(57)【要約】【課題】  高分解能を実現するために必要なイオン切り出しの短パルス化において裾切れを良くするためにイオンのドリフト方向に対して垂直な高電界強度及びイオン軌道を同じくするために平行電界が要求される。【解決手段】  イオンを生成するイオン化領域と、イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために設けられたイオン化領域に隣接した反応室と、反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域とを有するイオン移動度分光計において、反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すため、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧にてコロナ放電によりイオンを生成するための一対の電極が配置されたイオン化領域と、該イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために前記イオン化領域に隣接して設けられた反応室と、前記キャリアガスを前記反応室へ供給する手段と、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域と、前記反応室で反応したイオンを定常的に引き出し周期的に前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段と、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置したイオンを集電するための集電電極と、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出する手段とを備え、前記集電電極で抽出された前記ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光計において、前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段が、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極からなることを特徴とするイオン移動度分光計。
【請求項２】
前記イオン化領域のコロナ放電を発生させる一対の電極が、針電極と該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項３】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、互いに平行に配置された細線に交互に独立して同電位を印加できるようにしたシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項４】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、互いに平行に配置された細線からなる基準電位電極と、該基準電位電極とは別の互いに平行に配置された細線が前記基準電位電極の細線の長手方向とほぼ直角に配置され、前記平行に配置された細線に交互に独立して同電位を印加できるようにしたシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項５】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、該基準電位電極とは別の開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状のシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項６】
前記互いに平行に配置された細線からなるシャッター電極のそれぞれの細線が同一平面上又は細線電極間より狭い距離内で前記基準電位電極と前記シャッター電極の隙間方向に平行移動した位置に配置されていることを特徴とする請求項３又は４記載のイオン移動度分光計。
【請求項７】
前記格子状のシャッター電極のメッシュ間隔が、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の距離より狭いことを特徴とする請求項５記載のイオン移動度分光計。
【請求項８】
前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段が、前記基準電位電極と前記シャッター電極間にパルス電圧を印加するためのパルス電圧波形発生器を有することを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項９】
前記ドリフト領域が定常電界を画定する複数のドーナツ状の円盤電極からなる画定電極と、該画定電極の前記集電極側に配置された遮蔽電極と、前記画定電極間及び前記画定電極と前記遮蔽電極間を絶縁する円筒スペーサとを備え、これらを交互に同心に重ね合わせた構造からなることを特徴とする請求項１記載のイオン移動度分光計。
【請求項１０】
