JP5833801B1 - 別々に動作する二つのイオン化源を備えたガスクロマトグラフィー用光イオン化検出器 - Google Patents

Abstract

単一の本体の中に二つのイオン化源を用いたガスクロマトグラフィー用の検出器が開示されている。二つのイオン化源は、二つ又はそれ以上の集電電極に対して電気放電を提供するように、カラムガス溶離剤に対して別々にイオン化エネルギーを与える。こうすることによって選択性が改善された。また、複数のバイアス／集電共用電極が用いられている。二つのイオン化源を用いることにより、一つの共通本体で且つ一つの共通する成分の流れから二つの検出器出力の発生を可能とする。検出器において使用するイオン化源、使用可能な放電ガス及びドーパントは、所望とする選択性に基づいて選択することができる。

Description

本発明は、改良されたガスクロマトグラフィー用のイオン化検出器及びその使用方法に関する。より詳しくは、二つ又はそれ以上のバイアス/集電共用電極で構成されても構わない集電電極に、電気放電が発生するように、放電ガスを介してカラムガス溶離剤のイオン化を行うために、イオン化エネルギーを別々に提供するための二つの分離したイオン化源を単一の本体内に備えたガスクロマトグラフィー用の検出器と、該検出器を用いることにより選択度又は選択性が向上した使用方法に関する。

特定の化合物の存在を検出するために用いられるガスクロマトグラフィーシステムには、既知のイオン化検出器が含まれる。試料は、気化された上でガスクロマトグラフカラムの上端部から導入され、不活性ガス、つまり、ガス状の移動相の流れによってカラムの中を移動し、試料中の化合物成分の物理的性質に基づいて分離される。続いて、ガスクロマトグラフィーから流れてきた溶離剤は、イオン化検出器における伸長包囲型チャンバーの中へ流される。ヘリウム、その他の希ガス又はそれらの混合ガスもまた放電ガスとして検出器の中へ導入された後、伸長包囲型チャンバーの放電チャンバーセクションの中でイオン化され、エネルギーが吸収されることで原子が励起状態へと遷移する。イオンは他の原子と結合し二原子の準安定分子を構成し、そして分子を放出しながら発光する。これが一つ又はそれ以上の光子である。カラムにおけるそれぞれの保持時間に応じて分離された構成物又は化合物は、伸長包囲型チャンバーにおける隣接した反応チャンバーセクションにおいて、イオン化された放電ガスから放射された光子によってそれぞれの化合物成分毎にイオン化される。イオン化されたそれぞれの化合物成分が集電電極に遭遇するため、そこに電流が生起される。一つ以上の化合物成分は同一又は類似の保持時間を有することから、上述の電流は、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）及び保持時間に基づいて試料中のそれぞれの化合物成分を同定する上で有用である。この検出手法の非破壊的な特性に関して様々な利点が認識されている。

放電ガスをイオン化する手段としては様々なものが存在している。放電ガスをイオン化する手段には、電気放電として直流電流放電（パルス放電）又は交流電流放電を用いる手段、誘電バリア放電を用いる手段又はランプを用いる手段が含まれる。各イオン化源にはそれぞれに利点が存在する。例えば、パルス放電検出器（ＰＤＤ）は安定性及び長寿命の点で有利である。これらの検出器は、微量ガス分析、半導体製造及び環境分析を含む様々な分野において有用性が認められている。

これらの検出器は、単一の集電電極を用いるものである。単一の集電電極は、少なくとも一つのバイアス電極を備えているシステムの一部分として、又は、バイアス／集電共用電極として、それ自体がバイアス化されているようになっていても構わない。しかし残念ながら、単一の集電電極を用いた場合、検出器セルから取得し得る情報が制限されてしまう。さらに、そのような検出器は、キャリアガスを除く全ての化合物成分に対して反応してしまうために選択性がない。この選択性を改善するための手段として幾つかの手段が開示されているものの、それらは実用という点で十分な選択性を実現しているとは言えない。それらの手段では、異なる放電ガスの種類毎に二つの別々のガス検出器を並行して用いており、ガスクロマトグラフィーカラムから流れる溶離剤を分割してそれぞれの検出器の中へ導いている。しかしながら、溶離剤を分割する場合、二つの検出器への化合物の均等な分割を確実に行うことについて困難が生じる。さらに、検出器を構成する部品の汚染や劣化によって二つの検出器が異なる結果を示した場合、ある基準に基づいてその結果を取り扱うことができなくなってしまう。

そこで、従来から、分割されていない溶離剤を、共通の本体内に別々に備える二つのイオン化放電部位において、別々にイオン化することで選択性を向上させたガスクロマトグラフィー用の光イオン化検出器の提供及びその使用方法の提供が求められていた。

本発明に係る光イオン化検出器は、二つの別々のイオン化放電源と二つ又はそれ以上のバイアス／集電共用電極とを用いる。本発明に係る光イオン化検出器が動作することで、二つのイオン化源によって二つの検出器出力を生成することができる。本発明の光イオン化検出器で使用するイオン化源、適用可能な放電ガス及びドーパントは、所望する選択性に基づいて任意に選択すれば良い。

