质量分析装置及其控制方法与流程

1.本公开涉及质量分析装置及其控制方法。


背景技术：

2.质量分析装置在装置内部生成真空，在内部设置具有各种形状的电极，通过电场控制、选择导入至装置的离子。四极型质量分析装置(quadrupole mass spectrometer，qms)也被称为四极质量过滤器(quadrupole mass filter，qmf)，具有4根圆柱状电极。圆柱状电极以将圆的中心置于正方形的顶点的形式组合。在固定的圆柱状电极相邻的电极上分别重叠正负的直流电压
±
u和高频电压
±v·
cosωt，施加
±u±v·
cosωt的电压。导入至圆柱状电极内的离子根据施加于电极的电压和频率，仅某恒定的离子进行稳定的振动而通过电极内。另一方面，除此以外的离子在通过电极内的过程中振动变大，与电极碰撞等而无法通过。通过在将该直流电压与高频电压的比保持为恒定的同时使高频电压直线地变化，从而得到质谱。
3.质量分析装置通过电场来控制离子，因此施加于电极的直流电压与高频电压的精度稳定性例如与质量轴稳定性这样的装置性能直接联系。因此，直流电压、高频电压所要求的规格也严格，对qmf电极施加的电压需要ppm级的精度稳定性。
4.另外，装置的使用环境也从企业、大学的研究室向医院的临床检查室等扩展，例如需要在5～35℃的温度范围内使装置动作。但是，若质量分析装置的周围温度变化，则生成直流电压、高频电压的控制基板的温度也发生变化，因此直流电压、高频电压发生变化，结果导致质量轴的变动。
5.下述专利文献1涉及缩短检波电路周边的温度变化所需的时间的技术。该文献记载了如下技术：“在向阴极电极供给阴极电流之前，进行控制以在过滤器部中进行筛选具有最大质荷比的离子的动作。通过进行筛选具有最大质荷比的离子的动作，能够在产生高频的线圈中产生最大限度的热。通过该线圈的发热，能够使检波电路周边的温度上升某种程度，因此能够缩短向阴极电极供给阴极电流时的检波电路周边的温度变化所需要的时间，能够缩短分辨率变化的期间，由此，能够进行顺畅的分压测定”(参照段落0018)。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：wo2008/133074


