(57)【要約】【課題】試料分子の同定をより一層適切に行うことが可能な試料分子同定装置及び試料分子同定方法を提供すること。【解決手段】ドリフト室２１の他端側には、電気絶縁性を有する円板状の電極基板４１が設けられている。電極基板４１には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４３が形成されている。集電極４３は、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ側に位置する第１の電極部分４３ａと、第１の電極部分４３ａの外周側に位置する第２の電極部分４３ｂとを含んでいる。第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとは、電気的に絶縁されている。第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂは、個々に電極リード４４ａ，４４ｂと電気的に接続されており、各電極部分４３ａ，４３ｂからの電気信号は対応する電極リード４４ａ，４４ｂを通して出力される。【選択図】  図５
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【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、を有し、
前記集電極は、
ドリフト室の長手方向中心軸側に位置する第１の電極部分と、
前記第１の電極部分と電気的に絶縁され、前記第１の電極部分の外周側に位置する第２の電極部分と、を含んでおり、
前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分から個々に電気信号を出力することを特徴とする試料分子同定装置。
【請求項２】
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を更に有しており、
前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分は、前記ドリフトガスを透過する電極基板に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の試料分子同定装置。
【請求項３】
前記電極基板には、前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分が設けられていない領域に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の試料分子同定装置。
【請求項４】
前記電極基板は、メッシュ状あるいは多孔質状とされていることを特徴とする請求項２に記載の試料分子同定装置。
【請求項５】
前記電極基板は電気絶縁性を有しており、
前記電極基板における前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分が設けられていない領域に、前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分と同電位であり且つ前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分と電気的に絶縁された第３の電極部分が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の試料分子同定装置。
【請求項６】
前記電極基板は導電性を有すると共に、前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分と同電位であり、
前記第１の電極部分及び前記第２の電極部分は、電気絶縁材料を介して前記電極基板に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の試料分子同定装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の試料分子同定装置を用い、
前記第１の電極部分から出力される電気信号に対応する第１の応答波形と、前記第２の電極部分から出力される電気信号に対応する第２の応答波形とを取得し、
前記第１の応答波形と前記第２の応答波形とを対比することにより、被同定対象の試料分子を同定することを特徴とする試料分子同定方法。
【請求項８】
既知の試料分子に関して第１の応答波形及び第２の応答波形を取得し、取得した前記第１の応答波形と前記第２の応答波形とを予め対比しておき、当該対比結果と前記被同定対象の試料分子の対比結果とを比較することにより、前記被同定対象の試料分子を同定することを特徴とする請求項７に記載の試料分子同定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料分子同定装置及び試料分子同定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、試料分子同定装置として、イオン移動度検出器が用いられることがある。この場合、イオン移動度検出器にて検出されたイオン移動度に基づいて試料分子の同定が行われることとなる。
【０００３】
この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、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、及び、イオン化された試料分子を収集するための集電極等を備え、イオン化された試料分子が集電極に到達する時間（飛行時間（ＴＯＦ））に基づいてイオン移動度を検出するものである。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５３３８９３１号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イオン移動度に基づいて試料分子の同定を行う場合、近いイオン移動度を有する試料分子同士の分別が困難であり、試料分子の同定を適切に行えないという問題点を有することとなる。
【０００６】
本発明は、試料分子の同定をより一層適切に行うことが可能な試料分子同定装置及び試料分子同定方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、試料分子のより一層適切な同定を可能とする試料分子同定装置及び試料分子同定方法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。
【０００８】
イオン移動度検出器においては、イオン化された試料分子がドリフト室内を長手方向に移動する。この際、イオン化された試料分子は、ドリフト室内に存在するガス分子と衝突し、このガス分子との衝突により拡散を起こすことが判明した。この拡散の度合いは、試料分子固有の値として拡散係数にて定義でき、試料分子間における差がイオン移動度の差よりも大きくなるということも判明した。
