JP6926544B2 - 洗浄用空気作成装置及び計測システム - Google Patents

Description

本発明は、洗浄用空気作成装置及び計測システムに係り、更に詳しくは、イオン検出装置を洗浄するのに好適な空気を作成する洗浄用空気作成装置、及び該洗浄用空気作成装置を有する計測システムに関する。

気体や気化した化学物質を分析する方法の一つとして、電界非対称波形イオン移動度分光分析（Ｆｉｅｌｄ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ：以下では、「ＦＡＩＭＳ」ともいう）と呼ばれる方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。

この方法は、イオン化された気体分子や化学物質（以下では、これらを総称して「化学物質等」ともいう）を、イオンフィルタに通して移動度の差によって選別し、検出器で検出することにより、該化学物質等を特定するものである。

近年、ＦＡＩＭＳに用いられる分析装置（以下では、「イオン検出装置」ともいう）に対して、様々な現場で分析できるように携帯性が要求されるようになった。

しかしながら、従来のイオン検出装置では、検出精度の低下を招くことなく、携帯性を向上させるのは困難であった。

本発明は、第１のイオン発生器と、前記第１のイオン発生器でイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する第１のイオン選別器と、前記第１のイオン選別器で選別された前記第１のイオン発生器でイオン化されなかった分子が供給され、前記第１のイオン発生器とは異なる極性のイオンを発生させる第２のイオン発生器と、前記第２のイオン発生器でイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する第２のイオン選別器と、を備える洗浄用空気作成装置である。

本発明のイオン検出装置によれば、検出精度の低下を招くことなく、携帯性を向上させることができる。

一実施形態に係るイオン検出装置の概略構成図である。 イオンの移動度の電界強度依存性を説明するための図である。 イオンフィルタ部の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡を説明するための図（その１）である。 電極Ａと電極Ｂとの間に発生させる電界波形を説明するための図である。 イオンフィルタ部の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡を説明するための図（その２）である。 実施例１のイオン検出装置を説明するための図である。 イオン選別器の作用を説明するための図（その１）である。 イオン選別器の作用を説明するための図（その２）である。 実施例３のイオン検出装置を説明するための図である。 実施例４のイオン検出装置を説明するための図である。 実施例１の洗浄用空気作成装置を説明するための図である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その１）である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その２）である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その３）である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その４）である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における電圧の極性を切り替えるための切替スイッチを説明するための図である。 実施例１の洗浄用空気作成装置における排気口及び清浄空気供給口を説明するための図である。 実施例１の洗浄用空気作成装置に付加されたエアーフィルタを説明するための図である。 実施例２の洗浄用空気作成装置を説明するための図である。 実施例２の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その１）である。 実施例２の洗浄用空気作成装置における清浄空気の作成原理を説明するための図（その２）である。 実施例２の洗浄用空気作成装置における排気口及び清浄空気供給口を説明するための図である。 実施例２の洗浄用空気作成装置に付加されたエアーフィルタを説明するための図である。 実施例２の洗浄用空気作成装置の変形例を説明するための図である。 実施例１の洗浄用空気作成装置を有する計測システムを説明するための図である。 実施例２の洗浄用空気作成装置を有する計測システムを説明するための図である。 流路切替用のダンパを説明するための図（その１）である。 流路切替用のダンパを説明するための図（その２）である。 ダクトにエアーフィルタを設けた場合を説明するための図である。 イオン検出装置自身で清浄空気を作成する場合を説明するための図である。

「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るイオン検出装置１０の概略構成が示されている。

このイオン検出装置１０は、イオン発生部１００、イオンフィルタ部２００、検出部６００、及び制御部９００などを備えている。なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、被測定分子の進行方向を＋Ｚ方向とする。

イオン発生部１００は、被測定分子をイオン化する。イオンフィルタ部２００は、イオン発生部１００からのイオンを選別する。検出部６００は、イオンフィルタ部２００で選別されたイオンを検出する。制御部９００は、装置全体を制御する。

イオン検出装置１０の基本的な検出原理について説明する。

イオンフィルタ部２００は、対向して配置された２つの電極（電極Ａ、電極Ｂ）を有している。

イオンは、電界Ｅの環境下では次の（１）式で示される移動速度Ｖで移動する。ここで、Ｋは、該イオンの移動度である。
Ｖ＝Ｋ×Ｅ ……（１）

ところで、イオンの移動度には電界強度依存性がある。そして、この電界強度依存性は、イオンの種類によって異なっている。図２には、一例として、種類が異なる３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）における移動度の電界強度依存性が示されている。なお、図２では、分かりやすくするため、各イオンの移動度が電界強度０で等しくなるように正規化されている。

３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動度は、電界強度が９ｋＶ／ｃｍ以下の低電界強度ではほぼ変化なしである。電界強度が約１０ｋＶ／ｃｍから増すにつれてイオンの種類固有の特性が移動度に現れる。イオンＡの移動度は、電界強度が増加するに従って大きく増加し、Ｅｍａｘで最大となる。イオンＢの移動度は、イオンＡよりも緩やかに増加する。イオンＣの移動度は、緩やかに減少する。このように三者三様の特性を示している。イオンフィルタ部２００は、低電界強度での移動度と高電界強度での移動度との違いを利用してイオンの選別を行う。

