(57)【要約】  二つのドリフトチャンバとそれらに共通のドープされた反応領域とを有するイオン移動度スペクトロメータである。各ドリフトチャンバは、高電場を用いてドープされたイオンを解離させるようなイオン改質手段を含む。ドリフトチャンバのうち、一方はドープされ、他方はドープされない。このようにして、ドーパント付加物はイオン改質処理により除去されて、ドープされたチャンバ内でのみドーパントとの再結合がなされ、二つのドリフトチャンバから異なる出力が生成される。
2010520597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのドリフトチャンバ（１１、２１）と、それらに共通の反応領域（２）と、を有するイオン移動度スペクトロメータにおいて、
検体サンプルが前記ドリフトチャンバのそれぞれに供給される前に全ての前記検体サンプルがドープされるよう、前記反応領域が、ドープされ、
前記各ドリフトチャンバには、イオン改質手段（１４、２４）が設けられ、
前記二つのドリフトチャンバのうちの一方がドープされたドリフトチャンバ（１１）とされるとともに、他方がドープされていないドリフトチャンバ（１２）とされ、かつ、
ドープされた検体イオンが前記ドープされていないドリフトチャンバ内において、イオンの改質がなされた時には、ドーパント付加物が除去されるが、前記ドープされた検体イオンが前記ドープされたドリフトチャンバ内において、イオンの改質がされた時には、前記検体イオンが前記ドープされたドリフトチャンバ内のドーパントと結合することによって、前記二つのドリフトチャンバから異なる出力が生成される
ことを特徴とするイオン移動度スペクトロメータ。
【請求項２】
前記少なくとも一つのイオン改質手段が、イオンの解離を生じさせるために十分な強度を有する高電界を印加する手段を有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スペクトロメータ。
【請求項３】
前記少なくとも一つのイオン改質手段が、温度を上げる手段を有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スペクトロメータ。
【請求項４】
前記二つのドリフトチャンバが背面合わせで配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のイオン移動度スペクトロメータ。
【請求項５】
前記反応領域内のドーパントと前記ドープされたドリフトチャンバ内のドーパントとが同一にされることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のイオン移動度スペクトロメータ。
【請求項６】
前記反応領域内のドーパントと前記ドープされたドリフトチャンバ内のドーパントとが異にされることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のイオン移動度スペクトロメータ。
【請求項７】
前記ドープされたチャンバが、ドープされた分子フィルタを有する手段によりドープされることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のイオン移動度スペクトロメータ。
【請求項８】
前記イオン移動度スペクトロメータが、既知の妨害物質に対応するピークが検出された時に前記イオン改質手段の動作が開始するよう構成されることによって、前記ドープされていないドリフトチャンバ（１１）内でのみ前記ドーパント付加物が除去されることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のイオン移動度スペクトロメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つのドリフトチャンバ及び共通の反応領域を有するイオン移動度スペクトロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分析は、爆発物、有害な化学物質およびその他の気体の検出のために一般的に用いられる技法である。イオン移動度スペクトロメータ（ＩＭＳ）は、典型的には検出セルを有し、ここに被検物又は検体を含有する空気のサンプルが気体又は蒸気として連続的に供給される。検出セルは大気圧下又は大気圧付近下で動作するとともに、検出セルに沿った電圧勾配を発生させるためのエネルギーが与えられる電極を有する。空気サンプル中の分子は、放射能源やＵＶ源を用いて又はコロナ放電によってイオン化され、一方の端にある静電ゲートによって検出セルのドリフト領域内に入れられる。イオン化された分子はイオンの移動度に依存する速度で検出セルの反対の端に流される。検出セルに沿った飛行の飛行時間を測定することによりイオンの識別が可能である。
【０００３】
検出精度を向上させるための常套手段として、検体物質にドーパント物質を添加することで類似するスペクトル出力を生成する妨害物質と前記検体物質とを区別する方法が用いられている。ドーパントとしては、検出対象物質と結合するものを選択し、ドープされた検体物質とドープされていない検体物質とに対応する一対の区別可能なスペクトルピークが生成されるようにする。ドーパントとしてはまた、妨害物質と結合しないもの、または、結合しても簡単に検出対象物質と区別可能な出力を生成するものを選択する。高電界を印加することによってイオンが改質されるようなイオン改質手段(ion modifier)中において、ドーパント付加物を特定のイオンから除去することができる。しかしながら、これはイオン改質手段のある領域にドーパントが無い場合のみ有効であり、なぜならば、ドーパントがあると再結合してしまうからである。あるいは、温度を上げることでドーパント付加物を除去することができる。しかしながら、ドーパント付加物はドリフト領域の全方向に沿って徐々に除去されるので、ドープされていない及びドープモノマーの鋭いピークが生成される代わりに、二つのピークの間に橋がかかったような歪んだピークが生成されてしまう。
