JP2005300288A - Gas analysis method, gas analysis apparatus, and inspection apparatus using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧イオン化質量分析装置等の質量分析装置を用いたガス分析方法、ガス分析装置及びこれを用いた検査装置に関するものである。 The present invention relates to a gas analysis method using a mass spectrometer such as an atmospheric pressure ionization mass spectrometer, a gas analyzer, and an inspection apparatus using the same.
従来から、大気圧イオン化質量分析装置などの、測定対象ガスが導入されるイオン化部及び該イオン化部によりイオン化されたイオンを分析する質量分析部を有する質量分析装置を用いて、測定対象ガス(サンプルガス)の分析が行われている。 Conventionally, using a mass spectrometer having an ionization part into which a measurement target gas is introduced and a mass analysis part for analyzing ions ionized by the ionization part, such as an atmospheric pressure ionization mass spectrometer, a measurement target gas (sample Gas) is being analyzed.
このようなガス分析方法では、下記特許文献1に開示されているように、測定対象ガス中の水分以外の物質を検出対象とする場合、測定対象ガス中に含まれるppbレベルの水分が妨害物質となって検出感度が悪くなることが知られている。
In such a gas analysis method, as disclosed in
このため、従来は、測定対象ガス中の水分以外の物質を検出対象とする場合、シリカゲルやモリキュラシーブスなどの吸着剤で測定対象ガスから予め水分を除去し、水分を除去した後の測定対象ガスを前記質量分析装置のイオン化部に導入していた。特許文献1には、吸着剤としてシリカゲルを用いる例が開示されている。
For this reason, conventionally, when a substance other than moisture in the measurement target gas is to be detected, the measurement target after removing moisture from the measurement target gas in advance with an adsorbent such as silica gel or molecular sieves and removing the moisture. Gas was introduced into the ionization part of the mass spectrometer.
このように、前記質量分析装置を用いたガス分析方法では、測定対象ガス中の水分以外の物質を検出対象とする場合、測定対象ガスから予め水分を除去することが、従来の技術常識であった。
しかしながら、前記従来のガス分析方法では、吸着剤に所定量の水分が吸着されると当該吸着剤は水分を吸着し得なくなってしまうため、吸着剤が水分を吸着し得なくなる前に、ガス分析を中断して吸着剤を乾燥させなければならなかった。 However, in the conventional gas analysis method, if a predetermined amount of moisture is adsorbed to the adsorbent, the adsorbent cannot adsorb moisture. Therefore, before the adsorbent cannot adsorb moisture, gas analysis is performed. And the adsorbent had to be dried.
したがって、前記従来のガス分析方法では、吸着剤が水分を吸着し得る期間は比較的短時間であるため、長時間の連続的なガス分析は不可能であった。また、吸着剤の乾燥に手数を要し、不便であった。 Therefore, in the conventional gas analysis method, since the period in which the adsorbent can adsorb moisture is relatively short, continuous gas analysis for a long time is impossible. In addition, it takes time to dry the adsorbent, which is inconvenient.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定対象ガス中の水分以外の物質を検出対象とする場合であっても、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的なガス分析が可能である、ガス分析方法、ガス分析装置及びこれを用いた検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a substance other than moisture in a measurement target gas is a detection target, it is not necessary to use an adsorbent, and it is continuous for a long time. An object of the present invention is to provide a gas analysis method, a gas analyzer, and an inspection apparatus using the same, which are capable of gas analysis.
本発明者の研究の結果、前述した従来の技術常識の水分除去とは逆に、質量分析装置のイオン化部に積極的に水蒸気を導入してイオン化部の水分濃度を高めることによって、測定対象ガス中の水分以外の物質(例えば、有機物)を高い感度で検出し得ることが判明した。 As a result of the inventor's research, the gas to be measured is measured by positively introducing water vapor into the ionization part of the mass spectrometer and increasing the water concentration in the ionization part, in contrast to the above-described conventional technical common knowledge of water removal. It has been found that substances other than moisture (for example, organic substances) can be detected with high sensitivity.
これは、後述する実験結果から、次のような原理によるものと考えられる。すなわち、ppbやppmレベルの濃度の水分は、イオン化部において、親イオン(一次イオン)の電荷を奪ってしまい、その分だけ検出対象の物質に電荷を渡さない(すなわち、その分だけ、親イオンから検出対象物質へ電荷だけが移動する電荷交換反応を阻害する)ことにより、検出対象の物質がイオン化しないために、質量分析部で当該物質が検出されなくなり、検出感度が低下するものと考えられる。これに対し、それより高い濃度の水分がイオン化部に導入されると、水分のクラスターイオン(H2O)nH+が多量に生じて一部の水分のクラスターイオンからプロトンH+が検出対象物質へ付加される反応(以下、プロトン付加反応と呼ぶ。)が生じ、検出対象物質はH+が付加された状態としてイオン化されるために、質量分析部で当該物質がH+が付加された状態として検出され、検出感度が高まるものと考えられる。 This is considered to be based on the following principle from the experimental results described later. That is, moisture at a concentration of ppb or ppm deprives the ion of the parent ion (primary ion) in the ionization part, and does not pass the charge to the substance to be detected by that amount (that is, the amount of the parent ion) The charge exchange reaction in which only the charge moves from the target substance to the detection target substance), and the target substance is not ionized, so that the substance is not detected by the mass spectrometer, and the detection sensitivity is considered to decrease. . On the other hand, when a higher concentration of water is introduced into the ionization part, a large amount of water cluster ions (H 2 O) n H + are generated, and proton H + is detected from some water cluster ions. reaction (hereinafter, referred to as protonation reaction.) is added to the material occurs, because the detection target substance to be ionized in a state in which the H + is added, the substance was added H + mass analyzer It is considered that the detection sensitivity is increased as the state is detected.
