JP2005174619A - イオン移動度分光計及びイオン移動度分光法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
高分解能を実現するために必要なイオン切り出しの短パルス化において裾切れを良くするためにイオンのドリフト方向に対して垂直な高電界強度及びイオン軌道を同じくするために平行電界が要求される。
【解決手段】
イオンを生成するイオン化領域と、イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために設けられたイオン化領域に隣接した反応室と、反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域とを有するイオン移動度分光計において、反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すため、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置する。
【選択図】図1
高分解能を実現するために必要なイオン切り出しの短パルス化において裾切れを良くするためにイオンのドリフト方向に対して垂直な高電界強度及びイオン軌道を同じくするために平行電界が要求される。
【解決手段】
イオンを生成するイオン化領域と、イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために設けられたイオン化領域に隣接した反応室と、反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域とを有するイオン移動度分光計において、反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すため、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置する。
【選択図】図1
Description
本発明は気体中の分子成分を選択的に検出するイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法に係り、特に、爆発物,薬物もしくは有毒ガスを検出するのに好適なイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法に関する。
イオン移動度分光計は既に市販されており、例えば、空港での爆発物検知用として使用されている。イオン移動度分光計の基本原理は1970年代に完成され、その後実用化のための改良が進められて今日に至っている。典型的先行技術によるイオン移動度分光計については、特許文献1に示す方法があり、図3を用いてイオン移動度分光計本体の構成及び動作について説明する。
イオン移動度分光計本体は主にイオン化領域とドリフト領域から成り、イオン化領域にはβ線を放射する63Niが配置されている。イオン化領域とドリフト領域にはイオンが集電電極4に向かってドリフトするような電界を作るための押し返し電極2,シャッター電極1a,画定電極5,遮蔽電極3が配置されている。
分析される試料は空気又は反応促進のための添加物を含むキャリアガスの流れに乗せてイオン化領域に供給される。イオン化領域では63Niから放射されたβ線により空気又はキャリアガスは電離され、正イオンと1次又は2次電子が作られる。1次又は2次電子は酸素又は添加物に付着し負イオンを生成する。分析される成分は前記正イオン又は前記負イオンと反応し正又は負イオンになる。正負どちらの成分イオンを引き出すかは測定対象に依存するが、ここでは爆発物を対象にして負イオンについて述べる。正イオンについても引き出しを含めてその後の動作は同じである。
シャッター電極1aはイオン化領域で生成されたイオンを短時間パルス状にドリフト領域に引き出す役割を果たす。ドリフト領域には定常電界が供給されているためパルス化されたイオン集団はイオン種固有の移動速度でドリフト領域を進みイオン種毎に異なった時間に集電電極4に到達する。集電電極4では時間に対するイオン電流のスペクトルが得られ、シャッター電極1aでイオンを切り出してからピークが現れるまでの時間でイオン種(成分)が、その大きさから成分量が測定される。
イオンをパルス化するためのシャッター電極1aは、開口部に金属メッシュが張られている格子状の電極で図4に示す押し返し電極2及び画定電極5aとの間の電圧を操作してイオンを短時間パルス状に切り出している。図5に示した電圧印加シーケンスを用いてシャッター電極1aの動作を説明する。ドリフト領域の定常電界を作るために配置された画定電極5のうちイオン源側に配置されている第1画定電極5aの電圧V1 は一定に維持される。イオンを引き出さない間は押し返し電極2とシャッター電極1aは同電位で第1画定電極電位V1 より高くイオンは押し返し電極2とシャッター電極1aの間に蓄積される。イオン引き出し時には押し返し電極2とシャッター電極1aは第1画定電極電位V1 より低く維持され、押し返し電極2は最初の短時間シャッター電極1aよりさらに低く維持される。イオンは、最初、押し返し電極2とシャッター電極1a間の電位差で引出され、押し返し電極2とシャッター電極1aが第1画定電極電位V1 より低い同電位である間に第1画定電極5aを越えてドリフト領域に移動する。その後、押し返し電極2とシャッター電極1aは同電位で第1画定電極電位V1 より低い最初の状態に戻る。
