JP2009541733A

JP2009541733A - 検出装置および方法

Info

Publication number: JP2009541733A
Application number: JP2009515952A
Authority: JP
Inventors: アングスムンロ，ウィリアム
Original assignee: スミスズディテクション−ワトフォードリミテッド
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-11-26
Also published as: KR20090037434A; CA2656653A1; GB0612265D0; EP2038644A1; US20090206246A1; CN101473222A; WO2007148084A1

Abstract

ＩＭＳ検出器（１、１００）または同様の物を含む検出装置は、それによって試料ガスが検出器に供給されるガス流路配置（４０、４１、１０２）を持つガス注入口（１０）を有する。１つの配置では、ガス流路配置の２つの領域（４０および４１）は、並列に接続される。興味のある化学物質が検出器（１）に到達するのにかかる時間が、２つのコイルに沿って異なり、それによって異なる時間に検出器内に応答を与えるように、その領域は、異なる吸収特性の材料で内部を被覆されたそれぞれＧＣ毛細管類コイル（４０）および（４１）によって提供される。別法として、ガス流路の２つの領域は、交互に直列に配置される領域（１０４および１０６）によって提供されてもよい。

Description

本発明は、ガス注入口を有し、その注入口に供給されるガス中のある種の化学物質の存在を検出するように配置される検出ユニットを含む種類の検出装置に関する。その注入口は、それに沿ってガスが検出ユニットに供給されるガス流路配置と接続される。

イオン移動度分光計(ion mobility spectrometer)は、空気中の有害物質の存在を検出し、その性質を示すために普通使用される。ＩＭＳは、広範囲の有害物質に対して有効に働くが、ある種の物質を確実には検出することができない。化学物質検出器の他の形態も、同様の問題を有する。

代替検出装置および方法を提供することが、本発明の目的である。

本発明の一態様によると、検出ユニットが、２つの異なる領域を介してユニットに入るガスに対して異なる応答を提供するように、ガス流路配置は、それぞれの経路に沿って流れるガスに異なる影響を及ぼすように配置される２つの領域を有することを特徴とする、上で特定される種類の検出装置が提供される。

２つの領域は、２つのガス流路内で並列に、または共通ガス流路に沿って交互に直列に配置されてもよい。ガス内のその化学物質の存在が、２つの経路に沿って供給されるガスに対する検出ユニットの応答間の差によって示されるように、２つの領域は、ガス内のある種の化学物質を異なる程度に吸収するように配置されてもよい。２つの領域は好ましくは、異なる吸収特性を持つ材料を含み、ＧＣ固定相、ポリマーおよびシラン化処理（silanized treatment）から選択されてもよい。ガス流路は、ガスクロマトグラフィー毛細管類によって提供されてもよく、材料は、管類の内側を被覆することによって提供されてもよい。毛細管類は好ましくは、コイルで配置される。応答の差は、化学物質が２つの領域に沿って通過するのにかかる時間の差に起因してもよい。検出ユニットは、イオン移動度分光計を含んでもよい。

本発明の別の態様によると、試料ガスをガス流路配置に沿って検出ユニットのガス注入口に供給するステップを含む、試料ガス中のある種の化学物質の存在を検出する方法であって、ガス流路配置は、ある種の化学物質に異なる影響を及ぼす２つの領域を有し、出力は、検出ユニットに供給されるガスに応答して提供されることを特徴とする、方法が提供される。

