JP2017504804A - 気相物質分析装置及び気相導入装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、気相物質分析装置及び気相物質導入装置を提供する。気相物質分析装置は、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置とを含んでいる。気相物質導入装置は集束キャピラリーカラムと温度制御システムとを含む。イオン移動度スペクトル分析装置は、気相物質導入装置から導入された気相物質を分析するためであり、前記イオン移動度スペクトル分析装置は、サンプル分子と反応性イオンとが反応するための反応チャンバーを含み、反応チャンバーは、サンプルを導入するためのサンプル導入口を有する。集束キャピラリーカラムの出口端が、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口を介してイオン移動度スペクトル分析装置の反応チャンバー内に直接挿入されている。

Description

本発明は、保安検査技術分野に関し、具体的には、本発明は気相物質分析装置及び気相導入装置に関する。

近年、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）及びイオン移動度スペクトル（ＩＭＳ）接続技術（ＧＣ−ＩＭＳ）は、ＧＣの複雑な成分に対する著しい分離特徴を利用して、サンプルを予め分離し、混合物を単一成分に分離させてからＩＭＳ検出器に入れて検出し、このような接続技術は、一次元ＧＣ保留時間情報の増加によってＩＭＳの化学成分に対する検出の分解能を広げ、より高い検出限界を実現し、リニア性動的範囲が増加されたと実証されている。そのため、近年、ＧＣ−ＩＭＳ技術が急速に発展されてきた。ＧＣ分析時間は、通常、十分間以上であるが、高温を実現するには１つの鈍重な炉床が必要とされ、現場での迅速検出の要求を満たすことが難しい。

また、現在、イオン移動度スペクトル分析装置には、放射性β線源が広く応用され、放射性β線源が高エネルギー一次電子（^６３Ｎｉ：６７ｋｅＶ，^３Ｈ：１８ｋｅＶ）を放射し、従来のデバイスでは、分離されたサンプルを電離領域に直接に案内し、一部のサンプルが高エネルギーβ線によって分子イオンフラグメントに直接に破砕され、又は正の電気を帯電するサンプル分子イオンとなるように電離される。一方、サンプルの分子イオンフラグメントにより、反応性イオンピーク（ＲＩＰを監測し、正のモードが主に（Ｈ_２Ｏ）_ｎＨ^＋、負のモードが主にＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_２である）が上昇し、ベースラインが乱れ、ＩＭＳの分解能が低下し、特に、タンパク質、核酸などの生体高分子については、ハード電離源がより複雑なフラグメントを発生し、解像しにくいスペクトルとなり、ＧＣ−ＩＭＳスペクトロメータが有機高分子の検出領域まで広がることは困難となっている。他方、サンプル分子イオンフラグメント又は正の電気を帯電するサンプル分子イオンがさらに反応性イオンと反応して識別不可能なイオンスペクトルを生成するため、スペクトルラインが乱れ、スペクトルライン分析がひどく影響される。イオン移動度スペクトル分析の精確性の向上が望ましい。

本発明の目的は、従来技術における分析装置の使用が不便であり、体積が過大で、分析誤差を生じやすいという欠点を少なくとも一部克服又は解消した気相物質分析装置を提供するということにある。

本発明の１つの態様によれば、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置とを含む気相物質分析装置を提供する。気相物質導入装置は、複数本のキャピラリーカラムから構成されて入口端及び出口端を有する集束キャピラリーカラムと、集束キャピラリーカラムと組み合わせて集束キャピラリーカラム内の温度を制御するための温度制御システムと、を含む。イオン移動度スペクトル分析装置は、気相物質導入装置から導入された気相物質を分析するためであり、前記イオン移動度スペクトル分析装置は、サンプル分子と反応性イオンとが反応するための反応チャンバーを含み、反応チャンバーは、サンプルを導入するためのサンプル導入口を有する。集束キャピラリーカラムの出口端が、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口を介してイオン移動度スペクトル分析装置の反応チャンバー内に直接挿入されている。

