JP6270851B2 - 試料採取熱脱離装置 - Google Patents

Description

本発明は、関心のある物質の検出方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は、例えば試料中の関心のある物質を検出する分析を可能にするための試料の熱脱離方法及び装置に関する。分析は、イオン移動度分光計及び／又は質量分光計などの分光計を用いて実行することができる。

多数の人々が集まる空港や開催場などの施設において、爆発物や違法薬物などの関心のある物質の痕跡を検出する必要がある。

物品に付着した関心のある物質を検出するために、物品をスワブで拭いて試料を採取することができ、スワブからの試料の一部分の熱脱離は試料中の関心のある物質の検出を容易にすることができる。

一つの態様では、熱脱離装置はスワブを支持するように構成されたワンド及び関心のある物質を検出するように構成された分析器を含む検出器を備える。ワンドは、スワブからの試料の熱脱離が試料の一部分の分析器への供給をもたらすように検出器に結合されるよう構成される。試料の熱的に脱離された部分は採取した試料中の関心のある物質の存在を検出するために分析することができる。従って、ワンドからスワブを取り外し、そのスワブを検出器内に分離して配置する必要はなく、これは検出プロセスを一層効率的にする。

一つの態様では、試料採取ワンドは、ワンドを操作できるように構成されたワンド本体と、ワンド本体に結合されたスワブ支持体とを備え、スワブ支持体はスワブ及びスワブ支持体がワンド本体から熱的に絶縁されるようにスワブをワンド本体から間隔を置いて支持するよう構成される。ワンド又は検出器はヒータを備えることができる。

一実施形態では、ワンドはスワブをワンドから熱的に絶縁するように構成され、例えばワンドは支持したスワブを熱的に絶縁するようにワンドから間隔を置いて配置されたスワブ支持体を備えることができる。熱絶縁は間隔で与えることができ、この間隔は空隙としてもよい。スワブとワンドとの間の熱絶縁はワンド本体への熱伝導を妨げ、試料を熱的に脱離する際に加熱すべき質量の熱容量を低減する。これはスワブの加熱に使用される電力を低減し、例えば構成要素が接触しているシステムに比較して、ワンドの急速加熱及び／又は冷却を促進することもできる。加熱がより急速に実行される場合、熱的に脱離された（例えば気化された）試料を高い時間濃度（例えば単位時間当たりのドーズ量）で分析器に供給することができる。これにより、電池寿命で妥協をすることなしに電池駆動検出器の感度を向上させることができる。これは手で持ち運べる検出装置の提供を促進し、本発明のいくつかの例はハンドヘルド検出器を提供する。

一実施形態では、スワブ支持体はワンドに対して可動で、スワブ支持体をワンドとの間隔が小さくなるようにワンドの方へ押すことができる。例えば、スワブ支持体は、可塑性を有する。これにより、スワブが試料採取のために物品にこすりつけられるときワンド本体がスワブのための追加の支持体を提供することが可能になり、よって軽量（及び従って低熱容量）のスワブ支持体を使用することができ、急速加熱を更に促進することができる。

一実施形態では、スワブ支持体は、ワンドとの間隔が小さくなるように動かされた後、スワブはワンドから間隔を置いて離れた位置に向かって戻ろうとするように構成され、例えばスワブ支持体は弾力性である。従って、オペレータは、試料拭き取り時にスワブが適切に支持され、また加熱時に適切に絶縁されるようにするために特別の行動を行う必要はない。

一実施形態では、ワンドは採取した試料を加熱するヒータを備えることができる。ワンドがスワブ支持体を含む場合、ヒータをスワブ支持体に含めてもよく、またヒータをスワブ支持体として機能させてもよい。これは試料への熱伝導を促進する。いくつかの実施形態では、装置はスワブを更に備える。

一つの態様では、熱脱離スワブ支持体は試料の熱脱離のためにスワブ支持体を加熱するように構成されたヒータを含む弾力性積層細条を備える。一実施形態では、弾力性積層細条は少なくとも１つのポリマー層を含む。ヒータはポリマー層に結合された導電性トラックを備え得る。一実施形態では、ポリマー層はポリイミドを含む。一実施形態では、ヒータは２つのポリマー層の間に配置される。一実施形態では、熱脱離スワブ支持体は、スワブ支持体を熱脱離兼試料採取ワンドの第１及び第２の結合部に機械的に結合できるように構成された第１及び第２の結合部を備え、これらの結合部の少なくとも１つはヒータへの電気結合を提供するように構成される。

一つの態様では、検出器は、熱的に脱離された試料中の関心のある物質を検出する分析器、及び検出器を試料採取ワンドに結合し、試料採取ワンドから分析器への熱脱離される試料のための通路を提供するワンド結合部を備える。一実施形態では、ワンド結合部は、検出器を前記ワンドと電気的に結合するように構成された電気結合部を更に備える。いくつかの実施形態では、ワンド結合部及び電気結合部は、前記試料採取ワンドが試料を分析器に供給するように位置するとき、電気結合部が前記試料採取ワンドの電気結合部と電気的接触を提供するように配置される。

次に、本発明のいくつかの実施形態を、一例として、添付図面を参照して説明する。添付図面中、図１、及び図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び１Ｄはワンド及び検出器の種々の図を示す。

