(57)【要約】【課題】時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することが可能なイオン移動度検出器を提供すること。【解決手段】ゲート電極３１と電極３５との間、即ちゲート電極３１よりもイオン化室１側には、アパーチャ電極４１が配置されている。アパーチャ電極４１は、板状部材からなり、中心軸が集電極４５の中心軸と同軸上に位置し且つ集電極４５の中心軸に垂直な面内におけるイオン化室１の内部空間の断面積よりも小さい開口４１ａが形成されている。アパーチャ電極４１は、電極３５とゲート電極３１とで挟持される。アパーチャ電極４１は、電極３５と接触することにより、当該電極３５と電気的に接続され、電極３５と同じ電位に保たれる。アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａの内径は、ゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔以上に設定されている。【選択図】  図２
2004356072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分子をイオン化するイオン化室と、
一端側が前記イオン化室に連通し、前記イオン化された試料分子が長手方向に移動するドリフト室と、
前記イオン化室と前記ドリフト室との間に設けられ、印加される電位が変化することにより前記イオン化された試料分子を通過させるゲート電極と、
前記ドリフト室の他端側に設けられ、前記イオン化された試料分子を収集するための集電極と、を備えたイオン移動度検出器であって、
前記ゲート電極よりも前記イオン化室側に設けられ、中心軸が前記集電極の中心軸と同軸上に位置し且つ前記集電極の中心軸に垂直な面内における前記イオン化室の内部空間の断面積よりも小さい開口が形成されたアパーチャ電極を有しており、
前記アパーチャ電極と前記ゲート電極との間には、所定の電位差が与えられていることを特徴とするイオン移動度検出器。
【請求項２】
前記イオン化室に導入された前記試料分子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
【請求項３】
前記アパーチャ電極に形成された前記開口の内径は、前記ゲート電極と前記アパーチャ電極との間隔以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
【請求項４】
前記ゲート電極と前記アパーチャ電極との間に設けられたメッシュ状の補助電極を更に有しており、
前記補助電極には、前記ゲート電極の電位と前記アパーチャ電極の電位との間の電位が印加されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
【請求項５】
前記ドリフト室の前記他端側に連通し、前記ドリフト室内にドリフトガスを導入するドリフトガス導入手段を更に有しており、
前記アパーチャ電極の少なくとも端部は、前記ドリフトガスを透過することを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
【請求項６】
前記アパーチャ電極は、メッシュ状とされていることを特徴とする請求項５に記載のイオン移動度検出器。
【請求項７】
前記アパーチャ電極は、貫通孔を有する板状部材からなることを特徴とする請求項５に記載のイオン移動度検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン移動度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン移動度検出器として、試料分子をイオン化するイオン化室と、イオン化室にてイオン化された試料分子が長手方向に移動するドリフト室と、イオン化室とドリフト室との間に設けられ、印加される電位が変化することによりイオン化された試料分子を通過させるゲート電極と、イオン化された試料分子を収集するための集電極と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５３３８９３１号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することが可能なイオン移動度検出器を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、時間分解能及び検出効率の低下の抑制を可能とするイオン移動度検出器について鋭意研究を行った結果、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
イオン化された試料分子は、イオン化室の空間断面積あるいは出口面積で制限されてドリフト室に入ることになる。そのため、イオン化室の空間断面積あるいは出口面積が大きいと、イオン化された試料分子の位置分布が拡がってしまい、ドリフト室の長手方向中心軸に直交する方向への分散が大きくなり、時間分解能及び検出効率が劣化してしまう。一方、イオン化室の空間断面積あるいは出口面積を小さくすると、イオン化室内における試料分子の挙動に乱れが生じたり、試料分子が効率良くイオン化されなかったり、イオン化された試料分子の一部しかドリフト室内に導入できなかったりして、時間分解能及び検出効率が劣化してしまう。
【０００７】
また、試料分子にエネルギー線を照射してイオン化する場合、照射されたエネルギー線がドリフト室内にまで到達すると、ドリフト室内で中性化した試料分子がエネルギー線により再イオン化する惧れがある。エネルギー線がドリフト室内にまで到達すると、ドリフト室内で再イオン化した試料分子は、イオン化室内にてイオン化された試料分子とは異なる態様（飛行時間（ＴＯＦ）、移動軌跡等）でドリフト室内を移動することになり、時間分解能の劣化を招いてしまう。
