JP2017508954A - サンプリング装置及びガスカーテンガイド - Google Patents

Abstract

本発明は、サンプリング装置及びガスカーテンガイドを提供する。サンプリング装置は、チャンバーであって、チャンバーの第１の端に位置するサンプル吸入用のサンプル入口とチャンバーの第１の端に対向する第２の端の近傍に位置するサンプル排出用のサンプル出口とを有するチャンバーを含む。チャンバーはさらにチャンバーの壁内に位置するガス充填入口及び排気口を含み、ガス充填入口が、チャンバー内へ旋回気流を吹き込むよう配置され、排気口が、ガス充填入口とともにチャンバー内でサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するよう配置され、サイクロン式気流はチャンバーの第１の端から第２の端にまで螺旋的に前進する。前記チャンバーのために加熱温度制御システムを設計することで、チャンバー内に入った難揮発性物質を迅速にガス化させてサンプル導入することができる。本発明は、広範な物質に対して迅速、かつ高効率のサンプリングを実現した。

Description

本発明は、検査システムに関し、具体的には、ガスキャリア物質に対して拡大収集機能を有するサイクロン式サンプリング装置及びガスカーテンガイドに関する。

近年、ガスクロマトグラフィー−イオン移動度スペクトル接続技術（ＧＣ−ＩＭＳ）が急速に発展されて、小型化、携帯性、分析速度の速さなどの点より独特な優位性を示し、迅速ＧＣ−ＩＭＳは、将来、保安検査技術の重要な発展方向となっている。迅速ＧＣ−ＩＭＳを用いてサンプルを検出するには、サンプルは、まず、サンプリング装置を通過する必要があり、サンプリング、サンプル導入装置及び方法の良しあしは、ＧＣ−ＩＭＳの応用範囲に影響を与えるだけではなく、被検物に対する応答感度にも影響を与えるので、迅速なサンプリング、サンプル導入技術は、迅速ＧＣ−ＩＭＳの性能を決定する肝心な技術の１つとなっている。単独なイオン移動度スペクトル（ＩＭＳ）技術については、現在、サンプル導入方式に応じて払拭サンプリング及び直接吸入法に分けられるものが発明されている。

ＩＭＳ直接吸入に関する従来技術では、通常、ＩＭＳのサンプル導入口をサンプルに接近させ、エアポンプでサンプル分子を直接に吸引するガス通路構造を用い、直接空気吸入によりイオン移動度スペクトルを分析する。ＩＭＳ払拭サンプリングに関する従来技術では、通常、一定のフレキシブル性を有する耐高温払拭紙を用い、検出すべき物質を払拭し、その後、サンプリング紙を熱解析サンプル導入装置の係止溝内に入れて、加熱によってサンプリング紙に付着している物質を熱解析する。しかしながら、従来技術のサンプリング方法には、例えば、サンプリング効率が低く、直接空気吸入の感度が低く、または、幾つかの方法が、表面に付着している物質をサンプリングする場合のみに適し、痕跡量ガスのサンプリングには適していないなどの不都合な点を有する。

本発明のサンプリング装置は、円錐台形のサイクロン発生器を用い、自然界中のような漏斗形サイクロンを発生させ、サイクロンの旋回中心の気圧は周囲気圧よりも１０倍程度低く、強い吸引作用を有し、ガスキャリア物質の拡大収集を実現することができる。従来の直接吸引サンプリング技術に比べて、効率が大幅に向上されているので、イオン移動度（ＩＭＳ）、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、迅速ＧＣ−ＩＭＳのサンプル導入装置として用いられ、携帯される易揮発性、半揮発性及び表面付着の痕跡量物質を、開梱することなく現場でサンプリングし、サンプル導入することができる。このようなワンストップ式の検出技術は、検出速度を向上するとともに保安検査時のプライバシー紛争を避けることもでき、作動原理が嗅覚探知犬に似ており、特に空港、税関などの現場迅速検出の要求に適している。

本発明の目的は、上記従来技術に存在する一部の欠点を克服したサンプリング装置及びガスカーテンガイドを提供することにある。

本発明の目的は、例えば包袋中の揮発性、半揮発性物質、包袋表面に付着しているガスキャリア物質に対して拡大収集を行うことで、開梱することなく迅速、高効率にサンプリングするサンプリング装置及びガスカーテンガイドを提供することにある。

