JPWO2012108050A1 - 四重極型質量分析装置 - Google Patents

Abstract

四重極マスフィルタ（２）の各電極（２ａ〜２ｄ）に電圧を印加する四重極電源部には、目的イオンのｍ／ｚに応じた電源コントロール電圧Ｑｃｏｎｔのほか、ｍ／ｚ軸補正係数Ｍｃｏｍｐ１及びＶ電圧補正係数Ｖｃｏｍｐ１が入力される。Ｖｃｏｍｐ１は周波数変化の倍率の逆数であり、Ｍｃｏｍｐ１は周波数変化の倍率の二乗である。検波ゲイン調整部（４Ｃ）では、乗算器（４２１）がＶ電圧調整用アンプ（４０５）の出力Ｖｄｅｔ’にＶｃｏｍｐ１を乗じ、ＬＣ共振回路を同調させるために信号発生器（４１１）の設定周波数が変化しても高周波電源部（４Ａ）から出力される高周波電圧は一定に保たれる。また高周波電源部では、乗算器（４２０）がＱｃｏｎｔにＭｃｏｍｐ１を乗じ、設定周波数が変化しても質量選択のための最適電圧が維持される。これにより、同調のために設定周波数が調整されても、高い質量分解能と質量精度が自動的に維持される。

Description

本発明は、質量電荷比m/zに応じてイオンを分離する質量分離器として四重極マスフィルタを用いた四重極型質量分析装置に関する。

四重極型質量分析装置はイオンを質量電荷比に応じて分離するために四重極マスフィルタを利用した質量分析装置である。図６に四重極型質量分析装置の概略構成を示す。イオン源１において試料から生成された各種イオンは、図示しないイオン輸送光学系を経て４本のロッド電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから成る四重極マスフィルタ２に導入される。４本のロッド電極２ａ〜２ｄには四重極電源部４から高周波電圧±Ｖ・cosωｔと直流電圧±Ｕとを重畳した電圧±（Ｕ＋Ｖ・cosωｔ）が印加され、その電圧に応じた特定の質量電荷比を有するイオンのみが選択的に四重極マスフィルタ２を通過する。検出器３は通過してきたイオンを検出し、イオンの量に応じた検出信号を取得する。

例えば所定の質量電荷比範囲に亘るスキャン測定を行う際には、制御部５は高周波電圧Ｖ・cosωｔの振幅値Ｖと直流電圧値Ｕとが一定の関係を保持しながらそれぞれ変化するように四重極電源部４を制御する。これにより、四重極マスフィルタ２を通過するイオンの質量電荷比は所定の質量電荷比範囲で走査される。データ処理部６はその走査時に検出器３により得られる検出信号に基づき、横軸を質量電荷比、縦軸をイオン強度とするマススペクトルを作成する。

図７は従来一般的な四重極電源部４の概略ブロック図である（特許文献１、３参照）。この四重極電源部４の出力段には、インダクタンスがＬであるコイル１０、１２とキャパシタンスがＣ’であるコンデンサ１１、１３とが接続される。ロッド電極２ａ〜２ｄにおけるキャパシタンスＣは、上記コンデンサ１１、１３のキャパシタンスＣ’とロッド電極２ａ〜２ｄの浮遊キャパシタンスとを合成したものとなる。この合成されたキャパシタンスＣとインダクタンスＬとの直列回路によりＬＣ共振回路が形成されるため、ロッド電極２ａ〜２ｄにはこのＬＣ共振回路で共振された高周波電圧と直流電圧とが重畳された電圧が印加されることになる。四重極電源部４から出力される、つまり上記のＬＣ共振回路に注入される高周波電圧の周波数は例えばｆ＝１．２MHzである。

ＬＣ共振回路での共振の条件は、ｆ＝１／（２π√ＬＣ）である。この条件を満たし共振を起こすための方法としては、（１）注入する高周波電圧の周波数ｆを固定し、コイル１０、１２のインダクタンス又はコンデンサ１１、１３のキャパシタンスを調整することにより同調をとってＬＣ共振を起こさせる方式、と、（２）コイル１０、１２のインダクタンス及びコンデンサ１１、１３のキャパシタンスを固定し、注入する高周波電圧の周波数ｆを調整することにより同調をとってＬＣ共振を起こさせる方式、とがある。（１）の方式では、コイル１０、１２のインダクタンスやコンデンサ１１、１３のキャパシタンスを高精度で可変とするために高価な部品を用いる必要がある、部品の特性のばらつきのために安定した性能を持たせることが困難な場合がある、といった問題がある。そのため、（２）の周波数可変同調方式が用いられることが多い。しかしながら、従来の周波数可変同調方式を用いた四重極電源部は次に述べるような問題を有している。