しかし、このイオンの引き出し方法ではイオン集団が第1画定電極5aを越えてドリフト領域に移動する間、シャッター電極1aと第1画定電極5a間に電位差が存在し、その一部がシャッター電極1aからイオン化領域に漏れてイオンを引き出すため裾切れが悪くイオン電流の時間スペクトルにおいてパルス幅が広がり、図6に示すように集電電極4への到達時間が離れている成分1と成分2または成分3とはイオン種を示すイオン電流ピーク値が重なることは無いが、集電電極4への到達時間が近い成分2と成分3においては、イオン種を示すイオン電流ピークが一部重なり、成分量を正しく測定できないという問題を生じる。また、集電電極4への到達時間が更に近い成分同士ではイオン電流ピークが重なり成分を同定できなくなるという問題がある。
この改善策としてイオンドリフト用の平行電界に対して垂直電界を作りイオンの切り出しを制御する非特許文献1に示す方法がある。図7はこの非特許文献1の電極構造の概略を示し、図3及び図4のシャッター電極1aを平行細線からなるシャッター電極1bと
1cとが互いに一方の細線が他方の細線間の間に位置するように近接して配置されたものに置き換えたものである。
1cとが互いに一方の細線が他方の細線間の間に位置するように近接して配置されたものに置き換えたものである。
図3と同様に、イオン化領域とドリフト領域には負イオンが集電電極4に向かってドリフトするような電界が押し返し電極2,シャッター電極1b,画定電極5,遮蔽電極3等によって作られている。シャッター電極1cはイオンをドリフト領域にパルス的に引き出すのに使用される。図8によりその動作を説明する。
シャッター電極1cの電圧VU は周期的に変化し、短時間のみシャッター電極1bの電圧VM と等しく、その他の時間はVM より低くなる。シャッター電極1cの電圧VU がシャッター電極1bの電圧VM と等しい間、負イオンはイオン化領域からドリフト領域へシャッター電極1bおよび1cを通って移動し、それより低くなるとシャッター電極1cとシャッター電極1bの間に電位差ができイオンのドリフト電界に垂直な電界が生成される。シャッター電極1bまでドリフトしてきた負イオンはその垂直電界でシャッター電極
1cに引き寄せられ、シャッター電極1bおよび1cを通過できなくなる。この場合、垂直電界によりイオンを遮断しているため電界漏洩の影響はなく、裾切れの問題は無くなる。しかしながら、この方法では平行電界より1桁程度強い垂直電界を作る必要がある。通常、ドリフト領域の平行電界は、350V/cm 程度で有るので垂直電界としては3.5
kV/cm以上になる。シャッター電極1bと1cとの電極間隔は0.5mm 程度であるので、その間に200V程度の電圧が掛かる。そのため、電気的絶縁が難しいことや高い製作精度が要求されることから信頼性の面で問題がある。
1cに引き寄せられ、シャッター電極1bおよび1cを通過できなくなる。この場合、垂直電界によりイオンを遮断しているため電界漏洩の影響はなく、裾切れの問題は無くなる。しかしながら、この方法では平行電界より1桁程度強い垂直電界を作る必要がある。通常、ドリフト領域の平行電界は、350V/cm 程度で有るので垂直電界としては3.5
kV/cm以上になる。シャッター電極1bと1cとの電極間隔は0.5mm 程度であるので、その間に200V程度の電圧が掛かる。そのため、電気的絶縁が難しいことや高い製作精度が要求されることから信頼性の面で問題がある。
また、図6のスペクトル幅が広がる要因としてはイオン軌道の問題がある。ドリフト領域の電界が平行でないとイオンの移動位置によりイオン軌道の長さが異なり、集電電極4への到達時間はイオンによって異なるため結果としてスペクトルが広がる。この場合、シャッターによる裾切れの悪さと同様にイオン種を示すイオン電流ピークが重なり、成分量を正しく測定できないという問題が生じる。
解決しようとする問題点は、高分解能を実現するために必要なイオン切り出しの短パルス化においてイオンのドリフト方向に対して垂直に電気的絶縁が難しい高電界強度が要求される点、及びイオン軌道を同じくするために平行電界が要求される点である。
本発明は、反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すため、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置したことを最も主要な特徴とする。
本発明のイオン移動度分光計及びイオン移動度分光法は、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置するため、低い電界強度でもイオンを完全に遮断でき裾切れの良い短パルスが得られ、イオン移動度分光計の高分解能化が実現でき測定成分の識別性が向上するという利点がある。
電気的絶縁を容易にするため電界強度を低減するという目的を、反応室とドリフト領域の境界に二つの近接した電極を配置することにより最小の部品点数で実現した。
図2は本発明のイオン移動度分光計の全体構成を示す概略図であって、図1は本発明のイオン移動度分光計本体20の一実施例を示す横断面図である。
