JP3427987B2 - 四極子質量分析計 - Google Patents
四極子質量分析計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体、液体、あるい
は気体状の試料片を適当な方法でイオン化し、その試料
成分を質量スペクトルとして測定する四極子質量分析計
に関し、特に、広範囲の質量電荷数比の質量スペクトル
の測定に関するものである。
は気体状の試料片を適当な方法でイオン化し、その試料
成分を質量スペクトルとして測定する四極子質量分析計
に関し、特に、広範囲の質量電荷数比の質量スペクトル
の測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】四極子質量分析計は、真空容器に取り付
けられる分析管と制御電源から構成される。図７にその
分析管の構成を示す。図７のイオン源部１では、そこへ
入ってきた試料片２が電子ビーム３でイオン化され、入
射イオン束４が生成される。四極子電極部５には、直流
＋高周波電圧±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）のうちの＋（Ｕ＋
Ｖｃｏｓωｔ）が＋端子６に、また−（Ｕ＋Ｖｃｏｓω
ｔ）が−端子６’に印加され、入射イオン束４のうち
の、特定のイオン（Ｍ／Ｚ）８（ただし、Ｍ／Ｚは質量
電荷数比であり、そのＭは原子質量単位を、Ｚは電荷数
をそれぞれ表す。）のみが通過でき、イオン検出部７へ
到達し、レコーダー１０等に記録される。
けられる分析管と制御電源から構成される。図７にその
分析管の構成を示す。図７のイオン源部１では、そこへ
入ってきた試料片２が電子ビーム３でイオン化され、入
射イオン束４が生成される。四極子電極部５には、直流
＋高周波電圧±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）のうちの＋（Ｕ＋
Ｖｃｏｓωｔ）が＋端子６に、また−（Ｕ＋Ｖｃｏｓω
ｔ）が−端子６’に印加され、入射イオン束４のうち
の、特定のイオン（Ｍ／Ｚ）８（ただし、Ｍ／Ｚは質量
電荷数比であり、そのＭは原子質量単位を、Ｚは電荷数
をそれぞれ表す。）のみが通過でき、イオン検出部７へ
到達し、レコーダー１０等に記録される。
【０００３】従来の四極子質量分析計は、特定のイオン
（Ｍ／Ｚ）に対する直流＋高周波電圧±（Ｕ＋Ｖｃｏｓ
ωｔ）の値を、図１に示すマシュー線図の第１安定領域
をもとに決めていた。図１の縦軸ａと横軸ｑはそれぞれ
の次式により表される。
（Ｍ／Ｚ）に対する直流＋高周波電圧±（Ｕ＋Ｖｃｏｓ
ωｔ）の値を、図１に示すマシュー線図の第１安定領域
をもとに決めていた。図１の縦軸ａと横軸ｑはそれぞれ
の次式により表される。
【０００４】
【数１】
【数２】
ただし、ｍはイオンの質量（Ｍ×１.６６×１０-27ｋ
ｇ）（なお、Ｍは上記の原子質量単位）を、ｅはイオン
の電荷量（Ｃ）を、ｒ0は図７において参照番号９で示
される四極子電極の内半径（ｍ）を、ωは高周波電圧の
角周波数をそれぞれ表す。
ｇ）（なお、Ｍは上記の原子質量単位）を、ｅはイオン
の電荷量（Ｃ）を、ｒ0は図７において参照番号９で示
される四極子電極の内半径（ｍ）を、ωは高周波電圧の
角周波数をそれぞれ表す。
【０００５】図１において符号Ａで示される第１安定領
域を拡大すると図２のようになる。図２におけるβ
xは、四極子電極内における電場に入ったイオンの運動
方程式をｘ方向のマシュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）方程式
（後述）で表したときに得られる方程式の解に含まれる
ｅμξ（なお、２ξ＝ωｔ）のμがｉβのときのβであ
り、また、βyは、同様のｙ方向のβであり、βxとβy
とは、安定なイオン軌道の周期を決める。そして、図２
の三角形状内の頂点Ｔ（ｑ＝０．７０６，ａ＝０．２３
７）付近を質量走査線λ＝ａ／（２ｑ）＝Ｕ／Ｖが通る
ように、Ｕ／Ｖが一定でかつＵとＶが時間的に一定の割
合で増大するようにする。このようなＵとＶを実現する
ために図８のような制御回路が使われていた。
域を拡大すると図２のようになる。図２におけるβ
xは、四極子電極内における電場に入ったイオンの運動
方程式をｘ方向のマシュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）方程式
（後述）で表したときに得られる方程式の解に含まれる
ｅμξ（なお、２ξ＝ωｔ）のμがｉβのときのβであ
り、また、βyは、同様のｙ方向のβであり、βxとβy
とは、安定なイオン軌道の周期を決める。そして、図２
の三角形状内の頂点Ｔ（ｑ＝０．７０６，ａ＝０．２３
７）付近を質量走査線λ＝ａ／（２ｑ）＝Ｕ／Ｖが通る
ように、Ｕ／Ｖが一定でかつＵとＶが時間的に一定の割
合で増大するようにする。このようなＵとＶを実現する
ために図８のような制御回路が使われていた。
【０００６】図８においては、水晶発振器１１により発
生され緩衝増幅器１２を通った高周波電圧を基準鋸歯状
波２３に比例した電圧で振幅変調器１３において振幅変
調する。当該振幅変調された高周波電圧は、直線増幅器
１４及び励振増幅器１５を通って電力増幅器１６で電力
増幅した後、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれる
高圧発生部１７ａに加えられる。また、直流電圧発生部
２２からの±Ｕが、高圧発生・重畳・検波回路１７に含
まれる直流重畳部１７ｂにおいて高周波電圧に加えら
れ、±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）が四極子質量分析計の本体
である分析管１０の四極子電極に加えられる。さらに、
Ｖｃｏｓωｔは高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれ
る検波・整流部１７ｃにおいて検波出力として取り出さ
れ、制御部１９の誤差増幅器２０に加えられる。これに
より、２０→１３→１７→２０のループは負帰還増幅回
路を形成し、Ｖ電圧の安定性が高まる。検波出力は、制
御部１９の直線増幅器２１を経て同時に直流電圧発生部
２２に送られ、Ｖ電圧に対して大きさがλ倍の±Ｕ電圧
を発生する。Ｍ／ΔＭ（ここで、Ｍは原子質量単位であ
り、ΔＭは質量ピークの半値幅である。）により表され
る四極子質量分析計の分解能は、λ＝Ｕ/Ｖを変えて設
定し、直流電圧発生部２２の増幅度を抵抗２７で変える
ことによってなされる。
生され緩衝増幅器１２を通った高周波電圧を基準鋸歯状
波２３に比例した電圧で振幅変調器１３において振幅変
調する。当該振幅変調された高周波電圧は、直線増幅器
１４及び励振増幅器１５を通って電力増幅器１６で電力
増幅した後、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれる
高圧発生部１７ａに加えられる。また、直流電圧発生部
２２からの±Ｕが、高圧発生・重畳・検波回路１７に含
まれる直流重畳部１７ｂにおいて高周波電圧に加えら
れ、±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）が四極子質量分析計の本体
である分析管１０の四極子電極に加えられる。さらに、
Ｖｃｏｓωｔは高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれ
る検波・整流部１７ｃにおいて検波出力として取り出さ
れ、制御部１９の誤差増幅器２０に加えられる。これに
より、２０→１３→１７→２０のループは負帰還増幅回
路を形成し、Ｖ電圧の安定性が高まる。検波出力は、制
御部１９の直線増幅器２１を経て同時に直流電圧発生部
２２に送られ、Ｖ電圧に対して大きさがλ倍の±Ｕ電圧
