(57)【要約】      （修正有）【課題】揮発性有機物の濃度と拡散定数を判定し、揮発性有機物検出室の内壁における荷電粒子の移動量を制御することで、揮発性有機物を含むガスの判別精度を向上させる揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法を提供する。【解決手段】イオン化エネルギー供給手段１４と、１対のイオン検出電極１６と、イオン検出電極を内包する検出室１２と、イオン検出電極に印加する電圧極性が反転可能な電圧印加手段１８と、イオン検出電極を流れる電流値を測定する電流測定手段２０と、電圧極性反転前後の電流値に基づいた電流比から揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出手段２２とを有する。イオン検出電極間にイオン化エネルギーが供給されない範囲が生じる位置にイオン化エネルギー供給手段を設置し、検出室内壁２４を導電体から構成し、検出室内壁にイオン検出電極への印加電圧よりも低い電圧を印加する電圧極性が反転可能な内壁電圧印加手段を備える。【選択図】図１
2018021767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機物をイオン化させるために、前記揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給するイオン化エネルギー供給手段と、
前記イオン化されたイオンを検出する少なくとも１対のイオン検出電極と、
前記イオン検出電極を内包する検出室と、
前記イオン検出電極に対して所定の電圧を印加する電圧極性が反転可能な電圧印加手段と、
前記イオン検出電極を流れる電流値を測定する電流測定手段と、
前記電圧印加手段により電圧極性を反転させた際に、前記電流測定手段が測定した電圧極性反転前後の電流値に基づいた電流比から前記揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出手段と、
を備え、前記イオン化エネルギー供給手段が、前記イオン検出電極間であって、一方のイオン検出電極に偏倚した範囲に前記イオン化エネルギーを供給するよう設けられていることで、前記イオン検出電極間に、前記イオン化エネルギーが供給されない範囲が生じる揮発性有機物検出器において、
前記検出室の内壁が、導電体から構成され、前記内壁に対し、前記イオン検出電極への印加電圧よりも低い電圧を印加する電圧極性が反転可能な内壁電圧印加手段が備えられていることを特徴とする揮発性有機物検出器。
【請求項２】
前記イオン化エネルギー供給手段は、前記揮発性有機物に対してＵＶを照射させるＵＶ照射手段、前記揮発性有機物に対して電離放射線を射出させる電離放射線射出手段、前記揮発性有機物に対してコロナ放電を起こさせるコロナ放電手段のうち、いずれか１つを備えていることを特徴とする請求項１記載の揮発性有機物検出器。
【請求項３】
内壁が導電体から構成されている検出室内に流入させる揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給し、前記揮発性有機物をイオン化させるイオン化工程と、
前記イオン化工程によりイオン化されたイオンを所定電圧が印加された少なくとも１対のイオン検出用の電極により検出するイオン検出工程と、
前記内壁に対して、前記イオン検出用の電極に印加された所定電圧よりも低い電圧を印加する内壁電圧印加工程と、
前記イオン検出用の電極に流れる電流値を測定する電流値測定工程と、
前記イオン検出用の電極に印加する電圧の極性を反転させることで、その反転前後の前記イオン検出用の電極に流れる電流値から電流比を求め、当該電流比から前記揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出工程と、
前記拡散定数算出工程において、前記イオン検出用の電極に印加する電圧の極性が反転された際には、前記内壁電圧印加工程における前記内壁に対して印加する電圧の極性を判定させる内壁電圧印加反転工程と、
を含み、
前記イオン化工程は、前記イオン検出用の電極間であって、一方のイオン検出用の電極に偏倚した範囲に前記イオン化エネルギーを供給することで、前記イオン検出用の電極間に、前記イオン化エネルギーが供給されない範囲を生じさせるとともに、前記揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給することを特徴とする揮発性有機物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象に含まれる揮発性有機物を検出する揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法、特に、揮発性有機物をイオン化させ、拡散定数の大きさを判別することで、被測定対象に含まれる揮発性有機物の種別を特定するイオン検出技術を安定化させる揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物に含まれる揮発性有機物等の濃度を測定するために、揮発性有機物検出器、例えば、Photo Ionization Detector（以下、ＰＩＤとする）といったものが用いられている。