JP2005005128A - イオン移動度検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】コンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることが可能なイオン移動度検出器を提供すること。
【解決手段】ドリフト室２１は、管状部材としてのドリフト管２３内に形成されており、イオン化室内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含み、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。電極２５は、電気絶縁体２７を挟んで隣接するもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７の外周表面に形成された薄膜状の印刷抵抗体Ｒである。分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６を通して、対応する電極２５に電気的に接続される。
【選択図】 図３
【解決手段】ドリフト室２１は、管状部材としてのドリフト管２３内に形成されており、イオン化室内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含み、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。電極２５は、電気絶縁体２７を挟んで隣接するもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７の外周表面に形成された薄膜状の印刷抵抗体Ｒである。分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６を通して、対応する電極２５に電気的に接続される。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン移動度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン移動度検出器として、複数のリング状の電極と複数のリング状の電気絶縁体とを含み、これらの電極と電気絶縁体が交互に積層された管状部材と、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を電気的に接続する分圧抵抗群と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載されたイオン移動度検出器では、各分圧抵抗は分圧抵抗が管状部材から突出して設けられている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４７７７３６３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されたイオン移動度検出器の構成では、分圧抵抗が管状部材から突出して設けられることから、分圧抵抗が隣接する部品と干渉し易くなり、レイアウトの自由度が制限されるといった問題点や、分圧抵抗が突出する分、イオン移動度検出器が大型化してしまうといった問題点を有することとなる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、コンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることが可能なイオン移動度検出器を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るイオン移動度検出器は、イオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段を備えたイオン移動度検出器であって、電界形成手段は、複数のリング状の電極と複数のリング状の電気絶縁体とを含み、電極と電気絶縁体とが交互に積層された管状部材と、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を管状部材の外周表面において電気的に接続する薄膜状の分圧抵抗と、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るイオン移動度検出器では、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を電気的に接続する分圧抵抗は、それぞれが薄膜状とされているので、管状部材の外周表面から突出するようなことはない。この結果、イオン移動度検出器のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【０００９】
また、分圧抵抗は、電気絶縁体の外周表面に形成された印刷抵抗体であることが好ましい。このように構成した場合、薄膜状の分圧抵抗を簡易に形成することができる。
【００１０】
また、分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極に導電性部材を通して電気的に接続されていることが好ましい。このように構成した場合、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１１】
また、分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極と物理的に接触することによって電気的に接続されていることが好ましい。このように構成した場合、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１２】
また、電気絶縁性部材は、耐熱性を有すると共に、ヒーターが形成されており、電気絶縁性部材は、管状部材の外周表面に沿って当該管状部材の外側に配置されることが好ましい。このように構成した場合、装置内の空間（例えば、イオン化室やドリフト室等）を加熱し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１３】
また、電気絶縁性部材は、樹脂薄膜であることが好ましい。このように構成した場合、加工が容易であり、また管状部材の外周表面に沿って巻きつけるようにして配置することが可能となる。特に、ヒーターが形成された樹脂薄膜を管状部材の外周表面に沿って巻きつけた場合、装置内の空間（例えば、イオン化室やドリフト室等）を均一に加熱することができる。
【００１４】
また、樹脂薄膜は、ポリイミド樹脂からなることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るイオン移動度検出器について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。図２は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図３は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる蓋周辺を示す断面図である。図４は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる印刷抵抗体の断面構成を説明するための図である。
【００１７】
イオン移動度検出器ＩＭＳ１は、図１及び図２に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。イオン化室１及びドリフト室２１内の圧力は、大気圧相当である。なお、本第１実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ１は、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００１８】
イオン化室１は、図２に示されるように、両端に開口３ａ，３ｂを有する筒状部材３内に形成されており、試料分子をイオン化する領域である。筒状部材３は、電気絶縁性材料（例えば、アルミナ等）からなる。イオン化室１（筒状部材３の内部空間）は、筒状部材３の一方の開口３ａを通してドリフト室２１に連通している。筒状部材３には、試料導入管５と、真空紫外ランプ７が設けられている。
【００１９】
試料導入管５は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給源及び試料分子を供給する試料分子供給源（いずれも図示せず）に接続されており、試料導入管５の一端に形成された導入口１３を通してイオン化室１に連通している。キャリアガス供給源から供給されたキャリアガス及び試料分子供給源から供給された試料分子は、混合された状態で、試料導入管５を通ってイオン化室１内に導入される。ここで、試料導入管５は、試料分子をイオン化室１内に導入する試料分子導入手段として機能する。
【００２０】
真空紫外ランプ７は、試料導入管５を通してイオン化室１に導入された試料分子に真空紫外光を照射する。真空紫外光が照射された試料分子は、イオン化されることとなる。ここで、真空紫外ランプ７は、イオン化室１に導入された試料分子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射手段として機能する。なお、真空紫外ランプ７としては、希ガス等を利用するエキシマランプやキャピラリ放電管、水素放電ランプを用いることができる。また、真空紫外ランプ７の代わりに、紫外線やＸ線を放出するＤ２ランプ、軟Ｘ線管や、多光子吸収によってイオン化させることができるＵＶレーザを用いることができる。真空紫外ランプ７は、筒状部材３に形成された挿入口に挿入され、その外周がＯリング１４によりシールされた状態で、筒状部材３に配設される。
【００２１】