大気圧にてコロナ放電によりイオンを生成するための一対の電極が配置されたイオン化領域と、該イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために前記イオン化領域に隣接して設けられた反応室と、前記キャリアガスを前記反応室へ供給する手段と、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域と、前記反応室で反応したイオンを定常的に引き出し周期的に前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段と、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置したイオンを集電するための集電電極と、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出する手段とを備え、前記集電電極で抽出された前記ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光計において、前記イオン化領域のコロナ放電を発生させる一対の電極が、針電極と該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とで構成され、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すための二つの近接した基準電位電極とシャッター電極とが配置され、前記ドリフト領域に設けられた複数のドーナツ状の円盤電極からなる画定電極相互間がほぼ等間隔に配置され、前記画定電極の前記集電極側に遮蔽電極が配置され、前記対向電極と前記基準電位電極間，前記基準電位電極と前記画定電極間，前記画定電極と前記遮蔽電極間がほぼ同一間隔であることを特徴とするイオン移動度分光計。
【請求項１１】
一対の電極が配置されたイオン化領域にて大気圧でコロナ放電を発生せ、成分を検出する試料を含むキャリアガスを前記イオン化領域に隣接した反応室に供給し、前記イオン化領域で生成されたイオンと前記キャリアガスを反応室で反応させ、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域へ前記反応室から定常的にイオンを引き出し周期的に短時間のみドリフト領域にイオンを供給し、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置した集電電極でイオンを集電し、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出し、該ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光法において、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極にて前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すようにしたことを特徴とするイオン移動度分光法。
【請求項１２】
前記イオン化領域に配置された針電極と、該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とにより、コロナ放電を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【請求項１３】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、互いに平行に配置された細線からなるシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記シャッター電極にて生成される垂直電界を維持しつつ前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時はシャッター電極の平行に配置された細線は同一電位とし、さらに、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【請求項１４】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、互いに平行に配置された細線からなる基準電位電極と、該基準電位電極とは別の互いに平行に配置された細線が前記基準電位電極の細線の長手方向とほぼ直角に配置されたシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記シャッター電極にて生成される垂直電界を維持しつつ前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時はシャッター電極の平行に配置された細線は同一電位とし、さらに、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【請求項１５】
前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、該基準電位電極とは別の開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状のシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時は前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【請求項１６】