【０００８】
ドリフト室の他端側には、通常、イオン化された試料分子を収集するための集電極が設けられるが、この集電極にエネルギー線が到達すると、集電極からの出力にノイズが発生する惧れがある。また、エネルギー線がドリフト室を構成する物質に到達し、当該物質からの二次電子放出が発生しやすくなり、放出された二次電子がイオン化された試料分子と反応し、中性化する惧れがある。これらの要因は、信号強度やＳ／Ｎの劣化を招いてしまう。
【０００９】
試料分子をイオン化室内に導入する形態（試料分子の導入方向、キャリアガスの流れ方向等）によっては、イオン化された試料分子に慣性力（運動エネルギー）が与えられて、イオン化された試料分子の軌道の軌道が乱れる惧れがあり、時間分解能の劣化を招いてしまう。また、イオン化室内に導入された試料分子によりイオン化室内に試料分子の対流が生じると、イオン化された試料分子に余分な運動エネルギーを与えやすくなってしまう。更に、イオン化された試料分子の移動方向と反対方向に流れるドリフトガスがイオン化室内に流れ込むと、イオン化室内のガスの流れが乱れてしまい、イオン化室内の試料分子（イオン化された試料分子も含む）の挙動に悪影響を与えてしまう。
【００１０】
これらの問題点等を考慮して、本発明者等は、イオン化室とゲート電極の間に、中心軸が集電極の中心軸と同軸上に位置し且つ集電極の中心軸に垂直な面内におけるイオン化室の内部空間の断面積よりも小さい開口が形成されたアパーチャ電極を配置することを発案するに至った。そして、アパーチャ電極とゲート電極との間に所定の電位差を与える（陽イオンのイオン移動度を検出する場合には、アパーチャ電極にゲート電極の電位よりも高い電位を印加する。一方、陰イオンのイオン移動度を検出する場合には、アパーチャ電極にゲート電極の電位よりも低い電位を印加する。）ことにより、ゲート電極側からイオン化室側への電界の滲み込みが発生し、当該電界により、イオン化された試料分子を有効的に集電極の中心軸上に集めることが可能となることが判明した。
【００１１】
かかる研究結果等を踏まえ、本発明に係るイオン移動度検出器は、試料分子をイオン化するイオン化室と、一端側がイオン化室に連通し、イオン化された試料分子が長手方向に移動するドリフト室と、イオン化室とドリフト室との間に設けられ、印加される電位が変化することによりイオン化された試料分子を通過させるゲート電極と、ドリフト室の他端側に設けられ、イオン化された試料分子を収集するための集電極と、を備えたイオン移動度検出器であって、ゲート電極よりもイオン化室側に設けられ、中心軸が集電極の中心軸と同軸上に位置し且つ集電極の中心軸に垂直な面内におけるイオン化室の内部空間の断面積よりも小さい開口が形成されたアパーチャ電極を有しており、アパーチャ電極とゲート電極との間には、所定の電位差が与えられていることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係るイオン移動度検出器では、アパーチャ電極に形成された開口により、ゲート電極側からイオン化室側への電界の滲み込みが発生し、イオン化された試料分子が有効的に集電極の中心軸上に集められることとなる。これにより、イオン化された試料分子のドリフト室の長手方向中心軸に直交する方向への分散が小さくなる。また、イオン化室の空間断面積を小さくする必要がないので、上述したイオン化室内における試料分子の挙動に乱れが生じたり、試料分子が効率良くイオン化されなかったり、イオン化された試料分子の一部しかドリフト室内に導入できなかったりといった問題が生じるようなこともない。これらの結果、時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、イオン化室に導入された試料分子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射手段を更に有することが好ましい。このように構成した場合、アパーチャ電極により、エネルギー線照射手段から照射されたエネルギー線がドリフト室内にまで到達するのが制限されることとなり、ドリフト室内で中性化した試料分子が再イオン化するのを防ぐことができる。また、ドリフト室を構成する物質からの二次電子放出が発生し難くなり、イオン化された試料分子の中性化を防ぐことができる。これらの結果、時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができると共に、信号強度やＳ／Ｎの劣化を抑制することができる。
【００１４】
また、アパーチャ電極に形成された開口の内径は、ゲート電極とアパーチャ電極との間隔以上に設定されていることが好ましい。このように構成した場合、ゲート電極側からイオン化室側への電界の滲み込みを適切且つ効果的に発生させることができる。
【００１５】
また、ゲート電極とアパーチャ電極との間に設けられたメッシュ状の補助電極を更に有しており、補助電極には、ゲート電極の電位とアパーチャ電極の電位との間の電位が印加されていることが好ましい。このように構成した場合、ゲート電極の電位が変化しても、ゲート電極側からイオン化室側への電界の安定した滲み込みを発生させることができる。
【００１６】
また、ドリフト室の他端側に連通し、ドリフト室内にドリフトガスを導入するドリフトガス導入手段を更に有しており、アパーチャ電極の少なくとも端部は、ドリフトガスを透過することが好ましい。このように構成した場合、ドリフトガスの流れに乱れが発生するのを抑制することができ、イオン化された試料分子の移動に及ぼす悪影響を低減することができる。また、ドリフト室の内壁近傍に存在する中性化された試料分子を効果的に除去することもできる。
