(57)【要約】【課題】正、負イオンを同時に安定的に発生し探知できる質量分析装置を提供する。【解決手段】試料ガス５８が導入される開口部と、試料ガスのイオンを生成するイオン源と、生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有する。イオン源は、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成する電圧が印加される第１の針状電極６０と、試料及び正のイオンが通過する第１の開口部６３を具備し第１の針状電極の先端部に対向して配置される第１の対向電極６２と、第１の対向電極に対向して配置され試料及び正のイオンが通過する第２の開口部６６を具備する第２の対向電極６５と、第２の開口部に対向して配置され、第２の開口部を通過した試料ガスの負のイオンを生成する電圧が印加される第２の針状電極６８と、第２の開口部を通過した試料ガスが排出される排出口とを有する。生成されたイオンは、細孔４２ａを介して真空部に取り込まれ質量分析される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが導入される開口部と、導入された前記試料ガスのイオンを生成するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有し、前記イオン源は、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成する正のコロナ放電部と、前記正のコロナ放電部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成する負のコロナ放電部と、前記負のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される排出口とを有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記質量分析計で検出するイオンの極性を選択するための制御電圧を印加する電極を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記正及び負のコロナ放電部は針状電極を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
試料ガスが導入される開口部と、導入された前記試料ガスのイオンを生成するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有し、前記イオン源は、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、前記試料及び前記正のイオンが通過する第１の開口部を具備し前記第１の針状電極の先端部に対向して配置される第１の対向電極と、前記第１の対向電極に対向して配置され前記試料及び前記正のイオンが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、前記第２の開口部に対向して配置され、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスが排出される排出口とを有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の質量分析装置において、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあることを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項４に記載の質量分析装置において、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線とのなす角度が、９０度から１２０度の範囲にあることを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
試料ガスが導入される開口部と、導入された前記試料ガスのイオンを生成するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有し、前記イオン源は、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成する正のコロナ放電部と、前記開口部から導入された前記試料ガスの負のイオンを生成する負のコロナ放電部と、前記正のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される第１の排出口と、前記負のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される第２の排出口とを有し、前記試料ガスが導入される前記開口部は、前記正のコロナ放電部と前記負のコロナ放電部との間の空間に向けて配置されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項８】
試料ガスが導入される開口部と、導入された前記試料ガスのイオンを生成するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有し、前記イオン源は、前記開口部から導入された前記試料ガスが通過する第１の開口部を具備する第１の対向電極と、前記第１の開口部に対向して配置され、前記第１の開口部を通過した前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、前記第１の対向電極に対向して配置され、前記試料ガスが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、前記第２の開口部に対向して配置され、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、前記第１の開口部を通過した前記試料ガスが排出される第１の排出口と、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスが排出される第２の排出口とを有し、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあり、前記試料ガスが導入される前記開口部は、前記第１の対向電極と前記第２の対向電極との間の空間に向けて配置されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項９】
試料ガスが導入される開口部と、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、前記正のコロナ放電部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、前記負のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される排出口とを有することを特徴とするイオン源。
【請求項１０】
試料ガスが導入される開口部と、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、前記試料及び前記正のイオンが通過する第１の開口部を具備し前記第１の針状電極の先端部に対向して配置される第１の対向電極と、前記第１の対向電極に対向して配置され前記試料及び前記正のイオンが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、前記第２の開口部に対向して配置され、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスが排出される排出口とを有することを特徴とするイオン源。