本発明の１つの態様によれば、本発明は、チャンバーであって、チャンバーの第１の端に位置するサンプル吸入用のサンプル入口と、チャンバーの第１の端に対向する第２の端の近傍に位置するサンプル排出用のサンプル出口とを有するチャンバーを含むサンプリング装置を提供する。チャンバーはさらにチャンバーの壁内に位置するガス充填入口及び排気口を含み、ガス充填入口が、チャンバー内へ気流を吹き込むように配置され、排気口が、ガス充填入口とともにチャンバー内でサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するように配置され、前記サイクロン式気流はチャンバーの第１の端から第２の端まで螺旋的に前進する。

本発明の１つの態様によれば、チャンバーの一部の内壁は、円錐台形状に形成され、円錐台形内壁の小径の円形端がチャンバーのサンプル入口に近接し、かつ、円錐台形内壁の大径の円形端がサンプル出口に近接する。

本発明の１つの態様によれば、ガス充填入口は、ガス充填入口の軸方向ガス充填方向がチャンバー内壁の内面にほぼ相接するとともに、ガス充填入口の軸方向ガス充填方向がサンプル出口側へ傾斜するように配置されている。

本発明の１つの態様によれば、排気口は、チャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出するように配置されている。

本発明の１つの態様によれば、排気口の開口方向は排気口における気流の速度方向とほぼ逆方向である。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、チャンバーの第２の端に設けられた混合チャンバー部分をさらに含み、サンプルが混合チャンバー部分に送入されてサンプル導入口を介して検出システムに送入される。

本発明の１つの態様によれば、混合チャンバー部分は半透膜によりチャンバーのその他の部分と仕切られている。

本発明の１つの態様によれば、混合チャンバー部分には、キャリアガスを混合チャンバー部分に注入することでサンプルと混合するようにキャリアガス通路が設けられている。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は第１の端に位置するストレーナをさらに含み、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止し、前記ストレーナは、剛性を有して大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナとを含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、チャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含み、温度制御システムは、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、ガス充填入口に連通されるガス充填ポンプと、排気口に連通される排気ポンプとをさらに含み、排気ポンプの流速がガス充填ポンプの流速の１０倍以上である。

本発明のもう１つの実施例によれば、円柱形内壁面を有する導気チャンバーと、サンプリング装置の第１の端を封止するように配置され、サンプル吸入用のサンプル入口を有するエンドキャップと、を含むサンプリング装置を提供する。サンプリング装置は、サンプリング装置の第１の端のサンプル入口近傍に設けられているとともに、導気チャンバーと接合されているガスカーテンガイドをさらに含み、ガスカーテンガイドには、ガスカーテンガイドと導気チャンバーの内部空間内でサイクロン式気流を形成するようにサンプリング装置内へ空気を吹き込むためのガス充填入口が設けられている。

本発明の１つの態様によれば、ガスカーテンガイドは円錐台形の内壁を有し、サンプリング装置のサンプル入口が円錐台形内壁の小径の円形端近傍に位置し、かつ、円錐台形内壁の大径の円形端がサンプル入口から遠く離れている。

本発明の１つの態様によれば、ガスカーテンガイドは複数の旋回流孔を有し、それぞれの旋回流孔の軸方向がガスカーテンガイドの内壁の内面にほぼ相接し、かつ、それぞれの旋回流孔の軸方向ガス充填方向が、サンプル入口側から離れる方向に向けて傾斜する。

本発明の１つの態様によれば、導気チャンバーはさらに排気口を含み、排気口は、導気チャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出するように、第１の端から遠く離れる導気チャンバー壁内に配置されている。

本発明の１つの態様によれば、排気口の開口方向は排気口における気流の速度方向とほぼ逆方向である。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、サンプリング装置の第１の端に対向する第２の端に設けられた混合チャンバー部分をさらに含み、サンプルが混合チャンバー部分に送入されてサンプル導入口を介して検出システムに送入される。

本発明の１つの態様によれば、混合チャンバー部分は半透膜によりチャンバーのその他の部分と仕切られている。

本発明の１つの態様によれば、混合チャンバー部分には、キャリアガスを混合チャンバー部分に注入することでサンプルと混合するようにキャリアガス通路が設けられている。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は第１の端に位置するストレーナをさらに含み、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止し、前記ストレーナは、剛性を有して大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナとを含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、チャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含み、温度制御システムは、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含む。

本発明の１つの態様によれば、サンプリング装置は、ガス充填入口に連通されるガス充填ポンプと、排気口に連通される排気ポンプとをさらに含み、排気ポンプの流速がガス充填ポンプの流速の１０倍以上である。

本発明の１つの態様によれば、ガスカーテンガイドは、環形空間を規制し、環形空間はガスを収容するように配置されており、これにより、環形空間内で気圧を形成して、ガス充填入口を介してサンプリング装置の内部空間へガスを充填する。

