(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から分析対象の物質を含む試料ガスを導入してイオン化するとともにイオン化された試料ガスを正イオン物質と負イオン物質とに分離する試料分離手段と、前記試料分離手段により分離された一方のイオン物質を導入してイオン化するとともに、イオン化されたイオン物質の質量を分析する質量分析手段とを備えてなる質量分析装置。
【請求項２】
試料にガスを接触させて試料から分析対象の物質を含む試料ガスを発生させる試料ガス発生手段と、前記試料ガス発生手段から試料ガスを導入してイオン化するとともにイオン化された試料ガスを正イオン物質と負イオン物質とに分離する試料分離手段と、前記試料分離手段により分離された一方のイオン物質を導入してイオン化するとともに、イオン化されたイオン物質の質量を分析する質量分析手段とを備えてなる質量分析装置。
【請求項３】
前記試料分離手段は、ガス中にコロナ放電を発生させるコロナ放電電極を備えており、前記コロナ放電電極は、負イオンと結合の強い物質を分析対象とするときには負励磁され、正イオンと結合の強い物質を分析対象とするときには正励磁されてなる請求項１または２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記試料分離手段は、前記コロナ放電電極とは極性の異なる補助電極を備えており、前記補助電極は、分析対象の物質がイオン化されて生成されたイオン物質とは異なる極性のイオン物質を捕獲してなる請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記試料分離手段は、前記コロナ放電電極の極性を切り替える極性切替手段を備えており、前記極性切替手段は、指定のタイミングに従って前記コロナ放電電極の極性を切り替えて前記コロナ放電電極を負励磁または正励磁してなる請求項３または４に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記試料分離手段は、前記補助電極の極性を切り替える補助極性切替手段を備えており、前記補助極性切替手段は、前記極性切替手段と連動して指定のタイミングで前記補助電極の極性を切り替えてなる請求項５に記載の質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析装置に係り、特に、爆薬や麻薬などを分析対象として、これら分析対象の物質の質量を分析するに好適な質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
危険物を検知するに際しては、例えば、空港の手荷物検査などで行われているように、Ｘ線検査装置が一般に採用されている。また危険物のうち爆薬などを検知するに際しては、ガスクロマドグラフィ電子捕獲検出器による方法、β線を使用したプラズマクロマドグラフィ質量分析器による方法が採用されている。しかしこれらの方法では、いずれも蒸気圧の低い、例えば、プラスチック爆弾の主成分である１０−７ＰａレベルのＲＤＸ（ヘキソーゲン）やＰＥＴＮ（ペンスリット）を検出することは原理的に困難であり、しかも分析に数秒から数十秒要するために、リアルタイムモニタリングが要求される空港の手荷物検査などには使用されるに至っていない。
【０００３】
一方、危険物検出装置に質量分析器を使用したものとして、例えば、特開平７−１３４９７０号公報に記載されているものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の質量分析器を用いた危険物検出装置においては、検出物が負イオン、正イオンに容易に生成する特性を利用し、爆薬などの被検出物を検出するようになっているが、検出感度が低く、空港の手荷物検査などに使用するには十分ではない。
【０００５】
本発明の目的は、分析対象の物質を含む試料ガス中の物質を質量分析するに先立って不要物質を除去することができる質量分析装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、試料から分析対象の物質を含む試料ガスを導入してイオン化するとともにイオン化された試料ガスを正イオン物質と負イオン物質とに分離する試料分離手段と、前記試料分離手段により分離された一方のイオン物質を導入してイオン化するとともに、イオン化されたイオン物質の質量を分析する質量分析手段とを備えてなる質量分析装置を構成したものである。
【０００７】
前記質量分析装置を構成するに際しては、試料にガスを接触させて試料から分析対象の物質を含む試料ガスを発生させる試料ガス発生手段を設け、前記試料ガス発生手段からの試料ガスを試料分離手段に導入する構成を採用することもできる。
【０００８】
前記各質量分析装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【０００９】
（１）前記試料分離手段は、ガス中にコロナ放電を発生させるコロナ放電電極を備えており、前記コロナ放電電極は、負イオンと結合の強い物質を分析対象とするときには負励磁され、正イオンと結合の強い物質を分析対象とするときには正励磁されてなる。
【００１０】
（２）前記試料分離手段は、前記コロナ放電電極とは極性の異なる補助電極を備えており、前記補助電極は、分析対象の物質がイオン化されて生成されたイオン物質とは異なる極性のイオン物質を捕獲してなる。
【００１１】
