JP2007170985A - 化学物質モニタ装置および化学物質モニタ装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料供給部やイオン化部に吸着した物質のクリーニングが容易で、吸着した物質の影響に伴う測定対象物質の検出感度の低減を防ぎ、安定した測定が可能な化学物質モニタ装置を提供する。
【解決手段】試料に含まれる化学物質のイオンを生成するイオン化部５と、イオン化部に試料を供給する試料供給部４と、イオン化部５で生成されたイオンの質量分析を行う質量分析計６と、質量分析計６による質量分析の結果のデータに基づいてデータ処理を行うデータ処理部７と、データ処理部７によるデータ処理の結果を表示する表示部８と、試料供給部４およびイオン化部５の内部に吸着した吸着物質を脱離させる脱離ガスを、試料供給部４を介して添加する脱離ガス添加手段２，３とを備えたことを特徴とする化学物質モニタ装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学物質の分析結果を表示する化学物質モニタ装置とそのクリーニング方法に係り、特に、化学物質をイオン化して分析し、その分析結果を表示する化学物質モニタ装置とそのクリーニング方法に関する。

従来、気体や液体中の微量成分を高感度に検出するために、試料をイオン化して分析する装置が開発されてきた。例えば、試料をイオン化するイオン化部を備えた質量分析装置は、残留ガス分析、石油、香料、医薬品等の定性、定量分析および構造解析に使用されている。イオン化部を備えた質量分析装置の一例として、複数の試料ガスを切換導入する試料ガス導入系統と分析計とを組み合わせたガス分析装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、爆発物を用いたテロや犯罪が世界的に増加しており、爆発物探知技術の開発が急務とされている。イオン化部を備えた質量分析装置は、このような爆発物探知技術に応用されている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、図１０を参照して、従来のイオン化部を有する質量分析装置の一般的な構成を説明する。
図１０は、従来のイオン化部を有する質量分析装置の概略構成図である。図１０に示すように、従来の質量分析装置１００は、試料供給部（図示しない試料ガス導入配管やオーブンを含む）１０１、イオン化部１０２、質量分析計１０３、制御部１０４、吸入ポンプ１０５および計測処理用計算機１０６を含んで構成される。

図１０において、まず、試料供給部１０１に挿入された試料は、試料が気体でない場合にはオーブン等により気化される。次に、気体となった試料（試料ガス）は吸入ポンプ１０５によってイオン化部１０２に導かれ、イオン化される。生成されたイオンは、質量分析計１０３に導かれ、質量分析される。質量分析された結果のデータ（検出信号）は、計測処理用計算機１０６にて処理され、図示しない表示部に表示される。さらに、計測処理用計算機１０６は、質量分析の結果のデータに基づいて、試料の成分を同定したり、その濃度を算出したりする。また、制御部１０４は、操作装置を構成する各機能部のＯＮ／ＯＦＦの制御や温度／電圧／吸入圧力の設定、ステータスモニタ等を行う。

しかしながら、イオン化部１０２を有する質量分析装置１００を用いて、高濃度の測定対象物質や夾雑物質を含む試料ガスを測定した場合、試料ガスが試料供給部１０１やイオン化部１０２の内壁に吸着し、汚染してしまうという問題があった。試料供給部１０１やイオン化部１０２が汚染した場合、吸着された物質が長時間にわたって検出される。その結果、次の測定における測定対象物質のイオン化が阻害され、測定対象物質の検出感度が大きく低下してしまう。

そこで、特許文献１には、分析を行うガスの導入経路に設けられた分析弁を開いてパージ弁を閉じるとともに、他の導入経路の分析弁を閉じてパージ弁を開くことにより、所望のガスのみが分析弁を通って大気圧イオン化質量分析に導入される状態となる。また、他のガスについても、パージ弁から常時パージすることにより、配管からの吸脱着による高純度ガスの汚染を極力低減し、常に高純度の状態で分析装置に導入できると記載されている。

また、慣用技術として、化学物質モニタ装置の試料供給部やイオン化部に備えられたヒータを用いて、試料分析時よりも過剰に加熱するベーキング処理を行って、クリーニングする方法がある。例えば、試料供給部を１２０℃に加熱しながら試料ガスの測定を行った後には、試料供給部の温度を１８０℃に高めてベーキング処理が行われる。このような技術によれば、試料供給部やイオン化部の内壁に吸着した試料を脱離させることができる。
特開平１１−２９５２７０号公報（段落０００９、００１５） 特開２００１−０９３４６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、残留している試料ガスを除去することはできても、ひとたび試料供給部やイオン化部の内壁に試料ガスが吸着してしまうとクリーニングすることができなかった。

また、ベーキング処理によるクリーニング方法は、加熱工程および加熱工程後の自然冷却工程に時間がかかるという問題があった。例えば、化学物質モニタ装置を用いて、空港等の施設で爆発物探知を行う場合には、より短い時間で多くの検体を処理することが要求される。すなわち、化学物質モニタ装置の試料供給部やイオン化部が汚染されたときには、迅速なクリーニングを行い、迅速に次の測定が出来る状態にすることが重要である。

そこで、本発明の目的は、試料供給部やイオン化部の内壁に吸着した物質のクリーニングが容易で、吸着した物質の影響に伴う測定対象物質の検出感度の低減を防ぎ、安定した測定が可能な化学物質モニタ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、試料に含まれる化学物質のイオンを生成するイオン化部と、前記イオン化部に前記試料を供給する試料供給部と、前記イオン化部で生成されたイオンの質量分析を行う質量分析計と、前記質量分析計による質量分析の結果のデータに基づいてデータ処理を行うデータ処理部と、前記データ処理部によるデータ処理の結果を表示する表示部と、前記試料供給部および前記イオン化部の内部に吸着した吸着物質を脱離させる脱離ガスを、前記試料供給部を介して添加する脱離ガス添加手段とを備えたことを特徴とする化学物質モニタ装置である。
なお、他の発明に関しては、本明細書中で明らかにする。