真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向と試料導入管５を通した試料分子の導入方向とは、互いに交差（例えば、直交）すると共に、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと交差（例えば、直交）する方向に設定されている。なお、本第１実施形態においては、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向、試料導入管５を通した試料分子の導入方向、及び、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌは一点で交差している。
【００２２】
筒状部材３には、試料導入管５を通した試料分子の導入方向で見て導入口１３と対向する位置に、図１に示されるように、導入された試料分子を排出するための排出口１５が形成されている。イオン化室１は、排出口１５を通して外部空間に連通している。
【００２３】
筒状部材３の他方の開口３ｂは、電子捕集電極１７により塞がれている。この電子捕集電極１７は、試料分子がイオン化される際に発生する電子を捕集するためのものであり、所定の正の電位が印加されている。電子捕集電極１７には、筒状部材３の他方の開口３ｂに内挿される突出部１９が形成されている。
【００２４】
ドリフト室２１は、図２に示されるように、管状部材としてのドリフト管２３内に形成されており、一端側がイオン化室１に連通し、イオン化室１内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含んでおり、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。即ち、電極２５と電極２５との間に電気絶縁体２７が配置され、電極２５と電極２５とは電気絶縁体２７により電気的に絶縁された状態にある。電極２５及び電気絶縁体２７，３５は、イオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段として機能する。電極２５は、例えばコバール等の導電性材料からなる。電気絶縁体２７は、例えばアルミナ等の電気絶縁性材料からなる。なお、イオン化室１を形成する筒状部材３も、ドリフト室２１を形成するドリフト管２３と同様に、電極と電気絶縁体とを交互に積層した構成としてもよい。
【００２５】
ドリフト管２３の一端側には、ゲートシャッターとしてのゲート電極３１が設けられている。ゲート電極３１としては、ブラッドバリー−ニールセン・シャッター（Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎ ｓｈｕｔｔｅｒ）を用いることができる。ゲート電極３１は、印加される電位が変化することによりイオン化された試料分子を通過させるものであり、一対の電極３１ａと電気絶縁性を有する枠部材３２とを含んでいる。各電極３１ａは、基幹部と当該基幹部から交差する方向に伸びる複数の分岐部とを有した櫛歯形状を呈しており、枠部材３２に互いに噛み合うように配置されている。上記一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、イオン化された試料分子の通過が許容され、当該電位差を０より大きい所定の値とすることにより、イオン化された試料分子の通過が禁止される。したがって、ゲート電極３１にパルス状の信号を供給し、所定の時間、一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、当該所定の時間だけイオン化された試料分子がゲート電極３１を通過することとなる。ゲート電極３１により、イオン化室１とドリフト室２１とが分離されることとなる。ゲート電極３１には、図１に示されるように、電位を印加するためのリード部３３がドリフト管２３の径方向に突出して設けられている。なお、ゲート電極３１として、ブラッドバリー−ニールセン・シャッターの代わりに、２枚のメッシュ電極を近接配置させてもよい。
【００２６】
ゲート電極３１と筒状部材３との間にも、電極２５と電気絶縁体３５が交互に積層された状態で配置されている。電気絶縁体３５は、例えばアルミナ等の電気絶縁性材料からなり、複数のガス放出口３７が形成されている。ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、ガス放出口３７を通して、外部空間に連通している。
【００２７】
ドリフト管２３の他端側には、図３にも示されるように、導電性金属板からなる蓋４１が設けられている。蓋４１には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４５（本実施形態においては、アノードとして機能する。）が配置されている。蓋４１は、第１の部材４２と第２の部材４３とを有している。第１の部材４２は、断面形状がハット形とされ、鍔部４２ａと、当該鍔部４２ａに対して段差を有して形成された底面部４２ｂとを含んでいる。第２の部材４３は、断面形状がハット形とされ、鍔部４３ａと、当該鍔部４３ａに対して段差を有して形成された底面部４３ｂとを含んでいる。第１の部材４２と第２の部材４３とは、底面部４２ｂと底面部４３ｂとが所定の間隔を有した状態で鍔部４２ａと鍔部４３ａとが接合されることにより一体化されている。第１の部材４２の底面部４２ｂには、ドリフトガス導入管４７が一体に形成されていると共に、中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと同軸上に位置する開口４２ｃが形成されている。第２の部材４３の底面部４３ｂには、中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと同軸上に位置する開口４３ｃが形成されている。
【００２８】
集電極４５は、開口４２ｃに挿通された状態で設けられた、電気絶縁性を有する円板状の部材４６の表面に層状に形成されることにより、蓋４１に配置されている。集電極４５は、部材４６を貫通して設けられた電極リード４８と電気的に接続されており、集電極４５からの電気信号は電極リード４８を通して出力される。集電極４５は、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致するように設けられている。集電極４５の電位は、蓋４１と同じ電位に保たれている。集電極４５としては、ファラデー・カップ等を用いることも可能である。
【００２９】
ドリフトガス導入管４７は、ドリフトガスを供給するドリフトガス供給源（図示せず）に接続されており、ドリフトガス導入管４７の一端に形成された導入口４９を通してドリフト室２１の他端側に連通している。ドリフトガス供給源から供給されたドリフトガスは、ドリフトガス導入管４７を通り、ドリフト室２１内におけるイオン化された試料分子の移動方向に見て集電極４５より前方からドリフト室２１内に導入される。即ち、集電極４５は、ドリフトガスの流れ方向で見て、ドリフトガス導入管４７の導入口４９よりも下流に位置している。
【００３０】
ドリフト室２１の他端側には、メッシュ形状を呈したグリッド電極５３が集電極４５に対向して設けられている。このグリッド電極５３は、電極２５のうちの最も蓋４１に近い電極に電気的に接続されており、当該電極と同じ電位とされている。グリッド電極５３は、ドリフト室２１内に形成される電界がゲート電極３１における電位のパルス状の変化により変動するのを抑制する。
【００３１】
集電極４５の外周側には、補助電極５５が配置されている。補助電極５５は、板状部材からなり、その中央部に集電極４５の直径よりも若干大きい内径を有する開口５７が形成されている。補助電極５５は、開口５７内に集電極４５が位置するように、集電極４５と同一平面内に設けられている。補助電極５５の外周部分は、第２の部材４３の底面部４３ｂと接しており、第２の部材４３と電気的に接続されている。これにより、補助電極５５の電位は、蓋４１と同じ電位に保たれる。また、補助電極５５の電位は、集電極４５の電位と同じである。
【００３２】
補助電極５５には、複数の貫通孔が形成されている。ドリフトガス導入管４７の導入口１３から導入されるドリフトガスは、まず、第１の部材４２、第２の部材４３、補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間内に流入する。その後、ドリフトガスは、補助電極５５に形成された貫通孔、及び、補助電極５５の内周と集電極４５の外周との間隙を通って、ドリフト室２１内を流れていく。第１の部材４２、第２の部材４３、補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間は、ドリフトガスのバッファ領域として機能する。なお、補助電極５５は、貫通孔を有する板状部材の他に、メッシュ状の部材としてもよい。
【００３３】
ところで、蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７は、図４にも示されるように、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接するもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３の外周表面に形成された薄膜状の印刷抵抗体Ｒである。分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６を通して、対応する蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７に電気的に接続される。分圧抵抗６５は、例えば酸化ルテニウム等からなり、導通用電極６６は、Ａｕ等からなる。ドリフト管２３における分圧抵抗６５及び導通用電極６６を形成する部分を平面に加工しておいてもよい。なお、図４においては、電極２５及び電気絶縁体２７しか図示していないが、筒状部材３及び電気絶縁体３５の外周表面にも同じく印刷抵抗体Ｒが形成されている。
【００３４】