【００１７】
また、アパーチャ電極は、メッシュ状とされていることが好ましい。このように構成した場合、ドリフトガスを確実に透過し得る構成のアパーチャ電極を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１８】
また、アパーチャ電極は、貫通孔を有する板状部材からなることが好ましい。このように構成した場合、ドリフトガスを確実に透過し得る構成のアパーチャ電極を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るイオン移動度検出器について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。図２は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。イオン移動度検出器ＩＭＳ１は、図１に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。イオン化室１及びドリフト室２１内の圧力は、大気圧相当である。なお、本第１実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ１は、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００２１】
イオン化室１は、図２〜図４に示されるように、両端に開口３ａ，３ｂを有する筒状部材３（本実施形態においては、内周断面形状及び外周断面形状が矩形である角形の筒状部材を用いている。）内に形成されており、試料分子をイオン化する領域である。筒状部材３は、電気絶縁性材料からなる。イオン化室１（筒状部材３の内部空間）は、筒状部材３の一方の開口３ａを通してドリフト室２１に連通している。筒状部材３には、試料導入管５と、真空紫外ランプ７が設けられている。
【００２２】
試料導入管５は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給源９及び試料分子を供給する試料分子供給源１１に接続されており、試料導入管５の一端に形成された導入口１３を通してイオン化室１に連通している。キャリアガス供給源９から供給されたキャリアガス及び試料分子供給源１１から供給された試料分子は、混合された状態で、試料導入管５を通ってイオン化室１内に導入される。ここで、試料導入管５は、試料分子をイオン化室１内に導入する試料分子導入手段として機能する。なお、本実施形態において、キャリアガス供給源９と試料分子供給源１１とは試料導入管５に対して直列に接続されているが、並列に接続されていてもよい。
【００２３】
真空紫外ランプ７は、試料導入管５を通してイオン化室１に導入された試料分子に真空紫外光を照射する。真空紫外光が照射された試料分子は、イオン化されることとなる。ここで、真空紫外ランプ７は、イオン化室１に導入された試料分子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射手段として機能する。なお、真空紫外ランプ７としては、希ガス等を利用するエキシマランプやキャピラリ放電管、水素放電ランプを用いることができる。また、真空紫外ランプ７の代わりに、紫外線やＸ線を放出するＤ２ランプ、軟Ｘ線管や、多光子吸収によってイオン化させることができるＵＶレーザを用いることができる。
【００２４】
真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向と試料導入管５を通した試料分子の導入方向とは、図１にも示されるように、互いに交差（本第１実施形態においては、直交）すると共に、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと交差（本第１実施形態においては、直交）する方向に設定されている。なお、本第１実施形態においては、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向、試料導入管５を通した試料分子の導入方向、及び、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌは一点で交差している。
【００２５】
筒状部材３には、試料導入管５を通した試料分子の導入方向で見て導入口１３と対向する位置に、導入された試料分子を排出するための排出口１５が形成されている。イオン化室１は、排出口１５を通して外部空間に連通している。
【００２６】
筒状部材３の他方の開口３ｂは、電子捕集電極１７により塞がれている。この電子捕集電極１７は、試料分子がイオン化される際に発生する電子を捕集するためのものであり、所定の正の電位が印加されている。電子捕集電極１７には、筒状部材３の他方の開口３ｂに内挿される突出部１９が形成されている。
【００２７】
ドリフト室２１は、図２〜図４に示されるように、ドリフト管２３内に形成されており、一端側がイオン化室１に連通し、イオン化室１内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含んでおり、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。即ち、電極２５と電極２５との間に電気絶縁体２７が配置され、電極２５と電極２５とは電気絶縁体２７により電気的に絶縁された状態にある。電極２５及び電気絶縁体２７は、ドリフト室２１内にイオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段として機能する。
【００２８】