【請求項１１】
請求項１０に記載のイオン源において、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあることを特徴とするイオン源。
【請求項１２】
請求項１０に記載のイオン源において、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線とのなす角度が、９０度から１２０度の範囲にあることを特徴とするイオン源。
【請求項１３】
試料ガスが導入される開口部と、前記開口部から導入された前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、前記開口部から導入された前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、前記正のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される第１の排出口と、前記負のコロナ放電部を通過した前記試料ガスが排出される第２の排出口とを有し、前記試料ガスが導入される前記開口部は、前記正のコロナ放電部と前記負のコロナ放電部との間の空間に向けて配置されることを特徴とするイオン源。
【請求項１４】
試料ガスが導入される開口部と、前記開口部から導入された前記試料ガスが通過する第１の開口部を具備する第１の対向電極と、前記第１の開口部に対向して配置され、前記第１の開口部を通過した前記試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、前記第１の対向電極に対向して配置され、前記試料ガスが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、前記第２の開口部に対向して配置され、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、前記第１の開口部を通過した前記試料ガスが排出される第１の排出口と、前記第２の開口部を通過した前記試料ガスが排出される第２の排出口とを有し、前記第１の針状電極の先端部と前記第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、前記第２の開口部の中心部と前記第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあり、前記試料ガスが導入される前記開口部は、前記第１の対向電極と前記第２の対向電極との間の空間に向けて配置されることを特徴とするイオン源。
【請求項１５】
試料ガスを正のコロナ放電部に流す工程と、前記試料ガスの正のイオンを、前記正のコロナ放電部でコロナ放電により生成する工程と、前記正のコロナ放電部を通過した前記試料ガスを負のコロナ放電部に流す工程と、前記試料ガスの負のイオンを、前記負のコロナ放電部でコロナ放電により生成する工程と、質量分析するイオンの極性を選択する工程と、選択された極性をもつイオンの質量分析を行なう工程と、質量分析の結果を質量スペクトルとして表示する工程とを有することを特徴とする質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に係わり、特に、質量分析装置を用いて、隠された爆薬や不正薬物を探知するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際紛争の深刻化に伴い、テロの防止や治安維持のため、爆発物を探知するための探知装置が求められている。探知装置では、空港を中心にＸ線透過を用いた手荷物検査装置が広く用いられている。Ｘ線探知装置等は、対象を塊として認識し、形状等の情報から危険物を判別するため、バルク検出と呼ばれる。一方、ガス分析をベースとした探知法はトレース検出と呼ばれ、化学分析情報から物質の同定を行う。トレース検出には、カバン等に付着した極微量の成分を探知できるという特徴がある。社会的にセキュリティ強化が求められる中、バルク検出とトレース検出とを組み合わせて、より高精度に危険物を探知する装置が望まれている。
【０００３】
一方、様々なルートで持ち込まれる不正薬物の発見のため、税関等でも探知装置が使用される。税関では主にバルク検出装置と麻薬探知犬が使用されているが、麻薬探知犬に代わる不正薬物用のトレース分析装置が熱望されている。
【０００４】
トレース検出では、イオンモビリティスペクトロスコピー、ガスクロマトグラフィ等様々な分析方法が試みられている。探知装置として重要なスピード、感度、選択性（低誤報率）を全て兼ね備えた装置の開発に向けて研究が進められている。
このような状況の中、質量分析法は、基本的にスピード、感度、選択性に優れているため、質量分析法をベースとした探知技術が提案されている（例えば、特許文献１：従来技術−１）。
【０００５】
図１０は、質量分析法をベースとした従来技術−１の探知装置を説明する図である。
図１０に示すように、空気取り入れプローブ１は、絶縁パイプ２を介してイオン源３に接続され、イオン源３は、排気口４、絶縁パイプ５を介し空気排気用ポンプ６に接続されている。イオン源３は、針電極７と第１細孔電極８と中間圧力部９と第２細孔電極１０とを備え、針電極７は電源１１に接続され、第１細孔電極８と第２細孔電極１０はイオン加速電源１２に接続されている。中間圧力部９は排気口１３を介し真空ポンプに接続されている。中間圧力部９の後段に静電レンズ１４が配置され、静電レンズ１４の後段に質量分析部１５、検出器１６が配置されている。
【０００６】
検出器１６からの検出信号は増幅器１７を経由してデータ処理部１８に供給される。データ処理部１８は、特定の薬物を示す複数のｍ／ｚ（イオンの質量数／イオンの価数）値を判定し、被検気体に特定の薬物が含まれているか否かを判定する。このデータ処理部１８は、質量判定部１０１、薬物Ａ判定部１０２、薬物Ｂ判定部１０３、薬物Ｃ判定部１０４と警報駆動部１０５とを備えている。また、警報駆動部１０５により駆動される警報表示部１９には、表示部１０６、１０７、１０８が配置される。
【０００７】
質量分析法をベースとした危険物探知において、爆薬等の負イオン化しやすい対象に対して特に好適なイオン源が報告されている（例えば、特許文献２：従来技術−２）。
図１１は、質量分析法を用いた探知装置における従来技術−２のイオン源の例を示す図である。
【０００８】
試料導入配管２０を通して導入された試料は、いったんイオンドリフト部２１に導入される。イオンドリフト部２１に導入された試料の一部は、コロナ放電部２２に導入され、残りは試料導出配管２３を通してイオン源の外部に排出される。コロナ放電部２２に導入された試料は、高電圧を印加することにより針電極２４の先端に生成するコロナ放電領域２５に導入され、イオン化される。この時、針電極２４から対向電極２６に向かってドリフトするイオンの流れにほぼ対向するような方向から試料が導入される。生成したイオンは電界により対向電極２６の開口部２７を通して、イオンドリフト部２１に導入される。
【０００９】
