JP2000028579A - 試料ガス採取装置及び危険物探知装置 - Google Patents

試料ガス採取装置及び危険物探知装置

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JP2000028579A JP10192662A JP19266298A JP2000028579A JP 2000028579 A JP2000028579 A JP 2000028579A JP 10192662 A JP10192662 A JP 10192662A JP 19266298 A JP19266298 A JP 19266298A JP 2000028579 A JP2000028579 A JP 2000028579A
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gas
vapor
dangerous substance
sample
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実 坂入
Masao Kan
正男 管
Yuichiro Hashimoto
雄一郎 橋本
Masuyoshi Yamada
益義 山田
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 危険物探知装置における従来技術は検出感度
が十分でなく、危険物の蒸気圧が低い場合や、危険物の
量が微量である場合には、濃縮過程を設けない限り検出
できないという欠点があった。 【解決手段】 上記従来技術の問題を解決するために
は、ニトロ化合物に代表される危険物を負のコロナ放電
を用いて効率的にイオン化し、生成した負イオンを質量
分析計を用いて高感度に検出する。 【効果】 危険物の蒸気を高感度に検出することによ
り、危険物の有無を高速に判定することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は危険物検知に関し、
詳しくは爆発物などから発生する蒸気を高感度に検出
し、荷物や貨物などにおける爆発物の有無を判定するた
めの危険物探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ニトロ化合物に代表される爆発物のよう
な危険物の蒸気を検出して危険物の有無を検出するため
の従来技術としては、米国特許４,９８７,７６７、さら
には５,１０９,６９１に開示されている方法がある。こ
れらの方法では、検査する人や物から蒸気を採取して集
め、それをいったん濃縮した後脱着して、電子捕獲検出
器を備えたガスクロマトグラフやイオン移動度分析計な
どの検出器により検出するという方法が取られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、用
いている検出器の感度が十分でないため、化学的な濃縮
過程を経て検出を行っていた。しかし、化学的な濃縮過
程を設けると、濃縮の程度にもよるが、化学的な濃縮に
多大な時間がかかるため（数分から数十分）、ひとつの
分析に多くの時間を要し、多数の検体を高速に処理する
ことができないという問題があった。
【０００４】空港での手荷物や貨物の危険物探知には短
時間で処理することが要求されていいたが実現すること
ができないという問題があった。また、手荷物や貨物か
ら如何に試料ガスを採取するかが問題であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記従来技術を解決する
ため、測定すべき気体試料を導入する試料導入部と、導
入された上記気体試料を負のコロナ放電させるコロナ放
電部と、上記コロナ放電部によって生じたイオンを質量
分析する質量分析部を有している。すなわち、本発明に
よれば、ニトロ化合物に代表される危険物が負のイオン
になりやすいことを利用して、負のコロナ放電を用いて
イオン化され、生成された負のイオンは質量分析計によ
って測定される。負のコロナ放電による負イオン生成効
率は、非常に高いので検出感度も十分高く、そのため、
上記従来技術のような煩雑な化学的な濃縮過程は不要と
なる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ニトロ基を複数
有するニトロ化合物の検出を高感度に行うことができ
る。これらのニトロ化合物は、負のイオンになりやす
く、負のコロナ放電によって容易に負のイオンが生成さ
れる。従って、非常に高い感度が得られる。しかも、質
量分析計として、イオンを内部に溜め込むことができる
イオントラップ型質量分析計を用いることにより、この
質量分析計において試料の高倍率濃縮を行うことができ
るので、爆発物のように測定対象の蒸気圧が極めて低い
場合でも、確実に分析を行うことができる。ただし、四
重極質量分析計や磁場型質量分析計を用いることは可能
である。
【０００７】（実施例１）図１は、本発明の実施例の危
険物探知システムの構成を示す図である。後述するよう
に、本発明においては、ニトロ化合物に代表される爆発
物のような危険物の蒸気を採取した後、負のコロナ放電
を用いてイオン化し、それを質量分析計により検出する
が、本実施例は、検査官が測定対象である荷物等からサ
ンプリングプローブで漏洩してくる危険物の蒸気をを吸
引して分析し、その分析結果から危険物の有無を探知検
査する場合である。また、このような方法に加えて、荷
物内の危険物の形態を荷物を開放することなく外部より
撮影するＸ線検査装置とを同時に併用することにより危