試料採取兼分析装置のワンドの断面を示す図である。 第１の構成における試料採取兼分析装置の断面を示す図である。 第２の構成における図１Ａに示す試料採取兼分析装置を示す図で、装置のいくつかの特徴の詳細を示す差し込み図を含む。 試料採取兼分析装置の斜視図で、検出器内へのワンドの挿入を示す。 本発明の一実施形態によるワンドの斜視図である。 試料採取兼分析装置の特定の例の概略図を示す。 図１及び図２に示す装置用のワンドの平面図である。 図３Ａに示すＢ−Ｂ線に沿うワンドの断面を示す。 図３Ａに示すＣ−Ｃ線に沿うワンドの断面を示す。 本発明の一実施形態によるワンドを示す。 ハンドヘルド検出装置を用いるオペレータの操作を示す。 検出器の一つの配置例を示す。

図１は試料を採取するワンド（試料採取棒）１０及び採取した試料中の関心のある物質を検出する検出器２０を備える熱脱離装置１の一例の概略図を示す。

図１Ａ及び図１Ｂに示す図はワンド１０及び検出器２０の２つの構成に対応する。図１Ａは検出器２０に挿入されたワンド１０を示し、図１Ｂは検出器２０から分離されたワンド１０を示す。これらの図において、同じ要素を示すために同じ参照番号が使用されている。

図１に示すワンド１０は、ワンド本体１２及びスワブを支持するスワブ支持体１６を備える。一実施形態では、スワブ支持体１６は、例えばスワブをワンド本体１２から間隔を置いて配置することによってスワブをワンド本体１２から熱的に絶縁するように構成される。その間隔は空隙としてもよい。間隔を与えるために、スワブ支持体１６はワンド本体１２から弓形に突出させてもよい。代わりに又は加えて、スワブ支持体１６をワンド本体１２から離して保持するスペーサによりスワブ本体１６をワンド本体１２から間隔を置いて配置してもよい。代わり又は加えて、ワンド本体１２は、スワブ支持体１６とワンド本体１２との間に間隔を与えるようにスワブ支持体１６の背後に凹部を設けてもよい。代わりに又は加えて、膨張ポリスチレン、フリース、ポリマー発泡体（例えば連続気泡発泡体）、ガス（例えば減圧ガス）室、又は排気室のような熱絶縁部をスワブ支持体１６とワンド本体１２との間に配置してもよい。スワブ支持体１６をワンド本体１２から熱的に絶縁するために他の熱絶縁材料を使用し、加熱される必要のあるこの構成の熱容量を低減してもよい。いくつかの例では、ワンド本体１２は、熱をスワブ支持体１６へと反射するようにスワブ支持体１６の背面に配置された熱反射表面（例えば、銀表面）を備えてもよい。

スワブ支持体１６は、例えばワンド本体１２と一体に形成されたスワブ支持体１６によって、又はワンド本体１２に結合される別個のスワブ支持体１６によって、ワンド本体１２に結合してよい。図１において、スワブ支持体１６は２箇所１５,１５’でワンド本体１２に結合されるものとして示されているが、もっと多数又は少数の結合部を使用してもよい。スワブ支持体がヒータ１３を含む場合には、結合部１５,１５’でヒータ１３への電気的結合を提供してもよい。

図１に示すスワブ支持体１６は、ワンド本体１２に対して可動とすることができ、使用時にスワブ支持体１６は拭き取りのためにワンド本体に対し屈曲され得る（例えば間隔を閉じ得る）。例えば、スワブ支持体は、スワブ支持体１６とワンド本体１２との間の熱絶縁が比較的有効である加熱位置と、ワンド本体で与えられる機械的支持が比較的強い採取位置との間で可動である。可動であるということは、スワブ支持体１６が可撓性を有することを含み、例えばスワブ支持体１６は１以上の可撓性部材を備えるものとしてもよく及び／又はスワブ支持体１６はワンド本体１２にヒンジ支承、枢支又は別の方法で弾力的に結合してもよい。

図１に示すスワブ支持体１６は弾力性としてよい。例えば、スワブ支持体１６をそのように構成すると、試料拭き取り時にスワブ支持体１６はワンド本体に押し付けられた後に、スワブ支持体１６とワンド本体１２との間の間隔を回復しようとする。この機能は弾力性材料からなるスワブ支持体の少なくとも一部分により与えられる。場合によっては、弾力性は付勢手段、例えばスワブ支持体が屈曲された後に間隔を回復するようにスワブ支持体を付勢するように構成された別個の構成を用いて与えてもよい。付勢手段の構造例には、ばね、弾性部材、及び機械的、磁気的又は電気機械的付勢手段が含まれる。

図１に示すワンド１０はスワブ上に採取された試料を加熱するヒータ１３を含む。ヒータ１３はスワブ支持体１６の一部分としてよい。一実施形態では、ヒータ１３は抵抗加熱で加熱するように構成された導電体である。例えば、ヒータは、関心のある物質をその少なくとも一部分が気相になるように加熱するために選択された抵抗材料で形成してよい。ヒータ１３は抵抗加熱素子を提供する導電性トラックとしてもよい。ヒータ１３は、その片面又は両面上を、熱絶縁体及び／又は誘電体材料などの絶縁体（例えばポリマー層）で少なくとも部分的に覆ってもよい。例えば、導電性トラックは電気絶縁体／誘電体の２つの層の間に挟んでもよい。同様の特性を示す他の適切な絶縁体／誘電体を使用してもよい。例えばカプトン（ＲＴＭ）のようなポリイミドは、その熱及び機械的特性及び不活性のために、この目的のために適切な材料の一例である。導電性トラックは、ニッケルとクロムの合金（例えばニクロム）のような金属よりなるものとしてもよい。導電性トラックは絶縁体／誘電体上に接着、堆積又は別の方法で固着してもよく、また例えばワンド本体１２の一部分とフリクションフィットする環状の部品（ｃｏｌｌａｒ）を用いて、絶縁体／誘電体上にクランプもしくは載置／組立てしてもよい。スリーブ２９でワンド１０を取り囲み、スワブ支持体１６を部分的に覆ってもよい。