技术实现要素：

9.发明所要解决的课题
10.若使施加于多极电极的交流电压的振幅变化，则控制交流电压的电路中的元件发热。由于该发热而施加于多极的交流电压的振幅发生变化，质谱上的质量轴偏移。
11.在专利文献1那样的以往的质量分析装置中，通过在测定前施加最大振幅的交流电压来抑制质量轴的偏移。但是，该方法未对在下一次的测定中使用小振幅的情况进行研
究。
12.本公开是鉴于上述那样的技术课题而完成的，其目的在于提供一种能够降低由交流电压的控制电路的发热引起的质量轴的偏移的质量分析装置及其控制方法。
13.用于解决课题的手段
14.为了解决所述课题，例如采用请求专利权的技术方案所记载的结构。
15.发明效果
16.根据本公开的质量分析装置及其控制方法，能够降低由交流电压的控制电路的发热引起的质量轴的偏移。上述以外的课题、结构及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
17.图1是四极质量分析装置的高频电压产生部的结构图。
18.图2是表示下一次测定内容已知的情况下的交流电压的控制内容的图。
19.图3a是表示下一次测定内容已知的情况下的交流电压的控制内容的图。
20.图3b是表示下一次测定内容已知的情况下的交流电压的控制内容的图。
21.图4是表示下一次测定内容不清楚的情况下的交流电压的控制内容的图。
22.图5是表示实施例中使用的质量分析装置的装置结构的图。
23.图6是实施例的交流电压的控制的流程图。
具体实施方式
24.以下，使用附图对本公开的实施例进行说明。
25.图5是本公开的实施例中使用的质量分析装置的装置结构。利用离子源500将从液相色谱仪等的泵送液的测定试样离子化。离子源在大气压下，质量分析装置在真空下工作，因此通过大气和真空的接口520，将离子510导入质量分析装置内。
26.从离子源产生的离子具有各种质量，但从四极电源580向第一四极电极部540(内部有四极电极530)施加使目标离子通过的交流电压(高频电压)和直流电压，仅使来自测定试样的目标离子选择性通过。在第二四极电极部541中，从供给源通过气体管线571导入了用于使目标离子解离的碰撞气体570(氮气、氩气等)。
27.第二四极电极531通常从四极电源580仅施加交流电压而消除质量选择性，使通过第一四极电极部540而来的目标离子与气体碰撞，由此生成碎片离子。生成的碎片离子通过第二四极电极部541，进入第三四极电极部542。
28.当从四极电源580向第三四极电极532施加使目标碎片离子通过的高频电压和直流电压时，仅目标碎片离子通过第三四极电极部542。通过检测器550检测通过的目标碎片离子。通过将检测信号发送到数据处理部560，从而进行质量分析。
29.在此，将被称为tripleqms的三重四极型质量分析装置的装置形态作为一例而示出，但本公开的技术也能够应用于在内部设置有单个qmf的singleqms、四极质量分析装置。另外，在实施例中，作为质量过滤器，以四极为例进行说明，但本公开的技术不限于四极，能够应用于多极的质量过滤器。
30.图1是本实施例中的四极质量分析装置的高频电压产生部的结构图。
31.四极电极111与变压器109的2次侧线圈l2连接。通过rf放大器108使高频电流流过变压器109的一次侧线圈l1，由此在2次侧线圈中产生高频电压，对四极电极111施加高频电压。所施加的高频电压的振幅由检波电路110进行检测。检波电路110的输出通过ad转换器电路107进行模拟-数字转换。转换为数字值的检波输出数据被输入到逻辑电路101。
32.在逻辑电路101内，通过加法器(减法器)102计算检波输出数据与从控制部100输入的高频电压的振幅设定数据的差分，并基于该差分，进行例如pid运算103等反馈控制的运算。通过乘法器104将反馈控制运算后的数据乘以与高频电压的频率对应的正弦波数据105，生成高频信号数据。将生成的高频信号数据输入到da转换器电路106，进行数字模拟转换，由此生成高频信号。将高频信号输入到rf放大器108，rf放大器108使高频电流流过变压器109的一次侧线圈l1，由此在2次侧线圈l2生成高频电压。
33.这样，用于将高频电压的振幅控制为目标值的反馈控制的运算通过没有温度变化的影响的数字运算来进行，因此，若确保检波电路110、由ad转换器电路107构成的反馈路径的模拟部的温度稳定性，则能够无温度变动地测定高频电压的振幅值，因此即使da转换器电路106、rf放大器108的温度变化而输出变动，也能够通过反馈控制使高频电压的振幅不受温度变化的影响而稳定化。
34.另外，通过数字运算进行高频电压的振幅的反馈控制的运算，例如具有如下等优点：仅通过将pid控制的比例系数、积分系数、微分系数等各种运算系数从控制部100设定在逻辑电路的寄存器等中就能够简单地进行变更，或者通过在正弦波数据105部使用例如直接数字合成器(direct digital sybthsizer)那样的结构，能够简单地变更为任意的频率等。
35.另外，逻辑电路101中进行的数字运算也可以不是逻辑电路，而是例如使用控制部100和存储器等来进行。在该情况下，将ad转换器电路和da转换器电路与控制部100连接。如果采用该结构，则不使用逻辑电路即可，相应地，廉价、省空间。
36.控制部100接收与测定的内容相关的测定项目信息。测定项目信息可以经由通信从其他控制装置接受，也可以经由未图示的输入设备由用户输入。控制部100基于测定项目信息来变更高频电压的振幅设定数据。
37.图2～图4是表示本实施例的交流电压的振幅和施加时间的控制内容的图。图2、图3a、图3b表示对于控制部100而言下一次测定内容已知的情况下的控制内容，图4表示对于控制部100而言下一次测定内容不清楚的情况下的控制内容。图6是表示交流电压的控制流程的流程图。
38.＜下一次测定内容已知的情况＞