本発明によれば、試料供給部やイオン化部の内壁に吸着した物質のクリーニングが容易で、吸着した物質の影響に伴う測定対象物質の検出感度の低減を防ぎ、安定した測定が可能な化学物質モニタ装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

<<第一の実施形態>>
まず、第一の実施形態を説明する。この第一の実施形態は、試料を気体の状態で採取して、化学物質モニタ装置に供する実施形態である。

なお、本実施形態において、試料（試料ガス）中に含まれる成分のうち、測定者が検出しようとする化学物質を「測定対象物質」といい、測定対象物質以外の化学物質を「夾雑物質」という。一般に、イオン化部を有する化学物質モニタ装置において、夾雑物質の存在は測定対象物質のイオン化の効率を低下させ、適切な測定を妨げる。

また、本実施形態では、化学物質モニタ装置の一例として、試料ガスを分析して爆発物を探知する爆発物探知装置の構成および機能の説明をする。

図１は、第一の実施形態の化学物質モニタ装置の概略構成図である。図１に示すように、化学物質モニタ装置１は、主に、脱離ガス発生器２、脱離ガス導入配管３、試料ガス導入配管４、イオン化部５、質量分析計６、データ処理部７および表示部８を備えて構成される。
なお、第一の実施形態においては、試料ガス導入配管４は試料供給部に対応する。

図１において、試料ガス導入配管４の一端である試料ガス導入口４ｂから挿入された試料ガスは、試料ガス導入配管４の内部を通過して、イオン化部５に送出される。イオン化部５は、試料ガスをイオン化し、質量分析計６に送出する。質量分析計６は、イオン化された試料ガスの質量分析を行う。

そして、脱離ガス発生器２と脱離ガス導入配管３は、試料ガス導入配管４およびイオン化部５の内壁に吸着した測定対象物質や夾雑物質（以下「吸着物質」という）のクリーニングを行うために設けられており、脱離ガスの添加手段として機能する。

データ処理部７は、質量分析の結果のデータ（検出信号）に基づいて、試料ガス成分の同定や濃度の算出等のデータ処理を行い、そのデータ処理結果を表示部８に表示させる解析処理部としての役割と、データ処理結果や、操作者の入力に応じて、化学物質モニタ装置１全体の動作を制御する機器制御部としての役割を含んでいる。なお、図１において、データ処理部７による制御対象を示す破線は、本実施形態で特徴的な構成要素に対してのみ図示しているが、これに限定されるものではない。

＜脱離ガス発生器＞
一般に、試料ガス中の測定対象物質や夾雑物質の濃度が高くなるに従って、試料ガス導入配管４やイオン化部５の内壁に吸着する可能性が高まる。そして、試料ガスが試料ガス導入配管４やイオン化部５の内壁に吸着すると、吸着物質は長時間にわたって検出され、次の測定に悪影響を及ぼすこととなる。具体的には、吸着物質は、次の測定時に新たな試料ガスの夾雑物質として振る舞い、測定対象物質のイオン化効率を低下させることによって、適切な測定を妨げる。

そこで、脱離ガス発生器２は、吸着物質を除去するために、試料ガス導入配管４やイオン化部５の内壁から吸着物質を脱離させる、脱離ガスを発生させる構成となっている。すなわち、脱離ガス発生器２が発生させる脱離ガスは、吸着物質（または、吸着物質が判別できない場合には、試料ガス導入配管４に導入した試料ガスの成分）に応じて適宜選択されることが好適である。

ここで、表１を参照して、吸着物質と脱離ガスとの関係の一例を説明する。表１は、爆発物の分類と、吸着した爆発物のクリーニングに好適な脱離ガスとの関係を示す表である。

表１に示すように、爆発物は塩と有機物に大別される。そして、塩は水に溶けやすく、有機物は有機溶媒に溶けやすいという傾向がある。従って、爆発物（吸着物質）が塩の場合には脱離ガスとして水蒸気を、また、爆発物が有機物である場合には脱離ガスとして有機溶媒ガスを、それぞれ添加すると、比較的短時間に爆発物を除去することができる。

図２は、脱離ガス発生器２の構成の一例を説明するための概略構成図である。図２に示すように、脱離ガス発生器２は、水収容タンク２１と、有機溶媒収容タンク２２と、攪拌器２３と、加熱器２４とを含んで構成される。水収容タンク２１は、攪拌器２３を経由して加熱器２４まで、配管２５ａ，２５ｃにより連通している。同様に、有機溶媒収容タンク２２は、攪拌器２３を経由して加熱器２４まで、配管２５ｂ，２５ｃを介して連通している。さらに、加熱器２４は、その下流で脱離ガス導入配管３と連通している。

水収容タンク２１および有機溶媒収容タンク２２には、それぞれ、液体の状態の水と有機溶媒とが収容される。このように、脱離ガスは、収容スペース、安全性、補充しやすさ等の点から、気体の状態ではなく液体の状態で脱離ガス発生器２にセットされ、使用時に適宜気化される。
水収容タンク２１から攪拌器２３に送出される水の送出量は、配管２５ａに備えられたバルブ２６ａによって調節することができる。同様に、有機溶媒収容タンク２２から攪拌器２３に送出される有機溶媒の送出量は、配管２５ｂに備えられたバルブ２６ｂによって調節することができる。バルブ２６ａ，２６ｂは、検出された吸着物質の成分や量に応じて、データ処理部７（図１参照）によって制御される。
また、水や有機溶媒を補充するために、水収容タンク２１および有機溶媒収容タンク２２は、タンク全体を交換可能なユニットとして構成してもよいし、あるいは、上方に開閉自在の蓋部を設け、適宜蓋部を開放して水や有機溶媒を補充する構成としてもよい。