険物の位置が確認されそれに基づいてサンプリングプロ
ーブを近ずけることにより検出感度さらに一層上げるこ
とができる。
【０００８】本実施例における詳細を図１等を用いて説
明する。空港、港等の公共施設において、搭乗に際して
荷物等の検査が行われる。バッグ等の検査体１ａは、ベ
ルトコンベア２ａに乗せられ、まずＸ線検査装置３ａに
送られる。ここで、金属を中心とした危険物の検査を受
けた荷物１ｂは、さらに危険物の蒸気検出を目的とし
た、オフライン分析用危険物探知装置４により検査され
る。図１の場合では、検査官が、オフライン分析用サン
プリングプローブ５を用いて、バッグ等の検査体１ａの
鍵穴等の開口部又は上蓋と下蓋の隙間に、オフライン分
析用サンプリングプローブ５を近づけ、内部の蒸気を採
取して検査を行う。このとき、オフライン分析用サンプ
リングプローブ５の先端を細くしておけば、隙間を利用
して、バッグ等の内部の蒸気を直接採取することも可能
となる。検査官は、図２４に示したような、表示器６４
により検出結果を確認する。表示器６４では、ある検出
すべきイオンに対応する物質のインジケータ６５を表示
しておき、例えば、Ａが検出されたとすれば、Ａを点滅
させることによって、Ａが検出されたことを知らせる。
このとき、どの程度の濃度か（簡単には、量が多いか少
ないかといった程度の情報でよい）を知らせる量のイン
ジケータ６６や、アラーム６７を同時に設けてもよい。
【０００９】上記のような検査での検査フローは、図２
６のようになる。Ｘ線検査装置３ａやオフライン分析用
危険物探知装置４で異常が検出できなかった場合には荷
物を通過させることになるが、異常が検出された場合に
は、詳細な再検査を行うことになる。図１では、Ｘ線検
査装置３ａとオフライン分析用危険物探知装置４を併用
しているが、オフライン分析用危険物探知装置４を単独
で使用することも可能である。また、オフライン分析用
危険物探知装置４の後にＸ線検査装置３を通過させても
良い。この場合は、危険物が有る場合にはＸ線検査装置
３での検査時間が短縮される。更にまた、オフライン分
析用危険物探知装置４だけで行う場合が有る。この場合
はＸ線により感光して又は変色、変形してしまう物が内
部収納されている場合などに効果的である。
【００１０】なお、このようなオフライン分析用危険物
探知装置４は、トランク内に危険物がないかどうか検査
するための車両検査にも応用できる。
【００１１】このような検査装置構成にすることによっ
て、次のような効果がある。すなわち、プラスチック爆
弾のような場合、荷物内部に爆発物が厚い固まりとして
存在すればＸ線検査装置により観測される可能性もある
が、薄いシート状で存在すると、Ｘ線はほとんど透過し
てしまい観測されにくい。このとき、次の段階として検
査官がオフライン分析用危険物探知装置により検査を行
うと、爆発物がシート状であったとしてもその蒸気が荷
物内部あるいは荷物外部に漏れていれば危険物を探知で
きることになり、危険物を検出する可能性はＸ線検査装
置単独の場合よりもさらに高くなる。また、再検査の場
合にも、荷物内部にある物質が爆発物であるかどうかを
その蒸気の分析からその場ですぐにチェックでき、しか
もその種類をも分析できる。この場合、Ｘ線検査装置よ
りも有用である。
【００１２】以下に、実際の分析部での動作を主に図７
を用いて説明する。測定対象の気体試料は、気体試料導
入プローブにおける気体試料導入口１７から導入され
る。
【００１３】気体試料導入プローブの詳細は、図９と図
１０に示した。まず、図９の場合について説明する。気
体試料が気体試料導入口１７から導入されるためには、
気体試料導入ポンプ２７が必要となる。この気体試料導
入ポンプ２７には、ダイアフラムポンプのようなメカニ
カルな機構を有する気体導入ポンプを用い、その気体試
料導入流量は毎分数リットルから数十リットル程度であ
る。使用する気体試料導入ポンプ２７の能力は、気体試
料導入パイプ２４の長さに強く依存する。気体試料導入
パイプ２４が長くなれば、それだけ高い能力を持つ気体
試料導入ポンプ２７を用いる必要がある。気体試料が気
体試料導入パイプ２４の内壁に吸着されにくくするに
は、気体試料を導入する際の気体試料導入パイプ２４内
部の温度を上げる必要がある。気体試料導入パイプ２４
には、柔軟性のあるパイプを用い、その周りには蛇腹パ
イプのような硬いが折り曲げ可能なパイプ２５を設け、
その内部にある気体試料導入パイプ２４を構造的に補強
する。気体試料導入パイプ２４の周りには、その内壁へ
の気体試料の吸着を防ぐため、気体試料導入パイプ用ヒ
ータ２６を巻いて温度制御する。通常、この温度は室温
（１０から３０℃）以上の温度とし、最高で２００℃程
度の温度とする。一方、気体試料導入ポンプ２７を用い
て気体試料を導入する場合、プローブ先端には、手に持
ちやすいように取っ手１９を設けたり、気体試料導入ポ
ンプ２７のスイッチ１８を取っ手１９の近傍に設けると
便利である。プローブ先端には、プローブ先端加熱ヒー
タ２０を設け、プローブ先端部分での気体試料の吸着防
止を行ったり、大きな粒子やゴミが直接気体試料導入パ
イプ２４の方に吸引されないように、フィルタ２２を設
けることも重要なポイントとなる。このとき、フィルタ
２２に詰まったゴミを取り出しやすいように、定期的に
内部をクリーニングするためのゴミ取り出し口２３を設
けると良い。さらに、目的とするものが固体試料の場
合、固体試料を加熱した方がより蒸気が発生し検出も容
易となるので、赤外線ランプやハロゲンランプなどのよ
うな固体試料加熱手段２１を設けてもよい。固体試料を