図３には、イオンフィルタ部２００の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡が示されている。なお、ここでは、分かりやすくするため、便宜的に、電極Ａ及び電極Ｂを導電体でできた平行平板としている。

電極Ａと電極Ｂとの間に発生する電界の波形を非対称電界波形とすることによって、任意のイオン（図３では、イオンＢ）のみを検出部６００に到達させることができる。

図４には、電極Ａと電極Ｂとの間に発生させる電界波形の一例が示されている。この電界波形は、正の高電界（Ｅｍａｘ）と負の低電界（Ｅｍｉｎ）を交互に繰り返している。そして、高電界の期間（ｔ１）は低電界の期間（ｔ２）よりも短く、ｔ１とｔ２の比は１：３〜１：５である。このように電界波形は、上下に関して非対称である。この非対称電界波形は、時間平均電界が零であり、次の（２）式が成り立つように設定されている。
｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１＝｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２ ……（２）

すなわち、図４における領域Ａの面積と領域Ｂの面積が一致するように設定されている。

なお、以下では、次の（３）式に示されるように、｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１の値、及び｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２の値をβとする。
｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１＝｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２＝β ……（３）

ところで、高電界の期間（ｔ１）に、イオンがＹ軸方向に関して移動する速度Ｖｕｐは、次の（４）式で示される。ここで、Ｋ（Ｅｍａｘ）は、高電界（Ｅｍａｘ）のときのイオンの移動度である。
Ｖｕｐ＝Ｋ（Ｅｍａｘ）×｜Ｅｍａｘ｜ ……（４）

例えば、｜Ｅｍａｘ｜が約１０ｋＶ／ｃｍ以上の場合、３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）では、イオン毎に移動度が異なる（図２参照）ので、３つのイオンの移動速度Ｖｕｐは三者三様に異なる。すなわち、図５に示されるように、高電界の期間（ｔ１）では、３つのイオンの移動軌跡の傾斜は互いに異なっている。

そして、高電界の期間（ｔ１）に、イオンがＹ軸方向に関して移動した距離である変位ｙｕｐ（図５参照）は、次の（５）式で示される。
ｙｕｐ＝Ｖｕｐ×ｔ１ ……（５）

一方、低電界の期間（ｔ２）に、イオンがＹ軸方向に関して移動する速度Ｖｄｏｗｎは、次の（６）式で示される。ここで、Ｋ（Ｅｍｉｎ）は、低電界（Ｅｍｉｎ）のときのイオンの移動度である。
Ｖｄｏｗｎ＝−Ｋ（Ｅｍｉｎ）×｜Ｅｍｉｎ｜ ……（６）

例えば、｜Ｅｍｉｎ｜が約５ｋＶ／ｃｍ以下の場合、３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）では、移動度がほぼ同一である（図２参照）ので、３つのイオンの移動速度Ｖｄｏｗｎはほぼ同一である。すなわち、図５に示されるように、低電界の期間（ｔ２）では、３つのイオンの移動軌跡の傾斜はほぼ同じである。

そして、低電界の期間（ｔ２）に、イオンがＹ軸方向に関して移動した距離である変位ｙｄｏｗｎ（図５参照）は、次の（７）式で示される。
ｙｄｏｗｎ＝Ｖｄｏｗｎ×ｔ２ ……（７）

非対称電界波形の１周期（Ｔ）内では、イオンは、＋Ｚ方向に移動しつつ、期間ｔ１の間に＋Ｙ方向に移動し、期間ｔ２の間に−Ｙ方向に移動する。

そこで、図５に示されるように、ジグザグ運動を繰り返しながら電極Ａに向かうもの（イオンＡ）と、ジグザグ運動を繰り返しながら電極Ｂに向かうもの（イオンＣ）と、＋Ｙ方向の変位と−Ｙ方向の変位とが釣り合い、検出部に向かうもの（イオンＢ）とに分かれることとなる。

ところで、非対称電界波形における１周期（Ｔ）での、イオンのＹ軸方向に関する平均変位ΔｙＲＦは、次の（８）式で表される。
ΔｙＲＦ＝ｙｕｐ＋ｙｄｏｗｎ
＝Ｋ（Ｅｍａｘ）×｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１−Ｋ（Ｅｍｉｎ）×｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２ ……（８）

そして、上記（８）式は、上記（３）式を用いて次の（９）式のように表すことができる。
ΔｙＲＦ＝β｛Ｋ（Ｅｍａｘ）−Ｋ（ｍｉｎ）｝ ……（９）

ここで、Ｋ（Ｅｍａｘ）−Ｋ（ｍｉｎ）をΔＫとおくと、上記（９）式は次の（１０）式のように表される。
ΔｙＲＦ＝βΔＫ ……（１０）

βは電極Ａと電極Ｂとの間に印加される非対称電界で決まる定数である。そこで、非対称電界波形の１周期（Ｔ）あたりのイオンのＹ軸方向に関する変位は、低電界（Ｅｍｉｎ）での移動度と高電界（Ｅｍａｘ）での移動度の差分であるΔＫに依存する。