このＰＩＤの測定原理は、一対の印加電極が配置された装置内に測定対象の揮発性有機物等を誘導し、短波長の紫外線（ＵＶ）を照射することで、揮発性有機物等をイオン化させ、そのイオンを印加電極で捕捉することにより、濃度と相関のある検出電流を測定し、その電流値を濃度に換算することで、揮発性有機物等の濃度を測定するというものである。
【０００３】
そして、図８に一例として示すように、ＰＩＤ５０は、揮発性有機物等が導入及び排出される検出室５２と、検出室５２内に設けられた１対の電極５４と、電極５４に電圧を印加する印加回路５６と、検出室５４内の測定流体（ＦＬ）にＵＶを照射するＵＶランプユニット５８と、電極５４を流れる電流を測定する測定回路６０と、更に、電流値から揮発性有機物等の濃度へと換算するための計算を行う計算装置６２などから構成されている。
【０００４】
この従来のＰＩＤでは、単一成分の揮発性有機物等は、検出室５２に導入されてＵＶランプユニット５８によるＵＶ照射後、検出室５２から排出される構成となっているが、検出室５２に導入された揮発性有機物等が、検出室５２の側壁部に設けられたＵＶランプユニット５８から照射されるＵＶによってイオン化され、このイオン又は電子が、検出室５２に設けられている電圧が印加された電極５４に引き寄せられて捕捉されることにより、回路内に電流が生じることになる。
【０００５】
そして、この電流を測定回路６０によって測定し、更に、計算装置６２により、当該電流値に対して物質毎（測定対象である揮発性有機物等の物質）の係数を乗じることで、揮発性有機物等の濃度が出力されるというものである。このようなＰＩＤは、上述の他の検出器、検出方法と同様に多くの揮発性有機物等に対して感度があるため、揮発性有機物等の測定に有効な手段であり、その装置自体も大型ではないため、簡易に揮発性有機物等を測定でき、非常に有用なものであるとされる。
【０００６】
続いて、従来のＰＩＤとしては、例えば、特許文献１に、ガスイオン化チャンバと、少なくとも１つのイオン検知電極対と、少なくとも１つの増幅回路とを含む基板と、紫外（ＵＶ）光ビームを前記基板内の前記ガスイオン化チャンバ内に送出する、少なくとも１つのＵＶイオン化源とを備え、前記少なくとも１つの増幅回路及び前記少なくとも１つのイオン検知電極対が、漏れ電流信号を減らすための電気的ガードリングを内蔵する光イオン化検出器（ＰＩＤ）が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献２には、イオン検出装置において、イオン検出電極間に、障壁電極を設けることで、イオンによる漏れ電流を防ぐ構造が開示されている。そして、特許文献３には、被検体ガスを流通させる筐体内に、絶縁ブッシングを介してガス中の微量ナトリウムなどを熱解離によりイオン化するフィラメント、および生成されたイオンを捕集するコレクタ電極を設けた構成において、前記コレクタ電極の周囲を撓って、このコレクタ電極と同電位に保持される環状のガード電極を設けたことを特徴とする微量イオン検出器が開示されており、この構成によって、定常的に流れる漏れ電流を除去することができるようになっている。
【０００８】
またさらに、従来のＰＩＤとして、特許文献４には、揮発性有機物をイオン化させるために、前記揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給するイオン化エネルギー供給手段と、前記イオン化されたイオンを検出する少なくとも１対のイオン検出電極と、前記イオン検出電極に対して所定の電圧を印加する電圧極性が反転可能な電圧印加手段と、前記イオン検出電極を流れる電流値を測定する電流測定手段と、前記電圧印加手段により電圧極性を反転させた際に、前記電流測定手段が測定した電圧極性反転前後の電流値に基づいた電流比から前記揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出手段とを有し、前記イオン化エネルギー供給手段は、前記イオン検出電極間であって、一方のイオン検出電極に偏倚した範囲に前記イオン化エネルギーを供給するよう設けられていることで、前記イオン検出電極間に、前記イオン化エネルギーが供給されない範囲が生じることを特徴とする揮発性有機物検出器が開示されており、イオン検出電極間に非ＵＶ領域を設けることによって、イオン種を判別することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１１８０６３号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０４６５３５号