ドリフト管２３の一端側には、ゲートシャッターとしてのゲート電極３１が設けられている。ゲート電極３１としては、ブラッドバリー−ニールセン・シャッター（Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎ  ｓｈｕｔｔｅｒ）を用いることができる。ゲート電極３１は、印加される電位が変化することによりイオン化された試料分子を通過させるものであり、一対の電極３１ａと電気絶縁性を有する枠部材３２とを含んでいる。各電極３１ａは、基幹部と当該基幹部から交差する方向に伸びる複数の分岐部とを有した櫛歯形状を呈しており、枠部材３２に互いに噛み合うように配置されている。上記一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、イオン化された試料分子の通過が許容され、当該電位差を０より大きい所定の値とすることにより、イオン化された試料分子の通過が禁止される。したがって、ゲート電極３１にパルス状の信号を供給し、所定の時間、一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、当該所定の時間だけイオン化された試料分子がゲート電極３１を通過することとなる。ゲート電極３１により、イオン化室１とドリフト室２１とが分離されることとなる。ゲート電極３１には、電位を印加するためのリード部３３がドリフト管２３の径方向に突出して設けられている。
【００２９】
ゲート電極３１と筒状部材３との間には、略円板状の電極３５が配置されている。電極３５は、ドリフト管２３を構成する電極２５と同様の形状を有する外周部３７と、当該外周部３７から内側方向に伸びる基部３９とを有している。基部３９には、筒状部材３の一方の開口３ａに連通する開口３９ａと、当該開口３９ａの外周寄りの位置に形成されたガス放出口３９ｂが形成されている。外周部３７にも、ガス放出口３７ａが形成されている。ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、電極３５の基部３９に形成された開口３９ａ及び筒状部材３の一方の開口３ａを通して、イオン化室１に連通している。また、ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、ガス放出口３７ａ，３９ｂを通して、外部空間に連通している。
【００３０】
ドリフト管２３の他端側には、導電性の基板４３が設けられている。基板４３には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４５（本実施形態においては、アノードとして機能する。）と、ドリフトガスをドリフト室２１内に導入するドリフトガス導入管４７が配置されている。
【００３１】
集電極４５は、円板状の部材であり、基板４３に電気絶縁性を有するリング状の部材４６を介して設けられた支持部材にネジ止めされることにより、基板４３に配置されている。リング状の部材４６以外に集電極４５を基板４３と電気的に絶縁する手段としては、集電極４５のリード部をガラス等の電気絶縁材料で封着したり、Ｏリング止めをしたりしてもよい。集電極４５としては、ファラデー・カップ等を用いることができる。集電極４５は、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致するように設けられている。集電極４５の電位は、基板４３と同じ電位に保たれている。
【００３２】
ドリフトガス導入管４７は、ドリフトガスを供給するドリフトガス供給源５１に接続されており、ドリフトガス導入管４７の一端に形成された導入口４９を通してドリフト室２１の他端側に連通している。ドリフトガス供給源５１から供給されたドリフトガスは、ドリフトガス導入管４７を通り、ドリフト室２１内におけるイオン化された試料分子の移動方向に見て集電極４５より前方からドリフト室２１内に導入される。即ち、集電極４５は、ドリフトガスの流れ方向で見て、ドリフトガス導入管４７の導入口４９よりも下流に位置している。
【００３３】
ドリフト室２１の他端側には、メッシュ形状を呈したグリッド電極５３が集電極４５に対向して設けられている。このグリッド電極５３は、電極２５のうちの最も基板４３に近い電極に電気的に接続されており、当該電極と同じ電位とされている。グリッド電極５３は、ドリフト室２１内に形成される電界がゲート電極３１における電位のパルス状の変化により変動するのを抑制する。
【００３４】
集電極４５の外周側には、補助電極５５が配置されている。補助電極５５は、板状部材からなり、その中央部に集電極４５の直径よりも若干大きい内径を有する開口５７が形成されている。補助電極５５は、開口５７内に集電極４５が位置するように、集電極４５と同一平面内に設けられている。補助電極５５の外周部分は、基板４３と接しており、当該基板４３と電気的に接続されている。これにより、補助電極５５の電位は、基板４３と同じ電位に保たれる。また、補助電極５５の電位は、集電極４５の電位と同じである。
【００３５】
補助電極５５には、複数の貫通孔が形成されている。ドリフトガス導入管４７の導入口１３から導入されるドリフトガスは、まず、基板４３と補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間内に流入する。その後、ドリフトガスは、補助電極５５に形成された貫通孔、及び、補助電極５５の内周と集電極４５の外周との間隙を通って、ドリフト室２１内を流れていく。基板４３と補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間は、ドリフトガスのバッファ領域として機能し、ドリフトガスの圧力や流れを緩和して平均化する。なお、補助電極５５は、貫通孔を有する板状部材の他に、メッシュ状の部材としてもよい。
【００３６】