攪拌器２３は、水収容タンク２１および有機溶媒収容タンク２２からそれぞれ注入された水および有機溶媒を攪拌して混合するためのものである。攪拌器２３は、例えば、攪拌翼、マグネチックスターラ、不活性ガスによるバブリング等により実現することができる。なお、前記したバルブ２６ａ，２６ｂの制御によって、攪拌器２３に水または有機溶媒のいずれかのみが注入された場合には、攪拌器２３で特に攪拌する必要はない。
そして、攪拌器２３で攪拌された溶液は、配管２５ｃを通って加熱器２４に送出される。

加熱器２４は、攪拌器２３から注入された溶液を加熱することによって、気化させるものである。加熱器２４は、例えば、ヒータやランプ等によって実現することができる。加熱温度は、少なくとも前記注入された溶液を気化させることができる温度であれば特に限定はしないが、検出された吸着物質の成分や量に応じて、データ処理部７（図１参照）によって制御する構成としてもよい。
なお、脱離ガスを気化させる加熱器２４は、必ずしも脱離ガス発生器２に備える必要はない。脱離ガスは、少なくともクリーニング対象である試料ガス導入配管４やイオン化部５（それぞれ図１参照）に到達するまでに気化されていれば充分であるので、加熱器２４を脱離ガス発生器２に備える代わりに、脱離ガス導入配管３に備える構成としてもよい。また、一般的な質量分析計の試料ガス導入配管４に備えられるベーキング用等のヒータを利用し、試料ガス導入配管４の内部で気化させる構成としてもよい。

＜脱離ガス導入配管＞
図１に示すように、脱離ガス導入配管３は、脱離ガス発生器２で発生した脱離ガスを試料ガス導入配管４に送出するための配管である。脱離ガス導入配管３の一端を脱離ガス発生器２に接続し、他端を試料ガス導入配管４に接続することによって、お互いを連通させている。このとき、脱離ガス導入配管３の前記他端を、試料ガス導入配管４のできるだけ上流（試料ガス導入口４ｂ側）に接続することによって、より広い範囲をクリーニングすることができる。
なお、試料ガス導入配管４への脱離ガスの送出量は、脱離ガス導入配管３に備えられたバルブ３ａによって調節することができる。バルブ３ａは、検出された吸着物質の成分や量に応じて、データ処理部７によって制御される。本実施形態のデータ処理部７は、後記するように、解析処理を行う部分と、機器制御を行う部分を含む。

＜試料ガス導入配管＞
試料ガス導入配管４は、試料ガスを導入し、導入した試料ガスをイオン化部５に送出するための配管である。
試料ガス導入配管４の一端である試料ガス導入口４ｂは、試料ガスが存在する容器や配管等に連通、あるいは、試料ガスが存在する場所に向けて開放されている。試料ガス導入口４ｂから試料ガスを導入する方法としては、例えば、測定対象物質を含むと思われる場所へガスを吹き付けて剥離させ、そのガスを試料ガスとして吸引したり、測定対象物質を含むと思われる場所の雰囲気ガスを吸引して導入する方法等がある。試料ガスの吸引は吸引ポンプ９により実現できる。

なお、このような試料ガスの導入方法を、爆発物探知装置としての化学物質モニタ装置ではなく、化学剤検出装置としての化学物質モニタ装置に適用する場合には、化学剤処理装置からの排気ガス、化学剤処理施設内の作業環境空気、処理施設の周辺空気を導入して分析することができる。

そして、試料ガス導入配管４の試料ガス導入口４ｂとは反対側の一端は、イオン化部５と接続しており、試料ガス導入配管４に導入された試料ガスは、イオン化部５に送出される。なお、試料ガス導入配管４には、試料ガス制御用のバルブ４ａが備えられ、イオン化部５への試料ガスの送出量を制御可能な構成となっている。

＜イオン化部＞
イオン化部５は、その下流に配設される質量分析計６に試料ガスのイオンを供給するために、試料ガスをイオン化するものである。

イオン化部５は、試料ガスをイオン化できればよく、従来公知のイオン源を利用することができる。例えば、イオン化部５は、大気圧化学イオン化法、化学イオン化法、電子衝撃イオン化法、プラズマによるイオン化法、グロー放電によるイオン化法等の原理に基づいて構成される。

ここでは、イオン化部５の一例として、コロナ放電を用いた大気圧化学イオン化法に基づいて構成されるイオン化部５の説明をする。
コロナ放電を用いた大気圧化学イオン化法については、特開２００１−０９３４６１号公報に記載の方法を参照することができる。すなわち、図１に示すように、イオン化部５を通る試料ガスは、吸引ポンプ９で吸引され、排気ライン１０を用いて排気する。排気ライン１０を流れるガスの流量は、マスフローコントローラ１０ａによって制御される。質量分析計６への試料ガスの流量は１〜３Ｌ／ｍｉｎ程度で充分であるので、余剰な流量は、バイパス管１１を用いて排気する。バイパス管１１を流れる試料ガスの流量は、マスフローコントローラ１１ａによって制御される。そして、吸引ポンプ９の下流には活性炭１２が備えられており、吸引ポンプ９を通過した排気ガスに爆発物や化学剤等の危険物が含まれていたとしても、活性炭１２に吸着されて安全に排気される。

また、クリーニング時には、マスフローコントローラ１０ａ、１１ａを制御することにより、試料ガス導入配管４のみのクリーニングと、試料ガス導入配管４からイオン化部５に至るクリーニングとを選択をすることができる。なお、バイパス管１１は、試料ガス導入配管４のイオン化部５に近い部分に接続されることで、試料ガス導入配管４の広い範囲をクリーニングすることができる。