【特許文献３】特開昭５７−９１４４９号公報
【特許文献４】特許第５７７９０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されている技術の構成は、イオン検出室の内壁は、絶縁材料からなり、絶縁体へのイオンの付着や、イオン検出電極への電圧印加等による絶縁体表面に発生する漏れ電流を除去するガード電極を備えることで、イオン検出電極へと流れる電流の安定化が図れるものではあるが、検出室が大きく、内壁表面積が大きい場合、移動度の大きい電子と、酸素分子イオンは、プラス側電極に早く到達して消滅するため、検出室内は、揮発性有機物の陽イオンが多数となってしまう。
【００１１】
そうなると、多数となった陽イオンが、内壁に局所的、或いは、島状に堆積（チャージ）し、その数と場所は時間とともに変化していくため、内壁面上の電荷によって、イオンの飛行速度及びイオン量が変動し、濃度検出電流が安定しないという問題が生じてしまう。なお、特許文献１〜３に開示されている技術は、物質を判定する構造とはなっていない。また、特許文献４に開示されている技術は、電極間にＵＶが照射されないイオン飛行チャンネル（非ＵＶ領域）を設けているため、検出室が大きく、上記同様、濃度検出電流が安定しないという問題がある。
【００１２】
本発明が解決しようとしている課題は、上述の問題に対応するためのもので、シンプルな構成且つ小型な装置で揮発性有機物の濃度とともに、揮発性有機物の重要な性質である拡散定数の大きさを判定可能とするとともに、揮発性有機物検出室の内壁における荷電粒子の移動量を制御することで、揮発性有機物が含まれるガスの判別精度を向上させることが可能な揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、揮発性有機物をイオン化させるために、前記揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給するイオン化エネルギー供給手段と、前記イオン化されたイオンを検出する少なくとも１対のイオン検出電極と、前記イオン検出電極を内包する検出室と、前記イオン検出電極に対して所定の電圧を印加する電圧極性が反転可能な電圧印加手段と、前記イオン検出電極を流れる電流値を測定する電流測定手段と、前記電圧印加手段により電圧極性を反転させた際に、前記電流測定手段が測定した電圧極性反転前後の電流値に基づいた電流比から前記揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出手段とを備え、前記イオン化エネルギー供給手段が、前記イオン検出電極間であって、一方のイオン検出電極に偏倚した範囲に前記イオン化エネルギーを供給するよう設けられていることで、前記イオン検出電極間に、前記イオン化エネルギーが供給されない範囲が生じる揮発性有機物検出器において、前記検出室の内壁が、導電体から構成され、前記検出室の内壁が、導電体から構成され、前記内壁に対し、前記イオン検出電極への印加電圧よりも低い電圧を印加する電圧極性が反転可能な内壁電圧印加手段が備えられていることを特徴とする揮発性有機物検出器である。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の揮発性有機物検出器であって、前記イオン化エネルギー供給手段は、前記揮発性有機物に対してＵＶを照射させるＵＶ照射手段、前記揮発性有機物に対して電離放射線を射出させる電離放射線射出手段、前記揮発性有機物に対してコロナ放電を起こさせるコロナ放電手段のうち、いずれか１つを備えていることを特徴としている。
【００１５】
そして、請求項３記載の発明は、内壁が導電体から構成されている検出室内に流入させる揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給し、前記揮発性有機物をイオン化させるイオン化工程と、前記イオン化工程によりイオン化されたイオンを所定電圧が印加された少なくとも１対のイオン検出用の電極により検出するイオン検出工程と、前記内壁に対して、前記イオン検出用の電極に印加された所定電圧よりも低い電圧を印加する内壁電圧印加工程と、前記イオン検出用の電極に流れる電流値を測定する電流値測定工程と、前記イオン検出用の電極に印加する電圧の極性を反転させることで、その反転前後の前記イオン検出用の電極に流れる電流値から電流比を求め、当該電流比から前記揮発性有機物の拡散定数を算出する拡散定数算出工程と、前記拡散定数算出工程において、前記イオン検出用の電極に印加する電圧の極性が反転された際には、前記内壁電圧印加工程における前記内壁に対して印加する電圧の極性を判定させる内壁電圧印加反転工程とを含み、前記イオン化工