を発生する。Ｍ／ΔＭ（ここで、Ｍは原子質量単位であ
り、ΔＭは質量ピークの半値幅である。）により表され
る四極子質量分析計の分解能は、λ＝Ｕ/Ｖを変えて設
定し、直流電圧発生部２２の増幅度を抵抗２７で変える
ことによってなされる。
【０００７】なお、図８において、３１はイオンソース
制御部を、３２はイオン検出部７（図７）で検出された
微小電流を増幅するためのＤＣ増幅器を、３３はモニタ
ーを、３４はモニターされた質量スペクトルをそれぞれ
示す。また、１８は、同調用可変キャパシタであって、
分析管１０を含む負荷側のＱが高く、分析管１０の特性
のばらつき等により起因する同調のずれを高圧発生・重
畳・検波回路１７により印加される高周波に同調させる
ためのものである。２５及び２６は任意マス設定用抵抗
で分析範囲全体のうちの所望の測定下限及び上限を設定
する。２８は初期相殺電圧設定用抵抗である。
制御部を、３２はイオン検出部７（図７）で検出された
微小電流を増幅するためのＤＣ増幅器を、３３はモニタ
ーを、３４はモニターされた質量スペクトルをそれぞれ
示す。また、１８は、同調用可変キャパシタであって、
分析管１０を含む負荷側のＱが高く、分析管１０の特性
のばらつき等により起因する同調のずれを高圧発生・重
畳・検波回路１７により印加される高周波に同調させる
ためのものである。２５及び２６は任意マス設定用抵抗
で分析範囲全体のうちの所望の測定下限及び上限を設定
する。２８は初期相殺電圧設定用抵抗である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
第１安定領域を使用した四極子質量分析計は、例えば、
試料片の質量電荷数比Ｍ／Ｚが１〜２０００と広範囲に
わたる質量スペクトルを測定する必要がある場合に、試
料片に含まれる例えば水素に起因するＭ／Ｚ＝１や２の
質量ピークが出にくく、かつＭ／Ｚ＝１や２のピーク強
度の安定性がきわめて悪かった。この原因は、Ｕ／Ｖの
値の安定性を高めるために使われる上記の負帰還増幅回
路にある。負帰還増幅回路は、Ｖ電圧を検波・整流して
基準鋸歯状波と比較し、それをもとに安定なＵおよびＶ
電圧を発生させる。この検波回路には２極真空管やダイ
オードが使われているが、Ｖ電圧が小さすぎると負帰還
増幅回路を形成するのに十分な検波出力が得られなく、
その値が不安定であるという欠点を有する。これを図９
の２極真空管やダイオードの電圧−電流特性を用いて説
明する。
第１安定領域を使用した四極子質量分析計は、例えば、
試料片の質量電荷数比Ｍ／Ｚが１〜２０００と広範囲に
わたる質量スペクトルを測定する必要がある場合に、試
料片に含まれる例えば水素に起因するＭ／Ｚ＝１や２の
質量ピークが出にくく、かつＭ／Ｚ＝１や２のピーク強
度の安定性がきわめて悪かった。この原因は、Ｕ／Ｖの
値の安定性を高めるために使われる上記の負帰還増幅回
路にある。負帰還増幅回路は、Ｖ電圧を検波・整流して
基準鋸歯状波と比較し、それをもとに安定なＵおよびＶ
電圧を発生させる。この検波回路には２極真空管やダイ
オードが使われているが、Ｖ電圧が小さすぎると負帰還
増幅回路を形成するのに十分な検波出力が得られなく、
その値が不安定であるという欠点を有する。これを図９
の２極真空管やダイオードの電圧−電流特性を用いて説
明する。
【０００９】検波回路には、通常図９における直線性が
良好なの部分を使う。しかしながら、Ｖ電圧とＭ／Ｚ
とは比例関係にあり、通常の場合（例えばＭ／Ｚが約１
００程度まで）でもＭ／Ｚ＝１や２においては、Ｖ電圧
が小さく図９のの部分を使うことになるため、直線性
も悪く、外部ノイズ等の影響を受けて検波出力が変動し
やすい欠点があった。特に、分析範囲がＭ／Ｚ＝１〜２
０００などの高質量まで分析するための四極子質量分析
計においては高質量側では一般に感度が低いため高質量
側で最も性能が良くなるように調整されることから、低
質量側のＭ／Ｚ＝２などの質量ピークを出すことは原理
的に困難だった。
良好なの部分を使う。しかしながら、Ｖ電圧とＭ／Ｚ
とは比例関係にあり、通常の場合（例えばＭ／Ｚが約１
００程度まで）でもＭ／Ｚ＝１や２においては、Ｖ電圧
が小さく図９のの部分を使うことになるため、直線性
も悪く、外部ノイズ等の影響を受けて検波出力が変動し
やすい欠点があった。特に、分析範囲がＭ／Ｚ＝１〜２
０００などの高質量まで分析するための四極子質量分析
計においては高質量側では一般に感度が低いため高質量
側で最も性能が良くなるように調整されることから、低
質量側のＭ／Ｚ＝２などの質量ピークを出すことは原理
的に困難だった。
【００１０】例えば、周波数を１ＭＨz、ｒ0＝４ｍｍに
おいてＭ／Ｚ＝２０００および２のとき、ｑ＝０.７０
６として（２）式から計算するとＶ電圧はそれぞれＶ＝
２３１４（Ｖ）、２.３（Ｖ）となる。このとき、数Ｖ
から２３００Ｖまでの高周波電圧を直線的に検波・整流
するには、どうしても数Ｖの範囲を犠牲にするため、Ｍ
／Ｚ＝２の質量ピークは分析不能として分析範囲を例え
ば１０〜２０００とすることになる。しかしながら、Ｍ
／Ｚ＝２０００近辺の高分子は、ほとんど水素原子
（Ｈ）が組成として入っているため、その開裂パターン
の一部となるＭ／Ｚ＝１や２の質量ピーク強度を正確に
測定することがきわめて重要となっていたが、従来の四
極子質量分析計では測定できないという課題があった。
おいてＭ／Ｚ＝２０００および２のとき、ｑ＝０.７０
６として（２）式から計算するとＶ電圧はそれぞれＶ＝
２３１４（Ｖ）、２.３（Ｖ）となる。このとき、数Ｖ
から２３００Ｖまでの高周波電圧を直線的に検波・整流
するには、どうしても数Ｖの範囲を犠牲にするため、Ｍ
／Ｚ＝２の質量ピークは分析不能として分析範囲を例え
ば１０〜２０００とすることになる。しかしながら、Ｍ
／Ｚ＝２０００近辺の高分子は、ほとんど水素原子
（Ｈ）が組成として入っているため、その開裂パターン
の一部となるＭ／Ｚ＝１や２の質量ピーク強度を正確に
測定することがきわめて重要となっていたが、従来の四
極子質量分析計では測定できないという課題があった。
【００１１】また、従来の四極子質量分析計では、低質
量側のＭ／Ｚ＝１や２の質量ピーク強度の大きさが小さ
いので、外乱の影響によりその質量ピーク強度の大きさ
そのものが変動し、つまり質量ピーク強度が不安定であ
り、条件によっては質量ピークの尖頭が外乱によるノイ
ズに埋没してしまい分析不能となってしまうという問題
があった。
量側のＭ／Ｚ＝１や２の質量ピーク強度の大きさが小さ
いので、外乱の影響によりその質量ピーク強度の大きさ
そのものが変動し、つまり質量ピーク強度が不安定であ
り、条件によっては質量ピークの尖頭が外乱によるノイ
ズに埋没してしまい分析不能となってしまうという問題
があった。
【００１２】本発明の目的は、上記欠点を克服した、広
範囲の質量電荷数比の質量スペクトルが測定できる四極
子質量分析計を提供することにある。
範囲の質量電荷数比の質量スペクトルが測定できる四極
子質量分析計を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、四極子電極部と、直流電圧と高周波電圧とが重畳さ
れた複合電圧を前記四極子電極部に印加する制御手段と
を有し、イオンの質量電荷数比の所定の範囲の質量スペ
クトルを測定する本発明の四極子質量分析計は、前記制
御手段が、直流電圧と高周波電圧とが重畳された電圧が
印加された四極子電極により生成された電場に入射され
たイオンが当該電場内で一定振幅を越えない安定な軌道
を走行する状態が得られる直流電圧及び高周波電圧の個
別の複数の安定領域のうちの少なくとも２つの安定領域
のそれぞれを質量電荷数比の前記所定の範囲を分割した
少なくとも２つの部分のそれぞれに対して対応させて用
いて前記少なくとも２つの安定領域内の直流電圧と高周
波電圧を前記四極子電極部に印加することを特徴とす