図１に示すワンド１０は、検出器２０のワンド嵌合部２４と機械的に係合する係合機能部１４を含むことができる。係合機能部１４は、ヒータ１３と検出器２０との間の電気的接触を提供するために電気結合部１１を備えることができる。例えば、ワンドを検出器２０に固定する又は少なくとも部分的に固定するために、ワンド本体１２の一部分は内部表面と係合するように成形される。他の例では、この機械的係合は固定装置、例えばワンドを所定の位置に保持するが十分な外向きの力が加えられるとワンドを引き出すことができるように構成された変形可能なクランプ構造（例えば、ユーザがワンドを引っ張ると、ワンドは開放される）を用いて達成される。

次に検出器２０につき説明すると、図１に示す検出器２０は、熱的に脱離される試料中の関心のある物質を検出するように構成された分析器３０を備える。分析器３０は分析すべき試料を受け取るための入口２６に結合される。分析器３０は分光計、例えば図２を参照して以下で説明されるＩＭＳ分光計を備えることができる。

検出器２０は、ワンドが試料を分析器３０に供給できるようにワンド１０を受け入れるポート２２を有する筐体１８を備えることができる。いくつかの実施形態では、検出器２０はワンド１０と結合するように構成されたワンド嵌合部２４を備える。ワンド嵌合部２４は、ワンドを確実に所定の位置に位置させるために、ワンド１０の係合機能部１４と係合するように構成することができる。検出器２０のワンド嵌合部２４は、ワンドが選択された位置、例えば試料を分析器３０に供給するために選択された位置に位置されたとき、ワンド１０の電気結合部１１と電気的に接触するように構成された電気結合部１７を備えることができる。

ポート２２は、ワンドを検出器内に挿入できるように構成することができる。ワンド嵌合部２４はポートの内部、例えばポート２２の入口に配置することができる。これによりスワブからの試料の導入が可能になり、試料の導入を可能にするためにワンドを（完全に又は部分的に）分解する必要も、スワブをワンドから取り外す必要もない。

ポート２２内へのワンドの挿入は、試料から分析器への通路を提供する検出器２０へのワンド１０の結合の一例である。ワンド１０は挿入しなくてもよく、検出器の外部に結合してもよく、例えばワンドは筐体１８に接合し、筐体１８内に挿入しなくてもよい。

ポート２２に関して記載した上記の特徴（及びポート２２との組合せで記載した上記の特徴）はスワブ支持体１６から分析器３０までの通路を与えるように検出器２０をワンド１０に結合する如何なる結合にも適用し得る。ワンドのスワブ支持体と分析器との間の通路は、分析器３０からの汚染物質を除外するように構成することができる。いくつかの例では、分析器３０からの汚染物質の除外を助けるフィルタが設けられる。

ポート２２及びワンド１０及び／又はワンド嵌合部２４は、ワンドがポート２２内に挿入されるとき、互いに協働して検出器を閉じるように構成することができる。例えば、ワンド嵌合部２４は、ワンドがポート２２内に挿入されるとき、ポート２２を閉じる蓋又はキャップとして機能する突部を備えることができる。一例では、ポート及びワンドは、使用時にワンド１０がポート内に挿入されるとき、互いに協働してスワブ支持体を検出器内に封入するように構成された相補的機能部を備えることができる。この封入は、空気は検出器内に引き込まれるが熱的に脱離された試料は脱出し得ないように構成することができる。

検出器２０は、検出器の構成要素及び／又はワンドに電気結合１７を介して電力を提供するように構成された電力供給装置３２を備えることができる。検出器２０はコントローラ３４を備えることもできる。いくつかの実施形態では、コントローラ３４は、コントローラがリモート装置へ／からデータを例えば有線又は無線通信リンクを介して送信及び／又は受信することができるように通信インタフェース３７に結合される。コントローラ３４は、ユーザインタフェース３６からのオペレータ入力／コマンドを受信し、情報をオペレータに送信するためにユーザインタフェース３６に結合してもよい。

動作中、スワブがワンド本体１２から間隔を置いて位置するようにスワブ支持体１６に配置される。ワンド１０はオペレータにより操作され、スワブが検査すべき物品にこすりつけられ、物品に付着した物質がスワブに付着される。スワブ支持体１６が可撓性を有する場合には、物品へのスワブ支持体の押し付けはスワブ支持体１６を変形し、スワブ支持体をワンド１０の本体１２に押し付ける。従って、ワンド１０の本体１２は、試料採取のためにスワブを物品に強くこすりつけることを可能にする機械的な支持体を提供することができる。

拭き取り後に、ワンドは検出器２０のポート２２内に挿入され、スワブ支持体１６及びスワブが試料を入口２６に供給することができる。ワンド１０の係合機能部１４は検出器２０のワンド嵌合部２４と係合し得る。ワンドの所定の位置において、検出器２０の電気結合部１７はワンド１０の電気結合部１１と接触してヒータ１３に電力を供給し得る。

