JP7074213B2 - 質量分析装置および質量分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、質量分析装置および質量分析方法に関する。
ガスクロマトグラフ－質量分析計（ＧＣ－ＭＳ）等の質量分析装置による分析では、真空下で、１４０℃～３５０℃等の高温に加熱されたイオン源を用いてイオン化を行う。分析の終了後も、沸点が室温より高い高沸点化合物等がイオン源に付着しないように、イオン源は、その許容圧力以下の真空下で加熱により上記高温に保たれる。
このような質量分析装置のメンテナンスの際には、イオン源を大気圧下に開放する必要がある。このとき、イオン源の温度を十分に下げてからイオン源を大気圧下に開放しないと、上記のような化合物の付着が起こり、イオン源が汚染されてしまう。特許文献１では、キャリアガスをイオン源に導入することによりイオン源を冷却するＧＣ－ＭＳが記載されている。このＧＣ－ＭＳでは、イオン源の温度が所定の温度になった場合には、開閉切替部を構成する電磁弁が開かれることにより真空チャンバが大気開放される。
イオン源等のイオン化部の冷却中に、内部にイオン化部を有する真空容器に設置された扉等の開閉部が開けられてしまうと、イオン化部が汚染等の悪影響を受ける可能性がある。
本発明の第１の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、前記真空容器に設置され、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部と、前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部とを備える質量分析装置に関する。
本発明の第２の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、前記真空容器に設置された開閉部と、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部と、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替える切替部とを備える質量分析装置に関する。
本発明の第３の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記真空容器は、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部を備え、前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することを備える質量分析方法に関する。
本発明の第４の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記質量分析装置は、前記真空容器に設置された開閉部を備え、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することと、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了の判定を行うことと、前記判定の結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替えることとを備える質量分析方法に関する。
本発明の第２の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、前記真空容器に設置された開閉部と、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部と、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替える切替部とを備える質量分析装置に関する。
本発明の第３の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記真空容器は、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部を備え、前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することを備える質量分析方法に関する。
本発明の第４の態様は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記質量分析装置は、前記真空容器に設置された開閉部を備え、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することと、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了の判定を行うことと、前記判定の結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替えることとを備える質量分析方法に関する。
本発明によれば、イオン化部の冷却中に、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－第１実施形態－
本実施形態の質量分析装置は、冷却用ガスがイオン化部に導入された後、所定の条件に基づいて、イオン化部を取り出すための開閉部を開けられるようにするものである。
本実施形態の質量分析装置は、冷却用ガスがイオン化部に導入された後、所定の条件に基づいて、イオン化部を取り出すための開閉部を開けられるようにするものである。
（質量分析装置について）
図１は、本実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図である。質量分析装置１は、ガスクロマトグラフ－質量分析計（以下、ＧＣ－ＭＳと呼ぶ）であり、測定部１００と情報処理部４０とを備える。測定部１００は、ガスクロマトグラフ１０と、冷却用ガス導入部２０と、質量分析部３０とを備える。
