(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】イオン移動度検出器ＩＭＳは、イオン化室１とドリフト室２１とを有する。イオン化室１は、筒状部材３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。試料導入管５は、試料分子をイオン化室１内に導入する。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、互いに交差すると共に、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと交差する方向に設定されている。また、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、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。【選択図】  図２
2004356068.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、を備えたイオン移動度検出器であって、
前記イオン化室に導入口を通して連通し、前記ドリフト室の長手方向中心軸と交差する方向から前記試料分子を前記イオン化室内に導入する試料分子導入手段と、
前記ドリフト室の長手方向中心軸と交差する方向からエネルギー線を前記イオン化室に導入された前記試料分子に照射するエネルギー線照射手段と、を有し、
前記イオン化室には、前記試料分子導入手段による前記試料分子の導入方向で見て前記導入口と対向する位置に、導入された前記試料分子を排出するための排出口が設け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】
前記ドリフト室の長手方向中心軸と、前記試料分子導入手段による前記試料分子の導入方向と、前記エネルギー線照射手段による前記エネルギー線の照射方向とが、一点で交差し且つ互いに直交し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３】
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、
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おける前記イオン化された試料分子の移動方向に見て前記集電極より前方からドリフトガスを前記ドリフト室内に導入するドリフトガス導入手段と、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４】
前記集電極に対向して設けられたグリッド電極を更に有しており、
前記グリッド電極は、
前記集電極の中心軸近傍に位置するメッシュ部と、
前記メッシュ部を囲み、当該メッシュ部における前記ドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部と、を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のイオン移動度検出器。
【請求項５】
前記外周部は、前記メッシュ部のメッシュ粗さよりも細かいメッシュからなることを特徴とする請求項４に記載のイオン移動度検出器。
【請求項６】
前記外周部は、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４に記載のイオン移動度検出器。
【請求項７】
前記外周部は、
当該外周部の外縁側に位置し、前記メッシュ部における前記ドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第１の部分と、
当該外周部の内縁側に位置し、前記第１の部分における前記ドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第２の部分と、を含んでいることを特徴とする請求項４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、試料分子をイオン化室内に導入する試料分子導入手段と、エネルギー線をイオン化室に導入された試料分子に照射するエネルギー線照射手段と、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劣化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】
エネルギー線照射手段によるエネルギー線の照射方向がドリフト室の長手方向中心軸と一致する場合、エネルギー線がドリフト室内にまで到達し、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。
【０００７】
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。
【０００８】
試料分子導入手段による試料分子の導入方向がドリフト室の長手方向中心軸と一致する場合、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、測定を複数回繰り返す場合には、前回測定した試料分子がイオン化室内に残留していると、残留している試料分子が次回の測定の際にイオン化されてしまい、正確な測定結果を得ることができなくなってしまう。
【０００９】
かかる研究結果を踏まえ、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、を備えたイオン移動度検出器であって、イオン化室に導入口を通して連通し、ドリフト室の長手方向中心軸と交差する方向から試料分子をイオン化室内に導入する試料分子導入手段と、ドリフト室の長手方向中心軸と交差する方向からエネルギー線をイオン化室に導入された試料分子に照射するエネルギー線照射手段と、を有し、イオン化室には、試料分子導入手段による試料分子の導入方向で見て導入口と対向する位置に、導入された試料分子を排出するための排出口が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係るイオン移動度検出器では、エネルギー線照射手段によるエネルギー線の照射方向がドリフト室の長手方向中心軸と交差するので、エネルギー線がドリフト室内にまで到達することはなく、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、試料分子導入手段による試料分子の導入方向がドリフト室の長手方向中心軸と交差するので、イオン化された試料分子に慣性力が与えられることはなく、イオン化された試料分子の軌道が乱れるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明においては、試料分子導入手段から導入された試料分子は、試料分子導入手段による試料分子の導入方向で見て導入口と対向する位置に設けられた排出口から排出されることとなる。このため、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のを抑制して、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るのを抑制することができる。また、測定後にイオン化室内に残留する試料分子の量を大幅に低減することができる。
【００１２】