パルス電圧波形発生器でパルス電圧を発生させ、この発生したパルス電圧を前記基準電位電極と前記シャッター電極間に印加し、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出すようにしたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【請求項１７】
前記ドリフト領域がドーナツ状の円盤電極と、中心部に円錐台状の開口部を持つ円筒スペーサとを交互に同心に重ね合わせて構成され、この円筒スペーサで前記電極間を絶縁して前記ドリフト領域が平行電界を画定するようにしたことを特徴とする請求項１１記載のイオン移動度分光法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体中の分子成分を選択的に検出するイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法に係り、特に、爆発物，薬物もしくは有毒ガスを検出するのに好適なイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分光計は既に市販されており、例えば、空港での爆発物検知用として使用されている。イオン移動度分光計の基本原理は１９７０年代に完成され、その後実用化のための改良が進められて今日に至っている。典型的先行技術によるイオン移動度分光計については、特許文献１に示す方法があり、図３を用いてイオン移動度分光計本体の構成及び動作について説明する。
【０００３】
イオン移動度分光計本体は主にイオン化領域とドリフト領域から成り、イオン化領域にはβ線を放射する63Ｎｉが配置されている。イオン化領域とドリフト領域にはイオンが集電電極４に向かってドリフトするような電界を作るための押し返し電極２，シャッター電極１ａ，画定電極５，遮蔽電極３が配置されている。
【０００４】
分析される試料は空気又は反応促進のための添加物を含むキャリアガスの流れに乗せてイオン化領域に供給される。イオン化領域では63Ｎｉから放射されたβ線により空気又はキャリアガスは電離され、正イオンと１次又は２次電子が作られる。１次又は２次電子は酸素又は添加物に付着し負イオンを生成する。分析される成分は前記正イオン又は前記負イオンと反応し正又は負イオンになる。正負どちらの成分イオンを引き出すかは測定対象に依存するが、ここでは爆発物を対象にして負イオンについて述べる。正イオンについても引き出しを含めてその後の動作は同じである。
【０００５】
シャッター電極１ａはイオン化領域で生成されたイオンを短時間パルス状にドリフト領域に引き出す役割を果たす。ドリフト領域には定常電界が供給されているためパルス化されたイオン集団はイオン種固有の移動速度でドリフト領域を進みイオン種毎に異なった時間に集電電極４に到達する。集電電極４では時間に対するイオン電流のスペクトルが得られ、シャッター電極１ａでイオンを切り出してからピークが現れるまでの時間でイオン種（成分）が、その大きさから成分量が測定される。
【０００６】
イオンをパルス化するためのシャッター電極１ａは、開口部に金属メッシュが張られている格子状の電極で図４に示す押し返し電極２及び画定電極５ａとの間の電圧を操作してイオンを短時間パルス状に切り出している。図５に示した電圧印加シーケンスを用いてシャッター電極１ａの動作を説明する。ドリフト領域の定常電界を作るために配置された画定電極５のうちイオン源側に配置されている第１画定電極５ａの電圧Ｖ1 は一定に維持される。イオンを引き出さない間は押し返し電極２とシャッター電極１ａは同電位で第１画定電極電位Ｖ1 より高くイオンは押し返し電極２とシャッター電極１ａの間に蓄積される。イオン引き出し時には押し返し電極２とシャッター電極１ａは第１画定電極電位Ｖ1 より低く維持され、押し返し電極２は最初の短時間シャッター電極１ａよりさらに低く維持される。イオンは、最初、押し返し電極２とシャッター電極１ａ間の電位差で引出され、押し返し電極２とシャッター電極１ａが第１画定電極電位Ｖ1 より低い同電位である間に第１画定電極５ａを越えてドリフト領域に移動する。その後、押し返し電極２とシャッター電極１ａは同電位で第１画定電極電位Ｖ1 より低い最初の状態に戻る。
【０００７】
しかし、このイオンの引き出し方法ではイオン集団が第１画定電極５ａを越えてドリフト領域に移動する間、シャッター電極１ａと第１画定電極５ａ間に電位差が存在し、その一部がシャッター電極１ａからイオン化領域に漏れてイオンを引き出すため裾切れが悪くイオン電流の時間スペクトルにおいてパルス幅が広がり、図６に示すように集電電極４への到達時間が離れている成分１と成分２または成分３とはイオン種を示すイオン電流ピーク値が重なることは無いが、集電電極４への到達時間が近い成分２と成分３においては、イオン種を示すイオン電流ピークが一部重なり、成分量を正しく測定できないという問題を生じる。また、集電電極４への到達時間が更に近い成分同士ではイオン電流ピークが重なり成分を同定できなくなるという問題がある。