程は、前記イオン検出用の電極間であって、一方のイオン検出用の電極に偏倚した範囲に前記イオン化エネルギーを供給することで、前記イオン検出用の電極間に、前記イオン化エネルギーが供給されない範囲を生じさせるとともに、前記揮発性有機物に対してイオン化エネルギーを供給することを特徴とする揮発性有機物検出方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法によれば、検出室の内壁が導電体であり、さらに、その検出室内壁に対して、所定の電圧を印加することができるため、検出室内壁への荷電粒子の堆積が生じず、安定したイオン電流計測を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法によれば、イオンを検出する検出電極に流れる電流値に基づいて、揮発性有機物の種類特定に有効な拡散定数の大きさを得ることができる。また、拡散定数から揮発性有機物を推定することも可能である。さらに、揮発性有機物の濃度のみならず、拡散定数を得ることができることから、例えば、工場等の換気の指針等についての情報も得ることが容易となる。さらに、揮発性有機物検出器自体が、複雑な構成を必要としないため、シンプル且つ、小型なものとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る揮発性有機物検出器の実施形態における検出器の構成の一例を示した模式図である。
【図２】本発明に係る揮発有機物検出方法の実施形態における検出工程を示した一例図である。
【図３】本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態における揮発性有機物の拡散定数算出の理論を説明するための電極の配置とＵＶ照射位置及び電圧の印加状況を示す模式図で、（ａ）は電極に＋ボルト印加した状態、（ｂ）は電極に−ボルト印加した状態を表している。
【図４】本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において検出器を用いて実験をした際の、その構成の一例を示した模式図で、（ａ）は陽イオンが非ＵＶ領域を飛行している状態、（ｂ）は陰イオンが非ＵＶ領域を飛行している状態を表している。
【図５】本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物としてo-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧と、陽イオン電流の関係の実験結果を示したグラフである。
【図６】本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際のイオン電流比の時間変化を示したグラフで、（ａ）は従来の検出器によるもの、（ｂ）は本実施形態によるものを表している。
【図７】本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、o-キシレン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧（ガード電圧）と、イオン電流比の関係を示したグラフである。
【図８】従来のＰＩＤの構成の一例を示した模式図である。
【図９】本発明に係る揮発性有機物検出器の実施形態と、従来のＰＩＤにおけるイオン検出電極間の電流値の比較実験の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る揮発性有機物検出器の実施形態における検出器の構成の一例を示した模式図で、図２は、本発明に係る揮発有機物検出方法の実施形態における検出工程を示した一例図である。また、１０は揮発性有機物検出器、１２はイオン検出室、１４はＵＶランプ、１６はイオン検出電極、１８は電圧印加手段、２０は電流測定手段、２２は拡散定数算出手段、２４は検出室内壁、２６は内壁電圧印加手段を示している。
【００２０】
まず、図１に示すように、揮発性有機物検出器１０は、被測定対象の揮発性有機物を流入させるイオン検出室１２を有しており、イオン検出室１２には、その内壁に揮発性有機物に対しイオン化エネルギーを供給するＵＶランプ１４（イオン化エネルギー供給手段）が接続されている。
【００２１】
また、イオン検出室１２内には、イオン化エネルギーによってイオン化された揮発性有機物のイオンを捕捉するためのイオン検出電極１６が、少なくとも１対設けられている。なお、イオン検出電極１６としては、ステンレス電極、金電極、白金電極、銅電極などを用いることができる。
【００２２】
本実施形態では、ＵＶランプ１４は、図１に示すように、イオン検出電極１６の電極間であって、一方のイオン検出電極１６に偏倚した範囲にイオン化エネルギーを供給する位置に設けられていることで、イオン検出電極１６の電極間にイオン化エネルギーが供給されない範囲が生じるように構成されている。
