(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出すべきサンプルをサンプリングするためのサンプリング装置と、
前記サンプリング装置からのサンプルを前処理するように配置されているサンプル前処理装置と、
前記サンプル前処理装置からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するためのサンプル分析装置と、
を含み、
前記サンプリング装置は、チャンバーを含み、前記チャンバーは、その第１の端に位置してサンプルを吸入するサンプル入口と、前記第１の端に対向する第２の端近傍に位置してサンプルを排出するためのサンプル出口とを有し、前記チャンバーは、その壁内に位置するガス充填入口及び排気口をさらに含み、
前記ガス充填入口が、前記チャンバー内へ気流を吹き込むように配置され、前記排気口が、前記ガス充填入口とともに前記チャンバー内でサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するように配置され、前記サイクロン式気流は前記チャンバーの第１の端から第２の端まで螺旋的に前進する、検出デバイス。
【請求項２】
前記チャンバーの一部の内壁は、円錐台形状に形成され、この円錐台形内壁の小径円形端が前記チャンバーの前記サンプル入口に近接し、かつ、前記円錐台形内壁の大径円形端が前記サンプル出口に近接する、請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項３】
前記ガス充填入口は、前記ガス充填入口の軸方向ガス充填方向が前記チャンバーの内壁の内表面にほぼ相接するとともに、前記ガス充填入口の軸方向ガス充填方向が前記サンプル出口側へ傾斜するように配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項４】
前記排気口は、前記チャンバー内に形成された前記サイクロン式気流の外周ガスを排出するように配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項５】
前記サンプリング装置は、前記チャンバーの第２の端に設けられた混合チャンバー部分をさらに含み、サンプルが前記混合チャンバー部分に送入されて前記サンプル導入口を介して検出システムに送入され、
前記混合チャンバー部分は半透膜により前記チャンバーのその他の部分から仕切られており、
前記混合チャンバー部分には、キャリアガスを前記混合チャンバー部分に注入することでサンプルと混合するようにキャリアガス通路が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項６】
検出すべきサンプルをサンプリングするためのサンプリング装置と、
前記サンプリング装置からのサンプルを前処理するように配置されているサンプル前処理装置と、
前記サンプル前処理装置からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するためのサンプル分析装置と、
を含み、
前記サンプル前処理装置は、
前記サンプリング装置に連通可能である吸着チャンバーを含むピストン式吸着器であって、該吸着チャンバーは前記サンプリング装置によりサンプリングされたサンプルを吸着するように配置されているピストン式吸着器と、
前記ピストン式吸着器を収容し且つ前記吸着チャンバーに連通されるためのピストンチャンバーを形成するピストンシリンダと、
前記吸着チャンバー及び前記ピストンチャンバーに連通され、前記吸着チャンバー内に吸着されているサンプルを熱解析するように配置されている熱解析チャンバーと、
パイプを介して前記ピストンチャンバーに連通され、サンプリング構造によって環境ガスに漏れたサンプルを前記吸着チャンバーへ吸引するように配置されているポンプと、
を含み、
前記ピストン式吸着器は、サンプリング位置とサンプル解析位置との間に前記ピストンチャンバー内で移動可能であるように構成され、前記サンプリング位置である場合、前記吸着チャンバーが前記熱解析チャンバーの外に位置決められて前記サンプリング構造に連通されることで、前記サンプリング構造からサンプリングされたサンプルを吸着し、前記サンプル解析位置である場合、前記吸着チャンバーが前記熱解析チャンバー内に位置決められることで、吸着されたサンプルが前記熱解析チャンバー内で熱解析され、
前記ピストン式吸着器は、ピストンレバーと、前記ピストンレバーの末端に接続されている前記吸着チャンバーと、を含み、かつ、
前記吸着チャンバーは、吸着剤が内部に充填されている網状構造を含み、
前記吸着チャンバーは吸着通路を含み、該吸着通路は、前記ピストン式吸着器が前記サンプリング位置に位置する時に、前記サンプリング装置に連通されてサンプリングされたサンプルを受け取るように構成されている、ことを特徴とする検出デバイス。
【請求項７】
前記ピストンレバーは、冷却通路と、前記ピストンレバーの下部に形成されている複数の貫通孔と、を含み、
前記冷却通路は、前記ピストン式吸着器が前記サンプリング位置に位置する時に環境ガスに直接に連通され、かつ前記ピストン式吸着器が前記サンプル解析位置に位置する時に前記ピストンシリンダに形成された冷却孔を介して環境ガスに連通されるように構成され、かつ、
前記複数の貫通孔は、前記冷却通路と前記ピストンチャンバーに連通されるように構成されている、ことを特徴とする請求項６に記載の検出デバイス。
【請求項８】
検出すべきサンプルをサンプリングするためのサンプリング装置と、
前記サンプリング装置からのサンプルを前処理するように配置されているサンプル前処理装置と、
前記サンプル前処理装置からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するためのサンプル分析装置と、
を含み、
前記サンプル前処理装置は、吸気ポンプ、吸着器、ピストンシリンダ体及び解析シリンダ体を含み、前記解析シリンダ体は解析チャンバーを有し、前記解析シリンダ体には前記解析チャンバーに連通されているキャリアガス入口、キャリアガススイープ／分流出口、及び分析機器に接続される接続口が設けられており、前記解析シリンダ体の外壁には、加熱膜及び温度センサが設けられており、前記ピストンシリンダ体にはピストンチャンバーが２つ設けられており、前記ピストンチャンバーのそれぞれには１つの前記吸着器が取り付けられており、前記ピストンシリンダ体が前記解析シリンダ体の上に取付られており、かつ、２つの前記ピストンチャンバーがいずれも前記解析チャンバーに連通されており、前記ピストンシリンダ体には２つの前記ピストンチャンバーに連通されているサンプルガス充填入口及び吸気ポンプエアポートが設けられており、前記サンプルガス充填入口が前記サンプリング装置に接続されており、前記吸気ポンプエアポートが前記吸気ポンプに接続されてり、前記吸着器は、互いに接続する吸着篩筒とピストンレバーを含み、前記吸着篩筒が吸着剤を保存するためであり、前記ピストンレバーは前記ピストンチャンバーに摺動可能に取り付けられており、前記吸着篩筒を前記ピストンチャンバーに沿って摺動するように連動させて前記解析チャンバーに突き込むことができ、かつ、前記吸着篩筒は前記サンプルガス充填入口と吸気ポンプエアポートに同時に連通可能である、
ことを特徴とする検出デバイス。
【請求項９】
前記ピストンチャンバーのそれぞれに１つの冷却エアポートが設けられており、前記冷却エアポートには入口バルブが設けられており、前記ピストンレバーには冷却チャンバーが設けられており、前記冷却チャンバーは前記冷却エアポートに連通可能であり、かつ、前記ピストンレバーの側壁には、前記冷却チャンバーに接続されている通風孔が設けられており、前記通風孔は前記吸気ポンプエアポートに連通可能である、ことを特徴とする請求項８に記載の検出デバイス。
【請求項１０】
検出すべきサンプルをサンプリングするためのサンプリング装置と、
前記サンプリング装置からのサンプルを前処理するように配置されているサンプル前処理装置と、
前記サンプル前処理装置からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するためのサンプル分析装置と、
を含み、
前記サンプル分析装置は、サンプル導入装置を含み、前記サンプル導入装置は、非金属材料から形成された複数のキャピラリーカラムから構成されて入口端及び出口端を有する集束キャピラリーカラムと、前記集束キャピラリーカラムと結合して前記集束キャピラリーカラム内の温度を制御するための温度制御システムと、を含み、
前記サンプル分析装置は、イオン移動度スペクトル分析装置をさらに含み、前記イオン移動度スペクトル分析装置は、前記サンプル導入装置から導入されたサンプルを分析するためであり、前記イオン移動度スペクトル分析装置は、ガス反応用のチャンバーを含み、前記チャンバーはサンプル導入用のサンプル導入口を有し、
非金属材料から形成された前記集束キャピラリーカラムの出口端は、前記イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口を介して前記イオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー内に直接に挿入され、
前記サンプル分析装置は、前記サンプル導入装置と前記イオン移動度スペクトル分析装置との間に前記サンプル導入装置及び前記イオン移動度スペクトル分析装置を接続できるように配置されているとともに、前記サンプル導入装置と前記イオン移動度スペクトル分析装置との間の熱伝導を遮断することで、前記サンプル導入装置及び前記イオン移動度スペクトル分析装置を別々に独立して温度制御するための断熱位置決め装置をさらに含み、
前記断熱位置決め装置は、前記サンプル導入装置の出口端に接続されている第１の接続端と、前記イオン移動度スペクトル分析装置に接続されている第２の接続端とを含み、前記第１の接続端は前記集束キャピラリーカラムの一方の端部を封止し、前記第２の接続端の形状が前記イオン移動度スペクトル分析装置のチャンバーの開口の形状と相補であり、
前記サンプル導入装置は、前記集束キャピラリーカラムを囲んで保護するように配置されている金属円形カバーをさらに含み、前記集束キャピラリーカラムの前記金属円形カバーの長さは、前記集束キャピラリーカラムが前記イオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー内に挿入されるとき、前記金属円形カバーが前記イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に入らないように配置されている、ことを特徴とする検出デバイス。
【請求項１１】
前記サンプル導入装置の温度制御システムは、前記集束キャピラリーカラムを囲む金属円形カバーに直接接触するように配置されている熱伝導体と、前記熱伝導体内に嵌め込んだ少なくとも１つのヒータ及び少なくとも１つのセンサとを含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の検出デバイス。
【請求項１２】
前記熱伝導体は、前記熱伝導体の外周にある複数の突起を含み、前記複数の突起間には、流体通路又は流体が流れる空間が形成されており、
熱媒流体管路は、前記熱媒流体管路と前記熱伝導体との間の熱伝導のために、前記複数の突起を蛇行する又は前記熱伝導体を螺旋的に囲むように前記複数の突起間を通過する、ことを特徴とする請求項１１に記載の検出デバイス。
【請求項１３】