サンプリングする場合には、この固体試料加熱手段によ
り固体試料を加熱することも、装置を運用する際の大き
なポイントとなる。
【００１４】一方、図９のような構造にすると、気体試
料導入パイプ２４の長さが数メートルを越えるような場
合、そのだけ気体試料導入パイプ用ヒータ２６も長く巻
く必要が生じ、製造コストが上昇する。そこで、この欠
点を解消するために、次のような構造にすることも可能
である。すなわち、図１０に示すように、ある一定の間
隔毎に、通過する気体試料を通電加熱するための多重に
巻いた金属線ヒータ２８ａ（複数設ける場合には、図１
０のように、２８ａに加えて２８ｂを試料導入パイプ２
４の途中に設けたような構造とし、気体試料導入パイプ
２４が長い場合には、この数をさらに増やすことも可能
である）を設ければよい。実際の運転に当たっては、気
体試料導入ポンプ２７により気体試料の吸引を開始して
から、金属線ヒータ２８の通電加熱を開始し、金属線ヒ
ータ２８が十分に加熱された一定時間後に、測定を開始
することになる。このようなシーケンスにすることによ
って、温度の低い気体状試料が気体試料導入パイプ内に
導入されて吸着するなどの問題も軽減される。また、こ
のような構造を採用することによって、長い気体試料導
入パイプ２４を使用する場合でも、ある一定距離毎にこ
の金属線ヒータ２８を設ければ良い。また、通電加熱で
あれば金属線ヒータの温度が数秒程度で所定の温度に上
昇するので、この金属線ヒータを常に加熱しておく必要
がなく、製造コストに加えて運転コストを下げることが
できるという大きなメリットがある。さらに、気体試料
導入パイプ２４の先端には、水分を含む大きな粒子の導
入を防ぐ観点から、金属線ヒータ２８ａを設けるとよ
い。高温に加熱された金属線ヒータが気体試料導入口１
７の直後にあれば、水分を含む粒子も加熱気化される可
能性が高くなる。もちろん、この後に、図９に示したよ
うなフィルタ６やゴミ取り出し口７を設けることも可能
である。
【００１５】図８に示すように、気体試料導入ポンプ２
７により、気体試料導入パイプ２４内に強制的に導入さ
れた気体試料は、まず気体試料加熱炉２９に導入され
る。このとき、気体試料導入ポンプ２７を連続で動かす
場合には駆動部分を冷却するために、ポンプ冷却用ファ
ン６３を用いてもよい。この気体試料加熱炉２９では、
金属製のブロックの中に設けられた、石英のような高温
に耐える材質でできた絶縁パイプ３０の中に設けた、気
体試料加熱用金属線ヒータ３１を通電加熱して、この領
域を通過する気体試料を高温に加熱する。気体試料加熱
用金属線ヒータ３１には、ニクロム線などの金属製のワ
イヤを多重に巻いたものを使用する。絶縁パイプの径
は、流入する気体量にも依存するが、毎分２リットル程
度の気体が導入される場合では、５ｍｍ程度である。絶
縁パイプの長さは、１０ｃｍ程度である。気体試料加熱
用金属線ヒータ３１の加熱温度は、測定する試料にも依
存するが、３０から４００℃程度である。導入された気
体試料が後で述べるコロナ放電領域に直接行かないよう
にすることが重要となる。これは、粒子（水分などをも
含む）などが直接コロナ放電領域に導入されると、コロ
ナ放電が不安定になったりするためである。コロナ放電
領域の前に、図８に示したような気体試料加熱用金属線
ヒータ３１などによる気体試料の加熱領域があれば、粒
子が導入されたとしても、高温に加熱された気体試料加
熱用金属線ヒータ３１に衝突しこの領域で気化される。
この気体試料加熱用金属線ヒータ３１は金属線ヒータ加
熱電源３２により温度制御される。通常、この領域の温
度は５０から４００℃程度に保たれる。なお、気体試料
加熱炉２９は、その前段の気体試料導入パイプ２４の部
分で十分に加熱されていれば、必要ない場合もある。
【００１６】試料加熱炉２９を通過した気体試料は、イ
オン化のためのコロナ放電部３３に導入される。導入さ
れた気体試料は効率的にコロナ放電用針電極３７先端の
コロナ放電領域に送られるように、コロナ放電用針電極
３７の近傍に絞り付き気体試料導入経路５８の先端が置
かれている。例えば、途中までの経路の内径が５ｍｍ程
度あるとき、その先端の内径を１ｍｍ程度にしておけ
ば、導入された気体試料が確実にしかも効率的にコロナ
放電用針電極３７先端のコロナ放電領域に導入されるこ
とになる。このとき、気体試料導入経路５８の長さは５
ｃｍ程度である。コロナ放電用針電極３７近傍に存在す
る気体試料導入経路５８は、コロナ放電用針電極３７先
端での電界を弱めないため、テフロン、マコールガラ
ス、セラミック等の絶縁材でできている。この領域も気
体試料加熱炉２９と同様に、コロナ放電部加熱ヒータ３
５により加熱できるようになっている。通常、この領域
の温度は、コロナ放電部加熱ヒータ電源３６により５０
から３００℃程度に保たれる。コロナ放電部３３には、
コロナ放電用針電極３７が設けられており、コロナ放電
用電源３８により負の高電圧（−２から−５ｋＶ程度）
が印加できるようになっている。このとき、まわりの対
向電極３３との距離は１から１０ｍｍ程度である。第１
細孔４０より導入されるイオンや分子以外の余剰ガスは
余剰ガス出口３９より系外に排出される。
【００１７】コロナ放電部３３で生成したイオンを分析
するに当たっては、いろいろな種類の質量分析計を使用
できるが、以下では、イオン溜め込み型のイオントラッ
プ質量分析計を用いた場合について、図７を用いて述べ
る。四重極質量分析計や磁場型質量分析計などの他の質
量分析計を用いた場合でも同様である。コロナ放電部３
３で生成したイオンは、ヒータにより加熱された差動排
気部の第１細孔４０（直径０．３ｍｍ程度、長さ２０ｍ