【００２３】
続いて、イオン検出電極１６には、イオン検出電極１６に対して、所定の電圧を印加することができる電圧印加手段２２が接続されており、また、同様に、電流測定手段２０も接続され、電圧印加手段１８によって電圧が印加されることによりイオン検出電極１６に流れる電流の値を測定することができるように構成されている。
【００２４】
また、電圧印加手段１８は、電圧極性を反転させることができるよう構成されており、電圧極性の反転前後に電流測定手段２０によって計測されたイオン検出電極１６を流れる電流値の電流比から、被測定対象の揮発性有機物の拡散定数を算出することができる拡散定数算出手段２２が、電流測定手段２０に接続されている。そして、算出された拡散定数により特定された揮発性有機物の種別は、拡散定数算出手段２２に接続される表示手段（図示せず）によって表示させるようにしておく。
【００２５】
また、電流測定手段２０によって測定されるイオン検出電極１６に流れる電流値に基づいて被測定対象である揮発性有機物の濃度も算出することができるようにもなっている。その算出方法としては、例えば、トルエンであれば、予め実験によって得たデータを記憶装置（図示せず）に蓄積させておき、そのデータを用いて算出するというものである。
【００２６】
さらに、例えば、被測定対象のガスに複数種別の揮発性有機物が含まれている場合、算出される拡散定数は、その複数種別の揮発性有機物の平均値が算出されるが、表示装置にこの平均値を表示させれば、換気の指針として有用なものとなる。また、算出された揮発性有機物の濃度とともに表示させても良い。
【００２７】
なお、本実施形態では、揮発性有機物に対するイオン化エネルギーの供給は、ＵＶランプによるものとしているが、これは、揮発性有機物に対し電離放射線を照射する構成としても良いし、揮発性有機物に対しコロナ放電を起こさせる構成としても良い。
【００２８】
続いて、本実施形態における揮発性有機物検出器１０は、イオン検出室１２の検出室内壁２４が、導電体から構成され、さらに、イオン検出室１２の内壁（検出室内壁２４）に対し、イオン検出電極１６への印加電圧よりも低い電圧を印加する内壁電圧印加手段２６が備えられている。このような構成を採用することで、内壁への荷電粒子の堆積が生じないことから、イオンの大部分が、イオン検出電極１６よりも、イオン検出室１２の内壁（検出室内壁２４）へ移動する事を防ぎ、イオン検出の感度を保つことができ、より安定したイオン電流の計測が可能となる。なお、内壁電圧印加手段２６は、電圧極性が反転可能となっており、電圧印加手段１８の電圧極性が反転された際には、同時に、内壁電圧印加手段２６に印加されている電圧の極性も反転させるようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態における揮発性有機物検出方法の流れについて説明する。図２に示すように、まず、内壁が導電体から構成されているイオン検出室内に被測定対象である揮発性有機物を導入し、この揮発性有機物に対し、ＵＶランプからＵＶを照射し（イオン化エネルギー供給）、揮発性有機物をイオン化させる。
【００３０】
イオン検出室の内壁（検出室内壁）を導電体によって構成することで、イオン検出室内の電荷の偏りを抑え、安定したイオン電流の計測が可能となる。続いて、イオン化されたイオンをそれぞれ所定の電圧が印加された少なくとも１対のイオン検出用の電極により検出（捕捉）させていく。
【００３１】
さらに、イオン検出室の内壁に対して、イオン検出用の電極に印加された所定の電圧よりも低い電圧を印加していく。このように、イオン検出室の内壁に対して、イオン検出用の電極に印加された所定の電圧よりも低い電圧を印加していくことで、イオン検出用の電極により検出（捕捉）されないイオンが、イオン検出室の内壁により捕捉されることになる。
【００３２】
その結果、イオン検出室の内壁への荷電粒子の堆積が生じず、イオンの大部分が、イオン検出電極よりも、イオン検出室の内壁（検出室内壁）へ移動する事を防ぎ、イオン検出の感度を保つことができるため、より安定したイオン電流の計測が可能となる。そして、イオン又は電子がイオン検出用の電極に検出（捕捉）されることにより、イオン検出用の電極に電流が流れるため、その電流の値を電流値測定器によって測定する。
【００３３】
次に、一旦、電流値測定器によって電流の値を測定した後、イオン検出用の電極に印加する電圧の極性を反転させる。そうすると、ＵＶ照射によってイオン化されたイオンが、他方の電極へと移動し、再度捕捉されることになる。すると、イオン検出用の電極に電流が流れるので、この電流の値を再度電流値測定器によって測定することになる。なお、イオン検出用の電極に印加する電圧の極性が反転された際には、同時に、イオン検出室の内壁に対して印加された電圧の極性も反転させるようにする。
【００３４】