本発明の１つの態様によれば、非金属材料から形成された複数本のキャピラリーカラムを含んで入口端及び出口端を有する集束キャピラリーカラムと、集束キャピラリーカラムと組み合わせて集束キャピラリーカラム内の温度を制御するための温度制御システムであって、熱伝導ジャケットを含む温度制御システムと、を含む、気相物質分析装置に用いる気相物質導入装置を提供する。熱伝導ジャケットは、熱伝導ジャケットの外周にある複数の突起を含み、複数の突起間には、流体通路配置用又は流体が流れるための空間を形成することができる。

本発明の気相物質分析装置は少なくとも下記の利点を有する。

１）集束キャピラリーカラムから分離された成分が、デュアルモード移動管の中間にある反応領域に直接に入り、電離領域を避け、分子イオンフラグメントの発生を避ける目的を実現するとともに、ガスクロマトグラフィー−イオン移動度スペクトル分析装置接続スペクトロメータが正負イオンを同時に識別する機能を実現し、スペクトロメータが正負電気親和性の高分子の両方に対しても同時に応答可能となり、従来技術の不足を補足し、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置の検出物質に対する選択性を広げている。

２）集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置の接続口にはアダプタユニットが必要とされずに、集束キャピラリーカラムのポートがイオン移動度スペクトル分析装置と直接に結合することで、アダプタユニットの曲がりによる乱流を避け、イオン移動度スペクトル分析装置の検出感度及び分解能を効果的に向上でき、集束キャピラリーカラムとイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域の基台との間には、集束キャピラリーカラムの位置決め及び断熱作用を併有する断熱位置決め装置が設けられ、構造が簡単で、取り付けや操作が便利であり、余分なアダプタユニットの増設及びその温度制御システムの設計を省略している。

３）集束キャピラリーカラムの加熱部材が熱伝導ジャケット内に均一に嵌められており、このように設計することで、集束キャピラリーカラムの迅速な昇温を実現できながら集束キャピラリーカラムの受熱を均一に保証することもでき、サンプルのガス化分離を均一に保証して、分離差別を低減することができる。

４）熱伝導ジャケットのハウジングには複数の突起が設計されており、複数の突起の間の空間内に放熱管路を巻き嵌めてもよく、放熱管路内を流れる冷媒は熱を奪い、集束キャピラリーカラムを迅速に降温する作用を有し、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置が連続測定時に次回の測定時の物質沸点の変化に対して迅速に対応できるようになっている。

５）熱伝導ジャケット、放熱管路、加熱部材、ポンプ、及びコントローラの連携制御により、集束キャピラリーカラムのプログラム昇温機能を実現し、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル分析装置接続スペクトロメータの応用分野を広い沸点範囲でのサンプル成分の分離の対応まで広げることができ、分析物質に対する選択性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施例にかかる気相物質分析装置の断面模式図を示す。 図２は、本発明の一実施例にかかるサンプル分析装置のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３は、本発明の一実施例にかかるサンプル分析装置のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図４は、本発明の一実施例にかかるサンプル分析装置の熱伝導体の複数の突起及び流体管路の複数の突起間の配置である。

本発明は各種の変更及び取替え可能な形式を許容するが、その具体的な実施例は図面において例示され、かつ、本文において詳しく記載されている。しかしながら、添付の図面及び詳しい記載は開示した具体的形式で本発明を制限するためのものではなく、逆に、添付の請求項で限定された本発明の精神及び範囲に入るすべての変更、等価形式及び取替え形式を覆うためのものである。図面はあくまでも模式的なものであり、比例的に描かれたものではない。

以下、図面を参照しながら本発明による複数の実施例を説明する。

図１は本発明にかかる気相物質分析装置４００の一実施例の全体構造模式図である。気相物質分析装置４００は、概ね、気相物質導入装置部分とイオン移動度スペクトル分析装置部分とを含んでもよい。

