JP2003307507A

JP2003307507A - 危険物探知装置

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Publication number: JP2003307507A
Application number: JP2002111468A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Nagano; 久志永野; Yasuaki Takada; 安章高田; Izumi Wake; 泉和氣; Yukiaki Aikawa; 幸昭相河; Masayuki Takizawa; 正行瀧澤; Shigenori Morishima; 成憲森島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP4161608B2; US6844546B2; US20030193019A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低消費電力の危険物探知装置を提供する。【解決手段】試料導入部９、２、３と、試料導入部に
より導入された試料のイオンを生成するイオン源部と、
イオンの質量を分析する質量分析部４と、試料導入部及
びイオン源部を加熱するヒータと、質量分析部が配置さ
れるチャンバを排気する複数のポンプと、これら各部及
び複数のポンプを制御する制御部とを有し、制御部は、
試料導入部及びイオン源部をヒータで加熱した後、所定
の消費電力値を越えないように、ヒータに供給する加熱
電力を下げるとともに、複数のポンプを順次駆動してチ
ャンバを排気する制御を行なう。【効果】短時間に起動して緊急性を要する検査を実行
できる。

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、有害物
質、薬物の探知を行なう質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】危険物、有害物質、薬物の有無を探知す
る従来技術の方法として化学発光方式、イオンモビリテ
ィ方式、質量分析方式等がある。

【０００３】化学発光方式では、対象蒸気を採取し、一
旦フィルタに吸着、濃縮した後、加熱脱離させてガスク
ロマトグラフで分離して、発光試薬と反応させて発光を
検出する（従来技術−１：米国特許４，９８７，７６
７）。

【０００４】イオンモビリティ方式では、対象ガスを吸
引後、フィルタに吸着、濃縮させて加熱脱離し、対象ガ
スをイオン源内の放射性同位体でイオン化する。このイ
オンをドリフトチューブに導入してイオンの易動度を検
出する（従来技術−２：米国特許５，１０９，６９
１）。

【０００５】極微量の痕跡を検出できる高感度な探知装
置として逆流型大気圧化学イオン化質量分析装置が報告
されている（従来技術−３：特開２００１−０９３４６
１号公報）。

【０００６】通電後直ちにイオン源の温度を測定し、そ
の温度が所定の設定値以上である場合のみ排気装置を起
動させ、設定値以下の場合は排気装置を起動させない制
御を行なう質量分析装置が報告されている（従来技術−
４：特開平９−４５２７７号公報）。従来技術−４で
は、高温のイオン源が受ける酸化等の損傷を最小限に抑
えるために、排気装置を制御している。

【０００７】分析が実行されていない期間又は高真空状
態の維持が不要な期間中は排気能力を下げ、且つ或る分
析が開始される時点には高真空状態に戻るように排気能
力を上げるべく排気手段（分析室を真空排気するための
排気能力可変の排気手段）を制御する制御手段を有する
質量分析装置が報告されている（従来技術−５：特開２
０００−３６２８３号公報）。従来技術−５には、全体
として排気手段の消費電力を削減することができ、運転
コストが節約できるとういう効果の記載がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術−１の方法で
は、対象物質をあらかじめガスクロマトグラフで分離す
るため、特定の対象物質に対して極めて感度が高く、選
択性が高い。しかし、対象物質からの蒸気を一旦捕集し
て濃縮した後、据付型の測定装置まで濃縮物を運んで検
出する必要がある。また、感度を高めるためガスクロマ
トグラフで分離する必要があり、探知までに時間がかか
るとういう課題があった。

【０００９】従来技術−２の方法では、吸引機で対象物
質から蒸気を捕集、濃縮した後、再脱離させて対象物質
を短時間に検出することは可能である。しかし、吸引し
た全ての物質をイオン化するため、特定の物質のイオン
化効率が低下して検出感度が低い。また、ドリフトチュ
ーブ内での分離が難しく、選択性が低いという課題があ
った。

【００１０】従来技術−３に記載の装置は、対象物質か
らの蒸気をオンラインで吸引、高感度に検出が可能で、
さらに連続稼動が可能である。従来技術−３のように、
大気圧化学イオン化方式を用いた質量分析装置を探知装
置として使用する場合、選択的にある特定の物質のイオ
ン化が可能であり、特に爆発物の主な成分であるニトロ
化合物に対しての感度が高く、従来、蒸気圧が低くガス
の状態での検出が難しかったプラスチック爆弾成分の検
出が室温で可能である。また、感度が極めて高いため対
象物質をフィルタに捕集して濃縮する等の前処理を使わ
ずにオンラインでの検出が可能であり、短時間での測定
ができる。また、前処理を行なうことにより、さらに検
出感度が向上し選択的に対象物質を検出できる。

【００１１】しかし、従来技術−３に記載の装置は、基
本的に据付型であり、Ｘ線探知装置や入出ゲート等への
適用は可能だが、放置された不審物を探知する場合、緊
急に探知検査の必要が生じた場合には適用が難しいとい
う課題があった。このような不審物の探知の場合に、小
型の掃除機タイプの吸引機で蒸気を採取後、据付型の装
置により測定を行なうため時間がかかるという課題があ
った。即ち、オンラインで測定できるという据付型の装
置のメリットは生かせないことになる。

【００１２】危険物探知装置では、不審物が発見された
ような緊急時には、それが爆発物のような危険物である
か否かを迅速に判断する必要がある。また、極微量の痕
跡を高感度に、選択性が高く検出できることが望まし
い。さらに、可搬型で簡単に移動でき、移動した後、迅
速に測定を行なうために、できるだけ起動時間が早いも
のが望まれる。

【００１３】一方、緊急の検査に対応可能な危険物探知
装置に使用する質量分析装置の検出感度を高めるために
は、配管内への検出対象物質の吸着や不純物の吸着等に
よるバックグランドを下げることが重要な課題である。
バックグランドの上昇を防止するために、配管の材質と
してガスを吸着しにくい物質を使用すると共に、配管を
加熱することが必要となる。