図１は、本実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図である。質量分析装置１は、ガスクロマトグラフ－質量分析計（以下、ＧＣ－ＭＳと呼ぶ）であり、測定部１００と情報処理部４０とを備える。測定部１００は、ガスクロマトグラフ１０と、冷却用ガス導入部２０と、質量分析部３０とを備える。
ガスクロマトグラフ１０は、キャリアガス供給源Ｇ１と、キャリアガス流路１１と、試料導入部１２と、カラム温度調節部１３と、分離カラム１４と、試料ガス導入管１５とを備える。冷却用ガス導入部２０は、冷却用ガス流路２１と、流量制御部２２とを備える。質量分析部３０は、真空容器３１と、排気口３２と、分析対象の試料をイオン化してイオンＩｎを生成するイオン化部３３と、イオン調整部３４と、質量分離部３５と、検出部３６と、開閉部３７と、開放弁３８と、真空排気系３００とを備える。
情報処理部４０は、入力部４１と、通信部４２と、記憶部４３と、出力部４４と、制御部５０とを備える。制御部５０は、装置制御部５１と、データ処理部５２と、出力制御部５３とを備える。装置制御部５１は、導入制御部５１１と、判定部５１２とを備える。
測定部１００は、分離分析により試料の各成分（以下、試料成分と呼ぶ）を分離する分離部として機能し、また、分離された各試料成分を検出する。
ガスクロマトグラフ１０は、試料成分を物理的または化学的特性に基づいて分離する。分離カラム１４に導入される際に、試料はガスまたはガス状となっているが、これを試料ガスと呼ぶ。
キャリアガス供給源Ｇ１は、キャリアガスを格納する容器を備え、キャリアガスをキャリアガス流路１１に供給する。キャリアガス流路１１は、その一端である第１端が、キャリアガス供給源Ｇ１にキャリアガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、試料導入部１２にキャリアガスを導入可能に接続されている。後述するように、キャリアガス流路１１は流路途中で冷却用ガス流路２１に分岐している。キャリアガス供給源Ｇ１からキャリアガス流路１１に導入されたキャリアガスは、キャリアガス流路１１の途中に配置された不図示のキャリアガス流量制御部により流量等が調整された後、試料導入部１２に導入される（矢印Ａ１）。試料導入部１２は、試料気化室等の試料が格納される室を備え、不図示のシリンジまたはオートサンプラー等の注入器により注入された試料を一時的に収容し、試料が液体の場合は気化させて、試料ガスを分離カラム１４に導入する（矢印Ａ２）。
分離カラム１４は、キャピラリーカラム等のカラムを備える。分離カラム１４は、カラムオーブン等を備えるカラム温度調節部１３により、例えば数百℃以下に温度制御されている。試料ガスの各成分は、移動相と分離カラム１４の固定相との間の分配係数等に基づいて分離され、分離された試料ガスの各成分は異なる時間に分離カラム１４から溶出し、試料ガス導入管１５を通って質量分析部３０のイオン化部３３に導入される。
冷却用ガス導入部２０は、イオン化部３３を冷却するための冷却用ガスの圧力等を調整し、この冷却用ガスを真空容器３１の内部に導入する。
本実施形態では、冷却用ガスは、キャリアガスを用いている。冷却用ガスとしてのキャリアガスは、例えばヘリウム、窒素またはアルゴン等の不活性ガスとすることができる。
効率よくイオン化部３３を冷却する観点から、冷却用ガスは、熱伝導率の高いガスが好ましい。冷却用ガスは、熱伝導度の大きさの指標となる熱伝導度定数が、１ａｔｍ、０℃において、１０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、２０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、１００ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以上がさらに好ましい。
冷却用ガス流路２１は、その第１端がキャリアガス流路１１に冷却用ガス（キャリアガス）が流れることができるように接続され、他端である第２端が真空容器３１に接続され、真空容器３１の内部に冷却用ガスが導入可能となっている。
なお、キャリアガス供給源Ｇ１と冷却用ガス流路２１とが、キャリアガス流路１１を介さず、直接接続されていてもよい。この場合、冷却用ガス流路２１の一端である第１端はキャリアガス供給源Ｇ１に冷却用ガス（キャリアガス）が流れることができるように接続され、他端である第２端は真空容器３１に冷却用ガスが導入可能に接続される。
なお、キャリアガス供給源Ｇ１と冷却用ガス流路２１とが、キャリアガス流路１１を介さず、直接接続されていてもよい。この場合、冷却用ガス流路２１の一端である第１端はキャリアガス供給源Ｇ１に冷却用ガス（キャリアガス）が流れることができるように接続され、他端である第２端は真空容器３１に冷却用ガスが導入可能に接続される。
流量制御部２２は、電磁弁等の流量制御弁を備える。流量制御部２２は、冷却用ガス流路２１の途中に設置され、冷却用ガスの真空容器３１への導入、非導入を切り替える等、冷却用ガスの流量を制御する。流量制御部２２は、後述の導入制御部５１１により制御され、冷却用ガスを真空容器３１の内部に導入する。後に詳述するように、このとき真空容器３１の内部に導入される冷却用ガスの量は、真空容器３１の内部と外部との圧力差により開閉部３７がロックした状態を保持できるように調整される。流量制御部２２は、さらに、調圧器、抵抗器、圧力計および流量計の少なくとも一つ等を備え、これらを用いて冷却用ガスの圧力または流量を調整する構成としてもよい。また、冷却用ガス導入部２０にオリフィス等の絞りを設け、冷却用ガスの圧力が高くなりすぎないようにしてもよい。
