圧が主電源部4で生成されてリング電極21に印加される。   Then, cooling is performed by bringing the ions into contact with the cooling gas introduced into the ion trap 2 prior to ion introduction (step S5), and then ions are ejected in order of mass by mass scanning through the ion emission port 25. (Step S6). The discharged ions are sequentially detected by the detection unit 3. The data processing unit 8 acquires one mass profile corresponding to one mass scan. Since the mass range of ions stably trapped in the ion trap 2 depends on the frequency of the rectangular wave voltage applied to the ring electrode 21, during the series of operations for ions in the ion trap 2 as described above. The timing signal generator 6 supplies a driving pulse having a predetermined frequency to the switching elements 43 and 44, and a rectangular wave voltage having a frequency corresponding to the driving pulse is generated by the main power supply unit 4 and applied to the ring electrode 21.

上述したように1回のレーザ照射で発生するイオンの量はあまり多くないため、ステップS7からS4へ戻って、ステップS4〜S6の操作を所定回数(例えば10回)繰り返す。データ処理部8では所定回数の質量プロファイルを積算して質量スペクトルを作成する。イオントラップ2は1つのサンプルに対する一連の分析が終了すると、次のサンプルの分析まで待機状態となる。   As described above, since the amount of ions generated by one laser irradiation is not so large, the process returns from step S7 to S4, and the operations of steps S4 to S6 are repeated a predetermined number of times (for example, 10 times). The data processing unit 8 integrates a predetermined number of mass profiles to create a mass spectrum. When a series of analyzes for one sample is completed, the ion trap 2 is in a standby state until the next sample is analyzed.

なお、図2に示したフローチャートでは、イオンをイオントラップ2内に導入する毎にイオンをイオントラップ2から排出し検出しているが、例えば国際公開2008/126383号パンフレット、国際公開2008/129850号パンフレットに開示されているように、多数回のレーザ光照射によりサンプルSから発生させたイオンを順次イオントラップ2内に導入し、捕捉しているイオンの量を増加させた後に、質量走査によりイオンをイオントラップ2内から排出して検出するようにしてもよい。   In the flowchart shown in FIG. 2, every time ions are introduced into the ion trap 2, ions are discharged from the ion trap 2 and detected. For example, International Publication No. 2008/126383, International Publication No. 2008/129850 are disclosed. As disclosed in the pamphlet, ions generated from the sample S by multiple times of laser light irradiation are sequentially introduced into the ion trap 2 to increase the amount of trapped ions, and then ions are detected by mass scanning. May be discharged from the ion trap 2 and detected.

質量走査の際にはリング電極21に印加される矩形波電圧の周波数が走査されるが、その周波数の変化はスイッチング素子43、44の温度変化に比べて十分に速く、また1つサンプルに対する繰り返しの分析は同一分析条件の下で行われるから、繰り返し分析の分析条件に対応して主電源部4が到達する温度はほぼ決まる。そこで、分析対象のイオンの質量範囲などの分析条件と主電源部4が到達する安定温度との関係を予め測定しておき、その関係を示すデータを温度制御用データ記憶部73に格納しておくようにする。   During the mass scanning, the frequency of the rectangular wave voltage applied to the ring electrode 21 is scanned. The frequency change is sufficiently faster than the temperature change of the switching elements 43 and 44, and is repeated for one sample. Since these analyzes are performed under the same analysis conditions, the temperature reached by the main power supply unit 4 is substantially determined in accordance with the analysis conditions of the repeated analysis. Therefore, the relationship between the analysis conditions such as the mass range of ions to be analyzed and the stable temperature reached by the main power supply unit 4 is measured in advance, and data indicating the relationship is stored in the temperature control data storage unit 73. To leave.

ここで問題としている温度はそれほど厳密なものではないので、スイッチング素子43、44の個体差などは殆ど無視できる。したがって、上記の分析条件と安定温度との関係を示すデータは、装置の製造メーカが予め測定して、例えばフラッシュROMなどである温度制御用データ記憶部73に格納しておけば十分である。なお、分析条件と安定温度との関係でなく、分析対象であるイオンの質量範囲(又は特定のイオンの質量)と安定温度との関係としても同様である。   Since the temperature in question here is not so strict, individual differences between the switching elements 43 and 44 can be almost ignored. Therefore, it is sufficient that the data indicating the relationship between the analysis conditions and the stable temperature is previously measured by the device manufacturer and stored in the temperature control data storage unit 73 such as a flash ROM. The same applies to the relationship between the mass range of ions to be analyzed (or the mass of specific ions) and the stable temperature, not the relationship between the analysis conditions and the stable temperature.

