(57)【要約】イオン移動度スペクトロメータは、ドリフト室（７）の中央に一対の電極（１３Ａ及び１３Ｂ）を具える。かかる電極（１３Ａ）と電極（１３Ｂ）との間にて高電界が印加され、かかる電界は、イオンを充分に修飾（フラグメント化など）し、イオンの捕集プレート（８）への移動度が変化する。このことにより、選択されたイオン又はイオンクラスタの飛行時間が修正され、ＩＭＳスペクトルにおける不明瞭なピークを同定することが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料内の物質を検出する検出装置であって、
前記装置は、物質中の分子を充分に高い電界に曝し、分子の少なくとも一部をイオン修飾する、電気的手段（１３、４０）を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は、前記試料をイオン化するイオナイザ及び発生したイオンの移動度を測定する手段（８、２０）を含み、前記電気的手段（１３、４０）は少なくともイオン化された分子を更にイオン修飾することを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、前記電界は対称性を有することを特徴とする検出装置。  
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置であって、前記電界はＲＦ電界であることを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置であって、前記電界はショートバーストにて印加することを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置であって、前記分子は個別の分子又は分子クラスタであることを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置であって、前記分子は、注入されたドーパント分子を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置であって、前記電界は、選択された分子のみをイオン修飾するよう構成されていることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
試料内の物質を検出する検出装置であって、
前記装置は、前記物質中の分子にエネルギを充分に提供し、選択された分子のみをイオン修飾する手段（１３，４０）を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
試料内の物質を検出する装置であって、
前記装置は、異なる物質の分子を前記装置内の異なる領域に分離するよう構成され、選択した領域に充分なエネルギを供給して、かかる領域内の分子のみをイオン修飾する手段（１３、４０）を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
イオン化領域（３）、ゲート（６）、ドリフト室（７）及び捕集器（８）を含むイオン移動度スペクトロメータ装置であって、
前記装置は、該装置内にて相互に離間した一対の電極（１３Ａ及び１３Ｂ）を含み、また、該装置は該電極間を高電界にて印加して、イオンを充分に修飾し、該修飾されたイオンが修飾されていないイオンとは異なる速度で前記捕集器まで移動するよう構成されていることを特徴とするイオン移動度スペクトロメータ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記一対の電極（１３Ａ及び１３Ｂ）は、前記ドリフト室（７）内に配されることを特徴とするイオン移動度スペクトロメータ装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の装置であって、前記ゲートの開口後、所定の時間だけ前記電極（１３Ａ及び１３Ｂ）間に高電界を印加し、選択された移動度の範囲内にあるイオンのみが該高電界により修飾されることを特徴とするイオン移動度スペクトロメータ装置。
【請求項１４】
試料中の物質を検出する方法であって、検出前に、選択された物質の分子のみにエネルギを供給し、該分子を修飾するステップを含むことを特徴とする検出方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、所定の選択時間だけエネルギを供給して、選択された範囲の移動度を有するイオンをイオン修飾することを特徴とする検出方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、エネルギを短時間供給することを特徴とする検出方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、エネルギを高周波にて供給することを特徴とする検出方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、エネルギを電界により供給することを特徴とする検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料内の物質を検出する検出装置に関するものである。限定するわけではないが、特には、イオン移動度スペクトロメータ（ＩＭＳ）に関するものである。
【０００２】