これらの結果、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できる。
【００１３】
また、ドリフト室の長手方向中心軸と、試料分子導入手段による試料分子の導入方向と、エネルギー線照射手段によるエネルギー線の照射方向とが、一点で交差し且つ互いに直交していることが好ましい。このように構成した場合、時間分解能及び検出効率の劣化をより一層効果的に抑制することができる。また、試料分子導入手段によりイオン化室内に導入された試料分子にエネルギー線を確実且つ適切に照射することができ、試料分子を効率良くイオン化することができる。
【００１４】
また、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、ドリフト室の他端側に連通し、ドリフト室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より前方からドリフトガスをドリフト室内に導入するドリフトガス導入手段と、を更に有することが好ましい。このように構成した場合、集電極近傍に存在する中性化された試料分子がイオン化された試料分子の移動方向に見て集電極より前方から導入するドリフトガスにより除去されることとなる。この結果、イオン化された試料分子の集電極への到達が集電極近傍に存在する中性化された試料分子により遅れてしまうことはなく、時間分解能の劣化をより一層抑制することができる。
【００１５】
また、集電極に対向して設けられたグリッド電極を更に有しており、グリッド電極は、集電極の中心軸近傍に位置するメッシュ部と、メッシュ部を囲み、当該メッシュ部におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部と、を含んでいることが好ましい。このように構成した場合、ドリフトガスがメッシュ部を透過しやすくなることから、集電極近傍に存在する中性化された試料分子のドリフトガスにより除去効果をより一層高めることができる。また、外周部を透過するドリフトガスの量が少なくなるので、ドリフト室の内壁近傍でドリフトガスの流れに乱れが生じるのを抑制でき、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。
【００１６】
また、移動途中においてドリフト室の長手方向中心軸に交差する方向に分散し、ドリフト室の長手方向中心軸から離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子を外周部で中性化することにより、当該イオン化された試料分子が集電極に到達するのが阻止されることとなる。この結果、集電極からの出力に時間的な遅れ成分が含まれるのを防ぎ、時間分解能が劣化するのをより一層抑制することができる。
【００１７】
また、エネルギー線照射手段によるエネルギー線の照射方向がドリフト室の長手方向中心軸と交差しているので、エネルギー線照射手段から照射されたエネルギー線が集電極に到達するようなことは生じず、集電極からの出力にノイズが発生し難くなる。また、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を構成する物質に到達するようなこともなく、当該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ぎ、信号強度やＳ／Ｎの劣化を抑制することができる。
【００１８】
また、外周部は、メッシュ部のメッシュ粗さよりも細かいメッシュからなることが好ましい。このように構成した場合、メッシュ部におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部を簡易且つ低コストで実現することができる。また、外周部もドリフトガスを透過することになるので、外周部周辺、特に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ができる。
【００１９】
また、外周部は、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、メッシュ部におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部を簡易且つ低コストで実現することができる。また、外周部もドリフトガスを透過することになるので、外周部周辺、特に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ができる。
【００２０】
また、外周部は、当該外周部の外縁側に位置し、メッシュ部におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第１の部分と、当該外周部の内縁側に位置し、第１の部分におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第２の部分と、を含んでいることが好ましい。このように構成した場合、メッシュ部近傍におけるドリフトガスの洗浄効果を高めるとともに、移動途中にドリフト室の長手方向中心軸に交差する方向に分散し、ドリフト室の長手方向中心軸から離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子の中でも、特に集電極に入射する可能性が高いものを第２の部分にてブロックすることによって、時間分解能の劣化を効果的に抑制することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は、本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、本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ＩＭＳ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、本実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
ドリフト管２３の他端側には、図５にも示されるように、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。図５は、本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる基板周辺を示す断面図である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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、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。
【００３５】
ドリフト室２１の他端側には、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、図６に示されるように、集電極４５の中心軸近傍に位置するメッシュ部５５と、メッシュ部５５を囲み、当該メッシュ部５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部５７とを含んでいる。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の外周部５７は、板状部材からなる。
【００３６】
