JP2607208B2 - サンプルガス導入機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス検出装置に用いる
質量分析器のサンプルガス導入部に改良を加えたサンプ
ルガス導入機構に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、ヘリウムガス等の所望のガスを検出
する方法として、質量分析器を用いたガス検出装置が使
用されている。このガス検出装置は、真空に近い状態と
された質量分析器内に圧力可変バルブを介して検査しよ
うとするサンプルガスを導入し、該サンプルガス中に測
定したいガスが含まれているか否かを検出するものであ
る。

【０００３】ここで図４（ａ），（ｂ）は質量分析器内
にサンプルガスを導入するサンプルガス導入機構の従来
の構成を示す概略構成図である。同図（ａ）に示す機構
においては、圧力可変バルブ８０のサンプルガス流入側
に管８１を接続しておき、該管８１の流入孔８３から流
出孔８５に向かってサンプルガスを循環させる。そして
該サンプルガスの圧力（大気圧）と質量分析器内の圧力
（ほぼ真空）の差を利用して、該サンプルガスの一部を
圧力可変バルブ８０を通して質量分析器内に適当量自然
吸気させる。

【０００４】また同図（ｂ）に示す機構においては、圧
力可変バルブ９０のサンプルガス流入側にガスリザーバ
９１を接続するとともに、該ガスリザーバ９１に２つの
バルブ９３，９５を接続しておく。そしてまずバルブ９
５を開いて図示しない補助ポンプにてガスリザーバ９１
内を減圧し、次にバルブ９５を一度閉めた後に、バルブ
９３を開いてガスリザーバ９１内にサンプルガスを導入
する。その後圧力可変バルブ９０によって質量分析器内
に適当量のサンプルガスを導入させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法は、サンプルガスを単に圧力差によって質量分析
器内に自然吸気させたり、多数のバルブによってその都
度サンプルガスを適量導入したりするものであるため、
質量分析するのに多少の応答時間を要してしまい、検出
しようとするガスの状態（特にガス濃度）変化に即応で
きないという欠点があった。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、サンプルガスの質量分析器内への導
入に要する応答時間を極端に短くすることのできるサン
プルガス導入機構を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、図１に示すように、圧力可変バルブ１０の
前面（サンプルガス吸入側）に接続される管１１の該接
続部周辺の部分を二重管構造としてその外側の管１５の
一端を圧力可変バルブ１０に接続し、且つ内側の管１３
の一端を圧力可変バルブ１０に接近させて配置させると
ともに内側の管１３の他端を外側の管１５の他端から外
部に突出させて吸気用ポンプ２０に接続し、一方外側の
管１５には質量分析器内に吸引しなかったサンプルガス
を排気する排気孔１７を設け、吸気用ポンプ２０によっ
て吸気したサンプルガスを内側の管１３を通して圧力可
変バルブ１０に向けて吹き付けて該吹き付けたサンプル
ガスの一部を圧力可変バルブ１０を通して質量分析器に
導入すると共にその他のサンプルガスを外側の管１５を
通して排気孔１７から排気せしめるように構成した。

【０００８】

【作用】サンプルガスは吸気用ポンプ２０に強制的に吸
い込まれて加圧され、内側の管１３を通して圧力可変バ
ルブ１０に向けて吹き付けられる。その後は外側の管１
５を通してその排気孔１７から自然排気される。

【０００９】一方圧力可変バルブ１０にサンプルガスを
吹き付けることにより、現在測定したいサンプルガスを
早急に質量分析器内に導入できる。従ってガスの状態
（特にガス濃度）変化に即座に対応でき、逐次その変化
を追うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の要部を示す概略図である。
同図に示すように本発明においては、圧力可変バルブ１
０のサンプルガス吸入側に接続される管１１を二重管構
造とし、内側の管１３の一端を前記圧力可変バルブ１０
に接近させ、また該内側の管１３の他端を吸気用ポンプ
２０に接続し、さらに外側の管１５の所定位置に排気孔
１７を設けて構成されている。

【００１１】そして吸気用ポンプ２０によって吸気され
たサンプルガスを内側の管１３を通して圧力可変バルブ
１０に吹き付ける。これによってサンプルガスの質量分
析器内への導入に要する応答時間を極端に短くすること
ができる。

【００１２】ここで図２は本発明を用いて構成したガス
検出装置の１具体例を示す概略構成図である。なおこの
具体例においては、圧力可変バルブ１０としてニードル
弁構造のものを用い、吸気用ポンプ２０としてダイヤフ
ラムポンプを用い、質量分析器として磁場偏向型質量分
析器３０を用いている。

【００１３】同図に示すようにこのガス検出装置１は、
圧力可変バルブ１０の前面に、前記図１に示す二重管構
造の管１１と吸気用ポンプ２０を接続し、また該圧力可
変バルブ１０の後面に、磁場偏向型質量分析器３０を接
続して構成されている。磁場偏向型質量分析器３０の内
部はターボ分子ポンプ３３によって排気される。

【００１４】ここで圧力可変バルブ１０は、予めターボ
分子ポンプ３３の排気性能に合わせて、磁場偏向型質量
分析器３０内の圧力が常に５／１０⁵〜１／１０⁴［Tor
r］になるように調整しておく。