【００１４】しかし、質量分析装置の計測起動、排気装
置の起動、配管の加熱起動を同時に実行した場合、最高
消費電力を超えてしまう恐れがある。特に、排気装置の
場合、装置の特性上、起動直後の消費電力が高いものが
多い。従って、上記の起動を同時に実行した場合、一般
的な家庭用電源での使用は不可能である。一般的な家庭
用電源の使用を可能とするためには、排気装置の起動
後、十分に排気してから配管の加熱を行なう必要があ
る。しかし、この場合、配管の加熱により配管が所定の
温度に達するのに極めて時間がかかるので、全体として
起動時間は遅くなる。

【００１５】また、通常の化学分析装置としての質量分
析装置では、主にイオン源や検出器を高真空にする必要
があり、十分に真空状態になってから温度を上げる。特
に、極微量分析を行なう場合には、イオン源内への不純
物混入を嫌うため、できるだけ高真空状態にすることが
望まれる。また、配管を大気圧の状態で加熱した場合、
配管内が酸化したり、イオン源内が酸化したりする恐れ
があるため、高真空状態で加熱が一般的に実行されてい
る。

【００１６】従来の化学分析装置としての質量分析装置
では、主に据付型の装置において消費電力や起動時間を
短縮する必要は少なく、起動時は真空排気装置の立ち上
げ後、各種加熱等の処理を実行するのが一般的である。
このように、従来の化学分析装置としての質量分析装置
では、真空排気後、各種加熱を実行するため、最も時間
が必要される加熱のために起動時間が長くなってしま
う。

【００１７】従来の一般的な可搬型の分析装置では、装
置の立ち上げは据付型の装置と同様の方法によりなされ
ている。これは、分析装置では、検出対象物質を高精度
に分析する必要があり、真空排気により十分な高真空に
達した時点で分析を実行しないと、大気中に含まれる不
純物により計測結果が左右されることがあるためであ
る。

【００１８】可搬型危険物探知装置では、装置の移動後
に迅速に装置を起動し、探知を行なう必要がある。ま
た、通常の家庭用電源で使用するために最大消費電力を
抑える必要がある。

【００１９】本発明の目的は、質量分析装置を使用する
可搬型危険物探知装置を提供することにあり、可搬型で
簡単に移動でき移動後迅速に測定が実行でき、通常の家
庭用電源でも使用が可能であり、低消費電力の装置を提
供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の危険物探知装置
に使用する質量分析装置は、小型で可搬型であり、通常
の家庭用電源で使用できる。この可搬型危険物探知装置
（以下、単に「探知装置」という）は、消費電力を抑え
て、短時間に起動させるために、まず、検出対象物質か
らの蒸気を吸引する吸引部、吸引部とイオン源を結ぶ吸
引配管、イオン源の各部の加熱をフルパワーで行ない、
その後、各部の加熱を止めて保温状態にした後、真空排
気装置の始動を行なう。真空排気装置は起動開始時に最
も多く消費電力を必要とする。探知装置全体の消費電力
を抑えるため、探知装置に使用される複数の真空排気装
置の各真空排気装置をその起動開始時間をずらして起動
させる。さらに、真空排気装置の駆動のための真空排気
電力の余った電力で上記各部の加熱ヒータ類の再加熱を
行なう。真空排気装置の排気が定常状態になった時点で
再び、吸引部、吸引配管、イオン源の各部の加熱を行な
う。探知装置の各部の加熱を効率よく制御することによ
り、探知装置全体としての起動時間を短縮する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、有害物質、薬物等の危
険物の探知を行なう探知装置に関する。本発明の探知装
置は、荷物、貨物、郵便物に入れられた、あるいは、人
又は動物に携帯された、爆発物、薬物等の危険物の有無
の検出を行なう。また、本発明の探知装置では、薬物の
有無、あるいは、事故や災害により散逸した、又は、人
為的に散布された有害物質の有無を判断するため、検査
対象物から発生する蒸気をサンプリングして微量物質を
所定の精度で検出する。緊急を要する探知検査を行なう
場合には、高精度な測定よりも所定の精度が保たれた測
定により、迅速に危険物の存在の有無を検知することが
重要であるので、本発明の探知装置では、低消費電力で
効率良く短時間で装置を起動して、測定を行なう構成と
する。さらに、本発明の探知装置で使用する質量分析装
置は、通常の化学分析装置としての質量分析装置として
も使用可能である。

【００２２】本発明の探知装置では、検出対象物質から
の蒸気を吸引する吸引部、吸引部とイオン源を結ぶ吸引
配管、イオン源の各部の加熱を最初に行ないその後各部
を保温状態にし、複数の真空排気装置のそれぞれを順次
駆動して真空排気を行ない、再び各部の加熱を行なうこ
とにより、長い時間を要する加熱の時間を短縮する。ま
た、上記各部の加熱用電力を制御することにより、最大
消費電力の範囲内で上記各部の加熱を行ない、効率良く
短時間で上記各部を所定の温度に到達させ、探知装置全
体の起動時間を短縮する。

【００２３】本発明の探知装置は、少ない消費電力で短
時間で起動できるので、空港、港での手荷物又は貨物の
検査、郵便局での郵便物の検査、荷物集配施設での荷物
の検査、人又は動物が危険物を携帯するか否かを検出す
る検査に好適である。以下、本発明の実施例を図面を参
照して詳細に説明する。（実施例１）図１は、本発明の実施例１の縦型の探知装
置の外観を示す図であり、図１（Ａ）は側面図、図１
（Ｂ）は正面図である。実施例１の探知装置は、探知装
置の装置本体（質量分析装置）１、装置本体１内に配置
される質量分析部４、検出対象物質からの蒸気を吸引捕
集する吸引部２、吸引部２により吸引された検出対象物
質の蒸気を装置本体１のイオン源に供給する吸引配管３
から構成されている。