本発明に係る光イオン化検出器は、伸長包囲型チャンバー、第一イオン化源、カラムガスインレット、第二イオン化源、アウトレット、第一バイアス／集電共用電及び第二バイアス／集電共用電極を含んで構成され、端的には二つのイオン化源を備えたイオン化検出器本体である。伸長包囲型チャンバーの範囲は、第一端及び第二端によって画定される。第一イオン化源は、第一端に又はそれに隣接して伸長包囲型チャンバーの中に配設されており、他方、第二イオン化源は、第二端に又はそれに隣接して伸長包囲型チャンバーの中に配設されている。カラムガスインレットは、伸長包囲型チャンバーの中における第一イオン化源とチャンバー第二端との間において、検出器本体の一側面を貫通して配設されている。カラムガスインレットは、第一イオン化源と第二端との間から伸長包囲型チャンバーの中へカラムガスが入るための入口となる。アウトレットは、伸長包囲型チャンバーの中におけるカラムインレットの入口部位と第二イオン化源との間から伸長包囲型チャンバーの外へガスを放出するための出口となる。第一集電電極の端部は、カラムガスインレットとアウトレットとの間において伸長包囲型チャンバーの中に露出している。第二集電電極の端部は、第一集電電極の端部と第二イオン化源との間において伸長包囲型チャンバーの中に露出している。第一イオン化源としてパルス放電を用いる本発明の一実施形態に係る光イオン化検出器はまた、検出器本体の壁を貫通した第一放電ガスインレットをチャンバー第一端の近傍に有しており、ここを通して第一放電ガスが伸長包囲型チャンバー内に導入される。その結果、第一イオン化源は、第一放電ガスインレットとチャンバー第二端との間に位置することになる。仮に第二イオン化源としてパルス放電が用いられる場合、第二集電電極の端部は、第一集電電極の端部と第二放電ガスインレットとの間に配設されれば良い。最後に、アウトレットは、第二集電電極の端部とチャンバーの第二端との間に配設されれば良い。

実施の動作として、本発明に係る光イオン化検出器は、キャリアガスに含まれる分離された成分を同定するための方法として用いることができる。キャリアガスに含まれる分離された成分は、カラムガスインレットから伸長包囲型チャンバーの中へ流入される。伸長包囲型チャンバーの中へ流されたキャリアガスに含まれる分離された成分は、第一イオン化源によってイオン化されている第一放電ガスから放射される光子によってイオン化され、また、第二イオン化源によってイオン化されている第二放電ガスから放射される光子によってイオン化される。イオン化された成分との相互接触作用によって、第一集電電極には経時的に第一時間依存電流が生成され、また、第二集電電極には経時的に第二時間依存電流が生成される。分離された成分は、アウトレットを通って検出器の外へ放出される。第一時間依存電流及び第二時間依存電流は、時間の関数として、直接的な形で又は互いに関連する形で、ディスプレイ上に可視表示される。

双放電源とも言える、二つの別物のイオン化源を用い、且つ二つ又はそれ以上の数の集電電極を備えた本発明に係る光イオン化検出器は、選択性の改良を達成するものである。二つの集電電極間の応答比又は反応比は、保持時間によって示される成分の同定の確認に、実際上非常に有用である。さらに、二つの放電源及び多数の集電電極を用いる本発明の光イオン化検出器は、第二の検出器又はガスクロマトグラフィーカラムからの流れを分割する必要が無く、その上でも、従来の光イオン化検出器が備える広範囲且つ均一な反応特性を維持するものである。

アルゴン、クリプトン又はキセノンでドーピングされたヘリウムを第二放電ガスとして用いることにおり、純粋なヘリウムを用いる場合よりも、同期性を有するも、異なる放電発光の様相を呈する。純粋なヘリウムは、より高い光エネルギーを呈し、溶離した試料中の成分をそのエネルギーによってイオン化する。ドーパントしたヘリウムの場合、光子エネルギーが減少することから、選択した成分のみをイオン化することができる。ヘリウムが備える有益性、つまり、アルゴン、クリプトン及びキセノンの共鳴放射に対する透過性及び電極の冷却の効率性を維持するために、ドープされたヘリウムは、純粋な非ヘリウムガスよりも多く用いられる。さらに、上述のようなドープされた放電ガスと共に第二放電ガス源を用いる光イオン化検出器は、脂肪族化合物、芳香族化合物、アミン及びその他の種類を選択して同定することに特化した検出器としての機能を併せて提供する。例えば、アルゴンを使用することによって有機化合物成分に対する選択性を提供することができ、クリプトンを使用することによって不飽和化合物成分に対する選択性を提供することができ、キセノンを使用することによって多核芳香族化合物の成分に対する選択性を提供することができる。

本発明に係る光イオン化検出器は、電圧源によってバイアス化されるバイアス電極をさらに備えても良いが、この場合、検出器を構成する部品点数が必然的に増えることになる。

最後に、二つの放電部位及び多数の集電電極を備えることによって、試料に含まれるそれぞれの成分のイオン化ポテンシャル比を算出することができ、この比が、成分の同定に役立つものとなる。

本発明に係る光イオン化検出器の更に別の態様、利点及び実施形態は、以下の様々な実施形態に関する具体的な説明及び関連する図面を参照することによって理解されよう。

本明細書の一部を構成する図面において説明されている実施形態を参照することにより、本発明に係る光イオン化検出器の上記特徴、利点及び目的、さらには以下において明らかにされる他の特徴、利点及び目的、より具体的には上記において簡潔に要約された本発明に係る光イオン化検出器が達成されることが、また本発明に係る光イオン化検出器についての詳細な理解が可能となろう。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な好ましい実施形態を示しているに過ぎないこと、そして本発明範囲を限定するものではなく、他の同等に有効な実施形態としても構成可能なことに注意すべきである。

図１は、第一イオン化源及び第二イオン化源としてパルス放電を用いた本発明に係る光イオン化検出器の検出器本体を示した図である。 図２は、第一イオン化源としてパルス放電を用い、第二イオン化源としてランプを用いた本発明に係る光イオン化検出器の検出器本体を示した図である。 図３は、第一放電ガスインレット１１０から第一放電ガスとしてヘリウムを、また第二放電ガスインレット１１６から第二放電ガスとしてクリプトンを導入し、第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８を動作させた本発明に係る光イオン化検出器における、第一集電電極１３８及び第二集電電極１４０での分析結果として、第一集電電極１３８における第一集電電流（Ｅ１）の電流の強さを保持時間の時間関数として、及び第二集電電極１４０における第二集電電流（Ｅ１）の電流の強さを保持時間の時間関数として示した図である。 図４は、図３に示されている様々なピークにおける比を示した図である。