ガス循環制御器23から反応促進のための添加物を含むキャリアガスが蒸発器19に送られ、そこで蒸発した測定試料はキャリアガスと共にイオン移動度分光計本体20に送られ分析される。イオン移動度分光計本体20にはガス循環制御器23からドリフトガス導入管10を通してドリフト領域を清浄に保つためのガスも供給される。また、使用後の排気ガスは排気管17を通ってガス循環制御器23に戻り、フィルターなどで不純物を除去した後再利用される。測定試料が大量に入った場合には排気ガスはフィルターを通した後外部に排気され、試料濃度が低下するまで実施される。定常電圧電源22はコロナ放電電圧やドリフト領域に定常電界を作るための電圧を供給するもので、具体的には放電電源
16に直列接続された安定化抵抗14と針電極8及び対向電極7に電圧を印加してコロナ放電を発生させ、ドリフト電源13に直列接続された画定抵抗12と遮蔽電極3と画定電極5と基準電位電極11及び対向電極7に電圧を印加してドリフト電界を作る。又、パルス電圧波形発生器15はイオンを短時間パルス状に引き出すための電圧波形を供給するもので、シャッター電極1と基準電位電極11間にパルス状の電圧が印加される。シャッター電極1により切り出されたイオンは、ドリフト領域のドリフト電界により集電電極4に集められる。集電電極4に集められたイオン電流はアンプ9を通り信号処理装置21に入力される。入力されたイオン電流の時間スペクトルからピーク位置とその大きさが分析され、成分の種類と量が同定される。分析対象が正イオンであるか負イオンであるかによって定常電圧電源22の出力を正又は負に切り替えればそれぞれのイオンの分析は可能である。イオン検出の動作原理は正イオンでも負イオンでも同じであるのでここでは負イオンを対象に説明する。
16に直列接続された安定化抵抗14と針電極8及び対向電極7に電圧を印加してコロナ放電を発生させ、ドリフト電源13に直列接続された画定抵抗12と遮蔽電極3と画定電極5と基準電位電極11及び対向電極7に電圧を印加してドリフト電界を作る。又、パルス電圧波形発生器15はイオンを短時間パルス状に引き出すための電圧波形を供給するもので、シャッター電極1と基準電位電極11間にパルス状の電圧が印加される。シャッター電極1により切り出されたイオンは、ドリフト領域のドリフト電界により集電電極4に集められる。集電電極4に集められたイオン電流はアンプ9を通り信号処理装置21に入力される。入力されたイオン電流の時間スペクトルからピーク位置とその大きさが分析され、成分の種類と量が同定される。分析対象が正イオンであるか負イオンであるかによって定常電圧電源22の出力を正又は負に切り替えればそれぞれのイオンの分析は可能である。イオン検出の動作原理は正イオンでも負イオンでも同じであるのでここでは負イオンを対象に説明する。
イオン移動度分光計本体20の動作について図1を用いてさらに詳細に説明する。ドーナツ状の金属円盤である対向電極7と基準電位電極11と画定電極5及び遮蔽電極3はほぼ等間隔に同心軸上に配置され、イオンを集電電極4に移動させるためにドリフト電源
13からの電圧が画定抵抗12により分割されてそれぞれに印加されている。尚、対向電極7と基準電位電極11と遮蔽電極3の開口部には金属メッシュが張られており格子状の電極が構成されている。
13からの電圧が画定抵抗12により分割されてそれぞれに印加されている。尚、対向電極7と基準電位電極11と遮蔽電極3の開口部には金属メッシュが張られており格子状の電極が構成されている。
イオン源は針電極8とそれに垂直で開口にメッシュが取り付けられている対向電極7で構成される。放電電源16から安定化抵抗14を通して針電極8に電圧が印加され、対向電極7との電位差でコロナ放電が発生する。負電圧の場合、針電極から放出された電子は空気中の酸素又は反応促進用添加物に付着して負イオンが生成される。
測定試料を含むキャリアガスは試料導入管18により反応室に導かれる。ドリフトガス導入管10から入ったガスはキャリアガスと同成分であり、ドリフト領域を通過して反応室に入り前記キャリアガスと一緒になってイオン化領域に流入する。反応室とコロナ放電部では前記負イオンと試料中の検出成分は互いに反対方向に移動しながら衝突し、検出成分は電荷交換反応により前記負イオンから電子を捕獲して負イオンになる。
反応しなかった前記負イオンと検出成分イオンはドリフト領域方向へ進み基準電位電極11とシャッター電極1の間の逆電界で押し返され基準電位電極11に捕集される。イオン引き出し時にはシャッター電極1と基準電位電極11の間に短時間順方向電界ができ、イオンはドリフト領域にイオン集団として供給される。
画定電極5の間を絶縁するためのスペーサ6の内、シャッター電極1の側の約2/3は開口が集電電極4の側に開いた円錐台に成っている。円筒状開口を持つ絶縁体では画定電極5による等電位線は低電圧側では高電圧側にふくらみ拡散電界を作るためイオン損失又は移動距離の増大によるイオン集団の広がりが発生する。前記スペーサ6では等電位線が開口の傾斜に沿って出るため低電圧側にふくらみ前記高電圧側へのふくらみを抑制する効果がある。その結果、ドリフト領域には平行な等電位線ができてイオンは拡散することなく等距離で集電電極4に到達する。これはイオン損失低減とスペクトル幅拡大の抑止に寄与する。
また、画定電極5相互間及び対向電極7と基準電位電極11間及び基準電位電極11と画定電極5間及び画定電極5と遮蔽電極3間をほぼ等間隔に配置することにより、ドリフト電源13の電圧を抵抗分圧にて各電極に均等に印加するために必要な抵抗器に対し、同一抵抗値のものが使用でき、ドリフト電界を一定にするための構成が簡単となる。
