JPH0361982B2 - - Google Patents

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JPH0361982B2
JPH0361982B2 JP60143580A JP14358085A JPH0361982B2 JP H0361982 B2 JPH0361982 B2 JP H0361982B2 JP 60143580 A JP60143580 A JP 60143580A JP 14358085 A JP14358085 A JP 14358085A JP H0361982 B2 JPH0361982 B2 JP H0361982B2
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JP
Japan
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voltage
quadrupole
high frequency
circuit
mass spectrometer
Prior art date
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JP60143580A
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JPS625550A (ja
Inventor
Yoshiichi Tamura
Katsuo Kitajima
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は四重極型質量分析計の改良に関する。
(従来技術とその問題点) 四重極型質量分析計は、第2図に示すように四
重極分析部100を構成する四重極1,2,3,
4の一方の対向する電極対1,3には+U+
Vcosωtなる電圧を、他方の対向する電極対2,
4には−U−Vcosωtなる電圧を印加することに
より、図示しないイオン源によつてイオン化され
てこの四重極部に入射されるイオンのうち、上記
直流電圧Uと高周波電圧波高値Vと角周波数ωの
値によつて定まる質量対電荷比m/zをもつイオ
ンのみを、安定な軌道を描かせて四重極分析部を
通過させ、これを四重極分析部の出口においてイ
オンコレクターによつて検出するようにしたもの
である。
ここにおいて検出せんとするイオンの質量走査
は、前記直流電圧Uと高周波電圧波高値Vとの比
U/Vを一定の関係に保つたまま、これら直流電
圧U(従つて高周波電圧波高値Vも)或いは角周
波数ωを変化させることによつて行なわれる。
第2図は、上述の質量走査を、U/Vおよびω
を一定に保持したままUを(従つてVも)変化せ
しめて行なう型の四重極型質量分析計における四
重極電界電源の一従来例の電気回路である。
第2図を説明すると、基準信号発生器5より走
査質量数に相当する基準電圧Vref(一般に掃引電
圧)が出されると誤差増幅器6(説明は後述)を
介して角周波数ωの高周波発生器7が抑制され、
その出力高周波電圧が高周波トランス8の1次巻
線に入力される。高周波トランス8の2次巻線の
インダクタンスと、同調用コンデンサ、バランス
用コンデンサ、四重極1,2,3,4間の静電容
量等の合成等価容量であるコンデンサ8,10と
によつて共振回路が形成されており、高周波トラ
ンス8の2次巻線に高周波電圧+Vcosωt(負側は
V−cosωt、以下同様括弧中は負側を示す)が誘
起され、直流阻止用コンデンサC4(C4′)を介して
四重極電極1,3(2,4)に印加される。一方
高周波トランス8の2次巻線の分圧点P(P′)か
ら分圧された高周波分圧電圧は、整流素子D2
(D2′)及び抵抗R3(R3′)とコンデンサC5(C5′)と
からなる整流回路によつて直流電圧+U(−U)
を発生し、この直流電圧は高周波阻止用チヨーク
CH1(CH1′)を介して、四重極電極1,3(2,
4)に印加され、上記高周波電圧+Vcosωt(−
Vcosωt)と重畳され、四重極電極1,3(2,
4)には+U+Vcosωt(−U−Vcosωt)なる重
畳電圧が印加される。ここで誤差増幅器6には、
直流電圧分Uが入力され基準電圧Vrefと比較さ
れて高周波発生器7を制御し、これによつて前記
U/Vを一定の関係に保つものである。
しかしながら上述の如き電源回路によつて高周
波電圧Vcosωtを正確に検波しようとしても一般
にダイオードにはその順方向特性にかなりの大き
さの曲線部分が存在し、またその特性が温度によ
つて大きな影響を得けるので検波の直線性は悪く
かつ不安定である。比較的直線性のよい一般通信
用の直流検波管を使用しても、これにも3/2乗
の法則に従う順方向特性の曲線部分が存在し、や
はり検波の直線性はよくない。
従つてこの第2図の回路では前記U/Vを一定
に保持して広い走査範囲の全域に亘つて分解能及
び透過率を一定に保つことができず殊にU,Vの
低電圧部で高い分析精度が期待できない。
この欠点を除去すべく、この十余年の間、以下
の公報のものをはじめとして様々な方法が考案さ