質量分析部３０は、質量分析計を備え、イオン化部３３に導入された試料をイオン化し、質量分離して検出する。イオン化部３３で生成された試料に由来するイオンＩｎの経路を矢印Ａ４で模式的に示した。
なお、試料に由来するイオンＩｎを所望の精度で質量分離して検出することができれば、質量分析部３０を構成する質量分析計の種類は特に限定されず、任意の種類の１以上の質量分析器を含むものを用いることができる。
なお、試料に由来するイオンＩｎを所望の精度で質量分離して検出することができれば、質量分析部３０を構成する質量分析計の種類は特に限定されず、任意の種類の１以上の質量分析器を含むものを用いることができる。
質量分析部３０の真空容器３１は、排気口３２を備える。排気口３２は、真空排気系３００と排気可能に接続されている。真空排気系３００は、ターボ分子ポンプ等の、１０－２Ｐａ以下等の高真空が実現可能なポンプおよびその補助ポンプを含む。図１では、真空容器３１の内部の気体が排出される点を矢印Ａ５で模式的に示した。
なお、冷却用ガス流路２１は、上記真空排気系３００に、冷却用ガスが導入可能に接続されていてもよい。この場合、例えば上記ターボ分子ポンプに冷却用ガスの導入口が形成されており、当該導入口に冷却用ガス流路２１が冷却用ガスを導入可能に接続される。冷却用ガスは、このターボ分子ポンプの停止時に当該導入口から導入される。導入された冷却用ガスは、当該導入口から、このターボ分子ポンプの内部の流路を、ターボ分子ポンプの排気とは逆向きに流れ、排気口３２を通って真空容器３１に導入される。
なお、冷却用ガス流路２１は、上記真空排気系３００に、冷却用ガスが導入可能に接続されていてもよい。この場合、例えば上記ターボ分子ポンプに冷却用ガスの導入口が形成されており、当該導入口に冷却用ガス流路２１が冷却用ガスを導入可能に接続される。冷却用ガスは、このターボ分子ポンプの停止時に当該導入口から導入される。導入された冷却用ガスは、当該導入口から、このターボ分子ポンプの内部の流路を、ターボ分子ポンプの排気とは逆向きに流れ、排気口３２を通って真空容器３１に導入される。
質量分析部３０のイオン化部３３は、イオン源を備え、イオン化部３３に導入された試料等を電子イオン化によりイオン化する。このイオン源は、不図示のイオン化室、熱電子生成用フィラメントおよびトラップ電極等を含み、熱電子生成用フィラメントで生成された熱電子を、トラップ電極に印加された数十ｅＶ等の電圧で加速し、イオン化室内の分子に照射してイオンＩｎを生成する。電子イオン化の際に試料は解離されるため、イオンＩｎは、試料が解離されて得られたフラグメントイオンを含む。イオン化部３３で生成されたイオンＩｎはイオン調整部３４に導入される。
なお、イオン化部３３は、化学イオン化を行ってもよい。イオン源の種類およびイオン化の方法は、イオン源が加熱されてイオン化が行われ、イオン源を室温に戻した際に高沸点化合物等による汚染の可能性があれば特に限定されない。
なお、イオン化部３３は、化学イオン化を行ってもよい。イオン源の種類およびイオン化の方法は、イオン源が加熱されてイオン化が行われ、イオン源を室温に戻した際に高沸点化合物等による汚染の可能性があれば特に限定されない。
イオン化部３３は、真空排気系３００による排気と、不図示のヒーターによる加熱とにより、メンテナンス時を除いてイオン化部の許容圧力以下で１４０℃～３５０℃等の高温に保持されている。イオン化部３３は、イオン化部３３の温度を測定するための、白金センサ等の不図示の温度センサを備える。
質量分析部３０のイオン調整部３４は、レンズ電極またはイオンガイド等のイオン輸送系を備え、電磁気学的作用により、イオンＩｎの流束を収束させる等して調整する。イオン調整部３４から出射されたイオンＩｎは質量分離部３５に導入される。
質量分析部３０の質量分離部３５は、四重極マスフィルタを備え、導入されたイオンＩｎを質量分離する。質量分離部３５は、四重極マスフィルタに印加された電圧により、ｍ／ｚの値に基づいてイオンＩｎを選択的に通過させる。質量分離部３５の質量分離で得られたイオンＩｎは検出部３６に入射する。
質量分析部３０の検出部３６は、イオン検出器を備え、入射したイオンＩｎを検出する。検出部３６は、入射したイオンＩｎの検出により得られた検出信号を、不図示のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換し、デジタル化された検出信号を測定データとして情報処理部４０に出力する（矢印Ａ６）。
質量分析部３０の開閉部３７は、手動で開閉可能な扉等の開閉機構を備える。以下では、開閉部３７の開状態を、ユーザーによりイオン化部３３を取り出しメンテナンスができる状態、例えば扉が開いている状態とする。開閉部３７の閉状態を、真空容器３１の内部と外部の圧力差を維持できる状態、例えば扉が閉じている状態とする。この閉状態において、後に詳述するようにユーザー等の外力によって開状態にできないようにロックされている状態をロック状態とし、ロックされていない状態をロック解除状態とする。本実施形態の質量分析装置１では、開閉部３７は、真空容器３１の内部と外部との圧力差により、ロック状態とロック解除状態が切り替わる構成となっている。
図２（Ａ）は、ロック状態の開閉部３７を示す概念図である。真空容器３１の真空隔壁３１０に開閉部３７である扉Ｄが設置されている。扉Ｄは、閉状態において真空容器３１の真空を保持するように真空隔壁を含んで構成されている。開閉部３７は真空容器３１外側の表面に取っ手３７０が取り付けられている。
真空容器３１の内部の圧力が、真空容器３１の外部の圧力よりも一定以上低い第１圧力であるとする。このとき、真空容器３１の外部と内部との差に相当する圧力により開閉部３７が真空隔壁３１０の張り出し部３１１に押し付けられる。これにより、ユーザーが取っ手３７０を用いて開閉部３７を開けることができなくなる。図２（Ａ）では、真空容器３１の外部の圧力を矢印Ａｐ１、内部の圧力を矢印Ａｐ２により模式的に示した（図２（Ｂ）でも同様である）。