いくつかの例では、ユーザインタフェース３６を介して入力される制御信号に応答して、スワブから試料の一部分を熱的に脱離させるためにコントローラ３４がヒータ１３を選択温度まで加熱するように制御する。熱的に脱離された試料は入口２６から分析器３０内に入り得る。分析器３０は試料を分析して試料中に存在し得る関心のある物質を検出することができる。分析結果を示すデータは分析器からコントローラ３４へ送ることができる。関心のある物質が分析器３０により検出された場合には、コントローラ３４はユーザインタフェース３６及び／又は通信インタフェース３７を制御して関心のある物質が検出されたことを信号通知する。関心のある物質が検出された場合、オペレータは次の検査の汚染を避けるためにスワブを取り替えることができる。

試験が完了するとすぐに、コントローラ３４は、試験後にスワブに残存する残留物を蒸発させるために、ヒータ１３が試料を選択されたベークオフ温度に加熱するようにヒータ１３を制御することができる。試験のために選択された温度及び物質をベークオフするために選択された温度はどの物質に関心があるかに基づいて選択することができる。

コントローラ３４は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、汎用プロセッサ、又は論理ゲートの適切な配列などの適切な制御論理回路により提供することができる。検出装置１は、非一過性のデータ記憶装置（例えば揮発性又は不揮発性メモリ）を備え、コントローラを本明細書に記載する方法に従って動作するようにプログラムすべく構成されたプログラム命令を格納することができる。

いくつかの例では、コントローラ３４は複数のプリセットされた温度制御設定を格納するメモリを備え、ユーザインタフェースはユーザが特定の設定を選択できるように構成される。例えば、ユーザインタフェースは、ユーザが化合物の特定のグループ用、例えば「麻薬」又は「爆薬」又はその下位群用に構成された設定を選択できるようにしてもよい。これらの例では、コントローラ３４は選択された設定に基づいてユーザインタフェースから制御信号を受信し、選択された設定に基づいてヒータ１３の温度を制御するように構成される。代わりに又は加えて、ユーザインタフェースはユーザが温度の選択だけできるように構成し、コントローラ３４がヒータをこの選択温度に加熱するように構成してもよい。

いくつかの例では、コントローラ３４は、第１の選択グループの物質を熱的に脱離させるために、ヒータ１３が試料を第１の期間、第１の選択温度に加熱するようにヒータ１３を制御するよう構成することができる。この場合、コントローラ３４は、ヒータ１３が第１のグループとは異なる第２の選択グループの物質を熱的に脱離させるために第２の期間、第２の選択温度まで更に温度を上昇するようにヒータ１３を制御することができる。これにより、異なるグループの物質をグループ別に試験することができ、例えば検出器の分解能を向上させることができる。軽量（低熱質量）のスワブ支持体及び熱絶縁の使用はこの種の温度制御を容易にする。追加の温度及び期間をこのサイクルに追加することができる。例えば、コントローラは最初にベークオフ期間を開始させ、その期間中スワブから残留物が熱的に脱離するようにヒータを選択した温度に加熱するように構成してもよい。

ヒータの制御は、ワンドへの電力供給の制御を含んでもよく、またヒータをスイッチオン又はオフする制御信号の供給、及び／又は選択温度への加熱を生じさせる温度制御信号の供給を含んでもよい。場合によっては、コントローラは、ヒータをヒータの温度に基づいて制御するように構成し得るが、場合によっては、ワンド自体が温度制御を提供するように構成し得るので、コントローラは温度制御を実行しなくてもよい。

コントローラ３４は選択温度を選択期間中維持するように構成することができる。例えば、温度及び／又は期間は関心のある物質に基づいて選択することができる。

ユーザインタフェース３６は、コマンドをコントローラ３４に入力するユーザ操作可能な制御部及び検出器の動作に関するユーザへの指示を提供する出力部を含み得る。出力部はディスプレイ又は１以上の視覚インジケータを含み得る。通信インタフェース３７は、イーサネット、ＵＳＢ、ＷＩ−ＦＩ（ＲＴＭ）、ＩＥＥＥ−８０２．１１、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＨＳＤＰＡ又は他の情報送受用インタフェースなどの有線及び／又は無線通信インタフェースを含み得る。検出器は分析器３０からの試料の分析に基づくデータを通信インタフェース３６を介してリモート装置へ中継するように構成し得る。

電力供給装置３２の例には、電池、燃料電池及びキャパシタが含まれる。場合によっては、電力供給装置は交流（ＡＣ）幹線電源のような外部電源から電力を取り出すように構成された変成器又はアダプタを含み得る。これらの例では、電力供給装置は電力貯蔵器及びそれを充電／放電するように構成された充電器を含み得る。場合によっては、ワンドが電力供給装置を含み、コントローラはワンドに制御信号を供給するだけとし得る。検出器及びワンドの両方が電力供給装置を含む場合には、ワンド及び検出器の一方又は他方の電力供給装置はバックアップ又は補助電源として使用し得る。