【０００９】
また、拡散は、ドリフト室の長手方向のみならず、径方向にも起こる。したがって、集電極上におけるイオン化された試料分子の到達位置がドリフト室の長手方向中心軸から径方向にずれることとなり、このずれの度合いが大きくなるということは、拡散の度合いも大きいということになる。
【００１０】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る試料分子同定装置は、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、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、を有し、集電極は、ドリフト室の長手方向中心軸側に位置する第１の電極部分と、第１の電極部分と電気的に絶縁され、第１の電極部分の外周側に位置する第２の電極部分と、を含んでおり、第１の電極部分及び第２の電極部分から個々に電気信号を出力することを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る試料分子同定装置では、特に、集電極が上記第１の電極部分と上記第２の電極部分とを含んでおり、第１の電極部分及び第２の電極部分から個々に電気信号が出力されることとなる。これにより、第１の電極部分及び第２の電極部分それぞれからの電気信号に基づいて、イオン化された試料分子がドリフト室の長手方向に移動する際に生じる拡散の度合いを検知することができ、試料分子の同定をより一層適切に行うことができる。
【００１２】
また、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を更に有しており、第１の電極部分及び第２の電極部分は、ドリフトガスを透過する電極基板に設けられていることが好ましい。このように構成した場合、ドリフトガスの流れを阻害することなく、第１の電極部分及び第２の電極部分をドリフト室に対して配置することができる。
【００１３】
また、電極基板には、第１の電極部分及び第２の電極部分が設けられていない領域に貫通孔が形成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電極基板を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１４】
また、電極基板は、メッシュ状あるいは多孔質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電極基板を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１５】
また、電極基板は電気絶縁性を有しており、電極基板における第１の電極部分及び第２の電極部分が設けられていない領域に、第１の電極部分及び第２の電極部分と同電位であり且つ第１の電極部分及び第２の電極部分と電気的に絶縁された第３の電極部分が形成されていることが好ましい。このように構成した場合、第１の電極部分と第２の電極部分とを電気的に絶縁し得る構成の集電極を簡易且つ低コストにて実現することができる。また、第１の電極部分及び第２の電極部分に到達しなかったイオン化された試料分子は、第３の電極部分で中性化され、拡散の度合いの検知に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００１６】
また、電極基板は導電性を有すると共に、第１の電極部分及び第２の電極部分と同電位であり、第１の電極部分及び第２の電極部分は、電気絶縁材料を介して電極基板に設けられていることが好ましい。このように構成した場合、第１の電極部分と第２の電極部分とを電気的に絶縁し得る構成の集電極を簡易且つ低コストにて実現することができる。また、第１の電極部分及び第２の電極部分に到達しなかったイオン化された試料分子は、電極基板で中性化され、拡散の度合いの検知に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００１７】
本発明に係る試料分子同定方法は、上記試料分子同定装置を用い、第１の電極部分から出力される電気信号に対応する第１の応答波形と、第２の電極部分から出力される電気信号に対応する第２の応答波形とを取得し、第１の応答波形と第２の応答波形とを対比することにより、被同定対象の試料分子を同定することを特徴としている。
【００１８】
本発明に係る試料分子同定方法では、上記試料分子同定装置を用い、第１の電極部分から出力される電気信号に対応する第１の応答波形と、第２の電極部分から出力される電気信号に対応する第２の応答波形とを対比することにより、イオン化された試料分子がドリフト室の長手方向に移動する際に生じる拡散の度合いを確実に検知することができ、被同定対象の試料分子の同定をより一層適切に行うことができる。
【００１９】
また、既知の試料分子に関して第１の応答波形及び第２の応答波形を取得し、取得した第１の応答波形と第２の応答波形とを予め対比しておき、当該対比結果と被同定対象の試料分子の対比結果とを比較することにより、被同定対象の試料分子を同定することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る試料分子同定装置及び試料分子同定方法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。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る試料分子同定装置の構成を説明するための概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る試料分子同定装置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。試料分子同定装置Ｉ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、本実施形態に係る試料分子同定装置Ｉは、試料分子を陽イオン化して、当該試料分子を同定するものである。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。なお、イオン化室１を形成する筒状部材３も、ドリフト室２１を形成するドリフト管２３と同様に、電極と電気絶縁体とを交互に積層した構成としてもよい。
【００２９】
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。なお、ゲート電極３１として、ブラッドバリー−ニールセン・シャッターの代わりに、２枚のメッシュ電極を近接配置させてもよい。