イオン化部５における試料ガスのイオン化工程については、試料ガスを針電極（図示せず）近傍で生じたイオンが電界により進行する方向と逆向き、つまり針電極に向かうように流すと、試料ガスをイオン化する効率を高めることができる。針電極に向かう試料ガスの流れは、１０ｍＬ／ｍｉｎ以上であることが好適である。
そして、イオン化部５でイオン化された試料ガスのイオンは、質量分析計６に送出される。

＜質量分析計＞
質量分析計６は、電場や磁場条件の下でイオンの走行・挙動がそれぞれの質量／電荷数（ｍ／ｚ）に依存して一義的に決まることを利用して、イオンの質量分析を行うものである。具体的には、質量分析計６は、その内部でイオンを質量／電荷数（ｍ／ｚ）毎に分離して、それぞれのイオンの数に対応した値（イオン強度）を検出することによって質量分析を行う。質量分析計６は、イオンの質量分析を行うものであれば、どのような様式であってもよく、例えば、イオントラップ質量分析計に代表される四重極型、磁場型、飛行時間型、イオンサイクロトロン型等、従来公知の質量分析計を適用することができる。
そして、質量分析計６で質量分析された結果のデータ（検出信号）は、データ処理部７に出力される。

＜データ処理部＞
図３は、データ処理部７の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、データ処理部７は、化学物質データベース（ＤＢ）７１、マススペクトル生成部７２、化学物質同定部７３、閾値比較部７４および脱離ガス制御部７５を含んで構成される。
ここで、化学物質データベース（ＤＢ）７１、マススペクトル生成部７２および化学物質同定部７３は、データ処理部における解析処理部としての役割を果たすものである。閾値比較部７４および脱離ガス制御部７５は、データ処理部における機器制御部としての役割を果たすものであり、バルブ３ａ等の制御を行う。

なお、データ処理部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるメモリと、ハードディスク装置、その他機器制御用の電子回路基板等を含んで構成される。前記したデータ処理部７内の化学物質ＤＢ７１は、ハードディスク装置により実現することができる。データ処理部７内の各処理部７２〜７５は、ＣＰＵがメモリやハードディスク装置の記憶装置に格納されているプログラムを実行することによって実現することができる。

化学物質ＤＢ７１には、化学物質モニタ装置１の用途に応じて、測定対象物質と、その測定対象物質と共存する可能性がある夾雑物質のデータが格納されている。例えば、化学物質モニタ装置１が、爆発物探知に使用されるものであるならば、化学物質ＤＢ７１には、少なくとも、測定対象物質として各種爆発物のデータと、夾雑物質として爆発物の製造、保存、運搬等に混入されうる化学物質や、測定環境中に存在することが多い化学物質のデータが格納されている。化学物質毎に格納されているデータは、例えば、質量／電荷数（ｍ／ｚ）、イオン強度から濃度への変換率、分類（塩か有機物か）、クリーニングに好適な脱離ガスの添加条件（脱離ガスの成分（水蒸気と有機溶媒ガスとの混合比）・添加量・添加時間・添加温度等を含む）である。

マススペクトル生成部７２は、質量分析計６により検出された検出信号に基づいて、それぞれのイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）とイオン強度との関係をマススペクトルとして生成するものである。
そして、マススペクトル生成部７２により生成されたマススペクトルは、化学物質同定部７３に出力される。

化学物質同定部７３は、マススペクトルを参照して検出が確認されたイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）を抽出し、この質量電荷比（ｍ／ｚ）を化学物質ＤＢ７１に格納されている化学物質のデータと照合することによって、試料ガス中の成分や吸着物質を同定するものである。
すなわち、化学物質同定部７３によれば、通常の測定において試料ガスの成分分析を行うだけでなく、通常の測定終了後に引き続き検出される検出信号に基づいて吸着物質を同定し、そのイオン強度（または、換算された濃度でもよい）を経時的にモニタすることができる。
そして、化学物質同定部７３によって同定された化学物質およびそのイオン強度は、閾値比較部７４に出力される。

閾値比較部７４は、通常の測定終了後に検出された化学物質（吸着物質）のイオン強度と、あらかじめ設定されている所定の閾値とを比較するものである。
閾値比較部７４は、比較処理の結果、吸着物質のイオン強度が所定の閾値を超えていると判定した場合には、脱離ガス制御部７５に脱離ガスを添加する制御信号を出力する。このとき、閾値比較部７４は、化学物質ＤＢ７１を参照して、吸着物質のクリーニングに好適な添加条件で脱離ガスを添加させる制御を行うことができる。
一方、吸着物質のイオン強度が所定の閾値以下になったと判定した場合には、脱離ガス制御部７５に脱離ガスの添加を停止する制御信号を出力する。

脱離ガス制御部７５は、閾値比較部７４からの制御信号に従って脱離ガスの添加制御を行うものであって、脱離ガス発生器２のバルブ２６ａ，２６ｂおよび加熱器２４（それぞれ図２参照）、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａ（図１参照）の動作を制御する。

＜表示部＞
表示部８は、データ処理部７により生成されたデータ処理結果を表示するものであって、例えば、マススペクトルや、同定された試料ガス成分や、算出された濃度等が表示される。表示部８は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ等によって実現することができる。

（化学物質モニタ装置のクリーニング方法）
次に、図４を参照しつつ、適宜図１等を参照して、第一の実施形態の化学物質モニタ装置１をクリーニングする方法の一例を説明する。

図４は、化学物質モニタ装置１を用いて爆発物探知（通常の測定）を行った後に、化学物質モニタ装置１に吸着した爆発物（吸着物質）のクリーニング方法を説明するためのフローチャートである。

まず、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、マススペクトル生成部７２によって、通常の測定後に質量分析計６により検出された検出信号に基づいて、それぞれのイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）とイオン強度との関係をマススペクトルとして生成する（ステップＳ０１）。このステップＳ０１の処理は、一連のクリーニング処理が終了するまで、継続的に行われるものである。なお、前記したように、通常の測定後に引き続き検出される検出信号は、吸着物質に由来する信号である。