なお、ＵＶを照射する範囲は、イオン検出用の電極間であって、一方のイオン検出用の電極へ偏倚した範囲となっているため、反転前後に測定される電流値は、それぞれ異なる値となる。そして、拡散定数を算出する計算装置が、測定された反転前後の電流値から電流比を求め、その電流比から被測定対象である揮発性有機物の拡散定数を算出し、この算出された拡散定数から揮発性有機物の種別を特定することができるようになっている。また、算出された拡散定数により特定された揮発性有機物の種別は、計算装置に設けられている表示手段によって表示させるようにしておく。
【００３５】
また、電流値測定器によって測定される電流値に基づいて、被測定対象である揮発性有機物の濃度も算出することができるようになっており、その算出方法は、上述の通り、例えば、トルエンであれば、予め実験によって得たデータを記憶装置に蓄積させておき、そのデータを用いて算出するというものである。さらに、例えば、被測定対象のガスに複数種別の揮発性有機物が含まれている場合、算出される拡散定数は、その複数種別の揮発性有機物の平均値であるが、この平均値を表示手段に表示させれば、工場等の換気の指針として有用な情報を得ることが可能となる。
【００３６】
（揮発性有機物検出理論）
以下、上記の揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法によって、被測定対象である揮発性有機物の拡散定数が算出される理論についてより詳細に説明していく。
【００３７】
まず、揮発性有機物にＵＶを照射すると、揮発性有機物の分子は、電子を放出して、陽イオンになる。一方、空気中において放出された電子は、電子親和力の大きい酸素分子に捕捉され、陰イオンを形成する。
【００３８】
ここで、正負イオンの電極への飛行に特徴付けを行うため、図３に示すように、ＵＶランプを一方の電極に偏倚した位置に設け、電極間の一部分のみを照射する構成を用いてみる。一方のイオンは、ＵＶが照射されていない空間を飛行して、電極に到達するため、イオンの移動のしやすさにより、系に流れる電流が異なってくることになる。イオン密度ｎ、移動度μのイオンが、断面積Ｓの空間を距離ｄだけ移動するときに流れる電流Ｉは、電位差をＶ、電荷素量をｅｃとすると、次式で表されることになる。
【００３９】
【数１】
2018021767.tif 000003
【００４０】
そして、陽イオンの移動度をμ＋、陰イオンの移動度をμ−、ＵＶが照射される距離を２ｄ１、ＵＶが照射されない距離をｄ２と表し、イオン密度と、断面積は同じとすると、図３（ａ）の抵抗値は、次式で表される。
【００４１】
【数２】
2018021767.tif 000004
【００４２】
次に、図３（ａ）に流れる電流をＩ−、（ｂ）をＩ＋とし、電位差の絶対値が等しい時に流れる電流の比は、次式で表される。
【００４３】
【数３】
2018021767.tif 000005
【００４４】
また、図３の構造から、ｄ２＞ｄ１、揮発性有機物と酸素分子の移動度の関係から、μ＋＜μ−であり、上記の式（数３）は、次式で近似される。
【００４５】
【数４】
2018021767.tif 000006
【００４６】
次に、拡散定数Ｄは、μと比例関係であり、また、空気中において、陰イオンは、酸素分子イオンであるため、電流比の定数及び定数項をＣ１、Ｃ２とおくと、次式の通りとなる。
【００４７】
【数５】
2018021767.tif 000007
【００４８】
上記の式（数５）から、拡散定数は、正負のイオン電流の関数として表され、この拡散定数を得ることで、測定物質を推定することが出来る。また、上記の式（数４）に拡散定数を用いると、次式で表され、左辺の電流比を得ることによって、拡散定数に基づく揮発性有機物の判定が可能となるわけである。従って、イオン電流を安定化させ、Ｉ＋、Ｉ−の変動を抑えることが、判別精度の向上に繋がることになり、本発明は、それを可能とするものである。
【００４９】
【数６】
2018021767.tif 000008
【００５０】
（実験１）
次に、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において揮発性有機物であるo-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧と、陽イオン電流の関係を明らかにするために行った実験について説明する。
【００５１】
図４は、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において検出器を用いて実験をした際の、その構成の一例を示した模式図で、（ａ）は陽イオンが非ＵＶ領域を飛行している状態、（ｂ）は陰イオンが非ＵＶ領域を飛行している状態を表している。符号については、図１と同様である。また、図５は、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物としてo-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧と、陽イオン電流の関係の実験結果を示したグラフである。