そして、上述したように、電子捕集電極１７に所定の正の電位を印加し、蓋４１を接地すると、イオン化室１からドリフト室２１にわたって、電界が形成される。この電界により、イオン化された試料分子は、イオン化室１からドリフト室２１に移動し、ドリフト室２１内を集電極４５に向けて移動する。
【００３５】
筒状部材３と電極２５との間には、メッシュ状電極６９が配置されている。メッシュ状電極６９は、筒状部材３と電極２５とで挟持されており、電極２５と同じ電位とされる。このメッシュ状電極６９は、筒状部材３の一方の開口３ａ近傍に位置することとなり、イオン化室１内に形成される電界がゲート電極３１における電位のパルス状の変化により変動するのを抑制する。
【００３６】
続いて、上述した構成を有するイオン移動度検出器ＩＭＳ１の測定原理を簡単に説明する。イオン化室１にてイオン化された試料分子（以下、単にイオンと称する）を、ゲート電極３１にパルス状の電圧を印加して電位を変化させることで、ドリフト室２１内に導入する。ドリフト室２１に導入されたパルス状のイオン群は、ドリフトガス導入管４７より導入されたドリフトガスの分子の影響を受けることで時間的遅れを持って移動し、ドリフト室２１内に形成されたほぼ均一の電界に沿って集電極４５に到達する。集電極４５に到達したイオン群はパルス状の電気信号として出力され、当該電気信号に基づいて、ゲート電極３１から集電極４５までの到達時間（飛行時間（ＴＯＦ）、集電極４５に到達したイオン群の量等が検出される。上記到達時間からイオン移動度を求めることができ、試料分子の同定が可能となる。また、電気信号の応答波形の積分値もしくはピーク値から、試料分子の定量が可能となる。
【００３７】
以上のように、本第１実施形態において、蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接するもの同士がドリフト管２３の外周表面において分圧抵抗６５により電気的に接続されている。このとき、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接する電極等１７，２５，４１同士を電気的に接続する分圧抵抗６５は、それぞれが薄膜状とされているので、ドリフト管２３の外周表面から突出するようなことはない。この結果、イオン移動度検出器ＩＭＳ１のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【００３８】
また、本第１実施形態において、分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３の外周表面に形成された印刷抵抗体Ｒである。これにより、薄膜状の分圧抵抗６５を簡易に形成することができる。
【００３９】
また、分圧抵抗６５を印刷抵抗体Ｒとして構成することにより、電極２５間の間隔（ピッチ）を狭くすることも可能である（例えば、３ｍｍ）。このように電極２５間のピッチを狭くした場合、ドリフト室２１においてドリフト管２３の内周近傍まで均一な電界が形成されることとなり、高分解能のイオン移動度検出器を実現することができる。
【００４０】
また、本第１実施形態においては、集電極４５の外周側に、当該集電極４５と同電位とされる補助電極５５が設けられているので、移動途中にドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌに交差する方向に分散し、当該長手方向中心軸Ｌから離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子は、集電極４５に収集されることなく、補助電極５５に確実に収集されることとなる。これにより、集電極４５からの出力が時間的な遅れ成分を含むようなことはなく、イオン移動度検出器ＩＭＳ１の時間分解能の劣化を効果的に抑制することができる。なお、補助電極５５はドリフトガスを透過するので、上記ドリフトガスの流れを阻害するようなことはない。
【００４１】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。図６は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。なお、図６においては、後述する樹脂薄膜１６５等の図示を省略している。
【００４２】
イオン移動度検出器ＩＭＳ２は、図５〜図７に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。なお、本第２実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ２も、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００４３】
イオン化室１は、第１実施形態と同じく、筒状部材３内に形成されている。
【００４４】
ドリフト室２１は、第１実施形態と同じく、ドリフト管２３内に形成されており、一端側がイオン化室１に連通している。また、ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含んでおり、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。
【００４５】
ゲート電極３１と筒状部材３との間には、略円板状の電極１３５が配置されている。電極１３５は、ドリフト管２３を構成する電極２５と同様の形状を有する外周部１３７と、当該外周部１３７から内側方向に伸びる基部１３９とを有している。基部１３９には、筒状部材３の一方の開口３ａに連通する開口１３９ａと、当該開口１３９ａの外周寄りの位置に形成されたガス放出口１３９ｂが形成されている。外周部１３７にも、ガス放出口１３７ａが形成されている。ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、電極１３５の基部１３９に形成された開口１３９ａ及び筒状部材３の一方の開口３ａを通して、イオン化室１に連通している。また、ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、ガス放出口１３７ａ，１３９ｂを通して、外部空間に連通している。
【００４６】
ドリフト管２３の他端側には、導電性の基板１４３が設けられている。基板１４３には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４５（本実施形態においては、アノードとして機能する。）と、ドリフトガス導入管４７が配置されている。
【００４７】
本第２実施形態における集電極４５は、円板状の部材であり、基板１４３に電気絶縁性を有するリング状の部材１４６を介して設けられた支持部材にネジ止めされることにより、基板１４３に配置されている。リング状の部材１４６以外に集電極４５を基板１４３と電気的に絶縁する手段としては、集電極４５のリード部をガラス等の電気絶縁材料や絶縁性接着剤で封着したり、Ｏリング止めをしたりしてもよい。集電極４５としては、ファラデー・カップ等を用いることができる。集電極４５は、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致するように設けられている。集電極４５の電位は、基板１４３と同じ電位に保たれている。
【００４８】
ドリフト室２１の他端側には、グリッド電極１５３が集電極４５に対向して設けられている。このグリッド電極１５３は、集電極４５の中心軸近傍に位置するメッシュ部１５５と、メッシュ部１５５を囲み、当該メッシュ部１５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部１５７とを含んでいる。グリッド電極１５３は、電極２５のうちの最も基板１４３に近い電極に電気的に接続されており、当該電極と同じ電位とされている。グリッド電極１５３の外周部１５７は、板状部材からなる。なお、外周部１５７は、板状部材の他に、メッシュ部１５５のメッシュ粗さよりも細かいメッシュとしてもよい。また、板状部材に複数の貫通孔を形成してもよい。
【００４９】
グリッド電極１５３のメッシュ部１５５は、円形状を呈しており、メッシュ部１５５の直径（外周部１５７の内側直径）は、集電極４５の直径よりも小さく設定されている。このように、メッシュ部１５５の直径を集電極４５の直径よりも小さく設定することで、集電極４５に到達するイオン化された試料分子を制限することができる。すなわち、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ付近をドリフト室２１内に形成される電界に概ね垂直に移動するイオン化された試料分子が主として集電極４５に到達することとなる。
【００５０】
電極２５，１３５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７は、基板１４３と抑え板１５９とで挟持されている。抑え板１５９は、電極２５，１３５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７を挟持した状態で、一端側が基板１４３に固定された支柱１６１の他端側に螺合するナット１６３により基板１４３に対して固定される。なお、電子捕集電極１７は、抑え板１５９にネジ止めされている。
【００５１】
ところで、基板１４３及び電極２５，１３５は、隣り合うもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、図８及び図９に示されるように、樹脂薄膜１６５の一方面側に形成された薄膜状の印刷抵抗体である。また、樹脂薄膜１６５の他方面側には、ヒーター１６６が配線されている。ヒーター１６６の両端には、電気配線が接続されるリード部１６６ａが設けられている。ヒーター１６６は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）ヒーターを用いることができる。ヒーター１６６は、樹脂薄膜１６５の一方面（分圧抵抗６５が形成された面）側にも形成してもよい。