従来一般的な周波数可変同調方式を採用した四重極電源部４の回路構成を図８に示す（特許文献１、２参照）。この回路において、ダイオードブリッジ整流回路４０１及び検波用コンデンサ４０２、４０３を含む検波部４Ｄは、四重極マスフィルタ２に印加される高周波電圧の電圧値（以下「Ｖ電圧」と称す）を検出するものであり、直流化された検波出力が検波ゲイン調整部４Ｃを介して高周波電源部４Ａ及び直流電源部４Ｂにフィードバックされる。検波ゲイン調整部４Ｃは、Ｖ電圧検波用抵抗４０４、Ｖ電圧調整用アンプ４０５、Ｖ電圧調整用可変抵抗４０６を含む。高周波電源部４Ａは、バッファアンプ４０７、m/z軸調整用可変抵抗４０８、Ｖ電圧比較用アンプ４０９、乗算器４１０、高周波電圧用信号発生器４１１、バッファアンプ４１２、ドライブ回路４１３、高周波トランス４１４を含む。直流電源部４Ｂは、反転アンプ４１５、正極性直流電圧用アンプ４１６、負極性直流電圧用アンプ４１７を含む。

高周波トランス４１４の２次側コイルから四重極マスフィルタ２を含むＬＣ共振回路に供給される高周波電圧の周波数ｆは、高周波電圧用信号発生器４１１で生成される矩形波信号の周波数で決まる。また、その高周波電圧の電圧値は、Ｖ電圧比較用アンプ４０９から乗算器４１０に与えられる電圧で決まる。このＶ電圧比較用アンプ４０９の出力電圧は、検波部４Ｄからフィードバックされる検波出力、制御部５から与えられる目的とする質量電荷比に応じた電源コントロール電圧（Ｑcont）、Ｖ電圧調整用可変抵抗４０６及びm/z軸調整用可変抵抗４０８の調整位置などに依存する。

Ｖ電圧調整用可変抵抗４０６は、検波部４Ｄからフィードバックされる検波出力を増幅するゲインを調整する機能を有し、該抵抗４０６により設定されたゲインでＶ電圧調整用アンプ４０５において増幅された検波出力電圧が、m/z軸調整用可変抵抗４０８及びＶ電圧比較用アンプ４０９からなるＶ電圧設定用の比較器と、直流電源部４Ｂとに入力される。また、m/z軸調整用可変抵抗４０８及びＶ電圧比較用アンプ４０９からなるＶ電圧設定用の比較器は、ゲイン調整後の検波出力と電源コントロール電圧とを比較し、その比較結果に応じた乗算器４１０の乗数（いわばゲイン）を決定する機能を持つ。

この四重極電源部４の回路は、電源コントロール電圧Ｑcontが一定であるとき、Ｖ電圧調整用アンプ４０５の出力であるＶ電圧モニタ電圧Ｖmonが常に一定となるように動作する。したがって、
［Ｖ電圧モニタ電圧Ｖmon］∝［Ｖ電圧検波電圧Ｖdet］
＝［検波用コンデンサ４０２、４０３に流れる電流ｉ］×［Ｖ電圧検波用抵抗４０４の抵抗値Ｒ］
∝［Ｖ電圧］×２πｆ×［検波用コンデンサ４０２、４０３のキャパシタンスＣ］×［Ｖ電圧検波用抵抗４０４の抵抗値Ｒ］
∝［Ｖ電圧］・ｆ
となる。

即ち、図８に示した四重極電源部４の回路では、Ｖ電圧は周波数ｆと反比例する。そのため、例えば周波数ｆが高くなればＶ電圧は小さくなる。これは、周波数可変同調方式の場合、同調のために高周波電圧の周波数を変化させるとＶ電圧が変化してしまうことを意味している。例えば、周波数ｆが０．２％高くなると（１．２MHz→１．２００２４MHz）Ｖ電圧は０．２％下がる。そうなると、本来一定に維持するべきＵ／Ｖが変化することになり、高質量電荷比の領域において質量分解能が高くなりすぎる（感度は低くなる）といった現象が起こる。

図９は標準試料に対する複数の質量電荷比におけるピークプロファイルの実測例であり、（ａ）は周波数ｆが１．２MHzで最適に調整された状態、（ｂ）は（ａ）の状態から周波数ｆを１．２００２４MHzに上げただけの（電圧調整を行っていない）状態である。（ａ）と（ｂ）とを比較すると（ｂ）では質量電荷比が高い領域でピークの半値幅が狭く且つ波高値は低くなっていることが分かる。これは、質量分解能が上がり検出感度が下がっていることを意味する。