る。
め、四極子電極部と、直流電圧と高周波電圧とが重畳さ
れた複合電圧を前記四極子電極部に印加する制御手段と
を有し、イオンの質量電荷数比の所定の範囲の質量スペ
クトルを測定する本発明の四極子質量分析計は、前記制
御手段が、直流電圧と高周波電圧とが重畳された電圧が
印加された四極子電極により生成された電場に入射され
たイオンが当該電場内で一定振幅を越えない安定な軌道
を走行する状態が得られる直流電圧及び高周波電圧の個
別の複数の安定領域のうちの少なくとも２つの安定領域
のそれぞれを質量電荷数比の前記所定の範囲を分割した
少なくとも２つの部分のそれぞれに対して対応させて用
いて前記少なくとも２つの安定領域内の直流電圧と高周
波電圧を前記四極子電極部に印加することを特徴とす
る。
【００１４】
【作用】上記の構成により、前記制御手段は、イオンの
質量電荷数比の所定の範囲を少なくとも２つの範囲に分
けて、その各々に少なくとも２つの安定領域の各々を割
当てて、イオンの質量電荷数比の一方の範囲では一方の
安定領域内の直流電圧と高周波電圧を前記四極子電極部
に印加し、またイオンの質量電荷数比の他方の範囲では
他方の安定領域内の直流電圧と高周波電圧を前記四極子
電極部に印加するように動作する。
質量電荷数比の所定の範囲を少なくとも２つの範囲に分
けて、その各々に少なくとも２つの安定領域の各々を割
当てて、イオンの質量電荷数比の一方の範囲では一方の
安定領域内の直流電圧と高周波電圧を前記四極子電極部
に印加し、またイオンの質量電荷数比の他方の範囲では
他方の安定領域内の直流電圧と高周波電圧を前記四極子
電極部に印加するように動作する。
【００１５】
【実施例】始めに、本発明の原理について説明する。
【００１６】四極子質量分析計においては、四極子電極
に直流電圧と高周波電圧とが重畳された複合電圧を印加
したとき、印加された四極子電極により生成される電場
に入射されたイオンが当該電場内で一定振幅を越えない
安定な軌道を走行することが可能である。このイオンの
安定走行を満足させる直流電圧の大きさ及び高周波電圧
の振幅の大きさの双方は安定領域といわれる或る領域が
存在し、かつこの領域は、１つのみではなく離散して複
数個存在する。従来の四極子質量分析計は、この安定領
域のうちで直流電圧を直交座標の縦軸に高周波電圧をそ
の横軸に取ったときの原点から最も近い距離にある安定
領域の１つのみを用いていた。本発明は、これまで用い
られていなかった安定領域を含む複数個の安定領域に着
目し、これら複数個の安定領域を積極的に用いて広範囲
の質量電荷数比の質量スペクトルの測定手段の実現を可
能にしたものである。
に直流電圧と高周波電圧とが重畳された複合電圧を印加
したとき、印加された四極子電極により生成される電場
に入射されたイオンが当該電場内で一定振幅を越えない
安定な軌道を走行することが可能である。このイオンの
安定走行を満足させる直流電圧の大きさ及び高周波電圧
の振幅の大きさの双方は安定領域といわれる或る領域が
存在し、かつこの領域は、１つのみではなく離散して複
数個存在する。従来の四極子質量分析計は、この安定領
域のうちで直流電圧を直交座標の縦軸に高周波電圧をそ
の横軸に取ったときの原点から最も近い距離にある安定
領域の１つのみを用いていた。本発明は、これまで用い
られていなかった安定領域を含む複数個の安定領域に着
目し、これら複数個の安定領域を積極的に用いて広範囲
の質量電荷数比の質量スペクトルの測定手段の実現を可
能にしたものである。
【００１７】以下、よく知られているマシュー線図を参
照して複数個存在する安定領域について、不破 敬一
郎、藤井 敏博 編「四極子質量分析計−原理と応用」
（講談社サイエンティフィック，１９７７，４〜９頁）
を引用して説明する。
照して複数個存在する安定領域について、不破 敬一
郎、藤井 敏博 編「四極子質量分析計−原理と応用」
（講談社サイエンティフィック，１９７７，４〜９頁）
を引用して説明する。
【００１８】最初に、四極子電極内の電場を説明する。
【００１９】四極子電極内に関係式（３）を満足する電
位を作ることができる。
位を作ることができる。
【００２０】
【数３】
φ＝φ0（λｘ2＋σｙ2＋γｚ2） （３）
ここで、λ、σ及びγは定数である。
【００２１】この電位φは、ポアソン（Ｐｏｉｓｓｏ
ｎ）の法則に従い、（４）式を満足する。
ｎ）の法則に従い、（４）式を満足する。
【００２２】
【数４】
このことから容易に（５）式で示される条件が導かれ
る。
る。
【００２３】
【数５】
λ＋σ＋γ＝０ （５）
四極子質量分析計においては、これらの定数λ、σ、γ
を（６）式のように選ばれている。
を（６）式のように選ばれている。
【００２４】
【数６】
従って、（３）式は、（７）式のように表せる。
【００２５】
【数７】
このような電位を与える電極の形は断面が直角双曲線に
なっている。
なっている。
【００２６】図７に示されるように、四極子電極に電圧
±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）を与えると四極子電極内の電位
は（８）で与えられる。
±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）を与えると四極子電極内の電位
は（８）で与えられる。
【００２７】
【数８】
次に、イオンの運動方程式がマシュー（Ｍａｔｈｉｅ
ｕ）方程式で表せることを説明する。
ｕ）方程式で表せることを説明する。
【００２８】四極子電極内における電位勾配、即ち電場
は（９）式で表される。
は（９）式で表される。
【００２９】
【数９】
この電場に入ったイオンの運動方程式は、（１０）式で
表される。
表される。
【００３０】
【数１０】
（１０）式から、イオンのｘ軸方向、ｙ軸方向の運動は
（ｘ軸方向、ｙ軸方向の運動は独立に取り扱うことがで
きる。）、ｘ軸方向、ｙ軸方向に周期的な力を受けて振
動することがわかる。また、ｚ軸方向には何らの力も受
けず、初速度と同じ速度で運動する。（１０）式を、前
述した（１）式、（２）、及び次の（１１）式を用いて
置換すると、マシュー方程式として知られている微分方
程式（１２）となる。
（ｘ軸方向、ｙ軸方向の運動は独立に取り扱うことがで
きる。）、ｘ軸方向、ｙ軸方向に周期的な力を受けて振
動することがわかる。また、ｚ軸方向には何らの力も受
けず、初速度と同じ速度で運動する。（１０）式を、前
述した（１）式、（２）、及び次の（１１）式を用いて
置換すると、マシュー方程式として知られている微分方
程式（１２）となる。
【００３１】
【数１１】
ωｔ＝２ξ （１１）
【数１２】
四極子電極内の電場のイオンの運動は、この方程式の解
によって与えられる。ｘ方向のマシュー方程式の解は
（１３）式で表される。なお、α′，α′′は初期条件
で決まり、Ｃ2Sはａとｑのみの関数である。ｙ方向につ
いても符号のみ異なり解の形は同じである。
によって与えられる。ｘ方向のマシュー方程式の解は
（１３）式で表される。なお、α′，α′′は初期条件
で決まり、Ｃ2Sはａとｑのみの関数である。ｙ方向につ
いても符号のみ異なり解の形は同じである。
【００３２】
【数１３】
この解は、無限時間の間、イオンが一定振幅を越えない
安定な軌道をたどる安定解と、時間とともに振幅が無限
に増大する不安定解とに分けられる。安定解においては
ξ→∞（時間が無限大）に対してｘは有限の値をとり、
不安定解においてはξ→∞に対してｘ→±∞となる。解
が安定解か不安定解かはａとｑの関数であるμの値によ
って決められる。そして、μ＝ｉβのとき、ｅiβξ＝
ｓｉｎ（βξ）＋ｃｏｓ（βξ）であることから（１
３）式は（１４）式のようになる。
安定な軌道をたどる安定解と、時間とともに振幅が無限
に増大する不安定解とに分けられる。安定解においては