【０００８】
この改善策としてイオンドリフト用の平行電界に対して垂直電界を作りイオンの切り出しを制御する非特許文献１に示す方法がある。図７はこの非特許文献１の電極構造の概略を示し、図３及び図４のシャッター電極１ａを平行細線からなるシャッター電極１ｂと
１ｃとが互いに一方の細線が他方の細線間の間に位置するように近接して配置されたものに置き換えたものである。
【０００９】
図３と同様に、イオン化領域とドリフト領域には負イオンが集電電極４に向かってドリフトするような電界が押し返し電極２，シャッター電極１ｂ，画定電極５，遮蔽電極３等によって作られている。シャッター電極１ｃはイオンをドリフト領域にパルス的に引き出すのに使用される。図８によりその動作を説明する。
【００１０】
シャッター電極１ｃの電圧ＶU は周期的に変化し、短時間のみシャッター電極１ｂの電圧ＶM と等しく、その他の時間はＶM より低くなる。シャッター電極１ｃの電圧ＶU がシャッター電極１ｂの電圧ＶM と等しい間、負イオンはイオン化領域からドリフト領域へシャッター電極１ｂおよび１ｃを通って移動し、それより低くなるとシャッター電極１ｃとシャッター電極１ｂの間に電位差ができイオンのドリフト電界に垂直な電界が生成される。シャッター電極１ｂまでドリフトしてきた負イオンはその垂直電界でシャッター電極
１ｃに引き寄せられ、シャッター電極１ｂおよび１ｃを通過できなくなる。この場合、垂直電界によりイオンを遮断しているため電界漏洩の影響はなく、裾切れの問題は無くなる。しかしながら、この方法では平行電界より１桁程度強い垂直電界を作る必要がある。通常、ドリフト領域の平行電界は、３５０Ｖ／cm 程度で有るので垂直電界としては３.５
ｋＶ／cm以上になる。シャッター電極１ｂと１ｃとの電極間隔は０.５mm 程度であるので、その間に２００Ｖ程度の電圧が掛かる。そのため、電気的絶縁が難しいことや高い製作精度が要求されることから信頼性の面で問題がある。
【００１１】
また、図６のスペクトル幅が広がる要因としてはイオン軌道の問題がある。ドリフト領域の電界が平行でないとイオンの移動位置によりイオン軌道の長さが異なり、集電電極４への到達時間はイオンによって異なるため結果としてスペクトルが広がる。この場合、シャッターによる裾切れの悪さと同様にイオン種を示すイオン電流ピークが重なり、成分量を正しく測定できないという問題が生じる。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２６４５０５号公報
【非特許文献１】G. A. Eiceman, E. G. Nazarov and J.E.Rodriguez, Rev. Sci.   Instrum., 72(9), 3610(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題点は、高分解能を実現するために必要なイオン切り出しの短パルス化においてイオンのドリフト方向に対して垂直に電気的絶縁が難しい高電界強度が要求される点、及びイオン軌道を同じくするために平行電界が要求される点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すため、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置したことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法は、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置するため、低い電界強度でもイオンを完全に遮断でき裾切れの良い短パルスが得られ、イオン移動度分光計の高分解能化が実現でき測定成分の識別性が向上するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
電気的絶縁を容易にするため電界強度を低減するという目的を、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置することにより最小の部品点数で実現した。
【実施例１】
【００１７】
図２は本発明のイオン移動度分光計の全体構成を示す概略図であって、図１は本発明のイオン移動度分光計本体２０の一実施例を示す横断面図である。
【００１８】
ガス循環制御器２３から反応促進のための添加物を含むキャリアガスが蒸発器１９に送られ、そこで蒸発した測定試料はキャリアガスと共にイオン移動度分光計本体２０に送られ分析される。イオン移動度分光計本体２０にはガス循環制御器２３からドリフトガス導入管１０を通してドリフト領域を清浄に保つためのガスも供給される。また、使用後の排気ガスは排気管１７を通ってガス循環制御器２３に戻り、フィルターなどで不純物を除去した後再利用される。測定試料が大量に入った場合には排気ガスはフィルターを通した後外部に排気され、試料濃度が低下するまで実施される。定常電圧電源２２はコロナ放電電圧やドリフト領域に定常電界を作るための電圧を供給するもので、具体的には放電電源