本願に係る光イオン化検出器は、ガスクロマトグラフィー用の光イオン化検出器であって、複数の集電電極を備える検出器本体及びその使用方法に関するものである。

図１には、第一及び第二イオン化源としてパルス放電を用いる光イオン化検出器の検出器本体１０２が示されている。二つのイオン化源を備えるイオン化検出器本体１０２は、チャンバー第一端１０６及びチャンバー第二端１０８を備える伸長包囲型チャンバー１０４と、第一イオン化源１１２と、第二イオン化源１１８と、カラムガスインレットパイプ１１４と、バイアス／集電電極として共用可能な第一集電電極端１２０を備える第一集電電極１３８と、これもバイアス／集電電極として共用可能な第二集電電極端１２２を備える第二集電電極１４０と、伸長包囲型チャンバー１０４からの出口であるアウトレットパイプ１３６とを備えている。イオン化検出器本体１０２はさらに、第一放電ガスインレット１１０及び第二放電ガスインレット１１６を備えても良い。第一放電ガスインレット１１０は、伸長包囲型チャンバー１０４の内部に向かう位置に、具体的にはチャンバー第一端１０６の所又はその付近に配設されれば良い。第二放電ガスインレット１１６も同様に、伸長包囲型チャンバー１０４の内部に向かう位置に、即ち、チャンバー第二端１０８の所又はその付近に配設されれば良い。それゆえ、第一放電ガスインレット１１０は、第一放電ガスがチャンバー第一端１０６の付近から伸長包囲型チャンバー１０４の中に入るための通路を、他方、第二放電ガスインレット１１６は、第二放電ガスがチャンバー第一端１１６とは反対側の端部であるチャンバー第二端１０８の付近から伸長包囲型チャンバー１０４の中に入るための通路を提供することとなる。第一イオン化源１１２は、伸長包囲型チャンバー１０４の中においてチャンバー第一端１０６の近傍に位置し、動作中は第一放電ガスインレット１１０の下流側となる。また、第二イオン化源１１８は、伸長包囲型チャンバー１０４の中においてチャンバー第二端１０８の近傍に位置し、動作中はこれもまた第二放電ガスインレット１１６の下流側となる。図面から理解できるとおり、上記した位置関係の場合、動作中、第一イオン化源１１２は第一放電ガスインレット１１０の下流側となり、第二イオン化源１１８は第二放電ガスインレット１１６の下流側となる。カラムガスインレットパイプ１１４は、第一イオン化源１１２と第二イオン化源１１８との間に位置する。ここで、動作中、カラムガスインレットパイプ１１４は第一放電ガスインレット１１０の下流側に位置することとなる。動作中、カラムガスインレットパイプ１１４は、伸長包囲型チャンバー１０４の中への通路となるものであるため、下流側に位置している第二イオン化源１１８よりも第一イオン化源１１２に近くなるように配設される必要がある。第一集電電極端１２０は、伸長包囲型チャンバー１０４内に露出しており、動作中における第一放電ガスの流れを基準にすると、カラムガスインレットパイプ１１４及び第一放電ガスインレット１１０の下流側、即ち、カラムガスインレット１１４とアウトレットパイプ１３６との間に露出している。第二集電電極端１２２は、伸長包囲型チャンバー１０４内に露出しており、動作中の第一放電ガスの流れを基準にして、カラムガスインレットパイプ１１４、第一放電ガスインレット１１０及び第一集電電極端１２０の下流側、つまり、本実施形態では、第一集電電極１３８と第二放電ガスインレット１１６（もしこの第二放電ガスインレットがある場合）との間に配設されている。第一イオン化源１１２は、第一集電電極端１２０と第二イオン化源１１８との間に配設されても良い。アウトレットパイプ１３６は、間隔を空けて対をなす第二電極先端部１２６を構成する第二イオン化源１１８と第二集電電極端１２２との間、つまり、上述のような第二イオン化源１１８とカラムガスインレット１１４との間に位置するように、伸長包囲型チャンバー１１４自体又はその中に配設されている。なお、カラムガスインレットパイプ１４及びアウトレットパイプ１３６は、中空状と円筒状のどちらか一方又はその両方の特徴を備えたチューブである。

さらに、第一バイアス／接地電極１５２がカラムガスインレットパイプ１１４の中に配設されており、その端部は、伸長包囲型チャンバー１０４の縁又はその中に少なくとも面している。同様に、第二バイアス／接地電極１５４がアウトレットパイプ１３６の中に配設されており、その端部は、伸長包囲型チャンバー１０４の縁又はその中に少なくとも面している。

