JP2005181098A - 危険物検知装置用試料導入方式 - Google Patents

Abstract

【課題】ハロゲンランプを用いて危険物微粒子が付着した試料を加熱する方式では、ランプをＯＮにしてから試料の温度が上がり始めるまで２〜３秒の遅れが生じた。
【解決手段】ハロゲンランプに予めスタンバイ電圧を掛け予熱しておく。
【選択図】 図５

Description

本発明は、爆発物、禁制薬物等の危険物微粒子を短時間で加熱気化する危険物検知装置用試料導入方式に関するものである。

爆発物、禁制薬物等の危険物微粒子を加熱気化する方式には、
（１）危険物微粒子が付着した試料をヒータで加熱し、危険物微粒子を気化する方式、
（２）危険物微粒子が付着した試料に加熱空気を吹付け、または試料を通過させることにより試料を加熱し、危険物微粒子を気化する方式、および
（３）危険物微粒子が付着した試料に赤外線を照射して加熱し、危険物微粒子を気化する方式、
がある。

これらの方式のうち、（３）の方式は危険物微粒子が付着した試料を集中して加熱できるため、消費電力が少なくてすむ。

発明者らは赤外線発生器としてハロゲンランプを用いた（３）の方式の危険物検知装置用試料導入部を作成し加熱特性を評価した。その結果、図６の温度プロファイル２１１に示すようにハロゲンランプをＯＮにした後も約２秒程度試料の温度が上がらず、その後温度が上昇するという問題があることが分かった。温度上昇開始時間の遅れはスループットが遅くなり、検知処理能力の低下につながるので、これを改善することが必要である。

危険物微粒子が付着した試料に赤外線を照射して加熱し、危険物微粒子を気化する方式において、赤外線発生装置をＯＮにした後直ちに試料の温度を上昇させることが重要である。

本発明の危険物検知装置用試料導入方式は、爆発物、禁制薬物等の微粒子が付着した試料を収納して、収納部の外部から光学窓を介して赤外線の照射で加熱し危険物微粒子を気化させる方式とする。そして、赤外線発生器へは常時一定の電力を供給しておき、試料が収納部に収納されたときに供給電力を増加させて、試料の温度上昇を加速させる。

本発明によれば、赤外線発生器には常時一定の電力が供給されて、赤外線発生器のフィラメントが暖められているので、試料が収納部に収納されたとき、電力供給量を増加させた時にフィラメントから直ちに赤外線が発生し、試料の温度を電力増加直後から上昇させ、危険物微粒子を短時間で気化できる。

本発明の実施例として、危険物微粒子のイオン化に大気圧イオン化法を用い、探知方法として四重極質量分析法を用いた危険物検知装置の試料導入部に本発明を用い、危険物微粒子を短時間で加熱気化する方式を示した。しかし、本発明はイオン化法、探知方法に係らず、試料導入部で危険物微粒子を気化する方式の危険物検知装置には全て適用可能である。

図１は本発明の試料導入方式を適用できる危険物検知装置の一般的な構成を示すブロック図である。

１は試料導入部であり、試料１６が挿入される。試料導入部１には赤外線加熱機構が備えられ、これにより危険物微粒子が付着した試料１６は加熱され、危険物微粒子は蒸気（ガス）化される。ガス化した危険物質は、吸引ポンプ５により引かれる太線で示す大気の流れによって、イオン化部２に導かれる。吸引ポンプ５は吸入した大気を排出する機能とマスフローコントローラ８により吸引量を０〜２Ｌ／ｍの間で可変に制御する機能を持つ。

