(57)【要約】【課題】セル室内の電子数が不足するのを防止することができるとともに、本体が必要以上に大型化するのを防止することができる電子捕獲検出器を提供する。【解決手段】線源１４の表面積よりも小さい露出面積でセル室１１の内壁面１５を露出させる。これにより、セル室１１内の電子数が増えるため、高濃度の試料ガスがセル室１１内に供給された場合であっても、セル室１１内の電子数が不足するのを防止することができる。また、セル室１１の内壁面１５の露出面積を線源１４の表面積よりも小さくすることにより、本体１が必要以上に大型化するのを防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラム出口から試料ガスが供給されるセル室が形成された本体と、
前記セル室の内壁面に設けられ、放射線を照射する線源と、
前記セル室内に配置されたコレクタ電極とを備え、
前記セル室の内壁面が、前記線源の表面積よりも小さい露出面積で露出していることを特徴とする電子捕獲検出器。
【請求項２】
前記露出面積が、前記線源の表面積の１／３以上、かつ、２／３以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子捕獲検出器。
【請求項３】
前記線源は、前記セル室の内壁面におけるカラム出口側に設けられており、
前記コレクタ電極は、カラム出口側とは反対側から前記セル室内に挿入され、その先端部が前記線源に対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子捕獲検出器。
【請求項４】
前記セル室内におけるカラム出口側とは反対側の端部に配置され、前記コレクタ電極が挿通される挿通孔と、当該挿通孔に連通する排気路とが形成されたスペーサをさらに備え、
前記スペーサと前記線源との間における前記セル室の内壁面が、前記露出面積で露出していることを特徴とする請求項３に記載の電子捕獲検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラムからセル室に試料ガスを供給し、前記セル室内で放出される電子を捕獲することにより検出を行うための電子捕獲検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフなどの分析装置に用いられる検出器の一例として、電子捕獲検出器（ＥＣＤ：Electron Capture Detector）が知られている。この電子捕獲検出器の本体には、内部にセル室が形成されており、当該セル室内にコレクタ電極が配置されるとともに、カラム出口が接続されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
カラム出口からセル室内に供給される試料ガスは、例えば窒素ガスからなるメイクアップガスと混合される。セル室の内壁面には、６３Ｎｉなどの放射性同位元素の線源が形成されており、メイクアップガスとしての窒素ガスに線源からβ線などの放射線が照射されることにより、電子を放出させることができる。
【０００４】
これにより、コレクタ電極に基準電流を流すことができるとともに、親電子性物質を測定対象成分として含む試料ガスがセル室内に供給された際には、親電子性物質に電子が捕獲されることに起因する電圧変動を検出することができる。具体的には、基準電流を一定に保つようにパルス電圧が印加されることにより、そのパルス電圧の変動がピークとして検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１８５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な電子捕獲検出器では、セル室の内壁面全体が線源で覆われている。一定の放射能量を超える線源の形状を変更する際には、特定の機関の許可を得る必要があるため、通常は、一定の表面積を有する線源の形状に合わせて本体を設計することにより、セル室の内壁面全体が線源で覆われるように形成される。
【０００７】
このような一定の表面積を有する線源を用いた構成では、高濃度の試料ガスがセル室内に供給された場合に、測定不能又は測定不良となるおそれがある。すなわち、より多くの電子が試料ガス中の親電子性物質に捕獲され、セル室内の電子数が不足することに起因して、電子を捕獲できない親電子性物質がセル室内に余った状態となる。この場合、パルス電圧を印加しても基準電流が一定値に到達せず、ピークが得られない、又は、ピークが太くなるといった問題が生じる。
【０００８】
一方、上記特許文献１の例では、セル室の内壁面全体が線源で覆われた構成とはなっていない。具体的には、セル室の内壁面における下側半分未満の領域に線源が設けられており、上側半分以上の領域は線源が設けられることなく露出している。しかし、このような構成では、セル室の内壁面が必要以上に露出しているため、本体が大型化してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、セル室内の電子数が不足するのを防止することができるとともに、本体が必要以上に大型化するのを防止することができる電子捕獲検出器を提供することを目的とする。また、本発明は、基準電流をより大きい値に設定することができる電子捕獲検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者らは、上記のような課題を解決するために、線源の形状は一定のままセル室の形状を変更し、セル室の内壁面の露出面積とコレクタ電極における電流の流れやすさとの関係を確認する試験を行った。その結果、セル室の内壁面の露出面積が線源の表面積と同程度になるまでは、露出面積の増加とともに電流も流れやすくなるが、露出面積をそれ以上大きくしても電流の流れやすさはほとんど変化しないことが分かった。