上述した各構成部品の位置関係より分かるとおり、二つのイオン化源を備えるイオン化検出器本体１０２は、まず、チャンバー第一端１０６及びチャンバー第二端１０８を備える伸長包囲型チャンバー１０４を含んでいる。第一放電ガスインレット１１０は、チャンバー第一端１０６の付近において伸長包囲型チャンバー１０４の中への入口を提供し、それは、チャンバー第一端１０６の近傍を含む位置である必要がある。第二放電ガスインレット１１６は、チャンバー第二端１０８の付近において伸長包囲型チャンバー１０４の中への入口となるものである。第一イオン化源１１２は伸長包囲型チャンバー１０４の中へイオン化エネルギーを供給するためのものであり、その配置位置は、チャンバー第一端１０６の近傍で、伸長包囲型チャンバー１０４を取り囲む位置である。同時にまた、その位置は、第一放電ガスインレット１１０とチャンバー第二端１０８との間である。カラムガスインレットパイプ１１４は、ガスクロマトグラフィーカラムから伸長包囲型チャンバー１０４への入口となるものであり、検出器本体１０２の側壁を貫通し、第一イオン化源１１２とチャンバー第二端１０８との間に配設されている。第一集電電極端１２０は、カラムガスインレットパイプ１１４とチャンバー第二端１０８との間において、伸長包囲型チャンバー１０４内に露出している。第二集電電極端１２２は、第一集電電極端１２０と第二イオン化源１１８又はチャンバー第二端１０８との間で、伸長包囲型チャンバー１０４内に露出している。伸長包囲型チャンバー１０４からの出口又は流出口となるアウトレットパイプ１３６は、第二集電電極端１２２とチャンバー第二端１０８との間、より狭義には、第二集電電極端１２２と第二放電ガスインレット１１６との間に配設されている。最後に、第二イオン化源１１８は、伸長包囲型チャンバー１０４の中における、アウトレットパイプ１３６とチャンバー第二端１０８との間に配設されている。二つのイオン化源を備えるイオン化検出器本体１０２は、伸長包囲型チャンバー１０４におけるチャンバー第一端１０６の付近に配設されている第一放電ガスインレット１１０と、伸長包囲型チャンバー１０４におけるチャンバー第二端１０８とによって画定されても良い。

チャンバー１０４は、チャンバー第一端１０６及びチャンバー第二端１０８を備えても良い。第一放電ガスインレット１１０は、チャンバー第一端１０６に近接して、即ち、チャンバー第一端１０６の上又はそれ自体に、チャンバー第一端１０６に隣接して、チャンバー第一端１０６の近くに、チャンバー第一端１０６の周囲に、又はチャンバー第一端１０６に隣り合うように配設されても良い。第二放電ガスインレット１１６は、チャンバー第二端１０８に近接して、即ち、チャンバー第二端１０８の上又はそれ自体に、チャンバー第二端１０８の周囲に、又はチャンバー第二端１０８に隣り合うように配設されても良い。

第一放電ガスインレット１１０の流量と第二放電ガスインレット１１６の流量は必ずしも同等である必要はないが、同等である場合はそうでない場合に比べて、より良好な結果が得られる。アウトレットパイプ１３６は、たとえサイズや圧力差があったとしても、第一放電ガスインレット１１０と第二放電ガスインレット１１６の双方の流入量と等しい流出量となるように、十分な流出容量を有するものである。

第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８は、どちらもガスの原子をイオン化するために紫外線（光子）を用いている。紫外線の放電は、周知の様々な技術によって実現されて良い。当該技術には、二つの電極間で電気的な火花を生成する電気放電や、グロー放電ランプとして知られている紫外線発生ランプが含まれ、後者の場合、典型的にはランプ内は低圧の不活性ガスで充満されており、ランプの中にある電極又は外部の放射線源によって励起されたときに紫外線領域の光線を放射する。電気放電の場合、放射される光子の波長は、放電ガスの種類に依存する。グロー放電ランプの場合、放射される光子の波長はランプの中のガスの種類によって決まる。例えば、クリプトンが励起される場合、波長は１２３．９ｎｍ及び１１６．９ｎｍ、放射エネルギーが１０ｅＶ及び１０．６ｅＶの光子を放射する。第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８は、同じ種類のイオン化源である必要はなく、それらの種類は第一放電ガス及び第二放電ガスとして選択されるガスに依存し、また、同等のエネルギーである必要もない。

第二イオン化源１１８に関連して低い光子エネルギーを発するように第二放電ガスが選択される場合には、第一放電ガスとしてヘリウムを用いても良い。ここで、上記において低い光子エネルギーを発するための第二イオン化源１１８及び第二放電ガスの選択に関しては、電気的なパルス放電との兼ね合いを踏まえてアルゴン、クリプトン、ネオン又はキセノンといった第二の希ガスを純粋なヘリウムに対してドーピングしたものを用いることによって達成されても良く、又は、純粋なヘリウムを紫外線放射ランプとともに用いることによって達成されても良い。第二イオン化源１１８として第一イオン化源１１２とは異なるタイプのイオン化源を利用することにより、検出器本体を単一種類の放電ガス源、特にヘリウムのみを用いることが可能となり、また、それによって二つ目の放電ガス源及びこれに関連する部品又は機器の必要性がなくなる。

図１に示されるように、第一イオン化源１１２はパルス放電システムであって、第一イオン化源１１２は、伸長包囲型チャンバー１０４内にパルス放電による火花を生成するのに十分な間隔を空けて配設された第一のペアを構成する放電電極先端部１２４を備えていても良い。同様に、第二イオン化源１１８もパルス放電システムであっても良く、第二イオン化源１１８は、伸長包囲型チャンバー１０４内にパルス放電による火花を生成するための十分な間隔を空けて配設された第二のペアを構成する放電電極先端部１２６を備えていても良い。この場合、ドーパントされたヘリウムが放電ガスとして用いられることになろう。

伸長包囲型チャンバー１０４は、共通の伸長包囲型チャンバー長軸１３４を備えた第一放電チャンバーセクション１２８、反応チャンバーセクション１３０及び第二放電チャンバーセクション１３２を含むように分割されても良い。第一放電チャンバーセクション１２８は、チャンバー第一端１０６とカラムガスインレットパイプ１１４との間に位置している。第一放電セクション１２８は、伸長包囲型チャンバー長軸１３４に対して直交し、通常それが位置する全区間に亘って一定幅（直径）である第一放電チャンバーセクション横断領域として画定することもできる。

