JPH087828A

JPH087828A - 質量分析装置

Info

Publication number: JPH087828A
Application number: JP6135461A
Authority: JP
Inventors: Morio Ishihara; 盛男石原
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳＩＭ法により質量分析を行う場合に高速に
質量を安定させる。【構成】ＳＩＭ法による測定時に質量が変更される
と、制御装置１１は、磁場電源７に対して設定された質
量になるように磁場セクタ３に供給する電流を変化させ
ることを指示する。これにより磁場電源７は磁場検出器
６の出力を取り込んで、質量が設定された値になるよう
にフィードバック制御を行う。またこのとき、制御装置
１１は、磁場検出器６の出力に基づいて加速電圧電源１
０を制御する。これによって、磁場強度が過渡的に変動
して収束に至るまでの間は加速電圧を磁場強度に対応し
て変化させることによって質量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、質量分析装置に係り、
特にＳＩＭ（Selected Ion Monitoring ）法による質量
分析に好適な質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】質量分析装置を用いて質量分析を行う場
合の測定方法としては、通常は図４Ａに示されるように
質量を連続的に掃引する、いわゆるスキャン法が用いら
れているが、試料中にある質量が含まれているかどうか
を測定する場合、あるいは予め試料に含まれている質量
が既知である場合には、図４Ｂに示すように、質量を段
階的に切り換える方法が用いられる。このように質量を
段階的に切り換える方法は、ＳＩＭ法、ＭＩＭ（Multi
Ion Monitoring）法等と称されている。なお、ここでは
ＳＩＭ法と称することにする。

【０００３】ところで、磁場型質量分析装置において
は、質量（ｍ／Ｚ）、磁場強度Ｂ、イオンの加速電圧Ｖ
_a の間には、ｋを質量分析装置固有の定数として、ｍ／Ｚ＝ｋ・Ｂ²／Ｖ_a …(1) の関係があり、このことから質量を切り換えるために
は、磁場強度Ｂまたは加速電圧Ｖ_a を変化させればよい
ことが分かる。

【０００４】加速電圧Ｖ_a を変化させるＳＩＭ法は、制
御も容易であり、応答速度も速いという点では有利であ
るが、加速電圧Ｖ_a が変化するとそれに伴って感度も変
化してしまうので、質量を広い範囲で変化させることは
できないのが実際である。

【０００５】図５は、単収束型の磁場型質量分析装置に
おいて、磁場強度Ｂを段階的に変化させるＳＩＭ法によ
り測定する場合の概略の構成を示す図であり、図中、１
はイオン源、２はソーススリット、３は磁場セクタ、４
はスリット、５は検出器、６は磁場検出器、７は磁場電
源、Ｏは光軸を示す。

【０００６】図６において、イオン源１からのイオン
は、イオン源１とソーススリット２の間に印加されてい
る加速電圧によって加速されて磁場セクタ３に導入され
る。そして、上記(1) 式で定められる質量を有するイオ
ンが光軸Ｏに沿って移動し、スリット４を通って検出器
５で検出される。

【０００７】磁場検出器６は磁場セクタ３の内部の磁場
強度を測定するためのものであり、例えばホール素子等
を用いて構成される。この磁場検出器６の出力は磁場電
源７に入力される。

【０００８】磁場電源７は磁場セクタ３に供給する電流
を発生するための電源であるが、ＳＩＭ法で測定する際
に質量を切り換える場合には磁場電源７に与える基準値
を変化させる。基準値が変化されると、磁場電源７は磁
場セクタ３に供給する電流を変化させるが、このとき磁
場電源７は磁場検出器６の出力をモニタし、磁場検出器
６の出力が基準値に一致するように磁場セクタ３に供給
する電流を制御するのである。

【０００９】このように磁場強度Ｂを切り換えることに
よって、ＳＩＭ法で測定する場合において質量を幅広く
変化させることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように磁場強度Ｂのみを変化させるようにした場合に
は、質量範囲の点では問題はないが、質量が切り換えら
れた場合、即ち磁場電源７に与えられる基準値が変化さ
れた場合に磁場セクタ３の磁場強度が安定するまでに時
間がかかるという問題があった。