また、以下の(1)式に示す四重極電場におけるイオンの安定状態を解析するためのマシュー方程式によれば、高周波電圧の周波数ｆが変化した場合、任意の質量電荷比に対する最適電圧は周波数変化の二乗の変化が必要となることが分かる。
ａｕ＝ａｘ＝−ａｙ＝４ｅＵ／（ｍω²ｒ₀ ²） …(1)
ｑｕ＝ｑｘ＝−ｑｙ＝２ｅＵ／（ｍω²ｒ₀ ²）
例えば上述のように周波数ｆが０．２％上昇した場合、Ｖ電圧とＵ電圧の最適値は、周波数ｆ＝１．２００２４MHzにおけるＶ電圧（又はＵ電圧）×（１．２００２４／１．２）²となる。したがって、周波数ｆを高くしたときに、それに伴って下がった分だけ電圧を上げてＶ電圧を元のＶ電圧に戻すように調整しただけでは、m/z軸のずれが生じることになる。図１０（ａ）は図９（ｂ）の状態からＶ電圧を元に戻すように調整した場合の実測例であるが、m/z軸にずれが発生している。

さらにまた、Ｕ／Ｖが一定になるようにＵ電圧を変化させた場合でも、m/z軸にはずれが発生する。図１０（ｂ）は図１０（ａ）の状態からさらにＵ／Ｖが一定になるようにＵ電圧を調整した場合の実測例であるが、やはりm/z軸にずれが発生している。

即ち、上記説明から明らかなことは、周波数可変同調方式を採用して同調のために高周波電圧の周波数を変化させた場合には、その度に可変抵抗４０６、４０８のマニュアル調整や自動チューニングを実施して分解能調整及びm/z軸調整を行う必要がある。

特開平１０−６９８８０号公報 特開２０００−７７０２５号公報 国際公開第２０１０／０２３７０６号パンフレット

即ち、周波数可変同調方式の場合には、ＬＣ共振回路を形成するインダクタンス素子やキャパシタンス素子のパラメータ調整による同調は不要であるために安定的な動作が可能であるものの、同調のために周波数を調整する度に面倒な分解能調整やm/z軸調整（精度調整）が必要となり、作業者には大きな負担であるとともに分析作業の効率を落とすことにもなる。

本発明はこうした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、周波数可変同調方式を採用した四重極電源部において同調のために周波数を変化させた場合でも、可変抵抗等の調整や自動チューニングによるマスピーク形状調整或いはm/z軸調整の手間を省くことができる四重極型質量分析装置を提供することにある。

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四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた目標電圧を前記四重極電源に指示する制御手段と、を具備し、前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記検波出力調整手段の出力に基づいて直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
前記四重極電源にあって前記検波出力調整手段は、前記高周波信号の周波数に依らない一定のゲインで電圧を増幅する増幅手段と、同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅が一定になるように、前記増幅手段の入力段又は出力段で周波数変化の倍率に応じて電圧を補正する第１の補正手段と、を含み、さらに前記四重極電源は、同調のための前記周波数の変化時に、その周波数変化の倍率の二乗に応じて前記目標電圧を補正する第２の補正手段を備えることを特徴としている。

第１発明に係る四重極型質量分析装置では、ＬＣ共振回路を同調させるために高周波信号生成手段において生成される高周波信号の周波数を例えば標準周波数（四重極マスフィルタの浮遊容量等が予め想定される理想状態であるときの共振周波数）から高い方向に変化させると、第１の補正手段は、その周波数上昇の変化度合に応じた分だけゲインを下げる。それによって、検波出力調整手段全体のゲインも下がるため、その下がった分を補うように高周波電圧出力を上げるべくフィードバックが働き、四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅は周波数変化前のレベルに保たれる。これにより、四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅と直流電圧との関係（比）は一定に保たれるために、質量分解能は良好な状態に保たれる。また、第２の補正手段は同調のための周波数上昇による変化率の二乗だけ目標電圧を補正する。これにより、任意の質量電荷比に対してマシュー方程式に従ったイオン選択の最適状態が保たれるので、m/z軸のずれの発生も回避できる。

また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四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた目標電圧を前記四重極電源に指示する制御手段と、を具備し、
前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記検波出力調整手段の出力に基づいて直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
前記四重極電源は、
a)同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに、前記高周波電源の出力が変化した分だけ前記検波調整手段から前記直流電源に与えられる出力を変化させて前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅と直流電圧との比が一定になるように、前記検波調整手段から前記直流電源に与えられる出力を周波数変化の倍率に応じて補正する第１の補正手段と、
b)同調のための前記周波数の変化時に、その周波数変化の倍率の三乗に応じて前記目標電圧を補正する第２の補正手段と、
を備えることを特徴としている。