集電電極4に集められたイオン電流はアンプ9で増幅され、信号処理される。集電電極4の前に設置された遮蔽電極3はドリフト領域にイオン集団が存在するときに集電電極4に電荷を誘起し、イオン電流スペクトルに寄生信号が乗るのを防ぐ役割をする。
本発明の一実施例であるシャッター電極1の開口内の詳細構造を図9に示す。また、その動作について図10を用いて説明する。シャッター電極1は交互に同電位で独立した電圧が印加できる平行細線からなるシャッター電極1dと1eとから構成されている。これらのシャッター電極1dと1eは同一平面上でも、又、それぞれの細線を含む平面がシャッター電極1d又は1eの平行細線間隔より狭い距離内で基準電位電極11とシャッター電極1の隙間方向に平行移動した位置に配置されていても良い。このシャッター電極1dまたは1eは開口内にメッシュを有する格子状の基準電位電極11と距離sだけ離して配置される。メッシュからの漏洩電界はその間隔程度の距離まで存在するので基準電位電極11のメッシュ間隔は距離sより狭くする必要があるが、狭くし過ぎると開口率が低下しイオン透過率が下がるので同程度が好ましい。
基準電位電極11の電圧VB と、シャッター電極1dと1eの電位VU ,VM は、それぞれ、図10に示すようにイオン阻止時はVU <VM <VB 、イオン切り出し時はVB <VU =VM =VB +Esと成るようにパルス電圧波形発生器15で制御される。ここで、Eは平均的なドリフト領域における電界強度である。
これによりイオン阻止時は基準電位電極11とシャッター電極1d,1eとの間に逆電界が生じイオンは基準電位電極11に押し返されると同時にシャッター電極1dと1e間の垂直電界で回収されるためイオンは完全に遮断され、ドリフト領域には通過できなくなる。イオン切り出し時はシャッター電極1の電位を基準電位電極11の電位よりEsだけ高く制御し、シャッター電極1が配置されている位置における空間電位と同等の電位にシャッター電極1dと1eとを制御することにより遅滞なくイオンをドリフト領域に供給することが可能になる。これらを周期的に繰り返すことによりイオンスペクトルが繰り返し測定される。
基準電位電極11とシャッター電極1の間の距離sは、本発明では2mm以下であるので逆電界を作るのに70V以下の電位差で済む。又、平行電界がほとんど無いときに細線電極にイオンを集電するための垂直電界は300V/cm程度で十分であるため、細線電極間隔0.5mm から必要な電位差VM −VU は15V程度と先行技術に比べて1桁以上低くできる。
以上から本発明によるイオン移動度分光計を用いればパルス切り出しにおいて必要な電位差は先行技術の1/10程度に低減できる。その結果、裾切れの良い短パルス化を実現することにおいて高電圧印加に伴う電気的絶縁の問題が無くなり、さらには高分解能化が実現できて測定成分の識別性が向上する。
図11に示した実施例は、シャッター電極1からイオン源側に設置する図9に示した開口内にメッシュを有する基準電位電極11を開口内に平行細線を配置した基準電位電極
11aで置き換えた例で、基準電位電極11aの開口率をメッシュに比べて約2倍に取れることから通過イオン量を増やすことができる。イオン切り出しの動作や必要な電位差は同じであるので前記高分解能化に加えて高感度化も図れる。
11aで置き換えた例で、基準電位電極11aの開口率をメッシュに比べて約2倍に取れることから通過イオン量を増やすことができる。イオン切り出しの動作や必要な電位差は同じであるので前記高分解能化に加えて高感度化も図れる。
図12に示した実施例は、シャッター電極1が開口内にメッシュを有するドーナツ状円盤から成る例である。シャッター電極1fの電圧は図13に示すようにイオン阻止時は
VP <VB 、イオン切り出し時はVB <VP =VB +Esと成るようにパルス電圧波形発生器15で制御される。
VP <VB 、イオン切り出し時はVB <VP =VB +Esと成るようにパルス電圧波形発生器15で制御される。
これによりイオン阻止時は基準電位電極11とシャッター電極1fの間に逆電界が生じイオンは基準電位電極11に押し返され、ドリフト領域には通過できなくなる。イオン切り出し時はシャッター電極1fの電位を基準電位電極11の電位よりEsだけ上げてその位置の空間電位と同等の電位に維持することにより遅滞なくイオンをドリフト領域に短時間パルス状に切り出すことが可能になる。これらを周期的に繰り返すことによりイオンスペクトルが繰り返し測定される。
基準電位電極11とシャッター電極1の間の距離sは本発明では2mm以下であるので逆電界を作るのに70V以下の電位差で済む。メッシュからの漏洩電界はそのメッシュ間隔程度の距離まで存在し、その間のイオンを引き出すので、開口率が低下しイオン透過率が下がるがメッシュ間隔は距離sより十分狭くする必要がある。それによりパルス切り出しの裾切れを良くして短パルス化が図れ、測定成分の識別性が向上する。
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f…シャッター電極、2…押し返し電極、3…遮蔽電極、4…集電電極、5,5a…画定電極、6…スペーサ、7…対向電極、8…針電極、9…アンプ、10…ドリフトガス導入管、11…基準電位電極、12…画定抵抗、