同様に、第二放電チャンバーセクション１３２は、チャンバー第二端１０８とアウトレットパイプ１３６との間に位置している。第二放電チャンバーセクション１３２は、前記第一放電チャンバーセクション１２８と同様に、伸長包囲型チャンバー長軸１３４に対して直交する第二放電チャンバーセクション横断領域によって画定されても良い。この第二放電チャンバーセクション横断領域は通常、第二放電チャンバーセクションの全体に亘って一定的の幅（直径）に構成される。第二放電チャンバーセクション横断領域の面積は、第一放電チャンバーセクション横断領域の面積と同等でなければならない。

第一放電チャンバーセクション１２８と第二放電チャンバーセクション１３２との間に位置する反応チャンバーセクション１３０は、第一放電チャンバーセクション横断領域又は第二放電チャンバーセクション横断領域と等しい断面積を有する、伸長包囲型チャンバー長軸１３４に対して直交する反応チャンバーセクション横断領域を備えている。この反応チャンバーセクション横断領域は、第一放電チャンバーセクション横断領域又は第二放電チャンバーセクション横断領域よりも大きくなければならない。

第一集電電極端１２０は、第一バイアス電圧源と電気的に接続されることによりバイアス電圧が印加され、且つそこで集電された電流を伝達するためのバイアス/集電共用電極である第一集電電極１３８の端部であっても良い。同様に、第二集電電極端１４０は、第二バイアス電圧源と電気的に接続されることによりバイアス電圧が印加され、且つそこで集電された電流を伝達するためのバイアス/集電共用電極である第二集電電極１４０の端部であっても良い。

図２には、第一イオン化源としてパルス放電を用い、第二イオン化源としてランプを用いる、本発明に係る光イオン化検出器の検出器本体が示されている。ここで、第二イオン化源１１８としてグロー放電ランプ２０４が採用又は選択されていることを除いて、検出器本体１０２に関する基本構成は図１と共通している。チャンバー第二端１０８に配設されているグロー放電ランプ２０４は、その中に第二放電ガスを含んでいることから、図第１に示される第二放電ガスインレット１１６は不要である。

上述した構成により、動作の結果として、二つの放電ガスから発せられるイオン化エネルギーが異なることに起因して差異があり、且つ試料中の異なる化合物成分に基づく反応に差異があることにより、二つのクロマトグラムを得ることができる。第一集電電極１３８の第一集電電極端１２０には、より大きい又は強い電流が生成される。このより大きい電流は、試料中の化合物成分と、高いイオン化エネルギーを発するために第一放電チャンバーセクション１２８で用いられるイオン化された純粋なヘリウムとの相互作用によるものである。反対に、第二集電電極１４０の第二集電電極端１２２には、より小さい又は弱い電流が生成される。このより小さい電流は、試料中の化合物成分と、低いイオン化エネルギーを発するために第二放電チャンバーセクション１３２で用いられるイオン化された混合希ガスとの相互作用によるものである。特に、この構成では、それぞれの電極において大きい又は強い電流が生成されると共に、試料中の幾つかのある化合物成分は、二つの異なるイオン化レベルに対して、各ピークが実質的に大きく増加するような異なる反応を呈する。

このように二つの放電ガスをイオン化源として用いる場合、ヘリウムは、第一放電ガスインレット１１０を通って伸長包囲型チャンバー１０４のチャンバー第一端１０６から第一放電チャンバーセクション１２８の中へ流入し、また、ヘリウムガスと第二の希ガスとを混合ガスは、第二放電ガスインレット１１６を通って伸長包囲型チャンバー１０４のチャンバー第二端１０８から第二放電チャンバーセクション１３２の中へ、上述のヘリウムの流れとは反対の方向、つまり、ヘリウムの向かって行く方向に流入する。ヘリウムは、第一イオン化源１１２の所を通過することで第一放電チャンバーセクション１２８内でイオン化され、また、ヘリウムと第二の希ガスとを混合してなるガス（混合希ガス）は、第二イオン化源１１８の所を通過することで第二放電チャンバーセクション１３２内でイオン化される。カラムガスインレットパイプ１０４を通ってクロマトグラフィーカラムから伸長包囲型チャンバー１０４の中へキャリアガスと共に導入される試料の化合物や成分（分析物）は、それぞれの特性に応じて様々な化合物や成分に既に分離しており、そして二つの放電ガスの流れに対抗して流入する。試料の化合物成分は、イオン化されたヘリウム及びイオン化された混合希ガスから放射される光子によってイオン化される。カラムガスが第一集電電極１２０に接近することにより、試料の化合物成分がそれぞれのイオン化ポテンシャルに応じて、光子によってイオン化される。イオン化されたそれぞれの化合物成分が第一集電電極端１２０を通過することによって電流が生成される。それぞれの電流の保持時間及びその大きさが、それぞれの化合物を示すことになる。カラムガスが第二集電電極端１２２に接近することにより、試料の化合物成分が、それぞれのイオン化ポテンシャル（ＩＰ）に応じて、低いイオン化エネルギーを有しているイオン化混合希ガスによってイオン化される。イオン化されたそれぞれの化合物成分が第二集電電極端１２２を通過することによって第二の電流が生成される。それぞれの第二の電流の保持時間及びのその大きさがクロマトグラム上にピークとして現われ、これもまたそれぞれの化合物成分を示すものである。

そして、第一集電電極１３８からの反応及び第二集電電極１４０からの反応は、共に化合物成分を同定するために用いられる。それぞれの集電電極におけるクロマトグラムの結果は、保持時間と集電電流の大きさとの関係を示す形式で、表示、印刷又はコンピュータスクリーン上に表示される。

図３及び表１は、第一放電ガスインレット１００から流入する第一放電ガスとしてヘリウムを用い、第二放電ガスインレット１１６から流入する第二放電ガスとしてクリプトンを用いて第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８を動作させた本願に係る光イオン化検出器における、第一集電電極１３８及び第二集電電極１４０で得られた反応の結果を示したものであり、第一集電電極１３８における第一集電電流（Ｅ１）の保持時間と電流の大きさとの相関関係及び第二集電電極１４０における第二集電電流（Ｅ２）の保持時間と電流の大きさとの相関関係が示されている。それぞれのピークに関する成分及び関連するデータは、表１に示されているとおりである。