第２発明に係る四重極型質量分析装置では、ＬＣ共振回路を同調させるために高周波信号生成手段において生成される高周波信号の周波数を例えば標準周波数から高い方向に変化させると、第１の補正手段はその周波数上昇に伴って高周波電圧出力が下がる分だけ直流電源からの出力も下げるように、検波調整手段から直流電源に与えられる電圧を補正する。これにより、四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅と直流電圧との関係（比）は周波数変化前と同じに保たれ、質量分解能は良好な状態に保たれる。また、第２の補正手段は同調のための周波数上昇による変化率の三乗だけ目標電圧を補正する。これにより、任意の質量電荷比に対してマシュー方程式に従ったイオン選択の最適状態が保たれるので、m/z軸のずれの発生も回避できる。

上記第１及び第２発明はいずれも、制御手段から四重極電源に対し高周波電圧の目標となるべき目標電圧が与えられ、直流電源はフィードバックされる検波出力に基づいて直流電圧を生成する。これに対し、制御手段が高周波電圧と直流電圧とでそれぞれ別々に両電圧の関係が一定になるような目標電圧を生成して高周波電源及び直流電源に与える構成も採り得る。

上記課題を解決するために成された第３発明は、複数の電極からなる四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように高周波電圧と直流電圧とを重畳した所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、高周波電圧の振幅と直流電圧の電圧値とが一定の関係を保ちつつ測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた電圧が前記四重極マスフィルタに印加されるように、前記四重極電源に対し高周波電圧の振幅に関する第１目標電圧と直流電圧に関する第２目標電圧とを指示する制御手段と、を具備し、
前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記第１目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記第２目標電圧に応じた直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
前記四重極電源は、
a)同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに、周波数変化の三乗に応じて前記第１目標電圧を補正する第１の補正手段と、
b)同調のための前記周波数の変化時にその周波数変化の倍率の二乗に応じて前記第２目標電圧を補正する第２の補正手段と、
を備えることを特徴としている。

この第３発明に係る四重極型質量分析装置における第１及び第２の補正手段は、実質的に第１又は第２発明に係る四重極型質量分析装置における第１及び第２の補正手段と同様の作用を有し、高周波電圧の振幅と直流電圧との関係（比）を周波数変化前と同じに保ち、質量分解能を維持する。また、任意の質量電荷比に対してマシュー方程式に従ったイオン選択の最適状態を保つことにより、m/z軸のずれの発生を回避する。

第１乃至第３発明に係る四重極型質量分析装置によればいずれも、周波数可変同調方式を採用した四重極電源部においてＬＣ共振回路を同調させるために高周波電圧の周波数を変化させた場合でも、その周波数の変化量に応じて、質量分解能が維持され且つm/z軸ずれも生じないないように自動的に補正が行われる。それにより、同調のための周波数調整を行った場合でも、可変抵抗のマニュアル調整や自動チューニングによるマスピーク形状調整やm/z軸調整が不要となるので、作業者の負担が軽減されるとともに分析作業の効率アップを図ることができる。

本発明の第１実施例である四重極型質量分析装置における四重極電源部の回路構成図。 本発明の第２実施例である四重極型質量分析装置における四重極電源部の回路構成図。 本発明の第３実施例である四重極型質量分析装置における四重極電源部の回路構成図。 本発明の第４実施例である四重極型質量分析装置における四重極電源部の回路構成図。 本発明の第５実施例である四重極型質量分析装置における四重極電源部の回路構成図。 一般的な四重極型質量分析装置の概略構成図。 従来の四重極電源部の概略ブロック図。 従来の四重極電源部の回路構成図。 標準試料に対する複数の質量電荷比におけるピークプロファイルの実測例を示す図。 標準試料に対する複数の質量電荷比におけるピークプロファイルの実測例を示す図。

［第１実施例］
本発明の一実施例（以下「第１実施例」という）である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
第１実施例の四重極型質量分析装置の全体構成は図６で説明した従来の装置と同じであるので説明を省略する。本実施例の四重極型質量分析装置の特徴は四重極電源部４の回路構成にある。図１は本実施例の四重極型質量分析装置における四重極電源部４の回路構成図である。図中、既に説明した図８中の構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第１実施例における四重極電源部４には、制御部５から、電源コントロール電圧Ｑcont以外に、m/z軸補正係数Ｍcomp1及びＶ電圧補正係数Ｖcomp1が入力され、四重極電源部４はＶ電圧補正機能及びm/z軸補正機能を有する。