図１Ｃは検出器２０の筐体１８により規定されるポート２２内に挿入するように構成されたワンドの一実施形態を示す。図示の実施形態では、ワンドの一部分がポートに受け入れられる。動作中、ワンド１２、例えばスワブ／スワブ支持体１６を含む部分の挿入がワンドに含まれるヒータをトリガしてスワブに採取された関心のある物質の少なくとも一部分を加熱し得る。ヒータの動作をトリガするために様々な機構を使用することができ、例を挙げれば、電気接点システム、光センサ、物理的な接触スイッチ（例えばポート２２の開口に隣接して配置されたトグルスイッチなどのスイッチ）があるが、これらに限定されない。

ポートを規定する及び／又はポートに隣接する筐体１８の部分は、関心のある物質からの蒸気が検出器に引き込まれる確率が最大になるようにワンドを支持すべく及び／又はワンドをポートと一直線に保持すべく構成し得る。ワンド本体１２と筐体１８との間に気密封止を形成し得るが、他の実施形態では、ワンド１０及び筐体１８は、蒸発した試料が気密型封止の存在のために検出器内に引き込まれ得なくなる蒸気閉塞状態を避けるために、少なくとも若干の外気がポート及び／又は検出器内に引き込まれるように構成される。

いくつかの実施形態では、検出器の構成要素からの廃熱が試料などの蒸発に役立つように実施し得る。例えば、検出器の構成要素の冷却用ファンによって、試料の導入を妨害することなく、ポートの内部を外気より暖かくし得る。

図１Ｄはワンドの斜視図を示す。ワンドはヒータに電力を結合するための電気結合部１１ａ，１１ｂを備えることができ、これらの結合部はワンドが検出器に結合されるとき検出器と電気的に結合するように構成される。図示の実施形態では、これらの電気結合部はリング状の電気結合部、例えば１１ａ，１１ｂであり、ワンドから外向きである。これらの電気結合部はポート２２のようなポートの内部表面に配置された対応する電気接点と係合するように構成される。電気結合部１１ａ，１１ｂを含むワンドは、ワンドがポート内に挿入されるときこれらの電気結合部が対応する電気接点と接触するように構成することができ、この接触が、例えばヒータへの電力供給及び／又はポート２２内へのワンドの物理的固定をもたらす。電気接点は、例えばリング状電気結合部とスナップフィット又はフリクションフィットし得る導電性材料のフラップ又はバンドである。電気結合部を外向きリングとして形成することにより、電気結合部がワンドの側面に配置されるシステムと比較してワンドを位置合わせする必要はない。

いくつかの実施形態では、スリーブ２９がワンド１０の少なくとも一部分に亘って延在する。スリーブ２９はスワブ支持体を保護するために及び／又はスワブ５１をワンドに部分的に固定するために使用することができる。例えば、スリーブ２９はワンド上に螺合してスワブを所定の位置に保持するために使用される指型構造を締め付けることができる。これにより、スワブ交換時にスワブをスワブ支持体に効率的に設置することが可能になるとともに、試料採取中及び／又は試料導入中にスワブをしっかり保持することが可能になる。

図２は、分析器３０（例えば図１に示す分析器３０）を含む検出器２０を示し、分析器３０はイオン移動度分光計とし得る。分析器３０を提供するために他の装置及び方法を適用してもよい。例えば、ＴＯＦＭＳ、ＤＭＳ、ハイブリッドＩＭＳ−質量分析、及び／又は他の分析方法及び／又は装置を使用してもよい。

イオン移動度分光計は熱的に脱離された試料をイオン化するよう構成されたイオン化装置４０を備えることができる。イオン化装置４０は、入口内へ注入された試料がイオン化装置４０を経てドリフトチャンバ３９へ流れ得るように、入口２６とドリフトチャンバ３９との間に配置することができる。分析器３０の入口２６とイオン化装置４０との間にフィルタ２７を配置してもよい。

ドリフトチャンバ３９に電界を印加してイオンをドリフトチャンバ３９に沿ってイオン検出器４６に向けて加速するために電界印加装置４４を電力供給装置３２に結合することができる。いくつかの実施形態では、ドリフトガスをドリフトチャンバ３９に沿ってガス排出口４３へと流すためにドリフトガス供給源４２が結合される。ガス排出口４３は、ドリフトガスをドリフトチャンバ３９の外へ流すことができるように、ガス供給源からドリフトチャンバ３９の他端に向けて配置することができる。いくつかの実施形態では、ドリフトガスの流れはイオン検出器４６に向かうイオン化装置４０からのイオンの流れと反対にすることができる。

拭き取られた試料は図１を参照して述べたようにワンド１０のスワブ支持体１６上に得られる。ワンド１０が所定の位置にある状態では、検出器２０の電気結合部１７がワンド１０の電気結合部１１との電気的接触を提供し、ヒータ１３への電力供給を可能にし得る。ユーザインタフェース３６からの制御信号が、ドリフトチャンバ３９に沿ってガス流を選択された流量で供給するように、コントローラ３４にドリフトガス供給源４２を制御させ得る。その後、コントローラ３４は試料を選択された温度に加熱するようにワンド１０上のヒータ１３を制御し得る。いくつかの実施形態では、熱的に脱離された試料は入口２６内に入り、フィルタ２７を経てイオン化装置４０内に入り得る。イオン化装置４０は熱的に脱離された試料を分析のためにイオン化し得る。