【００５２】
本実験に用いた揮発性有機物検出器１０は、図４に示すように、揮発性有機物をイオン化するＵＶランプ１４と、イオンを検出するイオン検出電極１６と、イオン検出電極１６を内包する内壁（検出室内壁２４）が導電体から構成されるイオン検出室１２と、イオン検出電極１６に電圧を印加する電圧印加手段１８と、イオン電流を計測する電流測定手段２０と、電圧印加手段１８よりも低い電圧をイオン検出室１２の検出室内壁２４に印加する内壁電圧印加手段２６、及び、イオン検出電極１６とイオン検出室１２とを絶縁する手段とから構成されている。
【００５３】
さらに、詳しくは、電圧印加手段１８及び電流測定手段２０には、微小電流計（日置電器株式会社、ＤＳＭ−８１０４）と、内壁電圧印加手段２６には、分圧器（株式会社東京電子回路、電圧分圧器）を用いた。なお、本図では、電圧印加手段１８が、その極性を反転可能に構成されていないよう表現されているが、これは、便宜上のもので、実際は、（ａ）と（ｂ）、相互に極性が反転された状態を示している。
【００５４】
また、イオン検出電極１６を内包する内壁が導電体から構成されるイオン検出室１２は、アルミニウムで製作し、揮発性有機物をイオン化するＵＶランプ１４は、ヘレウス株式会社製（ＰＫＲ１０６−６、発光部半径：２ｍｍ）のものを用い、イオン検出電極１６とイオン検出室１２とは、イオン検出電極１６の固定部分にポリオレフィンを被覆させることによって絶縁した。そして、イオン検出電極１６間の距離は、１２ｍｍ（非ＵＶ領域：８ｍｍ）とし、イオン検出電極１６間には、非ＵＶ領域を設けた。
【００５５】
また、本実験では、イオン検出室１２への導入ガスは、o-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）とし、これを校正用ガス調整装置（ガステック製、ＰＤ−１Ｂ−２）によりイオン検出室１２へと導入させるようにした。そして、電圧印加手段１８による印加電圧は、−３００Ｖとし、陽イオンが非ＵＶ領域を飛行時において、内壁電圧印加手段２６による内壁に対する印加電圧を−２Ｖ〜−３００Ｖの範囲において変化させた場合のイオン電流の変化を計測した。
【００５６】
実験結果を図５に示す。グラフに示すように、内壁電圧印加手段２６による印加電圧は、−６０Ｖ付近にイオン電流の最大値を持ち、−６０Ｖ〜−３００Ｖでは、イオン検出電極１６よりも、検出室内壁２４へのイオンの移動量が多い事が分かる。従って、内壁電圧印加手段２６による印加電圧は、絶対値において−６０Ｖより大きな電圧は適さない。
【００５７】
（実験２）
続いて、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて）４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際のイオン電流比の時間変化を明らかにするために行った実験について説明する。
【００５８】
図６は、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて、４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際のイオン電流比の時間変化を示したグラフで、（ａ）は従来の検出器によるもの、（ｂ）は本実施形態によるものを表している。
【００５９】
なお、本実験は、実験１においても用いた揮発性有機物検出器１０を用いた。また、イオン検出室１２への導入ガスは、ベンゼン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて）４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）とし、これを校正用ガス調製装置（ガステック製、ＰＤ−１Ｂ−２）によりイオン検出室１２へと導入させるようにした。そして、電圧印加手段１８による印加電圧は、±３００Ｖとし、陰イオン又は陽イオンが、非ＵＶ領域を飛行時の正負のイオン電流を計測し、イオン電流比を求めた。また、内壁電圧印加手段２６による印加電圧は±４Ｖとした。
【００６０】
実験結果を図６に示す。なお、グラフ中、「Ben」が付されているのは、ベンゼンを導入ガスとしたもので、それぞれ、最大値が（Max）、平均値が（Ave）、最小値が(Min)として表している。また、「pXy」が付されているのは、p-キシレンを導入ガスとしたもので、これらも、それぞれ、最大値が（Max）、平均値が（Ave）、最小値が(Min)として表している。グラフに示すように、ベンゼン及びp-キシレンのイオン電流比の時間変化において、（ａ）に示す従来技術（ＰＴＦＥ製検出器）と、（ｂ）に示す本実施形態における揮発性有機物検出器１０（アルミニウム製のイオン検出室１２）の比較から、本実施形態における揮発性有機物検出器１０は、従来技術よりも出力が安定して得られることが判明した。