前記サンプル導入装置はハウジングをさらに含み、前記ハウジングは温度制御システムを囲んでおり、
前記サンプル導入装置は保温層をさらに含み、前記保温層は前記ハウジングと熱伝導体との間に配置されており、
前記保温層は、前記熱伝導体の複数の突起によって支持されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の検出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保安検査技術分野に関し、具体的には検出デバイス及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度計（ＩＭＳ）は、現在、世界で主流となる痕跡量検出デバイスの１つであり、ＩＭＳ技術は、主に異なるイオンの弱電界作用における移動度の相違に基づいてサンプルを分離・識別することであり、構造が簡単で、感度が高く、分析速度が速く、結果の信頼性が高いなどの特徴を有し、麻薬、爆発物、毒ガス及び生化学ガスなどをオンラインで迅速に検出することができ、軍事（化学兵器剤モニターリング）、民事（アンチテロリズム、麻薬取締りなど）などの多くの分野に広く用いられ、国家安全の保障、社会安定の維持、国防力の強化、国家経済や民衆生活の維持などの点から大きな働きを発揮している。しかしながら、単独なＩＭＳを用いて複数の成分を検出する複雑な混合物の検出時に、報知漏れや誤報が発生しやすい。このため、分析計器の識別能力向上を目的とした各種の接続技術が次々と現れている。その中で、ガスクロマトグラフィー−イオン移動度（ＧＣ−ＩＭＳ）接続技術は、ＧＣの際立っている分離特徴及びＩＭＳの迅速な応答、高感度の優位性を利用して、ＧＣの低識別能力及びＩＭＳの混合物に対する検出時に存在する交差感度（ｃｒｏｓｓ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）の問題を効果的に解決し、クロマトグラフィー保持時間、ドリフト時間及び信号強度の３次元スペクトルを取得でき、成分が複雑なサンプルを効果的に識別することができ、検出限界がｐｐｂオーダーよりも優れ、識別時間が数分間から数十分間である。その他の接続技術と比べて、ＧＣ−ＩＭＳは接続口が簡単で、メンテナンス費用が低く、価格対性能比が高いなどの多くの特徴を有しているので、近年、ＧＣ−ＩＭＳ接続技術が盛んになり、小型化及び携帯式という点より十分な優位性を示し、ＧＣ−ＩＭＳによる迅速検出技術の発展に力を入れることは、今後、保安検査技術の重要な発展方向の１つとなっている。
【０００３】
サンプル導入装置がＩＭＳの不可欠な部分であり、サンプル導入装置及びサンプル導入方法の良し悪しにより、計器の使用範囲に影響を与えるだけではなく、計器の被検物に対する応答性及び精度にも影響を与えている。単独なＩＭＳについては、それと合わせるサンプル導入装置が複数種あり、技術が成熟している。単独なＧＣについては、通常、ヘッドスペースサンプル導入方式が用いられ、複雑なサンプル前処理を省略（迅速検出に適用）するが、ヘッドスペースサンプル導入には、まだ一定量のサンプルを「破壊的に」取得する必要があるので、開梱しない状態で痕跡量ガスを現場で迅速検出するには適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術にある多くの不足を克服した検出デバイスを提供することにある。本発明の１つの態様による検出デバイスは、検出すべきサンプルをサンプリングするサンプリング装置と、サンプリング装置からのサンプルを前処理するサンプル前処理装置と、サンプル前処理装置からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するサンプル分析装置と、を備える。
【０００５】
本発明の検出デバイスは、ガスキャリア物質への拡大収集を実現することができ、サンプリング効率を大幅に向上させ、携帯される易揮発性、半揮発性及び表面付着の痕跡量物質を開梱することなく現場でサンプリング・導入・検出することができる。このようなワンストップ式の検出技術は、検出速度を向上するとともに保安検査時のプライバシー紛争を避けることもでき、作動原理が嗅覚探知犬に似ており、特に空港、税関などの現場迅速検出の要求に適している。表面付着のサンプル及びガスサンプルの採集、導入及び迅速検出に用いられ、開梱しない条件でサンプルの迅速な収集、予濃縮解析及び分離を実現し、分析の精度を大幅に向上させ、サンプル溶液の調製時間を節約している。特に、複数の被検物がある場合、先の被検物を分析しながら次の検出すべき物のサンプリングと濃化を行うことができ、サンプリングと検出の総時間を節約し、分析機器のスループット及び検出速度を効果的に向上させ、コストを節約することができる。サンプルを濃縮することによって検出器（例えば、ＩＭＳ、ＭＳ、ＤＭＳ）の検出下限への要求を低下させることができ、計器の開発の難度及びコストを低下させるとともに、計器の誤報率を低下させることもできる。計器の小型化及び携帯化への発展に有利である。集束キャピラリーカラムが分離した成分は、デュアルモード移動管の中間にある反応領域に直接進入し、電離領域を避けるので、分子イオンフラグメントの発生を避ける目的を実現するとともに、ガスクロマトグラフィー−イオン移動度スペクトル分析装置接続スペクトロメータが正負イオンを同時に識別する機能を実現でき、スペクトロメータが正負電気親和性の大分子の両方に対して応答可能となり、従来技術の不足を補足し、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置の検出物質に対する選択性を広げている。集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置の接続口にはアダプタユニットが必要とされずに、集束キャピラリーカラムのポートがイオン移動度スペクトル分析装置と直接結合することで、アダプタユニットの曲がりによる乱流を避け、イオン移動度スペクトル分析装置の検出感度及び解像度を効果的に向上できる。集束キャピラリーカラムとイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域の基台との間には、集束キャピラリーカラムの位置決め及び断熱作用を併有する断熱位置決め装置が設けられ、構造が簡単で、取り付けや操作が便利であり、余分なアダプタユニットの増設及びその温度制御システムの設計を省略している。集束キャピラリーカラムの加熱部材が熱伝導ジャケット内に均一に嵌められており、このように設計することで、集束キャピラリーカラムの迅速昇温を実現できながら集束キャピラリーカラムの受熱を均一に保証することもでき、サンプルのガス化分離を均一に保証して、分離差別を低減することができる。熱伝導ジャケット、放熱管路、加熱部材、ポンプ、及びコントローラの連携制御により、集束キャピラリーカラムのプログラム昇温機能を実現し、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置接続スペクトロメータの応用分野を広い沸点範囲でのサンプル成分の分離まで広げることができ、分析物質に対する選択性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明による検出デバイスの模式図を示す。
【図２】本発明の一実施例による検出デバイスのサンプリング装置の模式図を示す。
【図３】本発明の一実施例によるガスカーテンガイドの断面模式図を示す。
【図４】本発明の一実施例によるサンプリング装置の底端面における配線引出口の模式図を示す。
【図５】本発明の一実施例によるサンプル前処理装置の模式図を示す。
【図６】本発明の一実施例によるサンプル前処理装置のピストン式吸着器の構造の模式図を示す。
【図７】本発明の一実施例によるサンプル前処理装置の模式図を示し、サンプル前処理装置はサンプル導入・解析状態にある。
【図８】本発明の一実施例による別のサンプル前処理装置の模式図を示す。
【図９】本発明の一実施例によるサンプル分析装置の模式図を示す。
【図１０】本発明の一実施例によるサンプル分析装置のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１１】本発明の一実施例によるサンプル分析装置のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の一実施例によるサンプル分析装置の熱伝導体の複数の凸起、及び複数の凸起間における流体管路の配置である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は各種の変更及び取替え可能な形式を許容するが、その具体的な実施例は図面において例示され、かつ、本文において詳しく記載されている。しかしながら、添付の図面及び詳しい記載は開示した具体的形式で本発明を制限するためのものではなく、逆に、添付の請求項で限定された本発明の精神及び範囲に入るすべての変更、均等形式及び取替え形式を覆うためのものである。図面はあくまでも模式的なものであり、比例にして描かれたものではない。
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明による複数の実施例を説明する。
図１に示すように、本発明の一実施例によれば、検出すべきサンプルをサンプリングするためのサンプリング装置１００と、サンプリング装置からのサンプルを前処理するためのサンプル前処理装置２００、３００と、サンプル前処理装置２００、３００からの前処理されたサンプルを分離させて、分離後のサンプルを分析するためのサンプル分析装置４００とを含む検出デバイスを提供する。サンプリング装置１００、サンプル前処理装置２００、３００及びサンプル分析装置４００は例えば蛇腹管によって接続されて連通してもよい。図１に示す検出デバイスの各部分の配置は制限するためのものではなく模式的なものである。
【０００９】
以下、検出デバイスの複数の部分についてそれぞれ詳しく紹介する。
図２は本発明にかかる検出デバイスの一実施例のサンプリング装置１００の縦断面模式図である。本発明の実施例によるサイクロン式のサンプリング装置はガスキャリア物質に対して拡大した收集機能を有し、リアルタイムにサンプリングすることができる。サンプリング装置１００は、孔を有するエンドキャップ１０１と、エンドキャップ１０１に配置される押えリング１０２とを有し、押えリング１０２は、大顆粒物質がサンプリング装置１００内部に入るのを阻止するように、粗大ストレーナ１０３及び微細ストレーナ１０４をエンドキャップ１０１の開孔の上面に取り付ける。粗大ストレーナは大顆粒をろ過できるだけではなく、強い剛性を有し、外部環境からの圧力及び大顆粒からのぶつかりを阻止することができる。微細ストレーナは、微細な固体微粒子または微顆粒をろ過するのに用いられる。選択的には、一体化したエンドキャップ１０１を使用してもよく、一体化したエンドキャップは開口（サンプル入口とも呼ばれる）を有し、かつ、サンプル入口には、大顆粒物質がこのエンドキャップ１０１を通過するのを阻止するために多孔質素子１０３又は１０４が配置されている。
【００１０】