コントローラ３４は、イオンをドリフトチャンバ３９に沿ってイオン検出器４６に向けてドリフトガス流に逆らって加速するために、選択された電位差を供給するように電界印加装置４４を制御し得る。この第２の実施形態の検出器４６におけるイオンの到達時間は、ドリフトガスの流量、ドリフトチャンバ３９に沿って印加される電界及びドリフトチャンバ３９の長さに基づいて、イオンの特性の指標を提供し得ることが理解されよう。これにより、試料内の関心のある物質（例えば爆薬又は規制医薬品）をこれらの物質の既知の特性に基づいて同定することができる。この同定はコントローラ３４で実行することができ、またそのデータはコントローラ３４からユーザインタフェース３６を介してオペレータに、又は通信インタフェース３７を介してリモート装置に中継することができる。

イオン化装置４０は放電アーク源又は別のイオン化放射源を備え得る。電界印加装置４４はドリフトチャンバ３９の周囲に、その長さに沿って配置された１以上の電極、例えば一連の導電性フレーム又はリングを備え得る。従って、電界印加装置４４に電位差を印加すると、ドリフトチャンバに沿って電界が設定される。一例として、図２に示す装置は単一のドリフトチャンバ３９を有するものとして示されている。しかしながら、場合によっては、２つの異なるドリフトチャンバを使用し、第１のチャンバを正電荷イオンの分析に、第２のチャンバを負電荷イオンの分析に使用してもよい。コントローラ３４は、単一のドリフトチャンバが正及び負の両イオンの分析に使用できるようにドリフトチャンバ内の電界状態を変化させるために、電界印加装置４４に交流電圧を印加するように構成してもよい。

フィルタ２７は、例えば粒径に基づいて、選択した一群の物質の分析器への通過を許すが、他の物質の通過は許さないように構成し得る。例えば、フィルタ２７は選択的に浸透性であって、例えば蒸気は入口へ通すが、選択サイズを超える埃などの粒子は通さないように構成し得る。フィルタは選択的に浸透性の材料、例えば薄膜及び／又はメッシュを含み得る。

図３はワンド１０の一実施形態の３つの図を示す。図３Ａはスワブ支持体１６の位置においてワンドの上から見た平面図である。図３Ｂは図３ＡのＢ−Ｂ線に沿うワンドの断面図を示し、図３Ｃは図３ＡのＣ−Ｃ線に沿うワンドの断面図を示す。図３に示すワンド１０は図１及び２に示すワンドに対応し、同等の参照番号で同等の要素を示している。

図３において、ワンド１０の本体はユーザが操作しやすいように細長い棒状であり、ワンド１０を図１及び２に示す検出器２０のような検出器のポート２２に挿入することができる。スワブ支持体１６は、ワンド本体１２の外側面の結合部１５からその頂部１２'を覆って第２の結合部１５'まで延在する弾力性積層細条を備え得る。この細条の長さは、図１を参照して説明したようにスワブ支持体１６が本体１２の頂部１２'から離間されるように選択し得る。

図３に示すスリーブ２９は、スワブ支持体１６を露出するようにワンドの頂部１２’の上方に配置された開口部２９'を含み得る。例えば、スリーブ２９はスワブの周縁部分を捕捉するように構成し得る。例えば、スリーブは、スワブをワンドに固定するため及び／又はスワブ支持体を部分的に保護するためなどのために、ワンド本体上の対応するネジと係合する雌ネジを含む。いくつかの実施形態では、スワブはスワブ支持体に適合するようにカップ状に又は部分カップ状（例えば、湾曲した形に形成されたスワブ細条）に形成される。この方法では、スワブは試料採取中及び／又は熱的脱離中もスワブ支持体と接触したままにし得る。いくつかの実施形態では、ワンドは、ユーザがスワブをスワブ支持体上に物理的に設置する必要なしに、スワブがワンド上に設置されるように構成される。例えば、ワンドの挿入がスワブ支持体上へのスワブの設置をもたらすようなディスペンサが設けられる。これは、汚染を生じることなくスワブを設置するためにユーザが手袋をはめる必要なしに、スワブの設置を可能にする。開口部において、スワブ支持体１６の側縁は突条５２により固定されてもよい。ワンド１０は、スワブ支持体１６と熱接触するとともに電気結合部１１に結合された温度センサ５０を備え、温度指標をコントローラ、例えば図１及び２に示す検出器２０のコントローラ３４に供給するようにしてもよい。

図３において、ワンド１０は温度センサ５０を備える。この目的のために、サーモカップル、サーミスタ又は任意の温度検知素子を使用し得る。しかしながら、スワブ支持体及びスワブの抵抗及び熱容量は前もって知ることができるので、いくつかの例では、コントローラ３４（図１及び図２）が選択した電力を選択した期間に亘り供給するだけでスワブ支持体１６の温度を制御することができる。代わりに又は加えて、コントローラ３４は、スワブ支持体１６の温度をヒータ１３のインピーダンス（例えば電気抵抗）に基づいて検知し、検知した温度に基づいて加熱を制御し得る。他の温度検知及び制御方法を適用してもよい。

図３Ｄは本発明のいくつかの実施形態によるワンド１０の様々な構成要素を示す。スワブ支持体１６はワンド本体１２の端部に配置される。図に示すように、フィンガー構造４８がスワブ支持体１６に接する。いくつかの例では、２つのほぼ対向するフィンガー構造がスワブ支持体の対辺に配置される。

