JPS62295502A - 飛行時間型質量分析装置用スペクトル信号増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は、飛行時間型質量分析装置用スペクトル信号増
幅器に関する。

〈従来の技術〉 飛行時間型質量分析装置においては、イオン検出画より
出力される、一般に一連のパルス波形信号より成るスペ
クトル信号を適当なレベルまで増幅した後、Ａ−Ｄ変換
をほどこし、スペクトル信号の解析を行うという方法が
とられる。スペクトル信号の増幅には普通、交流結合方
式の増幅器が用いられる事が多い。ところで、スペクト
ルの波形を特に正確に検知する必要のある場合には、増
幅器の周波数帯域が充分に広くなければならないが、交
流結合方式の増幅器では、結合部の微分特性により波形
に歪が生じ、大きな信号の直後にある微弱な信号は少な
からず影響を受ける。

従って、スペクトル波形の正確な検知の必要な場合を考
慮すれば直流結合方式の広帯域増幅器の使用が望ましい
が、直流結合方式には零点ドリフトの問題があって長時
間の使用には適さない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、一連のスペクトル信号中に含まれる非常に微
弱なスペクトルを検出する場合には、イオンの加速を多
数回くり返し、その都度得られるスペクトル信号を積算
する方法が採用される。

その際、検出対象である微弱スペクトルに隣接して比較
的大きなスペクトルが存在すれば、交流結合方式の増幅
器を使用した場合、増幅の度毎にその大きなスペクトル
の増幅信号波形に生ずる僅かな波形歪も蓄積され、それ
が検出対象である微弱スペクトルの検出に妨害を与える
ことがある。

また、直流結合方式の増幅器では、イオン加速が長時間
にわたって多数回くり返される間に零点ドリフトが進行
し、測定係のダイナミックレンジが損なわれたり、大き
なゲインで使用している場合には、Ａ−Ｄ変換器の入力
電圧が変換可能な範囲をはずれてしまう事もあり、その
ため（微弱）信号の検出ができなくなる。

本発明は、一連のスペクトル信号中に含まれた微弱スペ
クトル信号の検出に伴う上記のような困難な問題に解決
を与える。

く問題点を解決するための手段〉 問題点の解決のため、本発明による、飛行時間型質量分
析装置用スペクトル信号増幅器は、イオン検出器の出力
を増幅する信号増幅用直流増幅回路と、その入力端子を
接地回路側とイオン検出器の出力側との間に切り換える
ためのスイッチング回路と、信号増幅用直流増幅回路が
、その入力端子に接地回路が接続されている間に出力し
た信号の値、即ち、その時点での零ドリフト値を保持す
る信号値保持回路、および同直流増幅回路が、その入力
端子にイオン検出器の出力が入力されている間に出力す
る信号と上記信号値保持回路の出力信号との差信号を出
力する差動増幅回路とを有し、増幅されたスペクトル信
号がこの差動増幅回路より出力されるようになっている
。

〈作用〉 スペクトル信号増幅器の以上のような構成において、上
記スイッチング回路を質量分析装置のイオン加速検出操
作のくり返し周期に同期して、イオン加速検出が行われ
る期間は直流増幅回路の出力側へ、また、次のイオン加
速検出までの待機期間中は接地回路側へ、交互に切り換
えれば、イオン加速の待機期間における直流増幅回路の
出力は、その時点における、入力零に対する出力、即ち
、零ドリフト値を示す。この値は、次のイオン加速時に
直流増幅回路がイオン検出器の側へ接続され、スペクト
ル信号が増幅出力されるようになるまで、信号保持回路
によって保持される。ところで、スペクトル信号増幅時
における直流増幅回路の出力には、増幅されたスペクト
ル信号に同直流増幅回路の零ドリフト値が重畳されてい
るが、差動増幅回路が直流増幅回路の出力と信号保持回
路によって保持されていた零ドリフト値の差、即ち、ス
ペクトル信号成分だけを出力する。この零ドリフト値の
減算操作は、イオン加速の度毎に、即ち、スペクトル信
号検出時毎に、その直前の直流増幅回路の零ドリフト値
を用いて行われるので、差動増幅回路の出力、即ち、当
直流増幅器の出力は、直流増幅回路部分の零ドリフトに
影響されず、常に増幅されたスペクトル信号のみとなる
。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明実施例による、飛行時間型質量分析装置
用スペクトル信号増幅器９（１点鎖線で囲まれた部分）
の回路構成と、同増幅器９の入力側がイオン加速検出部
のイオン検出器１０に接続され、出力側がＡ−Ｄ変換器
１１に接続されている状態を示している。この図におい
てスペクトル信号増幅器９は、スペクトル信号を増幅す
る広帯域直流増幅回路２と、増幅回路系の零ドリフト信
号を除去するための、増幅度１の差動増幅回路３と、信
号保持回路４と、上記零ドリフト信号を検出するための
、増幅度１の２つの差動増幅回路５および７と、２つの
切換えスイッチ１および６と、基準直流電圧電源８で構
成されている。

以上の構成において切換スイッチ１および６を共に接地
側に切り換えた状態では、直流増幅回路２は、その時点
での零ドリフト値Ｅｄを出力しくＰ点）、その値は差動
増幅回路３　（増幅度１）の反転入力端子に入力される
。一方、同差動増幅回路３の非反転入力端子には、差動
増幅回路７（増幅度１）の出力側より、基準直流電源８
による基準直流電圧Ｅｏ　　（Ｔ点）が入力されている
。