図４には第一集電電流（Ｅ１）の第二集電電流（Ｅ２）に対する比が示されており、これを用いて表２に示されている成分の同定の結果が得られる。

図４においてグラフ化され且つ表２に示されているとおり、広い濃度範囲をカバーする反応比（Ｅ１／Ｅ２）は、保持時間によって示される化合物の同定の結果を確認するために用いられても良い。第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８の強さやイオン化検出器本体１０２における幾何学的配置、つまり、第一イオン化源１１２と第一集電電極１３８の第一集電電極端１２０との間の距離や第二イオン化源１１８と第二集電電極１４０の第二集電電極端１２２との間の距離が変わるとそれに応じて反応比も変動するが、これらの数値的なものは通常固定されており一定である。反応比は、流量、温度及び濃度変化に依存せず独立的である点で有利性がある。第一イオン化源１１２及び第二イオン化源１１８の強さに起因する反応比の変動又は変化は、ベンゼンのような既知の基準に正規化することによって除去することができる。正規化に際して必要となるスケールファクターは、第二集電電極１４０によるベンゼンのイオン化ポテンシャルを第一集電電極１３８によるベンゼンのイオン化ポテンシャルで除算することによって得ることができる。なお、図４に示されるように、化合物成分の反応比は、正規化の有無に係わらず、基本的に化合物成分のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）やその構造に依存する。

このように、試料中の成分は、上述のような構造からなる検出器を先ず用意又は提供し、次に放電ガスとともに試料を流し、その結果をコンピュータ上に表示、印刷又はユーザーが認識可能な他の方式によってユーザーに示すことで同定がなされる。この試料中の成分の同定は、第一端及び第二端を備える伸長包囲型チャンバーを提供する過程と；チャンバー第一端の付近において伸長包囲型チャンバーの中への入口を構成する第一放電ガスインレットを提供する過程と；伸長包囲型チャンバーの中における第一放電ガスインレットの下流側に配設される第一イオン化源を提供する過程と；第一イオン化源の下流側において伸長包囲型チャンバーの中への入口を構成するカラムガスインレットを提供する過程と；チャンバー第二端の付近において伸長包囲型チャンバーの中への入口を構成する第二放電ガスインレットを提供する過程と；伸長包囲型チャンバーの中における第二放電ガスインレットの下流側に配設される第二イオン化源を提供する過程と；カラムガスインレットと第二イオン化源との間において伸長包囲型チャンバーからの出口を構成するアウトレットを提供する過程と；カラムガスインレットの下流側であって且つカラムガスインレットとアウトレットとの間において伸長包囲型チャンバーの中に配設される第一集電電極を提供する過程と；及び、第二イオン化源１１８がパルス放電形式であるときに第二放電ガスインレットの下流側であって且つ第一集電電極と第二イオン化源との間において伸長包囲型チャンバーの中に配設される第二集電電極を提供する過程とによって達成される。それぞれ目的に応じた各ガスが検出器の中を通過することにより、必要な電気的な出力が得られる。この試料中の成分の同定は、第一放電ガスインレットを通して伸長包囲型チャンバーの中へヘリウムを流す過程と；流れているヘリウム即ち第一放電ガスを、それが第一イオン化源の所を通過することにより光子を発生するようにイオン化する過程と；第二放電ガスインレットを通して伸長包囲型チャンバーの中へヘリウムと第二の希ガスとからなる混合ガスを流し入れる過程と；流れているヘリウムと第二の希ガスとからなる混合ガスを、それが第二イオン化源の所を通過することによりイオン化された混合希ガスを生成するようにイオン化する過程と；光子に曝して高イオン化された試料成分を生成するため及びイオン化された混合希ガスに曝して低イオン化試料成分を生成するために、カラムガスインレットを通して伸長包囲型チャンバーの中へキャリアガス及びそれに混合された試料成分を流し入れる過程と；第一集電電極端を備える第一集電電極に対して第一バイアス電圧を印加する過程と；第二集電電極端を備える第二集電電極に対して第二バイアス電圧を印加する過程と；高イオン化された試料成分との相互作用によって第一集電電極端において経時的に第一時間依存電流を生成する過程と；及び、低イオン化された試料成分との相互作用によって第二集電電極端において経時的に第二時間依存電流を生成する過程とによって遂行される。この方法は、第一時間依存電流及び第二時間依存電流を時間の関数として表示またはユーザーに対して視覚的に示すことにより最終的に完了する。

この方法は上記各過程に引き続き更に、時間依存電流比、具体的には、それぞれのピークにおける第一時間依存電流の第二時間依存電流に対する比を算出し、それを表示またはユーザーに対して視覚的に示しても良い。この時間依存電流比は、それぞれのピークに関連する試料中の成分のイオン化ポテンシャルを示す。

