(57)【要約】【課題】短時間で爆発物等の物質を分析し特定する方法およびそれを用いた質量分析装置を提供する。【解決手段】爆発物が付着した試料を加熱して上記爆発物を蒸気化し、該蒸気化された蒸気をイオン化し、該イオン化されたイオンと予め決められた上記爆発物に関連する情報とに基づき、上記爆発物を特定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に付着した爆発物を検出する方法であって、
前記試料を加熱して前記爆発物を蒸気化し、該蒸気化された蒸気をイオン化し、該イオン化されたイオンと予め決められた前記爆発物に関連する情報とに基づき、前記爆発物を特定することを特徴とする爆発物探知方法。
【請求項２】
爆発物が付着した試料を挿入する試料挿入部と、
前記試料を加熱して、該試料に付着した前記爆発物を蒸気化する加熱部と、
前記蒸気をイオン化するイオン化部と、
前記試料が前記試料挿入部に挿入されたことを示す信号を検出し、該信号に同期して前記イオンの質量を測定し、前記爆発物を特定する測定部と、
を備えることを特徴とする爆発物探知装置。
【請求項３】
前記測定部は、前記爆発物に関する情報を登録するテーブルを備え、該テーブルに基づき、目的の爆発物を推定しながら必要な前記イオンの質量のみを測定することにより、前記目的の爆発物を特定することを特徴とする請求項２記載の爆発物探知装置。
【請求項４】
前記爆発物に関する情報は、高揮発性の爆発物に関する情報と低揮発性の爆発物に関する情報とが登録されていることを特徴とする請求項３記載の爆発物探知装置。
【請求項５】
前記爆発物に関する情報は、前記爆発物のイオン成分と該イオン成分のイオン質量に関する情報を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の爆発物探知装置。
【請求項６】
前記爆発物のイオン成分は、主成分と副成分とからなることを特徴とする請求項５記載の爆発物探知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析装置に係わり、特に爆発物等の物質を探知する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析装置としては、例えば、特開２０００−１９５４６４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特開２０００−１９５４６４号公報には、段階的に電圧を制御しつつ選択イオンモニタリング（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）測定（ＳＩＭ測定）を行った後で、高周波電圧の値を最終電圧から初期電圧に戻すための時間すなわちセトリングタイムを利用してスキャン測定を行い、このスキャン測定により得られたデータを用いて試料中の夾雑物の有無を調べたり、その夾雑物を特定するための情報を収集することのできる四重極質量分析装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９５４６４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１９５４６４号公報には、試料に含まれる夾雑物の有無および夾雑物を特定するための情報を収集するのみで、具体的に夾雑物を特定する方法については記載されていない。従って、夾雑物を特定するためには、別途追加測定が必要となり、夾雑物の特定に時間を要することになる。一方で、爆発物等の物質は人命に関わるものであるため、短時間で特定する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、短時間で爆発物等の物質を分析し特定する方法およびそれを用いた質量分析装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、爆発物を構成する成分に優先順位をつけ、優先順位の高い成分又は分子イオンから測定を行うものである。また判定しようとする対象から爆発物と思われる質量数のイオンが測定されたら、爆発物リストにより関連づけられたイオンだけを測定しようとするものである。また類別しようとする爆発物についても蒸発のしやすい、より短時間で測定しなければならないものと、そうでないものに分け、測定順を決定する。
【０００７】