この時、対向電極２６と第１イオン取り込み細孔２８の間に電圧を印加することにより、イオンをドリフトさせ効率よく第１イオン取り込み細孔２８に導入できる。第１イオン取り込み細孔２８から導入されたイオンは、第２イオン取り込み細孔２９及び第３イオン取り込み細孔３０を通して、真空部３１に配置された質量分析計（図示せず）で分析される。コロナ放電領域２５に導入される試料の流量は、安定したイオン化のために重要であるので、コロナ放電部２２に、吸引配管３２とフローコントローラー３３が接続されている。試料導出配管２３及び吸引配管３２を通過する流量は、フローコントローラー３３、吸引ポンプ３４の容量、及び試料導入配管２０等の各種配管のコンダクタンスにより決定される。
【００１０】
また、質量分析計に関して、以下の技術が知られている。
（１）イオン源に２つの針電極を配置し、各々の針電極で正負の異なる極性で放電させることが知られている（特許文献３：従来技術−３）。
（２）２台の質量分析計を並べて配置し、試料ガスを分岐して各々の質量分析計に導入し、各々の質量分析計で正イオンと負イオンとを個別に計測することが知られている（特許文献４：従来技術−４）。
（３）イオン源に２つの針電極を配置し、一方を正イオン化に好適な位置に、他方を負イオン化に好適な位置に配置し、イオン化極性は切り替えて使用している。正イオン計測では、２つの針電極に共に正の高電圧を印加し、負イオン計測では、２つの針電極に共に負の高電圧を印加している（特許文献５：従来技術−５）。
（４）複数の針電極を有するイオン源が報告されている（特許文献６：従来技術−６）。
（５）コロナ放電と静電噴霧の２つのイオン源を有し、各々で異なる極性のイオンを生成し、各々の極性のイオンを、別個の細孔から真空部に導入して、真空部において正と負のイオンを混合することが知られている（特許文献７：従来技術−７）。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１３４９７０号公報
【００１２】
【特許文献２】特開２００１−９３４６１号公報
【特許文献３】特表２００１−５１６１４０号公報
【特許文献４】特開平９−２３６５８２号公報
【特許文献５】特開２００２−１８１７８３号公報
【特許文献６】特開２００１−３５１５６９号公報
【特許文献７】特開２００３−２４２９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
コロナ放電を用いた、いわゆる大気圧化学イオン化法は、正イオンを生成するモードと負イオンを生成するモードの二つがあり、測定対象に応じて好適なモードが異なっていた。例えば、麻薬や覚せい剤等の不正薬物の多くは、気相において高いプロトン親和力を有しているため、正イオン化モードにおいて、プロトン付加した正の擬似分子イオンを生成する効率が高い。逆に、爆薬等の多くが分類されるニトロ化合物は、電気陰性度が高いため、負イオン化モードにおいて効率良くイオン化される。
【００１４】
これまでは、例えば、空港での使用を考えた場合でも、保安担当者は爆発物の探知を目的とし、税関職員は麻薬や覚せい剤等の不正薬物の発見を目的としていた。即ち、保安担当者は負イオン化モードで探知し、税関では正イオン化モードで探知すれば良く、使用者あるいは使用場所、使用状況に応じて片方のモードが良く使用されていた。しかし、昨今の社会情勢のため、爆薬と不正薬物とを同時に探知したいという要望が高まっている。例えば、税関においても、不正薬物のみならず国内でテロ等に使用される恐れのある爆薬の密輸を防止する必要が生じている。
従来技術−１の探知装置では、正イオン化モードと負イオン化モードとを切り替えて使用するため、正イオン化に向いた物質と負イオン化に向いた物質とを同時に高感度で検出することが困難であった。
【００１５】
分析用の装置、例えば、液体クロマトグラフと質量分析計とを直結した装置では、液体クロマトグラフから質量分析計に送られてくる試料は時間的に１分程度の広がりを有している。このため、イオン源や質量分析計の極性を数秒毎に切り替えながら、正イオンと負イオンとを実質的に同時に測定することは十分に可能である。ところが、危険物探知分野にこの手法を適用すると、幾つかの問題点が明らかとなって実用上の困難を生じている。それは、探知の条件によっては、測定対象物のガスが０．２秒から０．３秒程度の極短時間しかイオン源に到達しない場合があるという事情による。その様な状況に対応するためには、放電の極性を高速で反転させ、例えば、０．０５秒毎に正負を切り替えながら測定するといった必要が生じる。
【００１６】
しかし、針電極に印加する高電圧の極性をこの様に高速で切り替えて測定すると、針電極の先端部分で発生するコロナ放電が十分に安定にならないので、探知結果の再現性が乏しくなるという課題があった。また、極性の高速反転に伴って瞬間的にミリアンペア程度の電流負荷が高圧電源に与えられる可能性があり、しかも０．０５秒毎に極性を反転させると装置を２４時間連続で動かすだけでも約２００万回の電流負荷が生じるので、この様なショックに耐えうる高圧電源を開発するのはコスト的にも難かしいという課題があった。さらに、針電極に印加する極性によって放電のし易さが異なるため、針電極の先端が放電によってダメージを受けた場合に、正負のどちらかの極性だけが正常に放電しない場合が生じてしまい、針電極の交換等のメンテナンスを実施するタイミングを図るのが難しいという課題があった。
【００１７】
以上の様な理由により、正イオン化に向いた不正薬物と、負イオン化に向いた爆薬を、同時に探知できる探知装置が望まれていた。
本発明の目的は、正イオン及び負イオンを実質的に同時に安定的に発生させことができるイオン源及びこれを用いる質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、正の放電部と負の放電部を有するイオン源により、試料ガスから正イオンと負イオンを実質的に同時に生成することにより上記の課題を解決した。
本発明の質量分析装置では、上記イオン源を使用することにより、正イオン化しやすい不正薬物と負イオン化しやすい爆薬とを実質的に同時にかつ感度よく検出する。
【００１９】
本発明の質量分析装置は、試料を気化させる気化部と、気化部で気化されたガスを導入するガス導入系と、２つの放電部を有しガス導入系から導入されたガスに含まれる成分をイオン化するイオン源と、イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを具備し、２つの放電部は、電気的に異なる極性の放電を発生させる。本発明の質量分析装置では、正イオン化し易い物質と負イオン化し易い物質とを、実質的に同時に探知できる。本発明の質量分析装置は、正イオン計測に向いた不正薬物と負イオン計測に向いた爆薬とを実質的に同時に探知できる探知装置に、好適に適用できる。
【００２０】
本発明の質量分析装置は以下の特徴を有している。本発明の質量分析装置は、試料ガスが導入される開口部と、導入された試料ガスのイオンを生成するイオン源と、イオン源で生成されたイオンを質量分析する質量分析計とを有している。
【００２１】
イオン源は、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、正のコロナ放電部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、負のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される排出口とから構成される。開口部から導入された試料ガスは、正のコロナ放電部、負のコロナ放電部を通って、排出口から排出される。質量分析計で検出するイオンの極性を選択するための制御電圧を印加する電極を有し、検出するイオンの極性の選択が可能である。