本発明によるサンプリング装置１００は、ガスカーテンガイド１０５をさらに含み、エンドキャップ１０１は、ガスカーテンガイド１０５の上環面を封止するように、Ｏ型シールリング１０８を介して回転式のガスカーテンガイド１０５の上面をカバーすることができる。回転式ガスカーテンガイド１０５は円筒式外側壁を有するとともに、図示のように、断面が漏斗形となる内側壁を有してもよい。つまり、ガスカーテンガイド１０５は、１つの円筒とその中にある１つの漏斗式内側壁との組合せであってもよい。選択的には、ガスカーテンガイド１０５は一体形成された単品であってもよい。漏斗式内側壁と円筒式外側壁とのなす角は２０°〜３０°間であってもよいが、他のなす角も選択可能である。ガスカーテンガイド１０５の漏斗式内側壁の下端面の直径は少なくとも上端面の直径の２倍である。つまり、漏斗式内側壁で形成された下開口の直径は少なくとも上開口の直径の２倍である。このような漏斗形の設計はサイクロンの形成をシミュレーションするためである。ガスカーテンガイド１０５の漏斗式内側壁の内側面は内部空間、即ち、図２に示す断面図において、図示のように２つの内側壁の間にある内部空間を限定する。
【００１１】
図３はガスカーテンガイド１０５の側壁のＡ−Ａに沿う横断面模式図を示す。図３に示すように、ガスカーテンガイド１０５の漏斗式内側壁の上端には複数の旋回流孔１０６が均一に配置され、これら旋回流孔１０６の軸方向は漏斗の内側壁にほぼ相接し、旋回流孔１０６の軸線と縦方向とのなす角は４５°〜９０°の間にある。これにより、旋回流孔がガスカーテンガイド１０５の漏斗式内側壁に相接しながら下に向ける（図２に示す矢印方向）方向に沿うので、ガスは旋回流孔から流出し、漏斗式内側壁に相接する方向に沿って下方へ流れる。
【００１２】
ガスカーテンガイド１０５の円筒式外側壁にはガス充填入口１０７を有する。回転式ガスカーテンガイド１０５の円筒式外側壁、漏斗式内側壁及びエンドキャップ１０１で一つの環状空間を囲んでいる。ガスがガス充填入口１０７から環状空間に入り、その後、環状空間の空気が漏斗式内側壁の旋回流孔１０６に沿ってガスカーテンガイド１０５の漏斗形内部空間内に吹き込まれ、旋回流ガスカーテン１３０を形成する。
【００１３】
本実施例では、サンプルが上端から吸入され、下端から排出され、充填されたガスの気流が上方から下方へ螺旋状に流れることを示している。しかしながら、これは一例に過ぎず、サンプリング装置１００が被検物に対向するように水平に配置されているとき、例えばサンプル入口が、サンプリング装置１００の左側にある被検物に対向するとき、ガスカーテンガイド１０５の小口側は左側被検物に対向し、このときの漏斗形内壁は横置きの配置形式であり、サンプルは左から右へと進む。
【００１４】
本発明の実施例によれば、ガスカーテンガイド１０５はガス充填管路１１８を含んでもよい。図２は、ガス充填管路１１８の一方の端がガス充填入口１０７に連通され、他方の端がガス充填用のエアポンプ１２８に連通されている配置方式を示している。ガス充填用のエアポンプ１２８は空気風をガス充填管路１１８に沿ってガス充填入口１０７を経由して環状空間に送入し、環状空間の空気風は漏斗式内側壁の旋回流孔１０６に沿って漏斗形内部空間内に吹き込まれて旋回流ガスカーテン１３０を形成する。
【００１５】
サンプリング装置１００は、円柱形内壁を有する導気チャンバー１０９をさらに含む。導気チャンバー１０９はＯ型シールリングを介してガスカーテンガイド１０５の下面に嵌められる。導気チャンバー１０９とガスカーテンガイド１０５は、導気チャンバーにおいてサイクロン式気流の形成に影響さえしなければ、他の形によって接合されてもよい。サイクロン式気流は当業者に知られるものであり、すなわち、気流の外周ガスが高速又は少なくとも迅速に螺旋回転することであり、すなわち、横断面（本実施例では導気チャンバーの断面）において回転運動しながら、縦方向において前方へ向けて（本実施例におけるサンプル入口の一端からサンプル出口の一端まで）運動する速度を有する。同時に、気流中心又は軸心におけるガスは縦方向に沿って前方へ向けて吸引される。導気チャンバー１０９はサイクロン式旋回流を維持してサイクロン式軸心に吸引されたガスキャリア物質を後続の検出デバイスに入らせるように案内する。図２に示すように、旋回流ガスカーテン１３０は下に向けて推進され、導気チャンバー１０９に入って旋回流１３１を形成する。サイクロン式旋回流１３２は導気チャンバー１０９に沿って流れ、導気チャンバー１０９下端の側壁の旋風出口１１０を経て排気ポンプ接続口１２３及び排気口１２７から排出される。エアポンプ接続口１２３それ自体が排気口であり、排気速度を大きくするために底端面に複数個の排気口を設けることができ、図４は排気口１２７を模式的に示し、排気口１２７は、旋回流１３１の外周排出気流１３４に対向する任意の位置に設けられてもよく、１２３に対応してもよく、一つであっても複数であってもよく、この排気口１２７は図２に示されていない。
【００１６】
サンプリング装置１００は、Ｏ型シールリング１０８を介して導気チャンバー１０９の下端面口をカバーする漏斗形底蓋１１３をさらに含む。底蓋１１３と導気チャンバー１０９の下端面口との間には半透膜１１１が設けられ、半透膜１１１は、ガスキャリア物質中の水分子、アンモニア分子及び他の不純物汚染物が吸入されて後端のクロマトグラフカラム又は移動管を汚染するのを阻止できる。また、半透膜１１１はさらにクラスタの形成を制限し、計器の解像度を高める。
【００１７】
本発明の実施例によれば、半透膜１１１を挟んで保護して、気流の衝撃から半透膜１１１を保護するために、網状金属１１２を２枚設置することができる。
【００１８】
漏斗形底蓋１１３はキャリアガスとサンプルの混合領域又は混合チャンバーとされてもよい。漏斗形底蓋１１３は、キャリアガスを注入するためのキャリアガス通路１２１を含んでもよく、入ったキャリアガスは漏斗中にサンプルと十分に混合される。漏斗形底蓋１１３はサンプル導入口１２０をさらに含んでもよく、サンプリングしたサンプルとキャリアガスは、例えば、混合予熱された後にサンプル導入口１２０を介して排出され、次段階の分析装置に入る。幾つかの場合、サンプルとキャリアガスは直接に混合して、加熱されずに排出されてもよい。
【００１９】
サンプリング装置１００は導気チャンバー１０９に設けられている保温カバー１１４と、導気チャンバー１０９内に設けられている加熱棒１１６及び温度センサ１１７とをさらに含んでもよく、それらが温度制御システムを構成し、導気チャンバー１０９に対して温度制御、例えば加熱昇温を行うことができる。温度制御システムはチャンバー内の温度を５０℃〜２５０℃に制御することができ、高温は、高沸点のガスキャリア物質が迅速に気化して半透膜を順調に通過するのに有利であるとともに、ガス化したサンプルと漏斗式側壁のキャリアガス通路１２１から入ったキャリアガスとが漏斗中に十分に混合するのに有利であり、計器の高沸点物質に対する検出限界を効果的に向上させることができる。サンプリングしたサンプルはキャリアガスと混合して予熱された後、キャリアガスに携帯されてサンプル導入口１２０に入る。回転式ガスカーテンガイド１０５、導気チャンバー１０９、及び底蓋１１３としては、熱特性のよい金属材料が用いられてもよく、その外部保温カバー１１４としては、厚み〜１０ｍｍのエーロゲル又はガラス又はセラミックウールが用いられてもよい。選択的には、ポリテトラフルオロエチレンハウジング１１５で保温層１１４外をカバーすることができる。
【００２０】
図４に示すように、ハウジング１１５の底端面は、ガス充填ポンプ接続口１２２、排気ポンプ接続口１２３、ＧＣカラム・イオン移動管接続口１２４、加熱棒引出線１２５、温度センサ引出線１２６、排気口１２７及びキャリアガス管接続口１３６を含むように設置されてもよい。そのうち、サンプリング装置１００の内部にサイクロン式気流を形成するようにガス圧力を継続的に提供するために、ガス充填ポンプ接続口１２２と排気ポンプ接続口１２３にはそれぞれ１つのエアポンプ１２８が接続されてもよい。排気ポンプ接続口１２３は、ガス抵抗ができるだけ小さくなるように配置されることが好ましいため、気流が排気ポンプ接続口に容易に流入するように、排気ポンプ接続口の導気チャンバー内にある開口は気流に向ける方向であることが望ましい。排気ポンプ接続口１２３はエアポンプ１２８に接続せずに直接に排気口とされてもよい。サイクロン式に吸引拡大された気流を排出するために、幾つかの排気口１２７を増設してもよい。ＧＣカラム・イオン移動管接続口１２４には前処理装置２００や３００を接続してもよいし、ＧＣカラムを接続してもよく、さらに直接にイオン移動管を接続してもよい。キャリアガス管接続口１３６にはキャリアガスを浄化するように分子篩１３５が接続されている。
【００２１】
図示のように、エアポンプ１２８のパワーは必要に応じて調整可能である。サイクロン式はガス収集拡大機能を有するため、排気ポンプの流速はガス充填ポンプの１０倍以上となっている。
【００２２】
ガス充填ポンプ１２８から充填される空気流により、サンプリング目標１３３から吸引された目標成分が妨害されるのを避けるために、ガス充填ポンプのサンプリングする空気源をサンプリング目標１３３からできるだけ遠く離れ、例えば伸縮転向可能なホースを用いてエアポンプをサンプリング端孔から遠く離れることができ、一方、ガス充填ポンプに入った空気をろ過して浄化し、ガスのクロス汚染を避け、サンプリング計器の位置決め・サンプリングの感度を高めることができる。
【００２３】
以下、本発明による実施例の、ガスに対して拡大收集機能を有するサイクロン式サンプリング装置１００のサンプリング、サンプル導入過程を説明する。
【００２４】
本発明のサンプリング装置１００の前端孔を５〜１０ｃｍの箇所においてサンプリング目標１３３に照準しながら、ガス充填及び排気エアポンプ１２８をオンにする。ガス充填気流１２９はガス充填管に沿ってガス充填入口１０７を経てガスカーテンガイド１０５の環状空間内に充填され、エアポンプ１２８の持続的な風圧により環状空間内でガス圧力を発生させ、気圧の作用で、空気はガスカーテンガイド１０５の旋回流孔１０６に沿って漏斗内部空間内に吹き込まれ、旋回流孔１０６の特定な構造により、空気は特定方向に沿って内部空間に吹き込まれ、これにより、漏斗形回転ガスカーテン１３０を形成する。エアポンプ１２８から空気が絶えずに吹き込まれる場合、絶えず形成する回転ガスカーテン１３０は導気チャンバー１０９の内壁に沿って移動し、即ち、導気チャンバー１０９の中心軸線１３２回りに迅速に回転しながら下方へ移動し、サイクロン式気流１３１を形成する。回転によって形成された遠心力の作用により、サイクロン式気流の中心気圧は著しく低下し、例えば、中心軸線１３２の気圧は周囲気圧よりも約１０倍低いため、導気チャンバー１０９の中心軸線において非常に大きい吸引力が発生する。吸引力により、サンプリングされる目標１３３近傍のガスキャリア物質が導気チャンバー１０９の前端孔周囲から導気チャンバー１０９の風軸中心近傍まで吸入され、かつサンプル気柱を形成し、サイクロン式気流の中心軸線１３２に沿って下方へ移動し、最後に、サンプルはサンプル導入半透膜１１１まで到達する。この過程は、自然界のサイクロン式の「龍取水」の現象に類似する。
【００２５】
一方、サンプリングされたサンプルは半透膜１１１を介して底蓋１１３の漏斗形のチャンバー内に入り、予熱されて迅速に気化し、底蓋１１３の側壁のキャリアガス通路１２１から入ったキャリアガス気流１３７と十分に混合し、その後、キャリアガスがサンプルを携帯してサンプル導入接続口１２０に入る。
【００２６】
一方、サイクロン式気流１３１の回転中心の外周のガスは、サイクロン式気流１３１の外周に旋回流を形成して導気チャンバー１０９側壁に沿って運動し、導気チャンバー底部にある場合、外周旋回流のガスが出口１１０に入り、この部分のガスが旋風出気流１３４を形成して排気口１２７を介して排出される。出口１１０は旋回流の気流方向に向けて設置され、図２に示す方位において、出口１１０は斜めに上方に向けることができ、かつ出口は、出口の開口方向がより近接的に気流の出口における速度方向に向けるように、チャンバー中心に向けるのではなく内壁の接線方向へ偏ってもよい。つまり、出口１１０の開口方向は気流の出口における速度方向と逆になるように厳しくしてはいないが、出口１１０の開口方向は、ガスが出口１１０に容易に入って排出されるように、気流の出口における速度方向とほぼ逆方向としている。