図２（Ｂ）は、ロック解除状態の開閉部３７を示す概念図である。真空容器３１の内部の圧力が上記第１圧力よりも高い第２圧力であるとする。このとき、真空容器３１の外部と内部との差に相当する圧力が図２（Ａ）の場合よりも小さくなる。これにより、ユーザーが取っ手３７０を用いて開閉部３７を開けることができるようになる。ユーザーにより扉Ｄが開かれ、開状態となった開閉部３７ｍを破線で示した。
なお、開閉部３７が自動制御により開くようにしてもよい。この場合、例えば、開閉部３７を開くための機械制御による力を、真空容器３１の外部と内部との圧力差による力よりも小さくなるように設定することができる。
なお、開閉部３７が自動制御により開くようにしてもよい。この場合、例えば、開閉部３７を開くための機械制御による力を、真空容器３１の外部と内部との圧力差による力よりも小さくなるように設定することができる。
図１に戻って、質量分析部３０の開放弁３８は、その一端である第１端を真空容器３１の外部に、他端である第２端を真空容器３１の内部に空気が流れることができるように接続する弁である。開放弁３８は、真空容器３１の圧力が高くなりすぎないようにするためのものである。開放弁３８は、冷却用ガスが真空容器３１に過剰に導入された場合に、真空容器３１またはその内部の部品に悪影響を与えないように大気圧へと開放する。開放弁３８は、真空容器３１の圧力が大気圧を超える所定の圧力になったときに開くように構成されている。従って、開放弁３８は真空容器３１の圧力をこの所定の圧力以下に制限する。この所定の圧力は、真空容器３１またはその内部の部品に悪影響を与えない圧力に設定される。
情報処理部４０は、電子計算機等の情報処理装置を備え、質量分析装置１のユーザー（以下、単に「ユーザー」と呼ぶ）とのインターフェースとなる他、様々なデータに関する通信、記憶、演算等の処理を行う。
なお、測定部１００と情報処理部４０とが一体の装置として構成してもよい。
なお、測定部１００と情報処理部４０とが一体の装置として構成してもよい。
入力部４１は、マウス、キーボード、各種ボタンまたはタッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部４１は、測定部１００の制御や制御部５０の処理に必要な情報等を、ユーザーから受け付ける。例えば、入力部４１は、ユーザーから、真空容器３１の排気の停止等を行う指示を受けつける。通信部４２は、インターネット等の無線または有線接続による通信を行うことができる通信装置を含んで構成され、測定部１００の制御や制御部５０の処理に関するデータ等を適宜送受信する。
記憶部４３は、不揮発性の記憶媒体で構成され、制御部５０が処理を実行するためのプログラムおよびデータ、ならびに測定データ等を記憶する。出力部４４は、液晶モニタ等の表示装置またはプリンター等を含んで構成される。出力部４４は、制御部５０の処理に関する情報等を、表示装置に表示したり、プリンターにより印刷したりして出力する。
制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置を備え、当該処理装置は、測定部１００を制御したり、測定データを処理する等、質量分析装置１の動作の主体となる。
制御部５０の装置制御部５１は、測定部１００の各部の動作を制御する。例えば、装置制御部５１は、質量分離部３５で通過させるイオンのｍ／ｚを連続的に変化させるスキャンモードや、特定のｍ／ｚを有するイオンを通過させるＳＩＭ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｓｃａｎｎｎｉｎｇ）モードによりイオンＩｎの検出を行うことができる。この場合、装置制御部５１は、入力部４１からの入力等に基づいて設定されたｍ／ｚを有するイオンＩｎが質量分離部３５を選択的に通過するように、質量分離部３５の電圧を変化させる。
装置制御部５１の導入制御部５１１は、真空排気系３００の排気、およびイオン化部３３を加熱する不図示のヒーターの加熱を停止し、その後、冷却用ガス導入部２０を制御して冷却用ガスを真空容器３１に導入する。導入制御部５１１は、冷却用ガスを導入した後の真空容器３１の内部と外部との圧力差により開閉部３７のロックが保持される（図２（Ａ）参照）ように、冷却用ガスの導入を制御する。
記憶部４３には、開閉部３７のロック状態が保持される冷却用ガス導入のプロトコルが予め記憶されている。このプロトコルは、例えば、流量制御部２２の流量制御弁を開く時間または流量制御部２２で調整する冷却用ガスの圧力等により定められている。導入制御部５１１は、このプロトコルを参照し、当該プロトコルに基づいて冷却用ガス導入部２０を制御して冷却用ガスを真空容器３１に導入する。
上記プロトコルは、例えば以下のように設定されたものである。大気圧と大気圧がかかる開閉部３７の表面の面積との積から、冷却用ガスが導入された後の真空容器３１内部の圧力と当該圧力がかかる開閉部３７の表面の面積との積を引いた値を開閉部３７にかかる押し付け力とする。この押し付け力が、ユーザーの開閉部３７を開けるために通常用いる力よりも大きくなるように上記プロトコルが設定される。
なお、真空容器３１の内部の圧力を測定するための圧力計を備え、当該圧力計により測定された冷却用ガス導入後の真空容器３１の内部の圧力に基づいて、当該圧力がロック状態を保持しつつ効率よくイオン源を冷却可能な所定の圧力になるよう冷却用ガスの導入をフィードバック制御してもよい。
なお、真空容器３１の内部の圧力を測定するための圧力計を備え、当該圧力計により測定された冷却用ガス導入後の真空容器３１の内部の圧力に基づいて、当該圧力がロック状態を保持しつつ効率よくイオン源を冷却可能な所定の圧力になるよう冷却用ガスの導入をフィードバック制御してもよい。