【００２４】装置本体１は、タッチパネル式の制御用画
面５又はコンピュータを備え、制御用画面５又はコンピ
ュータの指令により探知装置の各部が制御される。装置
本体１は、ゴム製の移動用タイヤ６が備え、移動可能で
ある。ゴム製タイヤにより多少の段差を乗り越えること
ができるが、その他、柔らかいタイヤを使用する構成、
空気圧で装置本体１を浮上させる構成、電動で動く台車
や自走できるタイヤなど自由に移動できる構成であれば
何でもよい。実施例１では、少なくとも二つの固定式の
大きいゴムタイヤと二つの方向転換可能なキャスターを
使用した。

【００２５】装置本体１に本体取っ手７を配置するの
で、移動時に操作が容易になると共に、さらに、装置本
体１の重量を抑えることで少ない力で移動が容易にな
る。実施例１の探知装置は、貨物自動車などの荷台に搭
載可能な大きさであり、長距離の移動も可能である。実
施例１の探知装置を搭載する専用車を作成してこれによ
り移動しても良い。

【００２６】実施例１の探知装置は、日本国内の一般的
な家庭用コンセントの電力１００Ｖ１５Ａで動作可能で
ある。さらに、家庭用電力だけでなく専用の電源で使用
してもよい。実施例１の探知装置は、所定の場所に探知
装置を常設して使用するだけでなく、緊急時に移動して
使用することができる。緊急時に移動して使用する場合
には、移動先で新たに専用の電源設備を増設することな
く使用できる。また、日本国内以外の海外の地域で使用
する場合には、その地域での家庭用電力で動作する仕様
とする。

【００２７】吸引部２は、手で持つための吸引部取っ手
８、検出対象物質からの蒸気を吸引させる吸引口９、検
出対象物質からの蒸気の吸引の開始終了の動作を指示す
る、検出対象物質からの蒸気の吸引状態（検出対象物質
の蒸気の流量）、探知装置で測定された結果を表示する
表示部１１とから構成されている。操作部１０及び表示
部１１は吸引部取っ手８に配置される。吸引口９には異
物の混入を防止する粗いフィルタが配置されている。吸
引配管３にはその内部への不純物の吸着を防ぐため加熱
するヒータが配置され、加熱時は高温になるため断熱の
ため十分な厚さの断熱保温材で覆われている。また、吸
引部２を自由に動かすためフレキシブルな管を吸引配管
３に用いている。

【００２８】吸引部２のオプションの構成として、吸引
部２が装置本体１に固定されて吸引部２に荷物や手紙類
を近づけて検出する構成、拭き取り式や小型掃除機で吸
引収集した試料を、直接吸引部２に吸引、あるいは、加
熱して吸引部２に吸引する構成としても良い。また、吸
引部２を、Ｘ線透過装置などの危険物探知装置や入退出
ゲート、郵便物や荷物集配施設などと組み合わせて検知
する構成等とする。気体や液体、固体を収集できる装置
と吸引部２との組み合わせなら何でもよい。吸引部２で
収集された試料は吸引配管３を経由して本体装置１に送
られ分析される。

【００２９】図２は、本発明の実施例１の横型の探知装
置の外観を示す図であり、図２（Ａ）は側面図、図２
（Ｂ）は正面図である。図２に示す探知装置は図１に示
す探知装置を横にした装置である。図２に示す探知装置
の高さは、図１に示す縦型の探知装置の高さより低く抑
えてある。図２に示すような外形形状の例により、貨物
自動車に乗せやすく、机の下に置くことでスペースを有
効利用可能となる。

【００３０】図３は、本発明の実施例１の探知装置の構
成を示す図であり、図１、図２に示す探知装置の詳細な
構成を説明する図である。探知装置の主要構成は、吸引
部１２、吸引配管１３、イオン源１４、真空チャンバ１
５である。検出対象物質から発生する蒸気や微粒子等の
気体、液体、固体を吸引部１２の吸引口１６から効率良
く吸引する。吸引部１２の内部には吸着を防ぐため吸引
部ヒータ１７で十分に加熱されている。吸引された蒸
気、微粒子は吸引配管１３を通ってイオン源１４に導入
される。吸引配管１３は配管ヒータ１８で十分に加熱さ
れている。

【００３１】イオン源１４として、逆流型大気圧化学イ
オン化イオン源（従来技術−３：特開２００１−０９３
４６１号公報）を用いている。この大気圧化学イオン化
イオン源には針電極１９が設置され、コロナ放電を行な
い酸素などの一次イオンを生成する。この一次イオン
で、吸引された検出対象物質の蒸気は化学反応によりイ
オン化され、二次イオンが生成される。この二次イオン
は細孔を介して真空中に導入され、特定の質量のみが四
重極電極２０で選択され検出器２１に導かれ、検出回路
２１’により検出され、質量分析される。一次イオンを
選択することで特定の成分のみに対して二次イオン化が
可能なため、感度良く測定が可能である。

【００３２】実施例１の探知装置では、吸引ポンプ２２
による吸引によって試料ガスの流れを針電極１９に対し
て対向する方向に流す。これにより、イオン化を阻害す
る成分を排除することができ、イオン化効率がさらに向
上する。大気圧でイオン化した二次イオンを真空中の検
出器２１に導入するには差動排気が必要である。この真
空チャンバ１５には二台の第１ターボ分ポンプ２３、第
２ターボ分子ポンプ２４で差動排気され、一台のロータ
リーポンプ２５でさらに排気されている。これらの排気
ポンプの組み合わせ以外の組み合わせも可能である。例
えば、ターボ分子ポンプは振動に極めて弱いため、探知
装置が稼動している状態では移動が不可能である。ター
ボ分子ポンプを油拡散ポンプに置き換えることにより、
探知装置が稼動している状態でも移動が可能になる。ま
た、耐振動耐久性が高められたターボ分子ポンプを用い
ても良い。排気能力の大きい一台のターボ分子ポンプで
差動排気を行なってもよい。