イオン移動度スペクトロメータ（ＩＭＳ）は、大気圧下にある蒸気やガス中の微量の大気中化学物質を検出するために使用される。ＩＭＳは、試料内の化学物質をイオン化する、コロナ放電又は放射線源等の手段を具える。ゲートが開口し、分子イオンクラスタがドリフト室の一端から入れられ、電圧が印加されることで、かかる分子イオンクラスタがドリフト室の他端へとドリフトし、捕集プレートにて捕集される。分子イオンクラスタは注入されたドーパントイオンを含むこともある。分子イオンクラスタがゲートから捕集プレートまで到達するまでの時間は、分子イオンクラスタの質量、寸法、形状及び電荷に依存している。かかる到達時間を測定することにより、その化学物質の有する特性を知ることが可能となる。
【０００３】
多くの場合、関心対象の物質のイオンクラスタの飛行時間が、他の物質のイオンクラスタの飛行時間と類似することから、関心対象の物質を正確に同定することは困難である。異なる分子イオンクラスタ間における識別能力を向上させるために、多くの構成が提案されてきた。特許文献１に記載の構成では、レーザーエネルギ、ピロライザ等を用いて、イオンをフラグメント化する。イオンクラスタは容器内に蓄積し、ドリフト室に入れられる前にイオン修飾エネルギに曝される。かかる構成の１つの問題点は、全ての分子イオンクラスタがフラグメント処理され、スペクトルのピーク値が増えてしまうので、分析が極めて困難なことにある。かかる構成のその他の問題は、確実にフラグメント化するためには相当に大きなエネルギが必要であることから、特に携帯型の電池式装置において問題となることにある。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６７９７９４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、この発明の目的は、それらに替わる検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一発明は、上述した種類の検出装置であり、物質中の分子を電界下にて印加し、少なくとも分子の一部をイオン修飾する電気的手段を含むことを特徴とする装置である。
【０００７】
また、装置は、試料をイオン化するイオナイザ及び生産されたイオンの移動度を測定する手段を含み、電気的手段はイオン化した分子の一部をイオン修飾することが好ましい。更に、電界は、対称性を有することが好ましく、ＲＦ電界とすることが好ましい。更にまた、電界はショートバーストとすることが好ましい。加えて、分子は、単一の分子又は分子クラスタであることが好ましく、注入されたドーパント分子を含めることができることが好ましい。加えてまた、電界は、選択された分子のみを修飾するよう構成することが好ましい。
【０００８】
第二発明は、試料内の物質を検出する検出装置であって、物質の分子のみにエネルギを供給する手段を含み、選択した分子のみをイオン修飾することを特徴とする装置である。
【０００９】
第三発明は、試料内の物質を検出する検出装置であって、装置の異なる領域に異なる物質の分子を分離し、選択した領域に充分なエネルギを供給し、かかる領域における分子を充分にイオン修飾することを特徴とする装置である。
【００１０】
第四発明は、イオン化領域、ゲート、ドリフト室及び捕集器を含むイオン移動度スペクトロメータ装置であって、離間した一対の電極を装置内に含み、装置は電極間を高電界にて印加して、イオンを充分に修飾し、修飾されたイオンがされていないイオンとは異なる速度で捕集器まで移動するよう構成されていることを特徴とする装置である。
【００１１】
また、一対の電極はドリフト室内に配されることが好ましい。更に、装置は、ゲートの開口後、所定時間は電極間を高電界にて印加し、選択された移動度の範囲内のイオンのみが高電界により修飾されるような構成であることが好ましい。
【００１２】
第五発明は、検出前に、物質の選択された分子のみにエネルギを付与し、修飾するステップを含む、試料内の物質を検出する方法である。
【００１３】
また、選択された範囲内の移動度を有するイオンをイオン修飾するよう、エネルギを所定時間供給することが好ましい。更に、エネルギは、短時間及び／又は高周波数とすることが好ましい。更にまた、エネルギは、電界手段により付与することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明に従う飛行時間イオン移動度スペクトロメータは、かかるスペクトロメータの概略図を参照し、例示しつつ、以下に説明する。
【００１５】
スペクトロメータは、内部が実質的に大気圧となっている延在したチューブ状筐体１を含んでいる。左方端の入口２は、イオン化領域３に向かって開口する。分析対象の試料ガス又は蒸気は、従来の方法により、フィルタ４を介して入口２に供給される。イオン化領域３は、試料をイオン化するコロナ放電点や、放射線源といったその他の手段を含む。ゲート６はドリフト室７からイオン化領域３を分離し、かかるドリフト室７は、イオン捕集プレート８が配されている筐体１の右方端に延在する。ドリフト室７は、従来の方法により、ドリフト室７の長手方向に相互に離間した電極の列１１〜１５を有する。それら捕集プレート８、電極１１〜１５、ゲート６及び放電点５は、プロセッサ制御ユニット２０に電気的に接続されており、かかるユニット２０は、ディスプレイやその他の利用可能なユニット２１に出力を行い、検出された物質を表示する。