【００１１】具体的には次のようである。例えば図５に
示す構成において、いま、基準値として質量ｍ₁ に対応
する値Ｖ_m1が与えられており、時刻ｔ₀ において基準値
が質量ｍ₂ （＞ｍ₁ ）に対応する値Ｖ_m2に切り換えられ
たとすると、上述した制御によって、磁場セクタ３の磁
場強度Ｂは図６Ｂに示すように振動しながら質量ｍ₂に
対応する磁場強度Ｂ₂ に次第に収束する。この磁場強度
Ｂの変化に伴って、質量は、図６Ａに示すように、ｍ₂
の近傍には比較的速く移動するが、最終的にｍ₂ に収束
するまでの時間は長くかかってしまう。

【００１２】即ち、図６Ａの△ｔで示す質量が変動して
いる期間は比較的長いものであり、この期間に測定を行
うことはできないので、測定に時間を要するという問題
があったのである。

【００１３】以上は単収束型の磁場型質量分析装置につ
いての議論であるが、二重収束型質量分析装置において
も磁場強度を段階的に切り換える場合には同様の議論が
成り立つものである。

【００１４】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、質量が切り換えられた場合、短時間で質量を安定
させることができる質量分析装置を提供することを目的
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の質量分析装置は、イオン源と、イ
オン源に加速電圧を供給する加速電圧電源と、磁場セク
タと、磁場セクタの磁場強度を段階的に変化させるため
の磁場電源と、磁場セクタ内の磁場強度を検出する磁場
検出器と、磁場強度が切り換えられた場合において、磁
場検出器の出力に基づいて加速電圧電源で発生される加
速電圧を補正する制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１６】また、請求項２記載の質量分析装置は、電
場セクタと、電場セクタに電圧を供給する電場電源と、
磁場セクタと、磁場セクタの磁場強度を段階的に変化さ
せるための磁場電源と、磁場セクタ内の磁場強度を検出
する磁場検出器と、磁場強度が切り換えられた場合にお
いて、磁場検出器の出力に基づいて電場電源で発生され
る電圧を補正する制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】請求項１記載の質量分析装置の作用は次のよう
である。この質量分析装置は、単収束型の磁場型質量分
析装置であり、イオン源と、加速電圧電源と、磁場セク
タと、磁場電源と、磁場検出器と、制御手段を備える。

【００１８】加速電圧電源はイオン源に加速電圧を供給
するものであり、磁場電源は磁場セクタの磁場強度を段
階的に変化させるためのものであり、磁場検出器は磁場
セクタ内の磁場強度を検出するものである。

【００１９】そして、制御手段は、磁場強度が切り換え
られた場合には、磁場検出器の出力に基づいて加速電圧
電源で発生される加速電圧を補正する。

【００２０】このように、この質量分析装置において
は、磁場セクタの磁場強度切り換え時の過渡状態におけ
る磁場強度のずれは加速電圧によって補正されることに
なるので、質量を従来より短時間に安定させることが可
能である。

【００２１】次に、請求項２記載の質量分析装置の作用
は次のようである。この質量分析装置は、二重収束型質
量分析装置であり、電場セクタと、電場電源と、磁場セ
クタと、磁場電源と、磁場検出器と、制御手段を備え
る。

【００２２】電場電源は電場セクタに電圧を供給するも
のであり、磁場電源は磁場セクタの磁場強度を段階的に
変化させるためのものであり、磁場検出器は磁場セクタ
内の磁場強度を検出するものである。

【００２３】そして、制御手段は、磁場強度が切り換え
られた場合には、磁場検出器の出力に基づいて電場電源
で発生される電圧を補正する。

【００２４】このように、この質量分析装置において
は、磁場セクタの磁場強度切り換え時の過渡状態におけ
る磁場強度のずれは電場セクタに供給される電圧によっ
て補正されることになるので、質量を従来より短時間で
安定させることが可能になる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
図１は本発明に係る単収束型磁場型質量分析装置の一実
施例の構成を示す図であり、図中、１０は加速電圧電
源、１１は制御装置、１２は感度補正回路を示す。な
お、図５に示す構成要素と同等なものについては同一の
符号を付して重複する説明を省略する。

【００２６】加速電圧電源１０はイオン源１に対して加
速電圧を供給するものであり、後述するように、ＳＩＭ
法による測定が行われる際には制御装置１１により制御
される。