本発明は、このような本発明者による新たな知見に基づいてなされたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第1の態様によるガス分析方法は、測定対象ガスが導入されるイオン化部及び該イオン化部によりイオン化されたイオンを分析する質量分析部を有する質量分析装置を用い、前記イオン化部に前記測定対象ガスの他に水蒸気を導入するものである。 The present invention has been made based on such new findings by the present inventors. That is, in order to solve the above-described problem, the gas analysis method according to the first aspect of the present invention includes a mass analysis unit including an ionization unit into which a measurement target gas is introduced and a mass analysis unit that analyzes ions ionized by the ionization unit. In addition to the measurement object gas, water vapor is introduced into the ionization unit using an apparatus.
この第1の態様によれば、質量分析装置のイオン化部に測定対象ガスの他に水蒸気を導入するので、イオン化部内の水分濃度が高まる。したがって、前述した知見に従い、測定対象ガスから予め水分を除去することなく、高い感度で測定対象ガス中の水分以外の検出対象の物質(例えば、有機物)を検出することができる。よって、この第1の態様によれば、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的なガス分析が可能となる。また、特別に導入するのが水蒸気であるので、爆発等のおそれなどの危険性がなく、取り扱いが容易である。 According to the first aspect, since water vapor is introduced into the ionization section of the mass spectrometer in addition to the measurement target gas, the moisture concentration in the ionization section is increased. Therefore, according to the above-described knowledge, a substance (for example, organic substance) to be detected other than moisture in the measurement target gas can be detected with high sensitivity without previously removing water from the measurement target gas. Therefore, according to this first aspect, it is not necessary to use an adsorbent, and a long-term continuous gas analysis is possible. Further, since water vapor is specially introduced, there is no danger of explosion or the like, and handling is easy.
本発明の第2の態様によるガス分析方法は、前記第1の態様において、前記質量分析装置により得られる質量スペクトルにおいてイオン強度の各ピークのうちの最も高いピークが37、55、73及び91のうちのいずれかの質量電荷比で得られるように、前記イオン化部に水蒸気を導入するものである。 The gas analysis method according to the second aspect of the present invention is the gas analysis method according to the first aspect, wherein the highest peak among the respective peaks of ion intensity in the mass spectrum obtained by the mass spectrometer is 37, 55, 73 and 91 Water vapor is introduced into the ionization part so as to be obtained at any mass-to-charge ratio.
前記イオン化部の水分濃度が低いと、前述した原理に従って、測定対象ガス中の検査対象の物質を高い感度で検出することができなくなってしまう。一方、前記イオン化部の水分濃度があまりに高すぎると、質量分析装置により得られる質量スペクトルにおいて、水分のクラスターイオン(H2O)nH+のうちnの大きいクラスターイオンのイオン強度のピークが大きくなるため、測定対象ガス中の検査対象の物質に応じたイオン強度のピークが判別しにくくなる。これに対し、前記第2の態様のように、質量スペクトルにおいてイオン強度の各ピークのうちの最も高いピークが37、55、73及び91のうちのいずれかの質量電荷比で得られるように、前記イオン化部に水蒸気を導入すれば、イオン化部の水分濃度が最適化され、より高い感度で測定対象ガス中の検出対象物質を検出することができる。 If the moisture concentration of the ionization part is low, the substance to be inspected in the measurement target gas cannot be detected with high sensitivity according to the principle described above. On the other hand, if the water concentration in the ionization part is too high, the peak of the ion intensity of the cluster ion having a large n among the water cluster ions (H 2 O) n H + is large in the mass spectrum obtained by the mass spectrometer. Therefore, it becomes difficult to determine the peak of the ion intensity according to the substance to be inspected in the measurement target gas. On the other hand, as in the second aspect, in the mass spectrum, the highest peak among the peaks of ionic strength is obtained at any mass-to-charge ratio of 37, 55, 73 and 91. If water vapor is introduced into the ionization unit, the water concentration in the ionization unit is optimized, and the detection target substance in the measurement target gas can be detected with higher sensitivity.
なお、「37」はn=2の水分のクラスターイオンの質量電荷比、「55」はn=3の水分のクラスターイオンの質量電荷比、「73」はn=4の水分のクラスターイオンの質量電荷比、「91」はn=5の水分のクラスターイオンの質量電荷比である。 “37” is the mass-to-charge ratio of n = 2 moisture cluster ions, “55” is the mass-to-charge ratio of n = 3 moisture cluster ions, and “73” is the n = 4 moisture cluster ion mass. The charge ratio, “91”, is the mass-to-charge ratio of n = 5 moisture cluster ions.
本発明の第3の態様によるガス分析方法は、前記第1又は第2の態様において、前記イオン化部内の水分濃度が略一定となるように、前記イオン化部への水蒸気の導入量を制御するものである。 In the gas analysis method according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the amount of water vapor introduced into the ionization unit is controlled so that the water concentration in the ionization unit is substantially constant. It is.
イオン化部内の水分濃度が変化すると、前述したプロトン付加の効率が変わるため、前記第3の態様のようにイオン化部内の水分濃度を略一定にすると、測定対象ガス中の検出対象物質を安定して検出することができるので、好ましい。 When the water concentration in the ionization portion changes, the efficiency of proton addition changes as described above. Therefore, when the water concentration in the ionization portion is made substantially constant as in the third aspect, the detection target substance in the measurement target gas is stabilized. This is preferable because it can be detected.
本発明の第4の態様によるガス分析方法は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記イオン化部内の水分濃度が1%以上となるように、前記イオン化部に水蒸気を導入するものである。 A gas analysis method according to a fourth aspect of the present invention is the gas analysis method according to any one of the first to third aspects, wherein water vapor is introduced into the ionization section so that a moisture concentration in the ionization section is 1% or more. It is.