【００２２】
また、イオン源は、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、試料及び正のイオンが通過する第１の開口部を具備し第１の針状電極の先端部に対向して配置される第１の対向電極と、第１の対向電極に対向して配置され試料及び正のイオンが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、第２の開口部に対向して配置され、第２の開口部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、第２の開口部を通過した試料ガスが排出される排出口とから構成される。開口部から導入された試料ガスが、第１の針状電極の先端部、第１の開口部、第２の開口部、第２の針状電極の先端部を通って、排出口から排出される。第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあるように、イオン源は構成される。あるいは、第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線とのなす角度が、９０度から１２０度の範囲にあるように、イオン源は構成される。
【００２３】
また、イオン源は、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、開口部から導入された試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、正のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される第１の排出口と、負のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される第２の排出口とを有している。試料ガスが導入される開口部は、正のコロナ放電部と負のコロナ放電部との間の空間に向けて配置される。開口部から導入された試料ガスは、正のコロナ放電部を通って第１の排出口から排出され、負のコロナ放電部を通って第２の排出口から排出される。
【００２４】
また、イオン源は、開口部から導入された試料ガスが通過する第１の開口部を具備する第１の対向電極と、第１の開口部に対向して配置され、第１の開口部を通過した試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、第１の対向電極に対向して配置され、試料ガスが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、第２の開口部に対向して配置され、第２の開口部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、第１の開口部を通過した試料ガスが排出される第１の排出口と、第２の開口部を通過した試料ガスが排出される第２の排出口とを有している。第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあり、試料ガスが導入される開口部は、第１の対向電極と第２の対向電極との間の空間に向けて配置されている。開口部から導入された試料ガスは、第１の開口部、第１の針状電極の先端部を通って第１の排出口から排出され、第２の開口部、第２の針状電極の先端部を通って第２の排出口から排出される。
【００２５】
本発明の質量分析方法は以下の特徴を有している。
試料ガスを正のコロナ放電部に流す工程と、試料ガスの正のイオンを、正のコロナ放電部でコロナ放電により生成する工程と、正のコロナ放電部を通過した試料ガスを負のコロナ放電部に流す工程と、試料ガスの負のイオンを、負のコロナ放電部でコロナ放電により生成する工程と、質量分析するイオンの極性を選択する工程と、選択された極性をもつイオンの質量分析を行なう工程と、質量分析の結果を質量スペクトルとして表示する工程とを有する。負のコロナ放電部を通過した試料ガスは排出口から排出される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の質量分析装置によれば、正イオンと負イオンとを実質的に同時かつ安定的に発生させることができ、質量分析計のイオンの検出極性の切り替えだけで、多様な探知対象物を実質的に同時に探知することが可能となった。イオン源部におけるイオン化極性の切り替えが不要になるので、高圧電源への負荷が低減されると共に、放電部の針電極の寿命を長く保つことができるなど、装置の保守が容易になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、本発明の質量分析装置で使用されるイオン源の構成の特徴について、以下に説明する。
イオン源は、試料ガスが導入される開口部と、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、正のコロナ放電部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、負のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される排出口とから構成される。開口部から導入された試料ガスは、正のコロナ放電部、負のコロナ放電部を通って、排出口から排出される。
【００２８】
より詳細に説明すると、イオン源は、試料ガスが導入される開口部と、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、試料及び正のイオンが通過する第１の開口部を具備し第１の針状電極の先端部に対向して配置される第１の対向電極と、第１の対向電極に対向して配置され試料及び正のイオンが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、第２の開口部に対向して配置され、第２の開口部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、第２の開口部を通過した試料ガスが排出される排出口とから構成される。開口部から導入された試料ガスは、第１の針状電極の先端部、第１の開口部、第２の開口部、第２の針状電極の先端部を通って、排出口から排出される。
【００２９】
第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にあるようにイオン源は構成される。あるいは、第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線とのなす角度が、９０度から１２０度の範囲にあるようにイオン源は構成される。
【００３０】
他の構成によるイオン源は、試料ガスが導入される開口部と、開口部から導入された試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極を具備する正のコロナ放電部と、開口部から導入された試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極を具備する負のコロナ放電部と、正のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される第１の排出口と、負のコロナ放電部を通過した試料ガスが排出される第２の排出口とから構成される。試料ガスが導入される開口部は、正のコロナ放電部と負のコロナ放電部との間の空間に向けて配置される。開口部から導入された試料ガスは、正のコロナ放電部を通って第１の排出口から排出され、負のコロナ放電部を通って第２の排出口から排出される。