【００２７】制御装置１１はＣＰＵ及びその周辺回路で
構成されるものであり、ＳＩＭ法による測定時には、予
め作成されたプログラムに基づいて自動的に、あるいは
図示しない入力装置を介したオペレータからの指示によ
って、磁場電源７に対して測定する質量を決定するため
の基準値を与える。

【００２８】また、制御装置１１は、後述するように、
磁場検出器６の出力を取り込み、この値を用いて加速電
圧電源１０を制御する。

【００２９】更に、制御装置１１は、感度補正回路１２
に対して、検出器５からのデータに対する感度補正のた
めのデータを与える。

【００３０】さて、図１に示す構成において、磁場電源
７は制御装置１１から基準値を受けると、従来と同じ動
作を行って磁場セクタ３の磁場強度を与えられた基準値
に対応する磁場強度に変更しようとする。しかし、この
磁場電源７による制御だけでは質量が安定するまでに時
間がかかってしまうことは上述した通りである。

【００３１】そこで、この質量分析装置においては、基
準値を変更したとき、磁場セクタ３の磁場強度の変動に
応じて加速電圧を変化させることによって、高速に質量
を安定させようとするのである。

【００３２】そのために制御装置１１が行う制御の態様
は次のようである。いま、ＳＩＭ法による測定におい
て、基準値が質量ｍ₁ に対応する値Ｖ_m1から、質量がｍ
₂ に対応する値Ｖ_m2に切り換えられたとする。このとき
質量ｍ₂ に対する磁場強度をＢ₂ とし、この磁場強度Ｂ
₂ と現在の磁場強度のずれが△Ｂであるとすると、実際
の質量はｍ₂ からずれることになるが、この質量のずれ
を△ｍとすると、△ｍは加速電圧をＶ_a として次の式で
与えられる。

【００３３】（ｍ₂ ＋△ｍ）／Ｚ＝ｋ・（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／Ｖ_a …(2) そこで、いま仮に、磁場セクタ３の磁場強度がＢ₂ から
△Ｂだけずれているときに加速電圧をＶ_a から（Ｖ_a ＋
△Ｖ）に△Ｖだけ変化させたら質量がｍ₂ になったとす
ると、このときにはｍ₂ ／Ｚ＝ｋ・（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／（Ｖ_a ＋△Ｖ） …(3) が成り立っていることになる。

【００３４】そうすると、(2) 式及び(3) 式から、（Ｖ_a ＋△Ｖ）／Ｖ_a ＝（ｍ₂ ＋△ｍ）／ｍ₂ ＝（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／Ｂ₂ ² …(4) を満たすように加速電圧をＶ_a から（Ｖ_a ＋△Ｖ）に変
化させれば、質量はｍ₂になることが分かる。

【００３５】即ち、制御装置１１は(4) 式を用いて加速
電圧（Ｖ_a ＋△Ｖ）を求めて、その求めた加速電圧を発
生するように加速電圧電源１０に指示する制御を行うの
である。

【００３６】このように(4) 式を用いて加速電圧（Ｖ_a
＋△Ｖ）を求めるためには、Ｂ₂ 及び△Ｂが分からなけ
ればならないが、Ｂ₂ は、基準値に一対一に対応するも
のであるから、基準値と磁場強度が対応付けられたテー
ブルを用いることによって容易に求めることができ、ま
た、△Ｂについては、磁場検出器６の出力と磁場強度が
対応付けられたテーブルを設け、このテーブルにより現
在の磁場強度を求めて、その磁場強度と基準値に対応す
る磁場強度との差を求めるようにすればよい。

【００３７】磁場検出器６としてホール素子を用いるも
のとすると、ホール素子の応答速度は磁場セクタ３の応
答速度より十分に速いものであり、また加速電圧の制御
は磁場の制御より高速に、且つ正確に行うことができる
ので、上記の制御を高速、且つ正確に行うことができる
ことは当業者に明らかであろう。

【００３８】以上の動作によれば、質量がｍ₂ に変更さ
れたとき、磁場セクタ３の磁場強度Ｂは、図２Ｂに示す
ように変化し、従来と同様に収束するまでには時間がか
かるが、このとき、加速電圧が図２Ｃに示すように磁場
強度Ｂに応じて変化されるので、質量は図２Ａに示すよ
うに高速に安定する。