検波ゲイン調整部４Ｃに追加されるＶ電圧補正機能は、乗算器４２１がＶ電圧調整用アンプ４０５の出力Ｖdet'にＶ電圧補正係数Ｖcomp1を乗じることにより実現される。このＶ電圧補正係数Ｖcomp1は高周波電圧用信号発生器４１１における設定周波数（実際の発振周波数）ｆに応じたものであり、具体的には、Ｖcomp1＝（標準周波数ｆ₀／設定周波数ｆ）、つまり周波数変化の倍率の逆数である。即ち、設定周波数ｆが変化したときには、乗算器４２１でＶ電圧補正係数Ｖcomp1が乗じられる分だけ検波ゲイン調整部４Ｃ全体のゲインが変化する。設定周波数ｆの変化に拘わらずフィードバックの働きによりＶ電圧モニタ電圧Ｖmonは常に一定となるから、例えば設定周波数ｆが上がって検波ゲイン調整部４Ｃ全体のゲインが下がれば、これを補うべくＶ電圧を上げるようなフィードバック動作となる。上述したようにＶ電圧補正がない状態では設定周波数ｆが上がるとＶ電圧は下がるが、Ｖ電圧補正機能によればその降下分を補うようにＶ電圧が上昇するため、Ｖ電圧は設定周波数ｆ変化以前と同じに保たれる。

具体例で説明するとＶ電圧補正機能がない場合、例えば標準周波数ｆ₀＝１．２MHz、設定周波数ｆ＝１．２００２４MHz、であるとすると、ｆ＝１．２００２４MHzにおけるＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）
である。これに対し乗算器４２１によりＶ電圧補正を行うと、
Ｖcomp1・Ｖdet’＝Ｖmon（一定値）
であるので、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）／Ｖcomp1＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）／（１．２MHz／１．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）
となる。即ち、高周波電圧の周波数が１．２MHz→１．２００２４MHzに変化した場合でもＶ電圧は一定に保たれる。

一方、高周波電源部４Ａに追加されるm/z軸補正機能は、乗算器４２０が電源コントロール電圧Ｑcontにm/z軸補正係数Ｍcomp1を乗じることにより実現される。このm/z軸補正係数Ｍcomp1も設定周波数ｆに応じたものであり、具体的には、Ｍcomp1＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）²であって、つまり周波数変化の倍率の二乗である。上述したようにマシュー方程式によれば、高周波電圧の周波数ｆが変化した場合、任意の質量電荷比に対する最適電圧は周波数変化の二乗の変化が必要となるが、乗算器４２０において電源コントロール電圧Ｑcontは周波数変化の二乗の変化を生じるから、任意の質量電荷比に対して最適なＶ電圧となり、設定周波数ｆが変化してもm/z軸がずれないようにすることができる。

m/z軸補正機能がない場合、設定周波数ｆ＝１．２００２４MHzであるときのＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）
であり、周波数ｆ＝１．２００２４MHzのときの任意の質量電荷比における最適なＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２００２４MHz／１．２MHz）²
である。したがって、出力電圧は最適電圧とは異なり、これによりm/z軸はずれることになる。これに対し乗算器４２０による上述したm/z軸補正を行うと、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｑcont×Ｍcomp1＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２００２４MHz／１．２MHz）²
となり、高周波電圧の周波数が１．２MHz→１．２００２４MHzに変化した場合でもＶ電圧は任意の質量電荷比に対して最適な電圧、つまりm/z軸ずれの生じない電圧となる。

即ち、第１実施例の四重極型質量分析装置において、制御部５はＬＣ共振回路の同調をとるために高周波電圧用信号発生器４１１の設定周波数ｆを標準周波数ｆ₀から変化させる際に、Ｖ電圧補正係数Ｖcomp1＝（標準周波数ｆ₀／設定周波数ｆ）及びm/z軸補正係数Ｍcomp1＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）²を計算して、それら係数を四重極電源部４に与える。これを受けて四重極電源部４は上述したように検波出力電圧及び電源コントロール電圧を補正する。これにより、設定周波数ｆ変更後も質量分解能は高い状態を維持し、m/z軸もずれずに済む。

なお、第１実施例の構成では、乗算器４２０、４２１はアナログ乗算器であるが、ＣＰＵなどにおいてデジタル的に乗算を行ってもよいことは当然である。これは、以下に述べる他の実施例でも同様である。

［第２実施例］
次に、本発明の別の実施例（以下「第２実施例」という）である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図２は第２実施例の四重極型質量分析装置における四重極電源部４の回路構成図である。図中、既に説明した図１、図８中の構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。