この第4の態様のようにイオン化部内の水分濃度を1%以上にすると、前述したプロトン付加反応が比較的顕著に生ずるので、好ましい。 When the water concentration in the ionization part is set to 1% or more as in the fourth aspect, the above-described proton addition reaction occurs relatively significantly, which is preferable.
本発明の第5の態様によるガス分析方法は、前記第1又は第2の態様において、前記イオン化部が一次イオン化室及び二次イオン化室を有し、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 In the gas analysis method according to the fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the ionization section includes a primary ionization chamber and a secondary ionization chamber, and the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber are provided. Water vapor is introduced into either one or both.
この第5の態様は、イオン化部が一次イオン化室及び二次イオン化室を有する場合の、イオン化部への水蒸気導入先を明示したものである。なお、前記第1乃至第4の態様では、イオン化部は単一のイオン化室のみを有していてもよい。 In the fifth aspect, when the ionization section has a primary ionization chamber and a secondary ionization chamber, the destination of water vapor introduction into the ionization section is clearly shown. In the first to fourth aspects, the ionization section may have only a single ionization chamber.
本発明の第6の態様によるガス分析方法は、前記第5の態様において、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度がそれぞれ略一定となるように、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 In the gas analysis method according to the sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the primary ionization chamber and the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber are substantially constant, respectively. Water vapor is introduced into one or both of the secondary ionization chambers.
この第6の態様によれば、一次イオン化室内の水分濃度及び二次イオン化室内の水分濃度をそれぞれ略一定にするので、測定対象ガス中の検出対象物質をより安定して検出することができるので、好ましい。 According to the sixth aspect, since the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber are made substantially constant, the detection target substance in the measurement target gas can be detected more stably. ,preferable.
本発明の第7の態様によるガス分析方法は、前記第6の態様において、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度が互いに略同じとなるように、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 The gas analysis method according to a seventh aspect of the present invention is the gas analysis method according to the sixth aspect, wherein the primary ionization chamber and the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber are substantially the same. Water vapor is introduced into one or both of the secondary ionization chambers.
前記第6の態様では、この第7の態様のように一次イオン化室内の水分濃度及び二次イオン化室内の水分濃度を略同じにしてもよいし、両者の水分濃度を異なるようにしてもよい。 In the sixth aspect, as in the seventh aspect, the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber may be substantially the same, or the water concentrations of both may be different.
本発明の第8の態様によるガス分析方法は、前記第5乃至第7のいずれかの態様において、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度のいずれか一方又は両方が1%以上となるように、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 In the gas analysis method according to the eighth aspect of the present invention, in any one of the fifth to seventh aspects, one or both of the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber is 1. %, Water vapor is introduced into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber.
この第8の態様によれば、この第4の態様のように一次イオン化室内の水分濃度及び二次イオン化室内の水分濃度のいずれか一方又は両方を1%以上にすると、前述したプロトン付加反応が比較的顕著に生ずるので、好ましい。 According to the eighth aspect, when either one or both of the water concentration in the primary ionization chamber and the water concentration in the secondary ionization chamber are set to 1% or more as in the fourth embodiment, the proton addition reaction described above is performed. This is preferable because it occurs relatively remarkably.
本発明の第9の態様によるガス分析方法は、前記第1乃至第8のいずれかの態様において、前記測定対象ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、内部に所定物体が収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであるものである。 In the gas analysis method according to the ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the measurement target gas is a gas sampled directly without using a sampling container, or sampling. It is a gas stored in a sampling container such as a cylinder or a sampling bag, or a gas obtained on the downstream side of the container when a carrier gas is passed through a container in which a predetermined object is stored. Is.
この第9の態様は、供給元の観点から測定対象ガスを例示したものであるが、測定対象ガスはこれらの例に限定されるものではない。 The ninth aspect exemplifies the measurement target gas from the viewpoint of the supplier, but the measurement target gas is not limited to these examples.
本発明の第10の態様によるガス分析装置は、測定対象ガスが導入されるイオン化部及び該イオン化部によりイオン化されたイオンを分析する質量分析部を有する質量分析装置と、前記イオン化部に前記測定対象ガスの他に水蒸気を導入する導入手段と、を備えたものである。 A gas analyzer according to a tenth aspect of the present invention includes a mass spectrometer having an ionization section into which a measurement target gas is introduced and a mass analysis section that analyzes ions ionized by the ionization section, and the measurement in the ionization section. And an introduction means for introducing water vapor in addition to the target gas.
本発明の第11の態様によるガス分析装置は、前記第10の態様において、前記導入手段は、前記質量分析装置により得られる質量スペクトルにおいてイオン強度の各ピークのうちの最も高いピークが37、55、73及び91のうちのいずれかの質量電荷比で得られるように、前記イオン化部に水蒸気を導入するものである。 The gas analyzer according to the eleventh aspect of the present invention is the gas analyzer according to the tenth aspect, wherein the introduction means has the highest peak of 37, 55 among the peaks of the ion intensity in the mass spectrum obtained by the mass spectrometer. , 73 and 91, water vapor is introduced into the ionization part so as to be obtained at any mass-to-charge ratio.
本発明の第12の態様によるガス分析装置は、前記第10又は第11の態様において、前記イオン化部内の水分濃度を直接的又は間接的に検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記イオン化部内の水分濃度が略一定となるように、前記導入手段による前記イオン化部への水蒸気の導入量を制御する制御手段と、を備えたものである。 In the gas analyzer according to the twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, a detection means for directly or indirectly detecting the moisture concentration in the ionization section, and a detection signal from the detection means. And a control means for controlling the amount of water vapor introduced into the ionization section by the introduction means so that the water concentration in the ionization section becomes substantially constant.