13…ドリフト電源、14…安定化抵抗、15…パルス電圧波形発生器、16…放電電源、17…排気管、18…試料導入管、19…蒸発器、20…イオン移動度分光計本体、
21…信号処理装置、22…定常電圧電源、23…ガス循環制御器。
13…ドリフト電源、14…安定化抵抗、15…パルス電圧波形発生器、16…放電電源、17…排気管、18…試料導入管、19…蒸発器、20…イオン移動度分光計本体、
21…信号処理装置、22…定常電圧電源、23…ガス循環制御器。
Claims (17)
- 大気圧にてコロナ放電によりイオンを生成するための一対の電極が配置されたイオン化領域と、該イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために前記イオン化領域に隣接して設けられた反応室と、前記キャリアガスを前記反応室へ供給する手段と、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域と、前記反応室で反応したイオンを定常的に引き出し周期的に前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段と、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置したイオンを集電するための集電電極と、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出する手段とを備え、前記集電電極で抽出された前記ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光計において、前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段が、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極からなることを特徴とするイオン移動度分光計。
- 前記イオン化領域のコロナ放電を発生させる一対の電極が、針電極と該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とで構成されていることを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、互いに平行に配置された細線に交互に独立して同電位を印加できるようにしたシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、互いに平行に配置された細線からなる基準電位電極と、該基準電位電極とは別の互いに平行に配置された細線が前記基準電位電極の細線の長手方向とほぼ直角に配置され、前記平行に配置された細線に交互に独立して同電位を印加できるようにしたシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、該基準電位電極とは別の開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状のシャッター電極とで構成されていることを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 前記互いに平行に配置された細線からなるシャッター電極のそれぞれの細線が同一平面上又は細線電極間より狭い距離内で前記基準電位電極と前記シャッター電極の隙間方向に平行移動した位置に配置されていることを特徴とする請求項3又は4記載のイオン移動度分光計。
- 前記格子状のシャッター電極のメッシュ間隔が、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の距離より狭いことを特徴とする請求項5記載のイオン移動度分光計。
- 前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段が、前記基準電位電極と前記シャッター電極間にパルス電圧を印加するためのパルス電圧波形発生器を有することを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 前記ドリフト領域が定常電界を画定する複数のドーナツ状の円盤電極からなる画定電極と、該画定電極の前記集電極側に配置された遮蔽電極と、前記画定電極間及び前記画定電極と前記遮蔽電極間を絶縁する円筒スペーサとを備え、これらを交互に同心に重ね合わせた構造からなることを特徴とする請求項1記載のイオン移動度分光計。