【００１１】
本発明に係る電子捕獲検出器は、本体と、線源と、コレクタ電極とを備える。前記本体には、カラム出口から試料ガスが供給されるセル室が形成されている。前記線源は、前記セル室の内壁面に設けられ、放射線を照射する。前記コレクタ電極は、前記セル室内に配置されている。前記セル室の内壁面は、前記線源の表面積よりも小さい露出面積で露出している。
【００１２】
このような構成によれば、線源の表面積よりも小さい露出面積でセル室の内壁面を露出させることにより、その露出面積が大きいほどコレクタ電極に電流が流れやすくなる。これは、セル室の内容積が大きくなったことにより、セル室内の電子数が増えたという要因以外に、例えばセル室の内壁面に放射線が照射されることにより電子が発生したという要因も考えられる。
【００１３】
このように、セル室内の電子数が増えることにより、高濃度の試料ガスがセル室内に供給された場合であっても、セル室内の電子数が不足するのを防止することができる。また、セル室の内壁面の露出面積を線源の表面積よりも小さくすることにより、本体が必要以上に大型化するのを防止することができる。さらに、コレクタ電極に電流が流れやすくなるため、基準電流をより大きい値に設定することができる。
【００１４】
前記露出面積が、前記線源の表面積の１／３以上、かつ、２／３以下であることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、セル室の内壁面の露出面積が、コレクタ電極に電流を流れやすくしつつ本体を小型化するという観点において効果的な範囲に設定される。したがって、コレクタ電極に電流をより流れやすくして、セル室内の電子数が不足するのを効果的に防止することができる。
【００１６】
前記線源は、前記セル室の内壁面におけるカラム出口側に設けられていてもよい。この場合、前記コレクタ電極は、カラム出口側とは反対側から前記セル室内に挿入され、その先端部が前記線源に対向していてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、セル室内におけるカラム出口側とは反対側から挿入されたコレクタ電極の先端部が、セル室内におけるカラム出口側に設けられた線源に対向しているため、セル室内におけるコレクタ電極の長さが比較的長い。これにより、コレクタ電極に電流が流れやすくなるため、基準電流をより大きい値に設定することができる。
【００１８】
前記電子捕獲検出器は、前記セル室内におけるカラム出口側とは反対側の端部に配置されたスペーサをさらに備えていてもよい。前記スペーサには、前記コレクタ電極が挿通される挿通孔と、当該挿通孔に連通する排気路とが形成されている。この場合、前記スペーサと前記線源との間における前記セル室の内壁面が、前記露出面積で露出していてもよい。
【００１９】
このような構成によれば、スペーサに形成された挿通孔を介して、セル室内の試料ガスをコレクタ電極側から排気路に導くことによって、より良好に分析を行うことができる。このようなスペーサがセル室内に配置された構成の場合、本体が大型化するのを防止しようとすると、セル室の内壁面の露出面積を大きく確保するのが難しくなるおそれがある。このような場合であっても、スペーサと線源との間におけるセル室の内壁面を露出させることにより、セル室内におけるコレクタ電極の長さを比較的長くして、コレクタ電極に電流を流れやすくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高濃度の試料ガスがセル室内に供給された場合であっても、セル室内の電子数が不足するのを防止することができる。また、本発明によれば、セル室の内壁面の露出面積を線源の表面積よりも小さくすることにより、本体が必要以上に大型化するのを防止することができる。さらに、本発明によれば、コレクタ電極に電流が流れやすくなるため、基準電流をより大きい値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。
【図２】セル室の内壁面の露出幅とコレクタ電極における電流の流れやすさとの関係を示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。この電子捕獲検出器は、例えばガスクロマトグラフなどの各種分析装置に用いることができる検出器であり、本体１と、当該本体１に取り付けられたコレクタ電極２とを備えている。
【００２３】
本体１は、例えば内部にセル室１１が形成された円筒状の部材からなる。コレクタ電極２は、本体１における軸線Ｌ方向の一端部（図１における上端部）に取り付けられている。一方、本体１における軸線Ｌ方向の他端部（図１における下端部）には、カラム３の出口側端部が取り付けられている。