【００３３】実施例１の探知装置では質量分析に小型の
四重極方式を用いているが、小型のイオントラップ装
置、磁場型の質量分析装置を用いてもよい。また、四重
極方式を二段階にする構成や、イオントラップ装置を用
いることでタンデム方式（ＭＳ／ＭＳ）の質量分析も可
能である。

【００３４】イオン源１４の電源であるＡＰＩ電源２
６、四重極電極２０、針電極１９の各種電極の電源、吸
引部ヒータ１７、配管ヒータ１８、イオン源ヒータ２
８、真空チャンバ１５の排気装置（第１ターボ分ポンプ
２３、第２ターボ分子ポンプ２４、ロータリーポンプ２
５）は、コントローラ２７で制御されている。コントロ
ーラ２７は、内蔵プログラムを使って操作パネル又は外
部コンピュータ２９で制御される。

【００３５】図４は、本発明の実施例１の探知装置の起
動方法の一例を説明する流れ図である。

【００３６】探知装置の起動開始により、まず制御系が
起動され、コントローラ２７の電源が立ち上げられる。
次に、各部の加熱を行なう。吸引部ヒータ１７により吸
引部１２を、配管ヒータ１８により吸引配管１３を、イ
オン源ヒータ２８によりイオン源１４をそれぞれ、１５
０°Ｃ以上の温度で加熱し、一旦加熱を止めて、保温状
態にする。この時、通常の使用温度（例えば、２００°
Ｃ〜２５０°Ｃ）より高めの温度（例えば２５０°Ｃ〜
３００°Ｃ）に設定することで、吸引部１２や吸引配管
１３、イオン源１４のクリーニングを行なう。

【００３７】そして、この保温状態の間に排気系の立ち
上げを行なう。ポンプは起動直後が最も消費電力が多
い。そのため複数のポンプを同時に起動した場合、ポン
プの起動時の瞬間消費電力が高く所定の消費電力を超え
る場合がある。実施例１の探知装置では、まず、ロータ
リーポンプ２５を起動し、ロータリーポンプ２５による
排気が定常状態になった後に、第１ターボ分子ポンプ２
３を起動する。さらに、第１ターボ分子ポンプ２３によ
る排気が定常状態になった後に、第２ターボ分子ポンプ
２４を起動するというように段階的に時間差をおいて複
数の排気ポンプを起動する。時間差をおいて排気装置の
起動を行ない、全体の消費電力が規定の消費電力を超え
ないようにコントローラ２７でコントロールする。特
に、電源として家庭用電力を使用する場合は、１００Ｖ
１５Ａを超えないように制御する。

【００３８】各ポンプによる排気が定常状態になった後
で、吸引部１２、吸引配管１３、イオン源１４のそれぞ
れを加熱するために、吸引部ヒータ１７、配管ヒータ１
８、イオン源ヒータ２８に電力を供給することで、各部
の加熱に要する時間をさらに短縮することが可能であ
る。危険物を探知するのに各部が十分加熱された後に、
ＡＰＩ電源２６、各種電極の電源等の測定用電源を起動
して、測定を開始する。図５に以上で説明した起動方法
による消費電力の推移の一例を示す。

【００３９】図５は、本発明の実施例１における消費電
力の推移の一例を示す図である。

【００４０】探知装置の起動開始により、まず、主にコ
ントローラ２７が電力を消費する。次に、吸引部ヒータ
１７、配管ヒータ１８、イオン源ヒータ２８の加熱を始
め（加熱ＯＮ）、一旦加熱を止め保温状態にする（加熱
ＯＦＦ）。次に、順次ポンプを起動させることで起動初
期の消費電力増加による全体の消費電力が最大の消費電
力を超えないようにする。即ち、ロータリーポンプ２５
をＲＰの時点で起動し、第１ターボ分子ポンプ２３をＴ
ＭＰ１の時点で起動し、第２ターボ分子ポンプ２４をＴ
ＭＰ２の時点で起動する。特に真空排気には時間がかか
り、ターボ分子ポンプ２３、２４の起動も加速回転して
定常回転になるまで同じく数分必要である。

【００４１】各ポンプによる排気が定常状態の間で、吸
引部１２、吸引配管１３、イオン源１４の各部の加熱を
実行しても良い。図５に示す例では、ロータリーポンプ
２５による排気が定常状態の間で、一瞬間の加熱を実行
している。ポンプによる排気が定常状態になった時、再
び、吸引部１２、吸引配管１３、イオン源１４の各部の
加熱を実行する。吸引部１２、吸引配管１３、イオン源
１４の各部は、初期の加熱によりある程度温度が上がっ
た保温状態にあるため、各部が通常使用温度に至るまで
の時間は短くても済む。次に、ＡＰＩ電源２６、各種電
極の電源等の各種電源を起動して、測定に備える。各種
電源が安定した状態で、吸引部１２で吸引された試料の
測定が開始される。

【００４２】通常の分析装置では、排気の後に加熱をす
るため温度を上げるのに最も時間がかかるが、実施例１
の探知装置では、まず、吸引部１２、吸引配管１３、イ
オン源１４の各部の加熱を行ない一旦保温した後、真空
排気装置の起動を行ない、再び、保温され温度が上がっ
た状態から各部を加熱するので、探知装置のトータルの
立ち上げ時間は、通常の分析装置よりも、短縮できる。
即ち、各部の加熱電力を電流又は電圧、あるいは、電力
で制御して、最大消費電力の範囲内で各部を加熱するこ
とにより立ち上げ時間を短縮できる。（実施例２）実施例１では、上記各部の加熱電力を電流
又は電圧、あるいは、電力で制御したが、実施例２で
は、上記各部の加熱電力を制御することで消費電力を抑
えつつ各部の加熱効率を上げて起動時間を短縮する例に
ついて説明する。