次に、本実施例のイオントラップ質量分析装置における特徴的な制御動作である温度安定化制御について図3〜図5を用いて説明する。   Next, temperature stabilization control, which is a characteristic control operation in the ion trap mass spectrometer of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.

図3は図2中の初期状態における温度安定化制御のフローチャートである。初期状態では、スイッチング素子43、44を含む主電源部4の温度は周囲温度(室温)とほぼ同じであるとみなせる。   FIG. 3 is a flowchart of temperature stabilization control in the initial state in FIG. In the initial state, it can be considered that the temperature of the main power supply unit 4 including the switching elements 43 and 44 is substantially the same as the ambient temperature (room temperature).

制御部7において初期周波数/駆動時間決定部71は、1回目に実行する、つまり最初のサンプルに対する一連の分析の分析条件を抽出し(ステップS11)、温度制御用データ記憶部73を参照して上記分析条件に対応した安定温度T1を求める(ステップS12)。そして、予め想定した初期温度T0と安定温度T1との差から、その安定温度T1に達するのに適切な駆動パルスの周波数f0及び駆動時間t0を算出する(ステップS13)。初期状態の温度安定化制御では、できるだけ迅速に温度を上昇させることが目的であるから、駆動パルスの周波数f0はスイッチング素子43、44などの回路が対応できる範囲で、できるだけ高い周波数を選択するとよい。   In the control unit 7, the initial frequency / driving time determination unit 71 executes the first time, that is, extracts analysis conditions for a series of analyzes for the first sample (step S 11), and refers to the temperature control data storage unit 73. A stable temperature T1 corresponding to the analysis conditions is obtained (step S12). Then, a frequency f0 and a drive time t0 appropriate for reaching the stable temperature T1 are calculated from the difference between the initially assumed initial temperature T0 and the stable temperature T1 (step S13). In the temperature stabilization control in the initial state, the purpose is to raise the temperature as quickly as possible. Therefore, the frequency f0 of the drive pulse should be selected as high as possible within the range that the circuits such as the switching elements 43 and 44 can handle. .

駆動パルスの周波数と駆動時間とは例えば次のように算出するものとすることができる。駆動パルスの周波数f0は上記のような制約の下に、例えば1MHzと予め決めておく。そして、その周波数f0の駆動パルスでスイッチング素子43、44を駆動したときの主電源部4の温度上昇速度ΔTを予め測定しておき、初期温度と安定温度との温度差から駆動時間を算出する計算式を求め、これを初期周波数/駆動時間決定部71に保持しておく。実際の測定時に、初期周波数/駆動時間決定部71は、上記のように初期温度T0と安定温度T1との温度差を求め、上記計算式に基づいて、その温度差から駆動時間t0を算出する。但し、極端な温度のオーバーシュートは避ける必要があるから、こうしたことを考慮した計算式を設定することが好ましい。   The frequency and driving time of the driving pulse can be calculated as follows, for example. The frequency f0 of the drive pulse is determined in advance as 1 MHz, for example, under the above constraints. Then, the temperature rise rate ΔT of the main power supply unit 4 when the switching elements 43 and 44 are driven with the drive pulse of the frequency f0 is measured in advance, and the drive time is calculated from the temperature difference between the initial temperature and the stable temperature. A calculation formula is obtained and stored in the initial frequency / drive time determination unit 71. At the time of actual measurement, the initial frequency / drive time determination unit 71 obtains the temperature difference between the initial temperature T0 and the stable temperature T1 as described above, and calculates the drive time t0 from the temperature difference based on the above formula. . However, since it is necessary to avoid an overshoot at an extreme temperature, it is preferable to set a calculation formula that takes this into consideration.