ｍ程度）、第２細孔４１（直径０．２ｍｍ程度、長さ
０．５ｍｍ程度）、第３細孔４２（直径０．３ｍｍ程
度、長さ０．５ｍｍ程度）を通過する過程で、加熱や中
性分子との衝突などによりクラスターイオンの開裂が起
こり試料分子のイオンが生成する。また、第１細孔４０
と第２細孔４１、第２細孔４１と第３細孔４２間には電
圧が印加できるようになっており、イオン透過率を向上
させると同時に、残留する分子との衝突によりクラスタ
の開裂を行う。差動排気部は、通常、ロータリポンプ、
スクロールポンプ、またはメカニカルブースタポンプな
どの荒引きポンプ５６により排気される。この領域の排
気にターボ分子ポンプを使用することも可能である。第
２細孔４１と第３細孔４２間の圧力は０．１から１０Ｔ
ｏｒｒの間にある。生成したイオンは第３細孔４２を通
過後、静電レンズ４３により収束される。この静電レン
ズ４３には、通常、３枚の電極からなるアインツエルレ
ンズなどが用いられる。イオンはさらにスリット４４を
通過後、偏向器４５で偏向されて、ゲート電極４６を経
て、一対のお椀状のエンドキャップ電極４７ａ、４７ｂ
とリング電極４８よりなるイオントラップ質量分析計に
導入される。スリット４４はスキマーから流入する中性
粒子などを含むジェットの立体角を制限し、余計な粒子
等がイオントラップ質量分析計内に導入されるのを防
ぐ。偏向器４５を用いているのは、スキマーを通過した
中性粒子がエンドキャップ電極４７ａの細孔を通して直
接イオントラップ質量分析部に導入されないようにする
ためである。ここでは、多数の開口部を設けた内筒、外
筒よりなる二重円筒型の偏向器４５を用いており、内筒
の開口部より滲みだした外筒の電界を用いて偏向してい
る。ゲート電極４６は、イオントラップ質量分析部内に
溜め込んだイオンを系外に取り出す際に、外部からイオ
ンが質量分析部内に導入されないようにする役目をす
る。このイオントラップ質量分析部内に導入されたイオ
ンは、イオントラップ質量分析部内部に導入されたヘリ
ウムなどのガスと衝突してその軌道が小さくなった後、
リング電極４８に印加された高周波電界を走査すること
によって系外に排出され、引き出しレンズ４９を経てイ
オン検出器により検出される。ヘリウムなどのガスは、
ボンベ５４などの供給源からレギュレータ５５を通して
供給される。イオントラップ質量分析計のメリットのひ
とつは、イオンを溜め込む特性を有するので、試料の濃
度が希薄でも溜め込む時間を伸ばせば検出できる点であ
る。従って、試料濃度が低い場合でも、イオントラップ
質量分析部のところでイオンの高倍率濃縮が可能となる
ので、試料の前処理を非常に簡便化できる。イオントラ
ップ質量分析部より取り出されたイオンの検出に当たっ
ては、コンバージョンダイノード５０でイオンが電子に
変換され、その電子をシンチレーションカウンタ５１で
検出している。得られた信号は増幅器５２で増幅後、デ
ータ処理装置５３に送られる。静電レンズ４３、スリッ
ト４４、偏向器４５、ゲート電極４６、イオントラップ
質量分析部、イオン検出器の存在するチャンバーは、タ
ーボ分子ポンプ５７で排気される。なお、ターボ分子ポ
ンプ５７には背圧側に補助ポンプが必要となるが、これ
を差動排気部に用いている荒引きポンプ５６と兼用する
ことは可能である。この実施例では、差動排気部に排気
容量９００リットル／分程度のスクロールポンプを、チ
ャンバー用の排気装置として２００リットル／秒程度の
ターボ分子ポンプを使用しており、このターボ分子ポン
プの補助ポンプとしてスクロールポンプを兼用してい
る。このような系にすることによって、複雑になりがち
な大気圧イオン化質量分析装置の排気系を非常に単純化
できる。この装置では偏向器４５を用いているが、イオ
ンを偏向しない場合も当然考えられ、この場合には、静
電レンズ４３の直後に、イオントラップ質量分析部が配
置される構造となる。図７の例では、２段差動排気を用
いているが、これを３段以上の差動排気系を用いてもよ
い。この場合には、第１段目の差動排気に用いている細
孔を３個から２個に減らし、２段目以降の高真空側にお
ける差動排気の段数を増やすことも可能である。
【００１８】通常、このデータ処理装置５３では、質量
数／電荷とイオン強度の関係（マススペクトル）や、あ
る質量数／電荷のイオン強度の時間変化（マスクロマト
グラム）などを表示する。また、データ処理装置５３で
は、上述したように、最終的な表示をマススペクトルや
マスクロマトグラムではなく、さらに簡略化されたもの
にしてもよい。すなわち、危険物探知装置のような場合
には、問題となるニトロ化合物が検出されたかどうかを
表示するだけでもよい。また、荷物の特定するために、
図示していないがバーコードリーダで読み込んだコード
から搭乗者割り出し画面に表示することにより持ち主を
素早く特定できる。例えば、図２５のように、ある検出
すべき特定のイオン（この場合はＴＮＴを示しており、
検出されたイオンはＴＮＴ分子に電子がついた負のイオ
ンで、その質量数は２２７）におけるノイズレベルに対
して、ある閾値を設けそのレベル以上にシグナルが検出
されたとき、このイオンが検出されたとする。このと
き、単なるスパイクノイズと区別するために、ある一定
時間以上観測されれば、例えば１秒から５秒の間積算す
ればそれをシグナルとみなすようなアルゴリズムを用い
る。このようなアルゴリズムを加えることによって、誤
作動を低減することができる。また高速に荷物の処理を
行う場合できるだけ短時間に検知することが要求されこ
の方式は十分対応可能とするものである。このとき、最
