(57)【要約】  硝酸銀を含む化学セル（４０）が、イオン移動度分光計（１）の導入口（１０）に接続されており、検出対象のサンプルガスはその化学セルを通ってＩＭＳに流れ込む。サンプルガスが、イＩＭＳでは通常感知できないアルシンまたはホスフィンを含む場合、これらの物質はセル（４０）中の硝酸銀によって硝酸に変換される。ＩＭＳは硝酸には高い反応を示す。アルシンまたはホスフィンに反応して生成された硝酸と、セル（４０）に供給される前のサンプルガス中に存在する硝酸とを区別するために、導入口（１０）がサンプルガスを直接的に受け入れるよう切り替わる。
2009533667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガス中のアルシンまたはホスフィンを検出する検出装置であって、前記装置はガス導入口（１０）を有する検出ユニット（１）を含み、前記検出ユニットは該ユニット内のアルシンまたはホスフィンの存在に比較的無反応であり、前記装置が前記サンプルガスを受け入れるよう接続された導入口（４１）と前記検出ユニット（１）の前記ガス導入口（１０）と連結した排出口（４２）を有する化学セル（４０）を含み、前記化学セル（４０）は、アルシンまたはホスフィンが前記セル（４０）に供給された場合に前記検出ユニット（１）によってより容易に検出され得る化学物質を生成するよう作動することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記装置が、前記化学物質を検出すると前記化学セル（４０）から切り離して前記サンプルガスを前記検出ユニット（１）に供給するよう構成されており、前記化学セル（４０）内を通過する前の前記サンプルガス中に前記化学物質が存在するかどうかを明らかにすることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記化学セル（４０）が、アルシンまたはホスフィンに反応して硝酸を生成するよう構成されている、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記化学セル（４０）が硝酸銀を含むことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記硝酸銀が前記セル（４０）の表面にコーティングされていることを特徴とする、請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記硝酸銀が前記セル（４０）内の細粒（４４）表面にコーティングされていることを特徴とする、請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記検出ユニットがイオン移動度分光計（１）を含むことを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の検出装置に利用される化学セル（４０）。
【請求項９】
導入口（４１）および排出口（４２）を有する化学セル（４０）であって、前記排出口（４２）が検出ユニット（１）に連結するよう調整され、前記導入口（４１）がアルシンまたはホスフィンを含有する疑いのあるサンプルガスを受け入れるよう調整されて、前記セル（４０）が、該セル中をアルシンまたはホスフィンに通過に反応して硝酸を生成するのに有効な硝酸銀を含むことを特徴とする化学セル（４０）。
【請求項１０】
サンプルガス内のアルシンまたはホスフィンを検出する方法であって、該方法が、サンプルガスを供給し、アルシンまたはホスフィンが存在する場合にアルシンまたはホスフィンとは異なる第二化学物質を生成するよう構成された化学物質に前記サンプルガスを接触させる工程と、前記第二化学物質の存在を検出する工程と、アルシンまたはホスフィンの検出を示す出力反応を提供する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記第二化学物質が硝酸であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が、前記第二化学物質の存在が示される場合に前記化学物質をバイパスする工程を含み、前記化学物質内が通過する前に、サンプルガス中に前記第二化学物質が存在するかどうかを明らかにすることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記化学物質が硝酸銀を含むことを特徴とする、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３の何れか一項に記載の方法に利用される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルガス中のアルシンまたはホスフィンの存在を検出する検出装置であって、この装置がガス導入口を有する検出ユニットを含み、この検出ユニットがユニット内のアルシンまたはホスフィンの存在に比較的無反応である検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分光計は、空気中の有害物質を検出し、その性質を示すために一般的に用いられる。イオン移動度分光計は、幅広い種類の有害物質を検出するのに有効であるが、イオン移動度分光計の確立した構成ではアルシンまたはホスフィンを確実には検出することができない。これらの物質は、イオン移動度分光計の検出器で検出可能な生成イオンを形成しないからである。アルシン（またはＡｓＨ３、アルシンガス、アルシン曝露、ヒ化水素、水素化ヒ素（ａｒｓｅｎｏｕｓ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、三水素化ヒ素、水素ヒ化物）およびホスフィン（またはリン化水素、ＰＨ３もしくはホスファン）は毒性の強い化学物質で、テロリストや軍隊の化学兵器に使用されることもある。したがって、それらを低い水準量でも確実に検出できることが重要であり、その他の有害物質を検出するためにも利用可能な検出器を用いることが好ましい。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、代替の検出装置および検出方法を提供することである。