【００３１】
より詳細に説明すると、他の構成によるイオン源は、試料ガスが導入される開口部と、開口部から導入された試料ガスが通過する第１の開口部を具備する第１の対向電極と、第１の開口部に対向して配置され、第１の開口部を通過した試料ガスの正のイオンを生成するための電圧が印加される第１の針状電極と、第１の対向電極に対向して配置され、試料ガスが通過する第２の開口部を具備する第２の対向電極と、第２の開口部に対向して配置され、第２の開口部を通過した試料ガスの負のイオンを生成するための電圧が印加される第２の針状電極と、第１の開口部を通過した試料ガスが排出される第１の排出口と、第２の開口部を通過した試料ガスが排出される第２の排出口とから構成される。
【００３２】
第１の針状電極の先端部と第１の開口部の中心部を結ぶ直線と、第２の開口部の中心部と第２の針状電極の先端部とを結ぶ直線が、同じ直線上にある。試料ガスが導入される開口部は、第１の対向電極と第２の対向電極との間の空間に向けて配置される。開口部から導入された試料ガスは、第１の開口部、第１の針状電極の先端部を通って第１の排出口から排出され、第２の開口部、第２の針状電極の先端部を通って第２の排出口から排出される。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例の質量分析装置の構成を示すブロック図である。
手荷物等の検査対象物の表面を拭き取ったワイプ材は加熱器３５に投入される。ワイプ材に付着した化学物質は、加熱器３５で加熱され、気化する。加熱器３５で発生したガスは、導入配管３６を介してイオン源３７に送られる。吸着を防止するため、導入配管３６は加熱されていることが望ましい。ガス中の成分の一部はイオン源３７によりイオン化されるが、大部分のガスは吸引配管３８を介して吸引ポンプ３９により吸引される。イオン源３７で生成したイオンは、真空ポンプ４１により排気された真空中に配置された質量分析部４０に取り込まれて質量分析される。
【００３４】
図２は、本発明の実施例において、四重極イオントラップ質量分析計を用いた質量分析装置の構造を説明する図である。
イオン源３７で生成されたイオンは、細孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び中間圧力部４３ａ、４３ｂを介して、真空部５６に取り込まれる。細孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃが開口する各々の電極には、気体が真空部５６に取り込まれた際に断熱膨張しイオンに水蒸気分子等が付着する、いわゆるクラスタリングを軽減するため、ヒーター（図示せず）が取り付けられ加熱されている。また、細孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃが開口する各々の電極には、電源（図示せず）により、いわゆるドリフト電圧が印加されている。ドリフト電圧は、中間圧力部４３ａ、４３ｂにおいて衝突によりクラスターイオンを低減させる効果と、イオンをドリフトさせることによりイオンが細孔４２ｂ、４２ｃを透過する効率を向上させる効果を有している。
【００３５】
真空部５６はターボ分子ポンプ４５により排気されている。中間圧力部４３ａ、４３ｂと、ターボ分子ポンプ４５の背圧側は、ロータリーポンプ等の荒引きポンプ４４により排気される。真空部５６に取り込まれたイオンは、静電レンズ４６、及びイオンガイド電極４８ａ、４８ｂで構成されるイオンガイドにより収束された後、エンドキャップ電極５４ａ、５４ｂとリング電極５５により構成される四重極イオントラップ質量分析計に導入される。
【００３６】
この時、帯電液滴等が検出器に到達してノイズの原因となるのを妨げるため、細孔４２ｃの中心軸とエンドキャップ電極５４ａの開口の中心軸はずらして配置されている。さらに、静電レンズ４６の一部にイオン、液滴等の通過を制限する細いスリット４７が設けられている。
【００３７】
質量分析計へのイオンの入射・排出のタイミングは、ゲート電極４９とストップ電極５１に印加する電圧により制御する。エンドキャップ電極５４ａ、５４ｂとリング電極５５とを保持するための石英リング５０ａ、５０ｂが帯電すると、分析精度に影響するので、イオンが石英リング５０ａ、５０ｂに到達するのを防止するために、つば電極５３ａ、５３ｂが設けられている。質量分析されたイオンは、イオン検出器５２により検出され、信号はデータ処理装置５７に送られ処理される。四重極イオントラップ質量分析計の動作については良く知られているので、説明を省略する。
【００３８】
図３は、本発明の実施例におけるイオン源の一例を示す図である。
試料分子に含まれるガス５８は、まず正のコロナ放電を発生させる放電部（正のコロナ放電部）５９に流入する。放電部５９には針電極６０が設けられ、高圧電源６１により正の高電圧が印加されている。引出し電極６２にも電源（図示せず）により電圧が印加されているため、針電極６０と引出し電極６２との間の電位差により、針電極６０先端付近に正のコロナ放電が発生する。
【００３９】
放電部５９に大気を吸引した場合には、正のコロナ放電により、ヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）や、その水和クラスターイオン（（Ｈ２Ｏ）ｎＨ３Ｏ＋）が生成される。ガス５８に含まれる試料分子のプロトン親和力が高いと、ヒドロニウムイオンから試料分子にプロトンが移行する反応が起き、試料のプロトン付加した擬似分子イオンが生成される。（化１）は、典型的な正イオン化反応であり、Ｍは試料分子を表す。
【００４０】
Ｍ＋Ｈ３Ｏ＋→（Ｍ＋Ｈ）＋＋Ｈ２Ｏ                      …（化１）
この様にして放電部（正のコロナ放電部）５９で生成された正イオンは、針電極６０と引出し電極６２との間の電位差により引出し電極６２方向に引き出され、引出し電極６２に開口する開口部６３からイオンドリフト部６４に導入される。
【００４１】
放電部５９に流入したガス５８は、引出し電極６２に開口する開口部６３、イオンドリフト部６４、引出し電極６５に開口する開口部６６を介して放電部６７（負のコロナ放電部）に流入し、排気される。このため、プロトン親和力の低い試料分子は、放電部５９では正イオン化されず、放電部６７に到達する。
放電部６７には針電極６８が設けられ、高圧電源６９により負の高電圧が印加されている。引出し電極６５にも電源（図示せず）により電圧が印加されているため、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差により針電極６８先端付近に負のコロナ放電が発生する。
【００４２】
放電部６７に大気を吸引した場合には、負のコロナ放電により、酸素分子イオン（Ｏ２−）や、その水和クラスターイオン（（Ｈ２Ｏ）ｎＯ２−）が生成される。ガス５８に含まれる試料分子の電気陰性度が高いと、酸素分子イオンとのイオン分子反応によりイオン化される。（化２）は、典型的な負イオン化反応であり、Ｍは試料分子を表す。
【００４３】
Ｍ＋Ｏ２−→Ｍ−＋Ｏ２                                  …（化２）
