(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントでドープされた反応領域（５）と、ドープされないドリフト領域（２０）がそれぞれ設けられ、かつ、
少なくとも2つの選択的に動作可能なイオンモディファイア(３０、３１)がイオン流路に沿って前後に設けられたイオン移動度分光計であって、
前記イオンモディファイア（３０、３１）の少なくとも1つが、イオンからドーパント付加物が除去されるために、動作され、
前記イオンモディファイア（３０，３１）の両方が、同一のドリフト領域（２０）に存在することを特徴とするイオン移動度分光計。
【請求項２】
前記イオンモディファイア（３０、３１）の少なくとも1つが、イオンをフラグメント化するのに十分な高電場を生成させるように、設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度分光計。
【請求項３】
前記イオンモディファイア（３０、３１）の少なくとも1つが、イオンをフラグメント化するのに十分な高温を生成させるように、設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度分光計。
【請求項４】
前記イオン移動度分光計には、前記ドリフト領域（２０）を流れるフィルタ処理したガス流路（３２）が設けられて、前記ドリフト領域（２０）からあらゆるドーパントが除去されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオン移動度分光計。
【請求項５】
前記反応領域（５）に供給されたドーパント蒸気が、前記ドリフト領域（２０）に流れ込まないように、前記反応領域（５）の対向端で除去するドーピング回路（８）が、前記イオン移動度分光計に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のイオン移動度分光計。
【請求項６】
前記イオン移動度分光計が、前記反応領域（５）と前記ドリフト領域（２０）との間に設けられた静電ゲート（２１）を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のイオン移動度分光計。
【請求項７】
前記イオンモディファイア（３０、３１）が既知の干渉物に対応したピークの検出に応じて動作して、ドーパント付加物が除去されるように、前記イオン移動度分光計が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のイオン移動度分光計。
【請求項８】
前記イオンモディファイア（３０、３１）の両方がオフの時に、第一出力が導出され、前記イオンモディファイア（３０、３１）の１つのみがオンの時に、第二出力が導出され、かつ、前記イオンモディファイア（３０、３１）の両方がオンの時に、第三出力が導出されるように、前記イオン移動度分光計が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のイオン移動度分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリフト領域と反応領域を有するイオン移動度分光計に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分析は、火薬や、有害な化学薬品や、その他の気体の存在を検出するために一般的に用いられる技術である。イオン移動度分光計（IMS）は、一般的に被測定物質又は検体を含んだ空気のサンプルがガス又は蒸気として連続的に供給される検出セルを備える。このセルは、大気圧近傍で動作し、セルに沿って電圧勾配を生成するために電圧が印加される電極を有している。例えば放射線源、紫外光源、又はコロナ放電等によって大気サンプル中の分子がイオン化され、セルの一端に設けられた静電ゲートによってセルのドリフト領域へ移動させられる。イオン化された分子は、セルの反対端に向かってイオンの移動度に依存した速度でドリフトする。セルに沿った飛行時間を測定することによって、イオンを同定することができる。
【０００３】
非ドープ型IMSシステムにおいて、高い電場によってイオンが変化するような環境下で、特定の神経ガスが、同定可能な絶縁破壊ピークを生成することが明らかになっている。これが、スペクトルから得られる情報を増加させ、検体検出の信頼性を高めている。
【０００４】