キャリアガスだけがイオンをＺ軸方向に移送させると仮定すると、イオンが電極Ａと電極Ｂとの間に滞在しているときの、該イオンのＹ軸方向に関する変位Ｙは、次の（１１）式となる。ここで、ｔｒｅｓは、イオンが電極Ａと電極Ｂとの間に滞在している平均時間（平均イオン滞在時間）である。

平均イオン滞在時間ｔｒｅｓは、次の（１２）式で表される。ここで、Ａはイオンフィルタ部の断面積、ＬはＺ軸方向に関する電極の長さ（電極深さ）（図５参照）、Ｑはキャリアガスの容積流量である。Ｖはイオンフィルタ部の容積（＝ＡＬ）である。

上記（１１）式は、上記（１２）式及び上記（３）を用いて、次の（１３）式のように表すことができる。ここで、Ｄは非対称電界波形のデューティであり、Ｄ＝ｔ１／Ｔである。

非対称電界波形における高電界Ｅｍａｘ、イオンフィルタ部の容積Ｖ、非対称電界波形のデューティＤ、及びキャリアガスの容積流量Ｑについて、すべてのイオン種に対して同一の値を用いると、上記（１３）式から、変位Ｙは、イオン種固有の低電界（Ｅｍｉｎ）での移動度と高電界（Ｅｍａｘ）での移動度との差分ΔＫに比例することがわかる。

なお、図５ではイオンＢのみが、変位Ｙが最小であり、検出部６００に到達することができるが、デューティＤを変化させることによってイオンＢとは異なるΔＫを有するイオンを検出部６００に到達させることができる。さらに、デューティＤを小刻みに変化させていくことで、ΔＫが異なる様々なイオンの有無や量を検出することができる。

また、イオン検出装置１０において、ΔＫが異なる様々なイオン種を検出する方法として、非対称電界波形に低強度のＤＣ電界を重畳する方法がある。この方法によると、期間ｔ１及び期間ｔ２でのＹ軸方向に関する変位量を変化させることができる。そこで、電極Ａ又は電極Ｂに接触せずに検出部６００に到達することができるイオン種を連続的に変えることができる。なお、非対称電界波形に重畳するＤＣ電界は補償電圧（ＣＶ：ｃｏｍｐｅｎｓａｓｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅｓ）と呼ばれている。この方法では、補償電圧を掃引してΔＫが異なる様々なイオン種の有無や量を検出する。

ところで、検出部６００に到達する前に電極Ａ又は電極Ｂに接触したイオンは、中和されてイオンでなくなり検出されない。

なお、制御部９００は、従来のイオン検出装置における制御部とほぼ同様であるため、ここでは制御部９００の動作についての詳細な説明は省略する。

「詳細」
イオン検出装置は、気体に含まれる微量な分子の種類及び量を検出する装置である。イオン検出装置は、汎用性が高く、試料中の薬物、化学成分などの分析、環境中の有害ガス、生体ガス、においの分析など広範囲で使われているが、従来のイオン検出装置は比較的大型であり使用環境が限られていた。

また、従来のイオン検出装置はポンプなどが必要であり、携帯性の高いものはみられなかった。また、特許文献３には、分析装置の応答を較正する目的で、標準器（ガス）を使用することが開示されている。しかし、別途ポンプを使用する場合は、環境ガスに含まれる微少ガス成分の割合の差が検出精度に影響するとともに、携帯性が低下し、加圧ガス貯槽を用いる場合は、携帯性が低下するという不都合があった。

ところで、イオン検出装置は、前述したように電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ以上でイオン種によって移動度に差がでることを利用して分析を行なう。前述した図２の例ではＥｍａｘ、つまり２０ｋＶ程度の電界強度を２つの電極間に発生させることでイオン種を分別することになる。

例えば、２つの電極間の距離を１ｍｍ（＝０．１ｃｍ）とすると、２０ｋＶ／ｃｍの電界を発生させるために２つの電極間に印加される電圧は、２ｋＶ（＝２０ｋＶ／ｃｍ×０．１ｃｍ）となる。この場合、イオン検出装置を電池駆動で実現しようとすると、数Ｖ〜十数Ｖを元に２ｋＶを発生させねばならず、昇圧回路や高耐圧部品を使用する必要がある。これは、部品点数の増加、イオン検出装置の大形化、及び消費電力の増加を招く。

低い電圧で同じ電界強度を実現するためには２つの電極間の距離を小さくすれば良い。例えば、２つの電極間の距離を１μｍ（０．０００１ｃｍ）にすると、２０ｋＶ／ｃｍの電界を発生させるために２つの電極間に印加される電圧は、２Ｖ（＝２０ｋＶ／ｃｍ×０．０００１ｃｍ）となる。