本発明の第13の態様によるガス分析装置は、前記第10乃至第12のいずれかの態様において、前記導入手段は、前記イオン化部内の水分濃度が1%以上となるように、前記イオン化部に水蒸気を導入するものである。 The gas analyzer according to a thirteenth aspect of the present invention is the gas analyzer according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the introduction means is disposed in the ionization section so that a moisture concentration in the ionization section is 1% or more. Water vapor is introduced.
本発明の第14の態様によるガス分析装置は、前記第10又は第11の態様において、前記イオン化部が一次イオン化室及び二次イオン化室を有し、前記導入手段は、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 In the gas analyzer according to the fourteenth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, the ionization section has a primary ionization chamber and a secondary ionization chamber, and the introduction means includes the primary ionization chamber and the ionization chamber. Water vapor is introduced into one or both of the secondary ionization chambers.
本発明の第15の態様によるガス分析装置は、前記第13又は第14の態様において、前記一次イオン化室内の水分濃度を直接的又は間接的に検出する第1の検出手段と、前記二次イオン化室内の水分濃度を直接的又は間接的に検出する第2の検出手段と、前記第1及び第2の検出手段からの検出信号に基づいて、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度がそれぞれ略一定となるように、前記導入手段による前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方への水蒸気の導入量を制御する制御手段と、を備えたものである。 The gas analyzer according to the fifteenth aspect of the present invention is the gas analyzer according to the thirteenth or fourteenth aspect, wherein the first ionization means for directly or indirectly detecting the water concentration in the primary ionization chamber, and the secondary ionization. Based on detection signals from the second detection means for directly or indirectly detecting the moisture concentration in the room and the first and second detection means, the moisture concentration in the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber Control means for controlling the amount of water vapor introduced into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber by the introduction means so that the water concentration of each becomes substantially constant. is there.
本発明の第16の態様によるガス分析装置は、前記第15の態様において、前記制御手段は、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度が互いに略同じとなるように、前記導入手段による前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方への水蒸気の導入量を制御するものである。 In the gas analyzer according to the sixteenth aspect of the present invention, in the fifteenth aspect, the control means is configured so that the moisture concentration in the primary ionization chamber and the moisture concentration in the secondary ionization chamber are substantially the same. The amount of water vapor introduced into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber by the introduction means is controlled.
本発明の第17の態様によるガス分析装置は、前記第14乃至第16のいずれかの態様において、前記導入手段は、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度のいずれか一方又は両方が1%以上となるように、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入するものである。 The gas analyzer according to a seventeenth aspect of the present invention is the gas analyzer according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects, wherein the introduction means is one of a water concentration in the primary ionization chamber and a water concentration in the secondary ionization chamber. Water vapor is introduced into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber so that one or both are 1% or more.
本発明の第18の態様によるガス分析装置は、前記第10乃至第17のいずれかの態様において、前記測定対象ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、内部に所定物体が収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであるものである。 A gas analyzer according to an eighteenth aspect of the present invention is the gas analyzer according to any one of the tenth to seventeenth aspects, wherein the measurement target gas is a gas sampled directly without using a sampling container. It is a gas stored in a sampling container such as a cylinder or a sampling bag, or a gas obtained on the downstream side of the container when a carrier gas is passed through a container in which a predetermined object is stored. Is.
前記第10乃至第18の態様によるガス分析装置は、前記第1乃至第9の態様によるガス分析方法をそれぞれ実現するものである。 The gas analyzers according to the tenth to eighteenth aspects implement the gas analysis methods according to the first to ninth aspects, respectively.
本発明の第19の態様による検査装置は、内部に検査対象物が収容される容器と、前記第10乃至第17のいずれかの態様によるガス分析装置とを備え、前記容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスを前記測定対象ガスとするものである。 An inspection apparatus according to a nineteenth aspect of the present invention includes a container in which an object to be inspected is housed, and the gas analyzer according to any one of the tenth to seventeenth aspects, and allows carrier gas to pass through the container. The gas obtained on the downstream side of the container when it is caused to flow is used as the measurement object gas.
この第19の態様によれば、検査対象物に付着していた又は検査対象物から揮発等する物質を測定対象ガス中の検出対象とすることで、当該検査対象物の良否や品質等の検査を行うことができる。例えば、検査対象物として農産物等の食料品した場合、当該食料品に対する農薬の付着状況等を検査することができる。また、例えば、検査対象物を衣類とした場合、当該衣類の有害物質の有無や量等を検査することができる。そして、この第19の態様によれば、前記第10乃至第17のいずれかの態様によるガス分析装置が用いられているので、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的な検査が可能となる。 According to the nineteenth aspect, the substance attached to the inspection object or volatilized from the inspection object is used as the detection object in the measurement target gas, so that the inspection object is inspected for quality or quality. It can be performed. For example, when a food item such as an agricultural product is used as the inspection object, the state of adhesion of the agricultural chemical to the food item can be inspected. Further, for example, when the inspection object is clothing, the presence or amount of harmful substances in the clothing can be inspected. According to the nineteenth aspect, since the gas analyzer according to any one of the tenth to seventeenth aspects is used, it is not necessary to use an adsorbent, and long-term continuous inspection is possible. It becomes.
本発明によれば、測定対象ガス中の水分以外の物質を検出対象とする場合であっても、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的なガス分析が可能である、ガス分析方法、ガス分析装置及びこれを用いた検査装置を提供することができる。 According to the present invention, even when a substance other than moisture in the gas to be measured is to be detected, it is not necessary to use an adsorbent, and a long-term continuous gas analysis is possible. A gas analyzer and an inspection apparatus using the same can be provided.