類似のスペクトル出力を生成する干渉物質を識別するために、ドーパント物質を検体物質に加えることで検出感度を高めることは、一般的な方法である。非ドープとドープした検体物質に対して、同定可能なスペクトルピークのペアが生成されるように、対象物質と組み合わせるためのドーパントが選択される。ドーパントは、また、干渉物質と組み合わされないように、又は、対象物質と異なる容易に識別可能な出力を生成するような組み合わせとなるように選択される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドープするシステムにおいて、イオン変化が不可能であることが明らかになっている。その代わりに、イオン変化プロセスは、イオン自身に変化を生じさせることなく、特定のイオンからドーパント付加体を除去する。これは、イオンがモディファイアを通過する場合にのみ、イオンからドーパント付加物が除去され、さらにイオンを変化させるには不十分な距離しかモディファイアに残っていないためである。イオンモディファイア領域にはドーパントが存在しない場合のみ、付加物が除去されたイオンはその状態を維持するが、さもなければ、再結合が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、代替的なイオン移動度分光計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、分光計は、反応領域をドープし、ドリフト領域をドープしないように設けられ、また、分光計は、イオン流路に沿って前後に設けられた少なくとも2つの選択的に動作可能なイオンモディファイアを有し、少なくとも１つの前記モディファイアが、ドーパント付加物をイオンから除去するために働くことを特徴とする上記で特定した種類のイオン移動度分光計が提供される。
【０００８】
好ましくは、少なくとも1つのイオンモディファイアが、イオンをフラグメント化するのに十分な高電場を生成できるように設けられている。代替的に、少なくとも1つのイオンモディファイアが、イオンをフラグメント化するのに十分な温度にまで上昇させるように設けられていても良い。好ましくは、分光計は、あらゆるドーパントをドリフト領域から除去するための、ドリフト領域を通るフィルタ処理をしたガス流路を備える。分光計は、
ドーパント蒸気をドリフト領域に隣接した反応領域に供給し、ドーパントがドリフト領域から流れ去るように、反応領域の対向端でドーパントを除去するように設けられたドーピング回路を備えることができる。分光計は、反応領域とドリフト領域の間に設けられた静電ゲートを備えることができる。既知の干渉物に相当するピークの検出に対応してイオンモディファイアを動作させ、その後ドーパント付加物を除去するように分光計を設けることができる。両方のイオンモディファイアがオフの時に第一出力を得て、1つのイオンモディファイアのみがオンの時に第二出力を得て、両方のイオンモディファイアがオンの時に第三出力を得るように、分光計を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る分光計の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
分光計は、左手端に注入口２を備えた筒状のドリフトセル１を有し、サンプル検体ガス又は蒸気が、注入口２を通り、例えば薄膜又はピンホール等の選択的なバリア（図示せず）を介してセル１に進入する。注入口２は、例えばコロナイオン化点や放射線源、紫外線光イオン化源といった従来型のイオン化源４を備えたイオン化領域３に向かって開いている。イオン化領域３は、イオン化源４によって生成されたイオンが検体分子と反応する反応領域５に向かって開いている。反応領域５は、領域に沿って分けられ、電圧源７によって駆動されて、イオンを右に向かって引き出すように領域に沿って電圧勾配を生成する、いくつかの電極対６を有する。反応領域５は、従来型のドーパント源９とポンプ１０とを備えたドーピング回路８と、反応領域５は接続されている。ドーピング回路８の排出口１１は、反応領域５の右手端でドリフトセル１と接続されている。ドーピング回路８の注入口１２は、反応領域５の左手端に接続されており、ドーパントガスが右から左へ反応領域５に沿って流れるようになっている。
【００１１】
反応領域５の右手端は、従来型の静電ゲート２１を経由してドリフト領域２０と連通しており、静電ゲート２１によって、反応領域５からのイオンがドリフト領域に進入したり、ドリフト領域から排除される。静電ゲート２１の動作は、処理ユニット２２によって制御されている。ドリフト領域２０は、イオンコレクタ又は検出器プレート２３を備え、そのコレクタプレート２３の出力は、処理ユニット２２の入力と接続されて、通常の方法において、コレクタプレート２３に入射したイオンの出力スペクトルを生成する。出力はディスプレイ２４又は他の利用手段に供給される。ドリフト領域２０に沿って隔てられた電極対２５は、電圧源２６に接続されて、イオンを左から右のコレクタプレート２３に向かって引き出すためのドリフト領域２０の長さ方向に沿った電圧勾配を供給する。