導入制御部５１１は、後述の判定部５１２が、イオン化部３３の冷却が終了したと判定したら、冷却用ガス導入部２０を制御して冷却用ガスを再度真空容器３１に導入し、真空容器３１の圧力を大気圧等まで上昇させる。これにより、開閉部３７のロックが解除される。このように、導入制御部５１１および冷却用ガス導入部２０は、開閉部３７をロック状態からロック解除状態へと切り替える切替部として機能する。
なお、導入制御部５１１は、真空容器３１に設置された不図示の弁を開放することにより、真空容器３１を大気圧下に開放してもよい。
なお、導入制御部５１１は、真空容器３１に設置された不図示の弁を開放することにより、真空容器３１を大気圧下に開放してもよい。
装置制御部５１の判定部５１２は、イオン化部３３の冷却が終了したか否かを判定する。判定部５１２は、不図示の温度センサにより測定されたイオン化部３３の温度が予め定められた所定の値になったら、イオン化部３３の冷却が終了したと判定する。この所定の値は、真空容器３１内を大気開放しても、イオン化部３３が酸化または化合物の付着等により悪影響を受けない温度に基づいて設定され、記憶部４３に予め記憶されている。
なお、判定部５１２は、イオン化部３３を加熱する不図示のヒーターの加熱停止からの時間、冷却用ガスの導入からの時間、または、イオン化部３３の温度が上記所定の値まで低下してからの時間等に基づいて、イオン化部３３の冷却が終了したと判定してもよい。
なお、判定部５１２は、イオン化部３３を加熱する不図示のヒーターの加熱停止からの時間、冷却用ガスの導入からの時間、または、イオン化部３３の温度が上記所定の値まで低下してからの時間等に基づいて、イオン化部３３の冷却が終了したと判定してもよい。
制御部５０のデータ処理部５２は、測定データを処理し、解析する。この解析の方法は特に限定されない。例えば、データ処理部５２は、測定データから、マススペクトルまたはマスクロマトグラムに対応するデータを生成し、試料成分のそれぞれに対応するピークのピーク強度またはピーク面積を試料成分に対応する強度として算出する。データ処理部５２は、算出された強度から試料成分の試料における濃度等を算出することができる。
出力制御部５３は、装置制御部５１による装置制御の状態を示す情報、または、データ処理部５２の処理により得られた解析の結果を示す情報を含む出力画像を生成する。出力制御部５３は、出力部４４を制御して当該出力画像を出力させる。
（質量分析方法について）
図３は、本実施形態に係る質量分析装置のメンテナンス方法を含む質量分析方法の流れを示すフローチャートである。予め、真空容器３１の内部は真空下にあり、開閉部３７はロック状態にあるものとする。ステップＳ１００１において、質量分析装置１は、試料の質量分析を行う。ステップＳ１００１が終了したら、ステップＳ１００３が開始される。ステップＳ１００３において、入力部４１は、ユーザーから、真空容器３１の排気の停止を行う指示を受けつける。ステップＳ１００３が終了したらステップＳ１００５が開始される。
図３は、本実施形態に係る質量分析装置のメンテナンス方法を含む質量分析方法の流れを示すフローチャートである。予め、真空容器３１の内部は真空下にあり、開閉部３７はロック状態にあるものとする。ステップＳ１００１において、質量分析装置１は、試料の質量分析を行う。ステップＳ１００１が終了したら、ステップＳ１００３が開始される。ステップＳ１００３において、入力部４１は、ユーザーから、真空容器３１の排気の停止を行う指示を受けつける。ステップＳ１００３が終了したらステップＳ１００５が開始される。
ステップＳ１００５において、導入制御部５１１は、真空容器３１の排気およびイオン化部３３の加熱を停止する。ステップＳ１００５が終了したら、ステップＳ１００７が開始される。ステップＳ１００７において、冷却用ガス導入部２０は、冷却用ガスを真空容器３１に導入する。ステップＳ１００７が終了したら、ステップＳ１００９が開始される。
ステップＳ１００９において、判定部５１２は、イオン化部３３の冷却が終了したか否かを判定する。判定部５１２は、この冷却が終了した場合、ステップＳ１００９を肯定判定してステップＳ１０１１が開始される。この冷却が終了していない場合、判定部５１２は、ステップＳ１００９を否定判定し、再びステップＳ１００９が開始される。
ステップＳ１０１１において、導入制御部５１１は、冷却用ガスまたは空気を真空容器３１に導入する。これにより開閉部３７のロックが解除される。ステップＳ１０１１が終了したら、ステップＳ１０１３が開始される。ステップＳ１０１３において、ユーザーは、イオン化部３３を取り出し、質量分析装置１のメンテナンスを行う。ステップＳ１０１３が終了したら、ステップＳ１００１に戻る。
次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位等に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。
（変形例１）
上述の実施形態において、質量分析装置１はＧＣ－ＭＳとしたが、加熱されて使用されるイオン源であって、室温に戻した際に高沸点化合物等による汚染等の悪影響の可能性のあるものを有する質量分析装置であれば、その種類は特に限定されない。
（変形例１）
上述の実施形態において、質量分析装置１はＧＣ－ＭＳとしたが、加熱されて使用されるイオン源であって、室温に戻した際に高沸点化合物等による汚染等の悪影響の可能性のあるものを有する質量分析装置であれば、その種類は特に限定されない。
（変形例２）
上述の実施形態では、キャリアガスを冷却用ガスとして用いる構成とした。しかし、冷却用ガスをキャリアガス供給源Ｇ１とは別の冷却用ガス供給源から供給してもよい。この場合、冷却用ガスは、イオン源に付着したり、イオン源と反応しなければその種類は特に限定されず、例えば、ヘリウム、窒素およびアルゴン等の不活性ガスを用いることができる。