本発明のもう１つの実施例によれば、上記のサンプリング装置に用いられるガスカーテンガイドを提供する。

図１は本発明の１つの実施例によるサンプリング装置の断面図である。 図２は本発明の１つの実施例によるガスカーテンガイドの断面図である。 図３は本発明の実施例によるサンプリング装置のハウジングの底端面を示す。

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、比例にして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、本発明の１つの好適な実施例によるサイクロン式サンプリング装置の縦断面模式図である。図１に示すように、ガスキャリア物質に対して拡大収集機能を有するサイクロン式リアルタイムサンプリング装置は、孔を有するエンドキャップ１と、エンドキャップ１に配置されている押えリング２とを含み、押えリング２は、大顆粒物質がサンプリング装置内部に入るのを阻止するように、粗大ストレーナ３及び微細ストレーナ４をエンドキャップ１の開孔の上面に取り付ける。粗大ストレーナは大顆粒をろ過できるだけではなく、高い剛性を有して外部環境からの圧力及び大顆粒からのぶつかりを阻止することができる。微細ストレーナは、微細な固体微粒子または微細顆粒をろ過するのに用いられる。選択的には、一体化したエンドキャップ１を使用してもよく、一体化したエンドキャップは開口（サンプル入口とも呼ばれる）を有し、かつ、サンプル入口には、大顆粒物質がこのエンドキャップ１を通過するのを阻止するために多孔質素子３又は４が配置されている。

本発明によるサンプリング装置は、ガスカーテンガイド５をさらに含み、エンドキャップ１は、ガスカーテンガイド５の上環面を封止するように、Ｏ型シールリング８を介して回転式のガスカーテンガイド５の上面をカバーすることができる。回転式ガスカーテンガイド５は円筒式外側壁を有するとともに、図示しているように、断面が漏斗形となる内側壁を有してもよい。つまり、ガスカーテンガイド５は、１つの円筒とその中にある１つの漏斗式内側壁との組合せであってもよい。選択的には、ガスカーテンガイド５は一体形成された単品であってもよい。漏斗式内側壁と円筒式外側壁とのなす角は２０°〜３０°間であってもよいが、他のなす角も選択可能である。ガスカーテンガイド５の漏斗式内側壁の下端面の直径は少なくとも上端面の直径の２倍である。つまり、漏斗式内側壁で形成された下開口の直径は少なくとも上開口の直径の２倍である。このような漏斗形の設計はサイクロンの形成をシミュレーションするためである。ガスカーテンガイド５の漏斗式内側壁の内側面は内部空間、即ち、図１に示す断面図において、図示のように２つの内側壁の間にある内部空間を限定する。

図２はガスカーテンガイド５の側壁のＡ−Ａに沿う横断面模式図を示す。図２に示すように、ガスカーテンガイド５の漏斗式内側壁の上端には複数の旋回流孔６が均一に配置され、これら旋回流孔６の軸方向は漏斗の内側壁にほぼ相接し、旋回流孔６の軸線と縦方向とのなす角は４５°〜９０°の間にある。これにより、旋回流孔がガスカーテンガイド５の漏斗式内側壁に相接しながら下に向ける（図１に示す矢印方向）方向に沿うので、ガスは旋回流孔から流出し、漏斗式内側壁に相接する方向に沿って下へ流れる。

ガスカーテンガイド５の円筒式外側壁にはガス充填入口７を有する。回転式ガスカーテンガイド５の円筒式外側壁、漏斗式内側壁及びエンドキャップ１で一つの環状空間を囲んでいる。ガスがガス充填入口７から環状空間に入り、その後、環状空間の空気が漏斗式内側壁の旋回流孔６に沿ってガスカーテンガイド５の漏斗形内部空間内に吹き込まれ、旋回流ガスカーテン３０を形成する。

本実施例では、サンプルが上端から吸入され、下端から排出され、充填されたガスの気流が上から下へ螺旋状に流れることを示している。しかしながら、これは一例に過ぎず、サンプリング装置が被検物に対向するように水平に配置されているとき、例えばサンプル入口が、サンプリング装置の左側にある被検物に対向するとき、ガスカーテンガイド５の小口側は左側被検物に対向し、このときの漏斗形内壁９は横置きの配置形式であり、サンプルは左から右へと進む。