【００２４】
カラム３としては、例えばキャピラリカラムが用いられ、ヘリウムガスなどのキャリアガスに測定対象成分を含む試料ガスが、カラム出口３１からセル室１１内に供給される。ただし、カラム３は、キャピラリカラムに限られるものではなく、例えばパックドカラムであってもよい。
【００２５】
コレクタ電極２は、カラム出口３１に対して間隔を隔ててセル室１１内に配置されている。この例では、コレクタ電極２とカラム３の出口側端部とが軸線Ｌに沿って同軸上に配置されており、コレクタ電極２の先端とカラム出口３１とが、軸線Ｌに沿って所定の間隔Ａ１を隔てて対向している。当該間隔Ａ１は、例えば３〜８ｍｍ程度であることが好ましく、５〜６ｍｍ程度であればより好ましい。
【００２６】
本体１には、メイクアップガスを供給するためのメイクアップガス供給路１２が形成されている。このメイクアップガス供給路１２は、本体１内におけるカラム出口３１の近傍に連通しており、メイクアップガス供給路１２から供給されるメイクアップガスは、カラム出口３１からの試料ガスと混合されてセル室１１内に供給される。セル室１１内の試料ガス及びメイクアップガスは、ガス排出路１３から排気される。
【００２７】
メイクアップガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。セル室１１の内壁面１５には、６３Ｎｉなどの放射性同位元素の線源１４が形成されており、メイクアップガスとしての窒素ガスに線源１４からβ線などの放射線が照射されることにより、電子を放出させることができるようになっている。
【００２８】
このようにして放出される電子により、セル室１１内に挿入されたコレクタ電極２に基準電流を流すことができる。そして、親電子性物質を測定対象成分として含む試料ガスがセル室１１内に供給された際には、親電子性物質に電子が捕獲されることに起因する電圧変動を検出することができる。
【００２９】
本実施形態では、基準電流を一定に保つように、コレクタ電極２にパルス電圧が印加される。したがって、親電子性物質に電子が捕獲されることにより、セル室１１内の電子数が減少した場合には、より多くのパルス電圧が印加されることにより基準電流が一定に保たれる。このときのパルス電圧の変動をピークとして検出することにより、試料ガス中の親電子性物質を検出することができる。
【００３０】
セル室１１内におけるカラム出口３１側とは反対側の端部には、スペーサ４が設けられている。当該スペーサ４は、セル室１１内の試料ガス及びメイクアップガスをガス排出路１３に導くための部材であり、セル室１１の内径に対応する外径を有する円筒状に形成されている。スペーサ４には、軸線Ｌ方向に沿って延びる挿通孔４１が形成されており、当該挿通孔４１内にコレクタ電極２が挿通されている。挿通孔４１は、コレクタ電極２の外径よりも若干大きい内径を有している。
【００３１】
スペーサ４には、挿通孔４１とガス排出路１３とを連通させる排気路４２が形成されている。当該スペーサ４により、セル室１１内の試料ガス及びメイクアップガスが、図１に矢印で示すように、コレクタ電極２側、すなわち軸線Ｌ側から挿通孔４１を介してガス排出路１３に導かれる。これにより、セル室１１の内壁面１５側から偏ってガスが排出されるような構成と比較して、対称性が高くなるため、安定した測定値を得ることができ、より良好に分析を行うことができる。
【００３２】
この例では、排気路４２が軸線Ｌ方向に直交する径方向に延びており、同じく径方向に延びるガス排出路１３に連通することにより、セル室１１内の試料ガス及びメイクアップガスが一直線上に排出されるようになっている。ただし、このような構成に限らず、排気路４２又はガス排出路１３の少なくとも一部が径方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。
【００３３】
このように、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側とは反対側の端部（図１における上端部）は、スペーサ４により覆われている。一方、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側の端部（図１における下端部）は、線源１４により覆われている。そして、スペーサ４と線源１４との間におけるセル室１１の内壁面１５は、他の部材で覆われない構成とされることにより、所定の露出面積で露出している。
【００３４】
線源１４は、従来から電子捕獲検出器に用いられているものと同一であり、線源１４の軸線Ｌ方向に沿った長さＢ１は、例えば１０ｍｍ程度である。当該長さＢ１は、線源１４の表面積に比例している。一方、セル室１１の内壁面１５の軸線Ｌ方向に沿った露出幅Ｂ２は、１０ｍｍよりも短く設定されている。当該露出幅Ｂ２は、セル室１１の内壁面１５の露出面積に比例している。したがって、本実施形態では、セル室１１の内壁面１５が、線源１４の表面積よりも小さい露出面積で露出している。
【００３５】
図２は、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２とコレクタ電極２における電流の流れやすさとの関係を示した図である。本願発明者らが行った確認試験によれば、図２に示すように、セル室１１の内壁面１５が露出している場合、すなわち露出幅Ｂ２が０よりも大きい場合の方が、露出していない場合よりもコレクタ電極２に電流が流れやすいことが分かった。
