JP2010513895A - 測定装置のためのガスの前段濃縮装置 - Google Patents

Abstract

ＩＭＳ装置は、インレット７に前段濃縮器９を有する。ハウジング１の内側に結合された圧力パルス発生器８は、ハウジングに小さい交番の正負圧力のパルスを供給し、空気をインレット７へ、およびインレット７から、脈動して流す。これにより、試料が、前段濃縮器９により吸着され、イオン化され検出されるのに十分な試料は流れることができない。前段濃縮器９で検出可能な試料の量を集めるのに必要な時間の後、装置は、脱離フェーズに切り替える。前段濃縮器９が、試料を脱離するために加熱され、圧力パルス発生器８が、イオン化と検出のために反応領域に、解放された試料の十分な量を流すため大きな負のパルスを生成する。

Description

本発明は、インレットと、インレットに隣接して配置されている前段濃縮装置に関する。

イオン移動度分光計やIMS装置は、しばしば火薬、薬、火ぶくれや神経剤などのような物質を検出するために使用される。ＩＭＳ装置は、対象となる物質あるいは検体を含む空気のサンプルが、連続的にガスまたは蒸気として供給されている検出セルを備える。検出セルは、大気圧で、あるいは、大気圧の近くで動作し、セルに沿って電圧勾配を形成するように活性化されている電極を有する。空気のサンプル内の分子が、放射線、紫外線あるいはコロナ放電のような手段でイオン化され、一端部で静電ゲートにより、セルのドリフト領域に集められる。イオン化された分子は、セルのもう一方の端部に、イオン移動度による速度で、流される。セルに沿った飛翔時間を測定することにより、イオンを識別することが可能となる。従来のＩＭＳ装置においては、クリーンな乾燥ガスが、連続的に反応またはイオン化領域を通り流れる。この配置は、連続サンプリングと短い回復時間を可能にする。サンプルガスの小さい集中部分に、サンプル試料があるだけの場合、比較的低い信号雑音比となり、信頼性の高い検出は、この非常に困難となる。試料の増加された濃度を有するサンプルの塊を生成するために、インレットに前段濃縮器を使用することが知られている。前段濃縮器は、吸着フェーズの間に、前段濃縮器に供給されたガス内の試料物質が結合する吸着材料を有している。前段濃縮器は、試料物質が、試料の増加された濃度を有するガスの塊として脱離されるように、加熱される。他の形式の検出装置も、前段濃縮器を使用する。前段濃縮器は、他の用途においても、物質の濃度を上げるために使用することができる。

本発明の目的は、交流検出装置、前段濃縮器およびその方法を提供することである。

本発明の一つの特徴によると、吸収フェーズの間では、前段濃縮器を横切る試料ガスあるいは試料蒸気の交流の流れを生成し、検出器内へのガスあるいは蒸気の流れを少なくし、あるいは、停止し、それで、資料の対象物質が前段濃縮器により吸着され、また、装置は、脱離フェーズの間では、前段濃縮器が交流の流れを中断し、検出器内にガスあるいは蒸気の流れを生成し、脱離された資料の物質が、検出器内に搬送される。

この装置は、交流の流れをもたらすよう、装置の内部と連結された圧力パルス発生器を備える。この装置は、前段濃縮器により脱離するように、加熱装置を備えてもよい。この装置は、ＩＭＳ装置で構成されてもよく、資料ガスあるいは資料蒸気が、脱離フェーズの間に、装置の反応領域内で十分にイオン化されるように制御される。前段濃縮器は、装置の内部に開口する流路内に設けられる。

本発明の他の特徴によると、物質を吸着、脱離するよう設けられた前段濃縮器を提供し、吸着フェーズの間は、流路内および前段濃縮器の上を流れるガスあるいは蒸気の交流の流れを提供し、それにより物質が前段濃縮器により吸着され、流路に沿ったガスあるいは蒸気の流れは事実上停止され、脱離フェーズの間は、吸着された物質を脱離し、流路に沿ったガスあるいは蒸気の流れを供給するように前段濃縮器を動作させ、脱離された物質が、流路に沿って、ガスあるいは蒸気と共に搬送される。

本発明の更なる特徴は、物質を吸着、脱離する前段濃縮器が設けられ、ガス流路と、ガス流路内の吸着材料とを備え、吸着フェーズの間、前段濃縮器の上およびガス流路に沿ったガスあるいは蒸気の交流の流れを提供するための装置を備え、物質が、前段濃縮器により吸着され、流路に沿ったガスあるいは蒸気の流れが、事実上ゼロであり、前段濃縮器が、脱離フェーズの間、吸着された物質を脱離するようにし、ガス流路に沿ってガスあるいは蒸気の流れを供給するよう、装置が構成され、脱離された物質が、ガス流路に沿ってガスあるいは蒸気と共に搬送される。