【００４３】図６は、本発明の実施例２において消費電
力を制御した場合の消費電力の推移の一例を示す図であ
る。探知装置の起動開始により、まず、主にコントロー
ラ２７が電力を消費する。次に、吸引部ヒータ１７、配
管ヒータ１８、イオン源ヒータ２８の各部の加熱を始め
（加熱ＯＮ）、最大消費電力を超えない程度のフルパワ
ー１００％で加熱を行ない、一旦加熱を止め保温状態に
する（加熱ＯＦＦ）。

【００４４】次に、ロータリーポンプ２５をＲＰの時点
で、第１ターボ分子ポンプ２３をＴＭＰ１の時点で、第
２ターボ分子ポンプ２４をＴＭＰ２の時点でそれぞれ起
動させるが、各ポンプが起動した場合、そのポンプに必
要な消費電力の分だけ、吸引部ヒータ１７、配管ヒータ
１８、イオン源ヒータ２８の各部への加熱電力を少なく
供給することにより、探知装置のトータルの消費電力が
最大消費電力を超えないようにする。

【００４５】図６に示す例では、起動後、加熱電力１０
０％で通常の使用温度（例えば、２００°Ｃ〜２５０°
Ｃ）より高い温度（例えば２５０°Ｃ〜３００°Ｃ）
で、吸引部１２や吸引配管１３、イオン源１４の加熱ク
リーニングを行なう。ロータリーポンプ２５を起動する
ため加熱電力を６０％に落として加熱を続ける。この
時、上記各部の加熱電力は、ロータリーポンプ２５を起
動しても消費電力が最大消費電力を超えないように設定
する。ロータリーポンプ２５を起動して、排気が定常状
態の間で、再び加熱電力５０％で上記各部を加熱し、次
に上記各部の加熱電力を３０％に落とす。この上記各部
の加熱電力も第１ターボ分子ポンプ２３を起動しても消
費電力が最大消費電力を超えないように設定する。第１
ターボ分子ポンプ２３による排気が定常状態になった
後、再び、上記各部の加熱電力を４０％とし、その後上
記各部の２０％に落とす。次に、第２ターボ分子ポンプ
２４を起動して、排気が定常状態になった後、再び、上
記各部を加熱電力３０％で加熱し、計測できる状態に十
分達したら上記各部を加熱電力１０％で常時加熱する。
次に、各種電源を起動させて計測を開始する。実施例２
では、加熱電力を制御することで消費電力が最大消費電
力を超えない程度で加熱すべき各部に最大限加熱電力を
供給する。これにより、実施例１よりも起動時間を短縮
することができる。

【００４６】なお、実施例２での加熱すべき各部の加熱
電力を制御するタイミング、加熱電力のパワー制御方法
は一例であり、実際には、探知装置に使用する排気ポン
プの起動電力や各種電源の消費電力で変化する。この加
熱すべき各部の加熱電力の制御はコントローラで行なっ
ており、探知装置を使用する場所によって各部の加熱電
力を微妙に変化させて、探知装置を使用する場所の電源
供給能力にあわせた起動方法をとることが可能である。
また、その結果を記憶学習することで、もし最大電力を
超えてしまい起動できなかった場合は、次回の起動では
加熱電力を下げて起動させて確実に起動できるようにす
る。さらに、探知装置の消費電力をモニタすることで最
も効率よく各部の加熱電力を制御することもできる。

【００４７】また、吸引部１２、吸引配管１３、イオン
源１４のうち、冷えた空気を吸う吸引部１２の温度が最
も上がりにくい。そのため他の部位より吸引部１２の温
度を高めに設定することでより暖かい空気が吸引配管１
３やイオン源１４に流れ込み、吸引配管１３やイオン源
１４の加熱効率が向上する。

【００４８】加熱のコントロールの一例として、吸気配
管１３に２００Ｗのヒータを２本使用することで、最初
の加熱時には２本のヒータを加熱して合計４００Ｗで加
熱し、排気装置を起動する際は２００Ｗのヒータ一本に
よる加熱にして消費電力を落とす方法がある。また、吸
引部１２、吸引配管１３、イオン源１４のそれぞれのヒ
ータ１７、１８、２８の加熱を同時に行なう制御の他
に、吸引部１２、吸引配管１３、イオン源１４のそれぞ
れのヒータ１７、１８、２８の加熱の時期をずらして、
異なる期間で加熱することによって合計の消費電力を落
とす制御をしてもよい。（実施例３）実施例１、実施例２で説明したように、探
知装置は、吸引部１２、吸引配管１３、イオン源１４の
それぞれのヒータ１７、１８、２８の加熱に最も時間を
要する。そこで、実施例３では、探知装置を使用してい
ない状態、探知装置の移動時に、ヒータ１７、１８、２
８を常時予備加熱をしておく構成とする。例えば、探知
装置を搬送車に搭載して、搬送中に搬送車の電源の電力
で、ヒータ１７、１８、２８を常時予備加熱する。この
結果、搬送後の探知装置の測定開始時間を早めることが
できる。また、内蔵バッテリーあるいは外部バッテリー
から電力をヒータ１７、１８、２８に供給してもよい。
探知装置が未使用の場合もヒータ１７、１８、２８を常
時予備加熱しておくので、緊急時にも迅速に探知装置を
測定可能な状態にすることができる。（実施例４）本発明の探知装置はオンラインで危険物の
吸引探知が高速で可能である。実施例４では、吸引部２
に判別結果を表示して、発生ガス濃度が高い部位をさが
して、ガスの発生源を特定する例について説明する。本
発明の探知装置は、図１、図２に示すように、操作者が
自由に動かすことができる吸引部２を備えている。この
吸引部２には、ガスの吸引の開始終了の動作を指示する
操作部１０、ガスの吸引状態（ガスの流量）、探知装置
で測定された結果を表示する表示部１１が配置されてお
り、操作者は、探知したい時に操作部１０で必要な操作
を行ない、装置本体１での測定結果が表示部１１に表示
される。警備員などの操作者が、この表示部１１を見な
がら探知装置を操作する。特に怪しい部分やよく隠され
ている部位に直接吸引部２を近づけることが可能であ
る。危険物の有無を判断するだけでなく、表示部１１
に、検出結果の数値又はバー表示等の視覚的表示を行な
うことで、より数値が高い検査部分が、検出対象物質の
蒸気の濃度が高い部分（つまり、検出対象物質がその部
分に存在する確率が高い。）であると判断できる。この
吸引部２を使うことで、人を捜査した時、どの部分に探
知の検出対象物質が有るかを特定することができる。（実施例５）実施例５では、各種センサを使用し、各種
センサの計測結果に基づいて探知装置のメンテナンス時
期の判定、探知装置の装置の制御を行なう。本発明の探
知装置では、耐震性がない真空排気ポンプを使用してい
る場合、探知装置が稼動している状態では、装置本体１
の移動はできない。そのため誤って装置本体１が移動し
ている状態での起動や、起動中に装置本体１を移動させ
たりするのを防ぐために、タイヤ部分に回転センサ等の
各種センサを用いて装置本体１の状態を常時モニタす
る。センサはタイヤ部分だけでなく装置本体１にあって
もよい。このセンサによって稼動時には探知装置を移動
できないようにする。また、探知装置の移動時には排気
ポンプが起動できないようにすることもできる。即ち、
実施例５の探知装置では、探知装置の装置本体（本体
部）１が移動状態にあるか否かを検出するセンサの出力
信号により、操作者による誤操作を防止できる。