ゲート電極３１と電極３５との間、即ちゲート電極３１よりもイオン化室１側には、図５にも示されるように、アパーチャ電極４１が配置されている。図５は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。
【００３７】
アパーチャ電極４１は、図６にも示されるように、板状部材からなり、中心軸が集電極４５の中心軸と同軸上に位置し且つ集電極４５の中心軸に垂直な面内におけるイオン化室１の内部空間の断面積よりも小さい開口４１ａが形成されている。アパーチャ電極４１は、電極３５とゲート電極３１とで挟持される。アパーチャ電極４１は、電極３５と接触することにより、当該電極３５と電気的に接続され、電極３５と同じ電位に保たれる。アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａの内径は、ゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔以上に設定されている。ゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔は、例えば１．２ｍｍであり、イオン化室１の内径は、例えば１４ｍｍであり、開口４１ａの内径は例えば８ｍｍである。アパーチャ電極４１は、板状部材の他に、図７に示されるように、メッシュ状の部材としてもよい。また、図８に示されるように、板状部材に複数の貫通孔４１ｂを形成してもよい。
【００３８】
ドリフト室２１内に導入されたドリフトガスは、ドリフト室２１内をイオン化室１方向に向かって流れ、ゲート電極３１を通った後、アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａを通って、アパーチャ電極４１と電極３５とで画成される空間に入り、ガス放出口３７ａ，３９ｂから外部に排出される。ドリフト室２１内におけるドリフトガスの流れ方向と、イオン化された試料分子の移動方向とは、反対方向となる。
【００３９】
アパーチャ電極４１がメッシュ状の部材である場合、あるいは、複数の貫通孔４１ｂが形成されている場合、ドリフトガスの一部は、アパーチャ電極４１を透過して、アパーチャ電極４１と電極３５とで画成される空間に入ることとなる。なお、アパーチャ電極４１にドリフトガスを透過する構成を採用する場合、少なくともアパーチャ電極４１の端部（ドリフト管２３（ドリフト室２１）の内壁近傍部分）がドリフトガスを透過する構成となっておればよく、アパーチャ電極４１全体がドリフトガスを透過する構成となっている必要はない。
【００４０】
電極２５，３５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７は、基板４３と抑え板５９とで挟持されている。抑え板５９は、電極２５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７を挟持した状態で、一端側が基板４３に固定された支柱６１の他端側に螺合するナット６３により基板４３に対して固定される。なお、電子捕集電極１７は、抑え板５９にネジ止めされている。
【００４１】
ところで、基板４３、電極２５，３５及び電子捕集電極１７は、隣り合うもの同士が分圧抵抗（図示せず）により電気的に接続されている。分圧抵抗は、ブリーダ回路基板６５上に形成された薄膜状の抵抗体であり、導電性を有するネジ６７を通して基板４３、電極２５，３５及び電子捕集電極１７に電気的に接続される。このネジ６７は、ブリーダ回路基板６５を固定する機能も有している。そして、上述したように、電子捕集電極１７に所定の正の電位を印加し、基板４３を接地すると、図９及び図１０に示されるように、イオン化室１からドリフト室２１にわたって、電界が形成される。この電界により、イオン化された試料分子は、イオン化室１からドリフト室２１に移動し、ドリフト室２１内を集電極４５に向けて移動する。なお、図９は、ドリフト室における電界分布とイオン化された試料分子の移動軌跡を示す図であり、図１０は、イオン化室における電界分布とイオン化された試料分子の移動軌跡を示す図である。図９及び図１０中、実線はイオン化された試料分子の移動軌跡を示し、一点鎖線はイオン化室１及びドリフト室２１における電界電界の等電位面を示している。
【００４２】
なお、図９と図１０とでは、各電極２５等に設定されている電位が異なっている。図９中、電極２５、ゲート電極３１及び基板４３に設定されている電位（＋）はそれぞれ、
ゲート電極３１                                        ：１．７４ｋＶ
ゲート電極３１の隣の電極２５                          ：１．６ｋＶ
…
グリッド電極５３が電気的に接続された電極２５          ：０．１ｋＶ
基板４３                                              ：０Ｖ
である。また、図１０中、電極２５、ゲート電極３１及び基板４３に設定されている電位（＋）はそれぞれ、
電子捕集電極１７                                      ：１．５ｋＶ
電極３５（アパーチャ電極４１）                        ：１．３５ｋＶ
ゲート電極３１                                        ：１．２５ｋＶ
である。図１０から理解できるように、アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａにより、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みが発生している。
【００４３】