上述した構造を有する光イオン化検出器は、キャリアガスの中に分離された成分を同定する方法として使用することができる。その方法は、
ａ． キャリアガスの中の分離された成分を、カラムガスインレットを通して、チャンバー第一端、チャンバー第二端及びアウトレットを備える伸長包囲型チャンバーの中へ流し入れるステップと、
ｂ． カラムガスインレットとチャンバー第一端との間に位置する第一イオン化源によって、具体的には第一イオン化源によってイオン化された第一放電ガスとの相互作用によって成分をイオン化する第一のイオン化ステップと、
ｃ． カラムガスインレットとアウトレットとの間に位置した第一集電電極端を備える第一集電電極に対して第一バイアス電圧を印加するステップと、
ｄ． 第一イオン化源によってイオン化された第一放電ガスとの相互作用によってイオン化された成分との接触により、第一集電電極の端部に第一時間依存電流を生成するステップと、
ｅ． 第一集電電極とチャンバー第二端との間に位置する第二イオン化源によってイオン化された第二イオン化ガスによって成分をイオン化する第二のイオン化ステップと、
ｆ． 第一集電電極の端部とアウトレットとの間に位置する第二集電電極端を備える第二集電電極に対して第二のバイアス電圧を印加するステップと、
ｇ． 第二イオン化源によってイオン化された第二放電ガスとの相互作用によってイオン化された成分と接触することによって第二集電電極の端部に第二時間依存電流を生成するステップと、
ｈ． キャリアガスの中における分離された成分を、第二集電電極と第二イオン化源との間に位置するアウトレットを通して、伸長包囲型チャンバーから流出させるステップと、
ｉ． コンピュータディスプレイ上に表示又は印刷することによって、第一時間依存電流及び第二時間依存電流を時間の関数としてユーザーに対して表示又は視覚的に示すステップと、からなる。
また、この方法は、さらに、
ｊ． 第一時間依存電流の各ピークの第二時間依存電流の各ピークに対する時間依存電流比を算出するステップと、
ｋ． コンピュータディスプレイ上に表示又は印刷することによって、時間依存電流比とイオン化ポテンシャルとの相関関係をユーザーに対して表示又は視覚的に示すステップと、を含んでも良い。
上述したそれらの追加ステップで、それぞれの時間依存電流比は、それぞれのピークに関連してイオン化ポテンシャル又は成分を示すものである。

上述したように、第一イオン化源１１２は、パルス放電による火花を発生するために十分な間隔を空けて配設された第一のペアを構成する放電電極先端部１２４を備えても良く、又は、ランプを備えても良い。第一イオン化源よりも低い光子エネルギーを放射するための第二イオン化源も同様に、パルス放電による火花を形成するために十分な間隔を空けて配設された第二のペアを構成する放電電極先端部１２６を備えても良く、又は、ランプを備えても良い。

上記明細書において用いられている用語及び表現は説明のために用いた用語であり、これらの用語及び表現によって本発明を限定しようとする意図ではなく、また本願において示し、あるいは説明した特徴の均等物を排除することを意図したものではない。

Claims (14)