上述の実施形態では、キャリアガスを冷却用ガスとして用いる構成とした。しかし、冷却用ガスをキャリアガス供給源Ｇ１とは別の冷却用ガス供給源から供給してもよい。この場合、冷却用ガスは、イオン源に付着したり、イオン源と反応しなければその種類は特に限定されず、例えば、ヘリウム、窒素およびアルゴン等の不活性ガスを用いることができる。
（変形例３）
上述の実施形態では、真空容器３１の内部と外部との圧力差により開閉部３７がロック状態となる構成とした。しかし、質量分析装置がラッチ機構等を含むアクチュエーターにより開閉部３７のロック状態とロック解除状態との切替を行う切替部を備えてもよい。
上述の実施形態では、真空容器３１の内部と外部との圧力差により開閉部３７がロック状態となる構成とした。しかし、質量分析装置がラッチ機構等を含むアクチュエーターにより開閉部３７のロック状態とロック解除状態との切替を行う切替部を備えてもよい。
図４は、本変形例の質量分析装置２の構成を示す概念図である。質量分析装置２は、上述の実施形態の開閉部３７および装置制御部５１を備えず、これらの代わりにそれぞれ開閉部３７ａおよび装置制御部５１ａを備える点が上述の実施形態とは異なっている。装置制御部５１ａは、導入制御部５１３と、判定部５１２とを備える。
図５（Ａ）は、ロック状態の開閉部３７ａを示す概念図である。図５（Ａ）は、真空容器３１の内側から開閉部３７ａを見た図である。質量分析装置２は、真空隔壁３１０に設置された、開閉部３７ａと、ラッチ機構４００とを備える。ラッチ機構４００は、中空部材３７１と、棒状部材３９０と、モーター等の駆動装置３９とを備え、上記切替部として機能する。開閉部３７ａは、上述の開閉部３７と同様の構造（図２（Ａ））に加え、中空部材３７１が真空容器内側の側面に形成されている。中空部材３７１は、図５（Ａ）において中空部材３７１の左側から右側へと貫通する中空部３７２を備える。この中空部３７２を破線で模式的に示した。図５（Ａ）の状態では、ユーザーが取っ手３７０（図２（Ａ））を引くことにより開閉部３７ａを開状態にすることができるため、開閉部３７ａはロックされていない。
図５（Ｂ）は、ロック解除状態の開閉部３７ａを示す概念図である。駆動装置３９の駆動により、棒状部材３９０が移動し、棒状部材３９０が中空部材３７１の中空部３７２を貫通する状態で固定される。駆動装置３９は装置制御部５１ａにより制御される。図５（Ｂ）の状態では、ユーザーが取っ手３７０（図２（Ａ））を引いても、棒状部材３９０と中空部材３７１との接触により開閉部３７ａが開かないため、開閉部３７ａはロックされている。
導入制御部５１３は、導入制御部５１１と略同様の制御を行うが、冷却用ガスの導入の際、開閉部３７（図２（Ａ））をロックするために真空容器３１の内部の圧力を所定の圧力以下の上記第１圧力にする必要はない。導入制御部５１３は、例えば大気圧と同程度または大気圧以上等の任意の圧力になるまで冷却用ガスを真空容器３１に導入してもよい。
図６は、本変形例に係る質量分析装置のメンテナンス方法を含む質量分析方法の流れを示すフローチャートである。予め、真空容器３１の内部は真空下にあり、開閉部３７ａはロック状態にあるものとする。ステップＳ２００１からＳ２００５までは、図３のフローチャートのステップＳ１００１からＳ１００５までと同様であるため、説明を省略する。ステップＳ２００５が終了したら、ステップＳ２００７が開始される。ステップＳ２００７において、冷却用ガス導入部２０は、冷却用ガスを真空容器３１に導入する。ここでは、大気圧未満の圧力まで真空容器３１に冷却用ガスが導入されたものとする。ステップＳ２００７が終了したら、ステップＳ２００９が開始される。
ステップＳ２００９において、判定部５１２は、イオン化部３３の冷却が終了したか否かを判定する。判定部５１２は、この冷却が終了した場合、ステップＳ２００９を肯定判定してステップＳ２０１１が開始される。この冷却が終了していない場合、判定部５１２は、ステップＳ２００９を否定判定し、再びステップＳ２００９が開始される。
ステップＳ２０１１において、導入制御部５１３は、冷却用ガスまたは空気を真空容器３１に導入する。これにより真空容器３１の内部の圧力が大気圧と略等しくなる。ステップＳ２０１１が終了したら、ステップＳ２０１３が開始される。ステップＳ２０１３において、装置制御部５１ａは、駆動装置３９を駆動させ、開閉部３７ａのロックを解除する。ステップＳ２０１３が終了したら、ステップＳ２０１５が開始される。
ステップＳ２０１５において、ユーザーは、イオン化部３３を取り出し、質量分析装置２のメンテナンスを行う。ステップＳ２０１５が終了したら、ステップＳ２００１に戻る。
（変形例４）
上述の実施形態において、質量分析装置は、真空容器３１に冷却用ガスが導入される前に冷却用ガスを冷却する冷却部を備えてもよい。冷却部は、ペルチェ素子、または、内部に冷媒が流れる冷却管等の冷却装置を備える。冷却部は、冷却用ガスの供給源（上述の実施形態ではキャリアガス供給源Ｇ１）を冷却してもよい。冷却された冷却用ガスが真空容器３１に導入されることで、より迅速にイオン化部３３を冷却することができる。
上述の実施形態において、質量分析装置は、真空容器３１に冷却用ガスが導入される前に冷却用ガスを冷却する冷却部を備えてもよい。冷却部は、ペルチェ素子、または、内部に冷媒が流れる冷却管等の冷却装置を備える。冷却部は、冷却用ガスの供給源（上述の実施形態ではキャリアガス供給源Ｇ１）を冷却してもよい。冷却された冷却用ガスが真空容器３１に導入されることで、より迅速にイオン化部３３を冷却することができる。
図７は、本変形例の質量分析装置３の構成を示す概念図である。質量分析装置３は、冷却用ガス導入部２０を備えず、冷却用ガス導入部２０ａを備える点が上述の質量分析装置１とは異なっている。冷却用ガス導入部２０ａは、冷却用ガス流路２１の途中に配置された冷却部２３を備え、冷却部２３で冷却された冷却用ガスが流量制御部２２の流量制御弁の開放により真空容器３１に導入される構成となっている。