次に、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、化学物質同定部７３によって、マススペクトルを参照して検出が確認されたイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）を抽出し、この質量電荷比（ｍ／ｚ）を化学物質ＤＢ７１に格納されている化学物質のデータと照合することによって、吸着物質を同定する（ステップＳ０２）。なお、図４に示す例においては、吸着物質は、通常の測定において測定対象物質として検出された爆発物である。

そして、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、化学物質同定部７３によって、同定された吸着物質（爆発物）が塩か有機物であるか判定を行う（ステップＳ０３）。判定の結果、吸着物質が塩である場合には（ステップＳ０３で”塩”）、以降のステップにおいて、脱離ガス発生器に水蒸気を発生させる制御を行う。また、吸着物質が有機物である場合には（ステップＳ０３で”有機物”）、以降のステップにおいて、脱離ガス発生器３に有機溶媒ガスを発生させる制御を行う。また、吸着物質が複数であったり、判別不能であった場合には（ステップＳ０３で”判別不能”）、以降のステップにおいて、脱離ガス発生器３に水蒸気と有機溶媒ガスとの混合ガスを発生させる。
以下、ステップＳ０３で判定された吸着物質の分類毎に説明をする。

ステップＳ０３で“塩”と判定された場合、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、閾値比較部７４によって、検出された塩のイオン強度を、あらかじめ設定されている所定の閾値（塩用の閾値）と比較する（ステップＳ０４）。比較処理の結果、塩のイオン強度が所定の閾値以下ではないと判定された場合には（ステップＳ０４で”Ｎｏ”）、ステップＳ０３で選択された脱離ガス（水蒸気）を添加させる制御信号を脱離ガス制御部７５に出力する。このとき、閾値比較部７４は、化学物質ＤＢ７１を参照して、塩のクリーニングに好適な添加条件で水蒸気を添加させる制御を行うことができる。

そして、脱離ガスを添加させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ａおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、水蒸気を添加する（ステップＳ０５）。

その後、データ処理部７の処理は、ステップＳ０４に戻り、ステップＳ０４の比較処理の結果、塩のイオン強度が所定の閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ０４〜ステップＳ０５の処理が繰り返される。

そして、ステップＳ０４の比較処理の結果、塩のイオン強度が所定の閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ０４で”Ｙｅｓ”）、脱離ガス制御部７５に脱離ガスの添加を停止させる制御信号を出力する。

そして、脱離ガスの添加を停止させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ａおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、脱離ガスの添加を停止する（ステップＳ１０）。

以上の工程により、化学物質モニタ装置１のクリーニング方法におけるデータ処理部７の処理が終了し（エンド）、次の測定が可能になる。

また、ステップＳ０３で“有機物”と判定された場合、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、閾値比較部７４によって、検出された有機物のイオン強度を、あらかじめ設定されている所定の閾値（有機物用の閾値）と比較する（ステップＳ０６）。比較処理の結果、有機物のイオン強度が所定の閾値以下ではないと判定された場合には（ステップＳ０６で”Ｎｏ”）、ステップＳ０３で選択された脱離ガス（有機溶媒ガス)を添加させる制御信号を脱離ガス制御部７５に出力する。このとき、閾値比較部７４は、化学物質ＤＢ７１を参照して、有機物のクリーニングに好適な添加条件で有機溶媒ガスを添加させる制御を行うことができる。

そして、脱離ガスを添加させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ｂおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、有機溶媒ガスを添加する（ステップＳ０７）。

その後、データ処理部７の処理は、ステップＳ０６に戻り、ステップＳ０６の比較処理の結果、有機物のイオン強度が所定の閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ０６〜ステップＳ０７の処理が繰り返される。

そして、ステップＳ０６の比較処理の結果、有機物のイオン強度が所定の閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ０６で”Ｙｅｓ”）、脱離ガス制御部７５に脱離ガスの添加を停止させる制御信号を出力する。

そして、脱離ガスの添加を停止させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ｂおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、脱離ガスの添加を停止する（ステップＳ１０）。

以上の工程により、化学物質モニタ装置１のクリーニング方法におけるデータ処理部７の処理が終了し（エンド）、次の測定が可能になる。

また、ステップＳ０３で“判別不能”と判定された場合、化学物質モニタ装置１のデータ処理部７は、閾値比較部７４によって、検出されたイオン強度を、あらかじめ設定されている所定の閾値（判別不能用の閾値）と比較する（ステップＳ０８）。比較処理の結果、検出されたイオン強度が所定の閾値以下ではないと判定された場合には（ステップＳ０８で”Ｎｏ”）、ステップＳ０３で選択された脱離ガス（混合ガス)を添加させる制御信号を脱離ガス制御部７５に出力する。このとき、閾値比較部７４は、化学物質ＤＢ７１を参照して、“判別不能”の場合のクリーニングに好適な添加条件で混合ガスを添加させる制御を行うことができる。

そして、脱離ガスを添加させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ａ，２６ｂおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、混合ガスを添加する（ステップＳ０９）。

その後、データ処理部７の処理は、ステップＳ０８に戻り、ステップＳ０８の比較処理の結果、検出されたイオン強度が所定の閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ０８〜ステップＳ０９の処理が繰り返される。

そして、ステップＳ０８の比較処理の結果、検出されたイオン強度が所定の閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ０８で”Ｙｅｓ”）、脱離ガス制御部７５に脱離ガスの添加を停止させる制御信号を出力する。

そして、脱離ガスの添加を停止させる制御信号を受信した脱離ガス制御部７５は、脱離ガス発生器２のバルブ２６ａ，２６ｂおよび加熱器２４、ならびに、脱離ガス導入配管３のバルブ３ａの動作を制御することによって、脱離ガスの添加を停止する（ステップＳ１０）。