なお、初期温度T0は例えば30℃などと予め想定しておいてもよいが、主電源部4の近傍に温度センサを設置し、実際の初期温度を計測するようにしてもよい。また、上記のように温度のオーバーシュートを軽減するために、駆動パルスの周波数f0を1種類のみに定めるのではなく、当初は高い周波数として段階的に周波数を下げるようにして、主電源部4の温度上昇の度合いが徐々に緩やかになるようにしてもよい。   The initial temperature T0 may be preliminarily assumed to be 30 ° C., for example, but a temperature sensor may be installed in the vicinity of the main power supply unit 4 to measure the actual initial temperature. In addition, in order to reduce the temperature overshoot as described above, the frequency f0 of the drive pulse is not set to only one type, but the frequency is lowered initially as a high frequency so that the main power supply 4 The degree of temperature rise may be gradually reduced.

いずれにしても、初期周波数/駆動時間決定部71において初期周波数f0及び駆動時間t0が決まったならば、制御部7はそれに対応した駆動パルスを生成するようにタイミング信号発生部6を制御し、タイミング信号発生部6からスイッチング素子43、44に駆動パルスが供給される(ステップS14)。これにより、スイッチング素子43、44は通常の分析時よりも高速にスイッチング動作を行い、それによって大きな発熱を生じる。その結果、図5に示すように、主電源部4の温度は初期温度T0から急速に上昇し安定温度T1の近傍に達する。1回目の分析の前であっても、初期状態における上記のような温度安定制御が実施されたあとには次に説明するような待機状態の温度安定制御に移行する。   In any case, when the initial frequency f0 and the driving time t0 are determined in the initial frequency / driving time determining unit 71, the control unit 7 controls the timing signal generating unit 6 so as to generate a driving pulse corresponding thereto, A driving pulse is supplied from the timing signal generator 6 to the switching elements 43 and 44 (step S14). As a result, the switching elements 43 and 44 perform a switching operation at a higher speed than in normal analysis, thereby generating a large amount of heat. As a result, as shown in FIG. 5, the temperature of the main power supply unit 4 rapidly rises from the initial temperature T0 and reaches the vicinity of the stable temperature T1. Even before the first analysis, after the temperature stability control as described above in the initial state is performed, the process proceeds to the temperature stability control in the standby state as described below.

図4は図2中の待機状態における温度安定化制御のフローチャートである。待機状態では、制御部7において待機時周波数決定部72は、次に実行する一連の分析の分析条件を抽出し(ステップS21)、温度制御用データ記憶部73を参照して上記分析条件に対応した安定温度を求める(ステップS22)。ここではその安定温度がT2であるとする。そして、その安定温度T2を維持するのに適切な待機時周波数f1を算出する(ステップS23)。一般的には、この待機時周波数f1は次に実行される分析でイオンを捕捉する際に用いられる周波数とすることができる。   FIG. 4 is a flowchart of temperature stabilization control in the standby state in FIG. In the standby state, the standby frequency determination unit 72 in the control unit 7 extracts analysis conditions for a series of analyzes to be executed next (step S21), and corresponds to the analysis conditions with reference to the temperature control data storage unit 73. The obtained stable temperature is obtained (step S22). Here, the stable temperature is assumed to be T2. Then, a standby frequency f1 suitable for maintaining the stable temperature T2 is calculated (step S23). In general, this standby frequency f1 can be the frequency used to capture ions in the next analysis to be performed.

待機時周波数決定部72において待機時周波数f1が決まったならば、制御部7はそれに対応した駆動パルスを生成するようにタイミング信号発生部6を制御し、タイミング信号発生部6からスイッチング素子43、44に駆動パルスが供給される(ステップS24)。その結果、図5に示すように、主電源部4の温度は1回目のサンプル分析が終了したあとに、次のサンプルの分析の安定温度T2の近傍に達する。   When the standby frequency determination unit 72 determines the standby frequency f1, the control unit 7 controls the timing signal generation unit 6 to generate a drive pulse corresponding to the standby frequency f1, and the timing signal generation unit 6 controls the switching element 43, A drive pulse is supplied to 44 (step S24). As a result, as shown in FIG. 5, the temperature of the main power supply unit 4 reaches the vicinity of the stable temperature T2 of the analysis of the next sample after the first sample analysis is completed.