【００３０】
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。
【００３１】
ドリフト室２１の他端側には、図５にも示されるように、電気絶縁性を有する円板状の電極基板４１が設けられている。図５は、本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれる基板周辺を示す断面図である。電極基板４１の材料としては、ガラス、マシナブルセラミック、セラミック、プラスチック等を用いることができる。
【００３２】
電極基板４１には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４３（本実施形態においては、アノードとして機能する。）が層状に形成されている。集電極４３は、図６にも示されるように、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ側に位置する第１の電極部分４３ａと、第１の電極部分４３ａの外周側に位置する第２の電極部分４３ｂと、を含んでいる。第１の電極部分４３ａは、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致した円形状を呈している。第２の電極部分４３ｂは、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致した円環形状を呈している。第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとは、同心円状に配置され、電気的に絶縁されている。集電極４３は、蒸着やスパッタ等の薄膜成形、金属板や金属箔等の接着といった手法により形成することができる。
【００３３】
電極基板４１における集電極４３（第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂ）が形成されていない領域には、複数の貫通孔４１ａが形成されている。貫通孔４１ａの形成は、ドリルやレーザー等による物理的加工、エッチング等の化学的加工で行うことができる。
【００３４】
第１の電極部分４３ａは、電極基板４１を貫通して設けられた電極リード４４ａと電気的に接続されており、第１の電極部分４３ａからの電気信号は電極リード４４ａを通して出力される。第２の電極部分４３ｂは、電極基板４１を貫通して設けられた電極リード４４ｂと電気的に接続されており、第２の電極部分４３ｂからの電気信号は電極リード４４ｂを通して出力される。これらにより、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂから個々に電気信号が出力されることとなる。集電極４３と電極リード４４ａ，４４ｂとの接続は、直接着床や導電性接着剤による接着等で行うことができる。
【００３５】
電極基板４１の裏面（後述する基板４５と対向する面）側、及び、表面側における集電極４３が形成されていない領域には、第３の電極部分４２が形成されており、裏面側に形成された第３の電極部分４２と表面側に形成された第３の電極部分４２とは、貫通孔４１ａの内周面に形成された電気配線層等を通して電気的に接続されている。電極基板４１の裏面側に形成された第３の電極部分４２は、基板４５と電気的に接続されており、当該基板４５と同じ電位に保たれる。電極基板４１の表面及び裏面側に形成された第３の電極部分４２と集電極４３とは、電気的に絶縁されている。
【００３６】
ドリフト管２３の他端には、図５にも示されるように、導電性の基板４５が設けられている。基板４５には、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。基板４５には、電極リード４４ａ，４４ｂに対応するそれぞれの位置に、電気絶縁性を有するリング状の部材４６が設けられている。電極リード４４ａ，４４ｂは、部材４６にＯリング４６ａを介して支持される。基板４５は接地され、第３の電極部分４２は基板４５を通して接地されることとなる。
【００３７】
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４３より前方からドリフト室２１内に導入される。即ち、集電極４３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。
【００３８】
ドリフト室２１の他端側には、グリッド電極５３が集電極４３（電極基板４１）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４５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。
【００３９】
グリッド電極５３は、図７に示されるように、集電極４３（第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂ）に対応して配置されるメッシュ部５３ａと、電極基板４１における集電極４３が形成されていない領域に対応して配置される平板部５３ｂとを含んでいる。グリッド電極５３のメッシュ部５３ａ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。グリッド電極５３の平板部５３ｂは、イオン化された試料分子をトラップする。平板部５３ｂには、ドリフトガスを通すための貫通孔が形成されている。なお、平板部５３ｂには、貫通孔が形成されていなくてもよい。
【００４０】
ドリフトガス導入管４７の導入口４９から導入されるドリフトガスは、まず、電極基板４１と基板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、電極基板４１に形成された貫通孔４１ａを通り、その後、グリッド電極５３のメッシュ部５３ａ（平板部５３ｂに貫通孔が形成されている場合には、当該貫通孔）を通って、ドリフト室２１内を流れていく。電極基板４１と基板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する。
【００４１】
電極基板４１は、貫通孔４１ａを有する板状部材の他に、図８に示されるように、メッシュ状あるいは多孔質状の部材としてもよい。メッシュ状あるいは多孔質状の部材が電気絶縁性を有する場合、集電極４３は、図９に示されるように、金属板や金属箔等を直接接着することにより形成することができる。一方、メッシュ状あるいは多孔質状の部材が導電性を有する場合、集電極４３は、金属板や金属箔等を電気絶縁性を有する接着剤あるいは粘着剤で接着することにより形成することができる。電極基板４１自体が導電性を有する場合、電極基板４１が基板４５を通して接地されることとなる。
【００４２】