以下、本発明によるガス分析方法、ガス分析装置及びこれを用いた検査装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a gas analysis method, a gas analyzer, and an inspection apparatus using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態によるガス分析装置1を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
本実施の形態によるガス分析装置1は、質量分析装置2を備えている。質量分析装置2は、測定対象ガス(サンプルガス)が導入されるイオン化部3、及び、イオン化部3によりイオン化されたイオンを分析する質量分析部4を有している。本実施の形態では、質量分析装置2として、大気圧イオン化質量分析装置が用いられている。また、本実施の形態では、イオン化部3は、導入されたガスを一次的にイオン化する一次イオン化室3aと、測定対象ガスが導入される二次イオン化室3bとを有している。一次イオン化室3aには、イオン化手段としての、コロナ放電によりイオン化する放電針3cが配置されている。このようにイオン化部3が一次イオン化室3a及び二次イオン化室3bを有するタイプの大気圧イオン化質量分析装置は、例えば特開平6−310091号に開示されているように、公知である。
The
一次イオン化室3aの導入口及び二次イオン化室3bの導入口には、水蒸気発生装置5,6の排出口がそれぞれ接続されている。一次イオン化室3aの導入口と二次イオン化室3bの導入口との間の配管の途中に、測定対象ガスの流量を調節する流量調節器7の排出口が接続されている。
The outlets of the
流量調節器7の導入口には、測定対象ガスが導入される。図1に示す例では、サンプリングボンベ8内に収容された測定対象ガスが流量調節器7の導入口に導入される。
A measurement target gas is introduced into the introduction port of the flow rate regulator 7. In the example shown in FIG. 1, the measurement target gas accommodated in the
測定対象ガス中の検出対象の物質としては、例えば、ベンゼン(C6H6)、トリクロロエチレン(ClCH=CCl2)、テトラクロロエチレン(CCl2=CCl2)、ジクロロメタン(CH2Cl2)、クロロホルム(CHCl3)、エタノール(CH3OH)、メタノール(C2H5OH)、プロパノール(C3H7OH)などを挙げることができる。 Examples of the substance to be detected in the measurement target gas include benzene (C 6 H 6 ), trichlorethylene (ClCH═CCl 2 ), tetrachloroethylene (CCl 2 = CCl 2 ), dichloromethane (CH 2 Cl 2 ), chloroform (CHCl). 3 ), ethanol (CH 3 OH), methanol (C 2 H 5 OH), propanol (C 3 H 7 OH) and the like.
水蒸気発生装置5,6は、内部に収容された水をヒータ5a,6aで加熱することで、水蒸気を発生するようになっている。水蒸気発生装置5,6の導入口は、流量調節器9,10の排出口にそれぞれ接続されている。流量調節器9,10の導入口は、水蒸気搬送用のキャリアガスを収容した高圧ボンベ11,12の排出口にそれぞれ接続されている。高圧ボンベ11,12は、それらの排出口に減圧弁11a,12aをそれぞれ有している。高圧ボンベ11,12に収容されたキャリアガスとしては、例えば、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることができる。
The
一次イオン化室3aの排出口は、流量調節器13の導入口に接続されている。流量調節器13の排出口は大気に解放されている。二次イオン化室3bの排出口は、圧力調整器14を介して、減圧ポンプ15の吸気口に接続されている。減圧ポンプ15の排気口は大気に解放されている。
The discharge port of the
一次イオン化室3a内の水分濃度を検出する検出手段として、一次イオン化室3aの排出口から排出されたガスの湿度を検出する湿度計16が設けられている。また、二次イオン化室3b内の水分濃度を検出する検出手段として、二次イオン化室3bの排出口から排出されたガスの湿度を検出する湿度計17が設けられている。制御部18は、湿度計16,17からの検出信号に基づいて、一次イオン化室3a内の水分濃度及び二次イオン化室3b内の水分濃度がそれぞれ設定された一定の設定値(一次イオン化室3aと二次イオン化室3bとで同じでもよいし、異なってもよい。)となるように、ヒータ5a,5bへの通電量をそれぞれ制御することで、水蒸気発生装置5,6の水蒸気発生量、ひいては一次イオン化室3aへの水蒸気の導入量及び二次イオン化室3bへの水蒸気の導入量をそれぞれ制御する。
As a detecting means for detecting the moisture concentration in the
ここで、一次イオン化室3a内の水分濃度の設定値及び二次イオン化室3b内の水分濃度の前記設定値は、適宜調整し得るようにしておくことが好ましい。そして、これらの設定値は、既に説明した理由で、質量分析装置2により得られる質量スペクトルにおいてイオン強度の各ピークのうちの最も高いピークが37、55、73及び91のうちのいずれかの質量電荷比で得られるように、設定しておくことが好ましい。また、これらの設定値は、既に説明した理由で、一次イオン化室3a内の水分濃度及び二次イオン化室3b内の水分濃度が1%以上となるように、設定しておくことが好ましい。
Here, it is preferable that the set value of the moisture concentration in the
なお、本実施の形態のように、水蒸気を両方のイオン化室3a,3bに導入することが好ましいが、いずれか一方のイオン化室のみに水蒸気を導入してもよい。
Although it is preferable to introduce water vapor into both
本実施の形態によれば、ボンベ12からのキャリアガスが、減圧弁12aで減圧され更に流量調節器10でその流量が調節されて、水蒸気発生装置6で発生した水蒸気を伴って一次イオン化室3a内に導入され、更に、流量調節器10を経て排気される。その結果、キャリアガス及び水蒸気が一次イオン化室3aでコロナ放電により一次的にイオン化される。
According to the present embodiment, the carrier gas from the
一方、サンプリングボンベ8内の測定対象ガスが、流量調節器7でその流量が調整されて、二次イオン化室3b内に導入される。また、ボンベ11からのキャリアガスが、減圧弁11aで減圧され更に流量調節器9でその流量が調節されて、水蒸気発生装置5で発生した水蒸気を伴って、測定対象ガスの他に、二次イオン化室3b内に導入される。一次イオン化室3aで得られたイオン等と測定対象ガス及び水蒸気とが混合され、前述したプロトン付加反応等が生ずる。二次イオン化室3b内に導入されたガスは、圧力調整器14でその圧力が調整される。そして、二次イオン化室3b内に導入されたガスは、圧力調整器14及び減圧ポンプ15を経て排気される。