本発明の実施例によれば、ガスカーテンガイド５はガス充填管路１８を含んでもよい。図１は、ガス充填管路１８の一方の端がガス充填入口７に連通され、他方の端がガス充填用のエアポンプ２８に連通されている配置方式を示している。ガス充填用のエアポンプ２８は空気風をガス充填管路１８に沿ってガス充填入口７を経由して環状空間に送入し、環状空間の空気風は漏斗式内側壁の旋回流孔６に沿って漏斗形内部空間内に吹き込まれて旋回流ガスカーテン３０を形成する。

サンプリング装置は、円柱形内壁を有する導気チャンバー９をさらに含む。導気チャンバー９はＯ型シールリングを介してガスカーテンガイド５の下面に嵌められる。導気チャンバー９とガスカーテンガイド５は、導気チャンバーにおいてサイクロン式気流の形成に影響さえしなければ、他の形によって接合されてもよい。サイクロン式気流は当業者に知られるものであり、すなわち、気流の外周ガスが高速又は少なくとも迅速に螺旋回転することであり、すなわち、横断面（本実施例では導気チャンバーの断面）において回転運動しながら、縦方向において前方へ向けて（本実施例においてサンプル入口端からサンプル出口端まで）運動する速度を有する。同時に、気流中心又は軸心におけるガスは縦方向に沿って前方へ向けて吸引される。導気チャンバー９はサイクロン式旋回流を維持してサイクロン式軸心に吸引されたガスキャリア物質を後続の検出デバイスに入らせるように案内する。図１に示すように、旋回流ガスカーテン３０は下に向けて推進され、導気チャンバー９に入って旋回流３１を形成する。サイクロン式旋回流３２は導気チャンバー９に沿って流れ、導気チャンバー９下端の側壁の旋風出口１０を経て排気ポンプ接続口２３及び排気口２７から排出される。

サンプリング装置は、Ｏ型シールリング８を介して導気チャンバー９の下端面口をカバーする漏斗形底蓋１３をさらに含む。底蓋１３と導気チャンバー９の下端面口との間には半透膜１１が設けられ、半透膜１１は、ガスキャリア物質中の水分子、アンモニア分子及び他の不純物汚染物が吸入されて後端のクロマトグラフィーカラム又は移動管を汚染するのを阻止できる。また、半透膜１１はさらにクラスタの形成を制限し、計器の解像度を高める。

本発明の実施例によれば、半透膜１１を挟んで保護して、気流の衝撃から半透膜１１を保護するために、網状金属１２を２枚設置することができる。

漏斗形底蓋１３はキャリアガスとサンプルの混合領域又は混合チャンバーとされてもよい。漏斗形底蓋１３は、キャリアガスを注入するためのキャリアガス通路２１を含んでもよく、入ったキャリアガスは漏斗中でサンプルと十分に混合される。漏斗形底蓋１３は、サンプル導入口２０をさらに含んでもよく、サンプリングしたサンプルとキャリアガスは例えば混合して予熱された後にサンプル導入口２０を介して排出される。幾つかの場合、サンプルとキャリアガスは直接に混合して、加熱されずに排出されてもよい。

サンプリング装置は導気チャンバー９に設けられている保温カバー１４と、導気チャンバー９内に設けられている加熱棒１６及び温度センサ１７をさらに含んでもよく、それらが温度制御システムを構成し、導気チャンバー９に対して温度制御、例えば加熱昇温を行うことができる。温度制御システムはチャンバー内の温度を５０℃〜２５０℃に制御することができ、高温は、高沸点のガスキャリア物質が迅速に気化して半透膜を順調に通過するのに有利であるとともに、ガス化したサンプルと漏斗式側壁のキャリアガス通路２１から入ったキャリアガスとが漏斗中で十分に混合するのに有利であり、計器の高沸点物質に対する検出限界を効果的に向上させることができる。サンプリングしたサンプルはキャリアガスと混合して予熱された後、キャリアガスに担持されてサンプル導入口２０に入る。回転式ガスカーテンガイド５、導気チャンバー９、及び底蓋１３としては、熱特性のよい金属材料が用いられてもよく、その外部保温カバー１３としては、厚み約１０ｍｍのエーロゲル又はガラス又はセラミックウールが用いられてもよい。選択的には、ポリテトラフルオロエチレンハウジング１５で保温層１３外をカバーすることができる。