なお、外周部５７は、板状部材の他に、図７に示されるように、メッシュ部５５のメッシュ粗さよりも細かいメッシュとしてもよい。また、図８に示されるように、板状部材に複数の貫通孔５７ａを形成してもよい。
【００３７】
また、外周部５７は、図９に示されるように、当該外周部５７の外縁側に位置し、メッシュ部５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第１の部分５７ｂと、当該外周部５７の内縁側に位置し、第１の部分５７ｂにおけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第２の部分５７ｃとを含む構成としてもよい。第２の部分５７ｃは、図９に示されるように、板状部材における貫通孔５７ａが形成されていない領域からなり、集電極４５の外周縁の前方（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後方）に位置している。第１の部分５７ｂは、板状部材における貫通孔５７ａが形成された領域からなり、ドリフト室２１の内壁近傍に位置する。なお、第１の部分５７ｂは、メッシュとしてもよい。
【００３８】
グリッド電極５３のメッシュ部５５は、円形状を呈しており、メッシュ部５５の直径（外周部５７の内側直径）は、集電極４５の直径よりも小さく設定されている。このように、メッシュ部５５の直径を集電極４５の直径よりも小さく設定することで、集電極４５に到達するイオン化された試料分子を制限することができる。すなわち、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ付近をドリフト室２１内に形成される電界に概ね垂直に移動するイオン化された試料分子が主として集電極４５に到達することとなる。なお、メッシュ部５５の直径（外周部５７の内側直径）は、集電極４５の直径と同等に設定してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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１０は、イオン化室及び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。また、各電極２５等に設定されている電位（＋）はそれぞれ、
電子捕集電極１７                                      ：２．１ｋＶ
電極３５                                              ：１．６７ｋＶ
ゲート電極３１                                        ：１．５７ｋＶ
ゲート電極３１の隣の電極２５                          ：１．５１２ｋＶ
…
グリッド電極５３が電気的に接続された電極２５の隣の電極２５：２１５Ｖ
グリッド電極５３が電気的に接続された電極２５          ：５３Ｖ
基板４３                                              ：０Ｖ
である。
【００４１】
筒状部材３と電極３５との間には、メッシュ状電極６９が配置されている。メッシュ状電極６９は、筒状部材３と電極３５とで挟持されており、電極３５と同じ電位とされる。このメッシュ状電極６９は、筒状部材３の一方の開口３ａ近傍に位置することとなり、イオン化室１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。また、グリッド電極５３のメッシュ部５５も、メッシュ状電極６９と同様に、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。
【００４２】
続いて、上述した構成を有するイオン移動度検出器ＩＭＳ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、ドリフト室２１内に導入する。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。
【００４３】
以上のように、本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と交差するので、真空紫外光がドリフト室２１内にまで到達することはなく、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、試料導入管５を通した試料分子の導入方向がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと交差するので、イオン化された試料分子に慣性力が与えられることはなく、イオン化された試料分子の軌道が乱れるのを防ぐことができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、試料導入管５を通して導入された試料分子は、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と対向する位置に設けられた排出口１５から排出されることとなる。このため、イオン化室１内に導入された試料分子によりイオン化室１内に試料分子の対流が生じるのを抑制して、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るのを抑制することができる。また、測定後にイオン化室１内に残留する試料分子の量を大幅に低減することができる。
【００４５】
これらの結果、本実施形態によれば、イオン移動度検出器ＩＭＳの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。
【００４６】
また、本実施形態においては、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと、試料導入管５を通した試料分子の導入方向と、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向とが、一点で交差し且つ互いに直交している。これにより、イオン移動度検出器ＩＭＳの時間分解能及び検出効率の劣化をより一層効果的に抑制することができる。また、試料導入管５を通してイオン化室１内に導入された試料分子に真空紫外光を確実且つ適切に照射することができ、試料分子を効率良くイオン化することができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、ドリフト室２１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４５と、ドリフト室２１の他端側に連通し、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とを更に有している。これにより、集電極４５近傍に存在する中性化された試料分子がイオン化された試料分子の移動方向に見て集電極４５より前方から導入するドリフトガスにより除去されることとなる。この結果、イオン化された試料分子の集電極４５への到達が集電極４５近傍に存在する中性化された試料分子により遅れてしまうことはなく、イオン移動度検出器ＩＭＳの時間分解能の劣化をより一層抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、集電極４５に対向して設けられたグリッド電極５３を更に有しており、グリッド電極５３は、集電極４５の中心軸近傍に位置するメッシュ部５５と、メッシュ部５５を囲み、当該メッシュ部５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部５７とを含んでいる。これにより、ドリフトガスがメッシュ部５５を透過しやすくなることから、集電極４５近傍に存在する中性化された試料分子のドリフトガスにより除去効果をより一層高めることができる。また、外周部５７を透過するドリフトガスの量が少なくなるので、ドリフト室２１の内壁近傍でドリフトガスの流れに乱れが生じるのを抑制でき、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。