【００２７】
この過程により、サンプリング装置１００はサンプル分子を持続的に吸引することで、ガスキャリア物質に対する拡大収集を実現した。
【００２８】
ここでは贅言しないが、このようなガス拡大収集機能を有するサイクロン式リアルタイムサンプリング装置１００は、そのままＩＭＳ、ＧＣ、ＭＳ、ＧＣ−ＩＭＳ、ＧＣ−ＭＳ等の分析機器のサンプル導入器として用いられてもよい。
【００２９】
以下、本発明によるサンプリング装置のもう１つの実施例を説明する。本実施例は前述した実施例に類似するため、以下、その異なる部分のみを説明する。
【００３０】
本発明にかかる実施例において、サンプリング装置１００は、第１の端と、第１の端に対向する第２の端とを含む。サンプリング装置１００はチャンバー１０９を含み、チャンバーの一部１０５は漏斗形又は円錐台形である。具体的には、チャンバーは第１の端の近傍に位置するサンプル吸入用サンプル入口と、第２の端の近傍に位置するサンプル排出用サンプル出口１２０とを含む。チャンバー１０９のサンプル入口は円錐台形の内壁１０９のより小径の円形端部近傍に位置し、かつ、円錐台形の内壁のより大径の円形端部の方はサンプル出口に近い。
【００３１】
つまり、漏斗形内壁１０９の小径端はサンプルに向けるが、大口径端はサンプル排出用サンプル出口に向かう。なお、図示のチャンバーの方位として、サンプル入口を上方、サンプル排出用のサンプル出口を下方にしているため、漏斗形内壁１０９は上下逆さまにした漏斗配置形式である。しかしながら、これは一例に過ぎず、サンプリング装置１００が被検物に対向するように水平に配置されている場合、例えばサンプル入口がサンプリング装置１００の左側の被検物に対向する場合、漏斗形内壁１０９の小径側は左側の被検物に対向し、このとき、漏斗形内壁１０９は横置となる配置形式である。
【００３２】
チャンバーにはガス充填入口１０６がさらに設けられ、ガス充填入口１０６は、チャンバー内にサイクロン式気流を発生させるためにチャンバー内に気流を吹き込むように配置されている。チャンバーには排気口１１０がさらに設けられ、排気口は、ガス充填入口１０６とともにチャンバー内においてサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するように配置されている。具体的には、図３に模式的に示されている図２におけるＡ−Ａ線に沿う横断面のように、ガス充填入口１０６は、ガス充填入口１０６の軸方向ガス充填方向がチャンバー内壁の内面にほぼ相接し、かつガス充填入口１０６の軸方向ガス充填方向がサンプル出口に向けて傾斜するように配置されている。
【００３３】
本実施例では、ガスカーテンガイド１０５を個別に設置しなくてもよいが、チャンバー内壁のサンプル入口近傍側に前述のガス充填入口１０６と、相応する吸気通路とを設置することにより、上記ガスカーテンガイド１０５に類似する効果を実現することもできる。さらに、上記実施例に説明しているガスカーテンガイドの環状空間をチャンバー内部に形成することができ、環状空間は、環状空間内に気圧を形成するためにガスを収容するように配置され、ガス充填入口を介してサンプリング装置１００の内部空間にガスを充填する。
【００３４】
排気口１１０はチャンバーの壁内にあり、その設置形式は本発明の前述した実施例における排気口に類似してもよく、排気口１１０はガス充填入口１０６からのサイクロン式の螺旋前進気流に対向し、気流をできるだけ小さい抵抗力で排気口１１０に入らせる。排気口１１０はチャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出する。外周ガスは空気に限らず、少量のサンプルを含む可能性もある。排気口の開口方向は排気口における気流の速度方向の逆方向に近接する。
【００３５】
サンプリング装置１００はサンプル入口側の第１の端に位置するストレーナをさらに含んでもよく、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止し、前記ストレーナは、剛性を有し大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナとを含む。
【００３６】
サンプリング装置１００はチャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含んでもよく、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含む。サンプリング装置１００はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含んでもよい。本実施例においてチャンバーは一体形成されたものであってもよく、例えば溶接、かしめ等の方式によって複数の部品を接合して形成されたものであってもよく、本発明の技術案において、これら形成方式はチャンバー内部の気流に実質的な影響を与えることはない。
【００３７】
本実施例におけるチャンバーは、上記実施例と同じように、例えばエンドキャップ１０１、ストレーナ１０３、１０４、ガス充填及び排気エアポンプ１２８、サンプル導入半透膜１１１、温度制御システム、保温層等を設置してもよい。本実施例におけるチャンバーは、キャリアガスとサンプルとを混合するための混合領域をさらに含んでもよい。即ち、チャンバーの下部において、チャンバーは混合領域を有し、混合領域はチャンバーのサイクロン式気流を形成するための部分と仕切られ、例えば半透膜１１１を用いて仕切ることができる。本発明の実施例によれば、半透膜１１１を挟んで保護して、気流により半透膜１１１が突き破るのを保護するために、網状金属１１２を２枚設置してもよい。チャンバーの下部１１３は、キャリアガスを注入するためのキャリアガス通路１２１を含んでもよく、入ったキャリアガスが漏斗中にサンプルと十分に混合される。チャンバーの下部１１３はサンプル導入口１２０をさらに含んでもよく、サンプリングしたサンプルとキャリアガスは例えば混合して予熱された後にサンプル導入口１２０を介して排出される。類似的には、図４に示すように、チャンバーの底端面は本発明の前述した実施例と同じであってもよい。チャンバーの底端面は、ガス充填ポンプ接続口１２２、排気ポンプ接続口１２３、ＧＣカラム・イオン移動管接続口１２４、加熱棒引出線１２５、温度センサ引出線１２６、排気口１２７及びキャリアガス管接続口１３６を含む。ガス充填ポンプ接続口１２２と排気ポンプ接続口１２３は、ガス圧力を継続的に提供してサンプリング装置１００の内部にサイクロン式気流を形成するために、それぞれ１つのエアポンプ１２８、例えばガス充填ポンプ及び排気ポンプに接続されてもよく、排気ポンプの流速はガス充填ポンプの１０倍以上である。排気ポンプ接続口１２３は、ガス抵抗ができるだけ小さくなるように配置されることが望ましいため、排気ポンプ接続口の導気チャンバー内にある開口は気流を排気ポンプ接続口に容易に流入させるように、気流に向ける方向であることが好ましい。排気ポンプ接続口１２３はエアポンプ１２８に接続せずに直接に排気口とされてもよい。サイクロン式に吸引拡大された気流を排出させるために、幾つかの排気口１２７を増設してもよい。ＧＣカラム・イオン移動管接続口１２４がＧＣカラムに接続されてもよく、イオン移動管に直接に接続されてもよい。キャリアガス管接続口１３６にはキャリアガスを浄化させるように分子篩１３５が接続されている。
【００３８】
また、本発明のサンプリング装置のもう１つの実施例によれば、本発明におけるチャンバーの一部の円錐台形内壁は厳しく円錐台形にしなくてもよく、球形の一部であってもよい。つまり、チャンバーの一部の内壁は弧面であり、サンプルが進入する側のチャンバー内壁が小径であり、サンプルを排出する側のチャンバー内壁が大径であり、チャンバー内部にサイクロン式気流を形成すればよい。
【００３９】
本発明の検出デバイスのもう１つの実施例によれば、検出デバイスのサンプル前処理装置の一実施例は図５においてより詳しく模式的に示される。
【００４０】
図５に示すように、サンプル前処理装置は主にピストン式吸着器２０２、ピストンシリンダ２０３、熱解析チャンバー２０４及びポンプ２０５を含む。以下、各部品の構造及び操作について詳しく説明する。
【００４１】
サンプリング装置１００は接続管を介してピストンシリンダ２０３に接続されて連通する。
【００４２】
接続管内に乾燥剤を配置してもよく、乾燥剤はサンプリング過程においてサンプリングされるサンプルに混在する水分、湿気などを吸収することができ、分析機器のクロマトグラフカラム、移動管を保護する作用を奏することができる。乾燥剤は乾燥剤バッグに包まれてもよく、接続管内には、乾燥剤又は乾燥剤バッグがポンプの吸引作用で移動するのを防止するように、乾燥剤または乾燥剤バッグを固定するための構造、例えば凸起を設置することができる。
【００４３】
接続管の少なくとも一部、例えば乾燥剤の後の部分は伸縮可能なホース又は蛇腹管から構成されてもよく、サンプリング時にこのような伸縮可能なホース又は蛇腹管に対して引張り及び／又は回転を行うことで、サンプル導入口の方向を調整することができ、ユーザのサンプリングを大いに便利にした。接続管の末端は封止されて着脱可能にピストンシリンダ２０３に接続するように構成される。
【００４４】
図６は本発明の一実施例によるサンプル前処理装置のピストン式吸着器の一例示を模式的に示している。図示のように、ピストン式吸着器２０２は全体としてピストンシリンダ２０３内を往復運動できる柱形ピストン形式であり、主にピストンレバー２２１と、ピストンレバー２２１の末端に接続される吸着チャンバー２２２とを含む。ピストンレバー２２１は化学的性質が安定な耐熱性材料（例えばポリテトラフルオロエチレン）から作製されてもよい。
【００４５】
一例示において、吸着チャンバー２２２は、吸着剤２２３が内部に充填されている網状構造を含んでもよく、すなわち、チャンバー壁に網状小穴が開口されており、チャンバー内部には吸着剤が配置されている。吸着剤材料の吸着特性は、異なる検出要求に応じて選択的に添加されてもよく、このように必要に応じて選択する方式は、検出するサンプルに対する選択的吸着をある程度で強化している。なお、充填される吸着剤の直径は網状構造の網孔孔径より大きいはずである。図６に示すように、吸着チャンバー２２２は一部中空の形式であってもよく、すなわち、Ｌ形又は杖形であってもよい吸着通路２２６を含んでもよく、チャンバー壁には開口を有する。以降に説明するように、この吸着通路はサンプリング時に、接続管を介して吸入されたサンプルを受け取るように、サンプリング構造に連通されている。このように、サンプルが吸着剤に入ることが便利になるとともに、サンプルと吸着剤との接触面積を大きくすることができ、サンプル吸着に有利である。
【００４６】