終表示としては、図２４に示すような場合が考えられ
る。表示器６４に、ある検出すべきイオンに対応する物
質のインジケータ６５を表示しておき、上記のようなア
ルゴリズムによって、例えば、Ａが検出されたとすれ
ば、Ａを点滅させることによって、Ａが検出されたこと
を知らせる。このとき、どの程度の濃度か（簡単には、
量が多いか少ないかといった程度の情報でよい）を知ら
せる量のインジケータ６６や、アラーム６７を同時に設
けてもよい。
【００１９】以上説明してきたような気体試料加熱炉２
９を設けることの重要性は、図１４、１５に示すデータ
からもわかる。図１４は、気体試料加熱炉２９で加熱し
た場合に得られる、気体試料の温度とイオン強度との関
係を示したものである。ガス温度が上昇すると、急激に
イオン強度が上昇することがわかり、特に１００℃を越
えた場合の変化は著しい。図１５には、気体試料の温度
が（ａ）１５０℃と（ｂ）３０℃の場合に得られるイオ
ン強度の差を示した。使用した試料はモノニトロトルエ
ンで、室温での試料からの蒸気を気体試料吸引ポンプ２
７で吸引して得られたピークである。同じコロナ放電電
圧（−２．５ｋＶ）のとき、加熱した場合の方が加熱し
ない場合より２．５倍程度電流値が増えていることがわ
かる。しかも、電流の安定度も加熱した場合の方がはる
かに良い。気体試料の温度が高温になっている、例えば
１００℃以上に上がっていれば、導入された気体状試料
の水分も気化しコロナ放電によるイオン化が効率的に、
しかも安定に行われる。また、高温に加熱された気体試
料により、間接的にコロナ放電用針電極２１の温度が上
がると、同じ放電電圧でも高いコロナ放電電流が得られ
るため、イオンの生成効率も上がることになる。
【００２０】一方、コロナ放電によりイオンの生成する
領域の圧力も重要となる。通常、コロナ放電を利用する
ような大気圧イオン源では、イオンを真空中に取り込む
細孔から流入されない余剰ガスをイオン源の外に出すた
めの余剰ガス出口３９が設けられている。従って、常
に、この余剰ガス出口３９が開放状態であるため、コロ
ナ放電領域はほぼ大気圧（７６０Ｔｏｒｒ程度）となっ
ている。しかし、実際には、コロナ放電領域における分
子密度が高い方がそれだけイオン化効率が高くなり、コ
ロナ放電領域の圧力の最適値は大気圧の７６０Ｔｏｒｒ
よりも高いところにある。しかし、その一方で、イオン
を真空中に取り込む細孔（直径０．２−０．５ｍｍ程
度）付近での圧力が高すぎると、細孔を通して高真空下
の質量分析部に流入する分子の数が多くなりすぎ、質量
分析部における高真空を維持するのが困難となる。そこ
で、図１３に示すように、余剰ガス出口３９を塞ぎ、気
体試料導入ポンプ２７により気体を連続的に導入して、
コロナ放電部３３内部の圧力を高めるようにする。この
とき、図１３に示すような構造とする。すなわち、図１
３（ａ）に示したのは、余剰ガス出口のところに、その
コンダクタンスを悪くするための軽い素材でできた重り
５９を置き、コロナ放電部３３内部の圧力を制御する方
法である。コロナ放電部３３内部の圧力が高くなりすぎ
ると、重り５９が浮き余剰ガスが余剰ガス出口より出
る。コロナ放電部３３に流入する気体量と重りの重さの
関係で、コロナ放電領域の圧力を最適値付近に制御する
ことができる。また、図７（ｂ）に示すように、余剰ガ
ス出口のところに圧力調整部６０を設け、気体試料導入
ポンプ２７が作動している間、この圧力調整部６０によ
って、コロナ放電領域の圧力を制御することも可能であ
る。図１６には、イオン源圧力とイオン強度との関係を
示した。イオン強度の最大は、７６０Ｔｏｒｒより高い
ところにあることは明確である。図１７には、余剰ガス
出口に重りを置いてコロナ放電領域の圧力を高めて測定
した場合（１．２気圧程度）、余剰ガス出口をオープン
にしてほぼ大気圧下で測定した場合（１気圧程度）との
感度比較を示した。使用した試料はモノニトロトルエン
で、室温での試料からの蒸気を気体試料吸引ポンプ２７
で吸引して得られたピークである。前者の方が後者の場
合より感度は３倍程度高くなっており、コロナ放電部３
３内部の圧力を高くすることが有効であることがわか
る。
【００２１】図１２に示すような、気体試料導入ポンプ
２７により気体試料を連続的に導入して検出する場合に
ついて述べてきた。この場合には、図２１のような結果
（試料はモノニトロトルエン（ＭＮＴ））が得られる。
一方、図１１に示すように、シリンジ６１に気体試料を
採取しセプタム６２を通して、オフラインで直接導入す
ることも可能である。このとき、図１８に示すようなサ
ンプリング方法を用いることができる。すなわち、試料
瓶７２中に固体試料７０を置き、気体試料導入ポート６
８からシリンジ６９を用いて、固体試料７０の蒸気をサ
ンプリングする。このとき、粉末の固体試料の場合には
巻き上げないように、空気取り入れ口７１を設けてあ
る。このような条件下で、シリンジを用いて、固体試料
の蒸気を含む空気を数十ｃｃ採取し、それを図１１のよ
うにして、分析計に直接導入する。
【００２２】これまで述べてきたような分析装置を用い
ると、蒸気圧の低いニトロ化合物をも高感度に測定でき
る。これは、負のコロナ放電によるニトロ化合物の負イ
オン生成効率が高いためである。ニトロ化合物では、ニ
トロ基の数が増えるとそれだけ負イオン生成効率が高く
なる傾向がある。図１９に示すようなトリニトロトルエ
ン（ＴＮＴ）、図２０に示すようなアールディーエック
ス（ＲＤＸ）のように、ニトロ基を三つ以上有するよう
な、蒸気圧の低い物質でも十分に検出することができ
る。この測定では、図１１に示したシリンジ導入モード