図３はハウジング１５の底端面を示し、それは、ガス充填ポンプ接続口２２、排気ポンプ接続口２３、ＧＣカラム・イオン移動管接続口２４、加熱棒引出線２５、温度センサ引出線２６、排気口２７及びキャリアガス管接続口３６を含む。そのうち、サンプリング装置の内部でサイクロン式気流を形成するようにガス圧力を継続的に提供するために、ガス充填ポンプ接続口２２と排気ポンプ接続口２３にはそれぞれ１つのエアポンプ２８が接続されてもよい。排気ポンプ接続口２３は、ガス抵抗ができるだけ小さくなるように配置されることが望ましいため、気流が排気ポンプ接続口に容易に流入するように、排気ポンプ接続口の導気チャンバー内にある開口は気流に向ける方向であることが望ましい。排気ポンプ接続口２３はエアポンプ２８に接続せずに直接に排気口とされてもよい。サイクロン式に吸引拡大された気流を排出させるために、幾つかの排気口２７を増設してもよい。ＧＣカラム・イオン移動管接続口２４がＧＣカラムに接続されてもよく、イオン移動管に直接に接続されてもよい。キャリアガス管接続口３６にはキャリアガスを浄化させるように分子篩３５が接続されている。

図示のように、エアポンプ２８のパワーは必要に応じて調整可能である。サイクロン式はガス収集拡大機能を有するため、排気ポンプの流速はガス充填ポンプの１０倍以上となっている。

ガス充填ポンプ２８から充填される空気流により、サンプリング目標３３から吸引された目標成分が妨害されるのを避けるために、ガス充填ポンプのサンプリングする空気源をサンプリング目標３３からできるだけ遠く離し、例えば伸縮転向可能なホースを用いてエアポンプをサンプリング端孔から遠く離すことができ、一方、ガス充填ポンプに入った空気をろ過して浄化し、ガスのクロス汚染を避け、サンプリング計器の位置決め・サンプリングの感度を高めることができる。

以下、本発明による実施例の、ガスに対して拡大收集機能を有するサイクロン式サンプリング装置のサンプリング、サンプル導入過程を説明する。

本発明のサンプリング装置の前端孔を５〜１０ｃｍの箇所においてサンプリング目標３３に照準しながら、ガス充填及び排気エアポンプ２８をオンにする。ガス充填気流２９はガス充填管に沿ってガス充填入口７を経てガスカーテンガイド５の環状空間内に充填され、エアポンプ２８の持続的な風圧により環状空間内でガス圧力が発生し、気圧の作用で、空気はガスカーテンガイド５の旋回流孔６に沿って漏斗内部空間内に吹き込まれ、旋回流孔６の特定な構造により、空気は特定方向に沿って内部空間中に吹き込まれ、これにより、漏斗形回転ガスカーテン３０を形成する。エアポンプ２８から空気が絶えずに吹き込まれる場合、絶えずに形成する回転ガスカーテン３０は導気チャンバー９の内壁に沿って移動し、即ち、導気チャンバー９の中心軸線３２回りに迅速に回転しながら下へ移動し、サイクロン式気流３１を形成する。回転によって形成された遠心力の作用により、サイクロン式気流の中心気圧は著しく低下し、例えば、中心軸線３２の気圧は周囲気圧よりも約１０倍低いため、導気チャンバー９の中心軸線において非常に大きい吸引力が発生する。吸引力により、サンプリングされる目標３３近傍のガスキャリア物質が導気チャンバー９の前端孔周囲から導気チャンバー９の風軸中心近傍まで吸入され、サンプル気柱を形成し、サイクロン式気流の中心軸線３２に沿って下へ移動し、最後に、サンプルはサンプル導入半透膜１１まで到達する。この過程は、自然界のサイクロン式の「龍取水」に類似する。

一方、サンプリングされたサンプルは半透膜１１を介して底蓋１３の漏斗形のチャンバー内に入り、予熱された場合には迅速に気化し、底蓋１３の側壁内のキャリアガス通路２１から入ったキャリアガス気流３７と十分に混合し、その後、キャリアガスがサンプルを担持してサンプル導入接続口２０に入る。

一方、サイクロン式気流３１の回転中心の外周のガスは、サイクロン式気流３１の外周に旋回流を形成して導気チャンバー９側壁に沿って運動し、導気チャンバー底部にある場合、外周旋回流のガスが出口１０に入り、この部分のガスが旋風出気流３４を形成して排気口２７を介して排出される。出口１０は旋回流の気流方向に向けて設置され、図１に示す方位において、出口１０は斜めに上に向けることができ、かつ出口は、出口の開口方向がより近接的に気流の出口における速度方向に向けるように、チャンバー中心に向けるのではなく内壁の接線方向へ偏ってもよい。つまり、出口１０の開口方向は気流の出口における速度方向と逆になるように厳しくしてはいないが、出口１０の開口方向は、ガスが出口１０に容易に入って排出されるように、気流の出口における速度方向とほぼ逆方向としている。