一例示において、ピストンレバー２２１は、冷却通路２２７と、ピストンレバーの下部に形成された複数の貫通孔２２８とを含んでもよい。以降に説明するように、冷却通路２２７は、ピストン式吸着器がサンプリング位置に位置するとき、環境ガスに直接に連通し、ピストン式吸着器がサンプル解析位置に位置するとき、ピストンシリンダに形成された冷却孔を介して環境ガスに連通するように構成されている。冷却通路２２７はＬ形又は杖形であってもよく、環境ガスに連通する開口を有する。貫通孔２２８は、冷却通路２２７とピストンシリンダ２０３の内部に連通可能であるように構成されている。このような中空のピストンレバーは、ピストン式吸着器の質量を小さくし、吸着器の迅速な昇温・降温に有利である一方、サンプル解析時に、ポンプ２０５とピストンシリンダ２０３の上部の冷却ガス入口２３５（図５、図７参照）とを連通させることができ、ポンプによってエア抜きすることで吸着器上部を風冷することができ、ピストン式吸着器上部の降温速度を速め、ピストン式吸着器下半部の吸着チャンバー及びチャンバー内の吸着剤の迅速降温に有利であり、さらにサンプルの吸着に有利である。
【００４７】
本発明の一実施例によれば、ピストン式吸着器２０２は、吸着チャンバー２２２のピストンレバー２２１から遠く離れる一端に着脱可能に接続されている断熱パッド２２４を含んでもよく、すなわち、吸着チャンバー２２２はピストンレバー２２１と断熱パッド２２４との間に位置している。例示的には、ピストン式吸着器を抜き出し、又はピストンシリンダを捩り下ろし、吸着器底部にある断熱パッドを開く又は除去することで、吸着チャンバー内の吸着剤を交換することができる。断熱パッドはポリテトラフルオロエチレン材料から作製されてもよく、断熱パッドを設けることで、熱解析チャンバーから吸着チャンバーまでの熱伝導を減少することができ、ピストン式吸着器がサンプリング・濃化を行うとき、吸着チャンバーと吸着剤が低温、例えばほぼ室温に保持されるのを効果的に保証でき、サンプル吸着・濃化に有利である。
【００４８】
一実施例において、複数のシールリング２２５は、ピストン式吸着器２０２がピストンシリンダ２０３内に封止的に収容されるように、ピストン式吸着器２０２、例えばピストン式吸着器２０２の外面にセットされている。図５及び図７に示すように、好ましくは、シールリング２２５の配置により、ピストン式吸着器２０２がピストンシリンダ２０３内の最高位置（例えばサンプリング位置）と最低位置（例えばサンプル解析位置）との間を往復移動する時に、ピストン式吸着器２０２はシールリング２２５を介してピストンシリンダ２０３の内壁と密接できる。図６に示すように、例示的には、吸着通路２２６の開口上下の位置、及び冷却通路２２７の開口の上下位置のいずれにもシールリング２２５が設けられている。
【００４９】
ピストン式吸着器２０２のピストンレバー２２１の末端には、押引ハンドル２２９がさらに設けられ、押引ハンドル２２９は、ピストン式吸着器２０２がピストンシリンダ２０３内を往復移動するようにユーザにより押し引きされるためである。
【００５０】
図５と図７に示すように、ピストンシリンダ２０３は主に、シリンダ体２３１と、ピストン式吸着器２０２を収容して吸着チャンバー２２２に連通されるピストンチャンバー２３２とを含む。シリンダ体２３１は、強度が大きく、耐熱性がよく、化学性質が安定的であるポリテトラフルオロ材料から作製されてもよく、かつピストンチャンバー２３２の少なくとも一部を形成する。シリンダ体２３１は熱解析チャンバー２０４の上に取り付けられ、シリンダ体２３１には、ピストンチャンバー２３２に連通するサンプル接続エアノズル２３３が設けられている。上述の通り、サンプリング装置１００の接続管末端は、サンプル接続エアノズル２３３に封止可能で着脱可能に装着又は挿入されてもよく、これにより、サンプリング装置１００内部のサンプル通路とピストンチャンバー２３２との連通を実現する。サンプル接続エアノズル２３３にこのような連通を制御する開閉弁を設けることができる。
【００５１】
シリンダ体２３１には、ポンプ接続エアノズル２３４がさらに設けられてもよく、ポンプ２０５は、サンプリング、濃化又は予濃縮のとき、ポンプ２０５、パイプ２５１、ポンプ接続エアノズル２３４、ピストンチャンバー２３２、サンプル接続エアノズル２３３、及び接続管サンプル導入口で連通通路を構成するように、パイプ２５１を介してエアノズル２３４に接続されてピストンチャンバー２３２に連通され、ポンプ２０５をオンにすると環境ガス中のサンプリングすべきサンプル（例えば揮発性、半揮発性物質又は表面付着物質）を吸着チャンバー２２２に吸入し、吸着チャンバー２２２によって吸着及び予濃縮を行うことができる。サンプリング期間において、ポンプ２０５は常に作動し、吸着チャンバー内にサンプルを濃化又は予濃縮することができる。サンプリング過程において、ピストン式吸着器全体は室温にある。
【００５２】
ピストンシリンダ２０３は、熱解析チャンバー２０４内に設けられて熱解析チャンバー２０４内で運動するようにピストン式吸着器２０２を案内するガイドレイル２３６をさらに含んでもよく、それがピストン式吸着器２０２のガタツキを効果的に防止し、堅牢程度を強化することができる。ガイドレイル２３６はシリンダ体２３１に接続され、ピストンチャンバー２３２の一部を形成する。
【００５３】
図５と図７に示すように、熱解析チャンバー２０４は主に、チャンバー２４１と、チャンバー２４１で形成されてサンプルを熱解析するための内部空間とを含む。チャンバー２４１には、キャリアガス入口２４２と、分流及び／又はスイープ排気口２４３と、クロマトグラフカラム又はＩＭＳのような分析機器を接続するための接続口２４４とが設けられている。
【００５４】
熱解析チャンバー２０４のチャンバー内に、化学的性質が安定的なライナーチューブ２４５を封止的に埋入することができ、サンプルが熱解析チャンバーの金属壁と直接接触するのを効果的に避けることができる。ライナーチューブ２４５は定期的に交換可能であり、熱解析チャンバーがサンプルにより直接に汚染されるのを防止し、サンプル歪み率を低下させ、サンプル検出精度及び信頼性を向上している。熱解析チャンバー２０４のチャンバー外壁には、熱解析チャンバー２０４を加熱するための加熱構造や加熱膜が被覆されていてもよい。熱解析チャンバー２０４には、例えばそのチャンバー外面に、熱解析チャンバー内の温度をリアルタイムに検出及びモニターリングするための温度センサが設けられてもよい。また、熱解析チャンバー２０４のチャンバー外壁には、エネルギーを節約するように熱解析チャンバーを保温するための保温棉が被覆されていてもよい。加熱構造、温度センサ、及び／又は保温棉は熱解析温度制御システムの部品を構成し、熱解析チャンバーの温度をコントローラの制御で一定の高温、例えば８０℃〜３００℃に維持するためである。熱解析チャンバーではプログラム昇温モードを採用することができ、パワー消耗を低減することができる。
【００５５】
熱解析チャンバー２０４とピストンシリンダ２０３との間には、多孔質セラミック断熱プレートのような断熱構造が設置又は挿入されてもよく、これにより、サンプル解析期間に熱解析チャンバーとピストン式吸着器の上半部（例えばピストンレバー）との間の熱交換を効果的に遮断し、サンプリング期間において熱解析チャンバーとピストン式吸着器との熱交換を効果的に遮断し、さらに熱解析チャンバーとピストンシリンダの上半部との熱交換を効果的に遮断することができ、サンプリング過程においてピストン式吸着器全体が室温にあることを確保し、サンプリングに有利である。
【００５６】
サンプルに対して導入と熱解析を行う必要があるとき、まず熱解析温度制御システムを起動させて熱解析チャンバーの温度を適切な一定の高温（８０℃〜３００℃）に維持し、サンプルが吸着されたピストン式吸着器を高温の熱解析チャンバー内に迅速に押し込み、熱解析チャンバーに押し込まれた吸着剤は迅速に加熱され、吸着チャンバー内に吸着されたサンプルは高温下において一瞬に析出し、析出したサンプルを、熱解析チャンバーのキャリアガス入口から導入された予熱後のキャリアガスと混合し、最後に、キャリアガスによって検出器又は分析機器に持ち込まれて検出又は分析される。
【００５７】
前述のとおり、吸着チャンバーが熱解析チャンバー内に押し込まれると同時に、ポンプ２０５、ピストンチャンバー２３２、ピストンレバーに形成されている複数の貫通孔２２８、冷却通路２２７、及びピストンシリンダ２０３の冷却ガス入口２３５が連通通路を形成するため、ポンプ２０５でエア抜きすることにより、熱解析チャンバーの外に残すピストン式吸着器の上半部（ピストンレバーを含む）に対して風冷を行うことができ、次回のサンプル吸着、濃化又は予濃縮に有利である。
【００５８】
このような濃化、予濃縮機能を有するサンプル前処理装置は、ここでは贅言しないが、ＩＭＳスペクトロメータ又はＧＣとして直接用いられてもよいし、ＩＭＳ−ＧＣ、ＧＣ−ＭＳ等の痕跡量化学物質分析スペクトロメータのサンプル導入装置として用いられてもよい。
【００５９】
以降、図５及び図７を参照しながら上記サンプル前処理装置の操作を説明する。まず、図５に示すサンプリング位置に位置決めするようピストン式吸着器２０２を引くことで、吸着チャンバー２２２とサンプリング装置１００とを連通させ、このとき、ポンプ２０５、パイプ２５１、ポンプ接続エアノズル２３４、ピストンチャンバー２３２の一部（吸着チャンバーを囲む部分を含む）、サンプル接続エアノズル２３３、接続管及びサンプル導入口１２４は、シールリング２２５を介して連通通路を構成し、その後、ポンプ２０５を作動させ、環境ガス中のサンプリングすべきサンプル（例えば揮発性、半揮発性物質又は表面付着物質）を吸着チャンバー２２２に吸い込み、吸着チャンバー２２２によって吸着／予濃縮する。サンプリング期間において、ポンプ２０５は、吸着チャンバー内においてサンプルを濃化又は予濃縮するように常に作動可能である。サンプリング過程において、ピストン式吸着器全体が室温にある。
【００６０】
次いで、熱解析温度制御システムを起動させて熱解析チャンバー２０４の温度を一定の高温に維持し、その後、ピストン式吸着器２０２を迅速に移動させて図７に示すサンプル解析位置に位置決めすることで、吸着チャンバー２２２を熱解析チャンバー２０４内に位置決めする。吸着チャンバー２２２はシールリング２２５によってピストンチャンバー２３２の下部に封止され、さらに熱解析チャンバー２０４内に封止されてもよい。このとき、熱解析チャンバー２０４に押し込まれた吸着剤が迅速に加熱され、吸着チャンバー２２２内に吸着されたサンプルが高温下で一瞬に析出し、析出したサンプルを、熱解析チャンバー２０４のキャリアガス入口２４２から導入された予熱後のキャリアガスと混合し、最後に、キャリアガスによって検出器又は分析機器（図示せず）中に持ち込まれて検出又は分析される。
【００６１】
サンプルが熱解析チャンバー内で解析される期間において、ポンプ２０５、パイプ２５１、ポンプ接続エアノズル２３４、ピストンチャンバー２３２の一部（即ち熱解析チャンバー２０４の外にある部分）、ピストンレバー２２１に形成されている複数の貫通孔２２８、冷却通路２２７、及びピストンシリンダ２０３の冷却ガス入口２３５は、環境ガスに連通する通路又は空間を形成する。そのため、ポンプ２０５でエア抜きすることにより、熱解析チャンバー２０４の外に残すピストン式吸着器２０２の上半部（ピストンレバーを含む）に対して風冷を行うことで、熱解析チャンバーの外に位置決めされたピストン式吸着器の部分を室温に保持することができ、次回のサンプル吸着、濃化又は予濃縮に有利である。
【００６２】