この様にして放電部６７（負のコロナ放電部）で生成された負イオンは、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差により引出し電極６５方向に引き出され、引出し電極６５に開口する開口部６６からイオンドリフト部６４に導入される。
【００４４】
図３に示した構成では、各々の電極の電位差の関係で、放電部５９で生成された正イオンと、放電部６７で生成された負イオンとが、共にイオンドリフト部６４に導入される。イオンドリフト部６４において、正イオンは開口部６３から引出し電極６５の方向にドリフトし、負イオンは開口部６６から引出し電極６２方向にドリフトするので、これらの正イオン、負イオンの一部は、細孔付き電極７０ａに設けられた細孔４２ａより真空部に取り込まれて質量分析される。
【００４５】
図３に示すように、細孔４２ａから取り込まれるイオンの量を増加するため、細孔付き電極７０ａに対向してリペラー電極７１を設け、リペラー電源７２によりリペラー電極７１に印加する電圧を切り替えることにより、イオンドリフト部６４に導入されたイオンの中で所望の極性のイオンを細孔付き電極７０ａ方向にドリフトさせても良い。
図３に示すように、絶縁体で形成される保持部材７３ａにより、放電部５９、６７、引出し電極６５、６２、細孔付き電極７０ａの相互の位置関係が保持され、絶縁体で形成される保持部材７３ｂにより、放電部５９、６７、引出し電極６５、６２、リペラー電極７１の相互の位置関係が保持されている。
【００４６】
図３において、正イオンを生成する放電部５９では、ガス５８は針電極６０先端から引出し電極６２の方向に流れる。即ち、ガス５８の流れと正イオンのドリフト方向が等しい。この様なガス５８の流し方を、以下では順流と記載する。
ガス５８の流し方を順流にすることにより、イオンは電界のみならず気流によっても運ばれるので、開口部６３を介してイオンドリフト部６４に導入されるイオンの量を増やすことができる。
【００４７】
逆に、負イオンを生成する放電部６７では、ガス５８は開口部６６から針電極６８の先端に向かって吹き付ける形となっており、ガス５８の流れは負イオンのドリフト方向が逆である。この様なガスの流し方を、以下では逆流と記載する。
放電部６７において、負のコロナ放電を発生させると、（化２）で説明したような、試料をイオン化する効果のある酸素分子イオンが得られるが、同時に大気中の窒素と酸素が反応した中性の一酸化窒素分子（ＮＯ）も生成される。この一酸化窒素分子は、酸素分子イオンと容易に反応する。
【００４８】
ＮＯ＋Ｏ２−→ＮＯ３−                                  …（化３）
この（化３）の反応で生成されたＮＯ３−は安定なイオンであり、一部の試料を除いては試料分子のイオン化には寄与しない。従って、放電で生成した一酸化窒素分子が多量に存在すると、イオン化反応に寄与する酸素分子イオンが減少するので、試料分子のイオン化効率が低下する。
【００４９】
コロナ放電は針電極６８の先端付近で発生するので、酸素分子イオンと一酸化窒素分子も針電極６８先端付近で生成される。ガス５８を逆流で放電部６７に導入すると、酸素分子イオンは電界により引出し電極６５方向にドリフトするのに対し、中性の一酸化窒素分子は気流により引出し電極６５とは逆の方向に移動する。従って、逆流方式では酸素分子イオンと一酸化窒素分子との分離が簡便に行え、（化３）の反応を抑制することが可能となり、結果として（化２）の酸素分子イオンの量を十分に保つことができ、試料のイオン化効率が高まった。
【００５０】
結局、負のコロナ放電を行う放電部６７においては、順流によりイオンを効率よくイオンドリフト部６４に導入する効果と、逆流により不要な中性分子を除去し試料分子のイオン化効率を高める効果とを比較検討した結果、逆流の方が装置の感度を高めることが可能であった。
上述の様に、イオン化における順流と逆流の特徴を良く見極め、ガスの導入において正イオン化部を介して負イオン化部に流入させる構成とした。これにより、２つのイオン化部を有し各々のイオン化部において正イオンと負イオンを生成させる構成であっても、簡単な配管系で済む。
【００５１】
試料ガスを分岐し各々のイオン化部に導入するなどの複雑な配管系を構築すると、例えば、ガスの分岐のための三方バルブ等を使用する必要がある。試料分子の吸着を防止する目的で配管系は加熱することが好ましいが、三方バルブ等を均一に加熱することは難しく、コールドスポットと呼ばれ局所的に周囲より温度が低い部分が生じやすい。コールドスポットには、蒸気圧が低く気化がしやすい物質が吸着して残留するという問題があるので、次の被検体を試験した際に吸着していた物質が脱離して検出され、誤報を生ずるなどの不具合の原因となる。
【００５２】
図３に示したイオン源では、イオンドリフト部６４には、正イオンと負イオンが共に存在する。これらの生負のイオンは、共に細孔付き電極７０ａに設けられた細孔４２ａより真空部に取り込まれるが、測定されるイオンの極性は図２に示した質量分析装置において選択される。
即ち、正イオンを測定する場合と負イオンを測定する場合において、細孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃの開口する電極に印加されるドリフト電圧、イオンを収束させ輸送するための静電レンズ４６やイオンガイド電極４８ａ、４８ｂに印加される電圧、質量分析計へのイオンの入射、出射を制御するためにゲート電極４９とストップ電極５１に印加される電圧、イオンを検出するためのイオン検出器５２に印加される電圧については、極性を逆に設定する必要がある（図２を参照）。
【００５３】
イオン源３７において正イオンと負イオンとを実質的に同時に生成し、質量分析部４０（図１）において正イオン計測向けの電圧設定と負イオン計測向けの電圧設定とを交互に切り替えて使用することにより、正イオン化しやすい不正薬物と負イオン化しやすい爆薬とを実質的に同時に検出する。
【００５４】
また、イオンドリフト部６４において、正イオンと負イオンとが反応し、電荷の再結合等の好ましくない反応が起きる場合には、リペラー電極７１を設けておき、質量分析部４０の電圧の極性切り替えと同期してリペラー電極７１に印加する電圧の極性を切り替えると効果的である。
【００５５】
即ち、質量分析部４０が正イオンを計測している状態においては、リペラー電極７１の電位を細孔付き電極７０ａよりも高くすると、開口部６３からの正イオンは細孔付き電極７０ａの方向にドリフトし、開口部６６からの負イオンはリペラー電極７１の方向にドリフトするので、イオンドリフト部６４における正イオンと負イオンの軌道が分離され、正イオンと負イオンとの好ましくない反応を防止できる。逆に、質量分析部４０が負イオンを計測している状態においては、リペラー電極７１の電位を細孔付き電極７０ａよりも低くすると良いことは言うまでもない。
【００５６】
図４は、本発明の実施例におけるイオン源の他の一例を示す図である。図４は、図３に示したリペラー電極７１やリペラー電源７２を省いて構造を簡単にし、かつ、イオン源部のサイズをコンパクトにする上で好適なイオン源の構造を示す図である。
試料分子が含まれるガス５８は、まず正のコロナ放電を発生させる放電部（正のコロナ放電部）５９に流入する。放電部５９には針電極６０が設けられ、正の高電圧が印加されている。引出し電極６２にも電源により電圧が印加されているため、針電極６０と引出し電極６２との間の電位差により、針電極６０先端付近に正のコロナ放電が発生する。放電部５９で生成された試料分子に関する正イオンは、針電極６０と引出し電極６２との間の電位差により引出し電極６２の方向に引き出され、引出し電極６２に開口する開口部６３からイオンドリフト部６４に導入される。