【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、ドーパント付加物を用いて妨害物質と検体物質とを区別して検体物質を検出する際に、高精度な検出を可能とするイオン移動度スペクトロメータを提供することである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の一側面によれば、全ての検体サンプルが各ドリフトチャンバに供給される前にドーピングされるよう、反応領域がドープされたイオン移動度スペクトロメータであって、各ドリフトチャンバがイオン改質手段を有し、一方のドリフトチャンバはドープされかつ他方のドリフトチャンバはドープされないことで、ドープされていないドリフトチャンバ内でドープされた検体イオンに対するイオンの改質がなされた時にドーパント付加物が除去され、一方で、ドープされたドリフトチャンバ内でドープされた検体イオンに対するイオンの改質がなされた時に前記検体イオンがドープされたドリフトチャンバ内のドーパントと結合することによって、二つのドリフトチャンバから異なる出力が提供されることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【０００６】
また、本発明の別の側面によれば、少なくとも一つのイオン改質手段が、イオンを寸断するのに十分な高電界を印加する手段を有することを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【０００７】
また、本発明の別の側面によれば、少なくとも一つのイオン改質手段が、温度を上昇させることができることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【０００８】
また、本発明の別の側面によれば、二つのドリフトチャンバが、好ましくは背面合わせに連続して配置されることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【０００９】
また、本発明の別の側面によれば、反応領域及びドープされたドリフトチャンバ内のドーパントが、同一又は異なるとされることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【００１０】
また、本発明の別の側面によれば、ドープされたチャンバは、ドープされた分子フィルタによってドープされることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【００１１】
また、本発明の別の側面によれば、イオン移動度スペクトロメータは、ドーパント付加物がドープされていないチャンバ内でのみ除去されるように、既知の妨害物質に対応するピークの検出に応じてイオン改質手段の動作を開始するよう配されていることを特徴とする上記のような構成を有するイオン移動度スペクトロメータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のイオン移動度スペクトロメータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明によるイオン移動度スペクトロメータを、実施例とともに図面を参照して説明する。
【００１４】
イオン移動度スペクトロメータは、中央に配置された反応領域または反応チャンバ２と流入口３とを有するとともに、それらによってＴ字状に形成された筒状のドリフトセルアセンブリ１を有している。イオン移動度スペクトロメータは、大気圧下又は大気圧付近下で動作する。流入口３は反応チャンバ２の上側端において、膜、ピンホールなどの選択壁４を介して開口している。反応チャンバ２は、図１に示されるコロナイオン化ポイント５またはその他にも放射能源やＵＶ源などの代替的な従来のイオン化手段を含む。反応チャンバは、従来のドーピング手段６、例えば吸収剤中のドーパント化学物質をゆっくりとした割合で解放して熱供給する手段を含む。
【００１５】
反応チャンバ２の下端は二つのドリフトチャンバまたはセル１１及び２１と連結し、セル１１及び２１は、その流入端１２及び２２が中心部に設置されかつ反応チャンバ内に開口するように、互いに軸方向に背を向けるように配される。この対のＩＭＳドリフトセルの構造は米国特許第５２２７６２８に開示されている。各セル１１及び２１は従来の静電ゲート１３及び２３を含み、これを用いて、反応チャンバ２からのイオンがセル内に入れられる、または、セルから除かれる。ゲート１３及び２３の動作は処理ユニット２０によって制御される。各セル１１及び２１のゲート１３及び２３の下流側には、取り付けられたイオン改質手段が、セルの軸方向に沿うイオン流路に対して横方向に伸びる一対の平行な電極グリッド１４及び２４の形で設けられている。
【００１６】