フィンガー構造は支持体から離れるように傾斜したフレア端部を含み得る。フレア端部は、スワブをワンド上に設置する際に、ディスペンサから供給されるスワブを捕捉するのに役立ち得る。いくつかの例におけるフィンガー構造は部分的に変形可能で、スワブを捕捉する間変形するが、その後スワブをしっかり保持する。スワブの設置はユーザがそれを手でつかむ必要なしに達成されることは勿論である。フィンガー構造は、スワブ構造を支持するように及び／又はスワブ構造が試料採取中動かないように形成し得る。例えば、物品を拭き取る際に、フィンガー構造はスワブ支持体が変形するのを防止する。フィンガー構造は、ワンド本体１２とフリクションフィット、螺合、デテント／キャッチボール構造又は類似の固定構造で係合するスリーブによって所定の位置に保持し得る。フィンガー構造は試料導入中に熱接触しないようにスワブ支持体１６から離して配置し得る。

図３Ｄにつき説明を続けると、ガスケット５０をワンドに含めることができる。いくつかの実施形態では、ガスケット５０は変形可能なガスケットであり、例えば半剛性のゴム系材料又はプラスチック材料からなるものとし得る。ガスケットはスワブ支持体１６のワンド本体１２への固定を助けるために含めることができる。例えば、ガスケットは、スワブ支持体と、スワブ支持体をワンド本体１２に固定するためのクリップの端部とを捕捉するために使用される。このように、クリップは、例えば各別のネジで固定することができ、クリップの非固定端部及びスワブ支持体は概してガスケットで固定される。ガスケットは他の目的も果たすことができ、例えばスリーブをワンド本体に整列させることができる。ガスケットは、スワブ及び／又はスワブ支持体が過度に撓まないように固定しながら、スリーブの非固定端部が試料の採取中に僅かに撓むことを可能にする。ガスケットはスワブ支持体へのスワブの設置も助けることができる。いくつかの実施形態におけるガスケットはスワブの捕捉及び／又は使用中のスワブの固定に役立つ円筒形又は円錐台形にすることができる。

図４は関心のある物質を検出する方法４００を示す。本方法は、物品を拭き取って試料を採取する拭き取り４０１を含み得る。スワブはワンドに保持され、ワンドはスワブ支持体を含み得る。スワブ支持体は、スワブがワンドから熱的に絶縁されるようにスワブを支持するよう構成し得る。

次に、検出器へのスワブの供給４０３を含み得る。検出器へのスワブの供給は、例えばワンドを検出器に挿入することによって、ワンドを検出器に結合することを含み得る。

いくつかの実施形態では、本方法は、スワブを加熱することによりスワブから試料を熱的に脱離させる熱脱離４０５を含む。熱脱離ステップは、スワブを検出器及び／又はワンドから熱的に絶縁する熱絶縁ステップを含み得る。本方法は更に、熱的に脱離された試料中の関心のある物質の検出４０７を含み得る。

図５は、ヒータ６１３が検出器６２０内に設けられた例を示す。図５に示すように、ヒータ６１３は取り付け台６１６の上に配置される。検出器６２０は更に、検査すべき試料６３を受け取る試料容器６１を含み得る。試料容器６１は分析器３０の入口２６に隣接して配置することができる。ヒータ６１３は試料容器６１内の試料６３を加熱して試料から物質を熱的に脱離させ、それらの物質を分析器による分析のために入口２６に供給するように構成し得る。ヒータ６１３は取り付け台６１６から離して配置することによって取り付け台６１６から熱的に絶縁されるように構成し得る。

動作中、試料６３を担持するスワブは試料容器６１で包囲し得る。電力供給装置３２が試料を熱的に脱離させるために電力をヒータ６１３に供給し得る。分析器３０は図１、図２及び図３を参照して述べたように、熱的に脱離された試料を分析し得る。

ヒータ６１３は図１、図２及び図３においてスワブ支持体１６を参照して述べたような積層構造を備え得る。

本開示において、熱脱離（及び熱的に脱離する）という用語は、加熱による固体及び／又は液体の分散、例えば固体及び／又は液体の蒸気、ガス又は分散微粒子への分散の促進を含む。熱脱離の例には、気化、蒸発、揮発及び昇華がある。

いくつかの分析方法を検討した。しかしながら、本発明はより広範囲の関連性を有する。試料は、任意の分析手法、例えばイオン移動度分光法（ＩＭＳ）、飛行時間質量分光法（ＴＯＦＭＳ）、差分イオン移動度分光法（ＤＭＳ）及び複合イオン移動度分光／質量分光法及び／又はこれらの方法の組合せなどの分光法を用いて関心のある物質を検出するように構成された分析器３０で分析してよい。

以上の開示から認識されるように、ワンド、検出器及びヒータの多数の特徴は組み合わせて使用してよい。これらの特徴の多くは分離可能で、それ自体で有用であり、このことは本開示に黙示的に示されている。以下の番号付けされた時はこれらの特徴の組合せの例を提供する。これらの組合せは単なる一例にすぎず、他の組合せも可能である。

第１の実施形態では、スワブ支持体はヒータを備え、ワンドから間隔を置いて絶縁配置され、可動であるとともに弾力性を有する。

第２の実施形態では、熱脱離装置はワンドを検出器に結合するよう構成され、スワブ支持体が熱的に脱離された試料を分析器に供給するように構成される。第２の実施形態は第１の実施形態の特徴を含んでもよい。