【００３６】
また、露出幅Ｂ２を徐々に大きくしたところ、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２が線源１４の長さＢ１と同程度（例えば１０ｍｍ）になるまでは、露出幅Ｂ２の増加とともにコレクタ電極２における電流も流れやすくなった。しかし、露出幅Ｂ２をそれ以上大きくしてもコレクタ電極２における電流の流れやすさはほとんど変化しないことが分かった。
【００３７】
このような結果の通り、線源１４の表面積よりも小さい露出面積でセル室１１の内壁面１５を露出させた場合には、その露出面積が大きいほどコレクタ電極２に電流が流れやすくなる。これには種々の要因が考えられるが、要因の１つとしては、セル室１１の内容積が大きくなったことにより、セル室１１内の電子数が増えたということが考えられる。すなわち、セル室１１の内容積が大きくなることにより、セル室１１内のメイクアップガス（例えば窒素ガス）の量が多くなるため、メイクアップガスに対する放射線の照射によってセル室１１内で放出される電子数も多くなる。
【００３８】
また、上記の要因以外にも、例えばセル室１１の内壁面１５に放射線が照射されることにより電子が発生したという要因が考えられる。セル室１１の内壁面１５は、例えば金属により形成されているが、金属の仕事関数は窒素ガスなどのメイクアップガスのイオン化エネルギーよりも小さい。そのため、金属からなるセル室１１の内壁面１５に放射線が照射されることにより、セル室１１内に電子が放出されている可能性がある。
【００３９】
このように、セル室１１内の電子数が増えることにより、高濃度の試料ガスがセル室１１内に供給された場合であっても、セル室１１内の電子数が不足するのを防止することができる。また、セル室１１の内壁面１５の露出面積を線源１４の表面積よりも小さくすることにより、本体１の軸線Ｌ方向の長さが必要以上に長くなって本体１が大型化するのを防止することができる。さらに、コレクタ電極２に電流が流れやすくなるため、基準電流をより大きい値に設定することができる。
【００４０】
特に、本実施形態では、セル室１１内におけるカラム出口３１側とは反対側から挿入されたコレクタ電極２の先端部が、セル室１１内におけるカラム出口３１側に設けられた線源１４に対向している。すなわち、線源１４におけるカラム出口３１側の端部と、カラム出口３１側とは反対側の端部との間に、コレクタ電極２の先端が位置している。これにより、コレクタ電極２の先端とカラム出口３１との間隔Ａ１は従来と同程度のまま、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２の分だけコレクタ電極２が長くなっている。
【００４１】
セル室１１内におけるコレクタ電極２の長さＡ２は、例えば線源１４の軸線Ｌ方向に沿った長さＢ１よりも長い。当該長さＡ２は、例えば１０〜１５ｍｍ程度であることが好ましく、１２〜１３ｍｍ程度であればより好ましい。すなわち、コレクタ電極２の長さＡ２は、線源１４の長さＢ１の１〜１．５倍程度であることが好ましく、１．２〜１．３倍程度であればより好ましい。このように、セル室１１内におけるコレクタ電極２の長さＡ２が比較的長いことから、コレクタ電極２に電流が流れやすくなるため、基準電流をより大きい値に設定することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態のようにスペーサ４がセル室１１内に配置された構成の場合には、本体１が大型化するのを防止しようとすると、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２を大きく確保するのが難しくなるおそれがある。このような場合であっても、スペーサ４と線源１４との間におけるセル室１１の内壁面１５を露出させることにより、セル室１１内におけるコレクタ電極２の長さＡ２を比較的長くして、コレクタ電極２に電流を流れやすくすることができる。
【００４３】
セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２は、線源１４の長さＢ１の１／５以上、かつ、４／５以下であることが好ましく、１／４以上、かつ、３／４以下であればより好ましい。さらに、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２が、線源１４の長さＢ１の１／３以上、かつ、２／３以下であれば、図２に範囲Ｒで示すように、コレクタ電極２に電流を流れやすくしつつ本体１を小型化する（露出幅Ｂ２を小さくする）という観点において好ましい。このような値に露出幅Ｂ２を設定することにより、コレクタ電極２に電流をより流れやすくして、セル室１１内の電子数が不足するのを効果的に防止することができる。
【００４４】
具体的には、セル室１１の内壁面１５の露出幅Ｂ２は、例えば２〜８ｍｍであることが好ましく、３〜７ｍｍであればより好ましく、４〜６ｍｍであればさらに好ましい。本実施形態では、上記露出幅Ｂ２は、例えば５ｍｍ程度に設定されている。
【００４５】