ある種類の爆発物を測定した時に必ず観測されるイオンを測定の第一に採用しこれを第一イオンとする。第一イオンが観測されたら、爆発物成分の登録情報にあるイオン構成を参照し、第一イオンを含む爆発物の候補に対して予想される第二イオンを選定し、測定する。ここで第一イオンから予想される他の成分すなわち第三イオンを測定してもよい。また第二イオンが測定された時点で、第一イオン検出時と同様に関連づけられた第三イオンを測定してもよい。このように測定されたイオン質量数から予想される爆発物の関連イオンだけを測定していくことによって、測定しなければならない分子イオン質量数の低減を図る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の爆発物探知装置の構成を示す図である。
【０００９】
１は爆発物等を付着させた物質採集用紙（試料）を加熱炉に入れるための導入機構、２は導入機構に装着された物質採集用紙を加熱するための加熱炉、３は物質採集用紙を装着した導入機構の加熱炉への挿入を検知するための検知回路、４は成分ガスの吸引部および試料ガスをイオン源に導入するための流路、５は気体化した試料をイオン化するためのイオン源、６は試料ガスをコロナ放電によりイオン化するためのコロナ放電電極、１３は四重極質量分析管を納めた真空チャンバ、７はイオン化したガス成分を電磁誘導により真空チャンバに誘導するための差動排気部、８はイオンを効率よく四重極分析管に収束させるための静電レンズ、９は試料ガスを流路に導入し、かつイオン化されない不要な分子およびガス成分を排出するためのポンプ、１１は真空チャンバを高真空にするための真空ポンプ、１０は差動排気部７内を真空チャンバ１３の真空と大気圧の中間真空にするための差動真空ポンプ、１２は真空ポンプ１１および差動真空ポンプ１０の排気を大気圧に放出するためのバックポンプ、１５は受信した分子イオンの強度を電流値に変換するための二次電子増倍管、１６は信号増幅器、１４は導入された分子イオンを電圧および交流成分によってフィルタリングして目的の質量数の分子イオンのみ二次電子増倍管１５に導入する四重極分析管、１７は静電レンズ８の電圧制御部、１８は測定条件（イオン透過条件）を制御する四重極分析管制御部、１９は受信信号をディジタイズ値（質量測定データ）に変換するＡ／Ｄコンバータ、２０は四重極分析管制御部１８に対する測定条件の設定制御およびＡ／Ｄコンバータ１９から質量測定データを取得し爆発物判定および成分判定を行う測定部である。
【００１０】
試料を付着させた物質採集用紙を導入部１に装着し、加熱炉２に挿入すると、試料成分は加熱炉により加熱され付着していた試料成分はガス化し、流路４を通過してイオン源５に到達する。イオン源５に到達したガス成分はコロナ放電電極６によりイオン化され、電磁誘導によって差動排気部７を通り静電レンズ８により収束されて四重極分析管１４に到達する。このとき四重極分析管１４にかける周波数成分及び電圧を四重極分析管制御部１８が設定することにより目的の質量数を持つイオンだけを選択し、二次電子増倍管１５によって受信し、信号増幅器１６が信号をＡ／Ｄコンバータ１９が受信可能な信号強度まで増幅する。Ａ／Ｄコンバータによりディジタイズ値に変換された電流信号を測定部２０が観測することによりイオン強度を測定する。
【００１１】
予め加熱された加熱炉２に試料を挿入する場合、導入機構１の物理的な移動が伴うため、検知回路３により挿入を検知する以前に試料が加熱されて成分がガス化されてしまう。また揮発性の強い爆発物成分を加熱炉２に導入すると、四重極質量分析管１４の周波数、電圧といった測定条件を変更して目的の透過条件にする前に、測定しようとする質量数の全ての成分が他の測定条件（他の質量数）を測定している時に四重極質量分析管１４に導入されてしまう。この場合、四重極質量分析計の動作特性として透過条件以外の質量のイオンは全て測定対象とならず捨てられてしまうため、爆発物が存在していたとしてもその成分を検出できないことになる。本発明では、検知回路３に連動して爆発物登録情報を参照し必要最小限かつ最適な測定順を設定することにより効果的に質量数測定を行うものである。
【００１２】
図２は、測定部２０の構成を示す図である。測定部２０は、プロセッサ２００と、プロッセサが実行する、爆発物探知用のプログラムを記憶するメモリ２０１と、爆発物登録情報を記憶するメモリ２０２とを備える。爆発物登録情報格納メモリ２０２には、高揮発性の爆発物に関する情報を主成分、副成分に分類して記憶するテーブル２１０（図３）と、低揮発性の爆発物に関する情報を主成分、副成分に分類して記憶するテーブル２１１（図４）とが格納されている。
【００１３】