１６に直列接続された安定化抵抗１４と針電極８及び対向電極７に電圧を印加してコロナ放電を発生させ、ドリフト電源１３に直列接続された画定抵抗１２と遮蔽電極３と画定電極５と基準電位電極１１及び対向電極７に電圧を印加してドリフト電界を作る。又、パルス電圧波形発生器１５はイオンを短時間パルス状に引き出すための電圧波形を供給するもので、シャッター電極１と基準電位電極１１間にパルス状の電圧が印加される。シャッター電極１により切り出されたイオンは、ドリフト領域のドリフト電界により集電電極４に集められる。集電電極４に集められたイオン電流はアンプ９を通り信号処理装置２１に入力される。入力されたイオン電流の時間スペクトルからピーク位置とその大きさが分析され、成分の種類と量が同定される。分析対象が正イオンであるか負イオンであるかによって定常電圧電源２２の出力を正又は負に切り替えればそれぞれのイオンの分析は可能である。イオン検出の動作原理は正イオンでも負イオンでも同じであるのでここでは負イオンを対象に説明する。
【００１９】
イオン移動度分光計本体２０の動作について図１を用いてさらに詳細に説明する。ドーナツ状の金属円盤である対向電極７と基準電位電極１１と画定電極５及び遮蔽電極３はほぼ等間隔に同心軸上に配置され、イオンを集電電極４に移動させるためにドリフト電源
１３からの電圧が画定抵抗１２により分割されてそれぞれに印加されている。尚、対向電極７と基準電位電極１１と遮蔽電極３の開口部には金属メッシュが張られており格子状の電極が構成されている。
【００２０】
イオン源は針電極８とそれに垂直で開口にメッシュが取り付けられている対向電極７で構成される。放電電源１６から安定化抵抗１４を通して針電極８に電圧が印加され、対向電極７との電位差でコロナ放電が発生する。負電圧の場合、針電極から放出された電子は空気中の酸素又は反応促進用添加物に付着して負イオンが生成される。
【００２１】
測定試料を含むキャリアガスは試料導入管１８により反応室に導かれる。ドリフトガス導入管１０から入ったガスはキャリアガスと同成分であり、ドリフト領域を通過して反応室に入り前記キャリアガスと一緒になってイオン化領域に流入する。反応室とコロナ放電部では前記負イオンと試料中の検出成分は互いに反対方向に移動しながら衝突し、検出成分は電荷交換反応により前記負イオンから電子を捕獲して負イオンになる。
【００２２】
反応しなかった前記負イオンと検出成分イオンはドリフト領域方向へ進み基準電位電極１１とシャッター電極１の間の逆電界で押し返され基準電位電極１１に捕集される。イオン引き出し時にはシャッター電極１と基準電位電極１１の間に短時間順方向電界ができ、イオンはドリフト領域にイオン集団として供給される。
【００２３】
画定電極５の間を絶縁するためのスペーサ６の内、シャッター電極１の側の約２／３は開口が集電電極４の側に開いた円錐台に成っている。円筒状開口を持つ絶縁体では画定電極５による等電位線は低電圧側では高電圧側にふくらみ拡散電界を作るためイオン損失又は移動距離の増大によるイオン集団の広がりが発生する。前記スペーサ６では等電位線が開口の傾斜に沿って出るため低電圧側にふくらみ前記高電圧側へのふくらみを抑制する効果がある。その結果、ドリフト領域には平行な等電位線ができてイオンは拡散することなく等距離で集電電極４に到達する。これはイオン損失低減とスペクトル幅拡大の抑止に寄与する。
【００２４】
また、画定電極５相互間及び対向電極７と基準電位電極１１間及び基準電位電極１１と画定電極５間及び画定電極５と遮蔽電極３間をほぼ等間隔に配置することにより、ドリフト電源１３の電圧を抵抗分圧にて各電極に均等に印加するために必要な抵抗器に対し、同一抵抗値のものが使用でき、ドリフト電界を一定にするための構成が簡単となる。
【００２５】
集電電極４に集められたイオン電流はアンプ９で増幅され、信号処理される。集電電極４の前に設置された遮蔽電極３はドリフト領域にイオン集団が存在するときに集電電極４に電荷を誘起し、イオン電流スペクトルに寄生信号が乗るのを防ぐ役割をする。
【００２６】
本発明の一実施例であるシャッター電極１の開口内の詳細構造を図９に示す。また、その動作について図１０を用いて説明する。シャッター電極１は交互に同電位で独立した電圧が印加できる平行細線からなるシャッター電極１ｄと１ｅとから構成されている。これらのシャッター電極１ｄと１ｅは同一平面上でも、又、それぞれの細線を含む平面がシャッター電極１ｄ又は１ｅの平行細線間隔より狭い距離内で基準電位電極１１とシャッター電極１の隙間方向に平行移動した位置に配置されていても良い。このシャッター電極１ｄまたは１ｅは開口内にメッシュを有する格子状の基準電位電極１１と距離ｓだけ離して配置される。メッシュからの漏洩電界はその間隔程度の距離まで存在するので基準電位電極１１のメッシュ間隔は距離ｓより狭くする必要があるが、狭くし過ぎると開口率が低下しイオン透過率が下がるので同程度が好ましい。
【００２７】
基準電位電極１１の電圧ＶB と、シャッター電極１ｄと１ｅの電位ＶU ，ＶM は、それぞれ、図１０に示すようにイオン阻止時はＶU ＜ＶM ＜ＶB 、イオン切り出し時はＶB ＜ＶU ＝ＶM ＝ＶB ＋Ｅｓと成るようにパルス電圧波形発生器１５で制御される。ここで、Ｅは平均的なドリフト領域における電界強度である。
【００２８】