従って、差動増幅回路３の出力側には、同増幅回路３自
体の零ドリフト値Ｅｄ’が重畳されて電圧−Ｅｄ＋Ｅｄ
’　＋ＥＯが出力される（Ｑ点）。この値は信号保持回
路４により不変に保たれて（Ｒ点）差動増幅回路５　（
増幅度１）の非反転入力端子に人力される。一方、この
差動増幅回路５０反転入力端子には基準直流電圧ＥＯが
入力されているので、同差動増幅回路５の出力側は、−
Ｅｄ＋Ｅｄ’＋ＥＯよりＩＥｏが差し引かれた電圧−Ｅ
ｄ−１４：ｄ’保たれることになる（８点）。

次にスイッチ１および６を共に非接地側に切り換えれば
、非反転入力端子に基準直流電圧Ｅｏが人力されている
差動増幅回路７は、その反転入力端子に差動増幅回路５
の出力側電圧−Ｅ　ｄ　＋　Ｅｄ　’が入力され、電圧
Ｅｄ−Ｅｄ’　＋Ｅｏを出力し、一方、直流増幅回路２
はその入力側がイオン検出器１０の側に接続されて、ス
ペクトル信号の増幅値Ｅｓに零ドリフト値が重畳された
値Ｅｓ＋Ｅｄを出力する。このため、差動増幅回路３は
、その反転入力端子に電圧Ｅｓ＋Ｅｄが入力され、非反
転入力端子に電圧Ｅｄ　Ｅｄ’＋ＥＯが入力されるので
、 （Ｅｄ−Ｅｄ’　＋　Ｅｏ　）　　　（Ｅｓ＋Ｅｄ）　
＋Ｅｄ’−−Ｅｓ十Ｂ□ を出力する。この出力値は増幅されたスペクトル信号Ｅ
ｓ　　（但し符号は反転している）と基準直流電圧Ｅｏ
のみの和であり、直流増幅回路２および差動増幅回路３
の零ドリフト値ＥｄおよびＥｄ’は含まれていない。但
し、以上の説明において、差動増幅回路５および７の零
ドリフトは考慮されていないが、その理由は、これらの
差動増幅回路は、単に直流電圧のみを処理する回路であ
り、その周波数帯域幅は極度に狭くてよく、そのため、
消費電力が小さく、発熱量の極めて少ない回路で構成す
ることができるので、これら回路の零ドリフトは、直流
から高周波に至る極めて広帯域の特性が要求される直流
増幅回路２および差動増幅回路３の零ドリフトに対して
事実上完全に無視し得るからである。また、スペクトル
信号ＥＳに対する基準直流電圧ＥＯの重畳を必要としな
い場合には、基準直流電源８と接続を有するラインを接
地すればよい。

このように、上記実施例によれば、切換スイッチ１およ
び６の切り換え操作により出力信号から零ドリフトの影
響が除かれるので、再切換スイッチをイオン加速検出の
くり返しに同期し°ζ操作すれば、長時間にわたって常
に正しいスペクトル信号の検出ができる。但し、図にお
いては複雑化をさけるための切換スイッチ１および６の
構成を共に機械的に表現したが、イオン加速操作に同期
して作動させるためには、公知の電子回路からなるスイ
ッチング素子または回路で構成すべきであることはもち
ろんである。

なお、第２図にイオン加速検出に同期した、切換スイッ
チ１および６の切換作動を説明するタイム・チャートを
示した。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明による直流結合
方式のスペクトル信号増幅器を採用することにより、強
いスペクトルに隣接する微弱スペクトルの検出が容易に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の回路構成を示す図である。 第２図は、本発明実施例に用いた切換スイッチの動作を
説明するタイム・チャートである。 １．６−切換スイッチ ２−スペクトル信号増幅回路 ３−零ドリフト信号減算用差動増幅回路４・−・信号保
持回路 ５．７−零ドリフト信号検出用差動増幅回路８−基準直
流電圧電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）飛行時間型質量分析装置において、イオン検出器
   の出力信号を増幅する増幅器であって、直流結合型のイ
   オン信号増幅回路と、このイオン信号増幅回路の信号入
   力端子を上記イオン検出器の出力端子と接地回路の間に
   切り換える第１のスイッチング回路と、上記イオン信号
   増幅回路の出力信号を第１の入力信号とする第１の差動
   増幅回路と、この第１の差動増幅回路の出力信号値を保
   持する信号保持回路と、この信号保持回路の出力信号を
   第１の入力信号とする第２の差動増幅回路と、出力をこ
   の第２の差動増幅回路の出力と接地回路との間に切り換
   える第２のスイッチング回路と、この第２のスイッチン
   グ回路の出力信号を第１の入力信号とする第３の差動増
   幅回路とを有し、上記第１の差動増幅回路に上記第３の
   差動増幅回路の出力が第２の入力信号として入力され、
   かつ、上記第２の差動増幅回路の第２の入力信号と上記
   第３の差動増幅回路の第２の入力信号が、所定の値を有
   する共通の基準直流電圧であることを特徴とする、飛行
   時間型質量分析装置用スペクトル信号増幅器。
2. （２）上記第１の差動増幅回路と、上記第２の差動増幅
   回路と、上記第３の差動増幅回路が、すべて増幅度１の
   差動増幅回路であることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項記載の飛行時間型質量分析装置用スペクトル信号
   増幅器。
3. （３）上記基準直流電圧が零ボルトであることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の飛行時間
   型質量分析装置用スペクトル信号増幅器。