図８は、本発明の検出デバイスのもう１つの実施例によるサンプル前処理装置３００を示している。サンプル前処理装置３００は、吸気ポンプ３２０、吸着器３３０、ピストンシリンダ体３４０及び解析シリンダ体３５０を含む。解析シリンダ体３５０は解析チャンバー３５６を有し、解析シリンダ体３５０には、解析チャンバー３５６に連通する分析機器接続口３５２、キャリアガス入口３５１及びキャリアガス分流／スイーポート３５３が設けられ、解析シリンダ体３５０の外壁には、加熱膜及び温度センサ（図示せず）が設けられている。分析機器接続口は、クロマトグラフカラム、ＩＭＳ、ＭＳまたはＤＭＳ等に接続するためのものである。キャリアガス入口はキャリアガス供給装置に接続され、キャリアガスを受け取るためである。加熱膜は解析チャンバー３５６を加熱するためのものであり、温度センサは、解析チャンバー温度をリアルタイムに読み取り、外部温度制御回路に接続されて温度制御を実現するためである。ピストンシリンダ体３４０には２つのピストンチャンバー３４１が設けられ、ピストンチャンバー３４１のそれぞれには１つの吸着器３３０が取り付けられている。ピストンシリンダ体３４０は解析シリンダ体３５０に取り付けられ、且つ、２つのピストンチャンバー３４１のいずれもが解析チャンバー３５６に連通されている。ピストンシリンダ体３４０の下部は解析チャンバー３５６に突き込み、ピストンチャンバー３４１の前部は開口であり、解析チャンバー３５６に連通されている。ピストンシリンダ体３４０には、２つのピストンチャンバー３４１のいずれにも連通されているサンプルガス充填入口３４２及び吸気ポンプエアポート３４３が設けられ、サンプルガス充填入口３４２とサンプリング装置１００とは蛇腹管３１２によって接続され、吸気ポンプエアポート３４３は吸気ポンプ３２０に接続されている。吸着器３３０は、互いに接続している吸着篩筒３３２及びピストンレバー３３１を含む。吸着篩筒３３２は、一方側の壁に微細孔が設けられている円筒であり、吸着篩筒３３２は吸着剤を格納するためである。吸着器３３０の全体的構造は往復動可能な円筒形ピストンとなっている。ピストンレバー３３１はピストンチャンバー３４１に摺動可能に取り付けられ、吸着篩筒３３２をピストンチャンバー３４１に沿って摺動して解析チャンバー３５６に突き込むように連動させ、かつ吸着篩筒３３２はサンプルガス充填入口３４２と吸気ポンプエアポート３４３に同時に連通することができる。ピストンレバー３３１の押し引きを容易にするために、ピストンレバーの後端に１つのピストンハンドル３７１が設けられている。
【００６３】
使用するとき、吸着篩筒３３２に吸着剤を配置し、まず、吸着器３３０を引き上げて吸着篩筒３３２をサンプリング装置１００及び吸気ポンプ３２０に連通させ、吸気ポンプ３２０が吸気し、サンプリング装置１００がサンプルガスを吸収し、サンプルガスが吸着篩筒３３２を流れ、サンプルガス中のサンプルが吸着剤に吸収され、吸着剤上のサンプル量が濃化した後、吸着器３３０を予め加熱された解析チャンバー３５６に押し込んでサンプル析出を行い、析出したサンプルを解析チャンバー３５６の中に、キャリアガス入口３５１から解析チャンバー内に流入した予熱後のキャリアガスと均一に混合させてから、分析機器接続口３５２からＧＣ−ＩＭＳ、ＩＭＳ、ＧＣ−ＭＳ、ＧＣ−ＤＭＳ又はほかの分析機器に入らせ、検出を行う。本発明の２つの吸着器３３０は交替に使用可能であり、即ち一方が引き上げられてサンプリングするとき（次の被検サンプル）、他方が押し込まれてサンプル解析及び検出を行い（前の被検サンプル）、サンプル導入装置がフルタイムで迅速にサンプルを吸収可能にし、特に複数の被検サンプルを処理するときに優れた検出優位性を示している。吸着器はサンプルを濃縮することができ、分析機器の検出精度を向上している。
【００６４】
一実施例によれば、吸着篩筒３３２には１つの吸着篩口３７２が設けられ、吸着篩口３７２がサンプルガス充填入口３４２に連通でき、サンプルガスが入るとき、吸着篩口３７２から吸着篩筒に迅速に入り、３７２のような構造を用いると、単位時間あたりの吸着面積を効果的に増大し、サンプル濃化の速度を向上させた。好ましくは、サンプルガス充填入口３４２と吸気ポンプエアポート３４３はピストンチャンバー３４１の軸方向に沿って設けられ、サンプルガス充填入口３４２と吸気ポンプエアポート３４３との距離は、吸着篩口３７２がちょうどサンプルガス充填入口３４２に対向して連通されるように吸着篩筒３３２の長さより少し小さくされている。同時に、吸着器のトップ端にある断熱パッド３３３を回し開けることで吸着篩筒３３２の吸着剤を交換することができ、吸着剤の種類が検出の必要に応じて選択可能である。
【００６５】
一実施例によれば、解析シリンダ体３５０の外壁には、温度センサ（図示せず）と保温層３５４がさらに設けられている。温度センサは解析シリンダ体の温度を検出するためであり、それとともに、温度センサは一つのコントローラに接続され、コントローラによってプログラム昇温の形で解析チャンバー３５６の温度を制御し、パワー消耗を効果的に低減することができる。保温層３５１としては保温棉が用いられ、解析シリンダ体を保温してエネルギー消耗を低下させるためである。解析シリンダ体３５０には１つのキャリアガス分流／スイーポート３５３がさらに設けられ、キャリアガス分流口３５３は解析チャンバー３５６に連通され、分析機器接続口３５２が混合サンプルガスの全部を受けることができない場合、混合サンプルガスをキャリアガス分流／スイープ口から排出する。ピストンシリンダ体３４０と解析シリンダ体３５０との間には断熱プレート３６０が設けられ、解析シリンダ体３５０及びピストンシリンダ体３４０の熱伝導を効果的に遮断することができる。ピストンシリンダ体３４０及び解析シリンダ体３５０と断熱プレート３６０とがねじによって封止接続されている。断熱プレート３６０は多孔質セラミック材料から作製される。
【００６６】
乾燥のサンプルガスを取得するために、蛇腹管３１２に乾燥材バッグ３１３が設けられ、混合ガスの水蒸気を除去してクロマトグラフカラム及び検出器を保護する作用を果たす。乾燥剤バッグ３１３は、蛇腹管３１２に設置されている係合溝３１４によって固定実装されている。サンプリング装置３１０は、ホーン吸気ヘッド３１１を有し、ホーン吸気ヘッド３１１にはマイクロ孔ストレーナ３１５が設けられている。マイクロ孔ストレーナ３１５を設けることで、大顆粒物質の進入による管路詰まりを防止することができる。
【００６７】
一実施例によれば、ピストンチャンバー３４１のそれぞれに１つの冷却エアポート３４４が設けられ、冷却エアポート３４４には入口バルブ３７４が設けられている。ピストンレバー３３１には冷却チャンバー３３４が設けられ、冷却チャンバー３３４は冷却エアポート３４４に連通され、かつ、ピストンレバー３３１の側壁には冷却チャンバー３３４に接続されている複数の通風孔３７３が設けられ、少なくとも一部の通風孔３７３が吸気ポンプエアポートに連通可能である。吸着器３３０を冷却する必要がある場合、吸着器３３０を引き上げ、冷却チャンバー３３４と冷却エアポート３４４とを接続させ、入口バルブ３７４を開き、吸気ポンプの作用により、冷却気が冷却エアポート３４４から流入し、ピストンレバー３３１と吸着篩筒３３２を冷却する。
【００６８】
一実施例によれば、吸着器３３０とピストンチャンバー３４１との間に複数のＯ型シールリング３３５が設けられている。
【００６９】
一実施例によれば、解析シリンダ体３５０の内壁にはライナーチューブ３５５が設けられている。解析シリンダ体３５０が、ステンレス鋼から作製されてもよく、解析シリンダ体３５０に、化学性質が安定的なポリテトラフルオロエチレン材料から作製されたライナーチューブ３５５が封止して嵌められ、ライナーチューブ３５５が定期的に交換可能であり、サンプルガスと金属材料とが接触や反応することによる検出サンプルの歪みと検出信号の歪みを防止する一方、大顆粒物質がクロマトグラフカラムに落ちてクロマトグラフカラムを詰まるのを阻止することができる。
【００７０】
好ましくは、吸着篩筒３３２の底部には、解析チャンバー３５６の熱を遮断して解析チャンバー３５６の熱が吸着篩筒３３２へ伝導するのを避けるするために、１つの断熱パッド３３３が設けられている。好ましくは、吸着篩筒３３２の底部が開放口であり、断熱パッド３３３と吸着篩筒３３２とがねじによって接続されている。吸着器３３０を抜き出す又はピストンシリンダ体３４０を捩り下ろすとともに、吸着器３３０底部に位置する断熱パッドを回し開けることで、吸着剤を交換することができる。ユーザは、吸着剤の種類（充填される吸着剤の直径を吸着篩筒３３２の網状孔径より大きくすべきである）を異なる検出目的に応じて選択することができ、計器の柔軟性を大いに向上させている。断熱パッドとしては遮熱性のよいポリテトラフルオロ材料が用いられ、断熱パッドは、吸着器３３０のサンプリング濃化時に吸着篩筒３３２と吸着剤がほぼ室温にあることを効果的に保証でき、サンプルの吸着及び濃化に有利である。
【００７１】
好ましくは、本発明における吸着器３３０のピストンレバー３３１及び吸着篩筒３３２が一体形成され、かつ、化学性質が安定的な耐熱性材料、例えばポリテトラフルオロから作製される。ピストンシリンダ体３４０が、強度が高く、耐熱性がよく、化学性質が安定的なポリテトラフルオロ材料から作製されてもよい。吸着器３３０がピストンチャンバー３４１に沿って安定的に移動可能にするために、ピストンチャンバー３４１には、サンプリング、濃化、風冷、熱解析サンプル導入のために支持及び管路封止を提供するガイドレールが封止して設けられている。
【００７２】
図８に示すように、説明上の便宜のため、２つの吸着器のうち、図中の左側にある吸着器を第１の吸着器とし、図中の右側にある吸着器を第２の吸着器とする。被検物をサンプリングする必要がある場合、まず、解析シリンダ体外壁の加熱膜を開き、温度を設定しておき、温度が安定した後、まず２つの吸着器を共に解析チャンバー内に押し込んで吸着剤浄化を行い、その後、２つの吸着器を引き上げ、そのうちの第１の吸着器を図８に示す左側吸着器の位置まで引き上げ、第２の吸着器を吸着篩筒上部がピストンシリンダ体上部のサンプルガス充填入口より少々低い位置まで引き上げ（エア抜き通路を形成せず、同時に、吸着器の冷却及び後のサンプル吸着に有利）、サンプリング吸気ポンプの電源をオンにし、サンプリング装置のホーンサンプリングヘッドを近距離で被検物にアライメントし、吸気ポンプの作用により、被検物揮発性ガスを収集し、３〜５分間持続して、サンプルの濃化を実現し、サンプルが濃化した後、第１の吸着器に位置する吸着篩筒を全て解析チャンバーに押し込んでサンプル析出を行い、それと同時に、第２の吸着器を、サンプルガス充填入口、吸着篩筒及び吸気ポンプエアポートが連通エア通路を形成する位置まで再度引き上げて、このように循環して操作することで複数の被検物がある場合でのフルタイムで迅速なサンプリング及び濃化解析を実現している。析出された被検出サンプルは、キャリアガス入口から入ったキャリアガスと迅速で均一に混合した後、サンプル排出口に入り、サンプルの解析導入を実現し、サンプル排出口は検出デバイス又は分離デバイスに接続されている。
【００７３】
図９は、本発明の検出デバイスのサンプル分析装置４００の一実施例の全体的な構造模式図である。サンプル分析装置４００は、概ね、サンプル導入装置部分及びイオン移動度スペクトル分析装置部分を含む。
【００７４】