On the other hand, the gas to be measured in the
そして、二次イオン化室3bで得られたイオンが質量分析部4で分析されて、質量スペクトルが得られる。この質量スペクトルから、測定対象ガス中の検出対象物質を検出することができ、これにより、測定対象ガスを分析することができる。
Then, the ions obtained in the
本実施の形態によれば、質量分析装置2のイオン化部3に測定対象ガスの他に水蒸気を導入するので、イオン化部3内の水分濃度が高まる。したがって、前述した知見に従い、測定対象ガスから予め水分を除去することなく、高い感度で測定対象ガス中の水分以外の検出対象の物質を検出することができる。よって、本実施の形態によれば、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的なガス分析が可能となる。また、特別に導入するのが水蒸気であるので、爆発等のおそれなどの危険性がなく、取り扱いが容易である。
According to this embodiment, since water vapor is introduced into the
測定対象ガスとして、図1に示す例ではサンプリングボンベ8に収容した測定対象ガスが用いられているが、図2に示すようにサンプリングバッグ20に収容したガスを用いてもよいし、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスを測定対象ガスとしてもよい。後者の場合、直接的にサンプリングされるガスは、大気などの雰囲気ガス等でもよいし、図3に示すように呼気でもよい。図3に示す例では、呼気を捕集する捕集器60が流量調節器7の導入口に接続されている。大気などの雰囲気ガス等を直接的にサンプリングする場合は、例えば、雰囲気ガス等を捕集する捕集器を流量調節器7の導入口に接続したり、先端に雰囲気ガス等を捕集するノズルを先端に有するサンプリング管を流量調節器7の導入口に接続したりすればよい。なお、サンプリングボンベ8やサンプリングバッグ20等のサンプリング容器を用いる場合、測定対象ガスとして当該容器に収容されるガスが、大気などの雰囲気ガスや呼気の他、任意のガスでもよいことは、言うまでもない。
As the measurement target gas, the measurement target gas stored in the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図4は、本発明の第2の実施の形態による検査装置を示す概略構成図である。図2において、図1中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. 2, elements that are the same as or correspond to elements in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
本実施の形態による検査装置は、前述したガス分析装置1と、内部に検査対象物30が収容される容器31と、容器31に通流させるキャリアガスを収容した高圧ボンベ32と、を備えている。高圧ボンベ32の排出口は、容器31の導入口に接続されている。高圧ボンベ32は、その排出口に減圧弁32aを有している。容器31の排出口は流量調節器7の導入口に接続され、高圧ボンベ32から供給されたキャリアガスは、検査対象物30を収容した容器31内を通流した後に、測定対象ガスとして流量調節器7の導入口に導入される。
The inspection apparatus according to the present embodiment includes the
本実施の形態によれば、検査対象物30に付着していた又は検査対象物30から揮発等する物質を測定対象ガス中の検出対象とすることで、当該検査対象物30の良否や品質等の検査を行うことができる。
According to the present embodiment, the quality, quality, etc., of the
例えば、検査対象物30として農産物等の食料品した場合、当該食料品に対する農薬の付着状況等を検査することができる。また、例えば、検査対象物30を衣類とした場合、当該衣類の有害物質の有無や量等を検査することができる。そして、本実施の形態によれば、前述したガス分析装置1が用いられているので、吸着剤を用いずに済み、長時間の連続的な検査が可能となる。
For example, when a food product such as an agricultural product is used as the
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図5は、本発明の第3の実施の形態によるガス分析装置41を示す概略構成図である。図5において、図1中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a
本実施の形態によるガス分析装置41が前記第1の実施の形態によるガス分析装置1と異なる所は、以下に説明する点のみである。
The
すなわち、本実施の形態では、図1中のイオン化部3が一次イオン化室3a及び二次イオン化室3bを有するタイプの大気圧イオン化質量分析装置2に代えて、イオン化部43が単一のイオン化室44aのみを有するタイプの大気圧イオン化質量分析装置42が用いられている。図5において、43cはイオン化室44aに配置された放電針、44は質量分析部である。
That is, in the present embodiment, instead of the atmospheric pressure ionization
これに伴い、本実施の形態では、図1中の各要素6,10,12,13,16が取り除かれている。水蒸気発生装置5の排出口は、イオン化室44aの導入口に接続されている。圧力調整器14の導入口は、イオン化室44aの排出口に接続されている。制御部18は、湿度計17からの検出信号に基づいて、イオン化室44a内の水分濃度が設定された一定の設定値となるように、ヒータ5aへの通電量を制御することで、水蒸気発生装置5の水蒸気発生量、ひいてはイオン化室44aへの水蒸気の導入量を制御する。
Accordingly, in the present embodiment, the
ここで、イオン化室44a内の水分濃度の設定値は、適宜調整し得るようにしておくことが好ましい。そして、この設定値は、既に説明した理由で、質量分析装置2により得られる質量スペクトルにおいてイオン強度の各ピークのうちの最も高いピークが37、55、73及び91のうちのいずれかの質量電荷比で得られるように、設定しておくことが好ましい。また、この設定値は、既に説明した理由で、イオン化室44a内の水分濃度が1%以上となるように、設定しておくことが好ましい。
Here, it is preferable that the set value of the moisture concentration in the ionization chamber 44a can be adjusted as appropriate. And, for the reason already explained, this set value is the mass charge of any one of 37, 55, 73 and 91 in which the highest peak of each ion intensity peak in the mass spectrum obtained by the