ξ→∞（時間が無限大）に対してｘは有限の値をとり、
不安定解においてはξ→∞に対してｘ→±∞となる。解
が安定解か不安定解かはａとｑの関数であるμの値によ
って決められる。そして、μ＝ｉβのとき、ｅiβξ＝
ｓｉｎ（βξ）＋ｃｏｓ（βξ）であることから（１
３）式は（１４）式のようになる。
【００３３】
【数１４】
いいかえれば、（１４）式からμが純虚数で整数でない
とき、安定解が得られることがわかる。
とき、安定解が得られることがわかる。
【００３４】次に、マシュー線図について説明する。
【００３５】マシュー方程式が安定かどうかの判別はａ
とｑのみの関数であるμの値で決まるから、安定解を与
えるａ，ｑの関数を（ａ，ｑ）平面に図示することがで
きる。このようにして示されたものが図１のマシュー線
図である。図１において、斜線で示される範囲がｘ方向
安定領域を示し、その他の領域はｘ方向の不安定領域で
ある。ｙ方向安定領域は、ラインｓ１とｓ２とで挟まれ
る範囲（全体図においてこれらのラインは近接している
ため１本のラインのように描かれているが、Ｃの拡大図
に示されるように極めて近接した二本のラインであ
る。）と、全体図において１本の線Ｌで示されている
が、Ｄの拡大図に示されるように実際には極めて近接し
た二本のラインｓ３及びｓ４に挟まれた範囲とである。
その他の領域は、ｙ方向の不安定領域である。
とｑのみの関数であるμの値で決まるから、安定解を与
えるａ，ｑの関数を（ａ，ｑ）平面に図示することがで
きる。このようにして示されたものが図１のマシュー線
図である。図１において、斜線で示される範囲がｘ方向
安定領域を示し、その他の領域はｘ方向の不安定領域で
ある。ｙ方向安定領域は、ラインｓ１とｓ２とで挟まれ
る範囲（全体図においてこれらのラインは近接している
ため１本のラインのように描かれているが、Ｃの拡大図
に示されるように極めて近接した二本のラインであ
る。）と、全体図において１本の線Ｌで示されている
が、Ｄの拡大図に示されるように実際には極めて近接し
た二本のラインｓ３及びｓ４に挟まれた範囲とである。
その他の領域は、ｙ方向の不安定領域である。
【００３６】四極子電極内の電場をイオンが通過するた
めには、ｘ，ｙ両方向のイオンの運動は限定された振幅
でなければならないので、実際の安定領域はｘ方向の安
定領域とｙ方向の安定領域が重なり合った領域となり、
図１において黒く塗った部分となる。この安定領域は、
図１からわかるように、離散状態で複数個存在し得て、
ここでは、それぞれの安定領域を、図１に示されるよう
に第１安定領域、第１′安定領域、第２安定領域及び第
３安定領域と呼ぶ。
めには、ｘ，ｙ両方向のイオンの運動は限定された振幅
でなければならないので、実際の安定領域はｘ方向の安
定領域とｙ方向の安定領域が重なり合った領域となり、
図１において黒く塗った部分となる。この安定領域は、
図１からわかるように、離散状態で複数個存在し得て、
ここでは、それぞれの安定領域を、図１に示されるよう
に第１安定領域、第１′安定領域、第２安定領域及び第
３安定領域と呼ぶ。
【００３７】図１からわかるように、イオンの同じ質量
電荷数比に対して従来用いられていた第１安定領域と比
較して、第２安定領域、第３安定領域、あるいは第１′
安定領域を用いれば、高周波電圧のＶがより大きな値と
なる。本発明はこの点に注目して、Ｖの大きさを正確に
制御することが困難なイオンの質量電荷数比が小さい範
囲について第２、第３あるいは第１′の安定領域を用い
て、Ｖを大きくしてＶの精密な制御を可能にするもので
ある。例えば、低質量側のＭ／Ｚ＝１や２等の分析を図
１に示す第２安定領域で行い、それ以上のＭ／Ｚの分析
を従来から使われている第１安定領域で連続的に行うよ
うにする。
電荷数比に対して従来用いられていた第１安定領域と比
較して、第２安定領域、第３安定領域、あるいは第１′
安定領域を用いれば、高周波電圧のＶがより大きな値と
なる。本発明はこの点に注目して、Ｖの大きさを正確に
制御することが困難なイオンの質量電荷数比が小さい範
囲について第２、第３あるいは第１′の安定領域を用い
て、Ｖを大きくしてＶの精密な制御を可能にするもので
ある。例えば、低質量側のＭ／Ｚ＝１や２等の分析を図
１に示す第２安定領域で行い、それ以上のＭ／Ｚの分析
を従来から使われている第１安定領域で連続的に行うよ
うにする。
【００３８】同じＭ／Ｚに対して第１安定領域の代わり
に第２安定領域を用いた場合について以下に説明する。
図３は、図１において符号Ｂで示される第２安定領域の
拡大図である。図３において、Ｔ1は下側頂点を、Ｔ2は
上側頂点を、Ｔ3は第２安定領域の中心の点をそれぞれ
示す。ａやｑの値から同じＭ／Ｚに対し、従来の図２に
示される第１安定領域のＴ付近よりも第２安定領域のＴ
3付近では、直流（Ｕ）電圧で約１２倍（第１安定領域
のＴのａ＝０．２３７と第２安定領域のＴ3のａ＝２．
８３４との比率より）、高周波（Ｖ）電圧で約４倍（第
１安定領域のＴのｑ＝０．７０６と第２安定領域のＴ3
のｑ＝３．０１７との比率より）必要となるが、分解能
が約２０以上得られ（第２安定領域の幅が極めて狭いた
め）、しかも、分解能を変えるためλを変えても第２安
定領域の幅が極めて狭くかつ殆ど一定のため（図３参
照）質量ピークの高さが変わらずに極めて安定している
ことが確認された。第２安定領域を使うことによってＶ
電圧が高くなり、Ｍ／Ｚ＝１の質量ピークでも負帰還増
幅回路が有効に働くようになる。
に第２安定領域を用いた場合について以下に説明する。
図３は、図１において符号Ｂで示される第２安定領域の
拡大図である。図３において、Ｔ1は下側頂点を、Ｔ2は
上側頂点を、Ｔ3は第２安定領域の中心の点をそれぞれ
示す。ａやｑの値から同じＭ／Ｚに対し、従来の図２に
示される第１安定領域のＴ付近よりも第２安定領域のＴ
3付近では、直流（Ｕ）電圧で約１２倍（第１安定領域
のＴのａ＝０．２３７と第２安定領域のＴ3のａ＝２．
８３４との比率より）、高周波（Ｖ）電圧で約４倍（第
１安定領域のＴのｑ＝０．７０６と第２安定領域のＴ3
のｑ＝３．０１７との比率より）必要となるが、分解能
が約２０以上得られ（第２安定領域の幅が極めて狭いた
め）、しかも、分解能を変えるためλを変えても第２安
定領域の幅が極めて狭くかつ殆ど一定のため（図３参
照）質量ピークの高さが変わらずに極めて安定している
ことが確認された。第２安定領域を使うことによってＶ
電圧が高くなり、Ｍ／Ｚ＝１の質量ピークでも負帰還増
幅回路が有効に働くようになる。
【００３９】以下、実施例として分析範囲をＭ／Ｚ＝１
〜２０００、周波数１ＭＨz、ｒ0＝４ｍｍで、Ｍ／Ｚ＝
１〜５０を第２安定領域、Ｍ／Ｚ＝５１〜２０００を従
来の第１安定領域の条件で連続的に分析することのでき
る四極子質量分析計を詳細に説明する。図４に、本発明
の実施例によるタイムチャートを示す。同図の（Ａ）に
示す基準鋸歯状波は、１周期２０００秒で０から１０Ｖ
を直線的に変化する。従って、５０秒においては０.２
５Ｖとなる。なお、（Ａ）の１〜２０００秒が同図の
（Ｅ）に示すＭ／Ｚの１〜２０００に対応する。
〜２０００、周波数１ＭＨz、ｒ0＝４ｍｍで、Ｍ／Ｚ＝
１〜５０を第２安定領域、Ｍ／Ｚ＝５１〜２０００を従
来の第１安定領域の条件で連続的に分析することのでき
る四極子質量分析計を詳細に説明する。図４に、本発明
の実施例によるタイムチャートを示す。同図の（Ａ）に
示す基準鋸歯状波は、１周期２０００秒で０から１０Ｖ
を直線的に変化する。従って、５０秒においては０.２
５Ｖとなる。なお、（Ａ）の１〜２０００秒が同図の
（Ｅ）に示すＭ／Ｚの１〜２０００に対応する。
【００４０】また、同図の（Ｂ）はλ=Ｕ/Ｖを示し、Ｍ
／Ｚ＝５１〜２０００に対する第１安定領域とＭ／Ｚ＝
１〜５０に対する第２安定領域でそれぞれλ≒０.４
７、０.１６となるようにする。なお、λ≒０．４７