【００３９】つまり、この質量分析装置においては、Ｓ
ＩＭ法による測定を行うに際して、質量が切り換えられ
た場合には、基本的には磁場セクタの磁場強度を変化さ
せることによって質量を定められた値にしようとするの
であるが、磁場強度が過渡的に変動して収束に至るまで
の間は加速電圧を磁場強度に対応して変化させることに
よって、質量を補正するのである。

【００４０】ところで、検出器５から出力されるデータ
に対しては感度補正を行う必要があることは明らかであ
る。なぜなら、上述したように、加速電圧を変化させる
と、それに伴って感度が変化するからである。

【００４１】そのために設けられているのが感度補正回
路であり、この感度補正回路１２は制御装置１１から与
えられる感度補正用データに基づいて検出器５から出力
されたデータに対して補正を行う。

【００４２】この感度補正用データとしては、感度が加
速電圧に比例すると仮定できる場合は、その比例係数を
用いればよい。このような仮定は多くの質量分析装置に
おいて成り立つものである。しかし、感度が加速電圧に
比例すると仮定できない場合、あるいは厳密な感度補正
を行う場合には、予め加速電圧と感度の関係を実測する
ことによって加速電圧毎の補正係数を求めておき、その
補正係数を用いればよい。

【００４３】何れの方法を採用するにしても、加速電圧
と感度補正用データを対応させたテーブルを制御装置１
１に備え、このテーブルを参照することで現在の加速電
圧に対する補正係数を求めて感度補正回路１２に与える
ようにすればよい。なお、感度補正回路１２による感度
補正は加速電圧の変化と同期的に行われることは当然で
ある。

【００４４】図１に示される実施例においては上述した
動作が行われるのであるが、どの時点から上記の制御動
作を行わせるかが問題となる。勿論、質量が変更された
時点から行うようにすることも可能ではあるが、この場
合には上述したところから明らかなように質量が変更さ
れた直後は加速電圧は大きく変化されることになるから
このときの感度補正用データは大きな値となり、このと
き得られたデータはその値が大きく変更されることにな
る。

【００４５】しかし、このように得られたデータが大き
く変更されることは望ましいことではない。そこで、上
述した制御動作は、質量が変更された直後から行うので
はなく、質量がある程度設定された値に近付いてから行
うのが望ましい。種々の実験によれば、上記の制御動作
は −0.2 ＜△Ｖ／Ｖ_a ＜ 0.2 …(5) の範囲内で行うのがよいことが確認されている。この程
度の範囲内であれば感度補正用データも小さく、またこ
の程度までは磁場セクタ３の磁場強度も比較的速く到達
するからである。

【００４６】以上、本発明に係る単収束型磁場型質量分
析装置の一実施例について説明したが、次に、第２の実
施例について図３を参照して説明する。図３は、本発明
に係る二重収束型質量分析装置の一実施例の構成を示す
図であり、図中、２０は電場セクタ、２１は電場電源、
２２は制御装置を示す。なお、図１に示す構成要素と同
等なものについては同一の符号を付して重複する説明を
省略する。

【００４７】この実施例は、制御装置２２が磁場検出器
６の出力に基づいて電場電源２１を制御する点でのみ上
記の実施例と異なっており、その他は上記実施例と同じ
であるので、以下においては上記実施例と相違する点に
ついてのみ説明する。

【００４８】電場電源２１は電場セクタ２０に対して供
給する電圧（以下、この電圧は電場セクタ電圧と称
す。）を生成するものであり、後述するようにＳＩＭ法
による測定が行われる際には制御装置２２により制御さ
れる。

【００４９】制御装置２２は、ＳＩＭ法による測定時に
は、予め作成されたプログラムに基づいて自動的に、あ
るいは図示しない入力装置からの指示によって、磁場電
源７に対して測定する質量を決定するための基準値を与
える。

【００５０】また、制御装置２２は、磁場検出器６の出
力を取り込み、この値を用いて電場電源２１を制御して
電場セクタ電圧を変化させる。

【００５１】次に、制御装置２２が行う制御の態様につ
いて説明する。ところで、二重収束型質量分析装置にお
いては加速電圧は電場セクタ電圧に比例して変化される
のが通常であるので、上述した実施例で説明した事項は
そのまま二重収束型質量分析装置において成立する。従
って、上記の(2) 〜(4) 式は、加速電圧Ｖ_a を電場セク
タ２０の電圧Ｅと読み代えればそのまま成立する。