気相物質導入装置は集束キャピラリーカラム４０１を含み、集束キャピラリーカラム４０１は複数本のキャピラリーカラムを含む。一実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は、複数本の独立した１本のキャピラリーカラムを平行に１つに集束することで構成されてもよい。一実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は、１本のカラムに複数本の平行するキャピラリー孔を形成することで構成されてもよい。一実施例において、集束キャピラリーカラム４０１は非金属材料から形成されている。例えば、通常、キャピラリーカラムはガラス材料から形成されてもよい。キャピラリーカラムはその他の材料から形成されてもよい。集束キャピラリーカラム４０１は、ほぼ同一面上の入口端と出口端とを有するように配置されてもよい。１本の集束キャピラリーは、数百から数千本の平行するキャピラリーカラムから構成され、例えば、５００〜５０００本の平行するキャピラリーカラムが１つの横断面が正六角形状のガラスカラム内に集束し、１本ずつのキャピラリーカラムの内径が２０〜１００μｍであり、一般的には〜４０μｍである。１本ずつのキャピラリーカラムの内面には固定相を１層塗布してもよく、固定相は必要に応じて選択してもよい。集束キャピラリーカラム４０１の強い分離能力により、通常、サイズの短い筆形カラム（４０〜２５０ｍｍ）とすることで分離機能を実現できる。サイズの長いカラムを円盤形となるように巻き取ることができる。混合サンプル成分は、キャピラリー固定相との相互作用により、保留時間の違いにより物質の分離を実現する。キャピラリーカラムの保留時間は秒〜分間オーダーである（一般的には、数十秒〜数分間であり、最小ピーク幅が数秒である）。

集束キャピラリーカラム４０１の構造は、１）数千本のキャピラリーカラムを集束して、集束キャピラリーカラム４０１の容量をより大きくし、より高い感度を得るために用いられ、２）集束キャピラリーカラム４０１のキャピラリーカラムがより細くて、例えば、キャピラリーカラムは内径２０〜１００μｍを有してもよいが、典型的なキャピラリーカラムの内径が０．２５〜０．５３ｍｍの間にあるため、集束キャピラリーカラム４０１のキャピラリーカラムがより優れた分離効果を有し、比較的短いサイズで優れた分離を実現でき、３）筆形の集束キャピラリーカラム４０１（４０〜２５０ｍｍ）の通過可能な圧力勾配が一般のキャピラリーカラム（一般的には３０ｍ）よりも小さいので、集束キャピラリーカラム４０１内の流速が典型的なキャピラリーカラムの流速の２〜３つオーダーであり、また、より高い流量範囲（２０〜１５０ｍｌ／ｍｉｎ）を有するので、集束キャピラリーカラム４０１は、迅速な分離が可能であるだけではなく、等温分離も可能である、という利点を有する。これらの利点に基づき、集束キャピラリーカラム−イオン移動度スペクトル用接続スペクトロメータのリアルタイム分離検出に近似する能力を実現できる一方、集束キャピラリーの短いサイズにより、携帯型の集束キャピラリーカラム−イオン移動度計の実現にも寄与する。

ガラスカラムの保護を強化して、集束キャピラリーカラム全体の強度を向上させ、不意の破砕を防止するために、気相物質導入装置は、集束キャピラリーカラム４０１を囲んで保護するように配置されている金属円形カバー４２０をさらに含む。本発明の図１は、正六角形ガラスカラムの外周に１つの金属円形カバー４２０が結合される場合を示しており、つまり、筆形ガラス集束キャピラリーカラム４０１の横断面が正六角形である。集束キャピラリーカラム４０１の断面はその他の形状、例えば円形であってもよい。

気相物質導入装置は、さらに温度制御システムを含み、温度制御システムと集束キャピラリーカラム４０１との組み合わせが集束キャピラリーカラム４０１内の温度を制御するために用いられる。

具体的に、気相物質導入装置の温度制御システムは、熱伝導ジャケット４０２を含み、熱伝導ジャケット４０２は、集束キャピラリーカラム４０１を囲む金属円形カバー４２０に直接接触するように配置されている。温度制御システムは、熱伝導ジャケット４０２内に嵌め込んだ少なくとも１つのヒータ４０４及び少なくとも１つのセンサ４０５をさらに含む。少なくとも１つのヒータ４０４と少なくとも１つのセンサ４０５の組み合わせにより、熱伝導ジャケット４０２への温度制御を実現することができる。ヒータとしては複数種の形式が選択可能である。例えば、熱伝導ジャケット４０２に複数本の加熱棒４０４を嵌め込んでもよく、例えば、１本又は複数本の加熱棒４０４を嵌め込んでもよい。複数本の加熱棒４０４は、熱伝導ジャケット４０２の温度をより迅速で均一に昇温するように熱伝導ジャケット４０２に均一に分布されてもよい。図１は、熱伝導棒が１本である態様を示している。熱伝導ジャケット４０２に熱糸を嵌め込んでもよく、熱糸の配置も均一な加熱に有利であり、例えば、熱伝導ジャケット４０２自体が昇温可能な加熱体に類似するものになることができる。