を用いた。もちろん、本発明の方法を用いれば、ニトロ
基がひとつ（図１３に示したモノニトロベンゼンのよう
な物質）、あるいはふたつのニトロ化合物（ジニトロト
ルエンのようなニトロ化合物）でも高感度に測定できる
ことは言うまでもない。
【００２３】一方、測定試料の温度を上げる工夫の重要
性は、図２２、２３の結果からわかる。図２２は、試料
温度（ＴＮＴの場合）とイオン強度との関係を示したも
の、図２３は、試料温度が異なる場合（４０℃と１４０
℃の場合）に、蒸気を希釈していった場合に得られるイ
オン強度の変化を示したものである。試料自体の温度が
上昇すると、イオン強度は急激に上昇し、室温と１４０
℃ではイオン強度が２桁以上異なる。従って、図２３に
示すように、試料温度が高い方が試料自体が高倍率に希
釈されてしまっている場合でも検出することが可能とな
る。図９、１０における固体試料加熱手段２１の意味は
まさにここにある。
【００２４】（実施例２）図２は、本発明の実施例の危
険物探知システムの構成を示す図である。本実施例は、
図１の場合と異なり、ベルトコンベアにより流れてくる
荷物等から自動的にガスを連続して吸引して分析し、そ
の分析結果から危険物の有無を検査する場合である。ま
た、このとき、Ｘ線検査装置を同時に使用することも可
能である。
【００２５】詳細を図２等を用いて説明する。空港、港
等の公共施設において、搭乗に際して荷物等の検査が行
われる。バッグ等の検査体１ｃは、ベルトコンベア２ｂ
に乗せられ、まずＸ線検査装置３ｂに送られる。ここ
で、金属を中心とした危険物の検査を受けた荷物は、さ
らに危険物の蒸気検出を目的とした、オンライン分析用
危険物探知装置６により検査される。オンライン分析用
危険物探知装置６では、図３に示すように、バッグ等の
検査体１ｅの近傍に複数の開口部又は隙間を有するオン
ライン分析用サンプリングプローブ７ａにより、バッグ
等の検査体１ｅより漏洩してくる危険物の蒸気を吸引し
て分析部に送る。このとき、図４のように、バッグ等の
検査体１ｅから漏洩してくる蒸気の量を増やすため、ベ
ルトコンベア２ｄとベルトコンベア２ｅ間に、検査体を
圧迫するような検査体圧迫器８を設け、危険物蒸気のサ
ンプリング時には検査体を押して蒸気の排出をうながす
ような仕組みを設けてもよい。検査体圧迫は、図にある
ような下からの場合に加えて、左右両方向から行うこと
も効果がある。検査官は、図２４に示したような、表示
器６４により検出結果を確認する。表示器６４では、あ
る検出すべきイオンに対応する物質のインジケータ６５
を表示しておき、上記のようなアルゴリズムによって、
例えば、Ａが検出されたとすれば、Ａを点滅させること
によって、Ａが検出されたことを知らせる。このとき、
どの程度の濃度か（簡単には、量が多いか少ないかとい
った程度の情報でよい）を知らせる量のインジケータ６
６や、アラーム６７を同時に設けてもよい。
【００２６】上記のような検査での検査フローは、図２
７のようになる。Ｘ線検査装置３ｂやオンライン分析用
危険物探知装置６で異常が検出できなかった場合には荷
物を通過させることになるが、異常が検出された場合に
は、詳細な再検査を行うことになる。
【００２７】また、トランクケース等の荷物の中から試
料ガスを採取するやり方として、トランクケースをベル
トコンベヤーで搬送する際、コンベヤーの容器が凹状に
成っていてその底部にトランクケースが収納され上蓋が
ベルトコンベヤーとほぼ同期して覆われその後１秒以下
でポンプにより負圧にすることによりケース内部の試料
ガスが外に排出される。この排出されたガスを検知する
ことにより達成される。コンベヤーが目的地へ到達する
前に上蓋が取られ凹部底部のトランクケースが取り出さ
れる。
【００２８】このことは何も移動中に限る物ではなく受
付した際にトランクケースを収納する部屋を設けそこに
収納した後若干負圧にしてトランクケースからの試料ガ
スを試料採取装置で採取し分析部で検知する。このよう
に負圧にして試料ガスを検出することにより荷物に傷を
付けることなく素早く検出ができる。
【００２９】このような検査装置構成にすることによっ
て、（実施例１）と同様な効果がある。さらに、この場
合、Ｘ線検査装置、危険物探知装置とも全数検査となる
ので、Ｘ線検査装置の結果と危険物探知装置の結果とを
あわせて検査でき危険物探知の確率が向上すると同時
に、検査官の手をわずらわせることがないので検査を効
率的に行うことができる。
【００３０】（実施例３）図３は、本発明の実施例の危
険物探知システムの構成を示す図である。本実施例は、
コンテナのような巨大な貨物等に、検査管がサンプリン
グプローブをコンテナの隅にある開口部にセットして、
一定時間を貨物内部のガスを吸引して分析し、その分析
結果から危険物の有無を検査する場合である。また、こ
のとき、Ｘ線検査装置を同時に使用することも可能であ
る。
【００３１】詳細を図５等を用いて説明する。空港、港
等の公共施設において、コンテナのような大型の貨物等
の検査が行われる。コンテナのような大型の貨物では、
隅にある開口部を利用して、コンテナ分析用サンプリン
グプローブ１０を用いて内部の気体を連続して吸引し、
コンテナ分析用危険物探知装置１１に送る。このとき、
ひとつの開口部以外を密閉したり、全ての開口部から同
時に、サンプリングする場合もある。検査官は、図２４
に示したような、表示器６４により検出結果を確認す
る。表示器６４では、ある検出すべきイオンに対応する
物質のインジケータ６５を表示しておき、上記のような
アルゴリズムによって、例えば、Ａが検出されたとすれ