イオン化部２に導入されたガス化危険物質は、コロナ放電用針電極先端のコロナ放電領域に送られ、針電極に印加された高電圧（−１〜５ｋＶ、または１〜５ｋＶ程度）により、負または正にイオン化される。イオン化された危険物質は、イオン化部２から質量分析部３にかけて印加された電界に導かれて、イオン化部２に設けられた第一細孔を通過し、質量分析部３に誘導される。この時、イオン化部２内の第一細孔を通過するイオンや分子以外の余剰ガスは吸引ポンプ５によりイオン化部２外部に排出され、その後装置外部に排気される。また、試料導入部１とイオン化部２の間のガス化試料導入経路とイオン化部２を、高温（１５０〜２５０℃）に保つことで、導入経路内壁やイオン化部２内部へのガス化危険物質の吸着を防止できる。

質量分析部３に誘導されたイオンは、真空ポンプ７によって減圧された質量分析部３内の差動排気部１０を通りすぎ、静電レンズ系１１によって収束されて、四重極質量分析計１２により分析される。真空ポンプ７は、太線で示す大気の流れにより排気して、四重極質量分析計１２の入ったチャンバー内を高真空状態に保つ機能を持つ。四重極質量分析計によって取り出されたイオンは、質量分析部３内の２次電子増倍管１３でイオンが電子に変換され、得られた電流信号を増幅アンプ１４で増幅後、計測処理用計算機６に送られる。

計測処理用計算機６では、質量数／電荷（ｍ／ｚ）とイオン強度の関係（マススペクトル）や、あるｍ／ｚ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、最終的な表示は、上述のマススペクトルやマスクロマトグラムではなく、さらに簡略化したものであってもよい。すなわち、危険物検知装置のような場合には、問題となる危険物質が検出されたかどうかを表示するだけでもよい。制御部４は、各部のＯＮ／ＯＦＦ制御や温度／電圧／真空圧力の設定、ステータスモニタ等を行なう。

図１では、各機能部を結ぶ制御信号、データの流れを細い実線で示す。

以上説明したような構成により、試料導入部１に挿入された試料１６に付着した危険物微粒子は、質量分析部３で分析可能となる。

次に、試料導入部１の機能について、詳細に説明する。図２は、危険物検知装置における試料導入部１の構造を上から見た断面図（図３のＣ−Ｃの位置で矢印方向に見た断面図）であり、図３は図２のＡ−Ａの位置で矢印方向に見た断面図、図４は図２のＢ−Ｂの位置で矢印方向に見た断面図である。

試料導入部１は、枠体としての試料収納部１１１と、危険物微粒子が付着した試料１６を保持し試料収納部１１１に挿脱可能な試料ホルダトレー１１２と、試料１６の置かれた空間内に大気を送るために試料収納部１１１に連通した大気導入管１１３Ａと、蒸気（ガス）化された試料をイオン化部２に送るために試料収納部１１１に連通したガス導出管１１３Ｂと、大気導入管１１３Ａに設けた塵埃除去用フィルタ１１４とガス導出管１１３Ｂに設けたフィルタ１１５と、赤外線発生源であるハロゲンランプ１１７と、ハロゲンランプ１１７から放射された赤外線１２１を試料１６に集光するための反射板１１８と、ハロゲンランプ１１７と試料収納部１１１を分離するための光学窓１１９（試料収納部１１１の上部の開放部）と、ハロゲンランプへの電力供給線１２０から構成される。

危険物微粒子が付着した試料１６は、試料収納部１１１から引き出された試料ホルダトレー１１２の所定の位置に搭載される。試料ホルダトレー１１２は、危険物質の微粒子１１６（パーティクル）が付着した、拭き取り用ワイピング素材（布、紙、フッ素樹脂シート等）や爆発物の破片等小形の試料を搭載可能である。

搭載された試料１６は、試料ホルダトレー１１２に搭載された後に、試料収納部１１１内に挿入された後、ハロゲンランプ１１６から放射された赤外線１２１により光学窓１１９を介して加熱される。ハロゲンランプ１１７から放射された赤外線の一部は反射板１１８により反射され試料１６に集光される。