この第２実施例の四重極型質量分析装置は、第１実施例の装置で設けていたＶ電圧補正機能に代えて、直流電源部４ＢにＵ電圧補正機能を付加したものである。直流電源部４Ｂに追加されるＵ電圧補正機能は、設定周波数ｆの変化によって生じたＶ電圧変化分についてＶ電圧とＵ電圧との比が一定に保たれるようにＵ電圧を変化させることにより、実質的にＶ電圧補正と同じ効果をもたらすものである。具体的には、Ｕ電圧補正機能は、乗算器４３１において、検波ゲイン調整部４Ｃから直流電源部４Ｂに入力されるＵ電圧コントロール電圧Ｕcont（＝Ｖmon）に、設定周波数ｆに応じたＵ電圧補正係数Ｕcomp1を乗じることにより実現される。この補正係数はＵcomp1＝（標準周波数ｆ₀／設定周波数ｆ）である。これにより、設定周波数ｆが変化しても、Ｖ電圧とＵ電圧との比は一定に保たれる。

例えばＵ電圧補正機能がない場合、標準周波数ｆ₀＝１．２MHz、設定周波数ｆ＝１．２００２４MHz、であるとすると、１．２００２４MHzにおけるＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）
であり、
Ｕcont＝Ｖmon＝一定値
であるから、
Ｕ電圧（at １．２MHz）＝Ｕ電圧（at １．２００２４MHz）
となり、Ｖ電圧とＵ電圧との比は、
Ｖ電圧／Ｕ電圧（at １．２００２４MHz）＝［Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）］／Ｕ電圧（at １．２MHz）＝［Ｖ電圧／Ｕ電圧（at １．２MHz）］×（１．２MHz／１．２００２４MHz）］
となる。即ち、Ｖ電圧とＵ電圧との比は周波数変化に伴って変化してしまう。
これに対し乗算器４２２による上述したＵ電圧補正を行うと、
Ｕ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｕ電圧（at １．２MHz）／Ｕcomp1＝Ｕ電圧（at １．２MHz）／（１．２MHz／１．２００２４MHz）
となり、Ｖ電圧とＵ電圧との比は、
Ｖ電圧／Ｕ電圧（at １．２００２４MHz）＝［Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）］／［Ｕ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）］＝Ｖ電圧／Ｕ電圧（at １．２MHz）
となる。即ち、１．２MHz→１．２００２４MHzに周波数が変化しても、Ｖ電圧とＵ電圧との比は一定となる。

一方、高周波電源部４Ａに設けられるm/z軸補正機能は、乗算器４３０が電源コントロール電圧Ｑcontにm/z軸補正係数Ｍcomp2を乗じることにより実現される。このm/z軸補正係数Ｍcomp2は設定周波数ｆに応じたものであり、具体的には、Ｍcomp2＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）³である。これにより、設定周波数ｆが変化してもm/z軸がずれないようにすることができる。

例えばm/z軸補正機能がない場合、第１実施例で説明したように、設定周波数ｆ＝１．２００２４MHzであるときのＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）
であり、周波数ｆ＝１．２００２４MHzのときの任意の質量電荷比における最適なＶ電圧は、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２００２４MHz／１．２MHz）²
である。したがって、出力電圧は最適電圧とは異なり、これによりm/z軸はずれることになる。これに対し乗算器４３０によりm/z軸補正を行うと、
Ｖ電圧（at １．２００２４MHz）＝Ｑcont×Ｍcomp2＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２MHz／１．２００２４MHz）×（１．２００２４MHz／１．２MHz）³＝Ｖ電圧（at １．２MHz）×（１．２００２４MHz／１．２MHz）²
となり、高周波電圧の周波数が１．２MHz→１．２００２４MHzに変化した場合でもＶ電圧は任意の質量電荷比に対して最適な電圧、つまりm/z軸ずれの生じない電圧となる。

即ち、第２実施例の四重極型質量分析装置において、制御部５はＬＣ共振回路の同調をとるために高周波電圧用信号発生器４１１の設定周波数ｆを標準周波数ｆ₀から変化させる際に、Ｕ電圧補正係数Ｖcomp1＝（標準周波数ｆ₀／設定周波数ｆ）及びm/z軸補正係数Ｍcomp2＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）³を計算して、それら係数を四重極電源部４に与える。これを受けて四重極電源部４は上述したように直流電源部４Ｂに入力されたＵ電圧コントロール電圧及び電源コントロール電圧を補正する。これにより、設定周波数ｆ変更後も質量分解能は高い状態を維持し、m/z軸のずれも生じずにすむ。

［第３実施例］
次に、本発明の別の実施例（以下「第３実施例」という）である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図３は第３実施例の四重極型質量分析装置における四重極電源部４の回路構成図である。図中、既に説明した図１、図２、図８中の構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第１及び第２実施例の構成では、直流電源部４Ｂの入力であるＵ電圧コントロール電圧として検波ゲイン調整部４Ｃの出力によるＶ電圧モニタ電圧Ｖmonを使用していたが、この第３実施例以降の各実施例の構成では、直流電源部４Ｂ専用のＵ電圧コントロール電圧を制御部５から四重極電源部４に与え、四重極電源部４はこれを用いて直流電圧を生成する。