【００４９】
また、移動途中においてドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌに交差する方向に分散し、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌから離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子を外周部５７で中性化することにより、当該イオン化された試料分子が集電極４５に到達するのが阻止されることとなる。この結果、集電極４５からの出力に時間的な遅れ成分が含まれるのを防ぎ、イオン移動度検出器ＩＭＳの時間分解能が劣化するのをより一層抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、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と交差しているので、真空紫外ランプ７から照射された真空紫外光が集電極４５に到達するようなことは生じず、集電極４５からの出力にノイズが発生し難くなる。また、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を構成する物質（電極２５や集電極４５等）に到達するようなこともなく、当該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ぎ、信号強度やＳ／Ｎの劣化を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態において、外周部５７は、メッシュ部５５のメッシュ粗さよりも細かいメッシュ、あるいは、貫通孔５７ａを有する板状部材としてもよい。この場合、メッシュ部５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部５７を簡易且つ低コストで実現することができる。また、外周部５７もドリフトガスを透過することになるので、外周部５７周辺、特にドリフト室２１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ができる。
【００５２】
また、本実施形態において、外周部５７は、当該外周部５７の外縁側に位置し、メッシュ部５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第１の部分５７ｂと、当該外周部５７の内縁側に位置し、第１の部分５７ｂにおけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する第２の部分５７ｃとを含んでいる。これにより、メッシュ部５５近傍におけるドリフトガスの洗浄効果を高めるとともに、移動途中にドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌに交差する方向に分散し、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌから離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子の中でも、特に集電極４５に入射する可能性が高いものを第２の部分５７ｃにてブロックすることによって、イオン移動度検出器ＩＭＳの時間分解能の劣化を効果的に抑制することができる。
【００５３】
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、本実施形態においては、試料分子とキャリアガスとは、混合された状態で試料導入管５を通してイオン化室１内に導入する構成としているが、それぞれが独立してイオン化室１内に導入する構成としてもよい。この場合、排出口１５の位置は、キャリアガスによる試料分子の流れ方向を考慮して設定することになる。
【００５４】
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。
【００５５】
【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】本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】本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】本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる基板周辺を示す断面図である。
【図６】本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるグリッド電極の一例を説明するための斜視図である。
【図７】本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるグリッド電極の一例を説明するための斜視図である。
【図８】本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるグリッド電極の一例を説明するための斜視図である。
【図９】本実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれるグリッド電極の一例を説明するための斜視図である。
【図１０】イオン化室及び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。
【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、１３…導入口、１５…排出口、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、３７…外周部、３７ａ…ガス放出口、３９…基部、３９ｂ…ガス放出口、４３…基板、４５…集電極、４７…ドリフトガス導入管、５３…グリッド電極、５５…メッシュ部、５７…外周部、５７ａ…貫通孔、６５…ブリーダ回路基板、６９…メッシュ状電極、ＩＭＳ…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】
2004356068.tif 000003
【図２】
2004356068.tif 000004
【図３】
2004356068.tif 000005
【図４】
2004356068.tif 000006
【図５】
2004356068.tif 000007
【図６】
2004356068.tif 000008
【図７】
2004356068.tif 000009
【図８】
2004356068.tif 000010
【図９】
2004356068.tif 000011
【図１０】
2004356068.tif 000012