【００１５】次にこのガス検出装置１の動作を説明す
る。まず吸気用ポンプ２０にサンプルガスを強制的に吸
い込んで加圧し、内側の管１３を通して圧力可変バルブ
１０に向けて吹き付ける。その後は外側の管１５を通し
てその排気孔１７から自然排気させる。

【００１６】一方圧力可変バルブ１０に吹き付けられた
サンプルガスの一部は、サンプルガスの圧力（大気圧）
と磁場偏向型質量分析器３０内の圧力（ほぼ真空）の差
を利用して、磁場偏向型質量分析器３０内に導入され
る。このように圧力可変バルブ１０にサンプルガスを吹
き付けることにより、現在測定したいサンプルガスを早
急に磁場偏向型質量分析器３０内に導入できる。

【００１７】なお磁場偏向型質量分析器３０内に導入さ
れたサンプルガスは、イオン源３１によってイオン化さ
れ、加速され、偏向用磁石３５によって偏向された後
に、検出したいガスが検出部３７によって検出される。

【００１８】次に図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来
のサンプルガス導入機構を用いたガス検出装置と、図２
に示す本発明にかかるサンプルガス導入機構を用いたガ
ス検出装置を用いて測定した質量分析器出力と応答時間
の関係を示す図である。なお従来のガス検出装置として
は、図４（ａ）に示す構造のものに図２に示す磁場偏向
型質量分析器３０を接続したものを用いた。

【００１９】この実験は、図２に示すガス導入口２１か
ら、初めは空気を供給し、次に風船に入ったサンプルガ
ス（ヘリウムガス，1000［ppm］）を供給する。そして
このときの磁場偏向型質量分析器３０の出力の時間変化
を測定したものである。図３の縦軸はサンプルガスに対
する磁場偏向型質量分析器３０の出力、横軸はガス導入
時からの経過時間を示す。図中、Ａは反応の立ち上がり
時間を、Ｂは立ち下がり時間を示している。

【００２０】この実験からも明らかなように、図４
（ａ）に示す従来例を用いて構成したガス検出装置にお
いては、立ち上がり時間Ａで約１５秒，立ち下がり時間
Ｂで約３０秒の応答時間がかかっているのに対して、図
２に示す本発明によるガス検知装置においては、ほぼ即
時に応答している。

【００２１】なお上記実施例では磁場偏向型質量分析器
を用いたが、本発明はこれに限られず、真空中にサンプ
ルガスを導入する構造の質量分析器であれば、どのよう
なものであってもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるサンプルガス導入機構によれば、サンプルガスを即
座に質量分析器内に導入できるので、ガスの状態（特に
ガス濃度）変化に即座に対応でき、逐次リアルタイムで
その変化を追うことができる。また本発明によれば、圧
力可変バルブの前面に接続される管の該接続部周辺の部
分を二重管構造とし、その外側の管の一端を圧力可変バ
ルブに接続し且つ内側の管の一端を圧力可変バルブに接
近させて配置しさらに外側の管に排気孔を設けたので、
圧力可変バルブに接続される配管自体が圧力可変バルブ
へのサンプルガス吹き付け機構とサンプルガス排気機構
とを内蔵することとなり、その構造が簡素で小型化が図
れるにもかかわらず、前述のようにガスの状態変化の観
測がリアルタイムで行なえると同時に、質量分析器内に
導入されなかったサンプルガスの排気も確実に行なえ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部を示す概略図である。

【図２】本発明を用いて構成したガス検出装置の１具体
例を示す概略構成図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のサンプル
ガス導入機構を用いたガス検出装置と、図２に示す本発
明のサンプルガス導入機構を用いたガス検出装置を用い
て測定した質量分析器出力と応答時間の関係を示す図で
ある。

【図４】質量分析器内にサンプルガスを導入するサンプ
ルガス導入機構の従来の構成を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ ガス検出装置 １０ 圧力可変バルブ １１ 管 １３ 内側の管 １５ 外側の管 １７ 排気孔 ２０ 吸気用ポンプ ３０ 磁場偏向型質量分析器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力可変バルブの前面に管を接続し該管
   内にサンプルガスを導き、余分なサンプルガスを排気孔
   から排出するとともに、該圧力可変バルブの後面に接続
   したほぼ真空状態の質量分析器内に前記サンプルガスの
   一部を吸引せしめるように構成したサンプルガス導入機
   構において、 前記圧力可変バルブの前面に接続される管の該接続部周
   辺の部分を二重管構造としてその外側の管の一端を圧力
   可変バルブに接続し、且つ内側の管の一端を圧力可変バ
   ルブに接近させて配置させるとともに内側の管の他端を
   外側の管の他端から外部に突出させて吸気用ポンプに接
   続し、一方外側の管には前記質量分析器内に吸引しなか
   ったサンプルガスを排気する排気孔を設け、吸気用ポン
   プによって吸気したサンプルガスを内側の管を通して圧
   力可変バルブに向けて吹き付けて該吹き付けたサンプル
   ガスの一部を圧力可変バルブを通して質量分析器に導入
   すると共にその他のサンプルガスを外側の管を通して排
   気孔から排気せしめることを特徴とするサンプルガス導
   入機構。