サンプル導入装置は、集束キャピラリーカラム４０１を含み、集束キャピラリーカラム４０１が複数のキャピラリーカラムを含む。１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は、複数本の独立した１本のキャピラリーカラムを平行に１つに集束することで構成されてもよい。１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は、１本のカラムに複数の平行するキャピラリー孔を形成することで構成されてもよい。１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は非金属材料から形成されている。例えば、通常の場合、キャピラリーカラムはガラス材料から形成されてもよい。キャピラリーカラムが他の材料から形成されてもよい。集束キャピラリーカラム４０１は、ほぼ面一の入口端及び出口端を有するように配置されている。１本の集束キャピラリーは、数百から数千の平行するキャピラリーカラムから構成され、例えば、５００〜５０００本の平行するキャピラリーカラムが１つの横断面が正六角形状のガラスカラム内に集束し、１本ずつのキャピラリーカラムの内径が２０〜１００μｍであり、一般的には〜４０μｍである。１本ずつのキャピラリーカラムの内面には固定相を１層塗布してもよく、固定相は必要に応じて選択してもよい。集束キャピラリーカラム４０１の強い分離能力により、通常、サイズの短い筆形カラム（４０〜２５０ｍｍ）とすることで分離機能が実現できる。サイズの長いカラムを円盤形となるように巻き取ることができる。混合サンプル成分は、キャピラリー固定相との相互作用により、保留時間の異なりに応じて物質の分離を実現する。キャピラリーカラムの保留時間は秒〜分間オーダーである（一般的には、数十秒〜数分間であり、最小ピーク幅が数秒である）。
【００７５】
集束キャピラリーカラム４０１の構造は、１）数千本のキャピラリーカラムを集束して、集束キャピラリーカラム４０１の容量を大きくし、より高い感度を得るために用いられ、２）集束キャピラリーカラム４０１のキャピラリーカラムがより細くて、例えば、キャピラリーカラムは内径２０〜１００μｍを有してもよいが、典型的なキャピラリーカラムの内径が０．２５〜０．５３ｍｍ間にあるため、集束キャピラリーカラム４０１のキャピラリーカラムがより優れた分離効果を有し、比較的に短いサイズで良好な分離を実現でき、３）筆形の集束キャピラリーカラム４０１（４０〜２５０ｍｍ）の通過可能な圧力勾配が一般のキャピラリーカラム（一般的には３０ｍ）よりも小さいので、集束キャピラリーカラム４０１内の流速が典型的なキャピラリーカラムの流速の２〜３つオーダーであり、また、より高い流量範囲（２０〜１５０ｍｌ／ｍｉｎ）を有するので、集束キャピラリーカラム４０１は、迅速分離を許容するだけではなく、等温分離も許容する、という利点を有する。これらの利点に基づき、集束キャピラリーカラム４０１−イオン移動度スペクトル用接続スペクトロメータのリアルタイム分離検出に近似する能力を実現できる一方、集束キャピラリーの短いサイズにより、携帯型の集束キャピラリーカラム−イオン移動度計の実現にも寄与する。
【００７６】
ガラスカラムの保護を強化して、集束キャピラリーカラム全体の強度を向上させ、不意の破砕を防止するために、サンプル導入装置は、集束キャピラリーカラム４０１を囲んで保護するように配置されている金属円形カバー４２０をさらに含む。本発明の図９は、正六角形ガラスカラムの外周に１つの金属円形カバー４２０が結合される態様を示しており、つまり、筆形ガラス集束キャピラリーカラム４０１の横断面が正六角形である。集束キャピラリーカラム４０１の断面はその他の形状、例えば円形であってもよい。
【００７７】
サンプル導入装置は、さらに温度制御システムを含み、温度制御システムと集束キャピラリーカラム４０１との組み合わせは集束キャピラリーカラム４０１内の温度を制御するためである。
【００７８】
具体的に、サンプル導入装置の温度制御システムは、熱伝導体４０２を含み、熱伝導体４０２は、集束キャピラリーカラム４０１を囲む金属円形カバー４２０に直接接触するように配置されている。温度制御システムは、熱伝導体４０２内に嵌め込んだ少なくとも１つのヒータ４０４及び少なくとも１つのセンサ４０５をさらに含む。少なくとも１つのヒータ４０４と少なくとも１つのセンサ４０５の組み合わせにより、熱伝導体４０２への温度制御を実現することができる。ヒータとしては複数種の形式が選択可能である。例えば、熱伝導体４０２に複数本の加熱棒４０４を嵌め込んでもよく、例えば、１本又は複数本の加熱棒４０４、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０本以上の加熱棒４０４を嵌め込んでもよい。複数本の加熱棒４０４は、熱伝導体４０２の温度をより迅速で均一に昇温するように熱伝導体４０２に均一に分布されてもよい。図９は、熱伝導棒が１本である態様を示している。熱伝導体４０２に熱糸を嵌め込んでもよく、熱糸の配置も均一な加熱に有利であり、例えば、熱伝導体４０２自体が昇温可能な加熱体に類似するものになることができる。
【００７９】
１つの実施例において、センサ４０５は、センサ４０５によって測定される温度がよりキャピラリーカラム内の温度に近いように、金属円形カバー４２０近傍に設置されてもよい。複数のセンサ４０５は熱伝導体４０２の金属円形カバー４２０に近い周囲に均一に分布されてもよい。
【００８０】
１つの実施例において、熱伝導体４０２は、熱伝導体４０２の外周にある複数の凸起４３０を含み、熱伝導体４０２の外周にある複数の凸起４３０間に空間４０３を形成する。これら空間が、図１０に示すように、トレンチ４０３と見なされてもよいし、流体が通過する通路４０３と見なされてもよい。
【００８１】
それぞれの凸起４３０のサイズが同じであっても異なっていてもよい。個別の凸起４３０間の距離が同じであっても異なっていてもよい。例えば、一部の凸起４３０のサイズが大きく、その他の凸起４３０のサイズが小さい。例えば、２列の凸起４３０を１グループにして、それぞれのグループの凸起４３０間の距離は、グループ内の２つの凸起間の距離よりも大きい。凸起４３０の配置が均一でなくてもよい。当業者であればわかるように、凸起４３０の他のサイズ及び距離を含む凸起４３０の配置であってもよい。
【００８２】
つまり、熱伝導体４０２は２つの部分と見なされてもよく、一部が熱伝導体４０２の基部であり、もう一部が熱伝導体４０２の凸起４３０である。１つの実施例において、基部の径方向厚さが小さくてもよく、凸起４３０の高さが大きくてもよい。熱伝導体４０２の複数の凸起４３０は、流体が４３０間を流動して熱伝導体４０２との熱交換に有利である。１つの実施例において、例えば、ガスの導入によってガスが複数の凸起４３０間を流れ、熱伝導体４０２の複数の凸起４３０と、導入されるガスとの熱交換を加速することができ、この場合、複数の凸起４３０は放熱フィンとして用いられてもよい。１つの実施例において、複数の凸起４３０間には管路を巻き付けてもよく、管路内を流体が流れることができ、高温流体又は低温流体により、流体の管路と熱伝導体４０２との間の熱交換を実現でき、これにより、熱伝導体４０２の温度を制御する。
【００８３】
１つの実施例において、熱伝導体４０２の基部の厚さが薄く、複数の凸起４３０間に加熱膜を配置することにより、熱伝導体４０２の昇温を実現することができる。同時に、複数の凸起４３０間に熱媒流体の管路を配置することで熱伝導を介した降温を実現した。このような配置により、センサ４０５を組み合わせて熱伝導体４０２の温度を迅速に制御することができる。
【００８４】
複数の凸起４３０の設置により、熱伝導体４０２が、流動する熱媒流体又は熱媒流体管路を収容して温度伝導するためのトレンチを有するとみなされてもよい。具体的に、図１２は、流体管路が複数の凸起４３０間に巻き付けられる態様を示している。熱媒流体管路は、複数の凸起４３０を蛇行して通過してもよく、又は熱媒流体管路が熱伝導体４０２の複数の凸起４３０間を螺旋的に囲んでもよく、これにより、熱媒流体管路と熱伝導体４０２との間で熱伝導する。なお、任意の方式で流体管路を複数の凸起４３０から構成される管路又はトレンチに配置することができ、凸起４３０は、この時に熱媒管路と熱交換するだけではなく、さらに管路を支持する作用を果たす。
【００８５】
１つの実施例において、複数の凸起４３０が有利であり、複数の凸起４３０が、流体の直接放熱に用いる放熱凸起４３０と見なされてもよい。複数の凸起４３０は、流体通路の配置を限定するために用いられ、流体通路を複数の凸起間に巻き付けることにより、流体通路の位置を固定することができる。
【００８６】
本発明のもう１つの実施例において、サンプル導入装置は、ハウジング４０６をさらに含んでもよく、ハウジング４０６は温度制御システムを囲んでいる。１つの実施例において、サンプル導入装置は保温層４０８をさらに含んでもよく、保温層４０８はハウジング４０６と熱伝導体４０２との間に設けられている。１つの実施例において、ハウジング４０６は、封止の形式で熱伝導体４０２の外側面を囲んでもよい。保温層４０８とハウジング４０６が熱伝導体４０２を囲んでいる場合、熱伝導体４０２の複数の凸起は、保温層４０８とハウジング４０６とを支持するために用いられる。図９に示すように、複数の凸起と保温層４０８との間にはたくさんの通路が形成されている。熱媒流体の管路は、熱伝導を十分に行うために、これら通路又は上述したトレンチを貫通して熱伝導体４０２の外周に配置されてもよい。
【００８７】
１つの実施例において、エアーポンプ４１８を設けてもよく、管路４１７を介して上記トレンチ４０３内に貫通し、エアーポンプ４１８から導入された加圧ガスが複数の凸起４３０間のトレンチ４０３に入り、熱伝導体４０２の冷却又は昇温を補助する。１つの実施例において、液体を複数の凸起４３０から形成されたトレンチに直接に流入させて熱交換を実現することができる。
【００８８】
１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１の入口端がサンプル導入装置のハウジング４０６の外に伸びる。金属円形カバー４２０の一部も集束キャピラリーカラム４０１につれてハウジング４０６の外に伸びてもよい。
【００８９】
集束キャピラリーカラム４０１内のサンプルの流速が一般のガスクロマトグラフィーカラムよりも速いので、サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との接続口が特に重要である。サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との接続口の作用は、集束キャピラリーカラム４０１により迅速に分離されたサンプルを損傷なく、平穏にイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域内に導くことである。
【００９０】
１つの実施例において、サンプル分析装置４００は、サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間にサンプル導入装置及びイオン移動度スペクトル分析装置を接続できるように配置されているとともに、サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の熱伝導を遮断することで、サンプル導入装置及びイオン移動度スペクトル分析装置を別々に独立して温度制御するための断熱位置決め装置４１１をさらに含む。
【００９１】