は、図３に示されるＴ3のｑ＝３．０１７及びａ＝２．
８３４からλ＝ａ／２ｑの式により求めたものであり、
λ≒０．１６は、図２に示されるＴのｑ＝０．７０６及
びａ＝０．２３７から同様にして求めて分解能を考慮し
て定めたものである。
／Ｚ＝５１〜２０００に対する第１安定領域とＭ／Ｚ＝
１〜５０に対する第２安定領域でそれぞれλ≒０.４
７、０.１６となるようにする。なお、λ≒０．４７
は、図３に示されるＴ3のｑ＝３．０１７及びａ＝２．
８３４からλ＝ａ／２ｑの式により求めたものであり、
λ≒０．１６は、図２に示されるＴのｑ＝０．７０６及
びａ＝０．２３７から同様にして求めて分解能を考慮し
て定めたものである。
【００４１】これに同期する直流（Ｕ）電圧の変化を図
４（Ｃ）に示す。Ｍ／Ｚ＝１〜５０に対して第２安定領
域のａを用いて前述した（１）式からＵ電圧を求める
と、０→５０秒は０→１１６Ｖとなる。また、Ｍ／Ｚ＝
５１〜２０００に対して第１安定領域のａを用いて
（１）式から同様にＵ電圧を求めると、５０→２０００
秒は９.７→３８８Ｖになる。
４（Ｃ）に示す。Ｍ／Ｚ＝１〜５０に対して第２安定領
域のａを用いて前述した（１）式からＵ電圧を求める
と、０→５０秒は０→１１６Ｖとなる。また、Ｍ／Ｚ＝
５１〜２０００に対して第１安定領域のａを用いて
（１）式から同様にＵ電圧を求めると、５０→２０００
秒は９.７→３８８Ｖになる。
【００４２】さらに同図の（Ｄ）は高周波（Ｖ）電圧の
変化を示しており、０→５０秒は、Ｕ電圧をλ≒０．４
７で除算することにより得られ、０→２４７Ｖとなり、
５０→２０００秒ではＵ電圧をλ≒０．１６で除算する
ことにより得られ、５８→２３１４Ｖとなる。
変化を示しており、０→５０秒は、Ｕ電圧をλ≒０．４
７で除算することにより得られ、０→２４７Ｖとなり、
５０→２０００秒ではＵ電圧をλ≒０．１６で除算する
ことにより得られ、５８→２３１４Ｖとなる。
【００４３】この図４に示すタイムチャートを実現する
ための本発明による一実施例である制御電源のブロック
回路を図５に示す。図５において、図８と同一の参照番
号のものは図８に示されるものと同一あるいは類似の構
成要素を示し、説明を繰り返さない。基準鋸歯状波発生
回路３５は、デジタル値設定回路４５から発生トリガー
信号を受けて０〜２０００秒の間に１つの基準鋸歯状波
を発生する。発生された基準鋸歯状波は、緩衝増幅器３
６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３７に印加される。Ａ／Ｄ
変換器３７では１０ｋＨｚあるいはそれ以上のクロック
周波数で基準鋸歯状波がデジタル値に変換され、当該変
換されたデジタル値はリード・オンリー・メモリー（Ｒ
ＯＭ）３８のアドレスとして用いられる。ＲＯＭ３８と
リード・オンリー・メモリー（ＲＯＭ）４３には、あら
かじめ第２安定領域と第１安定領域の条件に応じ、個々
のＭ／Ｚに対して必要となる発生電圧の情報をデジタル
値で記憶させておく。即ち、Ｖ電圧については、ＲＯＭ
３８内に、分析範囲全域にわたって、即ち０〜２０００
秒にわたって第２安定領域のＶ電圧が発生するように所
定のＶ電圧を所定の割合で縮小した値とそれに対応した
アドレスとを含む第１のテーブルと、分析範囲全域であ
る０〜２０００秒にわたって第１安定領域のＶ電圧が発
生するように所定のＶ電圧を所定の割合で縮小した値と
それに対応したアドレスとを含む第２のテーブルとが予
め記憶されている。Ｕ電圧については後述する。
ための本発明による一実施例である制御電源のブロック
回路を図５に示す。図５において、図８と同一の参照番
号のものは図８に示されるものと同一あるいは類似の構
成要素を示し、説明を繰り返さない。基準鋸歯状波発生
回路３５は、デジタル値設定回路４５から発生トリガー
信号を受けて０〜２０００秒の間に１つの基準鋸歯状波
を発生する。発生された基準鋸歯状波は、緩衝増幅器３
６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３７に印加される。Ａ／Ｄ
変換器３７では１０ｋＨｚあるいはそれ以上のクロック
周波数で基準鋸歯状波がデジタル値に変換され、当該変
換されたデジタル値はリード・オンリー・メモリー（Ｒ
ＯＭ）３８のアドレスとして用いられる。ＲＯＭ３８と
リード・オンリー・メモリー（ＲＯＭ）４３には、あら
かじめ第２安定領域と第１安定領域の条件に応じ、個々
のＭ／Ｚに対して必要となる発生電圧の情報をデジタル
値で記憶させておく。即ち、Ｖ電圧については、ＲＯＭ
３８内に、分析範囲全域にわたって、即ち０〜２０００
秒にわたって第２安定領域のＶ電圧が発生するように所
定のＶ電圧を所定の割合で縮小した値とそれに対応した
アドレスとを含む第１のテーブルと、分析範囲全域であ
る０〜２０００秒にわたって第１安定領域のＶ電圧が発
生するように所定のＶ電圧を所定の割合で縮小した値と
それに対応したアドレスとを含む第２のテーブルとが予
め記憶されている。Ｕ電圧については後述する。
【００４４】デジタル値設定回路４５は、分析範囲全域
のうちで第２安定領域を用いる範囲と第１安定領域を用
いる範囲との境界を試料片２に応じて変えることが望ま
しいので当該境界を可変に設定できるダイヤル（図示せ
ず）を有する。例えば、全体の分析範囲Ｍ／Ｚ＝１〜２
０００について、第２安定領域での分析範囲Ｍ／Ｚ＝１
〜５０及び第１安定領域での分析範囲Ｍ／Ｚ＝５１〜２
０００にするため、図４に示されるタイムチャートを得
るときは当該ダイヤルを５０に設定することになる。か
かる設定の場合には、デジタル値設定回路４５は、発生
トリガー信号を発生してから５０秒後に安定領域切換信
号を発生し、ＲＯＭ３８に印加する。ＲＯＭ３８は、当
該安定領域切換信号を受け取ると、それまで使用してい
た第２安定領域用の第１のテーブルから第１安定領域用
の第２のテーブルを使用するように切り替える機能を含
む。また、ダイヤルを６０に設定した場合には、スター
ト後６０秒で第２安定領域用の第１のテーブルから第１
安定領域用の第２のテーブルに切り替えられることにな
る。ＲＯＭ３８のデジタル出力はＤ／Ａ変換器３９によ
りアナログ信号に変換され誤差増幅器４０に付与され
る。従って、デジタル値設定回路４５のダイヤルを５０
に設定したとき、Ｄ／Ａ変換器３９の出力には、０〜５
０秒の間は所望のＶ電圧０〜２４７（Ｖ）（第２安定領
域）、また５０〜２０００秒の間は所望のＶ電圧５８〜
２３１４（Ｖ）（第１安定領域）（図４の（Ｄ）参照）
に対して一定の割合で縮小した電圧が発生する。Ｄ／Ａ
変換器３９からの出力電圧は、誤差増幅器４０を介して
振幅変調器１３に印加され、水晶発振器１１により発生
された高周波電圧を振幅変調する。前述した従来例と同
様に、当該振幅変調された高周波電圧は直線増幅器１４
及び励振増幅器１５を通って電力増幅器１６で電力増幅
した後、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれる高圧
発生部１７ａに加えられる。また、直流電圧発生部２２
からの±Ｕが、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれ
る直流重畳部１７ｂにおいて高周波電圧に加えられ、±
（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）が分析管１０の四極子電極に加え
られる。さらに、Ｖｃｏｓωｔは高圧発生・重畳・検波
回路１７に含まれる検波・整流部１７ｃにおいて検波出
力として取り出される。
のうちで第２安定領域を用いる範囲と第１安定領域を用
いる範囲との境界を試料片２に応じて変えることが望ま
しいので当該境界を可変に設定できるダイヤル（図示せ
ず）を有する。例えば、全体の分析範囲Ｍ／Ｚ＝１〜２
０００について、第２安定領域での分析範囲Ｍ／Ｚ＝１