１つの実施例において、センサ４０５は、センサ４０５によって測定される温度がよりキャピラリーカラム内の温度に近いように、金属円形カバー４２０近傍に設置されてもよい。複数のセンサ４０５は熱伝導ジャケット４０２の金属円形カバー４２０に近い周囲に均一に分布されてもよい。

１つの実施例において、熱伝導ジャケット４０２は、熱伝導ジャケット４０２の外周にある複数の突起４３０を含み、熱伝導ジャケット４０２の外周にある複数の突起４３０間には空間４０３が形成されている。これら空間が、図２に示すように、トレンチ４０３と見なされてもよいし、流体が通過する通路４０３と見なされてもよい。

それぞれの突起４３０のサイズが同じであっても異なっていてもよい。個別の突起４３０間の距離が同じであっても異なっていてもよい。例えば、一部の突起４３０のサイズが大きく、その他の突起４３０のサイズが小さい。例えば、２列の突起を１グループにして、それぞれのグループの突起４３０間の距離は、グループ内の２つの突起間の距離よりも大きい。突起４３０の配置が均一でなくてもよい。当業者であればわかるように、突起４３０の他のサイズ及び距離を含む突起４３０の配置であってもよい。

つまり、熱伝導ジャケット４０２は２つの部分と見なされてもよく、一方の部分が熱伝導ジャケット４０２の基部であり、もう一方の部分が熱伝導ジャケット４０２の突起４３０である。１つの実施例において、基部の径方向厚さが小さくてもよく、突起４３０の高さが大きくてもよい。熱伝導ジャケット４０２の複数の突起４３０は、流体が突起４３０間を流動して熱伝導ジャケット４０２との熱交換に有利である。１つの実施例において、例えば、ガスの導入によってガスが複数の突起４３０間を流れ、熱伝導ジャケット４０２の複数の突起４３０と、導入されるガスとの熱交換を加速することができ、この場合、複数の突起４３０は放熱フィンとして用いられてもよい。１つの実施例において、複数の突起４３０間には管路を巻き付けてもよく、管路内を流体が流れることができ、高温流体又は低温流体により、流体の管路と熱伝導ジャケット４０２との間の熱交換を実現でき、これにより、熱伝導ジャケット４０２の温度を制御する。

１つの実施例において、熱伝導ジャケット４０２の基部の厚さが薄く、複数の突起４３０間に加熱膜を配置することにより、熱伝導ジャケット４０２の昇温を実現することができ、同時に、複数の突起４３０間に熱媒流体の管路を配置することで熱伝導を介した降温を実現した。このような配置により、センサ４０５を組み合わせて熱伝導ジャケット４０２の温度を迅速に制御することができる。

複数の突起４３０の設置により、熱伝導ジャケット４０２が、流動する熱媒流体又は熱媒流体管路を収容して温度伝導するためのトレンチを有するとみなされてもよい。具体的に、図４は、流体管路が複数の突起４３０間に巻き付けられる態様を示している。熱媒流体管路が複数の突起４３０を蛇行して通過してもよく、又は熱媒流体管路が熱伝導ジャケット４０２の複数の突起４３０間を螺旋的に囲んでもよく、これにより、熱媒流体管路と熱伝導ジャケット４０２との間で熱伝導する。なお、任意の方式で流体管路を複数の突起４３０から構成される通路又はトレンチ中に配置することができ、突起４３０は、この時に熱媒管路と熱交換するだけではなく、さらに管路を支持する作用を果たす。

１つの実施例において、複数の突起４３０が有利であり、複数の突起４３０が、流体の直接放熱に用いる放熱突起４３０と見なされてもよく、複数の突起４３０は、流体通路の配置を限定するために用いられ、流体通路を複数の突起間に巻き付けることにより、流体通路の位置を固定することができる。