- 大気圧にてコロナ放電によりイオンを生成するための一対の電極が配置されたイオン化領域と、該イオン化領域で生成されたイオンと、成分を検出する試料を含むキャリアガスとを反応させるために前記イオン化領域に隣接して設けられた反応室と、前記キャリアガスを前記反応室へ供給する手段と、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域と、前記反応室で反応したイオンを定常的に引き出し周期的に前記ドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出す手段と、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置したイオンを集電するための集電電極と、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出する手段とを備え、前記集電電極で抽出された前記ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光計において、前記イオン化領域のコロナ放電を発生させる一対の電極が、針電極と該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とで構成され、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すための二つの近接した基準電位電極とシャッター電極とが配置され、前記ドリフト領域に設けられた複数のドーナツ状の円盤電極からなる画定電極相互間がほぼ等間隔に配置され、前記画定電極の前記集電極側に遮蔽電極が配置され、前記対向電極と前記基準電位電極間,前記基準電位電極と前記画定電極間,前記画定電極と前記遮蔽電極間がほぼ同一間隔であることを特徴とするイオン移動度分光計。
- 一対の電極が配置されたイオン化領域にて大気圧でコロナ放電を発生せ、成分を検出する試料を含むキャリアガスを前記イオン化領域に隣接した反応室に供給し、前記イオン化領域で生成されたイオンと前記キャリアガスを反応室で反応させ、該反応室で反応したイオンを移動させるための定常電界を画定する電極で構成されたドリフト領域へ前記反応室から定常的にイオンを引き出し周期的に短時間のみドリフト領域にイオンを供給し、前記ドリフト領域の前記イオン供給手段と反対側端部に配置した集電電極でイオンを集電し、集電したイオン電流強度の時間分布からピーク値を抽出し、該ピーク値と前記イオンが前記反応室から前記ドリフト領域を移動し集電電極に達するまでの到達時間とから前記試料の成分の量と種類を検出するイオン移動度分光法において、前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極にて前記反応室からドリフト領域にイオンを短時間パルス状に切り出すようにしたことを特徴とするイオン移動度分光法。
- 前記イオン化領域に配置された針電極と、該針電極に垂直にその先端から距離を隔てて配置された対向電極とにより、コロナ放電を発生させるようにしたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、互いに平行に配置された細線からなるシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記シャッター電極にて生成される垂直電界を維持しつつ前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時はシャッター電極の平行に配置された細線は同一電位とし、さらに、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、互いに平行に配置された細線からなる基準電位電極と、該基準電位電極とは別の互いに平行に配置された細線が前記基準電位電極の細線の長手方向とほぼ直角に配置されたシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記シャッター電極にて生成される垂直電界を維持しつつ前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時はシャッター電極の平行に配置された細線は同一電位とし、さらに、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
- 前記反応室と前記ドリフト領域の境界に配置された二つの近接した電極が、開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状の基準電位電極と、該基準電位電極とは別の開口部に金属メッシュが取り付けられた格子状のシャッター電極とを配置して構成され、前記反応室から前記ドリフト領域にイオンを引き出さない時は、前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と逆にし、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出す時は前記基準電位電極と前記シャッター電極間の電界をドリフト電界と同一としたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
- パルス電圧波形発生器でパルス電圧を発生させ、この発生したパルス電圧を前記基準電位電極と前記シャッター電極間に印加し、前記反応室から前記ドリフト領域に短時間のみイオンを短時間パルス状に切り出すようにしたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
- 前記ドリフト領域がドーナツ状の円盤電極と、中心部に円錐台状の開口部を持つ円筒スペーサとを交互に同心に重ね合わせて構成され、この円筒スペーサで前記電極間を絶縁して前記ドリフト領域が平行電界を画定するようにしたことを特徴とする請求項11記載のイオン移動度分光法。
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