〜５０及び第１安定領域での分析範囲Ｍ／Ｚ＝５１〜２
０００にするため、図４に示されるタイムチャートを得
るときは当該ダイヤルを５０に設定することになる。か
かる設定の場合には、デジタル値設定回路４５は、発生
トリガー信号を発生してから５０秒後に安定領域切換信
号を発生し、ＲＯＭ３８に印加する。ＲＯＭ３８は、当
該安定領域切換信号を受け取ると、それまで使用してい
た第２安定領域用の第１のテーブルから第１安定領域用
の第２のテーブルを使用するように切り替える機能を含
む。また、ダイヤルを６０に設定した場合には、スター
ト後６０秒で第２安定領域用の第１のテーブルから第１
安定領域用の第２のテーブルに切り替えられることにな
る。ＲＯＭ３８のデジタル出力はＤ／Ａ変換器３９によ
りアナログ信号に変換され誤差増幅器４０に付与され
る。従って、デジタル値設定回路４５のダイヤルを５０
に設定したとき、Ｄ／Ａ変換器３９の出力には、０〜５
０秒の間は所望のＶ電圧０〜２４７（Ｖ）（第２安定領
域）、また５０〜２０００秒の間は所望のＶ電圧５８〜
２３１４（Ｖ）（第１安定領域）（図４の（Ｄ）参照）
に対して一定の割合で縮小した電圧が発生する。Ｄ／Ａ
変換器３９からの出力電圧は、誤差増幅器４０を介して
振幅変調器１３に印加され、水晶発振器１１により発生
された高周波電圧を振幅変調する。前述した従来例と同
様に、当該振幅変調された高周波電圧は直線増幅器１４
及び励振増幅器１５を通って電力増幅器１６で電力増幅
した後、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれる高圧
発生部１７ａに加えられる。また、直流電圧発生部２２
からの±Ｕが、高圧発生・重畳・検波回路１７に含まれ
る直流重畳部１７ｂにおいて高周波電圧に加えられ、±
（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）が分析管１０の四極子電極に加え
られる。さらに、Ｖｃｏｓωｔは高圧発生・重畳・検波
回路１７に含まれる検波・整流部１７ｃにおいて検波出
力として取り出される。
【００４５】取り出された検波出力は、直線増幅器４１
で直線増幅され、誤差増幅器４０に印加される。直線増
幅器４１の出力電圧波形１０１の極性はＤ／Ａ変換器３
９の出力電圧波形１００のものと反対である。なお、出
力波形１００および１０１は理解を容易にするため摸式
的に表されている。Ｄ／Ａ変換器３９からの出力と直線
増幅器４１からの出力は、誤差増幅器４０の加算器４０
ａで加算され、高利得増幅器４０ｂで増幅される。４０
→１３→１７→４１→４０は負帰還増幅回路を形成し、
４０ｂの増幅器が極めて高利得のため、高圧発生・重畳
・検波回路１７の高圧発生部１７ａには所望の電圧、例
えばデジタル値設定回路４５のダイヤルを５０に設定し
たとき、図４の（Ｄ）に示される電圧波形が発生する。
で直線増幅され、誤差増幅器４０に印加される。直線増
幅器４１の出力電圧波形１０１の極性はＤ／Ａ変換器３
９の出力電圧波形１００のものと反対である。なお、出
力波形１００および１０１は理解を容易にするため摸式
的に表されている。Ｄ／Ａ変換器３９からの出力と直線
増幅器４１からの出力は、誤差増幅器４０の加算器４０
ａで加算され、高利得増幅器４０ｂで増幅される。４０
→１３→１７→４１→４０は負帰還増幅回路を形成し、
４０ｂの増幅器が極めて高利得のため、高圧発生・重畳
・検波回路１７の高圧発生部１７ａには所望の電圧、例
えばデジタル値設定回路４５のダイヤルを５０に設定し
たとき、図４の（Ｄ）に示される電圧波形が発生する。
【００４６】ＲＯＭ４３はＵ電圧用であって、当該ＲＯ
Ｍ４３には、ＲＯＭ３８と同様に、分析範囲全域にわた
って、即ち０〜２０００秒にわたって第２安定領域のＵ
電圧が発生するように所定のＵ電圧を所定の割合で縮小
した値とそれに対応したアドレスとを含む第１のテーブ
ルと、分析範囲全域である０〜２０００秒にわたって第
１安定領域のＵ電圧が発生するように所定のＵ電圧を所
定の割合で縮小した値とそれに対応したアドレスとを含
む第２のテーブルとが予め記憶されている。ＲＯＭ４３
は、デジタル値設定回路４５からの安定領域切換信号を
受け取ると、それまで使用していた第２安定領域用の第
１のテーブルから第１安定領域用の第２のテーブルを使
用するように切り替える機能を含む。直線増幅器４１か
らの直線増幅された検波出力はまた、Ａ／Ｄ変換器４２
に印加され、１０ｋＨｚあるいはそれ以上のクロック周
波数でデジタル信号に変換され、ＲＯＭ４３のアドレス
データとしてＲＯＭ４３に付与される。ＲＯＭ４３は、
安定領域切換信号に従ってそのとき使用中のテーブルを
参照して、付与されたアドレスに対応したＵ電圧に関連
するデジタル信号をＤ／Ａ変換器４４に出力する。当該
デジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器４４でアナログ信号に変
換され、直流電圧発生部２２に印加される。参照番号２
７で示されるポテンショメータを測定前に所望のλに対
応する値に設定しておくことにより、直流電圧発生部２
２は、印加されたアナログ信号に基づいてＶ電圧に対し
て大きさがλ倍の±Ｕ電圧を発生する。従って、デジタ
ル値設定回路４５のダイヤルを５０に設定したとき、直
流電圧発生部２２には、図４の（Ｃ）に示される電圧波
形が出力されることになる。
Ｍ４３には、ＲＯＭ３８と同様に、分析範囲全域にわた
って、即ち０〜２０００秒にわたって第２安定領域のＵ
電圧が発生するように所定のＵ電圧を所定の割合で縮小
した値とそれに対応したアドレスとを含む第１のテーブ
ルと、分析範囲全域である０〜２０００秒にわたって第
１安定領域のＵ電圧が発生するように所定のＵ電圧を所
定の割合で縮小した値とそれに対応したアドレスとを含
む第２のテーブルとが予め記憶されている。ＲＯＭ４３
は、デジタル値設定回路４５からの安定領域切換信号を
受け取ると、それまで使用していた第２安定領域用の第
１のテーブルから第１安定領域用の第２のテーブルを使
用するように切り替える機能を含む。直線増幅器４１か
らの直線増幅された検波出力はまた、Ａ／Ｄ変換器４２
に印加され、１０ｋＨｚあるいはそれ以上のクロック周
波数でデジタル信号に変換され、ＲＯＭ４３のアドレス
データとしてＲＯＭ４３に付与される。ＲＯＭ４３は、
安定領域切換信号に従ってそのとき使用中のテーブルを
参照して、付与されたアドレスに対応したＵ電圧に関連
するデジタル信号をＤ／Ａ変換器４４に出力する。当該
デジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器４４でアナログ信号に変
換され、直流電圧発生部２２に印加される。参照番号２
７で示されるポテンショメータを測定前に所望のλに対
応する値に設定しておくことにより、直流電圧発生部２
２は、印加されたアナログ信号に基づいてＶ電圧に対し
て大きさがλ倍の±Ｕ電圧を発生する。従って、デジタ
ル値設定回路４５のダイヤルを５０に設定したとき、直
流電圧発生部２２には、図４の（Ｃ）に示される電圧波
形が出力されることになる。
【００４７】なお、図５に示される本発明の実施例にお
いては、ＲＯＭ４３を用いている構成のため、図９で示
した検波・整流部１７ｃの非直線性をあらかじめ修正し
た値をＲＯＭ４３に予め記憶させることもできるため、
全測定範囲で分解能が一定の質量ピークが得られる。
いては、ＲＯＭ４３を用いている構成のため、図９で示
した検波・整流部１７ｃの非直線性をあらかじめ修正し
た値をＲＯＭ４３に予め記憶させることもできるため、
全測定範囲で分解能が一定の質量ピークが得られる。
【００４８】本発明の上記実施例による四極子質量分析
計で、空気についてＭ／Ｚ＝１〜２０００を分析したと
ころ、図６の（Ａ）に示すようにＭ／Ｚ＝１〜５０の範