【００５２】
樹脂薄膜１６５は、図５及び図１０に示されるように、ドリフト管２３の外周表面に沿って巻かれた状態で当該ドリフト管２３の外側に配置される。樹脂薄膜１６５は、断熱性を有しており、ポリイミド樹脂からなる。
【００５３】
続いて、各電極等２５，１３５，１４３と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成について、図１１〜図１３を参照して説明する。なお、図１１〜図１３では、電極２５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成の一例を図示している。図１１〜図１３は、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成を説明するための模式図である。
【００５４】
まず、図１１を参照すると、樹脂薄膜１６５は、ヒーター１６６が形成された面がドリフト管２３（電極２５及び電気絶縁体２７）の外周表面と対向するように配置されている。ドリフト管２３の外周表面とヒーター１６６との間には、ヒーター１６６と電極２５とを電気的に絶縁するための電気絶縁層１６７（例えば、ポリイミド樹脂からなる薄膜等）が設けられている。この電気絶縁層１６７は、耐熱性を有する粘着層１６８（例えば、アクリル、シリコン、ポリイミド樹脂等）により、ドリフト管２３の外周表面に接着されている。なお、この粘着層１６８は必ずしも必要ではなく、電気絶縁層１６７をドリフト管２３の外周表面の当接させる構成としてもよい。
【００５５】
分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６、及び、導電性を有するビス１６９を通して電極２５に電気的に接続される。このビス１６９は、樹脂薄膜１６５をドリフト管２３に固定する機能も有している。
【００５６】
樹脂薄膜１６５は、ビス１６９が導電性を有する他の部品と電気的に絶縁されるように、電気絶縁層１７０（例えば、ポリイミド樹脂からなる薄膜等）で覆われている。なお、電気絶縁層１７０で覆う代わりに、電気絶縁性を有するケースで樹脂薄膜１６５を覆う構成としてもよく、ビス１６９に電気絶縁性を有する樹脂をポッティングして覆う構成としてもよい。
【００５７】
続いて、図１２を参照すると、分圧抵抗６５は、導通用電極６６、及び、電極２５に立設された導電性を有するピン１７１を通して電極２５に電気的に接続される。この場合、ピン１７１と導通用電極６６とを導電性を有する接着剤で固定することにより、樹脂薄膜１６５がドリフト管２３に固定されることとなる。
【００５８】
続いて、図１３を参照すると、樹脂薄膜１６５は、分圧抵抗６５が形成された面がドリフト管２３（電極２５及び電気絶縁体２７）の外周表面と対向するように配置されている。樹脂薄膜１６５がビス１７２により外周側から押さえられると、導通用電極６６と電極２５とが物理的に接触することとなる。これにより、分圧抵抗６５は、導通用電極６６を通して電極２５に電気的に接続される。ビス１７２は、導電性を有していてもよく、電気的絶縁性を有していてもよい。なお、樹脂薄膜１６５を電気絶縁層１７０で覆っているが、ビス１７２が電気的絶縁性を有する場合には、省略してもよい。
【００５９】
図示は省略したが、基板１４３と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成、あるいは、電極１３５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成にも、上述した電極２５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成が採用されている。また、電極１３５と電子捕集電極１７とは、図示しない分圧抵抗を通して電気的に接続されている。また、樹脂薄膜１６５を用いてドリフト管２３のみならず、筒状部材３及び電子捕集電極１７まで覆い、電極１３５と電子捕集電極１７とを電気的に接続したり、ヒーター１６６でイオン化室１を加熱してもよい
【００６０】
電子捕集電極１７に所定の正の電位を印加し、基板１４３を接地すると、第１実施形態と同様に、イオン化室１からドリフト室２１にわたって、電界が形成される。この電界により、イオン化された試料分子は、イオン化室１からドリフト室２１に移動し、ドリフト室２１内を集電極４５に向けて移動する。
【００６１】
以上のように、本第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同じく、イオン移動度検出器ＩＭＳ２のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【００６２】
また、本第２実施形態において、分圧抵抗６５は、断熱性を有する樹脂薄膜１６５に形成されており、対応する電極等２５，１３５，１４３にビス１６９及び導通用電極６６を通して電気的に接続されている。これにより、電気絶縁体２７を挟んで隣接する電極等２５，１３５，１４３同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６３】
また、本第２実施形態において、分圧抵抗６５は、樹脂薄膜１６５に形成されており、対応する電極等２５，１３５，１４３と導通用電極６６とが物理的に接触することによって電気的に接続されている。これにより、電気絶縁体２７を挟んで隣接する電極等２５，１３５，１４３同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６４】
また、本第２実施形態において、樹脂薄膜１６５には、ヒーター１６６が形成されており、樹脂薄膜１６５は、ドリフト管２３の外周表面に沿って巻かれた状態で当該ドリフト管２３の外側に配置されている。これにより、ドリフト室２１内を加熱し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６５】
また、本第２実施形態においては、樹脂薄膜１６５を用いているので、加工が容易であり、またドリフト管２３の外周表面に沿って巻きつけるようにして配置することが可能となる。特に、ヒーター１６６が形成された樹脂薄膜１６５をドリフト管２３の外周表面に沿って巻きつけた場合、ドリフト室２１を均一に加熱することができる。
【００６６】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第２実施形態においては、分圧抵抗６５を樹脂薄膜１６５に形成しているが、これに限られることなく、電気絶縁性を有する薄板に分圧抵抗６５を形成するようにしてもよい。
【００６７】
また、本第１及び第２実施形態においては、本発明を、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器ＩＭＳ１，ＩＭＳ２に適用しているが、これに限られることなく、試料分子を陰イオン化し、陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器にも本発明を適用することができる。陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器の場合、電位配置は、上記イオン移動度検出器ＩＭＳ１，ＩＭＳ２の電位配置とは逆の関係になる。また、ＧＮＤ（接地）の位置は、任意に設定することができる。
【００６８】
また、本第１実施形態においては、イオン化された試料分子を移動させるための電界をイオン化室１内に形成する電界形成手段として、電極２５と電気絶縁体３５とを含む管状部材を設け、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室２１内に形成する電界形成手段として、電極２５と電気絶縁体２７とを含むドリフト管２３（管状部材）を設けるように構成しているが、これに限られるものではない。イオン化された試料分子を移動させるための電界をイオン化室１内に形成する電界形成手段のみを上記管状部材として構成してもよく、また、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室２１内に形成する電界形成手段のみを上記管状部材として構成してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、コンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることが可能なイオン移動度検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる蓋周辺を示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる印刷抵抗体の断面構成を説明するための図である。
【図５】第２実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。
【図６】第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜の平面図であり、分圧抵抗が形成された面を示している。
【図９】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜の平面図であり、ヒーターが形成された面を示している。