この過程により、サンプリング装置はサンプル分子を持続的に吸引することで、ガスキャリア物質に対する拡大収集を実現した。

ここでは贅言しないが，このようなガス拡大収集機能を有するサイクロン式リアルタイムサンプリング装置は、そのままＩＭＳ、ＧＣ、ＭＳ、ＧＣ−ＩＭＳ、ＧＣ−ＭＳ等の分析機器のサンプル導入器として用いられてもよい。

以下、本発明のもう１つの実施例を説明する。本実施例は前述した実施例に類似するため、以下、明らかにするためにその異なる部分のみを説明する。

本発明にかかる実施例において、サンプリング装置は、第１の端と、第１の端に対向する第２の端とを含む。サンプリング装置はチャンバー９を含み、チャンバーの一部５は漏斗形又は円錐台形である。具体的には、チャンバーは第１の端の近傍に位置するサンプル吸入用のサンプル入口と、第２の端の近傍に位置するサンプル排出用のサンプル出口２０とを含む。チャンバー９のサンプル入口は円錐台形の内壁９のより小径の円形端部近傍に位置し、かつ、円錐台形の内壁のより大径の円形端部の方はサンプル出口に近い。

つまり、漏斗形内壁９の小径端はサンプルに向けるが、大径端はサンプル排出用のサンプル出口に向かう。なお、図示のチャンバーの方位として、サンプル入口を上、サンプル排出用のサンプル出口を下にしているため、漏斗形内壁９は上下逆さまにした漏斗配置形式である。しかしながら、これは一例に過ぎず、サンプリング装置が被検物に対向するように水平に配置されている場合、例えばサンプル入口がサンプリング装置の左側の被検物に対向する場合、漏斗形内壁９の小径側は左側の被検物に対向し、このとき、漏斗形内壁９は横置となる配置形式である。

チャンバーにはさらにガス充填入口６が設けられ、ガス充填入口６は、チャンバー内にサイクロン式気流を発生させるためにチャンバー内に気流を吹き込むように配置されている。チャンバーにはさらに排気口１０が設けられ、排気口は、ガス充填入口６とともにチャンバー内においてサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するように配置されている。具体的には、図２に模式的に示されているように、ガス充填入口６は、ガス充填入口６の軸方向ガス充填方向がチャンバー内壁の内面にほぼ相接し、かつガス充填入口６の軸方向ガス充填方向がサンプル出口に向けて傾斜するように配置されている。

本実施例では、ガスカーテンガイド５を個別に設置しなくてもよいが、チャンバー内壁のサンプル入口近傍側に前述のガス充填入口６と、相応するガス導入通路とを設置することにより、上記ガスカーテンガイド５に類似する効果を実現することもできる。さらに、上記実施例に説明しているガスカーテンガイドの環状空間をチャンバー内部に形成することができ、環状空間は、環状空間内に気圧を形成するためにガスを収容し、ガス充填入口を介してサンプリング装置の内部空間にガスを充填するように配置されている。

排気口１０はチャンバーの壁内に位置し、その設置形式は本発明の前述した実施例における排気口に類似してもよく、排気口１０はガス充填入口６からのサイクロン式の螺旋前進気流に向けて、気流をできるだけ小さい抵抗力で排気口１０に入らせる。排気口１０はチャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出する。外周ガスは空気に限らず、少量のサンプルを含む可能性もある。排気口の開口方向は排気口における気流の速度方向とほぼ逆方向である。

サンプリング装置はサンプル入口側の第１の端に位置するストレーナをさらに含んでもよく、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止するためであり、前記ストレーナは、剛性を有して大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナとを含む。

サンプリング装置は、チャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含み、温度制御システムは、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含んでもよい。サンプリング装置はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含んでもよい。本実施例においてチャンバーは一体形成されたものであってもよく、例えば溶接、かしめ等の方式によって複数の部品を接合して形成されたものであってもよく、本発明の技術案において、これら形成方式はチャンバー内部の気流に実質的な影響を与えることはない。