【００４９】本発明の探知装置を長時間使用した場合、
不純物が、吸引部２、吸引配管３、１３、イオン源１
４、吸引口９、１６に配置されるフィルタに付着して、
バックグランドが増加し測定感度が悪くなる。そこで、
ある時間間隔で、吸引部２、吸引配管３、１３にあるフ
ィルタを交換することにより、あるいは、通常の使用温
度より高い温度で、吸引部２、吸引配管３、１３、イオ
ン源１４を加熱してクリーニングをすることにより、バ
ックグランドを回復させることができる。実施例５の探
知装置には、吸引部２、吸引配管３、１３にあるフィル
タの交換時期を、各種センサや測定結果から予想して操
作者に警告する機能、あるいは、自動的に加熱クリーニ
ングしたりする機能が備えられている。操作者は警告を
知り、交換を行なう。

【００５０】例えば、フィルタの場合、圧力センサで吸
引配管３内の圧力を監視して、圧力が低下した場合、フ
ィルタの目詰まりが考えられる。この場合、フィルタに
吸引方向とは逆の方向から空気を所定の流量で流した
り、通常の使用温度より高い温度で加熱したり、自動的
に交換あるいは交換するように表示したりする。

【００５１】配管内の吸着はバックグランドの増大によ
り判断して、通常の使用温度より高い温度でクリーニン
グを自動的に行なう。この自動クリーニングでも回復し
ない場合は交換を表示する。また、交換する時点だけで
なく、あらかじめ交換する時期を予想して表示する機能
も有する。

【００５２】なお、本発明の探知装置から試料導入部
（吸引部２、１２、吸引配管３、１３）を除く装置本体
１は、通常の化学分析装置としての質量分析装置として
も使用可能であり、イオン源ヒータ２８の加熱制御、各
排気装置の駆動制御を、上記の説明と同様の制御を行な
い、通常の化学分析装置としての質量分析装置の立ち上
げ時間を短縮できる。

【００５３】本発明の危険物探知装置の特徴を以下に要
約する。

【００５４】本発明の危険物探知装置の第１の構成で
は、試料導入部と、この試料導入部により導入された試
料のイオンを生成するイオン源部と、このイオンの質量
を分析する質量分析部と、試料導入部及びイオン源部を
加熱するヒータと、質量分析部が配置されるチャンバを
排気する複数のポンプと、これら各部及び複数のポンプ
を制御する制御部とを有し、制御部は、試料導入部及び
イオン源部をヒータで加熱した後、予め定めた所定の消
費電力値を越えないように、ヒータに供給する加熱電力
を下げるとともに、ポンプを順次駆動してチャンバを排
気する制御を行なう。

【００５５】第１の構成において、危険物探知装置が未
使用の状態で、試料導入部及びイオン源部がヒータによ
り予備加熱されており、危険物探知装置を搬送車に搭載
して搬送中に、試料導入部及びイオン源部が搬送車の電
源の電力により、ヒータが予備加熱されている。また、
危険物探知装置が家庭用電力で起動可能であり、１００
Ｖ１５Ａの電力で起動可能である。さらに、制御部は、
各ポンプによる排気が定常状態になった後に、試料導入
部及びイオン源部をヒータで加熱する。この時、試料導
入部及びイオン源部をヒータで同時に加熱するか、又
は、異なる期間で加熱する。また、試料導入部は、検出
対象物質からの蒸気を吸引する吸引部と、吸引部とイオ
ン源を結ぶ吸引配管と、吸引部に配置される取っ手と、
この取っ手に配置される操作部及び表示部とを有し、検
出対象物質からの蒸気の吸引の開始終了の動作が操作部
から指示され、測定された結果が表示部に表示される。
また、危険物探知装置の本体部が移動状態にあるか否か
を検出するセンサを具備する。