本発明のもう１つの実施例において、気相物質導入装置は、ハウジング４０６をさらに含んでもよく、ハウジング４０６は温度制御システムを囲んでいる。１つの実施例において、気相物質導入装置は保温層４０８をさらに含んでもよく、保温層４０８はハウジング４０６と熱伝導ジャケット４０２との間に設けられている。１つの実施例において、ハウジング４０６は、封止の形式で熱伝導ジャケット４０２の外側面を囲んでもよい。保温層４０８とハウジング４０６が熱伝導ジャケット４０２を囲んでいる場合、熱伝導ジャケット４０２の複数の突起は、保温層４０８とハウジング４０６とを支持するために用いられる。図１に示すように、複数の突起と保温層４０８との間にはたくさんの通路が形成されている。熱媒流体の管路は、熱伝導を十分に行うために、これら通路又は上述したトレンチを貫通して熱伝導ジャケット４０２の外周に配置されてもよい。

１つの実施例において、エアーポンプ４１８を設けてもよく、管路４１７を介して上記トレンチ４０３内に貫通し、エアーポンプ４１８から導入された加圧ガスが複数の突起４３０間のトレンチ４０３に入り、熱伝導ジャケット４０２の冷却又は昇温を補助する。１つの実施例において、液体を複数の突起４３０から形成されたトレンチ中に直接に流入させて熱交換を実現することができる。

１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１の入口端が気相物質導入装置のハウジング４０６の外のサンプル導入装置に伸びる。金属円形カバー４２０の一部も集束キャピラリーカラム４０１につれてハウジング４０６の外に伸びてもよい。

集束キャピラリーカラム４０１内の気相物質の流速が一般のガスクロマトグラフィーカラムよりも速いので、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との接続口が特に重要である。気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との接続口の作用は、集束キャピラリーカラム４０１により迅速に分離されたサンプルを損傷なく、平穏にイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域内に導くことである。

１つの実施例において、気相物質分析装置４００は、断熱位置決め装置４１１をさらに含み、断熱位置決め装置４１１は反応領域基台４１９に配置され、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間に気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置を接続できるとともに、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の熱伝導を遮断することで、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置を別々に独立して温度制御する。

１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１は気相物質導入装置の出口端に接続される第１の接続端と、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に接続される第２の接続端とを含む。具体的に、第１の接続端が集束キャピラリーカラム４０１の一方の端部に接続して封止され、第２の接続端の形状とイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域基台４１９の開口の形状とが相補である。断熱位置決め装置４１１の形状は図１及び図３の断面図に示されている。断熱位置決め装置４１１は階段状の形状を有し、図３はＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ線に沿う断面図をそれぞれ示している。１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１の一部の外面にはワッシャを設けてもよい。ワッシャ４１３は封止作用を果たし、気相物質導入装置がイオン移動度スペクトル分析装置に挿入されるとき、断熱位置決め装置４１１が両者の間に接続され、反応領域４１４内の粒子の漏れ又は外界ガスが反応領域４１４へ入ることにより測定の精度が影響されるのを避けるように、良好な封止が必要である。

断熱位置決め装置４１１はプラスチック材料から形成されてもよく、例えばＰＥＥＫ、ポリテトラフルオロエチレンから形成されてもよい。断熱位置決め装置４１１はその他の耐高温又は断熱性非金属材料から形成されてもよい。例えば、耐火性材料及び石綿などの材料から形成されてもよい。断熱位置決め装置４１１により、非金属材料から形成された集束キャピラリーカラム４０１の出口端は、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口を介してイオン移動度スペクトル分析装置の反応チャンバー内、すなわち、イオン移動度スペクトル分析装置の反応領域４１４内に直接挿入され、それとともに、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置の電離領域に近寄るのを避けることにより、電離領域のゼロ電界が金属円形カバー４２０により干渉されるのを避ける。具体的に、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に進入しない。好ましくは、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口から遠く離れる。

このような配置により、気相物質サンプルをイオン移動度スペクトル分析装置の反応領域４１４内に直接に送入することができ、従来技術においてガス物質が電離領域４１５内に導入されて（例えば）高エネルギー線によりイオンフラグメントに破砕される問題を避けた。同時に、ガス物質はキャピラリーカラムにより分離可能であり、分析の要求を満たし、直接に反応領域４１４に送入されて分析される。