また、集電極４３をポリイミド等の電気絶縁性を有する基板上にパターン化し、当該基板を電極基板４１に貼り付けるようにしてもよい。この場合には、電極基板４１は、電気絶縁性を有していても、導電性を有していてもよい。
【００４３】
グリッド電極５３は、図１０に示されるように、平板部５３ｂの代わりに、メッシュ部５３ａよりも細かいメッシュ部５３ｃを有していてもよい。
【００４４】
再び、図２〜図４を参照する。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４５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４５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４５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。
【００４５】
ところで、基板４５、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４５、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４５を接地すると、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４３に向けて移動する。
【００４６】
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。
【００４７】
続いて、上述した構成を有する試料分子同定装置Ｉを用いた試料分子同定方法を説明する。
【００４８】
まず、試料分子同定装置Ｉでの測定原理について簡単に説明する。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４３（第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂ）に到達する。集電極４３に到達したイオン群は第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂ毎にパルス状の電気信号として出力される。
【００４９】
図１１及び図１２は、集電極４３から出力された電気信号を応答波形としてグラフ化したものであり、横軸が到達時間（ゲート電極３１を通過してから集電極４３に到達する間での時間）を示し、縦軸がイオン電流を示している。図１１は、試料分子ＳＭ１における、第１の電極部分４３ａから出力された電気信号に対応する第１の応答波形Ａ、第２の電極部分４３ｂから出力された電気信号に対応する第２の応答波形Ｂ、及び、集電極４３を単一の集電極とした場合における当該電極から出力された電気信号に対応する応答波形Ｃを表している。図１２は、試料分子ＳＭ２における、第１の電極部分４３ａから出力された電気信号に対応する第１の応答波形Ａ、第２の電極部分４３ｂから出力された電気信号に対応する第２の応答波形Ｂ、及び、集電極４３を単一の集電極とした場合における当該電極から出力された電気信号に対応する応答波形Ｃを表している。
【００５０】
図１１及び図１２から分かるように、集電極４３を単一の集電極とした場合、試料分子ＳＭ１と試料分子ＳＭ２とでは、応答波形Ｃのピーク位置が同じであり、イオン移動度がほぼ同じ値を示すようになり、イオン移動度検出器を用いての試料分子の同定は困難である。一方、第１の応答波形Ａ及び第２の応答波形Ｂに着目すると、試料分子ＳＭ１と試料分子ＳＭ２とでは大きく異なっている。第１の応答波形Ａと第２の応答波形Ｂとを対比すると、試料分子ＳＭ１が試料分子ＳＭ２よりも第２の電極部分４３ｂに到達したイオンが多い、即ち拡散の度合い（拡散係数）が大きいことが識別できる。
【００５１】
このように、イオン移動度がほぼ同じ値を示す試料分子間においても、第１の電極部分４３ａに関する第１の応答波形Ａと第２の電極部分４３ｂに関する第２の応答波形Ｂとの対比に基づいて、拡散の度合いの違いを識別することができる。そして、既知の試料分子に関して予め第１の応答波形Ａと第２の応答波形Ｂとの対比結果を求めておき、当該対比結果と比較することで、被同定対象の試料分子を同定することができる。
【００５２】
第１の応答波形Ａと第２の応答波形Ｂとの対比は、応答波形のピーク高さ、半値幅、積分値等に基づいて行うことができるが、積分値を用いた対比が高精度であり、好ましい。なお、図１１及び図１２において、第１の応答波形Ａの積分値（第１の電極部分４３ａに到達するイオン群の量）と第２の応答波形Ｂの積分値（第２の電極部分４３ｂに到達するイオン群の量）との和は、応答波形Ｃの積分値（単一の集電極に到達するイオン群の量）に等しくなっている。
【００５３】
以上のように、本実施形態においては、特に、集電極４３が第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとを含んでおり、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂから個々に電気信号が出力されることとなる。これにより、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂそれぞれからの電気信号に基づいて、イオン化された試料分子がドリフト室２１の長手方向に移動する際に生じる拡散の度合いを検知することができ、試料分子の同定をより一層適切に行うことができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、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４３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を有しており、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂは、ドリフトガスを透過する電極基板４１に設けられている。これにより、ドリフトガスの流れを阻害することなく、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂをドリフト室２１に対して配置することができる。
【００５５】
また、本実施形態において、電極基板４１には、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂが設けられていない領域に貫通孔４１ａが形成されている。これにより、ドリフトガスを確実に透過し得る構成の電極基板４１を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００５６】