本実施例におけるチャンバーには、上記実施例と同じように、例えばエンドキャップ１、ストレーナ３、４、ガス充填及び排気エアポンプ２８、サンプル導入半透膜１１、温度制御システム、保温層等を設置してもよい。本実施例におけるチャンバーは、キャリアガスとサンプルとを混合するための混合領域をさらに含んでもよい。即、チャンバーの下部において、チャンバーは混合領域を有し、混合領域はチャンバーのサイクロン式気流を形成するための部分と仕切られ、例えば半透膜１１を用いて仕切ることができる。本発の実施例によれば、半透膜１１を挟んで保護して、気流により半透膜１１が突き破るのを保護するために、網状金属１２を２枚設置してもよい。チャンバーの下部１３は、キャリアガスを注入するためのキャリアガス通路２１を含んでもよく、入ったキャリアガスが漏斗中でサンプルと十分に混合される。チャンバーの下部１３はサンプル導入口２０をさらに含んでもよく、サンプリングしたサンプルとキャリアガスは例えば混合して予熱された後にサンプル導入口２０を介して排出される。類似的には、図３に示すように、チャンバーの底端面は本発明の前述した実施例と同じであってもよい。チャンバーの底端面は、ガス充填ポンプ接続口２２、排気ポンプ接続口２３、ＧＣカラム・イオン移動管接続口２４、加熱棒引出線２５、温度センサ引出線２６、排気口２７及びキャリアガス管接続口３６を含む。ガス充填ポンプ接続口２２と排気ポンプ接続口２３は、ガス圧力を継続的に提供してサンプリング装置の内部でサイクロン式気流を形成するために、それぞれ１つのエアポンプ２８、例えばガス充填ポンプ及び排気ポンプに接続されてもよく、排気ポンプの流速はガス充填ポンプの１０倍以上である。排気ポンプ接続口２３は、ガス抵抗ができるだけ小さくなるように配置されることが望ましいため、気流が排気ポンプ接続口に容易に流入するように、排気ポンプ接続口の導気チャンバー内にある開口は気流に向ける方向であることが望ましい。排気ポンプ接続口２３はエアポンプ２８に接続せずに直接に排気口とされてもよい。サイクロン式に吸引拡大された気流を排出させるために、幾つかの排気口２７を増設してもよい。ＧＣカラム・イオン移動管接続口２４がＧＣカラムに接続されてもよく、イオン移動管に直接に接続されてもよい。キャリアガス管接続口３６にはキャリアガスを浄化させるように分子篩３５が接続されている。

また、本発明のもう１つの実施例によれば、本発明におけるチャンバーの一部の円錐台内壁は厳しく円錐台形にしなくてもよく、球形の一部であってもよい。つまり、チャンバーの一部の内壁は弧面であり、サンプルが進入する側のチャンバー内壁が小径であり、サンプルを排出する側のチャンバー内壁が大径であり、チャンバー内部にサイクロン式気流を形成すればよい。

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。

１ エンドキャップ
２ 押えリング
３ 粗大ストレーナ
４ 及び微細ストレーナ
５ ガスカーテンガイド
６ 旋回流孔
７ ガス充填入口
８ 型シールリング
９ 導気チャンバー
１０ 排気口
１１ 半透膜
１２ 網状金属
１３ 漏斗形底蓋
１４ 保温カバー
１５ ハウジング
１５ トラフルオロエチレンハウジング
１６ 加熱棒
１７ 温度センサ
１８ ガス充填管路
２０ サンプル導入口
２１ キャリアガス通路
２２ ガス充填ポンプ接続口
２３ 排気ポンプ接続口
２４ カラム・イオン移動管接続口
２５ 加熱棒引出線
２６ 温度センサ引出線
２７ 排気口
２８ エアポンプ
２９ ガス充填気流
３０ ガスカーテン
３１ 旋回流
３２ サイクロン式気流の中心軸線
３３ サンプリング目標
３４ 旋風出気流
３５ 分子篩
３６ キャリアガス管接続口
３７ キャリアガス気流

Claims (26)