【００１６】
ドリフトガスは、入口３０にて筐体１の右側端から供給され、イオンの流れる方向とは反対方向に、ドリフト室７の右側から左側へと流れる。ドリフトガスは、ドリフト室７の左方端にある出口３１から排出される。
【００１７】
ガスは、モレキュラーシーブ３３及びポンプ３４を含むガスシステム３２により出口３１と入口３０との間を流れる。モレキュラーシーブ３３は、特許文献２に記載のドーパントを含み得る。イオン化領域３にて生産されたイオンは、ゲート６が開口しているときにドリフト室７の左方端から入る。イオンは、電極１１〜１５により発生する約２５０Ｖｃｍ−１の低電界の作用により、ドリフト室内にて左方から右方へと流すことができる。ドリフト室７内を通ると、異なる移動度のイオンが互いに分離するので、いずれの時点においても、異なるイオンはドリフト室内の異なる領域に存在することとなる。そのことから、異なる移動度を有するイオンは、夫々異なる時間に捕集プレート８に到達し、夫々異なる時間に出力ピークをプロセッシングユニット２０に送信する。
【００１８】
【特許文献２】国際公開第００／７９２６１号パンフレット
【００１９】
上述した装置は従来技術のものである。
【００２０】
この発明の装置は、高電界によりイオンをフラグメント化するなどのイオン修飾を施す手段を含む点で従来技術の装置とは異なる。様々な方法により、このことを達成することができる。装置の任意の位置にて高電界を印加することが可能であるが、図示の例では、ドリフト室内７にて高電界を印加している。かかる電界は、ドリフト室７の半径方向に離間した電極１３Ａ及び電極１３Ｂからなる電極１３の手段により印加される。電極１３Ａ及び電極１３Ｂはドリフト室７の長手方向中央にて配置されているが、ドリフト室７内であればその他の位置に配置することも可能である。これら電極１３Ａ及び電極１３Ｂは、プロセシングユニット２０により制御されている高電圧ＲＦユニット４０に接続されている。高電圧ユニット４０は、高強度ＲＦ電界（約２ＭＨｚ）を印加し、かかる電界内の大半のイオンにイオン修飾を施すよう操作することができる。電界の強度は、少なくとも１０，０００Ｖ／ｃであり、単位センチあたり数万ボルトとなることが好ましい。ＲＦ電界は、コロナ放電を阻止するために、連続的に印加又は１μｓのオーダーでバーストさせることができる。印加される電界が対称性を有していることから、分子イオンクラスタはドリフト室７の中央に配置され、電極１３〜１５と接触してしまわないように移動しない点において有利である。あるいは、１μｓオーダーの非ＲＦ強度の短パルスを利用することができる。これら電界は、イオンに充分なエネルギを供給して、イオン修飾させることが可能である。修飾された又はフラグメント化したイオンは、修飾されていないイオンとは異なる移動度にて捕集プレート８に捕集されるので、その出力スペクトルも異なるピーク値を示す。修飾されたイオンは一般に類似した移動度とはならないことから、かかる装置を用いることで、類似した移動度を有する２つの異なるイオンを区別することが可能となる。
【００２１】
試料ガス又は蒸気にドーパントを注入して、数百ｐｐｍの水などの中性分子環境を安定化させることができる。
【００２２】
装置は、同一のＤＣ電圧である２つの電極１３Ａ及び１３Ｂは、イオン修飾電界とはなっていない近接する電極１２の電圧と電極１４の電圧との間の電圧にて、殆んど時間を常時操作できるように構成することができる。不明瞭な物質が同定された場合に、プロセッシングユニット２０がイオン修飾電界の印加を開始させて、不明瞭な物質を同定する。あるいは、イオン修飾電界が連続して印加するよう装置を操作して、検出された物質を確認するために短時間操作を止めることも可能である。
【００２３】
イオン修飾電界の印加は、ゲート６の操作と連動させることができる。かかる構成では、イオン修飾電界の印加は、ゲート６が開口した後、算出された所定の時間にて開始し、選択された範囲の移動度を有するイオンが、イオン修飾電圧が負荷された電極であって、イオン修飾電界用の電極１３Ａと電極１３Ｂとの間の領域に存在することとなる。かかる構成は、選択されたイオンのみに限定して、イオン修飾プロセスを実施するので、過剰な数のピークを作り出さずに、物質の同定を促進することが可能となる。
【００２４】
あるいは、その他のエネルギ源を用いて、同様の方法により、選択されたイオン分子をイオン修飾することが可能である。かかるその他のエネルギ源は、レーザー放射、紫外線放射、真空紫外線放射、赤外電離、光学電離、電子衝撃、電子ビーム、電子噴霧、電子電離、コロナ放電、グロー放電、プラズマ放射又は放射性放射等の放射線源を含む。
【００２５】
イオン修飾電界は、イオン化領域３やゲート６などにおける任意の位置にて印加することができ、また、ＩＭＳ装置の走査時の任意の時間にて印加することができる。この発明は、ＩＭＳ装置以外のその他の検出装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に従うイオン移動度スペクトロメータの概略図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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