交流のガスの流れを提供する装置が、圧力パルス発生器を備える。

吸着フェーズの間における装置を示す概略図である。 脱離フェーズの間における装置を示す概略図である。

はじめに、図１を参照して、本装置は、右端部側の溜まり、あるいは、分析領域２と、反対の左端部側の反応あるいはイオン化領域３を有する一般に筒状のハウジング１を備えるイオン移動度分光測定器（ＩＭＳ）の構成からなる。

インレット管路４は、その一端５で大気に、あるいは、サンプリングされ、分析されるガスあるいは蒸気の源に開口している。大気あるいはガスは、管路の反対側の端部で結合されているポンプ６により、その管路４を通り引き込まれる。管路４に沿ったいくつかの個所で、毛管流路あるいはピンホール７が、管路４と反応領域３の内部との間を連通している。対象の分子が、管路から反応領域へのガスの流れに沿って通る。装置のインレットは、前段濃縮器を有する。これは、インレット流路７の皮膜９として、あるいは、インレット流路７に隣接するインレット管路４に取り付けられた分離装置９´として、与えられる。拡声器と同様に、圧力パルス発生器８は、米国特許ＵＳ６、０７３、４９８に記述さているように、ハウジング１に接続されている。圧力パルス発生器８は、以下に詳細に記述されているように操作される。

反応領域３は、高いポテンシャルで、コロナ放電点１０のような、資料物質の分子をイオン化するいくつかの手段を備えている。反応領域３と溜まり領域２は、共に、大気圧あるいは大気圧をすこし小さい。反応領域３と溜まり領域２は、ブラッドベリー・ニールセンゲート１１のような従来の静電気シャッターにより、互いに分離されており、それにより、溜まり領域へのイオンの流れが、制御される。溜まり領域２は、反対の側に、溜まり領域の長さに沿って互いに間を開けた一対の電極１２の列を有している。電源１３は、一対の電極１２のそれぞれに電圧を与え、溜まり領域２の長さ方向に沿って右に向かって大きくなり、ゲート１１により流されたイオンが、電圧勾配に従い、溜まり領域の長さに沿って、イオンが引っ張られる。遠い側、溜まり領域２の右側の取り付けられたコレクタ板１４は、溜まり領域に沿って流れたイオンを収集する。イオンがコレクタ板１４に衝突するとき、それぞれのイオンにより生成されたチャージが、処理ユニット１５に電気信号として供給される。処理ユニット１５は、検出された異なるイオンの移動度のスペクトル表現を生成するために、信号を解析し、これらを、ディスプレーあるいは他の利用手段１６に供給する。

従来のＩＭＳ装置において、ガス流システム２０は、きれいなドライ空気の流れを、ハウジング１の内側に沿って、イオンの流れに抗し、供給する。ガス流システム２０は、ポンプ２１と、その入口、出口側に、分子ふるいフィルタ２２、２３を有する。入口側フィルタ２２は、入口側パイプ２４と結合され、入口側パイプ２４は、ハウジング１の左側、反応領域３の入口端部に開口している。出口フィルタ２３は、出口側パイプ２５と結合され、ハウジング１の右側、溜まり領域２の下流端部に開口している。ポンプ２１は、ガスを反応領域３から流し、第１のフィルタ２２、ポンプ２１、第２のフィルタ２３を通り、流れ、溜まり領域２の右側端部からハウジング１へ戻される。

装置は、前段濃縮器９、９´がインレット５で供給されたガスの中の対象物質を吸着する吸着フェーズと、前段濃縮器９、９´が吸着された対象物質を脱離し、それをイオン化し検出するための装置の内側に供給するために解放する脱離フェーズとの２つのフェーズの間を交互に切り替えられる。図１に示す題１の、吸着フェーズにおいて、圧力パルス発生器８は、ハウジング１の内側で、短い一定の交番正負圧力パルス（図示のような）を生成するように、処理ユニット１５により活性化されている。これは、管路４内の空気を、インレット流路７の内外に脈動させ、前段濃縮器９、９´の表面を越えて交番して前後に流す。したがって、空気の中の対象物質は、前段濃縮器９、９´内に吸着され、ハウジング１の内側に向かって引き込まれ、逆方向に戻る空気は、対象物質が非常に低減した濃度を有する。脈動し、交番する流れが、どちらの方向にも流れがないことを明確にし、イオン化され、検出されるのに十分な試料の蒸気が反応領域３に供給されないよう、脈動の位相、振幅、そして、周波数が、選択される。処理ユニット１５は、試料の蒸気の検出可能な量が、前段濃縮器９、９´に吸着されることを確実にする十分な時間に吸着フェーズを維持する。典型的には、数秒から数十秒である。