【００５２】即ち、（ｍ₂ ＋△ｍ）／Ｚ＝ｋ・（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／Ｅ …(6) ｍ₂ ／Ｚ＝ｋ・（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／（Ｅ＋△Ｅ） …(7) （Ｅ＋△Ｅ）／Ｅ＝（ｍ₂ ＋△ｍ）／ｍ₂ ＝（Ｂ₂ ＋△Ｂ）²／Ｂ₂ ² …（８）が成立する。

【００５３】そこで、この実施例においては、制御装置
２２は（８）式を用いて電場セクタ電圧（Ｅ＋△Ｅ）
を求め、その求めた電場セクタ電圧を発生するように電
場電源２１に指示する制御を行うのである。なお、この
とき併せて加速電圧Ｖ_a も図１に示す実施例と同様に
(4) 式に基づいて変化される。

【００５４】このような動作によれば、質量がｍ₁ から
ｍ₂ に変更されたとき、磁場セクタ３の磁場強度Ｂは、
図２Ｂに示すように変化し、従来と同様に収束するまで
には時間がかかるが、このとき、電場セクタ電圧が図２
Ｃに示すと同様に磁場強度Ｂに応じて変化されるので、
結局、質量は図２Ａに示すように高速に安定する。

【００５５】つまり、この質量分析装置においては、Ｓ
ＩＭ法による測定を行うに際して、質量が切り換えられ
た場合には、基本的には磁場セクタの磁場強度を変化さ
せることによって質量を定められた値にしようとするの
であるが、磁場強度が過渡的に変動して収束に至るまで
の間は電場セクタ電圧を磁場セクタ３の磁場強度に対応
して変化させることによって、質量を補正するのであ
る。

【００５６】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形が可能である。例えば上記実施例においては磁
場検出器６としてホール素子を用いるものとしたが、同
等の機能を有するものであれば使用することができるも
のである。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ＳＩＭ法による測定において質量切り換え時
の過渡的状態における磁場セクタの磁場強度のずれを加
速電圧または電場セクタ電圧によって補正するので、質
量を高速に安定させることができる。

【００５８】そして、このことによって質量の切り換え
後に安定するまでの待ち時間をとることなく、即座に測
定を行うことができるようになるので、質量を短時間で
次々に切り換えることができ、切り換え速度が向上す
る。

【００５９】また、切り換え時間を同じにすれば測定時
間を長くとれるので、測定時間内の積分により検出信号
のＳ／Ｎ比が向上し、感度面の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単収束型磁場型質量分析装置の
一実施例の構成を示す図である。

【図２】図１に示す質量分析装置における動作を説明
するための図である。

【図３】本発明に係る二重収束型質量分析装置の一実
施例の構成を示す図である。

【図４】質量分析装置を用いて質量分析を行う場合の
測定方法を説明するための図である。

【図５】単収束型磁場型質量分析装置におけるＳＩＭ
法による従来の測定を説明するための図である。

【図６】本発明の課題を説明するための図である。

【符号の説明】

１…イオン源、２…ソーススリット、３…磁場セクタ、
４…スリット、５…検出器、６…磁場検出器、７…磁場
電源、１０…加速電圧電源、１１…制御装置、１２…感
度補正回路、２０…電場セクタ、２１…電場電源、２２
…制御装置、Ｏ…光軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源と、イオン源に加速電圧を供給する加速電圧電源と、磁場セクタと、磁場セクタの磁場強度を段階的に変化させるための磁場
電源と、磁場セクタ内の磁場強度を検出する磁場検出器と、磁場強度が切り換えられた場合において、磁場検出器の
出力に基づいて加速電圧電源で発生される加速電圧を補
正する制御手段とを備えることを特徴とする質量分析装
置。
【請求項２】電場セクタと、電場セクタに電圧を供給する電場電源と、磁場セクタと、磁場セクタの磁場強度を段階的に変化させるための磁場
電源と、磁場セクタ内の磁場強度を検出する磁場検出器と、磁場強度が切り換えられた場合において、磁場検出器の
出力に基づいて電場電源で発生される電圧を補正する制
御手段とを備えることを特徴とする質量分析装置。