なお、このように主電源部4の温度がほぼ安定した状態において、次のサンプルの分析の実行の直前に、イオントラップ2内に残留しているイオンを除去するべく、スイッチング素子43、44への駆動パルスの周波数は低周波(例えば20kHz以下)に下げられ、リング電極21に印加される矩形波電圧の周波数が下がる。このとき、スイッチング素子43、44のスイッチング動作は遅くなるが、残留イオン除去に必要な時間はたかだか数十m秒程度にすぎず、この程度の時間の間、駆動パルスの周波数を下げても主電源部4の温度変化は殆どない。したがって、次の分析を開始するときには、主電源部4はその分析に応じた温度に近い状態になっており、分析の当初から時間ドリフトのない質量プロファイルを取得することができる。   In this way, in a state where the temperature of the main power supply unit 4 is almost stable, the switching elements 43 and 44 are switched to remove ions remaining in the ion trap 2 immediately before the execution of the analysis of the next sample. The frequency of the drive pulse is lowered to a low frequency (for example, 20 kHz or less), and the frequency of the rectangular wave voltage applied to the ring electrode 21 is lowered. At this time, although the switching operation of the switching elements 43 and 44 is delayed, the time required for removing the residual ions is only about several tens of milliseconds, and even if the frequency of the drive pulse is lowered during this time, the main operation is performed. There is almost no temperature change of the power supply unit 4. Therefore, when starting the next analysis, the main power supply unit 4 is in a state close to the temperature corresponding to the analysis, and a mass profile having no time drift can be acquired from the beginning of the analysis.

上記実施例では、分析条件と主電源部4の安定温度との関係を予め測定しておき、その関係を利用して、目的の温度となるように駆動パルスの周波数やその駆動パルスを供給する時間を決めるようにしている。したがって、そうした制御の結果として主電源部4の温度が目的とする温度になることが必ずしも保証されるものではないが、上述したように、そもそも高精度な温度制御を行う必要はないため、実用上問題となることはない。但し、実際に、主電源部4の近傍に温度センサを設置し、制御部7がその温度センサによる検知温度を監視しながら、駆動パルスの周波数や駆動時間を適宜に修正するようにしてもよい。   In the above embodiment, the relationship between the analysis conditions and the stable temperature of the main power supply unit 4 is measured in advance, and the frequency of the drive pulse and the drive pulse are supplied so as to achieve the target temperature using the relationship. I try to decide the time. Therefore, although it is not always guaranteed that the temperature of the main power supply unit 4 becomes the target temperature as a result of such control, it is not necessary to perform highly accurate temperature control in the first place as described above. There is no problem. However, actually, a temperature sensor may be installed in the vicinity of the main power supply unit 4, and the control unit 7 may appropriately modify the frequency and driving time of the driving pulse while monitoring the temperature detected by the temperature sensor. .

また、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に、変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば上記実施例は3次元四重極型のイオントラップであったが、デジタル駆動方式であれば、リニア型のイオントラップにも本発明を適用することができる。   Further, the above-described embodiment is merely an example, and it is obvious that modifications, corrections, and additions may be appropriately made within the scope of the present invention, and included in the scope of claims of the present application. For example, although the above embodiment is a three-dimensional quadrupole ion trap, the present invention can be applied to a linear ion trap as long as it is a digital drive system.

1…イオン化部
11…レーザ照射部
12…サンプルプレート
13…引き出し電極
14…イオンレンズ
2…イオントラップ
21…リング電極
22…入口側エンドキャップ電極
23…イオン入射口
24…出口側エンドキャップ電極
25…イオン出射口
3…検出部
31…コンバージョンダイノード
32…二次電子増倍管
4…主電源部
41…第1電圧源
42…第2電圧源
43、44…スイッチング素子
5…補助電源部
6…タイミング信号発生部
7…制御部
71…初期周波数/駆動時間決定部
72…待機時周波数決定部
73…温度制御用データ記憶部
8…データ処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ionization part 11 ... Laser irradiation part 12 ... Sample plate 13 ... Extraction electrode 14 ... Ion lens 2 ... Ion trap 21 ... Ring electrode 22 ... Inlet side end cap electrode 23 ... Ion entrance 24 ... Outlet side end cap electrode 25 ... Ion exit 3 ... detection unit 31 ... conversion dynode 32 ... secondary electron multiplier 4 ... main power supply unit 41 ... first voltage source 42 ... second voltage source 43, 44 ... switching element 5 ... auxiliary power supply unit 6 ... timing Signal generation unit 7 ... control unit 71 ... initial frequency / drive time determination unit 72 ... standby frequency determination unit 73 ... temperature control data storage unit 8 ... data processing unit