２つの領域は、２つのガス流路内で並列に、または共通ガス流路に沿って交互に直列に配置されてもよい。

本発明によるイオン移動度分光計装置およびその操作方法が、添付の図面を参照して、一例として次に述べられるであろう。

装置の概略横断面の側面図である。代替装置の概略図である。図２の装置の応答を例示するグラフである。

最初に図１を参照すると、装置は、それによって試料ガスが検出および識別のためにユニット内部に供給される注入口１０を有する従来のイオン移動度分光計ユニット１の形態で検出ユニットを含む。注入口１０は、ユニット１の左側端部において、コロナ放電針１２または試料ガス内の物質をイオン化するための他の配置を含むイオン化領域１１内に開口する。電気シャッター１３は、シャッターから遠く離れたその遠端にコレクタ板１５を有するドリフト室（drift chamber）１４からイオン化領域１１を分離する。シャッター１３によって許容されたイオン種に左から右へコレクタ板１５の方へ移動させるためにドリフト室に沿って電場を構築できるように、ドリフト室１４に沿って一定の間隔に置かれた電極１６は、電圧源１７に接続される。ポンプ１８および分子ふるい１９は、ユニット１の左側端部の方の注入口２１からユニットの右側端部の方の排出口２２まで延びるガス流路２０内に接続される。清浄で乾燥したガスは、経路２０を介してドリフト室１４に沿って右から左へ、イオン流に対抗して、通常の方法で流れる。コレクタ板１５はプロセッサ３０に接続され、それはまた、シャッター１３を制御するためにも接続される。プロセッサ３０は、イオンまたはイオン群がコレクタ板１５に衝突するときに生成される電荷を検出し、飛行時間を計算する。この情報から、多くのイオン種の性質を識別でき、表示部３１などの手段を利用するために出力を提供できる。

注入口１０が、それによってガス検体材料がＩＭＳユニット１に供給される２つの異なるガス流路４０および４１によって提供されるガス流路配置と接続するという点において、装置は、従来のＩＭＳ装置と異なる。２つの経路４０および４１は、さもなければＩＭＳユニットが識別することが困難であろう所定の化学物質に、異なる影響を及ぼすように配置される。特に、２つのガス流路は、ガスクロマトグラフィー毛細管類の２つのコイルによって提供される。各コイル４０および４１は、異なる物質で内部を被覆される。たとえば、コイル４０は、ＧＣ固定相またはポリマーで被覆されてもよく、それは検体Ａの比較的吸着性がある。もう１つのコイル４１は、シラン化処理または異なる固定相などのより少ない吸着性の材料で被覆される。したがって、化学物質検体Ａまたはこの化学物質の他の化学物質との混合物を含むガスが、異なる時間に２つのコイル４０および４１の下流側端部から出てくるであろうことがわかる。各コイル４０および４１の開口端は、両方が同じガスの試料を受け取るように、お互いに隣接して設置される。コイル４０での化学物質検体の吸収はまた、より少ない吸着性のコイルと比較して、コイルに沿っての化学物質の通過を遅らせる効果も有するであろう。２つの異なる経路４０および４１を介してそれに供給されるガスに対するＩＭＳ１の応答は、混合物中の選択された化学物質検体の存在を識別するために様々な異なる方法で使用できる。たとえば、２つの経路からの応答間の時間差が測定されてもよい。２つの経路からの応答の時間幅およびこれらの応答の比が測定されてもよい。このようにして検体材料を識別できる。

上述の配置は、２つのコイル４０および４１によって構成されるそれぞれ並列の流路によって提供される２つの異なる領域を持つガス流路配置を使用する。しかしながら、ガス流路配置は、図２で示されるような直列の構成を有してもよい。この配置では、簡単な検出器１００が使用され、それは、数字１０２によって全体的に示されるガス流路配置に接続されるガス注入口１０１、１０１’を有する。ガス流路配置１０２は、第１の試料ループ１０３、第１相（Phase 1）吸収剤を含む管１０４、第２の試料ループ１０５および異なる第２相（Phase 2）吸収剤を含む第２の管１０６の直列配置を持つ単一経路によって提供される。第２の管１０６の出力端部は、検出器１００の入力に接続される。試料ガスは、第１の試料ループ１０３の注入口１０１におよび第２の試料ループ１０５の注入口端部１０１’に直接に両方とも供給される。もしガスが、検出されるべき検体を含まないならば、２つの管１０４および１０６ならびにそれぞれの試料ループ１０３および１０５は、ガス内の化学物質に対して同じ時間遅延を導入するであろう。検出器１００がガス内の化学物質に応答すると仮定すると、それは、図３で示されるように、お互いに時間的に分離された２つの出力応答を生成するであろう。１つの応答、即ち時間ｔ_１の第１の応答は、第２のループ１０５へ直接入ることを許されたガスに起因するであろうし、時間ｔ_２の第２の応答は、第１の試料ループ１０３へ入ることを許されたガスに起因するであろうし、それは、第１の試料ループおよび管１０４によって、次いで第２の試料ループ１０５および管１０６によって両方で遅延され、それは、第１のループおよび管と同じ遅延を導入する（どちらの管による吸着もないと仮定すると）ことが分かる。したがって、この状況では、
２ｔ_１＝ｔ_２
であることがわかり、ただし、ｔ_１は、第２のループおよび管によって導入される時間遅延であり、ｔ_２は、両方の管およびループによって導入される全時間遅延である。