ば、Ａを点滅させることによって、Ａが検出されたこと
を知らせる。このとき、どの程度の濃度か（簡単には、
量が多いか少ないかといった程度の情報でよい）を知ら
せる量のインジケータ６６や、アラーム６７を同時に設
けてもよい。
【００３２】上記のような検査での検査フローは、図２
８のようになる。コンテナ分析用危険物探知装置１１で
異常が検出できなかった場合には荷物を通過させること
になるが、異常が検出された場合には、詳細な再検査を
行うことになる。
【００３３】このような装置構成にすることによって、
コンテナ内部に爆発物が存在してその蒸気が漏れている
場合、危険物探知装置により検出を容易に行うことがで
き、コンテナの安全性を分析できる。
【００３４】（実施例４）図４は、本発明の実施例の危
険物探知システムの構成を示す図である。本実施例は、
原子力などの機関における入室管理ゲート等において、
一定時間ガスを吸引して分析し、その分析結果から入室
者における危険物の保有の有無を検査する場合である。
また、このとき、金属探知装置やＸ線検査装置を同時に
使用することも可能である。詳細を図６等を用いて説明
する。原子力施設等の公共施設において、入室者のゲー
ト管理が行われる。入室者管理ゲート１２では、蒸気サ
ンプリング室１３において、一定時間（数秒から数十
秒）被検者からガスを集め、蒸気ガイド１４を通して、
入室者管理ゲート用危険物探知装置１５に送り分析す
る。検査官は、入室管理ゲート用危険物探知装置のモニ
タ１６により検出結果を確認する。このモニタ１６で
は、ある検出すべきイオンに対応する物質のインジケー
タ６５を表示しておき、上記のようなアルゴリズムによ
って、例えば、Ａが検出されたとすれば、Ａを点滅させ
ることによって、Ａが検出されたことを知らせる。この
とき、どの程度の濃度か（簡単には、量が多いか少ない
かといった程度の情報でよい）を知らせる量のインジケ
ータ６６や、アラーム６７を同時に設けてもよい。
【００３５】上記のような検査での検査フローは、図２
９のようになる。入室者管理ゲート用危険物探知装置１
５で異常が検出できなかった場合には通過させることに
なるが、異常が検出された場合には、詳細な再検査を行
うことになる。
【００３６】このような装置構成にすることによって、
爆発物を施設内部に持ち込もうとした場合にも検出する
ことができ、それを阻止することができる。
【００３７】(実施例５)荷物を空港から飛行機へ搬送す
る際、温度調節できる温度調節器と、負圧にする圧力調
節器と、試料ガスを採取する採取器と、採取したガスを
イオン化して分析するイオン蓄積型質量分析計と分析結
果を知らせる表示器とを備えた搬送車により搬送する。
もしこの搬送中に危険物ガスが検知された時には車単位
で検査が行こなわれるため検出のスピードアップ化がは
かられる。
【００３８】
【発明の効果】ほぼ密閉された容器、例えばトランクケ
ースのような荷物に収納されている危険物を検知するこ
とが可能となる。特に微量の蒸発ガスを発生する物質を
効率良く検出するためにガスをイオン化し小型のイオン
蓄積型の質量分離器を用いて高速に検知する。これによ
り、大量に搬入される荷物を個別単位で開放すること無
く危険物の有無の判別が可能となる。また、荷物を個々
に検査するのではなくブロック単位即ち複数の荷物を収
納した容器単位で危険物の有無の確認も行うことが可能
となる。これにより検出スピードの向上がはかられる。
金属探知装置やＸ線検査装置と併用することによりより
危険物の検出感度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による危険物探知システムの構成図。
【図２】本発明による危険物探知システムの構成図。
【図３】蒸気吸引部の構成図。
【図４】蒸気吸引部の構成図。
【図５】本発明による危険物探知システムの構成図。
【図６】本発明による危険物探知システムの構成図。
【図７】本発明による装置構成図。
【図８】本発明による装置構成図。
【図９】本発明による装置構成図。
【図１０】本発明による装置構成図。
【図１１】シリンジ導入モードにおける装置構成図。
【図１２】連続導入モードにおける装置構成図。
【図１３】圧力調整機構を備えた装置の構成図。
【図１４】ガス温度とイオン強度との関係を示す図。
【図１５】ガスを加熱した場合と加熱しない場合のイオ
ン強度差を示す図。
【図１６】イオン源内部の圧力とイオン強度との関係を
示す図。
【図１７】イオン源内部を密閉した場合と開放状態での
イオン強度差を示す図。
【図１８】シリンジ導入モードにおける試料蒸気の採取
方法を示す図。
【図１９】シリンジ導入モードによるＴＮＴの化学記号
とＴＮＴ蒸気の検出例を示す図。
【図２０】シリンジ導入モードによるＲＤＸの化学記号
とＲＤＸ蒸気の検出例を示す図。
【図２１】連続導入モードによるＭＮＴ化学記号とＭＮ
Ｔ蒸気の検出例を示す図。
【図２２】ＴＮＴ試料の温度とイオン強度との関係を示
す図。
【図２３】ＴＮＴ蒸気の希釈率とイオン強度との関係を
示す図。
【図２４】危険物探知装置における表示器の一例を示す
図。
【図２５】危険物探知装置における検出方法を示す図。
【図２６】Ｘ線検査装置と組み合わせた場合のオフライ
ン型危険物探知システムの運用方法を示すフローチャー
ト図。
【図２７】Ｘ線検査装置と組み合わせた場合のオンライ
ン型危険物探知システムの運用方法を示すフローチャー
ト図。
【図２８】ウオークスルー型危険物探知システムの運用
方法を示すフローチャート図。
【図２９】コンテナ用危険物探知システムの運用方法を