続いて、上述した構成を有するイオン移動度検出器ＩＭＳ１の測定原理を簡単に説明する。イオン化室１にてイオン化された試料分子（以下、単にイオンと称する）を、ゲート電極３１にパルス状の電圧を印加して電位を変化させることで、図９にも示されるように、アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａを通ってドリフト室２１内に導入する。このとき、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みにより、イオン化された試料分子が有効的に集電極４５の中心軸（ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ）上に集められることとなる。ドリフト室２１に導入されたパルス状のイオン群は、ドリフトガス導入管４７より導入されたドリフトガスの分子の影響を受けることで時間的遅れを持って移動し、ドリフト室２１内に形成されたほぼ均一の電界に沿って集電極４５に到達する。集電極４５に到達したイオン群はパルス状の電気信号として出力され、当該電気信号に基づいて、ゲート電極３１から集電極４５までの到達時間（飛行時間（ＴＯＦ）、集電極４５に到達したイオン群の量等が検出される。上記到達時間からイオン移動度を求めることができ、試料分子の同定が可能となる。また、電気信号の応答波形の積分値もしくはピーク値から、試料分子の定量が可能となる。
【００４４】
以上のように、本第１実施形態によれば、アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａにより、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みが発生し、イオン化された試料分子が有効的に集電極４５の中心軸（ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ）上に集められることとなる。これにより、イオン化された試料分子のドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌに直交する方向への分散が小さくなる。また、イオン化室１の空間断面積を小さくする必要がないので、イオン化室１内における試料分子の挙動に乱れが生じたり、試料分子が効率良くイオン化されなかったり、イオン化された試料分子の一部しかドリフト室２１内に導入できなかったりといった問題が生じるようなこともない。これらの結果、イオン移動度検出器ＩＭＳ１における時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができる。
【００４５】
また、本第１実施形態においては、アパーチャ電極４１により、真空紫外ランプ７から照射された真空紫外光がドリフト室２１内にまで到達するのが制限されることとなり、ドリフト室２１内で中性化した試料分子が再イオン化するのを防ぐことができる。また、ドリフト室２１を構成する物質（電極２５や集電極４５等）からの二次電子放出が発生し難くなり、イオン化された試料分子の中性化を防ぐことができる。これらの結果、イオン移動度検出器ＩＭＳ１における時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができると共に、信号強度やＳ／Ｎの劣化を抑制することができる。
【００４６】
また、本第１実施形態において、アパーチャ電極４１に形成された開口４１ａの内径は、ゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔以上に設定されている。これにより、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みを適切且つ効果的に発生させることができる。
【００４７】
また、本第１実施形態において、アパーチャ電極４１の少なくとも端部は、ドリフトガスを透過する。これにより、ドリフトガスの流れに乱れが発生するのを抑制することができ、イオン化された試料分子の移動に及ぼす悪影響を低減することができる。また、ドリフト室２１（ドリフト管２３）の内壁近傍に存在する中性化された試料分子を効果的に除去することもできる。
【００４８】
また、本第１実施形態において、アパーチャ電極４１は、メッシュ状とされている。この場合、ドリフトガスを確実に透過し得る構成のアパーチャ電極４１を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００４９】
また、本第１実施形態において、アパーチャ電極４１は、貫通孔４１ｂを有する板状部材からなる。この場合、ドリフトガスを確実に透過し得る構成のアパーチャ電極４１を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図１２は、図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。図１３は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。第２実施形態のイオン移動度検出器ＩＭＳ２は、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向の点で第１実施形態のイオン移動度検出器ＩＭＳ１と相違する。なお、本第２実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ２も、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００５１】
イオン移動度検出器ＩＭＳ２は、図１１〜図１３に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。