Claims (3)

複数の電極からなるイオントラップと、該イオントラップの内部空間に高周波電場を形成するために、複数の電圧をスイッチング素子により切り替えることで発生した矩形波電圧を前記複数の電極の少なくとも1つに印加する電圧発生部と、を具備するイオントラップ装置において、
a)所定周波数の駆動パルスを生成して前記電圧発生部のスイッチング素子に供給するパルス生成手段と、
b)一連の分析の分析条件の下で想定される前記電圧発生部の温度を維持するために必要な前記駆動パルスの周波数を算出する待機時周波数算出手段を含み、一連の分析が終了して次の一連の分析を実行するまでの待機期間に、前記待機時周波数算出手段により算出された、前記次の一連の分析の分析条件の下で想定される前記電圧発生部の温度に応じた周波数の駆動パルスを生成するように前記パルス生成手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするイオントラップ装置。
Applying a rectangular wave voltage generated by switching a plurality of voltages by a switching element to at least one of the plurality of electrodes in order to form a high frequency electric field in an ion trap and an internal space of the ion trap In the ion trap apparatus comprising:
a) pulse generation means for generating a drive pulse of a predetermined frequency and supplying the drive pulse to the switching element of the voltage generation unit;
b) including a standby frequency calculation means for calculating the frequency of the drive pulse necessary for maintaining the temperature of the voltage generator assumed under the analysis conditions of the series of analysis, and the series of analysis is completed. The frequency according to the temperature of the voltage generator assumed under the analysis conditions of the next series of analysis calculated by the standby frequency calculation means during the standby period until the next series of analyzes is executed. Control means for controlling the pulse generation means so as to generate a drive pulse of
An ion trap apparatus comprising:
複数の電極からなるイオントラップと、該イオントラップの内部空間に高周波電場を形成するために、複数の電圧をスイッチング素子により切り替えることで発生した矩形波電圧を前記複数の電極の少なくとも1つに印加する電圧発生部と、を具備するイオントラップ装置において、
a)所定周波数の駆動パルスを生成して前記スイッチング素子に供給するパルス生成手段と、
b)前記電圧発生部の温度をその稼働初期状態の温度から一連の分析の分析条件の下で想定される温度まで上昇させるために必要な前記駆動パルスの周波数及び該駆動パルスを供給する時間を算出する初期駆動条件算出手段を含み、稼働初期において、前記初期駆動条件算出手段により算出された相対的に高い周波数の駆動パルスを該初期駆動条件算出手段により算出された時間だけ生成するように前記パルス生成手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするイオントラップ装置。
Applying a rectangular wave voltage generated by switching a plurality of voltages by a switching element to at least one of the plurality of electrodes in order to form a high frequency electric field in an ion trap and an internal space of the ion trap In the ion trap apparatus comprising:
a) pulse generating means for generating a driving pulse of a predetermined frequency and supplying the driving pulse to the switching element;
b) A frequency of the driving pulse and a time for supplying the driving pulse necessary to raise the temperature of the voltage generating unit from the temperature in the initial operation state to a temperature assumed under a series of analysis conditions. An initial driving condition calculating means for calculating, and in the initial stage of operation, the driving pulse having a relatively high frequency calculated by the initial driving condition calculating means is generated for a time calculated by the initial driving condition calculating means. Control means for controlling the pulse generating means;
An ion trap apparatus comprising:
請求項1又は2に記載のイオントラップ装置であって、
前記イオントラップは、1個のリング電極と該リング電極を挟んで対向配置された1対のエンドキャップ電極とからなる3次元四重極型のイオントラップであり、前記電圧発生部は矩形波電圧をリング電極に印加することを特徴とするイオントラップ装置。
The ion trap apparatus according to claim 1 or 2,
The ion trap is a three-dimensional quadrupole ion trap composed of one ring electrode and a pair of end cap electrodes arranged opposite to each other with the ring electrode interposed therebetween, and the voltage generator is a rectangular wave voltage Is applied to the ring electrode.
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