１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１はサンプル導入装置の出口端に接続される第１の接続端と、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に接続する第２の接続端とを含む。具体的に、第１の接続端が集束キャピラリーカラム４０１の一方の端部に接続して封止され、第２の接続端の形状とイオン移動度分析装置のキャビテイの開口の形状とが相補である。断熱位置決め装置４１１の形状は図９及び図１１の断面図に示されている。断熱位置決め装置４１１は階段状の形状を有し、図１１はＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ線に沿う断面図をそれぞれ示している。１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１の一部の外面にはワッシャを設けてもよい。ワッシャ４１３は封止作用を果たし、サンプル導入装置がイオン移動度スペクトル分析装置に挿入されるとき、断熱位置決め装置４１１が両者の間に接続され、反応領域４１４内の粒子の漏れ又は外界ガスが反応領域４１４へ入ることにより測定の精度が影響されるのを避けるように、良好な封止が必要である。
【００９２】
断熱位置決め装置４１１はプラスチック材料から形成されてもよく、例えばＰＥＥＫ、ポリテトラフルオロエチレンから形成されてもよい。断熱位置決め装置４１１はその他の耐高温又は断熱性非金属材料から形成されてもよい。例えば、耐火性材料及び石綿などの材料から形成されてもよい。断熱位置決め装置４１１により、非金属材料から形成された集束キャピラリーカラム４０１の出口端は、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口を介してイオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー内、すなわち、イオン移動度スペクトル分析装置の反応領域４１４内に直接挿入され、それとともに、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置のイオン領域に近寄るのを避けることにより、イオン移動度スペクトル分析装置の精度が金属円形カバー４２０により干渉されるのを避ける。具体的に、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に進入しない。好ましくは、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口から遠く離れる。
【００９３】
このような配置により、サンプルをイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域４１４内に直接に送入することができ、従来技術においてガス物質が電離領域４１５内に導入されて（例えば）高エネルギー線によりイオンフラグメントに破砕される問題を避けた。同時に、ガス物質はキャピラリーカラムにより分離可能であり、分析の要求を満たし、直接に反応領域４１４に送入されて分析される。
【００９４】
１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１はサンプル導入装置と１つの全体に形成することができ、これが実際の使用時にも有利である。この場合、図９に示すように、断熱位置決め装置４１１はサンプル導入装置の一方の端を封止することができ、サンプル導入装置の出口端が断熱位置決め装置４１１から突き出す。この時、断熱位置決め装置４１１を含むサンプル導入装置の出口端が図９に示すとおり、すなわち、断熱位置決め装置４１１の端部により集束キャピラリーカラム４０１が包まれ、キャピラリーカラムの部分が断熱位置決め装置４１１の非金属材料により直接に包まれている。
【００９５】
断熱位置決め装置４１１の設置により、サンプル導入装置がイオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー、すなわち、反応領域４１４内に便利に直接に挿入することを実現できる。これは、ガスサンプルを迅速に分析する必要がある場合には特に重要である。サンプル導入装置は、単独に温度制御を行うことができ、予備時間内にサンプル導入装置の温度を単独に制御することができ、サンプル導入装置が所望の温度条件を有する条件下、サンプル導入装置をイオン移動度スペクトル分析装置に挿入し、断熱位置決め装置４１１によって接続してサンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の相対位置が特定される。断熱位置決め装置４１１の熱絶縁性質及び剛性により、サンプル導入装置の温度がイオン移動度スペクトル分析装置の測定精度に影響を与えることなく、かつ、サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の位置関係が特定可能である。このような配置により、サンプル導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置の接続及び分離を容易に行うことができ、これは、実際の検査過程において積極的な意味を有し、異なるサンプルの検査を大いに便利にし、かつ、搬送に便利し、検査システム全体の体積を小さくすることができる。例えば、異なるサンプルの検査を便利にして、検査の速度及び精度を向上するように、複数のサンプル導入装置を配置することができる。
【００９６】
１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１の金属円形カバー４２０の長さは、集束キャピラリーカラム４０１がイオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー４１４内に挿入されるとき、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置の電離領域４１５に入らないように配置されている。金属円形カバー４２０の端部が断熱位置決め装置４１１の中で終止し、例えば、図９に示している位置である。しかしながら、金属円形カバー４２０の位置は、金属円形カバー４２０がイオンを含む反応領域４１４に接近しない限り、他の態様であってもよい。例えば、金属円形カバー４２０が、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に入らず、又は離れる。
【００９７】
１つの実施例において、サンプル分析装置４００は、サンプル導入装置から導入されたサンプルを分析するためのイオン移動度スペクトル分析装置を含む。イオン移動度スペクトル分析装置はガス反応用のチャンバー４１４を含む。チャンバー４１４は、分析すべきサンプルを導入するためのサンプル導入口を含む。イオン移動度スペクトル分析装置はさらに電離領域４１５を含む。
【００９８】
図９に示すように、サンプル導入装置はイオン移動度スペクトル分析装置の上側に位置し、電離領域４１５の位置がその下側にある。本発明の１つの実施例によれば、サンプル導入装置がイオン移動度スペクトル分析装置の電離領域４１５と対向して配置されることは有利である。サンプルを電離領域４１５に導入して電離する従来技術の技術構想とは異なり、本発明のサンプル導入装置は、分析すべきサンプルを電離領域４１５から避け、分析すべきサンプルを反応領域４１４に直接に導入するように配置されており、これで、分子イオンフラグメントの発生を避けるのに有利であり、サンプルを電離領域４１５に導入することによってサンプルがフラグメントに破砕するなどのような従来技術におけるその他の問題、例えば、非リニア性ガス通路による乱流などを避けることができる。すなわち、サンプルを迅速に分離しながらサンプルを平穏的にイオン移動度スペクトル分析装置に導入することを実現した。
【００９９】
本発明の１つの実施例において、図９に示す配置のように、イオン移動度スペクトル分析装置４１２が正４２２、負４２３デュアルモード移動管であり、反応領域４１４が正モード管４２２と負モード管４２３との間にあり、電離領域４１５と反応領域４１４とが分けて配置され、かつ、開閉可能な開口によって接続されている。例えば、電離領域４１５が反応領域４１４の一方側の近傍にある。
【０１００】
本発明の設計構想によれば、１つの実施例において、例えば空気のキャリアガス４１６が電離領域４１５内に導入され、キャリアガスが電離領域４１５で電離化され、帯電キャリアガス、例えばＨ＋（Ｈ２Ｏ）ｎ及びＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎを生成する。帯電のキャリアガスが反応領域に送入され、ここで、帯電のキャリアガスがサンプルと結合して反応し、これにより、サンプル分子に正の電気又は負の電気を帯電させる。これは、サンプルガスとキャリアガスとを混合して一緒に電離化する従来技術と異なっている。例えば、生物大分子は、分子フラグメントに電離されるのではなく、水和プロトン又は水和酸素イオンと結合して正の電気又は負の電気を帯電する分子を形成する。正モード移動管４２２及び負モード移動管４２３はいずれもイオンドア４２４、移動領域、規制ゲート４２７及びファラデーディスク４２８を含んでいる。移動領域は、一連のステンレス鋼保護リング４２５とセラミック絶縁リング４２６とを直列してなってもよい。正の電気を帯電するサンプル粒子は、正モード移動管で検出され、負の電気を帯電するサンプル粒子が負モード移動管で検出される。
【０１０１】
具体的に、イオン移動度スペクトル分析装置のキャリアガス４１６は、電離領域４１５で電離されて反応性イオンを生成し、反応性イオンはイオン移動度スペクトル分析装置のキャリアガス４１６のスイープにより、電離領域４１５のキャリアガス入口から反応領域４１４に入り、反応領域４１４において集束キャピラリーカラム４０１により分離されたサンプルと合流し、電気親和性吸着反応を発生し、サンプル分子に反応性イオンを吸着させて帯電させ、正、負の帯電イオンが移動管の正、負電界の作用によりそれぞれ正、負移動管４２２、４２３に入って分離され、両端のファラデーディスク４２８により検出される。イオン移動度スペクトル分析装置４１２の幾つかの他の設計及び原理は、出願番号第２００８１０１１９９７４．６号を参考にすることができ、この特許出願の内容はここで参考にして組み合わせた。
【０１０２】
以降、本発明による検出デバイスの操作過程を簡単に説明する。
検出デバイスを、空港、港、地下鉄の駅などの場所に配置し、サンプリング装置のサンプル入口を検査すべき対象に照準することができる。サンプリング装置においてシミュレーションしたサイクロン式気流が負圧を発生し、気相物質又は顆粒物質を導気チャンバー１０９に吸入し、半透膜１１１を介して、サンプルとキャリアガスが混合領域又は混合キャビテイで混合され、サンプル導入口１２０によって排出される。サンプルがサンプル前処理装置に入る前に、サンプル前処理装置の熱解析チャンバーの温度を適切な一定高温（例えば、８０℃〜３００℃）に維持し、サンプルが吸着されているピストン式吸着器を、高温を有する熱解析チャンバー内に迅速に押し込み、熱解析チャンバーに押し込まれた吸着剤が迅速に加熱され、吸着キャビテイ内に吸着されているサンプルは高温下で一瞬に析出し、析出したサンプルは、熱解析チャンバーのキャリアガス入口から導入された予熱後のキャリアガスと混合し、最後にキャリアガスによりサンプル分析装置に持ち込まれる。サンプル分析装置のキャピラリーカラム束は、サンプルを分離させ、その後、イオン移動度スペクトル分析装置に直接に送入する。
【０１０３】
本発明の全体的な構想による幾つかの実施例が明示及び説明されているが、当業者であれば理解できるように、本発明の全体的な構想の原則及び精神を逸脱しない限り、これら実施例を変更することができ、本発明の範囲は請求項及びそれらの同等物により限定される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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