図３は、高揮発性の爆発物に関する情報を記憶するテーブル２１０の構成を示す図である。テーブル２１０には、複数の高揮発性の爆発物に関する情報が予め記憶されている。該情報は、爆発物名２１０−１と、主成分２１０−２と、その主成分のイオン質量２１０−３と、副成分２１０−４と、その副成分のイオン質量２１０−５の各情報からなる。
【００１４】
図４は、低揮発性の爆発物に関する情報を記憶するテーブル２１１の構成を示す図である。テーブル２１１には、複数の低揮発性の爆発物に関する情報が予め記憶されている。該情報は、爆発物名２１１−１と、主成分２１０−２と、その主成分のイオン質量２１０−３と、副成分２１０−４と、その副成分のイオン質量２１０−５の各情報からなる。
【００１５】
図５は、高揮発性又は低揮発性の爆発物成分のイオン質量とその強度の関係を示す図である。上段は、主成分のイオン質量とその強度の関係を示す図、下段は、主成分イオンに付随する副成分のイオン質量とその強度の関係を示す図である。例えば、副成分６１０−１と６１０−２は、は、爆発物の主成分５１０−１に付随するものであることを示す。ここで、５００−１、５００−２、…、５００−ｎは、測定される主成分イオンに対して予め定められた閾値、６００−１、６００−２、…、６００−ｎは、測定される副成分イオンに対して予め定められた閾値を示す。
【００１６】
詳細を後述するが、測定部２０は、主イオンを測定するための透過条件を四重極分析管制御部１８に与える。四重極分析管制御部１８は、四重極分析管１４に与える周波数電圧を制御し、目的のイオン（主成分）の質量を測定する閾値を超える主イオン２５が観測された場合には、テーブル２１０、２１１を参照し、副成分として登録されたイオンを測定するための透過条件を測定部２０から四重極分析管制御部１８に与え、副成分の質量を測定する。主成分のイオンおよび副成分のイオンが全て閾値を超えた場合、すなわちテーブル２１０、２１１に登録された爆発物成分が全て検出された場合に、測定対象を爆発物として判定し、種類を判別、測定部２０のディスプレイに表示する。
【００１７】
また、高揮発性グループに分類される爆発物成分を効果的に検出するため、検知回路３の信号を受信して測定対象成分の導入が確定されるまで高揮発性グループの測定を繰り返し、検知回路３の検知信号が受信されたら規定回数の測定データをさかのぼって判定対象データに加える。これは物質採集用紙が導入部１に導入されてから検知回路３が検知するまでのタイムラグ、および成分ガスが流路を通過する時間を考慮するものである。検知回路３の信号を受信し、高揮発性グループの測定が終了したら、低揮発性グループの測定を実施する。
【００１８】
図６は、測定部２０における爆発物探知の処理を示すフローチャートである。測定プロセッサ２００は、検知回路３の信号待ちにおいて、高揮発性の爆発物の主イオン信号を測定する（ステップ６０）。プロセッサ２００は、高揮発性の爆発物の主イオンのピーク検出の判定を行い（ステップ６１）、ピーク検出された場合には、高揮発性の爆発物の主イオンピークに関連付けられた副イオンの測定を行う（ステップ６２）。次に、プロセッサ２００は、検出回路３からの信号の検出の有無を判断し（ステップ６３）、信号が検出されなければ、ステップ６０に戻る。
ステップ６３で検知回路３からの検知信号を受信することにより物質採集用紙の挿入が確認された場合には、それまでに蓄積した規定の測定数の高揮発性グループの主イオン、副イオン信号を参照し、登録された全てのピークが検出されたかどうか、すなわち爆発物の該否判定および爆発物種別の判定を行う（ステップ６４）。次にプロセッサ２００は、ステップ６５で繰り返し測定回のチェックを行った後、規定の測定回に到達していなければ低揮発性グループの測定を行う（ステップ６６）。次にプロセッサ２００は、測定回カウンタを計数し（ステップ６７）、低揮発性グループの主イオンピークの有無を判定する（ステップ７８）。ピークがあったと判定した場合には、低揮発性の爆発物の主イオンに関連づけられた副イオンを測定する（ステップ６９）。次にプロセッサ２００は、で副イオンのピークの有無を判定する（ステップ７０）。副イオンのピークがあったと判定された場合には、爆発物の該否判定および爆発物種別の判定を行う（ステップ７１）。主イオンがなかった場合あるいは関連の副イオンがなかった場合には、高揮発性グループの測定を行う。繰り返し測定回のチェックを行った後（ステップ７２）、規定の測定回に到達していなければ高揮発性の爆発物の測定を行う（ステップ７３）。プロセッサ２００は、測定回カウンタを計数し（ステップ７４）、高揮発性の爆発物の主イオンピークの有無を判定する（ステップ７５）。ピークがあったと判定した場合には、高揮発性の爆発物のの主イオンに関連づけられた副イオンを測定する（ステップ７６）。プロセッサ２００は、副イオンのピークの有無を判定し（ステップ７７）、副イオンのピークがあったと判定した場合には、爆発物の該否判定および爆発物種別の判定を行う（ステップ７８）。プロセッサ２００は、規定回の繰り返し測定を実施した後、爆発物種の出力を行う（ステップ７９）。物質採集用紙が導入部１から抜かれたことを検出すると、ステップ６０に戻る。ピーク判別を行うための閾値設定は、予め物質採集用紙に何も付着させないで取得したイオンの背景雑音成分の信号強度から設定する。