39.在下一次测定内容已知的情况下，在测定前施加接下来要使用的振幅的交流电压。在该方法中，能够降低测定前和测定中的由于向四极电极111施加交流电压而产生的发热量的变化，因此能够在刚开始测定后进行质量轴稳定的测定。
40.在图2的例子中，测定1的测定内容在测定1的开始前是已知的，测定2的测定内容在测定2的开始前是已知的。具体而言，只要在作为测定前的准备动作能够施加交流电压的定时之前，判明在该测定中施加于四极电极111的交流电压的值即可。“作为测定前的准备动作能够施加交流电压的定时”例如是关于测定1由“交流电压接通”表示的定时，关于测定2是测定1结束的定时。“在该测定中施加于四极电极111的交流电压的值”可以作为测定项
目信息的一部分输入到控制部100，也可以控制部100基于测定项目信息从预先设定的数据表等读出。
41.测定前施加的交流电压的振幅和施加时间设定为，将该交流电压施加到四极电极111时产生的发热量与将在测定中施加的振幅的交流电压施加至热稳定状态为止时产生的发热量相同。
42.使用图3a、图3b，对交流电压的振幅、施加时间以及发热量的关系进行说明。在测定1中使用振幅v1。若将振幅v1施加时间t1，则成为热稳定状态，此时产生的发热量为j1。在此，在从作为测定1开始前的准备动作而能够施加交流电压的定时(图3a的“交流电压接通”所示的定时)到测定1的开始定时(图3a的“测定1开始”所示的定时)为止的期间，以四极电极111的发热量与j1相等那样的振幅以及施加时间来施加交流电压即可。
43.图3a是在测定1开始的时间t1前，经由振幅v1施加的例子。在此，发热量与交流电压的振幅和施加时间的积成比例。如图3b所示，若将振幅v2施加时间t2时的发热量设为j1，则也可以在测定1开始的时间t2前，以振幅v2施加交流电压。
44.测定前施加的交流电压的振幅和施加时间可以作为测定项目信息的一部分输入到控制部100，也可以基于测定项目信息、测定中施加于四极电极111的交流电压的设定值而由控制部100从预先设定的数据表等中读出，或控制部100基于预定的计算式求出。
45.＜下一次测定内容不清楚的情况＞
46.在下一次测定内容不清楚的情况下，在测定前预先施加中间振幅的交流电压。在如现有技术那样在施加最大的电压之后切换为低电压时，发热量的差较大，对质量轴偏移造成的影响较大。但是，通过施加中间振幅的交流电压，即使在下一次测定中使用的交流电压的振幅是任意的，与如现有技术那样施加最大的电压的情况相比，能够平均地降低质量轴偏移。
47.图4是下一次测定内容不清楚的情况下的交流电压的控制内容的例子。将该质量分析装置中能够测定的m/z(质荷比)最大的离子的测定动作时施加于四极电极111的电压的振幅设为最大振幅v
max
，将该最大振幅的一半的振幅设为中间振幅v
max
/2。由于在测定1、测定2中测定内容都不清楚，所以从作为测定开始前的准备动作能够施加交流电压的定时起，以中间振幅v
max
/2开始交流电压的施加。
48.关于判断为下一次测定内容不清楚的定时，可以是作为测定前的准备动作能够施加交流电压的定时，也可以是从作为测定前的准备动作能够施加交流电压的定时起经过预定时间后。
49.上述测定内容已知的情况下的控制和测定内容不清楚的情况下的控制可以组合。例如在关于初次的测定1测定内容是已知的，关于测定1的下一次测定2测定内容不清楚的情况下，在测定1开始前，以与将测定1中使用的交流电压的振幅施加至热稳定状态为止时的发热量相等的方式，对四极电极111施加交流电压，测定1结束后，直到测定2开始为止，以中间振幅v
max
/2向四极电极111施加交流电压即可。
50.＜交流电压的控制的流程＞
51.使用图6对实施例的交流电压的控制流程进行说明。本流程图由控制部100实施。
52.在开始处理(s101)后，控制部100确认是否存在与下一次测定相关的测定项目信息(s102)。
53.在存在与下一次测定相关的测定项目信息的情况下，基于与下一次测定相关的测定项目信息决定交流电压的振幅、施加时间(s103)，进行测定前的交流电压的施加(s105)。
54.在不存在与下一次测定相关的测定项目信息的情况下，将m/z最大的离子的测定动作时施加于四极电极111的电压的振幅的一半(中间振幅v
max
/2)设定为施加振幅(s104)，进行测定前的交流电压的施加(s105)。该情况下的施加时间例如可以是在决定振幅后能够施加交流电压起到开始测定为止持续施加的形式，如果测定的开始定时已知，则也可以设为在测定的开始定时的预定时间前开始施加的形式。这里的预定时间例如是通过中间振幅v
max
/2而四极电极111成为热稳定状态所需的施加时间。
55.在测定前的交流电压的施加(s105)之后，进行试样的测定(s106)。判定是否有下一次的测定(s107)，在有下一次的测定的情况下，返回到是否存在与该下一次的测定相关的测定项目信息的确认(s102)。在没有下一次测定的情况下结束(s108)。
56.此外，控制部100可以是单一的设备，也可以由多个设备构成。控制部100可以组装于质量分析装置，也可以设置于质量分析装置的外部。
57.此外，本公开并不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本公开而详细地进行了说明的例子，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
58.另外，控制线、信息线表示在说明上所需要的，在产品上不一定表示全部的控制线、信息线。实际上也可以认为几乎全部的结构相互连接。
59.附图标记说明
60.100...控制部
61.101...逻辑电路
62.102...加法器(减法器)
63.103...pid运算
64.104...乘法器
65.105...正弦波数据
66.106...da转换器电路
67.107...ad转换器电路
68.108...rf放大器
69.109...变压器
70.110...检波电路
71.111...四极电极。