【００５７】
放電部５９に流入したガス５８は、引出し電極６２に開口する開口部６３、イオンドリフト部６４、引出し電極６５に開口する開口部６６を介して放電部（負のコロナ放電部）６７に流入し、排気される。放電部６７には針電極６８が設けられ、負の高電圧が印加されている。引出し電極６５にも電圧が印加されているため、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差により針電極６８先端付近に負のコロナ放電が発生する。
【００５８】
放電部６７で生成した負イオンは、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差により引出し電極６５方向に引き出され、引出し電極６５に開口する開口部６６からイオンドリフト部６４に導入される。細孔付き電極７０ｂを、細孔４２ａの開口部に向けてテーパーを付けることで、電界が細孔４２ａの先端に集中させる。針電極６０、６８のなす角（あるいは引出し電極６２、６５の電極板のなす角）を９０度から１２０度程度とすることで、図３に示したイオン源に比べて全体をコンパクトにできる。
【００５９】
イオンドリフト部６４に導入されたイオンは、引出し電極６２、６５と細孔付き電極７０ｂとの間の電位差により細孔付き電極７０ｂの方向にドリフトし、細孔４２ａから取り込まれる。この時、イオンは引出し電極６２、６５の間の電位差によってもドリフトするので、細孔４２ａへのイオンの取り込み効率を向上させるため、細孔４２ａの先端の開口部を、引出し電極６２、６５の開口部６３、６６の中心線（図４中において破線で示す）の交点よりも、やや引出し電極６２、６５側に設けると良い。また、細孔付き電極７０ｂを加熱するため、ヒーター７４を設けると良い。
【００６０】
図４に示すように、絶縁体で形成される保持部材７３ｃにより、放電部５９、６７、引出し電極６５、６２、ヒーター７４が設けられた細孔付き電極７０の相互の位置関係が保持されている。即ち、細孔４２ａの先端の開口部と、引出し電極６２、６５の開口部６３、６６の中心との位置関係は、保持部材７３ｃにより保持されている。
【００６１】
次に、図４に示したイオン源において、好適な検出条件を検討した結果について説明する。
実験の結果、試料分子が含まれるガスの流量は、毎分０．５リットルから１．０リットル程度の場合に良好な結果が得られた。
図５は、本発明の実施例における、引出し電圧とイオン強度との関係を示す図である。図５は、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差を２ｋＶとし、引出し電極６５の電位（ｋＶ）を変化させて、質量分析計で観測された負イオンの強度（相対イオン強度）を調べた結果である。この実験では、イオンドリフト部６４におけるイオンのドリフトの様子を把握することが目的であるので、正イオン化部側の引出し電極６２には、引出し電極６５と絶対値が等しく逆極性の電位を印加した。
【００６２】
負イオン化されやすい試料として、トリクロロフェノールを用いた。トリクロロフェノールは、分子からプロトンが脱離したイオン（（Ｍ−Ｈ）−）として観測される。開口部６６から細孔付き電極７０ｂの先端までの距離は約８ｍｍとした。細孔付き電極７０ｂの電位は、質量分析計の負イオン計測の設定値である−８０Ｖとした。
【００６３】
図５に示す結果から、酸素分子イオンの強度は引出し電極６５（及び、引出し電極６２）に印加される電圧によって大きく変化したが、トリクロロフェノールの分子イオンは−０．５ｋＶから−１．０ｋＶの間であまり変化しなかった。これは、イオンドリフト部６４の気流が乱れているためと考えられ、軽い酸素分子イオンは気流の影響を受けやすいので、細孔付き電極７０ｂの方向に効率よく引き出すために、より高い電界が必要であるためと考えられる。この結果から、探知対象となる爆薬や不正薬物の分子は、トリクロロフェノールと分子量が近いので、この様な分子量数百程度の試料分子を検出する場合には、引出し電極に印加する電圧は、±１ｋＶ前後で良いことが分かった。
【００６４】
次に、逆極性のイオン同士の反応の影響について調べた。
図６は、本発明の実施例における、正の放電部の放電電圧と観測される負イオンの強度との関係を示す図である。
図６は、針電極６８と引出し電極６５との間の電位差を２ｋＶとし、引出し電極６５の電位を−１ｋＶとした場合において（より具体的には、引出し電極６２に＋１ｋＶ、引出し電極６５に−１ｋＶ、針電極６８に−３ｋＶを印加した状態を意味する）、針電極６０と引出し電極（対向電極）６２との間の電圧（ｋＶ）を変化させながら負イオンを測定した強度（相対イオン強度）結果を示す。
【００６５】
電位差が２ｋＶを超えると（即ち、針電極６０の電位が＋３ｋＶを超えると）、放電部５９で正のコロナ放電が発生する。電位差を更に大きくし、正の放電電流を増やしていくと、酸素分子イオンの強度が低下した。これは、正の放電部５９で生成された正イオン（主にＨ３Ｏ＋）と酸素分子イオンとが再結合反応を起こした為と考えられる。ところが、トリクロロフェノールの負イオン（（Ｍ−Ｈ）−）の強度は、正の放電部の放電状態には依存していないことから、トリクロロフェノールの負イオンは正イオンとは反応しないことが分かった。
【００６６】
同様に、予め正の放電部５９で正イオンを発生させておき、負の放電部６７の放電の状態を変化させて質量分析計で観測される正イオンの強度を調べた。正イオン化しやすい試料として、クロロアセトフェノンを使用した。その結果、正イオンとして観測されるクロロアセトフェノンのプロトン付加擬似分子イオンは、酸素分子イオンと反応して電荷が奪われることが分かった。
【００６７】
この様に、試料の負イオンは正イオンの影響を受けず、試料の正イオンは負イオンの影響を受けることから、図４に示したイオン源において正負イオンを実質的に同時に生成するためには、正の放電部５９の放電電流を、負の放電部６７の放電電流よりも大きく設定すれば良いことが分かった。この条件では、正イオンの方が負イオンよりも多いので、一部の正イオンが酸素分子イオンとの再結合により電荷を奪われても、残留する正イオンを検出できる。
【００６８】
図７は、本発明の実施例における負イオンの検出例を示す図である。図７は、図４に示したイオン源において、爆薬の一種であるトリニトロトルエンの検出結果例である。
図８は、本発明の実施例における正イオンの検出例を示す図である。図８は、図４に示したイオン源において、覚せい剤の一種であるメタンフェタミンの検出結果例である。
【００６９】
図７、図８では、これまでの考察に基づき、正の放電部５９における放電電流を６マイクロアンペアとし、負の放電部６７における放電電流を３マイクロアンペアとした。図７、図８において、縦軸は相対イオン強度を示し、横軸は時間である。
図７は、トリニトロトルエンを１０ピコグラム用いた場合の分子イオン（Ｍ−）の検出例を示している。試料を３回導入したが、試料導入のタイミングでトリニトロトルエンのイオンが観測されるｍ／ｚ値の相対イオン強度が上昇しており、明確に検出された。検出下限として１ピコグラム程度という良好な結果が得られた。
【００７０】