この第３実施例の構成では、高周波電源部４Ａにおいて制御部５から与えられるＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに対しＶ電圧補正及びm/z軸補正を施し、直流電源部４Ｂにおいて制御部５から与えられるＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに対しm/z軸補正を施している。Ｖ電圧補正機能は、乗算器４４０がＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに設定周波数ｆに応じたＶ電圧補正係数Ｖcomp2を乗じることにより実現される。具体的には、Ｖ電圧補正係数はＶcomp2＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）である。これにより、設定周波数ｆが変化してもＶ電圧を一定に保つことができる。

一方、m/z軸補正機能は、高周波電源部４Ａにおいて乗算器４４０がＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに設定周波数ｆに応じたm/z軸補正係数Ｍcomp3を乗じるとともに、直流電源部４Ｂにおいて乗算器４４１がＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに上記m/z軸補正係数Ｍcomp3を乗じることにより実現される。m/z軸補正係数はＭcomp3＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）²である。乗算器４４０はＶ電圧補正係数Ｖcomp2とm/z軸補正係数Ｍcomp3の両方をＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに乗じることになるから、実際には、乗算器４４０はＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）³なる係数を乗じることになる。これにより、第１及び第２実施例と同様に、設定周波数ｆ変更後も高い質量分解能を維持し、m/z軸の精度も保つことができる。

［第４実施例］
次に、本発明の別の実施例（以下「第４実施例」という）である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図４は第４実施例の四重極型質量分析装置における四重極電源部４の回路構成図である。図中、既に説明した図１〜図３、図８中の構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第４実施例の構成では、直流電源部４Ｂにおいて制御部５から与えられるＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに対しＵ電圧補正及びm/z軸補正を施し、高周波電源部４Ａにおいて制御部５から与えられるＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに対しm/z軸補正を施している。Ｕ電圧補正機能は、乗算器４５１がＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに設定周波数ｆに応じたＵ電圧補正係数Ｕcomp2を乗じることにより実現される。具体的には、Ｕ電圧補正係数はＵcomp2＝（標準周波数ｆ₀／設定周波数ｆ）である。これにより、設定周波数ｆが変化してもＶ電圧とＵ電圧との比を一定に保つことができる。

一方、m/z軸補正機能は、高周波電源部４Ａにおいて乗算器４５０がＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに設定周波数ｆに応じたm/z軸補正係数Ｍcomp4を乗じるとともに、直流電源部４Ｂにおいて乗算器４５１がＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに上記m/z軸補正係数Ｍcomp4を乗じることにより実現される。m/z軸補正係数はＭcomp4＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）³である。乗算器４５１はＵ電圧補正係数Ｕcomp2とm/z軸補正係数Ｍcomp4の両方をＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに乗じることになるから、実際には、乗算器４５１はＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）²なる係数を乗じることになる。これにより、第１及び第２実施例と同様に、設定周波数ｆ変更後も高い質量分解能を維持し、m/z軸の精度も保つことができる。

［第５実施例］
さらに本発明の別の実施例（以下「第５実施例」という）である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図５は第５実施例の四重極型質量分析装置における四重極電源部４の回路構成図である。図中、既に説明した図１〜図４、図８中の構成要素と同一のものについては同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第５実施例の構成では、直流電源部４Ｂにおいて制御部５から与えられるＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに対しＵ電圧補正及びm/z軸補正を施し、高周波電源部４Ａにおいて制御部５から与えられるＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに対しＶ電圧補正及びm/z軸補正を施している。この実施例では、Ｕ電圧補正及びm/z軸補正を併せて行うために、乗算器４６１がＵ電圧コントロール電圧Ｕcontに設定周波数ｆに応じたＵ電圧／m/z軸補正係数U/Mcompを乗じる。具体的には、Ｕ電圧／m/z軸補正係数はU/Mcomp＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）²である。また、Ｖ電圧補正及びm/z軸補正を併せて行うために、乗算器４６０がＶ電圧コントロール電圧Ｖcontに設定周波数ｆに応じたＶ電圧／m/z軸補正係数V/Mcompを乗じる。具体的には、Ｖ電圧／m/z軸補正係数はV/Mcomp＝（設定周波数ｆ／標準周波数ｆ₀）³である。
これにより、第１及び第２実施例と同様に、設定周波数ｆ変更後も高い質量分解能を維持し、m/z軸の精度も保つことができる。