また、電極基板４１は、メッシュ状あるいは多孔質状とされていることが好ましい。この場合においても、ドリフトガスを確実に透過し得る構成の電極基板４１を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態において、電極基板４１は電気絶縁性を有しており、電極基板４１における第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂが設けられていない領域に、接地され且つ第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂと電気的に絶縁された第３の電極部分４２が形成されている。これにより、第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとを電気的に絶縁し得る構成の集電極４３を簡易且つ低コストにて実現することができる。また、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂに到達しなかったイオン化された試料分子は、第３の電極部分４２を通してグランドに流れることとなり、拡散の度合いの検知に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００５８】
また、本実施形態において、電極基板４１は導電性を有すると共に、接地されており、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂは、電気絶縁材料を介して電極基板４１に設けられていることが好ましい。この場合も、第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとを電気的に絶縁し得る構成の集電極４３を簡易且つ低コストにて実現することができる。また、第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂに到達しなかったイオン化された試料分子は、電極基板４１を通してグランドに流れることとなり、拡散の度合いの検知に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、第１の電極部分４３ａから出力された電気信号に対応する第１の応答波形Ａのピーク位置に基づいて、従来のイオン移動度も検出することが可能である。これにより、拡散の度合いとイオン移動度とに基づいて、試料分子の同定を行うことができる。
【００６０】
なお、試料分子同定装置Ｉでは、ドリフト室２１内に形成される電界の強度を弱めることにより、同じイオン化された試料分子であっても、その到達位置をドリフト室の長手方向中心軸から径方向に離すことができる。このため、ドリフト室２１（ドリフト管２３）の長手方向の長さを短くし、径を大きくすることで分解能を向上させることができる。また、試料分子同定装置Ｉのドリフト室２１の長手方向での小型化も可能となる。
【００６１】
また、試料分子同定装置Ｉでは、イオン化された試料分子が電極２５に到達せず、集電極４３（第１の電極部分４３ａ及び第２の電極部分４３ｂ）に到達する必要がある。これに対しては、集電極４３（第２の電極部分４３ｂ）の外径に比して、イオン化された試料分子のイオン化室１からの出口（本実施形態においては、電極３５の基部３９に形成された開口３９ａ）の内径を小さく設定し、ドリフト室２１内に形成される電界の強度を弱めることでイオン化された試料分子が拡散し過ぎることによる信号量の低下に対応することができる。
【００６２】
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、集電極４３が第１の電極部分４３ａと第２の電極部分４３ｂとを含んでいるが、これに限られることなく、集電極４３は第２の電極部分４３ｂの外周側に配置される更なる電極部分を含んでいてもよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子をドリフト室２１内を移動させているが、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をドリフト室２１内を移動させてもよい。この場合、電位配置は、上記試料分子同定装置Ｉ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。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、試料分子の同定をより一層適切に行うことが可能な試料分子同定装置及び試料分子同定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る試料分子同定装置の構成を説明するための概略斜視図である。
【図２】本実施形態に係る試料分子同定装置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】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれる基板周辺を示す断面図である。
【図６】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれる電極基板を示す斜視図である。
【図７】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれるグリッド電極を示す斜視図である。
【図８】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれる電極基板を示す斜視図である。
【図９】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれる電極基板を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に係る試料分子同定装置に含まれるグリッド電極を示す斜視図である。
【図１１】集電極から出力された電気信号に対応する応答波形を示す線図である。
【図１２】集電極から出力された電気信号に対応する応答波形を示す線図である。
【符号の説明】
１…イオン化室、５…試料導入管、７…真空紫外ランプ、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、４１…電極基板、４１ａ…貫通孔、４２…第３の電極部分、４３…集電極、４３ａ…第１の電極部分、４３ｂ…第２の電極部分、４７…ドリフトガス導入管、４９…導入口、５３…グリッド電極、５３ａ…メッシュ部、５３ｂ…平板部、５３ｃ…メッシュ部、６５…ブリーダ回路基板、Ｉ…試料分子同定装置、Ｌ…ドリフト室の長手方向中心軸。
【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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