（態様）
上述した複数の例示的な実施形態または変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した複数の例示的な実施形態または変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項目）一態様に係る質量分析装置は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、前記真空容器に設置され、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部と、前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部とを備える。これにより、イオン化部の冷却中に、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
なお、「質量分離により得られたイオン」とは、質量分離部で選択的に通過させられたイオンの他、質量分離部で原子若しくは原子団の付加または解離等が行われる場合に、これらの付加または解離等で得られたイオンも含むものとする。
なお、「質量分離により得られたイオン」とは、質量分離部で選択的に通過させられたイオンの他、質量分離部で原子若しくは原子団の付加または解離等が行われる場合に、これらの付加または解離等で得られたイオンも含むものとする。
（第２項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目に記載の質量分析装置において、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記真空容器にガスを導入して前記開閉部を前記ロック解除した状態に切り替える切替部とを備える。これにより、イオン化部の温度が十分に下がらない状態で、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
（第３項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第２項目に記載の質量分析装置において、前記切替部は、前記冷却用ガス導入部であり、前記真空容器に前記冷却用ガスを導入して前記開閉部を前記ロック解除した状態に切り替える。これにより、冷却用ガス導入部の他にガス導入部を設けなくてもロック解除を行うことができ、上記真空容器の部品を少なくしたり、上記真空容器の加工を容易にすることができる。
（第４項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第２項目または第３項目に記載の質量分析装置において、前記判定部は、前記イオン化部の温度、前記イオン化部を加熱するヒーターの加熱停止からの時間、前記冷却用ガスの導入からの時間、または、前記イオン化部が所定の温度まで低下してからの時間に基づいて、前記イオン化部の冷却の終了を判定する。これにより、上記温度または上記時間を用いて、イオン化部の冷却の終了後の開閉部のロック解除を適切に制御することができ、自動的な制御にも好適である。
（第５項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第４項目までのいずれかに記載の質量分析装置において、前記冷却用ガス導入部は、前記真空容器を排気する真空排気系を介して前記真空容器に前記冷却用ガスを導入する。これにより、上記真空容器に新たに導入口を設置する必要が無く、上記真空容器の部品を少なくしたり、上記真空容器の加工を容易にすることができる。
（第６項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第５項目までのいずれかに記載の質量分析装置において、前記冷却用ガスを冷却する冷却部を備える。これにより、より迅速にイオン化部を冷却することができる。
（第７項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第６項目までのいずれかに記載の質量分析装置において、前記真空容器の圧力を大気圧よりも高い所定上限値以下に制限する開放弁を備える。これにより、冷却用ガスによるイオン化部の冷却をより安全に行うことができる。
（第８項目）他の一態様に係る質量分析装置は、第１項目から第７項目までのいずれかに記載の質量分析装置であって、ガスクロマトグラフ－質量分析計（ＧＣ－ＭＳ）である。これにより、ＧＣ－ＭＳのメンテナンス等において特に問題となるイオン化部の汚染を抑制することができる。
（第９項目）一態様に係る質量分析装置は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、前記真空容器に設置された開閉部と、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部と、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替える切替部とを備える。これにより、イオン化部の冷却中に、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
（第１０項目）一態様に係る質量分析方法は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記真空容器は、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部を備え、前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することを備える。これにより、イオン化部の冷却中に、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