処理ユニット１５は、図２に示す脱離フェーズに切り替える。初めに、処理ユニット１５は、一定の交番圧力サイクルを生成する圧力パルス発生器８を停止する。処理ユニットは、温度を上昇させ、試料蒸気の熱的な脱離を起こさせるために前段濃縮器９、９´に取り付けられた加熱器１７を活性化させる。放射、圧力、振動のような、前段濃縮器に吸着した物質を解放するようにさせる方法もある。脱離された試料蒸気は、インレット流路７を通り、反応領域内への流れを生じさせることにより、反応領域３内に搬送される。この流れは、連続で、別のポンプ（図示しない）で実行される。代替として、圧力パルス発生器８による、ハウジング１内の、より大きな、瞬間的な圧力の減少あるいは、負のパルス（図示のような）によっても、可能である。これは、反応領域３に、脱離された蒸気を、十分にイオン化および検出を可能とするように、流す。これは、反応領域に繰り返しの少ない量を流すように、圧力パルス発生器８が活性化されるシップ工程を結合することができる。

本発明は、改善された信号雑音比率により検出される試料の小さな濃縮を可能とするのに使用できる。本発明は、特にＩＭＰ装置に有用であるが、他の形式の検出器にも適用できる。本発明は、また、物質の濃度を大きくすることが必要なところにも応用できる。

Claims (8)

1. インレット（７）と、前記インレットに隣接して配置された前段濃縮器（９、９´）と、を備えた検出装置（１）において、
   吸着フェーズの間では、前記検出装置（１）内への試料ガス又は試料蒸気の流れを少なくするか、あるいは、実質的に流れを停止して、前記前段濃縮器を横切る、前記試料ガス又は前記試料蒸気の交流の流れを形成することにより、前記試料ガス又は前記試料蒸気内の対象物質が、前記前段濃縮器（９、９´）により吸着され、そして
   脱離フェーズの間では、前記交流の流れを中断して、前記検出器（１）内への前記ガス又は前記蒸気の流れを生成することにより、前記対象物質が、前記前段濃縮器（９、９´）により脱離され、その脱離された前記対象物質が、前記検出装置内に搬送される
   ことを特徴とする検出装置（１）。
2. 前記検出装置における前記交流の流れを導くための内部装置に接続されている圧力パルス発生器（８）が備えられていることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
3. 前記前段濃縮器（９、９´）には、前記試料の前記対象物質を脱離するための加熱装置（１７）が備えられていることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
4. ＩＭＳ装置によって構成された、脱離フェーズの間において、前記試料ガス又は前記試料蒸気が、前記検出装置の反応領域（３）内で十分にイオン化されるように、制御されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記前段濃縮器（９）が、前記検出装置（１）の内側に開口する流路（７）内に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 対象物質を吸着し、脱離するように構成された前段濃縮器（９、９´）を設けて、
   吸着フェーズの間では、
   流路（７）に沿ったガス又は蒸気の流れを事実上ゼロとし、
   前記流路（７）内および前記前段濃縮器（９、９´）の上を流れる前記ガス又は前記蒸気の交流の流れを供給し、そして
   前記対象物質を、前記前段濃縮器（９、９´）により吸着し、続いて、
   脱離フェーズの間では、
   前記前段濃縮器（９、９´）により、吸着された前記対象物質を脱離し、
   前記流路（７）に沿った前記ガス又は前記蒸気の流れを供給し、そして
   脱離された前記対象物質を、前記流路（７）に沿って前記ガス又は前記蒸気と共に搬送する
   ことを特徴とする物質の濃度を高くする方法。
7. 物質の吸着および脱離をするように構成された前段濃縮器（９、９´）において、
   ガス流路（７）と、前記ガス流路内に吸着材料とが備えられ、
   吸着フェーズの間において、前記ガス流路（７）に沿ったガス又は蒸気の流れを事実上ゼロとし、前記前段濃縮器（９、９´）の上および前記ガス流路に沿った前記ガス又は前記蒸気の交流の流れを供給して、前記物質を吸着する装置（８）が備えられ、
   続いて起こる脱離フェーズの間において、吸着された物質を脱離し、前記ガス流路（７）に沿って前記ガス又は前記蒸気の流れを供給するように、前記濃縮器が構成され、かつ
   前記脱離された物質が、前記ガス流路（７）に沿って前記ガス又は前記蒸気と共に搬送される
   ことを特徴とする前段濃縮器。
8. 前記交流のガス流を供給する前記装置には、圧力パルス発生器（８）が備えられていることを特徴とする請求項７記載の前段濃縮器。

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