図８は、メタンフェタミンを１ナノグラム用いた場合のプロトン付加した擬似分子イオン（（Ｍ＋Ｈ）＋）の検出例を示している。試料を４回導入したが、検出下限として３０ピコグラム程度という良好な結果が得られた。
【００７１】
図３、図４に関して説明した様に、正の放電部５９におけるガス５８の流れを順流、負の放電部６７におけるガス５８の流れを逆流とすることにより、正イオンと負イオンとを共に効率良く生成できる。
しかし、メンテナンス等を考えた場合、順流よりも逆流の方が針電極の寿命が長い、即ち、安定してコロナ放電を持続できる時間が長い傾向にある。これは、逆流では針電極の先端部に常に気流が当たるのに対し、順流では針電極の先端部の流れが相対的によどみやすく、不純物等が針電極の先端部に析出しやすいためと考えられる。そこで、針電極の交換等のメンテナンスの頻度を下げる目的で、正の放電部、負の放電部を共に逆流とするイオン源の構成について、以下、図９を用いて説明する。
【００７２】
図９は、本発明の実施例におけるイオン源のさらなる他の一例を示す図である。
図９に示す構成では、図３に示す構成において、平板状のリペラー電極７１を、先端部につばを持つ円筒形状のリペラー電極７１に変えた構成とする。この構成により、リペラー電極７１の円筒の中空部を通して、試料分子が含まれるガス５８を、イオンドリフト部６４、放電部５９、６７に流す。正の放電部５９と、負の放電部６７において、ガスの流れを逆流とする。以下、図３の構成と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
継ぎ手７５を介して、先端部につばを持つ円筒形状のリペラー電極７１に、導入配管３６が結合され、導入配管３６からガス５８が導入される。リペラー電極７１には、リペラー電源７２により電圧が印加されるので、導入配管３６との絶縁を考慮して、継ぎ手７５はテフロン（登録商標）等の絶縁体を用いると良い。
リペラー電極７１を介してイオンドリフト部６４に流入したガスは、引き出し電極（対向電極）６２、６５の開口部６３、６６から、放電部５９、６７に流入する。即ち、正の放電部５９と、負の放電部６７において、ガスの流れを逆流とする。放電部５９、６７で生成されたイオンは、電界によりイオンドリフト部６４に導かれ、細孔付き電極７０ａの細孔４２ａから真空部に取り込まれて質量分析される。
【００７４】
図９に示すように、絶縁体で形成される保持部材７３ａにより、放電部５９、６７、引出し電極６５、６２、細孔付き電極７０ａの相互の位置関係が保持され、絶縁体で形成される保持部材７３ｂにより、放電部５９、６７、引出し電極６５、６２、リペラー電極７１の相互の位置関係が保持されている。
以上説明した本発明の実施例のイオン源では、試料分子が含まれるガス５８を、複雑な配管系を使用することなく、単純な経路に沿って流すことにより、イオン化をコロナ放電により行ない正、負イオンを実質的に同時に生成するので、微量な試料ガスのロスを少なくできる。
【００７５】
以上説明した本発明の実施例のイオン源を用いる質量分析装置では、短時間に正イオンの質量スペクトル、負イオンの質量スペクトルを計測でき、多種多様な化学物質を実質的に同時に探知することが可能となる。例えば、正イオンの質量スペクトル、負イオンの質量スペクトルをそれぞれ異なる色表示によって表示装置に表示することにより、総合的に質量スペクトルを解析することが可能となる。
本発明の実施例の質量分析装置は、環境に影響を及ぼす物質、例えば、燃焼ガス中の有毒物質、ダイオキシン前駆体、地下埋蔵された有毒危険物質等の探知にも有効に定期用可能であることは言うまでもない。
【００７６】
以上の説明では、質量分析部４０に四重極イオントラップ質量分析計を用いる構成の質量分析装置について説明したが、質量分析部４０に四重極質量分析計や飛行時間型質量分析計を用いても同様に有効であることは言うまでもない。また、本発明のイオン源は、大気中や減圧部でイオンの飛行時間計測を行う、イオンモビリティ装置や、ドリフトチューブ等と結合させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の質量分析装置では、多種多様な化学物質を実質的に同時に探知できるので、空港等の重要施設のセキュリティ向上に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施例の質量分析装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例において、四重極イオントラップ質量分析計を用いた質量分析装置の構造を説明する図。
【図３】本発明の実施例におけるイオン源の一例を示す図。
【図４】本発明の実施例におけるイオン源の他の一例を示す図。
【図５】本発明の実施例における、引出し電圧とイオン強度との関係を示す図。
【図６】本発明の実施例における、正の放電部の放電電圧と観測される負イオンの強度との関係を示す図。
【図７】本発明の実施例における、トリニトロトルエンの負イオンの検出例を示す図。
【図８】本発明の実施例における、メタンフェタミンの正イオンの検出例を示す図。
【図９】本発明の実施例におけるイオン源の他の一例を示す図。
【図１０】質量分析法をベースとした従来技術の探知装置を説明する図。
【図１１】質量分析法を用いた探知装置における従来技術のイオン源の例を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１…空気取り入れプローブ、２、５…絶縁パイプ、３、３７…イオン源、４、１３…排気口、６…空気排気用ポンプ、７、２４、６０、６８…針電極、８…第１細孔電極、９、４３ａ、４３ｂ…中間圧力部、１０…第２細孔電極、１１…電源、１２…イオン加速電源、１４、４６…静電レンズ、１５…質量分析部、１６…検出器、１７…増幅器、１８…データ処理部、１９…警報表示部、２０…試料導入配管、２１、６４…イオンドリフト部、２２…コロナ放電部、２３…試料導出配管、２５…コロナ放電領域、２６…対向電極、２７、６３、６６…開口部、２８…第１イオン取り込み細孔、２９…第２イオン取り込み細孔、３０…第３イオン取り込み細孔、３１…真空部、３２…吸引配管、３３…フローコントローラー、３４、３９…吸引ポンプ、３５…加熱器、３６…導入配管、３８…吸引配管、４０…質量分析部、４１…真空ポンプ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…細孔、４４…荒引きポンプ、４５…ターボ分子ポンプ、４７…スリット、４８ａ、４８ｂ…イオンガイド電極、４９…ゲート電極、５０ａ、５０ｂ…石英リング、５１…ストップ電極、５２…イオン検出器、５３ａ、５３ｂ…つば電極、５４ａ、５４ｂ…エンドキャップ電極、５５…リング電極、５６…真空部、５７…データ処理装置、５８…ガス、５９、６７…放電部、６１、６９…高圧電源、６２、６５…引出し電極、７０ａ、７０ｂ…細孔付き電極、７１…リペラー電極、７２…リペラー電源、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ…保持部材、７４…ヒーター、７５…継ぎ手、１０１…質量判定部、１０２…薬物Ａ判定部、１０３…薬物Ｂ判定部、１０４…薬物Ｃ判定部、１０５…警報駆動部、１０６、１０７、１０８…表示部。
【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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