第３の実施形態では、ワンドはワンドを検出器に結合するように構成された係合機能部を備える。第３の実施形態は第１及び／又は第２の実施形態の特徴を含んでもよい。

第４の実施形態では、検出器は係合機能部を検出器に結合するように構成されたワンド嵌合部を備え、ヒータへの電力の供給を可能にする。第４の実施形態は第１、第２及び第３の実施形態の１以上の特徴を含んでもよい。

第５の実施形態では、検出器はワンドを検出器に結合するように構成され、ヒータへの電力の供給をトリガする。第５の実施形態は第１乃至第４の実施形態の１以上の特徴を含んでもよい。第６の実施形態では、コントローラはヒータをスワブ支持体の温度に基づいて制御するように構成される。第６の実施形態は第１乃至第５の実施形態の１以上の特徴を含んでもよい。

明らかにしたように、上述した例は本発明の原理を説明するこことをのみ意図しており、限定として解釈すべきではない。開示の例は図１、図２、図３又は図５につき記載した任意の装置の１以上の構成要素を構成する部品のキットも含む。例えば、一つの態様では、ワンド本体と、ワンド本体に結合されるように構成された積層細条を備え、その一部分がワンド本体から間隔を置いて配置されたスワブ支持体とを備える熱脱離ワンド用部品キットが提供される。スワブ支持体はヒータを備えてもよい。キットは複数のスワブ支持体を備えてもよい。

本発明の他の例は添付の請求項で特定される。

Claims (19)

1. 試料中の関心のある物質を検出するように構成された熱脱離装置であって、
   スワブを支持するように構成されたワンド、及び
   関心のある物質を検出するように構成された分析器を含む検出器を備え、
   前記ワンドは、前記スワブからの試料の熱脱離が前記分析器への前記試料の一部分の供給をもたらすように、前記検出器に結合するよう構成され、
   前記ワンドは、前記スワブを前記ワンドから熱的に絶縁するために前記スワブと前記ワンドとの間に間隔を与えるように構成されたスワブ支持体を備える、熱脱離装置。
2. 前記スワブ支持体は前記間隔を減少するために前記ワンドに対して可動である、請求項１記載の装置。
3. 前記スワブ支持体は弾力性を有する、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記ワンドは前記スワブに採取された試料を加熱するヒータを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記ワンドは電力を前記ヒータに結合する電気結合部を備え、前記電気結合部は前記ワンドが前記検出器に結合されるとき前記検出器と電気的に結合されるように構成されている、請求項４記載の装置。
6. 前記電気結合部と係合するように構成された電気接点を更に備え、前記電気接点は前記ワンドの一部分を受け入れるポートを形成する前記検出器の筐体の内部部分に配置されている、請求項５記載の装置。
7. 試料採取ワンドであって、
   前記ワンドを操作できるように構成されたワンド本体、
   前記ワンド本体に結合されたスワブ支持体、及び
   採取された試料に供給される熱が前記ワンド本体から熱的に絶縁されるように、前記スワブ支持体と前記ワンド本体との間に配置された熱絶縁部、
   を備える、試料採取ワンド。
8. 前記スワブ支持体は、前記熱絶縁部が前記ワンド本体と前記スワブ支持体との間の間隔で与えられる加熱位置から、前記間隔が前記加熱位置に対して減少される試料採取位置まで前記ワンドに対して可動である、請求項７記載の試料採取ワンド。
9. 前記スワブは弾力性を有する、請求項７又は８記載の試料採取ワンド。
10. 前記ワンドは熱を前記スワブ支持体へ反射するように構成された熱反射表面を備える、請求項７,８又は９記載の試料採取ワンド。
11. 請求項７から１０のいずれか一項に記載の試料採取ワンド用の部品キット。
12. 試料の熱脱離のためにスワブ支持体を加熱するように構成されたヒータを含む弾力性積層細条を備える試料採取兼熱脱離スワブ支持体。
13. 前記ヒータは、導電性抵抗加熱素子及び前記スワブ支持体の表面を前記加熱素子から電気的に絶縁するように配置された電気絶縁材料の少なくとも１つの層を備える、請求項１２記載の試料採取兼熱脱離スワブ支持体。
14. 前記スワブ支持体を熱脱離兼試料採取ワンドの第１及び第２の結合部に機械的に結合できるように構成された第１及び第２の結合部を有し、前記結合部の少なくとも１つが前記ヒータへの電気結合を提供するように構成されている、請求項１２又は１３記載の熱脱離スワブ支持体。
15. 試料採取ワンドであって、
    前記ワンドを操作する操作手段、
    スワブを支持し、前記操作手段に結合された支持手段、及び
    前記操作手段から前記試料を熱的に絶縁する熱絶縁手段、
    を備える試料採取ワンド。
16. 物品から関心のある物質を採取するワンドであって、
    実質的にワンド本体の端部に配置され、試料採取のために少なくとも部分的に柔軟に構成されたスワブ支持体、及び
    スワブを前記スワブ支持体に固定するために前記ワンド本体の少なくとも一部分と係合するように構成されたスリーブ、
    を備えるワンド。
17. 前記スワブ支持体は前記スワブに存在する試料の少なくとも一部分を加熱するように動作するヒータを備える、請求項１６記載のワンド。
18. 前記スリーブを前記ワンド本体に固定する手段を更に備える、請求項１６又は１７記載のワンド。
19. 前記ワンドは、前記スワブを前記ワンドから分解又は取り外すことなく前記スワブに採取された試料の熱脱離を行い得るように構成されている、請求項１６，１７又は１８記載のワンド。
    

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