本実施形態では、イオンフィルタ部２００における２つの電極間の距離を従来よりも小さくしている。

＜実施例１＞
実施例１のイオン検出装置１０が、図６に示されている。このイオン検出装置１０では、イオン発生部１００が、第１のイオン発生器１１０、イオン選別器１２０、及び第２のイオン発生器１３０を有している。

第１のイオン発生器１１０は、コロナ放電によりイオン発生部１００に吸入された分子をイオン化するとともに、気流を生成する。

イオン選別器１２０は、第１のイオン発生器１１０の＋Ｚ側に配置され、第１の選別フィルタ１２１と第２の選別フィルタ１２２を有している。

第２のイオン発生器１３０は、イオン選別器１２０の＋Ｚ側に配置され、第２の選別フィルタ１２２を通過した分子をコロナ放電によりイオン化するとともに、気流を生成する。第２のイオン発生器１３０を介したイオンが、イオン発生部１００からのイオンであり、イオンフィルタ部２００に送られる。

イオン検出装置１０では、被測定分子の検出を行うのに先立って、キャリブレーションが行われる。

キャリブレーションの際には、外気がイオン発生部１００に吸入される。そして、第１のイオン発生器１１０でのイオン化がある程度進行すると、第１の選別フィルタ１２１に、イオンと逆極性（イオンが正なら負極性、負なら正極性）の電界がかけられ、第２の選別フィルタ１２２には、イオンと同極性（イオンが正なら正極性、負なら負極性）の電界がかけられる。

この場合、第１のイオン発生器１１０でイオン化された分子は、第１の選別フィルタ１２１に向かい、第１の選別フィルタ１２１を通過して排出される（図７参照）。一方、第１のイオン発生器１１０でイオン化されなかった分子は、第２の選別フィルタ１２２に向かい、第２の選別フィルタ１２２を通過する（図８参照）。

第２の選別フィルタ１２２を通過する気体は、窒素や酸素などのイオン化傾向の小さい分子が含まれ、空気に近い成分となっている。本実施形態では、この気体を「基準気体」という。

基準気体は、第２のイオン発生器１３０でイオン化される。イオン化された基準気体は、イオンフィルタ部２００に送られる。イオンフィルタ部２００は、全てのイオンが通過するように設定されている。イオンフィルタ部２００を通過したイオンは、検出部６００で検出される。なお、ここでは、第２のイオン発生器１３０でのイオン発生量が予め設定されている規定値になるように、制御部９００によって第２のイオン発生器１３０に印加される電圧が調整されている。なお、規定値は、検出部６００において検出されるイオンの検出量が一定になるように設定される。

第２のイオン発生器１３０でのイオン発生量は、第２のイオン発生器１３０における端子の汚れ、磨耗、その他環境によって変動するが、ここでは、第２のイオン発生器１３０に印加される電圧を調整して、イオン発生量を常に規定値としているため、高い精度で被測定分子を検出することができる。

すなわち、イオン検出装置の環境条件及びコンディションに依存することなく、高い精度で被測定分子を検出することができる。

そこで、実施例１のイオン検出装置１０によると、検出精度の低下を招くことなく、携帯性を向上させることができる。

＜実施例２＞
実施例２のイオン検出装置１０では、前述した実施例１のイオン検出装置１０に対し、上記キャリブレーションにおいて検出部６００での検出データを「環境データ」として保存することに特徴を有している。

そして、制御部９００は、被測定分子の検出の際に環境データを参照し、検出部６００での検出データを補正する。

そこで、この場合も、実施例１のイオン検出装置１０と同様の効果を得ることができる。

＜実施例３＞
実施例３のイオン検出装置１０が、図９に示されている。このイオン検出装置１０は、前述した実施例１のイオン検出装置１０に対し、多孔質部材７１０及び発熱体７２０が付加されていることに特徴を有している。

多孔質部材７１０は、イオン発生部１００の−Ｚ側に配置され、通気性を有し、熱伝導度が高く、表面積が大きい部材である。ここでは、多孔質部材７１０は、ポーラス金属又は金属粉からなっている。発熱体７２０は、装置全体を覆い、通過する気体の温度を任意の温度に制御することができるようになっている。

ところで、通過する気体の温度が変化すると、第１のイオン発生器１１０や第２のイオン発生器１３０で発生するイオン量が変化し、検出部６００での検出結果が変化する。そして、その結果、定量分析の値に誤差を生じる。

実施例３のイオン検出装置１０では、発熱体７２０と通過する気体との間の熱交換を素早く行うことができ、通過する気体の温度変化を抑制することができる。

そこで、例えば、通過する気体の温度が常温よりも低い場合には、実施例３のイオン検出装置１０が好適である。

＜実施例４＞
実施例４のイオン検出装置１０が、図１０に示されている。このイオン検出装置１０は、前述した実施例３のイオン検出装置１０に対し、保温部材７３０が付加されていることに特徴を有している。