【００５６】本発明の危険物探知装置の第２の構成で
は、試料導入部と、この試料導入部により導入された試
料のイオンを生成するイオン源部と、このイオンの質量
を分析する質量分析部と、試料導入部を加熱する第１の
ヒータと、イオン源部を加熱する第２のヒータと、質量
分析部が配置されるチャンバを排気する複数のポンプ
と、これら各部及び複数のポンプを制御する制御部とを
有し、制御部は、試料導入部を第１のヒータにより加熱
し、イオン源部を第２のヒータで加熱した後、予め定め
た所定の消費電力値を越えないよう、第１及び第２のヒ
ータに供給する加熱電力を下げるとともに、複数のポン
プを順次駆動してチャンバを排気する制御を行なう。

【００５７】第２の構成において、危険物探知装置が未
使用の状態で試料導入部が第１のヒータにより、イオン
源部が第２のヒータにより予備加熱されており、危険物
探知装置は１００Ｖ１５Ａの電力で起動可能である。ま
た、試料導入部は、検出対象物質からの蒸気を吸引する
吸引部と、この吸引部とイオン源を結ぶ吸引配管と、こ
の吸引部に配置される取っ手と、この取っ手に配置され
る操作部及び表示部とを有し、検出対象物質からの蒸気
の吸引の開始終了の動作が操作部から指示され、測定さ
れた結果が表示部に表示される。さらに、制御部は、各
ポンプによる排気が定常状態になった後に、試料導入部
を第１のヒータにより加熱し、イオン源部を第２のヒー
タで加熱する。この時、試料導入部及びイオン源部は同
時に、又は、異なる期間で加熱される。また、危険物探
知装置を搬送車に搭載して搬送中に、試料導入部及びイ
オン源部が搬送車の電源の電力により、予備加熱されて
いる。また、危険物探知装置の本体部が移動状態にある
か否かを検出するセンサを具備している。

【００５８】本発明の危険物探知装置の第３の構成で
は、検出対象物質からの蒸気を吸引する吸引部と、検出
対象物質のイオン生成するイオン源部と吸引部とを結ぶ
吸引配管と、イオンの質量を分析する質量分析部と、吸
引部を加熱する第１のヒータと、吸引配管を加熱する第
２のヒータと、イオン源部を加熱する第３のヒータと、
質量分析部が配置されるチャンバを排気する複数のポン
プと、これら各部及び複数のポンプを制御する制御部と
を有し、制御部は、吸引部を第１のヒータにより、吸引
配管を第２のヒータにより、イオン源部を第３のヒータ
により、それぞれ加熱した後、予め定めた所定の消費電
力値を越えないよう、第１、第２及び第３のヒータに供
給する加熱電力を下げるとともに、複数のポンプを順次
駆動してチャンバを排気する制御を行なう。

【００５９】第３の構成において、吸引部、吸引配管、
イオン源部を、同時に、又は、異なる期間で加熱する。
また、危険物探知装置を搬送車に搭載して搬送中に、吸
引部、吸引配管、イオン源部が搬送車の電源の電力によ
り、予備加熱されている。また、危険物探知装置が１０
０Ｖ１５Ａの電力で起動可能であり、制御部は、各ポン
プによる排気が定常状態になった後に、吸引部、吸引配
管、イオン源部が加熱される。さらに、吸引部に配置さ
れる取っ手と、この取っ手に配置される表示部を有し、
測定された結果が表示部に表示される。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、小型の質量分析装置を
使用し、可搬型で簡単に移動でき、移動後迅速に危険物
探知に関する測定が実行できる可搬型危険物探知装置を
提供できる。本発明の装置は、通常の家庭用電源でも使
用が可能であり、低消費電力で駆動させることができ
る。本発明の装置は、検査を要する対象物がある場所ま
で容易に移動させることができ、短時間に起動させて緊
急性を要する検査を効率良く実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の縦型の探知装置の外観を示
す図。

【図２】本発明の実施例１の横型の探知装置の外観を示
す図。

【図３】本発明の実施例１の探知装置の構成を示す図。

【図４】本発明の実施例１の探知装置の起動方法の一例
を説明する流れ図。

【図５】本発明の実施例１における消費電力の推移の一
例を示す図。

【図６】本発明の実施例２において消費電力を制御した
場合の消費電力の推移の一例を示す図。

【符号の説明】

１…装置本体、２…吸引部、３…吸引配管、４…質量分
析部、５…制御用画面、６…移動用タイヤ、７…本体取
っ手、８…吸引部取っ手、９…吸引口、１０…操作部、
１１…表示部、１２…吸引部、１３…吸引配管、１４…
イオン源、１５…真空チャンバ、１６…吸引口、１７…
吸引部ヒータ、１８…配管ヒータ、１９…針電極、２０
…四重極電極、２１…検出器、２１’…検出回路、２２
…吸引ポンプ、２３…第１ターボ分子ポンプ、２４…第
２ターボ分子ポンプ、２５…ロータリーポンプ、２６…
ＡＰＩ電源、２７…コントローラ、２８…イオン源ヒー
タ、２９…操作パネル又は外部コンピュータ。