【図１０】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【図１２】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…イオン化室、３…筒状部材、５…試料導入管、７…真空紫外ランプ、２１…ドリフト室、２３…ドリフト管、２５…電極、２７，３５…電気絶縁体、４５…集電極、４７…ドリフトガス導入管、６５…分圧抵抗、６６…導通用電極、１３５…電極、１６５…樹脂薄膜、１６６…ヒーター、１６７，１７０…電気絶縁層、１６９，１７２…ビス、１７１…ピン、ＩＭＳ１，ＩＭＳ２…イオン移動度検出器、Ｒ…印刷抵抗体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン移動度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン移動度検出器として、複数のリング状の電極と複数のリング状の電気絶縁体とを含み、これらの電極と電気絶縁体が交互に積層された管状部材と、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を電気的に接続する分圧抵抗群と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載されたイオン移動度検出器では、各分圧抵抗は分圧抵抗が管状部材から突出して設けられている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４７７７３６３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されたイオン移動度検出器の構成では、分圧抵抗が管状部材から突出して設けられることから、分圧抵抗が隣接する部品と干渉し易くなり、レイアウトの自由度が制限されるといった問題点や、分圧抵抗が突出する分、イオン移動度検出器が大型化してしまうといった問題点を有することとなる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、コンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることが可能なイオン移動度検出器を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るイオン移動度検出器は、イオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段を備えたイオン移動度検出器であって、電界形成手段は、複数のリング状の電極と複数のリング状の電気絶縁体とを含み、電極と電気絶縁体とが交互に積層された管状部材と、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を管状部材の外周表面において電気的に接続する薄膜状の分圧抵抗と、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るイオン移動度検出器では、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を電気的に接続する分圧抵抗は、それぞれが薄膜状とされているので、管状部材の外周表面から突出するようなことはない。この結果、イオン移動度検出器のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【０００９】
また、分圧抵抗は、電気絶縁体の外周表面に形成された印刷抵抗体であることが好ましい。このように構成した場合、薄膜状の分圧抵抗を簡易に形成することができる。
【００１０】
また、分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極に導電性部材を通して電気的に接続されていることが好ましい。このように構成した場合、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１１】
また、分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極と物理的に接触することによって電気的に接続されていることが好ましい。このように構成した場合、電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１２】
また、電気絶縁性部材は、耐熱性を有すると共に、ヒーターが形成されており、電気絶縁性部材は、管状部材の外周表面に沿って当該管状部材の外側に配置されることが好ましい。このように構成した場合、装置内の空間（例えば、イオン化室やドリフト室等）を加熱し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００１３】
また、電気絶縁性部材は、樹脂薄膜であることが好ましい。このように構成した場合、加工が容易であり、また管状部材の外周表面に沿って巻きつけるようにして配置することが可能となる。特に、ヒーターが形成された樹脂薄膜を管状部材の外周表面に沿って巻きつけた場合、装置内の空間（例えば、イオン化室やドリフト室等）を均一に加熱することができる。
【００１４】
また、樹脂薄膜は、ポリイミド樹脂からなることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るイオン移動度検出器について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。図２は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図３は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる蓋周辺を示す断面図である。図４は、第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる印刷抵抗体の断面構成を説明するための図である。
【００１７】
イオン移動度検出器ＩＭＳ１は、図１及び図２に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。イオン化室１及びドリフト室２１内の圧力は、大気圧相当である。なお、本第１実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ１は、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００１８】
イオン化室１は、図２に示されるように、両端に開口３ａ，３ｂを有する筒状部材３内に形成されており、試料分子をイオン化する領域である。筒状部材３は、電気絶縁性材料（例えば、アルミナ等）からなる。イオン化室１（筒状部材３の内部空間）は、筒状部材３の一方の開口３ａを通してドリフト室２１に連通している。筒状部材３には、試料導入管５と、真空紫外ランプ７が設けられている。
【００１９】
試料導入管５は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給源及び試料分子を供給する試料分子供給源（いずれも図示せず）に接続されており、試料導入管５の一端に形成された導入口１３を通してイオン化室１に連通している。キャリアガス供給源から供給されたキャリアガス及び試料分子供給源から供給された試料分子は、混合された状態で、試料導入管５を通ってイオン化室１内に導入される。ここで、試料導入管５は、試料分子をイオン化室１内に導入する試料分子導入手段として機能する。
【００２０】
真空紫外ランプ７は、試料導入管５を通してイオン化室１に導入された試料分子に真空紫外光を照射する。真空紫外光が照射された試料分子は、イオン化されることとなる。ここで、真空紫外ランプ７は、イオン化室１に導入された試料分子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射手段として機能する。なお、真空紫外ランプ７としては、希ガス等を利用するエキシマランプやキャピラリ放電管、水素放電ランプを用いることができる。また、真空紫外ランプ７の代わりに、紫外線やＸ線を放出するＤ２ランプ、軟Ｘ線管や、多光子吸収によってイオン化させることができるＵＶレーザを用いることができる。真空紫外ランプ７は、筒状部材３に形成された挿入口に挿入され、その外周がＯリング１４によりシールされた状態で、筒状部材３に配設される。
【００２１】
真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向と試料導入管５を通した試料分子の導入方向とは、互いに交差（例えば、直交）すると共に、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと交差（例えば、直交）する方向に設定されている。なお、本第１実施形態においては、真空紫外ランプ７による真空紫外光の照射方向、試料導入管５を通した試料分子の導入方向、及び、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌは一点で交差している。
【００２２】
筒状部材３には、試料導入管５を通した試料分子の導入方向で見て導入口１３と対向する位置に、図１に示されるように、導入された試料分子を排出するための排出口１５が形成されている。イオン化室１は、排出口１５を通して外部空間に連通している。
【００２３】
筒状部材３の他方の開口３ｂは、電子捕集電極１７により塞がれている。この電子捕集電極１７は、試料分子がイオン化される際に発生する電子を捕集するためのものであり、所定の正の電位が印加されている。電子捕集電極１７には、筒状部材３の他方の開口３ｂに内挿される突出部１９が形成されている。
【００２４】