以上説明したように本発明に係る四重極型質量分析装置では、四重極マスフィルタ２の各ロッド電極を含むＬＣ共振回路で同調を行って振幅の大きな高周波電圧を四重極マスフィルタ２に印加するために周波数を変化させる場合でも、その周波数変化に応じた電圧の補正が四重極電源部４で自動的に行われるので、可変抵抗４０６、４０８のマニュアル調整等による質量分解能の調整やm/z軸ずれ調整などが不要である。

なお、上記実施例は単に本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。

１…イオン源
２…四重極マスフィルタ
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…ロッド電極
３…検出器
４…四重極電源部
４Ａ…高周波電源部
４Ｂ…直流電源部
４Ｃ…検波ゲイン調整部
４Ｄ…検波部
４０１…ダイオードブリッジ整流回路
４０２、４０３…検波用コンデンサ
４０４…Ｖ電圧検波用抵抗
４０５…Ｖ電圧調整用アンプ
４０６…Ｖ電圧調整用可変抵抗
４０７…バッファアンプ
４０８…m/z軸調整用可変抵抗
４０９…Ｖ電圧比較用アンプ
４１０…乗算器
４１１…高周波電圧用信号発生器
４１２…バッファアンプ
４１３…ドライブ回路
４１４…高周波トランス
４１５…反転アンプ
４１６…正極性直流電圧用アンプ
４１７…負極性直流電圧用アンプ
４２０、４２１、４３０、４３１、４４０、４４１、４５０、４５１、４６０、４６１…乗算器
５…制御部
６…データ処理部
１０…コイル
１１…コンデンサ

Claims (3)

1. 複数の電極からなる四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた目標電圧を前記四重極電源に指示する制御手段と、を具備し、
   前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記検波出力調整手段の出力に基づいて直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
   前記四重極電源にあって前記検波出力調整手段は、前記高周波信号の周波数に依らない一定のゲインで電圧を増幅する増幅手段と、同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅が一定になるように、前記増幅手段の入力段又は出力段で周波数変化の倍率に応じて電圧を補正する第１の補正手段と、を含み、さらに前記四重極電源は、同調のための前記周波数の変化時に、その周波数変化の倍率の二乗に応じて前記目標電圧を補正する第２の補正手段を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
2. 複数の電極からなる四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた目標電圧を前記四重極電源に指示する制御手段と、を具備し、
   前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記検波出力調整手段の出力に基づいて直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
   前記四重極電源は、
   a)同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに、前記高周波電源の出力が変化した分だけ前記検波調整手段から前記直流電源に与えられる出力を変化させて前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧の振幅と直流電圧との比が一定になるように、前記検波調整手段から前記直流電源に与えられる出力を周波数変化の倍率に応じて補正する第１の補正手段と、
   b)同調のための前記周波数の変化時に、その周波数変化の倍率の三乗に応じて前記目標電圧を補正する第２の補正手段と、
   を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
3. 複数の電極からなる四重極マスフィルタと、特定の質量電荷比を有するイオンが前記四重極マスフィルタを選択的に通過するように高周波電圧と直流電圧とを重畳した所定の電圧を該四重極マスフィルタの各電極に印加する四重極電源と、高周波電圧の振幅と直流電圧の電圧値とが一定の関係を保ちつつ測定対象であるイオンの質量電荷比に応じた電圧が前記四重極マスフィルタに印加されるように、前記四重極電源に対し高周波電圧の振幅に関する第１目標電圧と直流電圧に関する第２目標電圧とを指示する制御手段と、を具備し、
   前記四重極電源は、前記四重極マスフィルタに印加される高周波電圧を直流検波する検波手段と、該検波手段による検波出力のゲインを調整する検波出力調整手段と、周波数可変である高周波信号を生成する信号生成手段を含み、前記検波出力調整手段の出力と前記第１目標電圧との比較に基づく振幅を有し前記高周波信号の周波数と同一又はそれに比例する周波数を有する高周波電圧を出力する高周波電源と、前記第２目標電圧に応じた直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源による直流電圧と前記高周波電源による高周波電圧とを重畳する重畳手段と、を有し、前記四重極マスフィルタの電極間の浮遊容量を含んで形成されるＬＣ共振回路により前記重畳手段により重畳された高周波電圧を増大させて前記四重極マスフィルタに印加するとともに、前記高周波信号の周波数を調整することで前記ＬＣ共振回路を同調させる四重極型質量分析装置において、
   前記四重極電源は、
   a)同調のために前記高周波信号の周波数が標準周波数から変化されたときに、周波数変化の三乗に応じて前記第１目標電圧を補正する第１の補正手段と、
   b)同調のための前記周波数の変化時にその周波数変化の倍率の二乗に応じて前記第２目標電圧を補正する第２の補正手段と、
   を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。

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