れ試みられた。
特公昭45−26679(四重極型質量分析計)では同
期整流方式。
特公昭47−4588(四重極型質量分析計用電源)
では整流器の動作点を一定にする方式。
特公昭47−18191(四重極型質量分析計用電源)
では直流帰還方式。
特公昭45−32783(四重極型質量分析)では別途
整流器によつて補正する方式。
しかし、上記の公報の各方式は何れも現在一般
に商品化されておらず、現在は第3図に示した回
路の使用が一般的となつている。
第3図を説明すると、基準信号発生器5より基
準電圧Vrefが出力され、誤差増幅器6を介して
高周波発生器7が制御されて、こゝで発生する高
周波電圧が高周波トランス8′の一次巻線に入力
される。高周波トランス8′の二次巻線のインダ
クタンスと諸々の容量の合成等価容量であるコン
デンサ9,10とな共振回路によつて高周波電圧
Vcosωt(−Vcosωt)が誘起される。一方分圧用
コンデンサC1,C2(C1′,C2′)と直流検波管D3
(D3′)と抵抗R4(R4′)とで構成される検波回路に
よつて検波された高周波電圧の波高値Vdetは、
一方で誤差増幅器6に入力され基準電圧Vrefと
比較されて、高周波発生器7を制御し、他方では
直流増幅器11(12)に入力されて直流電圧U
(−U)を発生させ、高周波阻止チヨークCH2
(CH2′)を介して高周波電圧に重畳され、四重極
電極1,3(2,4)に電圧+U+Vcosωt(−U
−Vcosωt)を印加する。但しこの回路にあつて
も整流器の検波特性は補正の必要があり、低質量
領域を含んで広い領域を精度よく計測しようとす
るときは、系のどこかに非線形回路を付加して補
正する必要がある。
第4図、第5図、第6図はいずれも現在使用さ
れている補正回路の例である。
第4図は第3図のP1部分に挿入される補正回
路で、基準電圧Vcosωtを利用している。VR1
は高質量域補正用の可変抵抗である。可変抵抗
VR2とトランジスタQ1とが低質量域補正回路
を形成している。
第5図は第3図のP2部分に挿入される補正回
路で、これも基準電圧Vrefを利用している。VR
1は高質量域補正の可変抵抗である。A1,A
2,A3,A4の演算増幅器を利用して入念に低
質量域補正回路を形成している。
第6図は直流電圧±U発生器出力部P3に低質
量域補正回路を入れたものである。
上記の諸例や記述から明らかなように、四重極
型質量分析計では、殊に低質量数のイオンを質量
分析する際に、よく調整された低値の重畳電圧が
必要となるものであるが、低電圧領域にて不可避
的に存在する高周波電圧の検波の非直線性は、こ
の低質量数の分析のときに大きい障害を生ずる。
更にこの非直線特性が周囲温度やフイラメント温
度によつて不安定に変化するということは、分析
の誤差を極めて大きいものにする。従つてこの問
題の解決が強く望まれていた。
(発明の目的) 本発明は温度に対して安定で高周波小信号に対
しても検波特性が良く、広い動作範囲に亘つて良
好な直線性で高周波検波することのできる半導体
化されて長寿命の高周波検波能力をもつ四重極電
界電源をそなえた四重極型質量分析計の提供を目
的とする。(発明の構成) 本発明は、四重極に高周波電圧と直流電圧の重
畳電圧を印加し、前記四重極の構成する電場内に
イオンを入射せしめて質量分析を行なう四重極型
質量分析計において、前記直流電圧を前記高周波
電圧の分圧電圧を検波することによつて生成し、
かつその生成装置には、前記分圧電圧とその検波
出力電圧との差の電圧を増幅し、増幅した得た電
圧をダイオードを介して前記検波出力電圧を保有
するコンデンサと抵抗の並列接続回路に印加する
高周波検波手段を備えた四重極型質量分析計によ
つて前記目的を達成したものである。
(実施例) 以下図に基づいて、本発明の実施例を説明す
る。
第1図aは本発明の四重極型質量分析計の実施
例でその主要部を構成する高周波検波回路だけを
抜き出して示した図であり、入力端子Poに印加
された1〜4MHzの高周波電圧は、分圧用コンデ
ンサC1,C2によつて分圧されている。R1は抵抗
である。分圧して得た高周波電圧は比較器Aの非
反転入力端子即ち図の(+)端子に入力される。
比較器Aの出力端はダイオードD1を介してピー
ク値ホールドコンデンサC3に接続されていて、
コンデンサC3は先づ前記分圧電圧の波高値で充
電され、検波出力電圧Vdetとして出力される。
但し検波出力電圧Vdetは、比較器Aの反転入力
端子即ち図の(−)端子に入力されていて前記の
分圧値との差が比較器Aで増幅されるようになつ
ている。コンデンサC3に充電された電荷が、入
力高周波電圧の周期に対しては十分に長く、か
つ、イオン質量数掃引速度に比べては十分に短か
い放電時定数をもつて放電されるように配慮され
て放電用抵抗R2がコンデンサC3に並列接続され
ている。四重極型質量分析計の高周波検波回路が
上記のように形成されるときは、小さい入力高周
波電圧に対しても、直線性の良い検波を行なうこ
とができる。実験によつて、直線性は、増幅器A
の増幅率が高く、かつ、高周波特性の良いときほ