1. チャンバーであって、チャンバーの第１の端に位置するサンプル吸入用のサンプル入口と、チャンバーの第１の端に対向する第２の端の近傍に位置するサンプル排出用のサンプル出口とを有するチャンバーを含むサンプリング装置であって、
   チャンバーはさらにチャンバーの壁内に位置するガス充填入口及び排気口を含み、ガス充填入口が、チャンバー内へ旋回気流を吹き込むように配置され、排気口が、ガス充填入口とともにチャンバー内でサイクロン式気流を形成するためにガスを排出するように配置され、前記サイクロン式気流はチャンバーの第１の端から第２の端まで螺旋的に前進することを特徴とするサンプリング装置。
2. チャンバーの一部の内壁は、円錐台形状に形成され、円錐台形内壁の小径の円形端がチャンバーのサンプル入口に近接し、かつ、円錐台形内壁の大径の円形端がサンプル出口に近接することを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
3. ガス充填入口は、ガス充填入口の軸方向ガス充填方向がチャンバー内壁の内面にほぼ相接するとともに、ガス充填入口の軸方向ガス充填方向がサンプル出口側へ傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のサンプリング装置。
4. 排気口は、チャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
5. 排気口の開口方向は、排気口での気流の速度方向とほぼ逆方向であることを特徴とする請求項４に記載のサンプリング装置。
6. サンプリング装置は、チャンバーの第２の端に設けられた混合チャンバー部分をさらに含み、サンプルが混合チャンバー部分に送入されてサンプル導入口を介して検出システムに送入されることを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
7. 混合チャンバー部分は半透膜によりチャンバーのその他の部分と仕切られていることを特徴とする請求項６に記載のサンプリング装置。
8. 混合チャンバー部分には、キャリアガスを混合チャンバー部分に注入することでサンプルと混合するようにキャリアガス通路が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のサンプリング装置。
9. サンプリング装置は、第１の端に位置するストレーナをさらに含み、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止するためであり、前記ストレーナは剛性を有して大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
10. サンプリング装置は、チャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含み、温度制御システムは、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
11. サンプリング装置はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
12. サンプリング装置は、ガス充填入口に連通されるガス充填ポンプと、排気口に連通される排気ポンプとをさらに含み、排気ポンプの流速がガス充填ポンプの流速の１０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のサンプリング装置。
13. 円柱形内壁面を有する導気チャンバーと、
    サンプリング装置の第１の端を封止するように配置され、サンプル吸入用のサンプル入口を有するエンドキャップと、を含むサンプリング装置であって、
    サンプリング装置は、サンプリング装置の第１の端のサンプル入口近傍に設けられているとともに、導気チャンバーと接合されているガスカーテンガイドをさらに含み、ガスカーテンガイドには、ガスカーテンガイドと導気チャンバーの内部空間内でサイクロン式気流を形成するようにサンプリング装置内へ空気を吹き込むためのガス充填入口が設けられていることを特徴とするサンプリング装置。
14. ガスカーテンガイドは円錐台形の内壁を有し、サンプリング装置のサンプル入口が円錐台形内壁の小径の円形端近傍に位置し、かつ、円錐台形内壁の大径の円形端がサンプル入口から遠く離れていることを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
15. ガスカーテンガイドは複数の旋回流孔を有し、それぞれの旋回流孔の軸方向がガスカーテンガイドの内壁の内面にほぼ相接し、かつ、それぞれの旋回流孔の軸方向ガス充填方向が、サンプル入口側から離れる方向に向けて傾斜することを特徴とする請求項１４に記載のサンプリング装置。
16. 導気チャンバーはさらに排気口を含み、排気口は、導気チャンバー内に形成されたサイクロン式気流の外周ガスを排出するように、第１の端から遠く離れる導気チャンバー壁内に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
17. 排気口の開口方向は排気口における気流の速度方向とほぼ逆方向であることを特徴とする請求項１６に記載のサンプリング装置。
18. サンプリング装置は、サンプリング装置の第１の端に対向する第２の端に設けられた混合チャンバー部分をさらに含み、サンプルが混合チャンバー部分に送入されてサンプル導入口を介して検出システムに送入されることを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
19. 混合チャンバー部分は半透膜によりチャンバーのその他の部分と仕切られていることを特徴とする請求項１８に記載のサンプリング装置。
20. 混合チャンバー部分には、キャリアガスを混合チャンバー部分に注入することでサンプルと混合するようにキャリアガス通路が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載のサンプリング装置。
21. サンプリング装置は第１の端に位置するストレーナをさらに含み、ストレーナは大顆粒物質がサンプル入口に入るのを阻止し、前記ストレーナは、剛性を有して大顆粒をろ過する粗大ストレーナと、微細顆粒をろ過する微細ストレーナとを含むことを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
22. サンプリング装置は、チャンバー内の温度を制御するための温度制御システムをさらに含み、温度制御システムは、チャンバーの壁内に設置されている昇温用のヒータ及び温度測定用の温度センサを含むことを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
23. サンプリング装置はチャンバーの壁を囲む保温層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
24. サンプリング装置は、ガス充填入口に連通されるガス充填ポンプと、排気口に連通される排気ポンプとをさらに含み、排気ポンプの流速がガス充填ポンプの流速の１０倍以上であることを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
25. ガスカーテンガイドは、環形空間を規制し、環形空間はガスを収容するように配置されており、これにより、環形空間内で気圧を形成して、ガス充填入口を介してサンプリング装置の内部空間へガスを充填することを特徴とする請求項１３に記載のサンプリング装置。
26. 請求項１３〜２５のいずれか１項に記載のサンプリング装置に用いられるガスカーテンガイド。

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