ドリフト室２１は、図２に示されるように、管状部材としてのドリフト管２３内に形成されており、一端側がイオン化室１に連通し、イオン化室１内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含んでおり、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。即ち、電極２５と電極２５との間に電気絶縁体２７が配置され、電極２５と電極２５とは電気絶縁体２７により電気的に絶縁された状態にある。電極２５及び電気絶縁体２７，３５は、イオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段として機能する。電極２５は、例えばコバール等の導電性材料からなる。電気絶縁体２７は、例えばアルミナ等の電気絶縁性材料からなる。なお、イオン化室１を形成する筒状部材３も、ドリフト室２１を形成するドリフト管２３と同様に、電極と電気絶縁体とを交互に積層した構成としてもよい。
【００２５】
ドリフト管２３の一端側には、ゲートシャッターとしてのゲート電極３１が設けられている。ゲート電極３１としては、ブラッドバリー−ニールセン・シャッター（Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎ ｓｈｕｔｔｅｒ）を用いることができる。ゲート電極３１は、印加される電位が変化することによりイオン化された試料分子を通過させるものであり、一対の電極３１ａと電気絶縁性を有する枠部材３２とを含んでいる。各電極３１ａは、基幹部と当該基幹部から交差する方向に伸びる複数の分岐部とを有した櫛歯形状を呈しており、枠部材３２に互いに噛み合うように配置されている。上記一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、イオン化された試料分子の通過が許容され、当該電位差を０より大きい所定の値とすることにより、イオン化された試料分子の通過が禁止される。したがって、ゲート電極３１にパルス状の信号を供給し、所定の時間、一対の電極３１ａ間の電位差を０とすることにより、当該所定の時間だけイオン化された試料分子がゲート電極３１を通過することとなる。ゲート電極３１により、イオン化室１とドリフト室２１とが分離されることとなる。ゲート電極３１には、図１に示されるように、電位を印加するためのリード部３３がドリフト管２３の径方向に突出して設けられている。なお、ゲート電極３１として、ブラッドバリー−ニールセン・シャッターの代わりに、２枚のメッシュ電極を近接配置させてもよい。
【００２６】
ゲート電極３１と筒状部材３との間にも、電極２５と電気絶縁体３５が交互に積層された状態で配置されている。電気絶縁体３５は、例えばアルミナ等の電気絶縁性材料からなり、複数のガス放出口３７が形成されている。ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、ガス放出口３７を通して、外部空間に連通している。
【００２７】
ドリフト管２３の他端側には、図３にも示されるように、導電性金属板からなる蓋４１が設けられている。蓋４１には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４５（本実施形態においては、アノードとして機能する。）が配置されている。蓋４１は、第１の部材４２と第２の部材４３とを有している。第１の部材４２は、断面形状がハット形とされ、鍔部４２ａと、当該鍔部４２ａに対して段差を有して形成された底面部４２ｂとを含んでいる。第２の部材４３は、断面形状がハット形とされ、鍔部４３ａと、当該鍔部４３ａに対して段差を有して形成された底面部４３ｂとを含んでいる。第１の部材４２と第２の部材４３とは、底面部４２ｂと底面部４３ｂとが所定の間隔を有した状態で鍔部４２ａと鍔部４３ａとが接合されることにより一体化されている。第１の部材４２の底面部４２ｂには、ドリフトガス導入管４７が一体に形成されていると共に、中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと同軸上に位置する開口４２ｃが形成されている。第２の部材４３の底面部４３ｂには、中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと同軸上に位置する開口４３ｃが形成されている。
【００２８】
集電極４５は、開口４２ｃに挿通された状態で設けられた、電気絶縁性を有する円板状の部材４６の表面に層状に形成されることにより、蓋４１に配置されている。集電極４５は、部材４６を貫通して設けられた電極リード４８と電気的に接続されており、集電極４５からの電気信号は電極リード４８を通して出力される。集電極４５は、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致するように設けられている。集電極４５の電位は、蓋４１と同じ電位に保たれている。集電極４５としては、ファラデー・カップ等を用いることも可能である。
【００２９】
ドリフトガス導入管４７は、ドリフトガスを供給するドリフトガス供給源（図示せず）に接続されており、ドリフトガス導入管４７の一端に形成された導入口４９を通してドリフト室２１の他端側に連通している。ドリフトガス供給源から供給されたドリフトガスは、ドリフトガス導入管４７を通り、ドリフト室２１内におけるイオン化された試料分子の移動方向に見て集電極４５より前方からドリフト室２１内に導入される。即ち、集電極４５は、ドリフトガスの流れ方向で見て、ドリフトガス導入管４７の導入口４９よりも下流に位置している。
【００３０】
ドリフト室２１の他端側には、メッシュ形状を呈したグリッド電極５３が集電極４５に対向して設けられている。このグリッド電極５３は、電極２５のうちの最も蓋４１に近い電極に電気的に接続されており、当該電極と同じ電位とされている。グリッド電極５３は、ドリフト室２１内に形成される電界がゲート電極３１における電位のパルス状の変化により変動するのを抑制する。
【００３１】
集電極４５の外周側には、補助電極５５が配置されている。補助電極５５は、板状部材からなり、その中央部に集電極４５の直径よりも若干大きい内径を有する開口５７が形成されている。補助電極５５は、開口５７内に集電極４５が位置するように、集電極４５と同一平面内に設けられている。補助電極５５の外周部分は、第２の部材４３の底面部４３ｂと接しており、第２の部材４３と電気的に接続されている。これにより、補助電極５５の電位は、蓋４１と同じ電位に保たれる。また、補助電極５５の電位は、集電極４５の電位と同じである。
【００３２】
補助電極５５には、複数の貫通孔が形成されている。ドリフトガス導入管４７の導入口１３から導入されるドリフトガスは、まず、第１の部材４２、第２の部材４３、補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間内に流入する。その後、ドリフトガスは、補助電極５５に形成された貫通孔、及び、補助電極５５の内周と集電極４５の外周との間隙を通って、ドリフト室２１内を流れていく。第１の部材４２、第２の部材４３、補助電極５５及び集電極４５とで画成される空間は、ドリフトガスのバッファ領域として機能する。なお、補助電極５５は、貫通孔を有する板状部材の他に、メッシュ状の部材としてもよい。
【００３３】
ところで、蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７は、図４にも示されるように、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接するもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３の外周表面に形成された薄膜状の印刷抵抗体Ｒである。分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６を通して、対応する蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７に電気的に接続される。分圧抵抗６５は、例えば酸化ルテニウム等からなり、導通用電極６６は、Ａｕ等からなる。ドリフト管２３における分圧抵抗６５及び導通用電極６６を形成する部分を平面に加工しておいてもよい。なお、図４においては、電極２５及び電気絶縁体２７しか図示していないが、筒状部材３及び電気絶縁体３５の外周表面にも同じく印刷抵抗体Ｒが形成されている。
【００３４】
そして、上述したように、電子捕集電極１７に所定の正の電位を印加し、蓋４１を接地すると、イオン化室１からドリフト室２１にわたって、電界が形成される。この電界により、イオン化された試料分子は、イオン化室１からドリフト室２１に移動し、ドリフト室２１内を集電極４５に向けて移動する。
【００３５】
筒状部材３と電極２５との間には、メッシュ状電極６９が配置されている。メッシュ状電極６９は、筒状部材３と電極２５とで挟持されており、電極２５と同じ電位とされる。このメッシュ状電極６９は、筒状部材３の一方の開口３ａ近傍に位置することとなり、イオン化室１内に形成される電界がゲート電極３１における電位のパルス状の変化により変動するのを抑制する。
【００３６】
続いて、上述した構成を有するイオン移動度検出器ＩＭＳ１の測定原理を簡単に説明する。イオン化室１にてイオン化された試料分子（以下、単にイオンと称する）を、ゲート電極３１にパルス状の電圧を印加して電位を変化させることで、ドリフト室２１内に導入する。ドリフト室２１に導入されたパルス状のイオン群は、ドリフトガス導入管４７より導入されたドリフトガスの分子の影響を受けることで時間的遅れを持って移動し、ドリフト室２１内に形成されたほぼ均一の電界に沿って集電極４５に到達する。集電極４５に到達したイオン群はパルス状の電気信号として出力され、当該電気信号に基づいて、ゲート電極３１から集電極４５までの到達時間（飛行時間（ＴＯＦ）、集電極４５に到達したイオン群の量等が検出される。上記到達時間からイオン移動度を求めることができ、試料分子の同定が可能となる。また、電気信号の応答波形の積分値もしくはピーク値から、試料分子の定量が可能となる。
【００３７】