電極グリッド１４及び２４はイオンがそれらを自由に通過することができるような構成となっており、そのため、電極グリッドは、好ましくはイオンが通過して流れることのできる空間を有しているとともに伝導性を有するワイヤのメッシュから形成されている。電極グリッド１４及び２４は処理ユニット２０に接続され、この処理ユニット２０は、両グリッド間の空間に存在するどのようなイオンに対しても例えばイオンを解離 (fragmentation)させてその性質を改質することのできる、十分な高電圧を両グリッド間に印加することができる。このような高電界の印加はさらに、イオンからドーパント付加物を除去する効果を奏する。各セル１１及び２１は、複数の一般的な種類のドリフト電極１５及び２５を有している。前記ドリフト電極１５及び２５は、前記セルに沿って間隔をあけて配置されているとともに、イオンを遠端側に引き寄せるためのセルに沿った電位勾配を発生させる電圧を前記電極に印加する、処理又は制御ユニット２０に接続されている。イオン改質手段は種々の異なる構造であってもよく、また、例えばイオンを改質させることのできる十分な温度にまで温度を上げることのできるヒーターを含んでもよい。
【００１７】
各セル１１及び２１の遠端には、収集板または検出板１６及び２６がイオンの流路と同じ直線上に配置され、それぞれのセルの長手方向に沿って通過してきたイオンを受ける。各収集板１６及び２６は、処理または制御ユニット２０に接続され、収集板に衝突したイオンに対応する出力スペクトルを一般的な方法で生成する。この出力はディスプレイ２１またはその他の利用手段へと提供される。
【００１８】
別々の各気流システム１７及び２７によって、両方のセル１１及び２１に沿ってイオンの流れと反対方向に空気が循環している。右側の気流システム２７は、セル２１中に開口する収集板２６に近接する流出口２７１が設けられた流路２７０を含む。流路２７０の流入口２７２は、ゲート２３に近接する場所に位置している。流路流入口２７２及びポンプの流入口２７５の間のラインに接続された分子フィルタユニット２７４を有するポンプ２７３によって、流路２７０に沿う空気の流れが生じられている。従って、空気は、セル２１にそって右から左へと流れるように循環され、フィルタユニット２７４の作用によって乾燥させられるとともに浄化される。左側のセル１１と接続するフローシステム１７も、上記同様に、イオンの流れに対向してセルに沿って左から右へと循環する空気の流れを生じるように接続されたポンプ１７３及び分子フィルタ１７４を有する。但し、フローシステム１７は右側のセル２１のフローシステムとは異なり、分子フィルタ１７４はドーパント化学物質を含浸しているので、このセル１１を循環する空気は連続的にドープされることとなる。セル１１をドープするためのその他の構成も存在する。右側のセル２１はそのようなドープする手段を一切有していないので、左側のセル１１とは対照的に、ドープされていない。
【００１９】
動作中、検体サンプル蒸気が流入口３及び壁４を介してセルアセンブリ１に入れられ、そして反応チャンバ２内でドープされるとともにイオン化される。結果として生じたイオンは、帯電板（図示せず）により生成される電場などによって、二つのドリフトセル１１及び２１の流入端１２及び２２に向けて移動させられる。ドープされたイオンは、処理または制御ユニット２０によって制御されるゲート１３及び２３を用いてタイミング調節されて、それぞれのセル１１及び２１に、同数、進入する。通常の動作では、イオン改質手段１４及び２４に電圧が加えられていない状態で、ドープされたイオンがそれぞれのセル１１及び２１に沿って検出板１６及び２６へと移動し、処理ユニット２０において実質的に同じ反応が生成されて、これらを組み合わせることによって検体物質を示す出力が生成される。
【００２０】
しかしながら、もし出力に既知の妨害物質のピークが含まれている場合、セル１１及び２１のいずれか一つ／または両方におけるイオン改質手段１４及び／または２４が、オンされる。これにより、ドープされていない右側のセル２１においては、ドープされていないドリフト領域からドーパント付加物を除去する効果が得られ、これらのドープされていないイオンはセルに沿って検出板２６へと移動を続ける。さらに、イオン改質手段１４及び／または２４がオンされることにより、ドープされていない右側のセル２１において、イオンの解離やその化学的性質に対するその他の変化が生じる。一方ドープされた左側のセル１１では、イオン改質手段１４によって初めはイオンからドーパント付加物が除去されるが、イオンはすぐにこのセル内を流れるドーパント物質と再結合する。尚、セル１１内のドーパントは反応チャンバ２内で用いられるものと同じであっても異なっていても良い。イオン改質手段１４は、しかしながらドープされたイオンの化学的性質を変化させるには有効である。
【００２１】
従って、二つのセル１１及び２１からの出力が異なることが理解される。測定対象の検体物質及びその妨害物質より生成される出力応答は、通常、イオン改質手段作動時に、一つ又は両方のセル内において異なる。測定対象の検体物質及びその妨害物質を用いて使用する前に装置の特性を明らかにすることにより、測定対象の検体物質とその妨害物質とを区別することが可能となる。
【図１】
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【国際調査報告】
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