これによりイオン阻止時は基準電位電極１１とシャッター電極１ｄ，１ｅとの間に逆電界が生じイオンは基準電位電極１１に押し返されると同時にシャッター電極１ｄと１ｅ間の垂直電界で回収されるためイオンは完全に遮断され、ドリフト領域には通過できなくなる。イオン切り出し時はシャッター電極１の電位を基準電位電極１１の電位よりＥｓだけ高く制御し、シャッター電極１が配置されている位置における空間電位と同等の電位にシャッター電極１ｄと１ｅとを制御することにより遅滞なくイオンをドリフト領域に供給することが可能になる。これらを周期的に繰り返すことによりイオンスペクトルが繰り返し測定される。
【００２９】
基準電位電極１１とシャッター電極１の間の距離ｓは、本発明では２mm以下であるので逆電界を作るのに７０Ｖ以下の電位差で済む。又、平行電界がほとんど無いときに細線電極にイオンを集電するための垂直電界は３００Ｖ／cm程度で十分であるため、細線電極間隔０.５mm から必要な電位差ＶM −ＶU は１５Ｖ程度と先行技術に比べて１桁以上低くできる。
【００３０】
以上から本発明によるイオン移動度分光計を用いればパルス切り出しにおいて必要な電位差は先行技術の１／１０程度に低減できる。その結果、裾切れの良い短パルス化を実現することにおいて高電圧印加に伴う電気的絶縁の問題が無くなり、さらには高分解能化が実現できて測定成分の識別性が向上する。
【実施例２】
【００３１】
図１１に示した実施例は、シャッター電極１からイオン源側に設置する図９に示した開口内にメッシュを有する基準電位電極１１を開口内に平行細線を配置した基準電位電極
１１ａで置き換えた例で、基準電位電極１１ａの開口率をメッシュに比べて約２倍に取れることから通過イオン量を増やすことができる。イオン切り出しの動作や必要な電位差は同じであるので前記高分解能化に加えて高感度化も図れる。
【実施例３】
【００３２】
図１２に示した実施例は、シャッター電極１が開口内にメッシュを有するドーナツ状円盤から成る例である。シャッター電極１ｆの電圧は図１３に示すようにイオン阻止時は
ＶP ＜ＶB 、イオン切り出し時はＶB ＜ＶP ＝ＶB ＋Ｅｓと成るようにパルス電圧波形発生器１５で制御される。
【００３３】
これによりイオン阻止時は基準電位電極１１とシャッター電極１ｆの間に逆電界が生じイオンは基準電位電極１１に押し返され、ドリフト領域には通過できなくなる。イオン切り出し時はシャッター電極１ｆの電位を基準電位電極１１の電位よりＥｓだけ上げてその位置の空間電位と同等の電位に維持することにより遅滞なくイオンをドリフト領域に短時間パルス状に切り出すことが可能になる。これらを周期的に繰り返すことによりイオンスペクトルが繰り返し測定される。
【００３４】
基準電位電極１１とシャッター電極１の間の距離ｓは本発明では２mm以下であるので逆電界を作るのに７０Ｖ以下の電位差で済む。メッシュからの漏洩電界はそのメッシュ間隔程度の距離まで存在し、その間のイオンを引き出すので、開口率が低下しイオン透過率が下がるがメッシュ間隔は距離ｓより十分狭くする必要がある。それによりパルス切り出しの裾切れを良くして短パルス化が図れ、測定成分の識別性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるイオン移動度分光計本体の横断面図である。
【図２】イオン移動度分光計の全体構成を示す概略図である。
【図３】先行技術のイオン移動度分光計本体を示す横断面図である。
【図４】先行技術のシャッター電極を示す概略図である。
【図５】先行技術のシャッター電極電圧の動作を示すフロー図である。
【図６】イオン移動度分光で得られる時間スペクトルの説明図である。
【図７】先行技術の平行細線を用いたシャッター電極を示す概略図である。
【図８】先行技術の平行細線を用いたシャッター電極電圧の動作を示すフロー図である。
【図９】本発明になるシャッター電極を示す概略図である。（実施例１）
【図１０】本発明になるシャッター電極電圧の動作を示すフロー図である。（実施例１）
【図１１】本発明になるシャッター電極を示す概略図である。（実施例２）
【図１２】本発明になるシャッター電極を示す概略図である。（実施例３）
【図１３】本発明になるシャッター電極電圧の動作を示すフロー図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…シャッター電極、２…押し返し電極、３…遮蔽電極、４…集電電極、５，５ａ…画定電極、６…スペーサ、７…対向電極、８…針電極、９…アンプ、１０…ドリフトガス導入管、１１…基準電位電極、１２…画定抵抗、
１３…ドリフト電源、１４…安定化抵抗、１５…パルス電圧波形発生器、１６…放電電源、１７…排気管、１８…試料導入管、１９…蒸発器、２０…イオン移動度分光計本体、
２１…信号処理装置、２２…定常電圧電源、２３…ガス循環制御器。
【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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【図１３】
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