【０００４】
本発明の一態様によって、上記した特定の種類の検出装置であって、該装置が、サンプルガスを受け入れるよう接続された導入口と検出ユニットのガス導入口と連結した排出口を有する化学セルを含み、その化学セルは、アルシンまたはホスフィンがセルに供給された場合に検出ユニットによってより容易に検出され得る化学物質を生成するよう作動することを特徴とする装置を提供する。
【０００５】
化学セル内を通過する前のサンプルガス中に化学物質が存在するかどうかを明らかにするために、この装置は、好ましくは、装置が化学物質の存在を検出すると化学セルから切り離してサンプルガスを検出ユニットに供給するよう構成されている。化学セルは、好ましくは、アルシンまたはホスフィンに反応して硝酸を生成する構成になっている。化学セルは、好ましくは、硝酸銀を含んでおり、この硝酸銀は、セル内の細粒表面のようなセル表面にコーティングされている。検出ユニットは、好ましくは、イオン移動度分光計を含む。
【０００６】
本発明の別の態様によって、本発明の上記一態様である検出装置に利用される化学セルを提供する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によって、導入口と排出口を有する化学セルであって、排出口が検出ユニットに連結するよう調整され、導入口がアルシンまたはホスフィンをを含有する疑いのあるサンプルガスを受け入れるよう調整されており、そのセルが、セル中をアルシンまたはホスフィンの通過に反応して硝酸を生成するのに有効な硝酸銀を含むことを特徴とする化学セルを提供する。
【０００８】
本発明の第四の態様によって、サンプルガス内のアルシンまたはホスフィンを検出する方法であって、サンプルガスを供給し、アルシンまたはホスフィンが存在する場合にアルシンまたはホスフィンとは異なる第二化学物質を生成するよう構成された化学物質にサンプルガスを接触させる工程と、第二化学物質の存在を検出する工程と、アルシンまたはホスフィンの検出を示す出力反応を提供する工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
第二化学物質は硝酸であることが好ましい。化学セル内を通過する前のサンプルガス中に第二化学物質が存在するかどうかを明らかにするために、その方法は、好ましくは、第二化学物質の存在が示される場合に、化学物質をバイパスする工程を含む。化学物質は硝酸銀を含むことが好ましい。
【００１０】
本発明の第五の態様によって、本発明の上記第四の態様による方法で使用される装置を提供する。
【００１１】
本発明に係るイオン移動度分光装置およびその動作方法について、装置の概略側断面図である添付の図面を参照しつつ例示的に説明する。
【００１２】
装置は、導入口１０を有する従来のイオン移動度分光計ユニット１を含む。この導入口１０によってサンプルガスがユニット内に供給され、検出および同定が実行される。導入口１０はユニット１の左端位置で、イオン化および反応領域１１に開口している。この領域１１は、コロナ放電針１２またはその他の構造を含み、サンプルガス内の物質をイオン化する。電気シャッター１３は、ドリフト室１４からイオン化領域１１を絶縁する。ドリフト室１４は、シャッター１３から離れた端にコレクタ板１５を有する。電極１６はドリフト室１４に沿って間隔を空けて位置し、電源１７に接続されている。こうして、ドリフト室に沿って電場が形成され、シャッター１３が通したイオンは左から右へコレクタ板１５に向かって移動する。ポンプ１８および分子篩１９は、ユニット１の左端に開口した導入口２１からユニット１の右端に開口した排出口２２まで延びるガス流路２０に接続され、浄化され乾燥されたガスはドリフト室１４内を右から左にイオンの流れに逆らって通常どおり流れる。コレクタ板１５は、プロセッサ３０に接続され、このプロセッサ３０はシャッター１３を制御するためにも接続されている。プロセッサ３０は、イオンまたはイオン束がコレクタ板１５に衝突するときに発生する電荷を検出し、飛行時間を計算する。この情報から多くのイオン種の性質が同定され、表示部３１のような利用手段に出力される。
【００１３】
上記したように、この装置は従来のものであり、アルシンまたはホスフィンを検出することができない。
【００１４】