（第１１項目）一態様に係る質量分析方法は、分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、前記質量分析装置は、前記真空容器に設置された開閉部を備え、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することと、前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了の判定を行うことと、前記判定の結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替えることとを備える。これにより、イオン化部の冷却中に、真空容器に設置された開閉部が開けられることを防ぎ、イオン化部が汚染等の悪影響を受けることを抑制できる。
本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
１，２，３…分析装置、１０…ガスクロマトグラフ、１１…キャリアガス流路、１２…試料導入部、１４…分離カラム、２０，２０ａ…冷却用ガス導入部、２１…冷却用ガス流路、２２…流量制御部、２３…冷却部、３０…質量分析部、３１…真空容器、３３…イオン化部、３５…質量分離部、３６…検出部、３７，３７ａ，３７ｍ…開閉部、３８…開放弁、３９…駆動装置、４０…情報処理部、４４…出力部、５０…制御部、５１…装置制御部、５２…データ処理部、１００…測定部、３００…真空排気系、３１０…真空隔壁、４００…ラッチ機構、５１１，５１３…導入制御部、５１２…判定部、Ｄ…扉、Ｇ１…キャリアガス供給源、Ｉｎ…イオン。
Claims (11)
- 分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、
前記真空容器に設置され、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部と、
前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部とを備える質量分析装置。 - 請求項１に記載の質量分析装置において、
前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記真空容器にガスを導入して前記開閉部を前記ロック解除した状態に切り替える切替部とを備える質量分析装置。 - 請求項２に記載の質量分析装置において、
前記切替部は、前記冷却用ガス導入部であり、前記真空容器に前記冷却用ガスを導入して前記開閉部を前記ロック解除した状態に切り替える質量分析装置。 - 請求項２または３に記載の質量分析装置において、
前記判定部は、前記イオン化部の温度、前記イオン化部を加熱するヒーターの加熱停止からの時間、前記冷却用ガスの導入からの時間、または、前記イオン化部が所定の温度まで低下してからの時間に基づいて、前記イオン化部の冷却の終了を判定する質量分析装置。 - 請求項１から４までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記冷却用ガス導入部は、前記真空容器を排気する真空排気系を介して前記真空容器に前記冷却用ガスを導入する質量分析装置。 - 請求項１から５までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記冷却用ガスを冷却する冷却部を備える質量分析装置。 - 請求項１から６までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記真空容器の圧力を大気圧よりも高い所定上限値以下に制限する開放弁を備える質量分析装置。 - 請求項１から７までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
ガスクロマトグラフ－質量分析計である質量分析装置。 - 分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置であって、
前記真空容器に設置された開閉部と、
前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入する冷却用ガス導入部と、
前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替える切替部とを備える質量分析装置。 - 分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、
前記真空容器は、前記真空容器の内部と外部との圧力差により、閉状態にロックした状態と、ロック解除した状態とが切り替わる開閉部を備え、
前記開閉部の前記ロックした状態が保持されるように、前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することを備える質量分析方法。 - 分離部で分離された試料をイオン化し、イオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部で生成された前記イオンを質量分離する質量分離部と、前記質量分離部での質量分離により得られたイオンを検出する検出部とが内部に配置された真空容器を備える質量分析装置による質量分析方法であって、
前記質量分析装置は、前記真空容器に設置された開閉部を備え、
前記イオン化部を冷却するための冷却用ガスを前記真空容器に導入することと、
前記冷却用ガスが前記真空容器に導入された後に、前記イオン化部の冷却の終了の判定を行うことと、
前記判定の結果が冷却の終了判定であれば、前記開閉部を閉状態にロックした状態からロック解除した状態に切り替えることとを備える質量分析方法。
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