１つの実施例において、断熱位置決め装置４１１は気相物質導入装置と１つの全体に形成することができ、これが実際の使用時にも有利である。この場合、図１に示すように、断熱位置決め装置４１１は気相物質導入装置の一方の端を封止することができ、気相物質導入装置の出口端が断熱位置決め装置４１１から突き出す。この時、断熱位置決め装置４１１を含む気相物質導入装置の出口端が図１に示すとおり、すなわち、断熱位置決め装置４１１の端部により集束キャピラリーカラム４０１が包まれ、キャピラリーカラムの部分が断熱位置決め装置４１１の非金属材料により直接に包まれている。

断熱位置決め装置４１１の設置により、気相物質導入装置をイオン移動度スペクトル分析装置の反応チャンバー、すなわち、反応領域４１４内に便利に直接に挿入することを実現できる。これは、ガスサンプルを迅速に分析する必要がある場合には特に重要である。気相物質導入装置は、単独で温度制御を行うことができ、予備時間内に気相物質導入装置の温度を単独で制御することができ、気相物質導入装置が所望の温度条件を有する条件下、気相物質導入装置をイオン移動度スペクトル分析装置に挿入し、断熱位置決め装置４１１によって接続して気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の相対位置が特定される。断熱位置決め装置４１１の熱絶縁性質及び剛性により、気相物質導入装置の温度がイオン移動度スペクトル分析装置の測定精度に影響を与えることなく、かつ、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置との間の位置関係が特定可能である。このような配置により、気相物質導入装置とイオン移動度スペクトル分析装置の接続及び分離を容易に行うことができ、これは、実際の検査過程において積極的な意味を有し、異なるサンプルの検出を大いに便利にし、かつ、搬送に便利し、検出システム全体の体積を小さくすることができる。例えば、異なる気相物質の検査を便利にして、検出の速度及び精度を向上するように、複数の気相物質導入装置を配置することができる。

１つの実施例において、集束キャピラリーカラム４０１の金属円形カバー４２０の長さは、集束キャピラリーカラム４０１がイオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー４１４内に挿入されるとき、金属円形カバー４２０がイオン移動度スペクトル分析装置の電離領域４１５に入らないように配置されている。金属円形カバー４２０の端部が断熱位置決め装置４１１の中で終止し、例えば、図１に示している位置である。しかしながら、金属円形カバー４２０の位置は、金属円形カバー４２０がイオンを含む反応領域４１４に接近しない限り、他の態様であってもよい。例えば、金属円形カバー４２０が、イオン移動度スペクトル分析装置のサンプル導入口に入らず、又は離れる。

１つの実施例において、気相物質分析装置４００は、気相物質導入装置から導入された気相物質を分析するためのイオン移動度スペクトル分析装置を含む。イオン移動度スペクトル分析装置は、サンプル分子と反応性イオンとが反応するための反応チャンバー４１４を含む。反応チャンバー４１４は、分析すべき気相物質を導入するためのサンプル導入口を含む。イオン移動度スペクトル分析装置はさらに電離領域４１５を含む。

図１に示すように、気相物質導入装置はイオン移動度スペクトル分析装置の上側に位置し、電離領域４１５の位置がその下側にある。本発明の１つの実施例によれば、気相物質導入装置がイオン移動度スペクトル分析装置の電離領域４１５と対向して配置されることが有利である。気相物質サンプルを電離領域４１５に導入して電離する従来技術の技術構想とは異なり、本発明の気相物質導入装置は、分析すべき気相物質を電離領域４１５から避け、分析すべき気相物質サンプルを反応領域４１４に直接に導入するように配置されており、これで、分子イオンフラグメントの発生を避けるのに有利であり、気相物質を電離領域４１５に導入することによってサンプルがフラグメントに破砕されるなどのような従来技術におけるその他の問題、例えば、非リニア性ガス通路による乱流などを避けることができる。すなわち、気相物質サンプルを迅速に分離しながら気相物質サンプルを平穏的にイオン移動度スペクトル分析装置に導入することを実現した。