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、図4に示す検査装置において、ガス分析装置1に代えてガス分析装置41を用いてもよい。
Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained. In the inspection apparatus shown in FIG. 4, a
[実験1] [Experiment 1]
実験1は、従来のガス分析方法に相当するものである。この実験1では、図5中の大気圧質量分析装置42と同様の大気圧イオン化質量分析装置を用い、モリキュラシーブスで水分を1ppb程度に除去した高純度窒素ガスを、1000cc/分の流量でイオン化室44aに導入し、イオン化室44a内の圧力をほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。この質量スペクトルを図6に示す。
図6において、質量電荷比28,42,56の各ピークは窒素(N2 +,N3 +,N4 +)のピークである。質量電荷比18のピークは、水のピークである。
In FIG. 6, each peak of mass-to-
[実験2] [Experiment 2]
実験2は、従来のガス分析方法に相当するものである。この実験2では、図5中の大気圧質量分析装置42と同様の大気圧イオン化質量分析装置を用い、高純度窒素ガスに10ppbのベンゼンを添加したガスをモリキュラシーブスで水分を1ppb程度に除去したガスを、1000cc/分の流量でイオン化室44aに導入し、イオン化室44a内の圧力をほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。この質量スペクトルを図7に示す。
水分濃度の少ないガスでは、電荷だけが移動する電荷交換反応により、窒素のイオンから電荷だけがベンゼンに移動して、図7に示すように、ベンゼンの質量に相当する質量電荷比78のピークが検出される。
In a gas having a low water concentration, only a charge is transferred from nitrogen ions to benzene by a charge exchange reaction in which only the charge moves, and a peak of mass-to-
[実験3] [Experiment 3]
この実験3及び後述する実験4〜6は、本発明によるガス分析方法に相当するものである。
この実験3では、図1中の大気圧質量分析装置2と同様の大気圧イオン化質量分析装置、並びに、図1中の要素水蒸気発生装置5,6、湿度計16,17及び制御部18に相当するものを用い、高純度空気に%オーダーの水蒸気を添加したガスを、1000cc/分の流量で一次イオン化室3a及び二次イオン化室3bにそれぞれ導入し、イオン化室3a,3bの圧力をそれぞれほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。このとき、制御部18によって、湿度計16,17で検出される相対湿度がそれぞれ約50%の一定値となるように制御した。この質量スペクトルを図8に示す。
In this
図8に示すように、高純度空気の成分である窒素や酸素のピークは全く検出されず、プロトンH+が付加されていない質量電荷比18の水のイオンと、質量電荷比19,37,55,73,91,109,127,145,163,181,199,217の、(H2O)nH+という水分のクラスターイオンが検出される。 As shown in FIG. 8, peaks of nitrogen and oxygen, which are components of high-purity air, are not detected at all, and ions of water with a mass-to-charge ratio of 18 to which proton H + is not added and mass-to-charge ratios of 19, 37, 55, 73, 91, 109, 127, 145, 163, 181, 199, and 217, (H 2 O) n H + moisture cluster ions are detected.
[実験4] [Experiment 4]
この実験4では、図1中の大気圧質量分析装置2と同様の大気圧イオン化質量分析装置、並びに、図1中の要素水蒸気発生装置5,6、湿度計16,17及び制御部18に相当するものを用い、高純度空気に%オーダーの水蒸気を添加したガスを1000cc/分の流量で一次イオン化室3aに導入し、高純度空気に%オーダーの水蒸気及び10ppbのベンゼンを添加したガスを1000cc/分の流量で二次イオン化室3bに導入し、イオン化室3a,3bの圧力をそれぞれほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。このとき、制御部18によって、湿度計16,17で検出される相対湿度がそれぞれ約50%の一定値となるように制御した。この質量スペクトルを図9に示す。
In this
質量数の大きな水蒸気イオンからプロトンH+がベンゼンに付加して、ベンゼンは、プロトンH+が付加された状態として、図9に示すように、ベンゼンの質量数+1=79の質量電荷比でのピークで検出される。 Proton H + is added to benzene from water vapor ions having a large mass number, and benzene is in a state where proton H + is added, as shown in FIG. 9, at a mass-to-charge ratio of benzene mass number + 1 = 79. Detected at the peak.
[実験5] [Experiment 5]
この実験5では、図1中の大気圧質量分析装置2と同様の大気圧イオン化質量分析装置、並びに、図1中の要素水蒸気発生装置5,6、湿度計16,17及び制御部18に相当するものを用い、高純度空気に%オーダーの水蒸気を添加したガスを1000cc/分の流量で一次イオン化室3aに導入し、高純度空気に%オーダーの水蒸気及び10ppbのDBP(フタル酸−n−ブチル)を添加したガスを1000cc/分の流量で二次イオン化室3bに導入し、イオン化室3a,3bの圧力をそれぞれほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。このとき、制御部18によって、湿度計16,17で検出される相対湿度がそれぞれ約50%の一定値となるように制御した。この質量スペクトルを図10に示す。
In this
質量数の大きな水蒸気イオンからプロトンH+がDBPに付加して、DBPは、プロトンH+が付加された状態として、図10に示すように、DBPの質量数+1=279の質量電荷比でのピークで検出される。 Proton H + is added to DBP from water vapor ions having a large mass number, and DBP is in a state where proton H + is added, as shown in FIG. 10, at a mass-to-charge ratio of DBP mass number + 1 = 279. Detected at the peak.