示すフローチャート図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ−−−バッグ等の検査
体、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ−−−ベルトコンベ
ア、３ａ、３ｂ−−−Ｘ線検査装置、４−−−オフライ
ン分析用危険物探知装置、５−−−オフライン分析用サ
ンプリングプローブ、６−−−オンライン分析用危険物
探知装置、７ａ、７ｂ−−−オンライン分析用サンプリ
ングプローブ、８−−−検査体圧迫器、９ａ、９ｂ−−
−コンテナ、１０−−−コンテナ分析用サンプリングプ
ローブ、１１−−−コンテナ分析用危険物探知装置、１
２−−−入室管理ゲート、１３−−−蒸気サンプリング
室、１４−−−蒸気ガイド、１５−−−入室管理ゲート
用危険物探知装置、１６−−−入室管理ゲート用危険物
探知装置のモニタ、１７−−−気体試料導入口、１８−
−−スイッチ、１９−−−取っ手、２０−−−プローブ
先端加熱ヒータ、２１−−−固体試料加熱手段、２２−
−−フィルタ、２３−−−ゴミ取り出し口、２４−−−
気体試料導入パイプ、２５−−−折り曲げ可能なパイ
プ、２６−−−気体試料導入パイプ用ヒータ、２７−−
−気体試料導入ポンプ、２８ａ、２８ｂ−−−金属線ヒ
ータ、２９−−−気体試料加熱炉、３０−−−絶縁パイ
プ、３１−−−気体試料加熱用金属線ヒータ、３２−−
−金属線ヒータ加熱電源、３３−−−コロナ放電部、３
４−−−気体試料導入経路、３５−−−コロナ放電部加
熱ヒータ、３６−−−コロナ放電部加熱ヒータ電源、３
７−−−コロナ放電用針電極、３８−−−コロナ放電用
電源、３９−−−余剰ガス出口、４０−−−第１細孔、
４１−−−第２細孔、４２−−−第３細孔、４３−−−
静電レンズ、４４−−−スリット、４５−−−偏向器、
４６−−−ゲート電極、４７a、４７b−−−エンドキャ
ップ電極、４８−−−リング電極、４９−−−引き出し
レンズ、５０−−−コンバージョンダイノード、５１−
−−シンチレーションカウンタ、５２−−−増幅器、５
３−−−データ処理装置、５４−−−ボンベ、５５−−
−レギュレータ、５６−−−荒引きポンプ、５７−−−
ターボ分子ポンプ、５８−−−絞り付き気体試料導入経
路、５９−−−重り、６０−−−圧力調整部、６１−−
−シリンジ、６２−−−セプタム、６３−−−ポンプ冷
却用ファン、６４−−−表示器、６５−−−物質のイン
ジケータ、６６−−−量のインジケータ、６７−−−ア
ラーム、６８−−−気体試料導入ポート、６９−−−ガ
スサンプリング用シリンジ、７０−−−固体試料、７１
−−−空気取り入れ口、７２−−−試料瓶。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｖ 9/00 Ｈ０１Ｊ 49/04 // Ｈ０１Ｊ 49/04 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｔ (72)発明者 橋本 雄一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山田 益義 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5C038 EE01 EF01 GG08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】荷物から漏洩した危険物の蒸気をサンプリ
    ングプローブにより採取しそれを負のコロナ放電を用い
    てイオン化し質量分析計を用いて検出することにより、
    危険物の有無を判定することを特徴とする危険物探知装
    置。
  2. 【請求項２】透過あるいは反射によるＸ線検査装置と、
    荷物から漏洩した危険物の蒸気をサンプリングプローブ
    により採取しそれをイオン化してイオン蓄積型質量分析
    計を用いて検出することにより、危険物の有無を判定す
    る危険物探知装置。
  3. 【請求項３】透過あるいは反射によるＸ線検査装置と、
    荷物から漏洩した危険物の蒸気をオンラインで採取する
    試料ガス採取器と、前記試料ガス採取器からのガスをを
    負の放電を用いてイオン化して質量分析計を用いて検出
    することにより、危険物の有無を判定することを特徴と
    する危険物探知装置。
  4. 【請求項４】コンテナ等の大型の貨物から漏洩した危険
    物の蒸気をコンテナの隙間部からサンプリングプローブ
    で採取しそれを放電を用いてイオン化して質量分析計で
    分析しすることにより、危険物の有無を判定を行うこと
    を特徴とする危険物探知装置。
  5. 【請求項５】人間、荷物から漏洩した危険物の蒸気を密
    閉された空間内で一定時間ガスをサンプリングしそれを
    負の放電を用いてイオン化して質量分析計を用いて検出
    することにより、危険物の有無を判定することを特徴と
    する危険物探知装置。
  6. 【請求項６】試料ガスを検体から導く管と前記管の一端
    に接続されたポンプと、前記ポンプの前記管とは反対側
    に位置する加熱炉とを具備した試料採取装置。
  7. 【請求項７】温度調節できる温度調節器と、負圧にする
    圧力調節器と、試料ガスを採取する採取器と、採取した
    ガスをイオン化して分析するイオン蓄積型質量分析計と
    分析結果を知らせる表示器とを備えたことを特徴とする
    搬送車。
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