以上のように、本第１実施形態において、蓋４１、電極２５及び電子捕集電極１７は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接するもの同士がドリフト管２３の外周表面において分圧抵抗６５により電気的に接続されている。このとき、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３を挟んで隣接する電極等１７，２５，４１同士を電気的に接続する分圧抵抗６５は、それぞれが薄膜状とされているので、ドリフト管２３の外周表面から突出するようなことはない。この結果、イオン移動度検出器ＩＭＳ１のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【００３８】
また、本第１実施形態において、分圧抵抗６５は、電気絶縁体２７，３５あるいは筒状部材３の外周表面に形成された印刷抵抗体Ｒである。これにより、薄膜状の分圧抵抗６５を簡易に形成することができる。
【００３９】
また、分圧抵抗６５を印刷抵抗体Ｒとして構成することにより、電極２５間の間隔（ピッチ）を狭くすることも可能である（例えば、３ｍｍ）。このように電極２５間のピッチを狭くした場合、ドリフト室２１においてドリフト管２３の内周近傍まで均一な電界が形成されることとなり、高分解能のイオン移動度検出器を実現することができる。
【００４０】
また、本第１実施形態においては、集電極４５の外周側に、当該集電極４５と同電位とされる補助電極５５が設けられているので、移動途中にドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌに交差する方向に分散し、当該長手方向中心軸Ｌから離れた軌跡を形成するイオン化された試料分子は、集電極４５に収集されることなく、補助電極５５に確実に収集されることとなる。これにより、集電極４５からの出力が時間的な遅れ成分を含むようなことはなく、イオン移動度検出器ＩＭＳ１の時間分解能の劣化を効果的に抑制することができる。なお、補助電極５５はドリフトガスを透過するので、上記ドリフトガスの流れを阻害するようなことはない。
【００４１】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。図６は、第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。なお、図６においては、後述する樹脂薄膜１６５等の図示を省略している。
【００４２】
イオン移動度検出器ＩＭＳ２は、図５〜図７に示されるように、イオン化室１と、ドリフト室２１とを有している。なお、本第２実施形態に係るイオン移動度検出器ＩＭＳ２も、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するものである。
【００４３】
イオン化室１は、第１実施形態と同じく、筒状部材３内に形成されている。
【００４４】
ドリフト室２１は、第１実施形態と同じく、ドリフト管２３内に形成されており、一端側がイオン化室１に連通している。また、ドリフト管２３は、複数のリング状の電極２５と、複数のリング状の電気絶縁体２７とを含んでおり、電極２５と電気絶縁体２７が交互に積層された構成となっている。
【００４５】
ゲート電極３１と筒状部材３との間には、略円板状の電極１３５が配置されている。電極１３５は、ドリフト管２３を構成する電極２５と同様の形状を有する外周部１３７と、当該外周部１３７から内側方向に伸びる基部１３９とを有している。基部１３９には、筒状部材３の一方の開口３ａに連通する開口１３９ａと、当該開口１３９ａの外周寄りの位置に形成されたガス放出口１３９ｂが形成されている。外周部１３７にも、ガス放出口１３７ａが形成されている。ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、電極１３５の基部１３９に形成された開口１３９ａ及び筒状部材３の一方の開口３ａを通して、イオン化室１に連通している。また、ドリフト室２１（ドリフト管２３の内部空間）は、ガス放出口１３７ａ，１３９ｂを通して、外部空間に連通している。
【００４６】
ドリフト管２３の他端側には、導電性の基板１４３が設けられている。基板１４３には、イオン化された試料分子を収集するための集電極４５（本実施形態においては、アノードとして機能する。）と、ドリフトガス導入管４７が配置されている。
【００４７】
本第２実施形態における集電極４５は、円板状の部材であり、基板１４３に電気絶縁性を有するリング状の部材１４６を介して設けられた支持部材にネジ止めされることにより、基板１４３に配置されている。リング状の部材１４６以外に集電極４５を基板１４３と電気的に絶縁する手段としては、集電極４５のリード部をガラス等の電気絶縁材料や絶縁性接着剤で封着したり、Ｏリング止めをしたりしてもよい。集電極４５としては、ファラデー・カップ等を用いることができる。集電極４５は、その中心軸がドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌと一致するように設けられている。集電極４５の電位は、基板１４３と同じ電位に保たれている。
【００４８】
ドリフト室２１の他端側には、グリッド電極１５３が集電極４５に対向して設けられている。このグリッド電極１５３は、集電極４５の中心軸近傍に位置するメッシュ部１５５と、メッシュ部１５５を囲み、当該メッシュ部１５５におけるドリフトガスの透過率よりも低い透過率を有する外周部１５７とを含んでいる。グリッド電極１５３は、電極２５のうちの最も基板１４３に近い電極に電気的に接続されており、当該電極と同じ電位とされている。グリッド電極１５３の外周部１５７は、板状部材からなる。なお、外周部１５７は、板状部材の他に、メッシュ部１５５のメッシュ粗さよりも細かいメッシュとしてもよい。また、板状部材に複数の貫通孔を形成してもよい。
【００４９】
グリッド電極１５３のメッシュ部１５５は、円形状を呈しており、メッシュ部１５５の直径（外周部１５７の内側直径）は、集電極４５の直径よりも小さく設定されている。このように、メッシュ部１５５の直径を集電極４５の直径よりも小さく設定することで、集電極４５に到達するイオン化された試料分子を制限することができる。すなわち、ドリフト室２１の長手方向中心軸Ｌ付近をドリフト室２１内に形成される電界に概ね垂直に移動するイオン化された試料分子が主として集電極４５に到達することとなる。
【００５０】
電極２５，１３５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７は、基板１４３と抑え板１５９とで挟持されている。抑え板１５９は、電極２５，１３５、電気絶縁体２７、ゲート電極３１、筒状部材３及び電子捕集電極１７を挟持した状態で、一端側が基板１４３に固定された支柱１６１の他端側に螺合するナット１６３により基板１４３に対して固定される。なお、電子捕集電極１７は、抑え板１５９にネジ止めされている。
【００５１】
ところで、基板１４３及び電極２５，１３５は、隣り合うもの同士が分圧抵抗６５により電気的に接続されている。分圧抵抗６５は、図８及び図９に示されるように、樹脂薄膜１６５の一方面側に形成された薄膜状の印刷抵抗体である。また、樹脂薄膜１６５の他方面側には、ヒーター１６６が配線されている。ヒーター１６６の両端には、電気配線が接続されるリード部１６６ａが設けられている。ヒーター１６６は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）ヒーターを用いることができる。ヒーター１６６は、樹脂薄膜１６５の一方面（分圧抵抗６５が形成された面）側にも形成してもよい。
【００５２】
樹脂薄膜１６５は、図５及び図１０に示されるように、ドリフト管２３の外周表面に沿って巻かれた状態で当該ドリフト管２３の外側に配置される。樹脂薄膜１６５は、断熱性を有しており、ポリイミド樹脂からなる。
【００５３】
続いて、各電極等２５，１３５，１４３と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成について、図１１〜図１３を参照して説明する。なお、図１１〜図１３では、電極２５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成の一例を図示している。図１１〜図１３は、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成を説明するための模式図である。
【００５４】
まず、図１１を参照すると、樹脂薄膜１６５は、ヒーター１６６が形成された面がドリフト管２３（電極２５及び電気絶縁体２７）の外周表面と対向するように配置されている。ドリフト管２３の外周表面とヒーター１６６との間には、ヒーター１６６と電極２５とを電気的に絶縁するための電気絶縁層１６７（例えば、ポリイミド樹脂からなる薄膜等）が設けられている。この電気絶縁層１６７は、耐熱性を有する粘着層１６８（例えば、アクリル、シリコン、ポリイミド樹脂等）により、ドリフト管２３の外周表面に接着されている。なお、この粘着層１６８は必ずしも必要ではなく、電気絶縁層１６７をドリフト管２３の外周表面の当接させる構成としてもよい。
【００５５】
分圧抵抗６５は、当該分圧抵抗６５と電気的に接続されるように印刷形成された導通用電極６６、及び、導電性を有するビス１６９を通して電極２５に電気的に接続される。このビス１６９は、樹脂薄膜１６５をドリフト管２３に固定する機能も有している。
【００５６】
樹脂薄膜１６５は、ビス１６９が導電性を有する他の部品と電気的に絶縁されるように、電気絶縁層１７０（例えば、ポリイミド樹脂からなる薄膜等）で覆われている。なお、電気絶縁層１７０で覆う代わりに、電気絶縁性を有するケースで樹脂薄膜１６５を覆う構成としてもよく、ビス１６９に電気絶縁性を有する樹脂をポッティングして覆う構成としてもよい。
【００５７】