保温部材７３０は、発熱体７２０の外周を覆っており、発熱体７２０からの熱が外気に逃げるのを抑制することができる。その結果、省エネルギーを図るとともに、環境温度の影響を抑制することができる。

ところで、イオン検出装置１０の内部に検出対象の分子が残留していると、次回の検出における検出精度が低下するおそれがある。そこで、この場合、次回の検出作業に先立って、イオン検出装置１０の内部を洗浄し、残留している検出対象の分子を除去するのが好ましい。なお、以下では、除去したい分子を「除去対象の分子」という。

イオン検出装置１０の内部を洗浄する方法として、空気をイオン検出装置１０に供給し、イオン検出装置１０の内部を通過させる方法がある。この方法は、空気の流れによって除去対象の分子をイオン検出装置１０の外部に排出させるものである。以下では、イオン検出装置１０の内部を洗浄するのに用いられる空気を「洗浄用空気」ともいう。

しかしながら、洗浄用空気に除去対象の分子が含まれていると、洗浄の効果が得られないおそれがある。そこで、洗浄用空気には、除去対象の分子が含まれていないことが必要である。以下では、除去対象の分子が含まれていない空気を「清浄空気」ともいう。そして、この清浄空気を作成する装置を「洗浄用空気作成装置」という。

以下、一実施形態に係る洗浄用空気作成装置について説明する。なお、大気は非常に多くの種類の分子から構成されているが、ここでは、わかりやすくするため、大気が空気成分の分子と除去対象の分子とから構成されているものとする。また、除去対象の分子は空気成分の分子よりもイオン化されやすいものとする。

＜実施例１＞
実施例１の洗浄用空気作成装置１５０が図１１に示されている。この洗浄用空気作成装置１５０は、イオン発生器１６０及びイオン選別器１７０を有している。

イオン発生器１６０は、前述したイオン検出装置１０における第１のイオン発生器１１０と同様なイオン発生器であり、吸入された大気中に含まれる除去対象の分子をイオン化する。

イオン選別器１７０は、前述したイオン検出装置１０におけるイオン選別器１２０と同様なイオン選別器であり、イオン発生器１６０の＋Ｚ側に配置され、第１の選別フィルタ１７１と第２の選別フィルタ１７２を有している。

（１）除去対象の分子がイオン化されると正（プラス）イオンになる場合。

この場合、図１２に示されるように、イオン選別器１７０では、第１の選別フィルタ１７１に電池（バッテリ）の負極が接続され、第２の選別フィルタ１７２に電池の正極が接続されている。また、イオン発生器１６０では、正（プラス）イオンが発生するように電池が接続されている。

イオン発生器１６０に大気が導入されると、除去対象の分子がイオン化され正（プラス）イオンになる。そして、イオン化された除去対象の分子は、第２の選別フィルタ１７２で反発され、第１の選別フィルタ１７１に向かう。一方、空気成分の分子は、気圧の低い第２の選別フィルタ１７２に向かう。このようにして、イオン選別器１７０において、空気成分の分子と除去対象の分子とが分離される（図１３参照）。第２の選別フィルタ１７２を通過した分子は空気成分の分子であり、清浄空気である。

（２）除去対象の分子がイオン化されると負（マイナス）イオンになる場合。

この場合、図１４に示されるように、イオン選別器１７０では、第１の選別フィルタ１７１に電池の正極が接続され、第２の選別フィルタ１７２に電池の負極が接続される。また、イオン発生器１６０では、負（マイナス）イオンが発生するように電池が接続される。

イオン発生器１６０に大気が導入されると、除去対象の分子がイオン化され負（マイナス）イオンになる。そして、イオン化された除去対象の分子は、第２の選別フィルタ１７２で反発され、第１の選別フィルタ１７１に向かう。一方、空気成分の分子は、気圧の低い第２の選別フィルタ１７２に向かう。このようにして、イオン選別器１７０において、空気成分の分子と除去対象の分子とが分離される（図１５参照）。第２の選別フィルタ１７２を通過した分子は空気成分の分子であり、清浄空気である。

ところで、一例として図１６に示されるように、電池の極性を切り替えることができる切替スイッチ１５１を設けることにより、除去対象の分子がイオン化されると正（プラス）イオンになる分子の場合、及び除去対象の分子がイオン化されると負（マイナス）イオンになる分子とからなる場合の両方に対応することができる。

図１７に示されるように、除去対象の分子は排気口を介して洗浄用空気作成装置１５０から放出され、清浄空気は清浄空気供給口を介して洗浄用空気作成装置１５０から放出される。

また、大気中に異粒子などが含まれる場合は、一例として図１８に示されるように、洗浄用空気作成装置１５０において、大気の入力側にエアーフィルタ１５２を付加しても良い。これにより、イオン発生器１６０やイオン選別器１７０に異粒子などが詰まるのを抑制することができる。

＜実施例２＞
実施例２の洗浄用空気作成装置１５０が図１９に示されている。この洗浄用空気作成装置１５０は、第１のイオン発生器１６０Ａ、第１のイオン選別器１７０Ａ、第２のイオン発生器１６０Ｂ、及び第２のイオン選別器１７０Ｂを有している。