囲で明瞭なスペクトルが得られた。なお、図６におい
て、１１０は電流の尺度を、１１１は時間の尺度をそれ
ぞれ表す。質量スペクトルの尖頭も外乱による影響を受
けず変動がほとんどなかった。なお、Ｍ／Ｚ＝２及び１
８における質量スペクトルの尖頭に記された二本線は飽
和していることを示す。これらの飽和していない絶対的
な値は感度を下げてこれらについて飽和させず、そのと
きの例えばＭ／Ｚ＝１８との比率から知り得る。一方、
従来の四極子質量分析計で空気についてＭ／Ｚ＝１〜２
０００の範囲で分析したところ、図６の（Ｂ）に示すよ
うにＭ／Ｚ＝１〜５０の範囲でスペクトルは現れなかっ
た。このように、Ｍ／Ｚ＝１〜２０００と広範囲におけ
る質量スペクトルの測定において，従来では測定できな
かったＭ／Ｚ＝１〜５０の低い質量電荷数比の範囲につ
いて測定が可能となった。
計で、空気についてＭ／Ｚ＝１〜２０００を分析したと
ころ、図６の（Ａ）に示すようにＭ／Ｚ＝１〜５０の範
囲で明瞭なスペクトルが得られた。なお、図６におい
て、１１０は電流の尺度を、１１１は時間の尺度をそれ
ぞれ表す。質量スペクトルの尖頭も外乱による影響を受
けず変動がほとんどなかった。なお、Ｍ／Ｚ＝２及び１
８における質量スペクトルの尖頭に記された二本線は飽
和していることを示す。これらの飽和していない絶対的
な値は感度を下げてこれらについて飽和させず、そのと
きの例えばＭ／Ｚ＝１８との比率から知り得る。一方、
従来の四極子質量分析計で空気についてＭ／Ｚ＝１〜２
０００の範囲で分析したところ、図６の（Ｂ）に示すよ
うにＭ／Ｚ＝１〜５０の範囲でスペクトルは現れなかっ
た。このように、Ｍ／Ｚ＝１〜２０００と広範囲におけ
る質量スペクトルの測定において，従来では測定できな
かったＭ／Ｚ＝１〜５０の低い質量電荷数比の範囲につ
いて測定が可能となった。
【００４９】もちろん、本発明による上述した実施例は
一例に過ぎず、図１の第１安定領域と第１’安定領域、
第２安定領域と第３安定領域等、種々の組み合わせがあ
ることは言うまでもない。
一例に過ぎず、図１の第１安定領域と第１’安定領域、
第２安定領域と第３安定領域等、種々の組み合わせがあ
ることは言うまでもない。
【００５０】また、図５に示される本発明の実施例にお
いては、ＲＯＭを用いることにより所望のＵ及びＶ電圧
をデジタル的に発生しているが、アナログ的に発生する
ことは可能であり、本発明は当然に構成がかかることに
限定されるものではない。さらに、第１安定領域を用い
る状態においては、直線増幅器４１の出力を直接に直流
電圧発生部２２に入力してＡ／Ｄ変換器４２、ＲＯＭ４
３及びＡ／Ｄ変換器４４をバイパスする構成を用いても
よい。
いては、ＲＯＭを用いることにより所望のＵ及びＶ電圧
をデジタル的に発生しているが、アナログ的に発生する
ことは可能であり、本発明は当然に構成がかかることに
限定されるものではない。さらに、第１安定領域を用い
る状態においては、直線増幅器４１の出力を直接に直流
電圧発生部２２に入力してＡ／Ｄ変換器４２、ＲＯＭ４
３及びＡ／Ｄ変換器４４をバイパスする構成を用いても
よい。
【００５１】
【発明の効果】本発明は以上述べたように構成されてい
るので、本発明の制御手段は、イオンの質量電荷数比の
所定の範囲を少なくとも２つの範囲に分けて、その各々
に少なくとも２つの安定領域の各々を割当てて、イオン
の質量電荷数比の一方の範囲では一方の安定領域内の直
流電圧と高周波電圧を四極子電極部に印加し、かつイオ
ンの質量電荷数比の他方の範囲では他方の安定領域内の
直流電圧と高周波電圧を四極子電極部に印加するように
動作することにより、単一の安定領域を用いる場合より
広範囲の質量電荷数比の質量スペクトルがを測定でき、
また、単一の安定領域を用いた場合に印加される電圧が
過小のため測定できない範囲がノイズの影響なくかつ質
量スペクトルの高さの変動なく安定に測定できる。
るので、本発明の制御手段は、イオンの質量電荷数比の
所定の範囲を少なくとも２つの範囲に分けて、その各々
に少なくとも２つの安定領域の各々を割当てて、イオン
の質量電荷数比の一方の範囲では一方の安定領域内の直
流電圧と高周波電圧を四極子電極部に印加し、かつイオ
ンの質量電荷数比の他方の範囲では他方の安定領域内の
直流電圧と高周波電圧を四極子電極部に印加するように
動作することにより、単一の安定領域を用いる場合より
広範囲の質量電荷数比の質量スペクトルがを測定でき、
また、単一の安定領域を用いた場合に印加される電圧が
過小のため測定できない範囲がノイズの影響なくかつ質
量スペクトルの高さの変動なく安定に測定できる。
【図１】四極子質量分析計の四極子電極に印加される直
流電圧及び高周波電圧の安定／不安定領域を判別するた
めのマシュー線図である。
流電圧及び高周波電圧の安定／不安定領域を判別するた
めのマシュー線図である。
【図２】図１において符号Ａで示される従来から使われ
ている第１安定領域の拡大図である。
ている第１安定領域の拡大図である。
【図３】図１において符号Ｂで示される第２安定領域の
拡大図である。
拡大図である。
【図４】本発明による四極子質量分析計の実施例を説明
するためのタイムチャートである。
するためのタイムチャートである。
【図５】本発明による四極子質量分析計の実施例におけ
る制御回路のブロック図である。
る制御回路のブロック図である。
【図６】本発明による実施例の四極子質量分析計と従来
のものによる空気の質量スペクトルの測定結果例を示す
グラフである。
のものによる空気の質量スペクトルの測定結果例を示す
グラフである。
【図７】四極子質量分析計の分析管の構成を示す図であ
る。
る。
【図８】従来の四極子質量分析計における制御回路のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図９】２極真空管およびダイオードの電圧一電流特性
例を示す図である。
例を示す図である。
１０：分析管
１１：水晶発振器
１３：振幅変調器
１７：高圧発生・重畳・検波回路
２２：直流電圧発生部
３５：基準鋸歯状波発生回路
３７，４２：Ａ／Ｄ変換器
３８，４３：ＲＯＭ
３９，４４：Ｄ／Ａ変換器
４０：誤差増幅器
４１：直線増幅器
４５：デジタル値設定回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 村上 義夫
茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の
１ 日本原子力研究所那珂研究所内
(72)発明者 土屋 暢彦
東京都八王子市久保山町２−46−２−３
−206
(56)参考文献 特開 平４−315759（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−32149（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−160749（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−179051（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−9356（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 49/42
G01N 27/62
Claims (8)
- 【請求項１】 四極子電極部と、直流電圧と高周波電圧
とが重畳された複合電圧を前記四極子電極部に印加する
制御手段とを有し、イオンの質量電荷数比の所定の範囲
の質量スペクトルを測定する四極子質量分析計におい
て、 前記制御手段が、直流電圧と高周波電圧とが重畳された
電圧が印加された四極子電極により生成された電場に入
射されたイオンが当該電場内で一定振幅を越えない安定