本発明の１つの実施例において、図１に示す配置のように、イオン移動度スペクトル分析装置４１２が正４２２、負４２３デュアルモード移動管であり、反応領域４１４が正負デュアルモード管４２２、４２３間にあり、電離領域４１５と反応領域４１４とが分けて配置され、かつ、開閉可能な開口によって接続されている。例えば、電離領域４１５が反応領域４１４の一方側の近傍にある。本発明の設計構想によれば、１つの実施例において、例えば空気キャリアガス４１６が電離領域４１５内に導入され、キャリアガスが電離領域４１５で電離化され、最後に、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｎである正の反応性イオン及びＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎである負の反応性イオンを生成する。反応性イオンがキャリアガスにより反応領域４１４に送入され、ここで、帯電した反応性イオンがサンプル分子相とぶつかり、電離されて生成物イオンを生成する。これは、サンプルガスとキャリアガスとを混合して一緒に電離化する従来技術と全く異なっている。例えば、生体高分子は、水和プロトン又は水和酸素イオンと結合して正の電気又は負の電気を帯電する分子を形成する。正モード移動管４２２及び負モード移動管４２３のいずれもイオンドア４２４、移動領域、規制ゲート４２７及びファラデーディスク４２８を含んでいる。移動領域は、一連のステンレス鋼保護リング４２５とセラミック絶縁リング４２６とを直列してなってもよい。正の電気を帯電するサンプル粒子は、正モード移動管で検出され、負の電気を帯電するサンプル粒子が負モード移動管で検出される。

具体的に、イオン移動度スペクトル分析装置のキャリアガス４１６は、電離領域４１５で電離されて反応性イオンを生成し、反応性イオンはイオン移動度スペクトル分析装置のキャリアガス４１６のスイープにより、電離領域４１５のキャリアガス入口から反応領域４１４に入り、反応領域４１４において集束キャピラリーカラム４０１により分離されたサンプルと合流し、電気親和性吸着反応を発生し、サンプル分子に反応性イオンを吸着させて生成物イオンを生成し、正、負の帯電生成物イオンが移動管の正、負電界の作用によりそれぞれ正、負移動管４２２、４２３に入って分離され、両端のファラデーディスク４２８により検出される。イオン移動度スペクトル分析装置４１２の幾つかの他の設計及び原理は、出願番号第２００８１０１１９９７４．６号を参考にすることができ、この特許出願の内容はここで参考にして組み合わせた。

本発明の全体的な構想による幾つかの実施例が明示及び説明されているが、当業者であれば理解できるように、本発明の全体的な構想の原則及び精神を逸脱しない限り、これら実施例を変更することができ、本発明の範囲は請求項及びそれらの同等物により限定される。

４００ 気相物質分析装置
４０１ 集束キャピラリーカラム
４０２ 熱伝導ジャケット
４０３ トレンチ
４０４ ヒータ
４０５ センサ
４０６ ハウジング
４０８ 保温層
４１１ 断熱位置決め装置
４１２ イオン易動度スペクトル分析装置
４１３ ワッシャ
４１４ 反応領域
４１５ 電離領域
４１６ 空気キャリアガス
４１７ 管路
４１８ エアーポンプ
４１９ 反応領域基台
４２０ 金属円形カバー
４２２ 正デュアルモード移動管
４２３ 負デュアルモード移動管
４２４ イオンドア
４２５ ステンレス鋼保護リング
４２６ セラミック絶縁リング
４２７ 規制ゲート
４２８ ファラデーディスク
４３０ 突起

Claims (15)