第１のイオン発生器１６０Ａは、前述したイオン検出装置１０における第１のイオン発生器１１０と同様なイオン発生器であり、吸入された大気中に含まれる除去対象の分子をイオン化する。ここでは、正（プラス）又は負（マイナス）のイオンを発生させる。

第１のイオン選別器１７０Ａは、前述したイオン検出装置１０におけるイオン選別器１２０と同様なイオン選別器であり、第１のイオン発生器１６０Ａの＋Ｚ側に配置され、第１の選別フィルタ１７１Ａと第２の選別フィルタ１７２Ａを有している。第１のイオン選別器１７０Ａでは、第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化された分子とイオン化されなかった分子とが分離される。

第２のイオン発生器１６０Ｂは、前述したイオン検出装置１０における第１のイオン発生器１１０と同様なイオン発生器であり、第２の選別フィルタ１７２Ａを通過した大気中に含まれる除去対象の分子をイオン化する。なお、第２のイオン発生器１６０Ｂでは、第１のイオン発生器１６０Ａとは逆の極性のイオンを発生させる。

第２のイオン選別器１７０Ｂは、前述したイオン検出装置１０におけるイオン選別器１２０と同様なイオン選別器であり、第２のイオン発生器１６０Ｂの＋Ｚ側に配置され、第１の選別フィルタ１７１Ｂと第２の選別フィルタ１７２Ｂを有している。第２のイオン選別器１７０Ｂでは、第２のイオン発生器１６０Ｂでイオン化された分子とイオン化されなかった分子とが分離される。

すなわち、実施例２の洗浄用空気作成装置１５０は、上記実施例１の洗浄用空気作成装置と同様な構成を２つ直列に連結させたものである。そこで、以下では、第１のイオン発生器１６０Ａと第１のイオン選別器１７０Ａとからなる部分を「前段部」ともいい、第２のイオン発生器１６０Ｂと第２のイオン選別器１７０Ｂとからなる部分を「後段部」ともいう。

図２０には、前述した図１２に示される実施例１の洗浄用空気作成装置と同様な構成を前段部とし、前述した図１４に示される実施例１の洗浄用空気作成装置と同様な構成を後段部とした例が示されている。

この場合は、第１の選別フィルタ１７１Ａに電池の負極が接続され、第２の選別フィルタ１７２Ａに電池の正極が接続されている。また、第１のイオン発生器１６０Ａでは、正（プラス）イオンが発生するように電池が接続されている。そして、第１の選別フィルタ１７１Ｂに電池の正極が接続され、第２の選別フィルタ１７２Ｂに電池の負極が接続されている。また、第２のイオン発生器１６０Ｂでは、負（マイナス）イオンが発生するように電池が接続されている。

図２０の構成では、第１のイオン発生器１６０Ａに大気が導入されると、除去対象の分子の一部がイオン化され正（プラス）イオンになる。そして、イオン化された除去対象の分子は、第２の選別フィルタ１７２Ａで反発され、第１の選別フィルタ１７１Ａに向かう。一方、空気成分の分子及び第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化されなかった除去対象の分子は、気圧の低い第２の選別フィルタ１７２Ａに向かう（図２１参照）。

第２の選別フィルタ１７２Ａを通過した空気成分の分子及び第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化されなかった除去対象の分子は、第２のイオン発生器１６０Ｂに向かう。

第２のイオン発生器１６０Ｂでは、第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化されなかった除去対象の分子が、イオン化され負（マイナス）イオンになる。そして、イオン化された除去対象の分子は、第２の選別フィルタ１７２Ｂで反発され、第１の選別フィルタ１７１Ｂに向かう。一方、空気成分の分子は、気圧の低い第２の選別フィルタ１７２Ｂに向かう（図２１参照）。第２の選別フィルタ１７２Ｂを通過した分子は空気成分の分子であり、清浄空気である。

すなわち、正（プラス）にイオン化された除去対象の分子が前段部で分離され、負（マイナス）にイオン化された除去対象の分子が後段部で分離される。このようにして空気成分の分子と除去対象の分子とが分離され、清浄空気が作成される。

実施例２の洗浄用空気作成装置１５０は、除去対象の分子が複数種類の分子からなり、イオン化されると正（プラス）イオンになる分子と負（マイナス）イオンになる分子とを含む場合であっても、清浄空気を作成することができる。

図２２に示されるように、除去対象の分子は排気口を介して洗浄用空気作成装置１５０から放出され、清浄空気は清浄空気供給口を介して洗浄用空気作成装置１５０から放出される。

また、大気中に異粒子などが含まれる場合は、一例として図２３に示されるように、洗浄用空気作成装置１５０において、大気の入力側にエアーフィルタ１５２を付加しても良い。これにより、各イオン発生器や各イオン選別器に異粒子などが詰まるのを抑制することができる。