この装置は空気中またはサンプルガスの他の供給源に開口した導入口４１を有する化学セル４０を含むことによって改造される。セル４０の排出口４２は、分光計ユニット１の導入口１０に接続されている。こうして、分光計の導入口に供給される全てのガスは、最初にこのセル内を通り抜ける。セル４０は、アルシンまたはホスフィンが存在する場合に第二化学物質を生成するのに有効な化学物質４３を含む。この第二化学物質はアルシンまたはホスフィンとは異なるもので、イオン移動度分光計１を用いて確実に検出できる物質である。より具体的には、セル４０の中の化学物質４３は硝酸銀であり、アルシンおよびホスフィンと反応して硝酸蒸気を発生させる。この硝酸蒸気は、ＩＭＳ１で容易に検出される。例えば、一分子のアルシンから六分子分の硝酸が生成される（Ｄｅｍａｎｇｅ，Ｅｌｃａｂａｃｈｅ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ  Ｅｎｖｉｒｏｎ  Ｍｏｎｉｔ  ２０００，Ｏｃｔ  ２（５），４７６−８２）。したがって、ＩＭＳがアルシン自体を検出することができたとしても、硝酸銀を利用すると検出感度について６倍の改善が可能となる。化学物質４３は様々に異なる形態でセル４０に含まれる。例えば、化学物質４３は、図に示されるように円筒状のハウジング４５内に充填された細粒４４の表面にコーティングされ、大面積がセルに沿って流れるガスにさらされることになる。あるいは、化学物質を粉状とすることもでき、メッシュまたは繊維性材料にコーティングとすることもでき、または単にセル壁の裏層として設けることもできる。硝酸銀自体は通常気温では気化しない。そうでなければ、ＩＭＳ１で反応を起こす。
【００１５】
したがって、ＩＭＳユニット１に供給されるサンプルガスは、化学セル４０内を通り抜けなければならないことが分かる。ＩＭＳユニット１は、ユニットが反応する標準範囲内の物質に通常の方法で反応する。アルシンまたはホスフィンがサンプルガス内に存在する場合、それの少なくともいくらかはセル４０の中で硝酸蒸気に変化し、ＩＭＳの導入口１０に流れ込んで検出される。プロセッサ３０によって出力される反応は、硝酸に対する反応と同一となる。硝酸よりもアルシンまたはホスフィンが多い可能性がある場合において装置が使用されると、プロセッサ３０は表示部３１にタイトル「Ａｒｓｉｎｅ／Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ」（アルシン／硝酸）を表示するようになっている。あるいは、プロセッサ３０が「Ａｒｓｉｎｅ／Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ  ｏｒ  Ｎｉｔｒｉｃ  Ａｃｉｄ」（アルシン／ホスフィンまたは硝酸）と表示するようになっている場合もある。
【００１６】
２種類の化学物質に対する反応の違いの曖昧さを解消するために、装置が、ＩＭＳの導入口１０に接続されたバイパス導入経路５０を含むことが好ましい。つまり、バイパス導入経路５０はＩＭＳユニット１と化学セル４０との間に三方向バルブ５１を介して位置する。バイパス導入経路５０は、大気または検出対象となるサンプルガスの供給源に開口した導入口５２を有する。バルブ５１はプロセッサ３０によって制御されており、それの標準位置では、図に示されるように、化学セルの排出口４２がＩＭＳの導入口１０にガス流連通しており、バイパス導入口は分離されている。プロセッサ３０が硝酸を検出すると、ＩＭＳの導入口１０から化学セル４０を切り離し、代わりに、ＩＭＳユニット１にバイパス導入口５２を接続するようバルブ５１を切り替える。こうして、空気またはサンプルガスは、化学セル４０を通り抜けることなく、ＩＭＳの導入口１０に直接的に供給される。ＩＭＳユニット１がなおも同じ反応を示す場合には、硝酸が空気またはサンプルガス自体の中に存在するのであり、化学セル４０によって生成されているものではないことが明らかとなる。したがって、表示部３１は「Ｎｉｔｒｉｃ  Ａｃｉｄ」（硝酸）という反応を表示する。しかしながら、バルブ５１がバイパス経路位置に切り替わったときに硝酸反応が停止したなら、全ての硝酸は、アルシンまたはホスフィンに反応して化学セル４０により生成されたものであり、プロセッサ３０が表示部３１に「Ａｒｓｉｎｅ／Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ」（アルシン／ホスフィン）を表示することは明らかであろう。バイパス経路に切り替わったときに反応が完全にはなくならずに小さくなれば、硝酸とアルシンまたはホスフィンの何れかとの両方が存在することを示し、表示部３１には「Ａｒｓｉｎｅ／Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ＆Ｎｉｔｒｉｃ  Ａｃｉｄ」（アルシン／ホスフィンと硝酸）と表示されることになる。
【００１７】
アルシンまたはホスフィンと反応して硝酸を発生させるために、その他の硝酸塩含有の化学物質が硝酸銀の代わりに使われる場合がある。同様に、アルシンおよびホスフィンが検出器の中で検出可能な硝酸以外の第二化学物質を生成するために反応するその他の化学物質が存在する場合もある。上記したように、反応が６倍に改良された検出感度を発揮するので、硝酸銀等の使用は、アルシンおよびホスフィンの検出が可能な検出装置に用途がある。
【００１８】
本発明はイオン移動度分光計での利用に適しているが、質量分析計および電気化学電導度検出器のようなその他の形態の検出器においても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に従う装置の概略側断面図である。
【図１】
2009533667.tif 000003
【国際調査報告】
2009533667.tif 000004
2009533667.tif 000005
2009533667.tif 000006
2009533667.tif 000007