1. 複数本のキャピラリーカラムから構成されて入口端及び出口端を有する集束キャピラリーカラムと、前記集束キャピラリーカラムと組み合わせて前記集束キャピラリーカラム内の温度を制御するための温度制御システムとを含む気相物質導入装置と、
   前記気相物質導入装置から導入された気相物質を分析するためのイオン移動度スペクトル分析装置であって、サンプル分子と反応性イオンとが反応するための反応チャンバーを含み、前記反応チャンバーは、サンプルを導入するためのサンプル導入口を有するイオン移動度スペクトル分析装置と、を含む気相物質分析装置において、
   前記集束キャピラリーカラムの前記出口端が、前記イオン移動度スペクトル分析装置の前記サンプル導入口を介して前記イオン移動度スペクトル分析装置の前記反応チャンバー内に直接挿入されていることを特徴とする、気相物質分析装置。
2. 前記気相物質分析装置は、前記気相物質導入装置とイ前記オン移動度スペクトル分析装置との間に前記気相物質導入装置と前記イオン移動度スペクトル分析装置とを接続できるとともに、前記気相物質導入装置と前記イオン移動度スペクトル分析装置との間の熱伝導を遮断することで、前記気相物質分析装置と前記イオン移動度スペクトル分析装置を別々に独立して温度制御するように配置されている断熱位置決め装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
3. 前記断熱位置決め装置は、前記気相物質導入装置の前記出口端に接続されている第１の接続端と、前記イオン移動度スペクトル分析装置に接続されている第２の接続端とを含み、前記第１の接続端は前記集束キャピラリーカラムの一方の端部を封止し、前記第２の接続端の形状が前記イオン移動度スペクトル分析装置の前記反応チャンバーの開口の形状と相補であることを特徴とする、請求項２に記載の気相物質分析装置。
4. 前記断熱位置決め装置は耐高温かつ断熱性の非金属材料から形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の気相物質分析装置。
5. 前記キャピラリーカラムが非金属材料から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
6. 前記キャピラリーカラムは、直径４０μｍ〜１００μｍのキャピラリーカラムであることを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
7. 前記気相物質導入装置は、前記集束キャピラリーカラムを囲んで保護するように配置されている金属円形カバーをさらに含み、前記集束キャピラリーカラムの前記金属円形カバーの長さは、前記集束キャピラリーカラムが前記イオン移動度スペクトル分析装置のチャンバー内に挿入されるとき、前記金属円形カバーが前記イオン移動度スペクトル分析装置の前記サンプル導入口に入らないように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
8. 前記気相物質導入装置の前記温度制御システムは、前記集束キャピラリーカラムを囲む金属円形カバーに直接接触するように配置されている熱伝導ジャケットと、前記熱伝導ジャケット内に嵌め込んだ少なくとも１つのヒータ及び少なくとも１つのセンサと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
9. 前記熱伝導ジャケットは、前記熱伝導ジャケットの外周にある複数の突起を含み、複数の前記突起間には、流体通路配置用又は流体が流れるための空間を形成することができることを特徴とする、請求項８に記載の気相物質分析装置。
10. 熱媒流体管路は、前記熱媒流体管路と前記熱伝導ジャケットとの間の熱伝導のために、複数の突起を蛇行して通過するように又は前記熱伝導ジャケットを螺旋的に囲むように複数の突起間を通過することを特徴とする請求項８に記載の気相物質分析装置。
11. 前記気相物質導入装置はさらにハウジングを含み、前記ハウジングは前記温度制御システムを囲んでいることを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
12. 前記気相物質導入装置はさらに保温層を含み、前記保温層は前記ハウジングと熱伝導ジャケットとの間に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の気相物質分析装置。
13. 保温層は、熱伝導ジャケットの複数の突起によって支持されていることを特徴とする、請求項１１に記載の気相物質分析装置。
14. 前記イオン移動度スペクトル分析装置は、正イオン移動管及び負イオン移動管を含む正、負デュアルモードイオン移動管であり、前記イオン移動度スペクトル分析装置は、導入されたキャリアガスを反応性イオンに電離して反応性イオンを反応領域に送入するように配置されている電離領域を含み、前記電離領域は、前記イオン移動度スペクトル分析装置の前記集束キャピラリーカラムの出口端に対向する側に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の気相物質分析装置。
15. 非金属材料から形成された複数のキャピラリーカラムを含んで入口端及び出口端を有する集束キャピラリーカラムと、
    前記集束キャピラリーカラムと組み合わせて前記集束キャピラリーカラム内の温度を制御するための温度制御システムであって、熱伝導ジャケットを含む温度制御システムと、を含む、気相物質分析装置に用いる気相物質導入装置において、
    前記熱伝導ジャケットは、前記熱伝導ジャケットの外周にある複数の突起を含み、複数の前記突起間には、流体通路配置用又は流体が流れるための空間を形成することができることを特徴とする、気相物質分析装置に用いる気相物質導入装置。

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