以上の工程により、化学物質モニタ装置１のクリーニング方法におけるデータ処理部７の処理が終了し（エンド）、次の測定が可能になる。

<<第二の実施形態>>
次に、第二の実施形態を図面を参照して説明する。この第二の実施形態は、試料をワイプ材で拭き取り、拭き取った試料をワイプ材とともに化学物質モニタ装置に供する実施形態である。
第二の実施形態は、第一の実施形態と比較して、試料ガス導入配管４（図１参照）の上流に、ワイプ材が挿入されて試料を気化させるオーブンを備えたことを特徴としている。従って、第二の実施形態の説明において、特にオーブンを含む試料ガス導入配管４の上流部分については詳細に説明するが、第一の実施形態と重複する説明は省略する。

図５は、第二の実施形態の化学物質モニタ装置の概略構成図である。図５に示すように、化学物質モニタ装置１は、主に、オーブン２０、脱離ガス発生器２、脱離ガス導入配管３、試料ガス導入配管４、イオン化部５、質量分析計６、データ処理部７および表示部８を含んで構成される。なお、第二の実施形態の化学物質モニタ装置１において、脱離ガス導入配管３およびバルブ３ａは必ずしも必須の構成要素ではなく、化学物質モニタ装置１の構成に応じて適宜設けられる。
なお、第二の実施形態においては、オーブン２０と試料ガス導入配管４とを組み合わせたものが、試料供給部に対応する。

図５において、ワイプ材Ｗで拭き取られた試料は、ワイプ材Ｗとともにオーブン２０に挿入され、オーブン２０で急速に加熱して気化された試料（試料ガス）は、試料ガス導入配管４の内部を通過して、イオン化部５に送出される。

そして、脱離ガス発生器２と脱離ガス導入配管３は、オーブン２０、試料ガス導入配管４およびイオン化部５の内壁に吸着した測定対象物質や夾雑物質（吸着物質）のクリーニングを行うために設けられており、具体的には、脱離ガスの添加手段である。第二の実施形態の化学物質モニタ装置１では、ワイプ材Ｗが挿入されるオーブン２０が最も汚れるので、脱離ガス発生器２からの脱離ガスはオーブン２０に添加する構成としている。このように、脱離ガス導入配管３の脱離ガス発生器側２とは反対の一端を、できるだけ試料ガスの流路の上流（第二の実施形態においてはオーブン２０）に接続することによって、より広い範囲で化学物質モニタ装置１をクリーニングすることができる。

＜オーブン＞
図６は、オーブン２０の詳細な構成を説明するための透過斜視図である。図６に示すように、オーブン２０は、ワイプ材Ｗを挿入するために出入自在に構成されたトレイ２０ａと、吸引ポンプ９（図５参照）による試料ガス導入配管４を介した排気（気化された試料の移送）にともなって、オーブン２０の内部に乾燥空気を流入させるキャリアガス流入管２０ｂと、試料を気化させるための図示しないヒータとを含んで構成されている。さらに、オーブン２０の内部には、脱離ガスを発生させるための脱離ガス発生器２が備えられている。つまり、オーブン２０は、脱離ガス発生器２を内蔵している。なお、前記したように、図５で図示した脱離ガス導入配管３等は、図６のようにオーブン２０の内部に脱離ガス発生器２が内蔵される構成の化学物質モニタ装置１においては、必ずしも必要としない。

<<その他>>
以上によれば、第一および第二の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
化学物質モニタ装置１に脱離ガス発生器２や脱離ガス導入配管３等の脱離ガス添加手段を設けたことにより、試料ガス導入配管４およびイオン化部５の内壁に吸着した吸着物質のクリーニングを迅速に行うことができる。

さらに、化学物質モニタ装置１に、吸着物質の成分や濃度を分析して、吸着物質が塩の場合には水蒸気ガスを、有機物の場合にはアルコールなどの有機溶媒ガスを添加するように制御するデータ処理部７を設けたことにより、クリーニング効率を向上させることができる。

また、第一の実施形態によれば、脱離ガス発生器２や脱離ガス導入配管３等の脱離ガス添加手段を試料ガス導入配管４のできるだけ上流部分に設置したことで、脱離ガスの流れを利用して広いクリーニング範囲を確保しつつ、製造コストを低減することができる。

また、第二の実施形態によれば、脱離ガス発生器２や脱離ガス導入配管３等の脱離ガス添加手段をオーブンに備えたことで、ワイプ材で拭き取った試料を気化して分析に供するような化学物質モニタ装置であっても、吸着物質のクリーニングを迅速に行うことができる。また、脱離ガス添加手段が設置されるオーブンは、一般に、試料ガス導入配管４の上流に接続されているため、脱離ガスの流れを利用して広いクリーニング範囲を確保しつつも製造コストを低減することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想のおよぶ範囲で様々の変更実施を行うことができる。

本実施形態においては、脱離ガス発生器２に水と有機溶媒をそれぞれセットし、適宜混合して使用したが、あらかじめ水と有機溶媒の混合溶液をセットしてもよい。例えば、常に水とエタノールの１：１混合溶液を気化させて使用する構成とした場合には、吸着物質が塩か有機物かを特に判別することなく、試料ガス導入配管やイオン化部のクリーニングを行うことができる。

また、本実施形態においては、データ処理部７は、質量分析計６から出力される検出信号に基づいてマススペクトルを生成し、マススペクトルで示されるイオン強度に基づいて脱離ガスの制御を行ったが、直接、質量分析計６から出力される検出信号に基づいて脱離ガスの制御を行ってもよい。

また、本実施形態においては、脱離ガス導入配管３を試料ガス導入配管４に接続する構成としたが、本発明の主な技術的思想は脱離ガスによって試料供給部およびイオン化部５をクリーニングするものであって、前記した構成に限定されるものではない。例えば、脱離ガス導入配管３を、イオン化部５に直接接続してもよいし、分岐させて試料ガス導入配管４およびイオン化部５の両方（オーブン２０がある場合にはオーブン２０も含む）に接続する構成としてもよい。