な軌道を走行する状態が得られる直流電圧及び高周波電
圧の個別の複数の安定領域のうちの少なくとも２つの安
定領域のそれぞれを質量電荷数比の前記所定の範囲を分
割した少なくとも２つの部分のそれぞれに対して対応さ
せて用いて前記少なくとも２つの安定領域内の直流電圧
と高周波電圧を前記四極子電極部に印加し、 前記安定領域内のいずれの直流電圧と高周波電圧の値の
組が単一の質量電荷数比に対応することを特徴とする四
極子質量分析計。 - 【請求項２】 四極子電極部と、直流電圧と高周波電圧
とが重畳された複合電圧を前記四極子電極部に印加する
制御手段とを有し、イオンの質量電荷数比の所定の範囲
の質量スペクトルを測定する四極子質量分析計におい
て、 前記制御手段が、直流電圧と高周波電圧とが重畳された
電圧が印加された四極子電極により生成された電場に入
射されたイオンが当該電場内で一定振幅を越えない安定
な軌道を走行する状態が得られる直流電圧及び高周波電
圧の個別の２つの安定領域のそれぞれを質量電荷数比の
前記所定の範囲を分割した２つの部分のそれぞれに対し
て対応させて用いて前記２つの安定領域内の直流電圧と
高周波電圧を前記四極子電極部に印加し、 前記２つの安定領域の一方は、縦軸ａと横軸qにより示
されるマシュー線図において座標Ｔ（ｑ，ａ）＝（０．
７０６，０．２３７）が含まれる第１の安定領域に対応
し、前記２つの安定領域の他方は、座標Ｔ3（３．０１
７，２．８３４）が含まれる第２の安定領域に対応し、 ａ及びｑは次式により表され、 【数２１】 ここで、Ｕは直流電圧の大きさを、Ｖは高周波電圧の振
幅を、ｍはイオンの質量を、ｅはイオンの電荷量を、ｒ
0は四極子電極の内半径を、ωは高周波電圧の角周波数
をそれぞれ表すことを特徴とする四極子質量分析計。 - 【請求項３】 前記制御手段は、質量電荷数比の前記所
定の範囲を分割することにより得られる前記２つの部分
のそれぞれの質量電荷数比の範囲を可変に設定するタイ
マを更に含むことを特徴とする請求項２記載の四極子質
量分析計。 - 【請求項４】 前記制御手段は、前記少なくとも２つの
安定領域内の直流電圧と高周波電圧との発生に関連する
情報が質量電荷数比と関連付けて予め電気的に格納され
ている記憶手段を更に含むことを特徴とする請求項２記
載の四極子質量分析計。 - 【請求項５】 質量電荷数比の前記所定の範囲を分割し
た前記少なくとも２つの部分のうちで質量電荷数比が重
なっている部分において前記少なくとも２つの安定領域
の一方から他方に切り換えることを希望する質量電荷数
比を設定する手段と、 前記少なくとも２つの安定領域のそれぞれの直流電圧を
発生する少なくとも２つの直流電圧発生手段と、を更に
備え、 前記制御手段は、前記少なくとも２つの直流電圧発生手
段のうちの一方の直流電圧発生手段に、測定すべき質量
電荷数比の範囲に対応する直流電圧を可変に発生させて
いる際に、前記の設定された希望の質量電荷数比に応答
して、前記一方の直流電圧発生手段から前記他方の直流
電圧発生手段に切り換えて、当該他方の直流電圧発生手
段に、測定すべき質量電荷数比の範囲に対応する直流電
圧を可変に発生させることを特徴とする請求項１又は２
記載の四極子質量分析計。 - 【請求項６】 四極子電極部と、 直流電圧と高周波電圧とが重畳された複合電圧を前記四
極子電極部に印加する制御手段であって、直流電圧と高
周波電圧とが重畳された電圧が印加された四極子電極に
より生成された電場に入射されたイオンが当該電場内で
一定振幅を越えない安定な軌道を走行する状態が得られ
る直流電圧及び高周波電圧の個別の複数の安定領域のう
ちの少なくとも２つの安定領域のそれぞれを質量電荷数
比の前記所定の範囲を分割した少なくとも２つの部分の
それぞれに対して対応させて用いて前記少なくとも２つ
の安定領域内の直流電圧と高周波電圧を前記四極子電極
部に印加する制御手段とを有し、イオンの質量電荷数比
の所定の範囲の質量スペクトルを測定する四極子質量分
析計において、 質量電荷数比の前記所定の範囲を分割した前記少なくと
も２つの部分のうちで質量電荷数比が重なっている部分
において前記少なくとも２つの安定領域の一方から他方
に切り換えることを希望する質量電荷数比を設定する手
段と、 前記少なくとも２つの安定領域のそれぞれの直流電圧を
発生する少なくとも２つの直流電圧発生手段と、を更に
備え、 前記制御手段は、前記少なくとも２つの直流電圧発生手
段のうちの一方の直流電圧発生手段に、測定すべき質量
電荷数比の範囲に対応する直流電圧を可変に発生させて
いる際に、前記の設定された希望の質量電荷数比に応答
して、前記一方の直流電圧発生手段から前記他方の直流
電圧発生手段に切り換えて、当該他方の直流電圧発生手
段に、測定すべき質量電荷数比の範囲に対応する直流電
圧を可変に発生させることを特徴とする四極子質量分析
計。 - 【請求項７】 前記制御手段は、質量電荷数比の前記所
定の範囲を分割することにより得られる前記少なくとも
２つの部分のそれぞれの質量電荷数比の範囲を可変に設
定するタイマを更に含むことを特徴とする請求項１又は
６記載の四極子質量分析計。 - 【請求項８】 前記制御手段は、前記少なくとも２つの
安定領域内の直流電圧と高周波電圧との発生に関連する
情報が質量電荷数比と関連付けて予め電気的に格納され
ている記憶手段を更に含むことを特徴とする請求項１又
は６記載の四極子質量分析計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20700694A JP3427987B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 四極子質量分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20700694A JP3427987B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 四極子質量分析計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0877963A JPH0877963A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3427987B2 true JP3427987B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=16532642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20700694A Expired - Fee Related JP3427987B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 四極子質量分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3427987B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004200130A (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Ulvac Japan Ltd | 四重極質量分析計の電圧制御方法及び電圧制御回路装置 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20700694A patent/JP3427987B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0877963A (ja) | 1996-03-22 |
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