なお、図２４に示されるように、上記図２１の構成とは逆に、前述した図１４に示される実施例１の洗浄用空気作成装置と同様な構成を前段部とし、前述した図１２に示される実施例１の洗浄用空気作成装置と同様な構成を後段部としても良い。

この場合は、第１の選別フィルタ１７１Ａに電池の正極が接続され、第２の選別フィルタ１７２Ａに電池の負極が接続されている。また、第１のイオン発生器１６０Ａでは、負（マイナス）イオンが発生するように電池が接続されている。そして、第１の選別フィルタ１７１Ｂに電池の負極が接続され、第２の選別フィルタ１７２Ｂに電池の正極が接続されている。また、第２のイオン発生器１６０Ｂでは、正（プラス）イオンが発生するように電池が接続されている。

この構成では、負（マイナス）にイオン化された除去対象の分子が前段部で分離され、正（プラス）にイオン化された除去対象の分子が後段部で分離される。

次に、一実施形態に係る計測システムについて説明する。

図２５には、実施例１の洗浄用空気作成装置１５０と、該洗浄用空気作成装置１５０の清浄空気供給口と接続され、該洗浄用空気作成装置１５０で作成された清浄空気の流路を形成するダクト１８１と、該ダクト１８１と接続され、該ダクト１８１を介して清浄空気が供給される計測装置としてのイオン検出装置１０とを備える計測システム１８０が示されている。

図２６には、実施例２の洗浄用空気作成装置１５０と、該洗浄用空気作成装置１５０の清浄空気供給口と接続され、該洗浄用空気作成装置１５０で作成された清浄空気の流路を形成するダクト１８１と、該ダクト１８１と接続され、該ダクト１８１を介して清浄空気が供給される計測装置としてのイオン検出装置１０とを備える計測システム１８０が示されている。

ところで、一例として図２７及び図２８に示されるように、ダクト１８１に流路の切り替え用のダンパ１８２を取り付け、洗浄時の空気と測定時の空気とを簡単に選択できるようにしても良い。この場合は、操作性を向上させることができる。また、洗浄用空気作成装置１５０とイオン検出装置１０とを一体化させることができる。なお、流路の切り替えは、例えば、洗浄(３０分)→キャリブレーション→測定の順で行う。

また、洗浄用空気作成装置１５０にエアーフィルタ１５２が付加されている場合、一例として図２９に示されるように、エアーフィルタ１５２よりも空気の透過圧が小さいエアーフィルタ１５３を用いると、前記ダンパ１８２は不要である。

以上説明したように、本実施形態に係るイオン検出装置１０は、イオン発生部１００、イオンフィルタ部２００、検出部６００、及び制御部９００などを備えている。そして、イオン発生部１００は、第１のイオン発生器１１０、イオン選別器１２０、及び第２のイオン発生器１３０を有している。さらに、イオン選別器１２０は、第１の選別フィルタ１２１と第２の選別フィルタ１２２を有している。

この場合、イオン検出装置１０では、被測定分子を検出する前にキャリブレーションを行うことが可能であり、使用環境や装置のコンディションが変化しても、被測定分子を精度良く検出することができる。すなわち、加圧ガス貯槽がなくても、被測定分子を精度良く検出することができる。

そこで、イオン検出装置１０によると、検出精度の低下を招くことなく、携帯性を向上させることができる。

そして、実施例１のイオン検出装置１０では、キャリブレーションの結果を参照して、第２のイオン発生器１３０でのイオン発生量が予め設定されている規定値になるように、第２のイオン発生器１３０への印加電圧を調整する。

さらに、実施例２のイオン検出装置１０では、制御部９００は、キャリブレーションの際の検出部６００での検出データを「環境データ」として保存しておき、被測定分子の検出の際に、環境データを参照して検出部６００での検出データを補正する。

また、実施例３のイオン検出装置１０では、多孔質部材７１０及び発熱体７２０が付加され、吸引される気体の温度変化を抑制している。

また、実施例４のイオン検出装置１０では、保温部材７３０が付加され、省エネルギーを図るとともに、環境温度の影響を抑制している。

これら実施例１〜実施例４のイオン検出装置１０についても、検出精度の低下を招くことなく、携帯性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る実施例１の洗浄用空気作成装置１５０は、イオン発生器１６０、及びイオン選別器１７０を備えている。イオン発生器１６０は、大気に含まれる除去対象の分子をイオン化する。イオン選別器１７０は、イオン発生器１６０でイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する。

この実施例１の洗浄用空気作成装置１５０は、除去対象の分子がイオン化されると正（プラス）イオンになる分子の場合、又は除去対象の分子が負（マイナス）イオンになる分子の場合において、除去対象の分子を効率的に大気から除去することができる。そこで、例えば、イオン検出装置１０を洗浄するのに適した洗浄用空気を作成することができる。

そして、実施例１の洗浄用空気作成装置１５０にイオン発生器１６０及びイオン選別器１７０に印加される電圧の極性を切り替えることができる切替スイッチ１５１を設けることにより、除去対象の分子がイオン化されると正（プラス）イオンになる分子の場合、及び除去対象の分子がイオン化されると負（マイナス）イオンになる分子とからなる場合の両方に対応することができる。