（３）前記試料分離手段は、前記コロナ放電電極の極性を切り替える極性切替手段を備えており、前記極性切替手段は、指定のタイミングに従って前記コロナ放電電極の極性を切り替えて前記コロナ放電電極を負励磁または正励磁してなる。
【００１２】
（４）前記試料分離手段は、前記補助電極の極性を切り替える補助極性切替手段を備えており、前記補助極性切替手段は、前記極性切替手段と連動して指定のタイミングで前記補助電極の極性を切り替えてなる。
【００１３】
前記した手段によれば、分析対象（検出対象）の物質をイオン化して得られたイオン物質を質量分析手段により、イオン化して質量分析するに先立って、試料ガスをイオン化するとともにイオン化された試料ガスを正イオン物質と負イオン物質とともに分離して不要物質を除去し、分離された一方のイオン物質を質量分析手段に導入するようにしたため、分析対象の物質に対する分析感度（検出感度）を高めることができる。
【００１４】
また、分析対象の物質として、ニトロ化合物を分析（検出）する場合には、コロナ放電電極を正励磁し、不要な物質を正イオン化し、ニトロ化合物を負イオン化することでニトロ化合物を容易に検出することができる。一方、麻薬など爆薬とは逆に正イオンを容易に生成する物質の場合には、コロナ放電電極を負励磁し、不要な物質を負イオン化することで麻薬を容易に検知することができる。
【００１５】
さらに、分析対象または検出対象の物質の特性が未知のときでも、コロナ放電電極と補助電極の極性を指定のタイミングで切替ることで、正イオン化しやすい物質あるいは負イオン化しやすい物質を容易に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す質量分析装置の全体構成図である。図１において、質量分析装置は、試料ガス発生手段としての試料ガス発生部１０と、試料分離手段としての試料分離部１２と、質量分析計を構成する質量分析手段としての質量分析部１４とを備えて構成されている。
【００１７】
試料ガス発生部１０は、エアボンベ１６、試料収納器１８を備え、エアボンベ１６と試料収納器１８とが円筒状の配管２０を介して連結されている。エアボンベ１６は、ガス（気体）としてエアを、配管２０を介して試料収納器１８内に送給するようになっている。試料収納器１８内には爆薬、例えば、有機ニトロ化合物を含む試料２２が収納されており、エアボンベ１６からのエアが試料２２に吹き付けられてエアが試料２２に接触すると、試料２２からは、分析対象（検出対象）の物質を含む試料ガスが発生する。この試料ガスは円筒状の配管２４を介して試料分離部１２に導入されるようになっている。
【００１８】
配管２４内には、図２に示すように、複数の仕切り板２６、２８、３０が互いに間隔をおいて配置されているとともに、補助電極としての異イオン検出電極３２が挿入されている。仕切り板２６、３０の中心部には貫通孔３４、３６がそれぞれ形成されている。仕切り板２４の中央部には軸状のコロナ放電電極３８が固定されており、コロナ放電電極３８が仕切り板２８を介してコロナ放電用電源４０に接続されている。さらに仕切り板２８には複数の貫通孔４２が形成されている。また配管２４のうち仕切り板２８と３０との間には配管４４が接続され、仕切り板３０と異イオン検出電極３２との間には配管４６が接続されている。さらに、異イオン検出電極３２には異イオン検出用電源４８に接続されている。なお、異イオン検出電極３２の外周側は絶縁物５０を介して配管２４に固定されている。
【００１９】
ここで、分析対象の物質として、例えば、試料２２に有機ニトロ化合物が含まれていることを想定した場合、ニトロ化合物は、元素の組成が酸素平衡に近く、コロナ放電に伴って負イオンを容易に生成する。そこで、電源４０によってコロナ放電電極３８を正励磁し、不要な物質を正イオン化し、さらに電源４８から異イオン検出電極３２に負電圧を印加して負励磁し、正イオン化された不要な物質を異イオン検出電極３２で捕獲することとしている。
【００２０】
具体的には、試料収納器１８からの試料ガスが配管２４内に導入されると、この試料ガスは仕切り板２６の貫通孔３４を介して仕切り板２６と仕切り板２８との領域に導入される。このときコロナ放電電極３８によってガス中にコロナ放電が発生すると、ガス中のコロナ放電によって生じた酸素イオンによって試料ガスがイオン化される。このときニトロ化合物は負イオン物質として貫通孔４２を介して仕切り板２８と仕切り板３０との領域に送給され、不要な物質は正イオン物質として貫通孔４２を介して仕切り板２８と仕切り板３０との間の領域に送給される。これら正イオン物質と負イオン物質のうち正イオン物質（不要な物質）は異イオン検出電極３２の負電圧によって吸着され、貫通孔３６を介して異イオン検出電極３２に捕獲（吸着）される。また正イオン物質の一部は配管４６を介して排出され、負イオン物質は配管４４を介して質量分析部１４に送給される。
【００２１】