しかしながら、もし検出器システムに供給されるガスが、選択された検体を含むならば、これは、第２の管１０６の通過によるよりも、第１の管１０４の通過による方がより大きな程度まで遅延されるであろう。したがって、この状況では下記が当てはまる、即ち、
２ｔ_１≠ｔ_２
である。特に、
２ｔ_１＜ｔ_２
である。したがって、応答間の時間を測定することによって、試料ガスが検体を含むか否かを決定することができる。

本発明は、イオン移動度分光計と一緒の使用に適しているが、それは、検出されている検体に応答する任意の他の形態の検出器と一緒に使用されてもよい。検出器はスペクトル型である必要はなく、非スペクトル検出器であってもよい。検出器は、簡単なファラデー板およびイオン源配置であってもよい。本発明はまた、ＬＣなどの液相分離を含む装置で使用されてもよい。

１イオン移動度分光計ユニット
１０注入口
２０ガス流路
２１注入口
２２排出口
４０ガス流路
４１ガス流路
１００検出器
１０４第１相吸収剤を含む管
１０６第２相吸収剤を含む管

Claims

ガス注入口（１０）を有し、前記注入口に供給されるガス中のある種の化学物質の存在を検出するように配置される検出ユニット（１、１００）を含み、前記注入口（１０）は、それに沿ってガスが前記検出ユニットに供給されるガス流路配置（４０、４１、１０２）と接続される、検出装置であって、
前記検出ユニット（１、１００）が、２つの異なる領域（４０および４１、１０４および１０６）を介して前記ユニットに入るガスに対して異なる応答を提供するように、前記ガス流路配置（４０、４１、１０２）が、それぞれの経路に沿って流れるガスに異なる影響を及ぼすように配置される前記２つの異なる領域を有することを特徴とする、検出装置。
前記２つの領域（４０および４１）は、２つのガス流路内で並列に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
前記２つの領域（１０４および１０６）は、共通ガス流路（１０２）に沿って交互に直列に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
前記ガス内のある種の化学物質の存在が、前記２つの経路（４０および４１、１０４および１０６）に沿って供給される前記ガスに対する前記検出ユニット（１、１００）の応答間の差によって示されるように、前記２つの領域（４０および４１、１０４および１０６）は、前記ガス内のその化学物質を異なる程度に吸収するように配置されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の検出装置。
前記２つの領域（４０および４１、１０４および１０６）は、異なる吸収特性を持つ２つの材料を含むことを特徴とする、請求項４に記載の検出装置。
前記材料は、ＧＣ固定相、ポリマーおよびシラン化処理から選択されることを特徴とする、請求項５に記載の検出装置。
前記ガス流路は、ガスクロマトグラフィー毛細管類（４０および４１）によって提供されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の検出装置。
前記材料は、前記管類（４０および４１）の内側に被覆することによって提供されることを特徴とする、請求項７および５に記載の検出装置。
前記毛細管類（４０および４１）は、コイルで配置されることを特徴とする、請求項７または８に記載の検出装置。
前記応答の差は、前記化学物質が前記２つの領域（４０および４１、１０４および１０６）に沿って通過するのにかかる時間の差に起因することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の検出装置。
前記検出ユニットは、イオン移動度分光計（１）を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の検出装置。
試料ガスをガス流路配置（４０、４１、１０２）に沿って検出ユニット（１、１００）のガス注入口（１０）に供給するステップを含む、前記試料ガス中のある種の化学物質の存在を検出する方法であって、前記ガス流路配置は、前記ある種の化学物質に異なる影響を及ぼす２つの領域（４０および４１、１０４および１０６）を有し、出力は、前記検出ユニット（１、１００）に供給される前記ガスに応答して提供されることを特徴とする、方法。
前記２つの領域（４０および４１）は、２つのガス流路内で並列に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
前記２つの領域（１０４および１０６）は、共通のガス流路に沿って交互に直列に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。