図５はハロゲンランプ１１７への電力供給、および試料の温度プロファイルを示した図である。本実施例では、試料挿入工程（使用中の準備段階中は連続）でハロゲンランプに２〜５Ｖの電圧を印加し、ハロゲンランプ１１７をスタンバイ状態にしておき、ハロゲンランプ１１７を予熱しておく。試料１１２が試料収納部１１１に収納されたら直ちにハロゲンランプがＯＮになるように電圧値を変える。本実施例ではＯＮ電圧は１２Ｖである。図２−４では表示しなかったが、試料ホルダトレー１１２が所定の位置を通過して引き出されたときは、スタンバイをＯＦＦとし、逆に、この位置より試料収納部１１１側に移動したときは、スタンバイをＯＮとするように、リミットスイッチを設けるのが良い。

図６はハロゲンランプをＯＮした後の試料の温度プロファイルを示した図である。温度プロファイル２１１は従来の場合であり、試料挿入工程でハロゲンランプの電源をＯＦＦとしている。一方、温度プロファイル２１２は本発明の実施例での場合である。従来の温度プロファイル２１１は、ハロゲンランプ１１７をＯＮした後も２秒程度試料１６の温度が上がらず、例えば１００℃に達する時間は約６秒である。一方、本実施例の温度プロプロファイル２１２では、ハロゲンランプ１１７ＯＮ後直ちに試料１６の温度が上昇しはじめ、例えば１００℃に達する時間は約３秒であり、従来よりも約３秒短い。

以上説明した加熱方法により、試料１６に付着した危険物の微粒子を短時間に蒸気（ガス）化することが可能となる。ガス化した試料は大気導入管１１３Ａによって吸入された大気によってイオン化部２に送られる。大気導入管１１３Ａの大気吸入口に、塵埃除去用フィルタ１１４を設けることで、大気中の塵埃等を除去可能である。また、加熱部１７のイオン化部２側のガス導出管１１３Ｂにフィルタ１１５を設けることで、試料１６に付着したゴミや試料１６が布等で構成された場合、その繊維等を除去可能となる。

本発明を適用した危険物検出装置の構成を示すブロック図である。 危険物検出装置の試料導入部１の構造を上から見た断面図（図３のＣ−Ｃの位置で矢印方向に見た断面図）である。 図２のＡ−Ａの位置で矢印方向に見た断面図である。 図２のＢ−Ｂの位置で矢印方向に見た断面図である。 ハロゲンランプ１１６への印加電圧および試料１６の温度プロファイルを示す図である。 ハロゲンランプ１１６ＯＮ時の試料１６の温度プロファイルを示す図である。

符号の説明

１…試料導入部、２…イオン化部、３…質量分析部、４…制御部、５…吸入ポンプ、６…分析データ処理部、７…真空ポンプ、１６…試料、１１１…試料収納部、１１２…試料ホルダトレー、１１３Ａ…試料収納部１１１に連通した大気導入管、１１３Ｂ…試料収納部１１１に連通したガス導出管、１１４，１１５…塵埃除去用フィルタ、１１６…危険物質の微粒子、１１７…ハロゲンランプ、１１８…反射板、１１９…光学窓、１２０…電力供給線、１２１…赤外線、２１１…従来の場合のハロゲンランプをＯＮした後の試料の温度プロファイル、２１２…本発明の場合のハロゲンランプをＯＮした後の試料の温度プロファイル。

Claims (1)

1. 爆発物、禁制薬物等の危険物微粒子を気化させて分析する装置の爆発物、禁制薬物等の危険物微粒子が付着した試料を収納して、収納部の外部から光学窓を介して赤外線の照射で加熱し危険物微粒子を気化させる方式であって、赤外線発生器へは試料導入段階で所定の電圧（スタンバイ電圧）を印加しておき、試料が収納部に収納されたときに赤外線発生器をＯＮにする電圧を印加することを特徴とする危険物検知装置用試料導入方式。

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