【００１９】
本実施例によれば主成分が閾値を超えなかった場合は、副成分を取得せずに済む。そのため低揮発の爆発物成分まで完全に揮発すると予想される時間まで測定回を繰り返すことにより、判別テーブルに登録された爆発物成分に最適化して不要なイオンの測定を省略し、爆発物探知装置として測定を高速化することが可能となる。また加熱炉で加熱されたガスは高濃度で短時間に集中して四重極質量分析管１４に到達するため、この取得方法によって高濃度の状態にある爆発物のガス成分を測定することができる。なお、揮発性の爆発物で、そのイオン強度がかなり高い場合には、流路４等に付着し、次に測定の際に影響を及ぼす場合がある。従って、この場合には、ステップ６４で処理を終了しても良い。
【００２０】
図７は、高揮発性グループ、低揮発性グループの測定時間軸とイオン信号強度の関係を示す図である。図中の符号７００は、高揮発性の爆発物のイオン信号、７０１は、低揮発性の爆発物のイオン信号を示す。横軸は測定開始からの時間軸、縦軸は正規化されたイオン信号強度である。測定開始点をイオン強度信号の起点とし、高揮発性成分グループの最大ピーク検出までの時間をｔｐ１、低揮発性成分グループの最大ピーク検出までの時間をｔｐ２とする。また正規化された強度において高揮発性グループのイオン強度と低揮発性グループのイオン強度が交わる強度における高揮発性グループの強度維持時間をｔｗ１、低揮発性グループの強度維持時間をｔｗ２とする。このとき高揮発性グループの測定時間は式１から式２の範囲として規定する。
【００２１】
2004361297.tif 000003
これに対して、低揮発性グループの測定時間を式３から式４の範囲として規定する。
【００２２】
2004361297.tif 000004
これによって高揮発性、低揮発性各グループを時間軸上で分離することができる。なお、この結果により、テーブル２１０、２１１の各々に予め登録すべき爆発物がある程度推定可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、短時間で爆発物等の物質を分析し特定する方法およびそれを用いた質量分析装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、物質採集用紙に採集された微量な爆発物を、高感度に検出することが可能となる。特に揮発性の高い爆発物について高精度に判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】爆発物探知装置の構成を示す図である。
【図２】測定部２０の構成を示す図である。
【図３】高揮発性の爆発物に関する情報を記憶するテーブル２１０の構成を示す図である。
【図４】低揮発性の爆発物に関する情報を記憶するテーブル２１１の構成を示す図である。
【図５】高揮発性又は低揮発性の爆発物成分のイオン質量とその強度の関係を示す図である。
【図６】測定部２０における爆発物探知の処理を示すフローチャートである。
【図７】高揮発性グループ、低揮発性グループの測定時間軸とイオン信号強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…物質採集用紙導入機構、２…物質採集用紙加熱炉、３…物質採集用紙挿入検知回路、４…成分ガス流路、５…イオン源、６…コロナ放電電極、７…差動排気部、８…静電レンズ、９…ポンプ、１０…差動真空ポンプ、１１…真空ポンプ、１２…バックポンプ、１３…真空チャンバ、１４…四重極分析管、１５…二次電子増倍管、１６…信号増幅器、１７…静電レンズ電圧制御部、１８…四重極分析管制御部、１９…Ａ／Ｄコンバータ、２０…測定部。
【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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