質量分析部１４は、図１に示すように、イオン源５２、質量分析器５４、増幅器５６、計測処理表示器５８を備えて構成されており、イオン源５２が配管４４に接続され、イオン源５２に配管４４内の負イオン物質が導入されるようになっている。イオン源５２はコロナ放電電極６０を備えており、配管４４から導入した負イオン物質を導入し、コロナ放電電極６０によってコロナ放電を発生させて負イオン物質をイオン化し、イオン化された負イオン物質を、例えば、イオンビームとして質量分析器５４に出射するようになっている。質量分析器５４は、永久磁石６２、イオン検出器６４などを備えており、質量分析器５４内は真空排気装置（図示省略）により高真空状態に排気されている。イオン源５２からのイオンビームはマグネット６２間を通過する過程でその質量に応じた軌道に沿ってイオン検出器６４に入力される。イオン検出器６４はイオンビームの入力した位置に応じた信号を出力するようになっている。イオン検出器６４の出力による電気信号は増幅器５６で増幅されたあと計測処理表示器５８に入力される。計測処理表示器５８は、増幅器５６からの信号を処理し、質量に応じた計測値を画像表示するようになっている。そして試料２２中にニトロ化合物が含まれているときには、ニトロ化合物に対応した質量の計測値が表示され、この表示結果から試料２２中にニトロ化合物が含まれていることを把握することができる。
【００２２】
このように、本実施形態においては、質量分析部１４において分析対象（検出対象）の物質に関する質量分析をするに先立って、試料分離部１２において試料ガスに含まれる物質を正イオン物質と負イオン物質とに分離し、不要な物質である正イオン物質を除去し、負イオン物質を質量分析部１４に送給するようにしたため、分析（検出）感度を高めることができるとともに、分析に要する時間を短縮することができる。
【００２３】
前記実施形態においては、危険物検知として、ニトロ化合物を分析または検知するものについて述べたが、コロナ放電に伴って正イオンを容易に生成する特性を有する物質、例えば、麻薬を検知するときには、ニトロ化合物を検知するときとは逆に、コロナ放電電極３８に負電圧を印加して負励磁し、異イオン検出電極３２に正電圧を印加して正励磁することにより、不要な物質である負イオン物質が異イオン検出電極３２によって捕獲され、正イオン物質が質量分析部１４に送給されるため、麻薬を高感度でかつ高速度で検出あるいは分析することができる。
【００２４】
一方、爆薬や麻薬を任意の時間周期で検出する場合には、コロナ放電電極３８と異イオン検出電極３２に対して任意のタイミングあるいは指定のタイミングで正電圧または負電圧を印加することで麻薬や爆薬を同時に検出することができる。
【００２５】
具体的には、図３に示すように、コロナ放電電極３８と電源４０との間に電源切替回路６６を挿入するとともに異イオン検出電極３２と電源４８との間に電源切替回路６８を挿入する。
【００２６】
電源切替回路６６、６８は、例えば、図４に示すように、正励磁回路７０、負励磁回路７２、パワートランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を用いて構成することができる。正励磁回路７０は、図５に示すように、指定のタイミングで、２秒間正パルスをトランジスタＱ１、Ｑ４に出力するようになっており、負励磁開路７２は、指定のタイミングで、すなわち正励磁回路７０からパルス信号が出力された後、２秒後に２秒間トランジスタＱ２、Ｑ３にオンパルスを出力するようになっている。
【００２７】
したがって、負イオン物質を検出する場合には、コロナ放電電極３８を２秒間正励磁するとともに異イオン検出電極３２を負励磁し、その後、２秒間無励磁期間が経過したときに、正イオン物質を検出するために、電源切替回路６６、６８が切替られ、コロナ放電電極３８が２秒間負励磁されるとともに異イオン検出電極３２が正励磁され、その後、２秒間無励磁期間となるサイクルを繰り返すことで、負イオン物質と正イオン物質を同時に検出することができる。この場合も高感度に且つ高速度に負イオン物質と正イオン物質を検出することができる。
【００２８】
なお、正イオン物質と負イオン物質を同時に検出する場合には、電源切替回路６６と同一の機能を有するものをコロナ放電電極６０に接続し、コロナ放電電極６０の励磁状態を正励磁または負励磁状態に切替ることが望ましい。
【００２９】
また、本発明は、試料収納器１８を空港などの手荷物搬送路に設置することで、空港の手荷物検査に利用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分析対象（検出対象）の物質をイオン化して得られたイオン物質を質量分析手段により、イオン化して質量分析するに先立って、試料ガスをイオン化するとともにイオン化された試料ガスを正イオン物質と負イオン物質とともに分離して不要物質を除去し、分離された一方のイオン物質を質量分析手段に導入するようにしたため、分析対象の物質に対する分析感度（検出感度）を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す質量分析装置の全体構成図である。
【図２】（ａ）は試料分離部の要部拡大図、（ｂ）は異イオン検出電極の正面図である。
【図３】試料分離部に電源切替回路を設けたときの構成図である。
【図４】電源切替回路の回路構成図である。
【図５】正イオン物質と負イオン物質を同時に検出するときの作用を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１０  試料ガス発生部
１２  試料分離部
１４  質量分析部
１６  エアボンベ
１８  試料収納器
２６、２８、３０  仕切り板
３２  異イオン検出電極
３８  コロナ放電電極
５２  イオン源
５４  質量分析器
５６  増幅器
５８  計測処理表示器
【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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