技术特征：
1.一种质量分析装置，具备被施加交流电压的多极电极和控制所述交流电压的电压值的控制部，将所述多极电极用作质量过滤器，其特征在于，在测定之前，所述控制部将预定的振幅的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间，将所述预定的振幅的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间时产生的发热量与将在所述测定中施加的振幅的交流电压施加至热稳定状态为止时产生的发热量相等。2.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，所述控制部基于与所述测定相关的测定项目信息，设定所述预定的振幅和所述预定的时间。3.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，所述控制部在与所述测定相关的测定项目信息不清楚的情况下，所述控制部将m/z最大的离子的测定动作时向所述多极电极施加的电压的振幅的一半设定为所述预定的振幅。4.一种质量分析装置的控制方法，所述质量分析装置具备被施加交流电压的多极电极并将所述多极电极用作质量过滤器，其特征在于，在测定之前，将预定的振幅的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间，设定所述预定的振幅和所述预定的时间，以使将所述预定的振幅的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间时产生的发热量与将在所述测定中施加的振幅的交流电压施加至热稳定状态为止时产生的发热量相等。5.根据权利要求4所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于，基于与所述测定相关的测定项目信息，设定所述预定的振幅和所述预定的时间。6.根据权利要求4所述的质量分析装置的控制方法，其特征在于，在与所述测定相关的测定项目信息不清楚的情况下，将m/z最大的离子的测定动作时施加于所述多极电极的电压的振幅的一半设定为所述预定的振幅。

技术总结
本公开的目的在于提供一种质量分析装置及其控制方法，能够降低由交流电压的控制电路的发热引起的质量轴的偏移。本公开的质量分析装置具备被施加交流电压的四极电极(111)和控制所述交流电压的电压值的控制部(100)，在将所述四极电极(111)用作质量过滤器的质量分析装置中，在测定之前，将预定的振幅(V1)的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间(T1)，将所述预定的振幅(V1)的所述交流电压施加于所述多极电极预定的时间(T1)时产生的发热量(J1)与将在所述测定中施加的振幅的交流电压施加至热稳定状态为止时产生的发热量相等(参照图3A)。照图3A)。照图3A)。


技术研发人员：菅原佑香 桥本雄一郎 安田博幸 杉山益之 田村陆
受保护的技术使用者：株式会社日立高新技术
技术研发日：2022.01.17
技术公布日：2023/9/26