また、本実施形態（特に第二の実施形態）においては、脱離ガス発生器２や脱離ガス導入配管３等の脱離ガス添加手段をオーブン２０に備え、脱離ガス発生器に収容された液体の状態の水や有機溶媒を適宜気化させて添加する構成としていたが、本発明は前記した構成に限定されるものではない。例えば、オーブン２０の内部にあえて脱離ガス発生器２を設けなくとも、水や有機溶媒を含ませた清浄なワイプ材Ｗをオーブンに投入して加熱し、脱離ガスをワイプ材Ｗから発生させてクリーニングを行うこととしてもよい。このような方法で化学物質モニタ装置のクリーニングを行う場合には、図２で示したような脱離ガス発生器２や脱離ガス導入配管３等の脱離ガス添加手段の代わりに、水や有機溶媒を含ませた清浄なワイプ材Ｗをオーブンに投入する手段を設ければよく、製造コストを低減させることができる。

次に、本発明のより具体的な例を実施例によって説明する。そして、特に、クリーニング方法を行った実施例の効果について、クリーニング方法を行わない比較例の効果と比較して、具体的に説明する。

[実施例]
図７は、実施例で用いた化学物質モニタ装置の構成を示す概略構成図である。
実施例では、このような装置構成において、まず、通常の測定における測定対象物質として高濃度の硝酸アンモニウムを添加し、その後、吸着物質として引き続き検出される硝酸アンモニウムの減衰プロフィールを観察している。

図７に示すように、実施例で用いた化学物質モニタ装置１は、主に、セプタム１３ａを有するインジェクタ部１３、試料ガス導入配管４、イオン化部５、質量分析計６、データ処理部７および表示部８を含んで構成される。
イオン化部５では、大気圧化学イオン化法を用い、質量分析計６として、イオントラップ型質量分析計を使用した。なお、質量分析計６では、硝酸アンモニウムを負イオン化モードで測定した。

ここで、実施例の測定手順を説明する。
まず、図７において、インジェクタ部１３の上部にあるセプタム１３ａからマイクロシリンジ１５を刺し込み、高濃度の硝酸アンモニウム水溶液（１００μｇ）を注入する。この注入された硝酸アンモニウム水溶液は、インジェクタ部１３（約１２０°Ｃに加熱されている）で気化される。

硝酸アンモニウムの蒸気は、乾燥空気（流量は、マスフローコントローラ１４により１．０Ｌ／ｍｉｎに制御されている）により試料ガス導入配管４に送出される。硝酸アンモニウムの蒸気は、イオン化部５でイオン化され、質量分析計６で質量分析される。

試料ガス導入配管４およびイオン化部５に吸着した硝酸アンモニウムのクリーニングは以下の手順で行った。
まず、インジェクタ部１３の上部にあるセプタム１３ａからマイクロシリンジ１５を刺し込み、純水を注入する。この純水は、インジェクタ部１３で気化されて水蒸気となる。そして、水を５０μＬずつパルス状に注入して配管内で気化させ、水蒸気を脱離ガスとして添加した。

[比較例]
比較例は、前記した実施例で用いた化学物質モニタ装置１と同じ装置を使用した。そして、比較例は、実施例と同一の方法で高濃度の硝酸アンモニウム水溶液の蒸気の質量分析を行ったが、質量分析の後に水蒸気によるクリーニング（純水を注入する工程）を行わなかった点で実施例と異なる。

[結果]
図８は、比較例において、硝酸アンモニウムに起因するイオンの検出信号（イオン強度）を経時的にモニタした図である。図８において、横軸は時間、縦軸は硝酸アンモニウムに起因する信号の強度である。図８に示すように、硝酸アンモニウム水溶液を注入して試料ガス導入配管４内で気化させると、試料ガス導入配管４およびイオン化部５に硝酸アンモニウムが吸着し、注入から１時間経過した後も硝酸アンモニウムが強く検出された。このように、試料が吸着している間は次の測定を行うことはできない。

図９は、実施例において、硝酸アンモニウムに起因するイオンの検出信号（イオン強度）を経時的にモニタした図である。図９において、横軸は時間、縦軸は硝酸アンモニウムに起因する信号の強度である。図９に示すように、硝酸アンモニウム水溶液を注入して気化させると、試料ガス導入配管４およびイオン化部５に硝酸アンモニウムが吸着し、硝酸アンモニウムが強く検出された。そこで、水を５０μＬずつ注入して配管内で気化させ、水蒸気を脱離ガスとして添加すると、十数回の注入で硝酸アンモニウムに由来する信号が減少した。その結果、水蒸気注入開始（図９において、約５minute）から、正味わずか約２０分（図９において、約２５minute）で次の測定が可能となった。

本実施例の結果によれば、本発明の化学物質モニタ装置のクリーニング方法で吸着物質を効果的に除去することができることが示された。
なお、本実施例において添加した硝酸アンモニウムの濃度は、実施例と比較例との差を明確に示すために設定したものであって、通常、化学物質モニタ装置で測定する試料ガスの濃度に比べて著しく濃度が高い。従って、本発明の化学物質モニタ装置のクリーニング方法を用いて、通常扱われる試料ガスを除去する場合には、さらに早い時間でクリーニングを完了できることは言うまでもない。具体的には、本実施例ではパルス状に水蒸気を注入して約２０分でクリーニングを完了したが、通常扱われる試料ガスの濃度では数分でクリーニングを完了することができる。