【００６１】
（実験３）
さらに、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、o-キシレン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて、４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧（ガード電圧）と、イオン電流比の関係を明らかにする実験について説明する。
【００６２】
図７は、本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法の実施形態において、揮発性有機物として、ベンゼン、o-キシレン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）を検出させた際の内壁印加電圧（ガード電圧）と、イオン電流比の関係を示したグラフである。
【００６３】
なお、本実験は、実験１においても用いた揮発性有機物検出器１０を用いた。また、イオン検出室１２への導入ガスは、ベンゼン、o-キシレン、p-キシレン（乾燥空気ベースにて、４０ｐｐｍ、流量４００ｍＬ／分）とし、これを校正用ガス調整装置（ガステック製、ＰＤ−１Ｂ−２）によりイオン検出室１２へと導入させるようにした。そして、イオン検出室１２の検出室内壁２４へ印加する電圧（ガード電圧）を２Ｖ〜２０Ｖの範囲において変化させた場合の、その電圧と、イオン電流比の関係を求めた。
【００６４】
実験結果を図７に示す。なお、グラフ中の理論値は、酸素の拡散定数と、電極間距離と、ＵＶ照射半径から求めたものである。グラフにおける誤差範囲は、５回の実験での最大及び最小値を表している。そして、各ガスの誤差範囲は、全ての実験点において重ならず、イオン電流比から、対象ガスが高精度に判別可能であることが明らかになった。
【００６５】
また、図７において、内壁印加電圧（ガード電圧）が低い場合は、誤差範囲が大きく、一方、高い場合は、理論値との差異が大きい。このことから、内壁印加電圧（ガード電圧）は、４Ｖ〜１０Ｖの範囲に最適値が存在することが分かる。
【００６６】
（実験４）
ここで、図８に一例として示した検知室５２がＰＴＦＥによって製作された従来のＰＩＤと、本実施形態における揮発性有機物検出器にて実験した際の、陽イオンの電流値の比較データを図９に示す。グラフ中、「Al I+」が付されているのは、本実施形態における揮発性有機物検出器のもので、それぞれ、最大値が（max）、平均値が（a）、最小値が(min)として表している。また、「PTFE I+」が付されているのは、従来のＰＩＤのもので、これらも、それぞれ、最大値が（max）、平均値が（a）、最小値が(min)として表している。
【００６７】
図９に示すとおり、従来のＰＩＤによる電流値は小さく、本実施形態における揮発性有機物検出器による電流値は、平均値で約０．３ｎＡ大きいことが分かる。これは、従来のＰＩＤでは、イオンが検知室５２の内壁に吸着されてしまうからである。つまり、本発明に係る揮発性有機物検出器は、従来のＰＩＤ等と比較して、イオン吸着を低減することができるという優れた効果が奏されるわけである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る揮発性有機物検出器及び揮発性有機物検出方法によれば、検出室の内壁が導電体であることから、内壁への荷電粒子の堆積が生じず、検出室内の電荷の偏りを抑え、また、検出室内壁へ電圧を印加する事により、安定したイオン電流の計測ができる。また、シンプルな構成且つ小型な装置で揮発性有機物の濃度とともに、揮発性有機物の重要な性質である拡散定数の大きさを判定可能であるため、多様な場面で行う必要がある揮発性有機物の検出に有用である。またさらに、拡散定数の大きさから揮発性有機物の種別を特定可能であることから、揮発性有機物の種別に基づく揮発性有機物検出器の感度補正も行うことができるため、高い検出精度を求められる場面において、極めて有用なものとなる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  揮発性有機物検出器
１２  イオン検出室
１４  ＵＶランプ
１６  イオン検出電極
１８  電圧印加手段
２０  電流測定手段
２２  拡散定数算出手段
２４  検出室内壁
２６  内壁電圧印加手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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