フロントページの続き (72)発明者和氣泉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)発明者相河幸昭千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者瀧澤正行千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者森島成憲千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料導入部と、該試料導入部により導入さ
れた試料のイオンを生成するイオン源部と、前記イオン
の質量を分析する質量分析部と、前記試料導入部及び前
記イオン源部を加熱するヒータと、前記質量分析部が配
置されるチャンバを排気する複数のポンプと、これら各
部及び前記複数のポンプを制御する制御部とを有し、前
記制御部は、前記試料導入部及び前記イオン源部を前記
ヒータで加熱した後、予め定めた所定の消費電力値を越
えないように、前記ヒータに供給する加熱電力を下げる
とともに、前記複数のポンプを順次駆動して前記チャン
バを排気する制御を行なうことを特徴とする危険物探知
装置。
【請求項２】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記危険物探知装置が未使用の状態で、前記試料導
入部及び前記イオン源部が前記ヒータにより予備加熱さ
れていることを特徴とする危険物探知装置。
【請求項３】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記危険物探知装置を搬送車に搭載して搬送中に、
前記試料導入部及び前記イオン源部が前記搬送車の電源
の電力により、前記ヒータが予備加熱されていることを
特徴とする危険物探知装置。
【請求項４】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記危険物探知装置が家庭用電力で起動可能なこと
を特徴とする危険物探知装置。
【請求項５】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記危険物探知装置が１００Ｖ１５Ａの力で起動可
能なことを特徴とする危険物探知装置。
【請求項６】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記制御部は、前記各ポンプによる排気が定常状態
になった後に、前記試料導入部及び前記イオン源部を前
記ヒータで加熱することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項７】請求項６に記載の危険物探知装置におい
て、前記試料導入部及び前記イオン源部を前記ヒータで
同時に加熱することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項８】請求項６に記載の危険物探知装置におい
て、前記試料導入部、前記イオン源部を前記ヒータで異
なる期間で加熱することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項９】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記試料導入部は、検出対象物質からの蒸気を吸引
する吸引部と、該吸引部と前記イオン源を結ぶ吸引配管
と、前記吸引部に配置される取っ手と、該取っ手に配置
される操作部及び表示部とを有し、前記検出対象物質か
らの蒸気の吸引の開始終了の動作が前記操作部から指示
され、測定された結果が前記表示部に表示されることを
特徴とする危険物探知装置。
【請求項１０】請求項１に記載の危険物探知装置におい
て、前記危険物探知装置の本体部が移動状態にあるか否
かを検出するセンサを有することを特徴とする危険物探
知装置。
【請求項１１】試料導入部と、該試料導入部により導入
された試料のイオンを生成するイオン源部と、前記イオ
ンの質量を分析する質量分析部と、前記試料導入部を加
熱する第１のヒータと、前記イオン源部を加熱する第２
のヒータと、前記質量分析部が配置されるチャンバを排
気する複数のポンプと、これら各部及び前記複数のポン
プを制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記試料
導入部を前記第１のヒータにより加熱し、前記イオン源
部を前記第２のヒータで加熱した後、予め定めた所定の
消費電力値を越えないよう、前記第１及び第２のヒータ
に供給する加熱電力を下げるとともに、前記複数のポン
プを順次駆動して前記チャンバを排気する制御を行なう
ことを特徴とする危険物探知装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置が未使用の状態で前記試料導
入部が前記第１のヒータにより、前記イオン源部が前記
第２のヒータにより予備加熱されていることを特徴とす
る危険物探知装置。
【請求項１３】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置が１００Ｖ１５Ａの力で起動
可能なことを特徴とする危険物探知装置。
【請求項１４】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記試料導入部は、検出対象物質からの蒸気を吸
引する吸引部と、該吸引部と前記イオン源を結ぶ吸引配
管と、前記吸引部に配置される取っ手と、該取っ手に配
置される操作部及び表示部とを有し、前記検出対象物質
からの蒸気の吸引の開始終了の動作が前記操作部から指
示され、測定された結果が前記表示部に表示されること
を特徴とする危険物探知装置。
【請求項１５】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記制御部は、前記各ポンプによる排気が定常状
態になった後に、前記試料導入部を前記第１のヒータに
より加熱し、前記イオン源部を前記第２のヒータで加熱
することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項１６】請求項１５に記載の危険物探知装置にお
いて、前記試料導入部及び前記イオン源部を同時に加熱
することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項１７】請求項１５に記載の危険物探知装置にお
いて、前記試料導入部、前記イオン源部を異なる期間で
加熱することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項１８】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置を搬送車に搭載して搬送中
に、前記試料導入部及び前記イオン源部が前記搬送車の
電源の電力により、予備加熱されていることを特徴とす
る危険物探知装置。
【請求項１９】請求項１１に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置の本体部が移動状態にあるか
否かを検出するセンサを有することを特徴とする危険物
探知装置。
【請求項２０】検出対象物質からの蒸気を吸引する吸引
部と、前記検出対象物質のイオン生成するイオン源部と
前記吸引部とを結ぶ吸引配管と、前記イオンの質量を分
析する質量分析部と、前記吸引部を加熱する第１のヒー
タと、前記吸引配管を加熱する第２のヒータと、前記イ
オン源部を加熱する第３のヒータと、前記質量分析部が
配置されるチャンバを排気する複数のポンプと、これら
各部及び前記複数のポンプを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記吸引部を前記第１のヒータにより、
前記吸引配管を前記第２のヒータにより、前記イオン源
部を第３のヒータにより、それぞれ加熱した後、予め定
めた所定の消費電力値を越えないよう、前記第１、第２
及び第３のヒータに供給する加熱電力を下げるととも
に、前記複数のポンプを順次駆動して前記チャンバを排
気する制御を行なうことを特徴とする危険物探知装置。
【請求項２１】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記吸引部、前記吸引配管、前記イオン源部を同
時に加熱することを特徴とする危険物探知装置。
【請求項２２】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記吸引部、前記吸引配管、前記イオン源部をそ
れぞれ異なる期間で加熱することを特徴とする危険物探
知装置。
【請求項２３】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置を搬送車に搭載して搬送中
に、前記吸引部、前記吸引配管、前記イオン源部が前記
搬送車の電源の電力により、予備加熱されていることを
特徴とする危険物探知装置。
【請求項２４】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記危険物探知装置が１００Ｖ１５Ａの力で起動
可能なことを特徴とする危険物探知装置。
【請求項２５】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記制御部は、前記各ポンプによる排気が定常状
態になった後に、前記吸引部、前記吸引配管、前記イオ
ン源部が加熱されることを特徴とする危険物探知装置。
【請求項２６】請求項２０に記載の危険物探知装置にお
いて、前記吸引部に配置される取っ手と、該取っ手に配
置される表示部を有し、測定された結果が前記表示部に
表示されることを特徴とする危険物探知装置。