第一の実施形態の化学物質モニタ装置の概略構成図である。 脱離ガス発生器の構成の一例を説明するための概略構成図である。 データ処理部の機能構成を示すブロック図である。 化学物質モニタ装置を用いて爆発物探知（通常の測定）を行った後に、化学物質モニタ装置に吸着した爆発物のクリーニング方法を説明するためのフローチャートである。 第二の実施形態の化学物質モニタ装置の概略構成図である。 オーブンの詳細な構成を説明するための透過斜視図である。 実施例で用いた化学物質モニタ装置の構成を示す概略構成図である。 比較例において、硝酸アンモニウムに起因するイオンの検出信号（イオン強度）を経時的にモニタした図である。 実施例において、硝酸アンモニウムに起因するイオンの検出信号（イオン強度）を経時的にモニタした図である。 従来のイオン化部を有する質量分析装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 化学物質モニタ装置
２ 脱離ガス発生器（脱離ガス添加手段）
３ 脱離ガス導入配管（脱離ガス添加手段）
３ａ，４ａ，２６ａ，２６ｂ バルブ
４ 試料ガス導入配管（試料供給部）
４ｂ 試料ガス導入口
５ イオン化部
６ 質量分析計
７ データ処理部
８ 表示部
９ 吸引ポンプ
１０ 排気管
１０ａ、１１ａ マスフローコントローラ
１１ バイパス管
１２ フィルタ
２０ オーブン（試料供給部）
７１ 化学物質ＤＢ
７２ マススペクトル生成部
７３ 化学物質同定部
７４ 閾値比較部
７５ 脱離ガス制御部
Ｗ ワイプ材

Claims (15)

1. 試料に含まれる化学物質のイオンを生成するイオン化部と、
   前記イオン化部に前記試料を供給する試料供給部と、
   前記イオン化部で生成されたイオンの質量分析を行う質量分析計と、
   前記質量分析計による質量分析の結果のデータに基づいてデータ処理を行うデータ処理部と、
   前記データ処理部によるデータ処理の結果を表示する表示部と、
   前記試料供給部および前記イオン化部の内部に吸着した吸着物質を脱離させる脱離ガスを、前記試料供給部を介して添加する脱離ガス添加手段とを備えたことを特徴とする化学物質モニタ装置。
2. 前記試料供給部は、前記試料を一端側から導入して他端側に接続されたイオン化部に供給する試料導入配管を含んで構成され、
   前記脱離ガス添加手段は、前記試料導入配管を介して前記脱離ガスを添加するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の化学物質モニタ装置。
3. 前記試料供給部は、前記試料を気化させるオーブンと、一端側を前記オーブンに他端側を前記イオン化部に接続されて前記気化された試料を前記一端側から導入して前記他端側のイオン化部に供給する試料導入配管とを含んで構成され、
   前記脱離ガス添加手段は、前記オーブンを介して前記脱離ガスを添加するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の化学物質モニタ装置。
4. 前記脱離ガス添加手段は、前記脱離ガスを発生させる脱離ガス発生器を備えることを特徴とする請求項２に記載の化学物質モニタ装置。
5. 前記脱離ガス添加手段は、前記脱離ガスを発生させる脱離ガス発生器を備え、
   前記脱離ガス添加手段は、前記オーブンに内蔵されたことを特徴とする請求項３に記載の化学物質モニタ装置。
6. 前記脱離ガス添加手段は、前記脱離ガスの添加量を調節する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の化学物質モニタ装置。
7. 前記データ処理部によるデータ処理の結果に基づいて、前記脱離ガスの添加条件を制御することを特徴とする請求項６に記載の化学物質モニタ装置。
8. 前記脱離ガスの添加条件は、前記脱離ガスの組成を含むことを特徴とする請求項７に記載の化学物質モニタ装置。
9. 前記データ処理部によるデータ処理の結果に基づいて前記吸着物質の分類を判定し、前記吸着物質の分類が塩であると判定した場合には、前記脱離ガスとして水蒸気を添加する制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の化学物質モニタ装置。
10. 前記データ処理部によるデータ処理の結果に基づいて前記吸着物質の分類を判定し、前記吸着物質の分類が有機物であると判定した場合には、前記脱離ガスとして有機溶媒ガスを添加する制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の化学物質モニタ装置。
11. 前記一端側は、化学剤処理装置の排気管に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の化学物質モニタ装置。
12. 前記一端側は、化学剤の検出または化学剤の分解処理を行う化学剤処理室の内部に向けて開放されていることを特徴とする請求項２に記載の化学物質モニタ装置。
13. 前記一端側は、屋外の大気中に向けて開放されていることを特徴とする請求項２に記載の化学物質モニタ装置。
14. 試料に含まれる化学物質のイオンを生成するイオン化部と、
    前記イオン化部に前記試料を供給する試料供給部と、
    前記イオン化部で生成されたイオンの質量分析を行う質量分析計と、
    前記質量分析計による質量分析の結果のデータに基づいてデータ処理を行うデータ処理部と、
    前記データ処理部によるデータ処理の結果を表示する表示部と、
    前記試料供給部および前記イオン化部の内部に吸着した吸着物質を脱離させる脱離ガスを、前記試料供給部を介して添加する脱離ガス添加手段とを備えた化学物質モニタ装置のクリーニング方法であって、
    前記化学物質モニタ装置は、
    前記吸着物質を同定するステップと、
    同定された前記吸着物質の分類を判定し、前記吸着物質が塩であると判定した場合には脱離ガスとして水蒸気を選択し、前記吸着物質が有機物であると判定した場合には脱離ガスとして有機溶媒ガスを選択するステップと、
    選択された前記脱離ガスを前記試料供給部に添加させる制御を行うステップとを含むことを特徴とする化学物質モニタ装置のクリーニング方法。
15. 前記化学物質モニタ装置は、さらに、
    前記吸着物質の濃度に対応する値を所定の閾値と比較し、前記吸着物質の濃度に対応する値が前記所定の閾値以下になるまで、前記選択された前記脱離ガスを前記試料供給部に添加させる制御を行うステップを繰り返すことを特徴とする請求項１４に記載の化学物質モニタ装置のクリーニング方法。

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