なお、図１の例では、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向しているが、このような構成に限らず、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向していない構成であってもよい。すなわち、線源１４におけるカラム出口３１側の端部と、カラム出口３１側とは反対側の端部との間に、コレクタ電極２の先端が位置しないような構成であってもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側に線源１４が設けられることにより、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側の端部が露出していない構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側の端部が露出した構成であってもよい。
【００４７】
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。本実施形態では、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側とは反対側に線源１４が設けられている。線源１４の位置以外の構成は第１実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
この場合、線源１４におけるカラム出口３１側とは反対側の端部がスペーサ４に隣接することにより、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側の端部のみが、所定の露出幅Ｂ２で露出している。当該露出幅Ｂ２は、第１実施形態の場合と同様に、線源１４の軸線Ｌ方向に沿った長さＢ１よりも短い。したがって、本実施形態においても、セル室１１の内壁面１５が、線源１４の表面積よりも小さい露出面積で露出しており、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
なお、図３の例では、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向していないが、このような構成に限らず、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向した構成であってもよい。すなわち、線源１４におけるカラム出口３１側の端部と、カラム出口３１側とは反対側の端部との間に、コレクタ電極２の先端が位置するような構成であってもよい。
【００５０】
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子捕獲検出器の構成例を示した断面図である。本実施形態では、セル室１１の内壁面１５における軸線Ｌ方向の中央部に線源１４が設けられている。線源１４の位置以外の構成は第１実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
この場合、セル室１１の内壁面１５におけるカラム出口３１側の端部が、所定の露出幅Ｂ２１で露出するとともに、カラム出口３１側とは反対側の端部が、所定の露出幅Ｂ２２で露出している。これらの露出幅Ｂ２１，Ｂ２２の合計値Ｂ２（Ｂ２＝Ｂ２１＋Ｂ２２）は、第１実施形態の場合と同様に、線源１４の軸線Ｌ方向に沿った長さＢ１よりも短い。したがって、本実施形態においても、セル室１１の内壁面１５が、線源１４の表面積よりも小さい露出面積で露出しており、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
なお、図４の例では、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向しているが、このような構成に限らず、コレクタ電極２の先端が線源１４に対向していない構成であってもよい。すなわち、線源１４におけるカラム出口３１側の端部と、カラム出口３１側とは反対側の端部との間に、コレクタ電極２の先端が位置しないような構成であってもよい。
【００５３】
以上の実施形態では、コレクタ電極２とカラム３の出口側端部とが軸線Ｌに沿って同軸上に配置された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、コレクタ電極２及びカラム３の出口側端部の少なくとも一方が軸線Ｌに対してずれた位置に配置されていてもよい。すなわち、コレクタ電極２の先端とカラム出口３１とは、軸線Ｌに沿って間隔Ａ１を隔てて対向するような構成に限らず、別の方向に沿って間隔Ａ１を隔てて対向するような構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    本体
２    コレクタ電極
３    カラム
４    スペーサ
１１    セル室
１２    メイクアップガス供給路
１３    ガス排出路
１４    線源
１５    内壁面
３１    カラム出口
４１    挿通孔
４２    排気路
【図１】
2016031345.tif 000003
【図２】
2016031345.tif 000004
【図３】
2016031345.tif 000005
【図４】
2016031345.tif 000006