【００１２】
２つのイオンモディファイア３０、３１がドリフト領域２０の内側の静電ゲート２１に直接隣接して設けられており、それぞれがドリフトセル１の軸方向に沿ったイオン流路の横断方向に延在する一対の平行な電極グリッドの形状をしている。イオンモディファイア３０、３１のグリッドの構造は、イオンがそれらを自由に通過できるようになっており、この点において、グリッドは好ましくはイオンが流れるための空間を有する電気伝導性ワイヤのメッシュからなる。イオンモディファイア３０、３１は、処理ユニット２２と接続されて、処理ユニット２２は、例えばイオンのフラグメント化のような、グリッド間の空間に存在するあらゆるイオンの性質を変化させるのに十分な高電圧を、グリッド間に加える働きをする。この高電場のもう１つの効果は、ドーパント付加物をイオンから除去することである。代替的なイオンモディファイアとしては、例えば加熱や、輻射や、放電や、磁場又はレーザーを用いることができる。図示のイオンモディファイア３０、３１は互いに接近しているが、互いに隔てられていても良く、下流になる右手側モディファイアは、ドリフト領域２０に沿って距離をおいて設けられても良い。
【００１３】
コレクタプレート２３に隣接してセル１に注ぐ流出口３３を有する空気流入システム３２によって、清浄で乾燥した空気がドリフト領域２０に沿って循環している。この空気流入システム３２の流入口３４は、静電ゲート２１の左に位置している。この空気流入システム３２は、ポンプ３５と、流入口３４と流出口３３とに直列に接続されたモレキュラーシーブ３６からなるフィルタと、を有している。従って、空気はドリフト領域２０に沿って左から右に向かって流れるように循環し、モレキュラーシーブ３６の作用によって乾燥され、清浄化される。この空気流入システム３２は、反応領域５から浸入してきたあらゆるドーパント蒸気を除去するのに効果がある。このようにして、反応領域５はドープされ、ドリフト領域２０はドープされないようになっている。
【００１４】
動作中、検体サンプル蒸気が流入口２を通ってドリフトセル１に進入し、反応領域５においてドープされ、イオン化される。得られたイオンは、次に電極対６によって形成された電場によって静電ゲート２１に向かって移動させられる。ドープされたイオンは、処理ユニット２２の制御の下で、静電ゲート２１によって移動させられ、ドリフト領域２０に入る。通常の動作において、イオンモディファイア３０、３１が電圧を印加されていない状態で、ドープされたイオンはドリフト領域２０に沿ってコレクタプレート２３まで移動し、対応した応答が処理ユニット２２で生成される。しかし、もし出力が既知の干渉物のピークを含んでいた場合、イオンモディファイア３０、３１がオンされて、動作可能の状態になる。この効果としては、上流において左手のモディファイア３０がそこを通過するイオンからあらゆるドーパント付加物を除去する。次に、いまやドープされていないイオンが、下流のモディファイア３１を通過し、そこでイオンはフラグメント化又は他のイオン化学的変化を生じさせられる。ドリフト領域２０はドープされていないので、ドープされていなくて変化させられたイオンは、いかなるドーパントにも晒されることなくドリフト領域２０に沿って移動する。これが、コレクタプレート２３における出力応答の変化をもたらし、対象物の検体物質によって生成された応答と、干渉物の応答とが、イオンモディファイア３０、３１がオンの時に、一般的に異なって現れる。従って、検体物質とその干渉物を用いる前に、装置を特徴化することによって、検体物質とその干渉物を識別することが可能である。
【００１５】
コレクタプレート２３の出力が初期的に１つのモディファイア３０のみをモニタすることで、変化のみをドーパント付加物から取り出すようにシステムを設定することが出来る。次に、第二のモディファイア３１をオンする。このようにすることで、3つの異なる出力を生成することができる。第一は、どちらのモディファイアもオフの時の、ドープされたイオンに由来する出力であり、第二は、1つのモディファイアをオンした時の、ドープされず、変化もしていないイオンに由来するものであり、第三は、両方のモディファイアをオンした時の、ドープされず、変化したイオンに由来するものである。
【図１】
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