続いて、図１２を参照すると、分圧抵抗６５は、導通用電極６６、及び、電極２５に立設された導電性を有するピン１７１を通して電極２５に電気的に接続される。この場合、ピン１７１と導通用電極６６とを導電性を有する接着剤で固定することにより、樹脂薄膜１６５がドリフト管２３に固定されることとなる。
【００５８】
続いて、図１３を参照すると、樹脂薄膜１６５は、分圧抵抗６５が形成された面がドリフト管２３（電極２５及び電気絶縁体２７）の外周表面と対向するように配置されている。樹脂薄膜１６５がビス１７２により外周側から押さえられると、導通用電極６６と電極２５とが物理的に接触することとなる。これにより、分圧抵抗６５は、導通用電極６６を通して電極２５に電気的に接続される。ビス１７２は、導電性を有していてもよく、電気的絶縁性を有していてもよい。なお、樹脂薄膜１６５を電気絶縁層１７０で覆っているが、ビス１７２が電気的絶縁性を有する場合には、省略してもよい。
【００５９】
図示は省略したが、基板１４３と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成、あるいは、電極１３５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成にも、上述した電極２５と分圧抵抗６５とを電気的に接続するための構成が採用されている。また、電極１３５と電子捕集電極１７とは、図示しない分圧抵抗を通して電気的に接続されている。また、樹脂薄膜１６５を用いてドリフト管２３のみならず、筒状部材３及び電子捕集電極１７まで覆い、電極１３５と電子捕集電極１７とを電気的に接続したり、ヒーター１６６でイオン化室１を加熱してもよい
【００６０】
電子捕集電極１７に所定の正の電位を印加し、基板１４３を接地すると、第１実施形態と同様に、イオン化室１からドリフト室２１にわたって、電界が形成される。この電界により、イオン化された試料分子は、イオン化室１からドリフト室２１に移動し、ドリフト室２１内を集電極４５に向けて移動する。
【００６１】
以上のように、本第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同じく、イオン移動度検出器ＩＭＳ２のコンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることができる。
【００６２】
また、本第２実施形態において、分圧抵抗６５は、断熱性を有する樹脂薄膜１６５に形成されており、対応する電極等２５，１３５，１４３にビス１６９及び導通用電極６６を通して電気的に接続されている。これにより、電気絶縁体２７を挟んで隣接する電極等２５，１３５，１４３同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６３】
また、本第２実施形態において、分圧抵抗６５は、樹脂薄膜１６５に形成されており、対応する電極等２５，１３５，１４３と導通用電極６６とが物理的に接触することによって電気的に接続されている。これにより、電気絶縁体２７を挟んで隣接する電極等２５，１３５，１４３同士を確実に電気的に接続し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６４】
また、本第２実施形態において、樹脂薄膜１６５には、ヒーター１６６が形成されており、樹脂薄膜１６５は、ドリフト管２３の外周表面に沿って巻かれた状態で当該ドリフト管２３の外側に配置されている。これにより、ドリフト室２１内を加熱し得る構成を簡易且つ低コストにて実現することができる。
【００６５】
また、本第２実施形態においては、樹脂薄膜１６５を用いているので、加工が容易であり、またドリフト管２３の外周表面に沿って巻きつけるようにして配置することが可能となる。特に、ヒーター１６６が形成された樹脂薄膜１６５をドリフト管２３の外周表面に沿って巻きつけた場合、ドリフト室２１を均一に加熱することができる。
【００６６】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第２実施形態においては、分圧抵抗６５を樹脂薄膜１６５に形成しているが、これに限られることなく、電気絶縁性を有する薄板に分圧抵抗６５を形成するようにしてもよい。
【００６７】
また、本第１及び第２実施形態においては、本発明を、試料分子を陽イオン化し、陽イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器ＩＭＳ１，ＩＭＳ２に適用しているが、これに限られることなく、試料分子を陰イオン化し、陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器にも本発明を適用することができる。陰イオン化した試料分子のイオン移動度を検出するイオン移動度検出器の場合、電位配置は、上記イオン移動度検出器ＩＭＳ１，ＩＭＳ２の電位配置とは逆の関係になる。また、ＧＮＤ（接地）の位置は、任意に設定することができる。
【００６８】
また、本第１実施形態においては、イオン化された試料分子を移動させるための電界をイオン化室１内に形成する電界形成手段として、電極２５と電気絶縁体３５とを含む管状部材を設け、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室２１内に形成する電界形成手段として、電極２５と電気絶縁体２７とを含むドリフト管２３（管状部材）を設けるように構成しているが、これに限られるものではない。イオン化された試料分子を移動させるための電界をイオン化室１内に形成する電界形成手段のみを上記管状部材として構成してもよく、また、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室２１内に形成する電界形成手段のみを上記管状部材として構成してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、コンパクト化を図り、レイアウトの自由度を高めることが可能なイオン移動度検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる蓋周辺を示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる印刷抵抗体の断面構成を説明するための図である。
【図５】第２実施形態に係るイオン移動度検出器の構成を説明するための概略斜視図である。
【図６】第２実施形態に係るイオン移動度検出器を示す縦断面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜の平面図であり、分圧抵抗が形成された面を示している。
【図９】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜の平面図であり、ヒーターが形成された面を示している。
【図１０】第２実施形態に係るイオン移動度検出器に含まれる樹脂薄膜を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【図１２】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態に係るイオン移動度検出器における、電極等と分割抵抗とを電気的に接続するための構成の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…イオン化室、３…筒状部材、５…試料導入管、７…真空紫外ランプ、２１…ドリフト室、２３…ドリフト管、２５…電極、２７，３５…電気絶縁体、４５…集電極、４７…ドリフトガス導入管、６５…分圧抵抗、６６…導通用電極、１３５…電極、１６５…樹脂薄膜、１６６…ヒーター、１６７，１７０…電気絶縁層、１６９，１７２…ビス、１７１…ピン、ＩＭＳ１，ＩＭＳ２…イオン移動度検出器、Ｒ…印刷抵抗体。
Claims (7)
- イオン化された試料分子を移動させるための電界を形成する電界形成手段を備えたイオン移動度検出器であって、
前記電界形成手段は、
複数のリング状の電極と複数のリング状の電気絶縁体とを含み、前記電極と前記電気絶縁体とが交互に積層された管状部材と、
前記電気絶縁体を挟んで隣接する電極同士を前記管状部材の外周表面において電気的に接続する薄膜状の分圧抵抗と、を有することを特徴とするイオン移動度検出器。 - 前記分圧抵抗は、前記電気絶縁体の外周表面に形成された印刷抵抗体であることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
- 前記分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極に導電性部材を通して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
- 前記分圧抵抗は、電気絶縁性部材に形成されており、対応する電極と物理的に接触することによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動度検出器。
- 前記電気絶縁性部材は、耐熱性を有すると共に、ヒーターが形成されており、
前記電気絶縁性部材は、前記管状部材の外周表面に沿って当該管状部材の外側に配置されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のイオン移動度検出器。 - 前記電気絶縁性部材は、樹脂薄膜であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載のイオン移動度検出器。
- 前記樹脂薄膜は、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項６に記載のイオン移動度検出器。
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2003
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