[実験6] [Experiment 6]
この実験6では、図1中の大気圧質量分析装置2と同様の大気圧イオン化質量分析装置、並びに、図1中の要素水蒸気発生装置5,6、湿度計16,17及び制御部18に相当するものを用い、高純度空気に%オーダーの水蒸気を添加したガスを1000cc/分の流量で一次イオン化室3aに導入し、高純度空気に%オーダーの水蒸気及び10ppbのエタノールを添加したガスを1000cc/分の流量で二次イオン化室3bに導入し、イオン化室3a,3bの圧力をそれぞれほぼ大気圧として、質量スペクトルを得た。このとき、制御部18によって、湿度計16,17で検出される相対湿度がそれぞれ約50%の一定値となるように制御した。この質量スペクトルを図11に示す。
In this
質量数の大きな水蒸気イオンからプロトンH+がエタノールに付加して、更に、エタノールが親水性であることから(H2O)nH+という水分のクラスターイオンもエタノールに付加して、エタノールは、プロトンH+及び水分のクラスターイオンが付加された状態として、図11に示すように、エタノールの質量数+1+(H2O)nH+の質量電荷比(n=1の場合の51、n=2の場合の69、n=3の場合の87、n=4の場合105)でのピークで検出される。
Proton H + is added to ethanol from water vapor ions having a large mass number. Furthermore, since ethanol is hydrophilic, (H 2 O) n H + moisture cluster ions are also added to ethanol. as a state in which cluster ions of H + protons and water is added, as shown in FIG. 11, the mass number of the ethanol +1+ (H 2 O) n H + mass to charge ratio of (n = 1 in the
なお、実験4〜6からわかるように、疎水性のベンゼン等は、自身の質量数+1の質量電荷比で、親水性のアルコール等は、自身の質量数+1+(H2O)nの質量数の、質量電荷比で、ピークが観察される。
As can be seen from
以上説明した実験結果から、前述した従来の技術常識の水分除去とは逆に、質量分析装置のイオン化部に積極的に水蒸気を導入してイオン化部の水分濃度を高めることによって、水分濃度を高めることに伴うプロトン付加反応に起因して、測定対象ガス中の水分以外の物質を高い感度で検出し得ることが判明した。 From the experimental results described above, the water concentration is increased by positively introducing water vapor into the ionization part of the mass spectrometer and increasing the water concentration in the ionization part, contrary to the above-described conventional technical common water removal. Due to the accompanying proton addition reaction, it has been found that substances other than moisture in the gas to be measured can be detected with high sensitivity.
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
1,41 ガス分析装置
2 質量分析装置
3,43 イオン化部
3a 一次イオン化室
3b 二次イオン化室
5,6 水蒸気発生装置
8 サンプリングボンベ
16,17 湿度計
18 制御部
20 サンプリングバッグ
30 検査対象物
31 容器
43a イオン化室
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入することを特徴とする請求項1又は2記載のガス分析方法。 The ionization section has a primary ionization chamber and a secondary ionization chamber;
The gas analysis method according to claim 1 or 2, wherein water vapor is introduced into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber.
前記イオン化部に前記測定対象ガスの他に水蒸気を導入する導入手段と、
を備えたことを特徴とするガス分析装置。 A mass spectrometer having an ionization section into which a measurement target gas is introduced and a mass spectrometry section that analyzes ions ionized by the ionization section;
Introducing means for introducing water vapor into the ionization unit in addition to the measurement target gas;
A gas analyzer characterized by comprising:
前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記イオン化部内の水分濃度が略一定となるように、前記導入手段による前記イオン化部への水蒸気の導入量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項10又は11記載のガス分析装置。 Detection means for directly or indirectly detecting the moisture concentration in the ionization unit;
Control means for controlling the amount of water vapor introduced into the ionization section by the introduction means so that the moisture concentration in the ionization section is substantially constant based on the detection signal from the detection means;
The gas analyzer according to claim 10 or 11, further comprising:
前記導入手段は、前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方に水蒸気を導入することを特徴とする請求項10又は11記載のガス分析装置。 The ionization section has a primary ionization chamber and a secondary ionization chamber;
The gas analyzer according to claim 10 or 11, wherein the introduction means introduces water vapor into one or both of the primary ionization chamber and the secondary ionization chamber.
前記二次イオン化室内の水分濃度を直接的又は間接的に検出する第2の検出手段と、
前記第1及び第2の検出手段からの検出信号に基づいて、前記一次イオン化室内の水分濃度及び前記二次イオン化室内の水分濃度がそれぞれ略一定となるように、前記導入手段による前記一次イオン化室及び前記二次イオン化室のいずれか一方又は両方への水蒸気の導入量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項13又は14記載のガス分析装置。 First detection means for directly or indirectly detecting the moisture concentration in the primary ionization chamber;
A second detection means for directly or indirectly detecting the water concentration in the secondary ionization chamber;
Based on the detection signals from the first and second detection means, the primary ionization chamber by the introduction means so that the moisture concentration in the primary ionization chamber and the moisture concentration in the secondary ionization chamber are respectively substantially constant. And control means for controlling the amount of water vapor introduced into one or both of the secondary ionization chambers;
The gas analyzer according to claim 13 or 14, further comprising:
内部に検査対象物が収容される容器と、
請求項10乃至17のいずれかに記載のガス分析装置と、
を備え、
前記容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスを前記測定対象ガスとすることを特徴とする検査装置。 (Inspection equipment)
A container in which an object to be inspected is stored;
A gas analyzer according to any one of claims 10 to 17,
With
An inspection apparatus characterized in that a gas obtained on the downstream side of the container when the carrier gas is caused to flow through the container is the measurement target gas.
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