【００５２】
真空紫外ランプ７は、筒状部材３の他方の開口３ｂを塞ぐように、当該開口３ｂ内に挿入されて設けられている。真空紫外ランプ７及び抑え板５９には、真空紫外ランプ７を内挿する貫通孔が形成されている。真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向は、試料導入管５を通した試料分子の導入方向と交差（本第２実施形態においては、直交）すると共に、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致する方向に設定されている。
【００５３】
真空紫外ランプ７の前方には、イオン化室１に臨んで、電子捕集電極１７に電気的に接続されたメッシュ状の電極７１が設けられている。この電極７１は、試料分子がイオン化される際に発生する電子を捕集するためのものであり、電子捕集電極１７を通して所定の正の電位が印加されている。
【００５４】
以上のように、本第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同じく、イオン移動度検出器ＩＭＳ２における時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができる。
【００５５】
また、本第２実施形態においては、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致する方向に設定されているものの、アパーチャ電極４１により、真空紫外ランプ７から照射された真空紫外光がドリフト室２１内にまで到達するのが制限されることとなる。このため、上述した第１実施形態と同様に、イオン移動度検出器ＩＭＳ２における時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができると共に、信号強度やＳ／Ｎの劣化を抑制することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図１５は、図１４におけるＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。図１６は、第３実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。第３実施形態のイオン移動度検出器ＩＭＳ３は、電極３５がアパーチャ電極を兼ねる点で第１実施形態のイオン移動度検出器ＩＭＳ１と相違する。なお、本第３実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ３も、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００５７】
イオン移動度検出器ＩＭＳ３は、図１４〜図１６に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。
【００５８】
電極３５の基部３９に形成された開口３９ａは、その中心軸が集電極４５の中心軸と同軸上に位置し且つ集電極４５の中心軸に垂直な面内におけるイオン化室１の内部空間の断面積よりも小さい開口面積を有している。電極３５の基部３９に形成された開口３９ａの内径は、ゲート電極３１と電極３５（基部３９）との間隔以上に設定されている。これにより、電極３５の基部３９がアパーチャ電極として機能し、電極３５の基部３９に形成された開口３９ａにより、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みが発生することとなる。
【００５９】
以上のように、本第３実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、イオン移動度検出器ＩＭＳ３における時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することができる。
【００６０】
なお、ゲート電極３１と電極３５（基部３９）との間隔は、第１実施形態におけるゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔に比して大きくなるため、開口３９ａの内径はアパーチャ電極４１の開口４１ａと比較して大きくなってしまう。このため、イオン移動度検出器ＩＭＳ３は、第１実施形態のイオン移動度検出器ＩＭＳ１と比較すると、真空紫外ランプ７から照射された真空紫外光のドリフト室２１内への到達を制限する作用や、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みが弱くなり、時間分解能及び検出効率の劣化を抑制する効果は低くなってしまう。
【００６１】
続いて、図１７に基づいて、第３実施形態の変形例を説明する。図１７は、第３実施形態に係るイオン移動度検出器の変形例に含まれるゲートシャッター周辺を示す断面図である。
【００６２】
ゲート電極３１と電極３５の基部３９（アパーチャ電極）との間には、メッシュ状の補助電極７３が設けられている。補助電極７３は、ゲート電極３１の枠部材３２と電気絶縁体７５とで挟持されており、ゲート電極３１及び電極３５とは電気的に接続されていない。この補助電極７３には、ゲート電極３１の電位と電極３５の電位との間の電位が印加されている。本実施形態においては、補助電極７３には、ゲート電極３１よりも高く且つ電極３５よりも低い電位が印加されている。
【００６３】
このように、ゲート電極３１と電極３５の基部３９との間に補助電極７３を配置し、この補助電極７３にゲート電極３１の電位と電極３５の電位との間の電位が印加すると、イオン化された試料分子をゲート電極３１を通過させるためにゲート電極３１の電位を変化させても、ゲート電極３１側からイオン化室１側への電界の滲み込みを安定した発生させることができる。