ど秀れることが明らかとなつた。これは、理論的
にも首肯できることである。
第1図bは、上述の第1図aの高周波検波回路
Qを含んで構成された、本発明の四重極型質量分
析計の四重極電界電源の回路図である。高周波検
波回路部以外の各部の構成は従来の第3図の回路
と変らない。この第1図bの四重極電界電源の
U/V比の保持特性は極めてすぐれ、従来の第3
図の電源回路で使用された前述の第4,5,6図
の補正回路はすべて不用となつたほか、全く補正
なしで、従来不可能であつた、低質量域から高質
量域に亘るまでの全域の質量走査を高精度で行な
うことが可能となつた。
比較のため具体例をあげて説明すると、第3図
でC1,C2を適宜選択し2極検波管6AL5を使用
したとするとき、この検波管のプレート耐逆電圧
は330Vなので、Vdetとしては最大165Vまで検出
し利用できる。直線性をよくするため、この最大
電圧を検波しその電圧を分圧して、次段回路に使
用することにして、最大電圧中の非直線部分の比
率を算出すると、検波管の非直線部は0.7V程度
であるから、0.7/165=0.0042即ち検波電圧の小
さい側の0.42%の部分に非直線性部分を生じ、こ
の部分で精度の良い検波が不能となる。
一方、本発明の第1図bの回路によればC1
C2を適宜選択し検波出力の最大値をかなり低い
2Vに選んだとしても、差動入力弁別感度が1m
V最大程度の比較器Aを使用すれば、非直線部の
比率は1×10-3/2=0.0005、即ち検波電圧の小
さい側の0.05%部分が非直線となるだけとなり、
約1桁の精度の向上が得られる。
なお、この実施例では、比較器を使用してピー
ク値ホールド回路を形成したが、これは何ら限定
的意味を持つものでなく入力高周波電圧と検波出
力電圧の差を増幅して、それで検波出力用コンデ
ンサを充電する回路はこのほかにも多数の変形が
可能である。
(発明の効果) 本発明の四重極型質量分析計によれば、高精度
の直線性で質量数の全域に亘る質量走査が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは、本発明の四重極型質量分析計の実
施例の高周波検波回路の図。第1図bは、その四
重極電界電源の回路図。第2図は、従来の四重極
型質量分析計の同様の図。第3図は、従来の別の
四重極型質量分析計の同様の図。第4,5,6図
は第3図の回路に組合せられる非直線性の補正回
路の図。 1,2,3,4……四重極電極、5……基準信
号発生器、6……誤差増幅器、7……高周波発生
器、8,8′……高周波トランス、9,10……
コンデンサ、11,12……直流増幅器、A……
比較器、A1,A2,A3,A4……演算増幅器、C1
C1′,C2,C2′……分圧用コンデンサ、C3……ピー
クホールドコンデンサ、C4,C4′……直流阻止用
コンデンサ、CH1,CH1′,CH2,CH2′……高周
波阻止用チヨーク、D1,D2,D2′……ダイオー
ド、D3,D3′……直流検波管、R1,R2,R3,R3′,
R4,R4′……抵抗、VR1,VR2……可変抵抗、Q1
……トランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 四重極に高周波電圧と直流電圧の重畳電圧を
    印加し、前記四重極の構成する電場内にイオンを
    入射せしめて質量分析を行なう四重極型質量分析
    計において、前記直流電圧は前記高周波電圧の分
    圧電圧を検波することによつて生成し、かつその
    生成装置には、前記分圧電圧と、その検波出力電
    圧との差の電圧を増幅し、増幅して得た電圧をダ
    イオードを介して、前記検波出力電圧を保有する
    コンデンサと抵抗の並列接続回路に印加する高周
    波検波手段を備えたことを特徴とする四重極型質
    量分析計。
JP60143580A 1985-06-28 1985-06-28 四重極型質量分析計 Granted JPS625550A (ja)

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JP60143580A JPS625550A (ja) 1985-06-28 1985-06-28 四重極型質量分析計

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JPS625550A JPS625550A (ja) 1987-01-12
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JP2725279B2 (ja) * 1988-04-30 1998-03-11 ソニー株式会社 垂直同期信号検出回路
JPH0463554U (ja) * 1990-10-11 1992-05-29

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JPS625550A (ja) 1987-01-12

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