1. 二つのイオン化源を備えるイオン化検出器であって、該検出器は、
   チャンバー第一端及びチャンバー第二端を有する伸長包囲型チャンバーと、
   前記チャンバー第一端に隣接して前記伸長包囲型チャンバーの中に配設される第一イオン化源と、
   前記第一イオン化源と前記チャンバー第二端との間に配設され、前記伸長包囲型チャンバーへの入口を形成するカラムガスインレットパイプと、
   前記チャンバー第二端に隣接して前記伸長包囲型チャンバーの中に配設される第二イオン化源と、
   前記カラムガスインレットパイプと前記第二イオン化源との間に配設され、前記伸長包囲型チャンバーから外への出口を形成するアウトレットパイプと、
   前記カラムガスインレットパイプと前記アウトレットパイプとの間に配設され、前記伸長包囲型チャンバーの中に露出する第一バイアス／集電共用電極端を有する第一バイアス／集電共用電極と、
   前記第一バイアス／集電共用電極端と前記第二イオン化源との間に配設され、前記伸長包囲型チャンバーの中に露出する第二バイアス／集電共用電極端を有する第二バイアス／集電共用電極と、
   を備えることを特徴とするイオン化検出器。
2. 請求項１に記載のイオン化検出器であって、前記第一イオン化源は間隔の空いた第一のペアの放電電極先端部を有し、該第一のペアの放電電極先端部は前記伸長包囲型チャンバーの中でパルス放電による火花を形成するために十分な間隔を空けて配設されていることを特徴とするイオン化検出器。
3. 請求項１に記載のイオン化検出器であって、該検出器は更に、
   前記チャンバー第一端の近傍に配設され、第一放電ガスを前記伸長包囲型チャンバー内に導入する第一放電ガスインレットと、
   前記チャンバー第二端の近傍に配設され、第二放電ガスを前記伸長包囲型チャンバー内に導入する第二放電ガスインレットとを有し、
   前記第一イオン化源は間隔の空いた第一のペアの放電電極先端部を有し、該第一のペアの放電電極先端部は前記伸長包囲型チャンバーの中でパルス放電による火花を形成するために十分な間隔を空けて配設され、
   前記第二イオン化源は間隔の空いた第二のペアの放電電極先端部を有し、該第二のペアの放電電極先端部は前記伸長包囲型チャンバーの中でパルス放電による火花を形成するために十分な間隔を空けて配設されていることを特徴とするイオン化検出器。
4. 請求項３に記載のイオン化検出器において、前記アウトレットパイプは、前記第二バイアス／集電共用電極端と前記第二のペアの間隔が空いた放電電極先端部との間に配設されていることを特徴とするイオン化検出器。
5. 請求項４に記載のイオン化検出器において、長手方向の軸を有する前記伸長包囲型チャンバーは更に、
   前記チャンバー第一端と前記カラムガスインレットパイプとの間に位置し、前記伸長包囲型チャンバーの前記長手方向軸に対して直交する第一放電チャンバーセクション横断領域を有する第一放電チャンバーセクションと、
   前記チャンバー第二端と前記アウトレットパイプとの間に位置し、前記伸長包囲型チャンバーの前記長手方向軸に対して直交する、前記第一放電チャンバーセクション横断領域の面積に等しい面積の第二放電チャンバーセクション横断領域を有する第二放電チャンバーセクションと、
   前記第一放電チャンバーセクションと前記第二放電チャンバーセクションとの中間に位置し、前記伸長包囲型チャンバーの前記長手方向軸に対して直交する、前記第一放電チャンバー横断領域の面積よりも大きい面積の反応チャンバー横断領域を有する反応チャンバーセクションと、
   を具備することを特徴とするイオン化検出器。
6. 請求項５に記載のイオン検出器であって、該イオン化検出器は更に、
   前記第一バイアス／集電共用電極端を有する前記第一バイアス/集電共用電極と電気的に接続される第一電圧バイアス源と、
   前記第二バイアス/集電共用電極端を有する前記第二バイアス/集電共用電極と電気的に接続される第二電圧バイアス源と、
   を具備することを特徴とするイオン化検出器。
7. 請求項５に記載のイオン化検出器であって、該イオン化検出器は更に、
   その終端部が少なくとも前記伸長包囲型チャンバーの近傍となるように、前記カラムガスインレットパイプ内に配設される第一バイアス又は接地電極と、
   その終端部が少なくとも前記伸長包囲型チャンバーの近傍となるように、前記アウトレットパイプ内に配設される第二バイアス又は接地電極と、
   を具備することを特徴とするイオン化検出器。
8. 請求項２に記載のイオン化検出器において、前記第二イオン化源はグロー放電ランプで構成されることを特徴とするイオン化検出器。
9. キャリアガスに含まれる分離された試料成分を同定するための方法であって、該方法は、
   前記キャリアガスの中の前記分離された成分を、カラムガスインレットから、第一端、第二端及びアウトレットを備える伸長包囲型チャンバーの中へ流入させるステップと、
   前記成分を、第一イオン化源によってイオン化された第一放電ガスとの相互作用によってイオン化するステップと、
   その端部が前記カラムガスインレットと前記アウトレットとの間に配設される第一バイアス／集電共用電極に対してバイアス電圧を印加するステップと、
   前記第一イオン化源によってイオン化された第一放電ガスとの相互作用によってイオン化された成分との接触により前記第一バイアス／集電共用電極の端部に第一時間依存電流を経時的に発生するステップと、
   第二イオン化源によってイオン化された第二放電ガスとの相互作用によって前記成分をイオン化するステップと、
   その端部が前記第一バイアス／集電共用電極と前記アウトレットとの間に配設され第二バイアス／集電共用電極に対して第二バイアス電圧を印加するステップと、
   前記第二イオン化源によってイオン化された第二放電ガスによってイオン化された成分との相互作用によって前記第二バイアス／集電共用電極の端部に第二時間依存電流を経時的に発生するステップと、
   キャリアガスに含まれる分離された成分を、前記第二バイアス／集電共用電極と前記第二イオン化源との間に配設されるアウトレットを通して、前記伸長包囲型チャンバーの外に流出させるステップと、
   前記第一時間依存電流と前記第二時間依存電流を時間の関数として、視覚的に表示するステップと、
   からなることを特徴とするキャリアガスに含まれる分離された成分を同定するための方法。
10. 請求項９に記載のキャリアガスに含まれる試料成分を分析するための方法であって、該方法は更に、
    前記第一時間依存電流の各ピークの、前記第二時間依存電流の各ピークに対する時間依存電流比であって、各時間依存電流比は各ピークに関連した成分のイオンポテンシャルを表す時間依存電流比を算出するステップと、
    前記時間依存電流比を視覚的表現で表示するステップと、
    を含むことを特徴とするキャリアガスに含まれる分離された成分を同定するための方法。
11. 二つのイオン化源を備えるイオン化検出器であって、該検出器は、
    チャンバー第一端及びチャンバー第二端を有する伸長包囲型チャンバーと、
    前記チャンバー第一端の付近に、前記伸長包囲型チャンバーの中への入口を形成する第一放電ガスインレットと、
    前記伸長包囲型チャンバーの中で、前記第一放電ガスインレットと前記チャンバー第二端との間に配設される第一イオン化源と、
    前記伸長包囲型チャンバーの中で、前記第一イオン化源と前記チャンバー第二端との間に配設されるカラムガスインレットパイプと、
    前記カラムガスインレットパイプと前記チャンバー第二端との間で前記伸長包囲型チャンバーに対して露出しており、第一バイアス電圧源と電気的に接続され且つ第一集電電流を伝送するように構成された第一バイアス／集電共用電極端と、
    前記第一バイアス／集電共用電極端と第二放電ガスインレットとの間で前記伸長包囲型チャンバーに対して露出しており、第二バイアス電圧源と電気的に接続され且つ第二集電電流を伝送するように構成された第二バイアス／集電共用電極端と、
    前記伸長包囲型チャンバーの中で前記第二バイアス／集電共用電極端と前記チャンバー第二端との間に設けられ、前記伸長包囲型チャンバーからのガスの出口を形成するアウトレットパイプと、
    前記伸長包囲型チャンバーの中で前記アウトレットパイプと前記チャンバー第二端との間に配設される第二イオン化源と、
    を備えることを特徴とするイオン化検出器。
12. 請求項１１に記載のイオン化検出器において、前記第一放電ガスインレットが、前記伸長包囲型チャンバーの中で前記チャンバー第一端の付近に配設されていることを特徴とするイオン化検出器。
13. 請求項１２に記載のイオン化検出器であって、該検出器は更に、前記チャンバー第二端の近傍に、第二放電ガスを前記伸長包囲型チャンバーの中へ導入するための第二放電ガスインレットを備え、前記第二イオン化源が、前記伸長包囲型チャンバーの中でパルス放電による火花を形成するために十分な間隔を空けて配設された第二のペアを構成する放電電極先端部を有することを特徴とするイオン化検出器。
14. 請求項１１に記載のイオン化検出器において、前記第二イオン化源がグロー放電ランプで構成されることを特徴とするイオン化検出器。