【００６４】
また、補助電極７３を配置し、補助電極７３を通して電界が滲み込んだ場合、補助電極７３はゲート電極３１よりも電極３５の基部３９（アパーチャ電極）に近接しているため、補助電極７３を設けない場合に比して、アパーチャ径（開口３９ａの内径）を小さくすることができる。この結果、エネルギー線のドリフト室２１内への侵入をより一層抑制することができる。
【００６５】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ゲート電極３１とアパーチャ電極４１との間隔、イオン化室１の内径、及び、開口４１ａの内径等の値は、上述した値に限られるものではない。
【００６６】
また、本実施形態においては、本発明を、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器ＩＭＳに適用しているが、これに限られることなく、試料分子を陰イオン化し、陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器にも本発明を適用することができる。陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器の場合、電位配置は、上記イオン移動度検出器ＩＭＳの電位配置とは逆の関係になる。また、ＧＮＤ（接地）の位置は、任意に設定することができる。そして、陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器の場合、アパーチャ電極には、ゲート電極よりも低い電位が印加されることとなる。
【００６７】
また、第２実施形態においては、エネルギー線としての真空紫外光の照射方向をドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致する方向に設定しているが、これに限られるものではない。例えば、エネルギー線の照射方向をドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌから平行にオフセットして設定してもよい。この場合、エネルギー線のドリフト室２１内への侵入をより一層抑制することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、時間分解能及び検出効率の劣化を抑制することが可能なイオン移動度検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。
【図６】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるアパーチャ電極の一例を説明するための斜視図である。
【図７】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるアパーチャ電極の一例を説明するための斜視図である。
【図８】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるアパーチャ電極の一例を説明するための斜視図である。
【図９】ドリフト室における電界分布とイオン化された試料分子の移動軌跡を示す図である。
【図１０】イオン化室における電界分布とイオン化された試料分子の移動軌跡を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図１２】図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。
【図１４】第３実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図１５】図１４におけるＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。
【図１６】第３実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるイオン化室周辺を示す断面図である。
【図１７】第３実施形態に係るイオン移動度検出器の変形例に含まれるゲートシャッター周辺を示す断面図である。
【符号の説明】
１…イオン化室、３…筒状部材、５…試料導入管、７…真空紫外ランプ、１７…電子捕集電極、２１…ドリフト室、２３…ドリフト管、２５…電極、２７…電気絶縁体、３１…ゲート電極、３５…電極、４１…アパーチャ電極、４１ａ…開口、４３…基板、４５…集電極、４７…ドリフトガス導入管、６５…ブリーダ回路基板、６９…メッシュ状電極、７３…補助電極、ＩＭＳ１〜ＩＭＳ３…イオン移動度検出器、Ｌ…ドリフト室の長手方向中心軸。
【図１】
2004356072.tif 000003
【図２】
2004356072.tif 000004
【図３】
2004356072.tif 000005
【図４】
2004356072.tif 000006
【図５】
2004356072.tif 000007
【図６】
2004356072.tif 000008
【図７】
2004356072.tif 000009
【図８】
2004356072.tif 000010
【図９】
2004356072.tif 000011
【図１０】
2004356072.tif 000012
【図１１】
2004356072.tif 000013
【図１２】
2004356072.tif 000014
【図１３】
2004356072.tif 000015
【図１４】
2004356072.tif 000016
【図１５】
2004356072.tif 000017
【図１６】
2004356072.tif 000018
【図１７】
2004356072.tif 000019