JP2668493B2 - 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調整用板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５（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、圧力調整用板８０のサンプルガス吸入側に
管８１を接続しておき、該管８１の流入孔８３から流出
孔８５に向け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
調整板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
力調整用板９０のサンプルガス吸入側にガスリザーバ９
１を接続すると共に、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９５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。その後圧力調整用板９０を通し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
度サンプルガスを質量分析器内に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、圧力調整用板１０の前
面に接続される管１１を二重管構造としてその外側の管
（ガス導出管）１５の一端を圧力調整用板１０に接続
し、且つ内側の管（ガス導入管）１３の一端を圧力調整
用板１０に接近させて配置させるとともにその他端を吸
気用ポンプ２０に接続し、一方外側の管１５には質量分
析器３０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を通して圧力調整用板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
力調整用板１０を通して質量分析器３０に導入すると共
にその他のサンプルガスを内側の管１３と外側の管１５
の間を通して排気孔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、ガス導入管１３を通して圧力調整
用板１０に向けて吹き付けられる。その後はガス導出管
１５を通してその排気孔１７から自然排気される。

【０００９】一方圧力調整用板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１実施例の要部を示す概略
図である。同図に示すようにこの実施例においては、圧
力調整用板１０のサンプルガス吸入側に接続される管１
１を二重管構造とし、内側のガス導入管１３の一端を前
記圧力調整用板１０に接近させ、また該ガス導入管１３
の他端を吸気用ポンプ２０に接続し、さらに外側のガス
導出管１５の所定位置に排気孔１７を設けて構成されて
いる。

【００１１】ここで圧力調整用板１０は、圧力調整用多
孔質板（圧力調整用多孔質金属板又は圧力調整用多孔質
セラミック板）で構成されている。

【００１２】そして吸気用ポンプ２０によって吸気さ
れ、加圧されたサンプルガスはガス導入管１３によって
誘導されて、直接圧力調整用板１０に吹き付けられる。
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。

【００１３】ここで図２は上記実施例を用いて構成した
ガス検出装置を示す概略構成図である。なおこのガス検
知装置においては、圧力調整用板１０として圧力調整用
多孔質セラミック板を用い、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。

【００１４】同図に示すようにこのガス検出装置１は、
圧力調整用板１０の前面に、前記図１に示す構造の管１
１と吸気用ポンプ２０を接続し、また該圧力調整用板１
０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。

【００１５】ここで圧力調整用板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［Torr］
になるように調整しておく。

【００１６】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、内側のガス導入管１３を通して圧力調
整用板１０に向けて吹き付ける。その後は外側のガス導
出管１５を通してその排気孔１７から自然排気させる。

【００１７】一方圧力調整用板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）の差に
よって、磁場偏向型質量分析器３０内に導入される。こ
のように圧力調整用板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。

【００１８】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。

【００１９】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５（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。

【００２０】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。

【００２１】この実験からも明らかなように、本発明に
かかるガス検出装置は、立ち上がり時間，立ち下がり時
間共にその反応時間を極端（Ａでは約１／４、Ｂでは約
１／５）に短縮できる。

【００２２】次に図４は本発明の他の実施例を用いて構
成したガス検出装置１′を示す概略構成図である。この
実施例において前記実施例と相違する点は、ガス導入管
１３′とガス導出管１５′を二重管構造とせず、フラン
ジ２５にガス導入管１３′とガス導出管１５′を別々に
接続し、該フランジ２５と磁場偏向型質量分析器３０の
フランジ３９を圧力調整用板１０と密閉リング２６を挾
んで接続した点である。なおフランジ２５とフランジ３
９の間に密閉リング２６を挾むことによって、圧力調整
用板１０とフランジ２５の間に隙間が設けられる。

【００２３】このように構成しても、ガス導入管１３′
のガス吹き出し口は圧力調整用板１０に接近し、該ガス
導入管１３′から吹き出されるサンプルガスは、圧力調
整用板１０に吹き付けられる。従ってその効果は前記図
１，図２に示すものと同様である。なおその後、該サン
プルガスの多くは隙間を通してガス導出管１５′から排
気される。

【００２４】なお上記各実施例においては磁場偏向型質
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。

【００２５】

【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、以下のような優れ
た効果を奏する。 現在測定したいサンプルガスを圧力調整用板に直接吹
き付けることで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、逐次その変化を追うことができる。 特に本発明においては、圧力調整用板として圧力調整
用多孔質板を用いたが、圧力調整用多孔質板は、従来か
ら用いられている有機系膜やピンホール等と相違して応
答速度が早くしかも圧力差の調整が容易なので、このよ
うな特性を有する材料からなる圧力調整用板に現在測定
したいサンプルガスを直接吹き付けることにより、前記
効果との相乗効果によって、サンプルガスが極めて早
急に質量分析器内に導入でき、ガスの状態変化にさらに
リアルタイムに対応できる。 しかもその構造は圧力調整用板に吸気用ポンプによっ
て吸気したサンプルガスを吹き付けるという簡便な構造
なので、小型化が可能になる。 また本発明は、圧力調整用板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
一端を圧力調整用板に接続し、且つ内側の管の一端を圧
力調整用板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、圧力調整用板に接続される配管自体が圧
力調整用板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１実施例の要部を示す概略図である。

【図２】図１の実施例を用いて構成したガス検出装置を
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】本発明の他の実施例を用いて構成したガス検出
装置を示す概略構成図である。

【図５】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】

１，１′ ガス検出装置 １０ 圧力調整用板 １３，１３′ ガス導入管 ２０ 吸気用ポンプ ３０ 磁場偏向型質量分析器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力調整用板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、該圧力調整用板の後面に接続した
   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、 前記圧力調整用板の前面に接続される管を二重管構造と
   してその外側の管の一端を圧力調整用板に接続し、且つ
   内側の管の一端を圧力調整用板に接近させて配置させる
   とともにその他端を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調整用板に向け
   て吹き付けて該吹き付けたサンプルガスの一部を圧力調
   整用板を通して質量分析器に導入すると共にその他のサ
   ンプルガスを内側の管と外側の管の間を通して排気孔か
   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。
2. 【請求項２】 前記圧力調整用板として圧力調整用多孔
   質板を用いることを特徴とする請求項１記載のサンプル
   ガス導入機構。
3. 【請求項３】 前記圧力調整用多孔質板は、圧力調整用
   多孔質金属板又は圧力調整用多孔質セラミック板である
   ことを特徴とする請求項２記載のサンプルガス導入機
   構。