なお、切替スイッチ１５１は、使用者が手動で操作しても良いし、例えば、制御部を設け、該制御部から電気的に操作されても良い。

また、実施例１の洗浄用空気作成装置１５０において、イオン発生器１６０の前段にエアーフィルタを更に備えても良い。この場合は、イオン発生器１６０やイオン選別器１７０に異粒子などが詰まるのを抑制することができる。

また、本実施形態に係る実施例２の洗浄用空気作成装置１５０は、第１のイオン発生器１６０Ａ、第１のイオン選別器１７０Ａ、第２のイオン発生器１６０Ｂ、及び第２のイオン選別器１７０Ｂなどを備えている。

第１のイオン発生器１６０Ａは、大気に含まれる除去対象の分子をイオン化する。ここでは、正（プラス）又は負（マイナス）のイオンを発生させる。第１のイオン選別器１７０Ａは、第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する。

第２のイオン発生器１６０Ｂには、第１のイオン選別器１７０Ａで選別された第１のイオン発生器１６０Ａでイオン化されなかった分子が供給される。第２のイオン発生器１６０Ｂは、除去対象の分子をイオン化する。ここでは、第１のイオン発生器１６０Ａとは異なる極性のイオンを発生させる。

第２のイオン選別器１７０Ｂは、第２のイオン発生器１６０Ｂでイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する。

この実施例２の洗浄用空気作成装置１５０は、除去対象の分子がイオン化されると正（プラス）イオンになる分子と負（マイナス）イオンになる分子とを含む場合において、それらを効率的に大気から除去することができる。そこで、例えば、イオン検出装置１０を洗浄するのに適した洗浄用空気を作成することができる。

また、実施例２の洗浄用空気作成装置１５０において、第１のイオン発生器１６０Ａの前段にエアーフィルタ１５２を更に備えても良い。この場合は、各イオン発生器や各イオン選別器に異粒子などが詰まるのを抑制することができる。

そして、実施例１及び２の洗浄用空気作成装置１５０は、小型であるとともに電池駆動が可能であるため、屋外に容易に持ち出すことができる。これは、イオン検出装置１０の携帯性を向上させるのをサポートするものでもある。

なお、洗浄用空気作成装置１５０で作成された清浄空気は、イオン検出装置１０以外の計測装置の洗浄にも用いることができる。

また、本実施形態に係る計測システム１８０は、洗浄用空気作成装置１５０、ダクト１８１、及びイオン検出装置１０などを備えている。ダクト１８１は、洗浄用空気作成装置１５０で作成された清浄空気（洗浄用空気）をイオン検出装置１０に導くための流路を形成している。

この計測システム１８０は、イオン検出装置１０及び洗浄用空気作成装置１５０を備えているため、小型で、携帯性に優れ、電池駆動が可能である。そこで、この計測システム１８０によると、屋外でのイオン検出を容易に行うことができる。そして、ダクト１８１にダンパ１８２を設けることにより、操作性を向上させることができる。また、イオン検出装置１０と洗浄用空気作成装置１５０とを一体化させることも可能である。

なお、上記実施形態の計測システム１８０において、前記イオン検出装置１０に代えてイオン検出装置以外の計測装置を用いても良い。

ところで、一例として図３０に示されるように、洗浄用空気作成装置１５０を用いることなく、イオン検出装置１０自身で清浄空気を作成し、イオン検出装置１０を洗浄することも可能である。この場合、制御部９００によって、第１のイオン発生器１１０及びイオン選別器１２０に印加される電圧の大きさや極性が除去対象の分子に応じて設定される。

１０…イオン検出装置、１００…イオン発生部、１１０…第１のイオン発生器、１２０…イオン選別器、１２１…第１の選別フィルタ、１２２…第２の選別フィルタ、１３０…第２のイオン発生器、１５０…洗浄用空気作成装置、１５１…切替スイッチ（電圧の極性を切り替えるための切替手段）、１５２…エアーフィルタ、１５３…エアーフィルタ、１６０…イオン発生器、１６０Ａ…第１のイオン発生器、１６０Ｂ…第２のイオン発生器、１７０…イオン選別器、１７０Ａ…第１のイオン選別器、１７０Ｂ…第２のイオン選別器、１７１…第１の選別フィルタ、１７１Ａ…第１の選別フィルタ、１７１Ｂ…第１の選別フィルタ、１７２…第２の選別フィルタ、１７２Ａ…第２の選別フィルタ、１７２Ｂ…第２の選別フィルタ、１８０…計測システム、１８１…ダクト（管部材）、１８２…ダンパ（気体を切り替えるための切替手段）、２００…イオンフィルタ部（イオンフィルタ）、６００…検出部（検出器）、７１０…多孔質部材、７２０…発熱体、７３０…保温部材、９００…制御部（処理部）。

米国特許出願公開第２０１５／００２８１９６号明細書 特許第４０６３６７６号公報 特許第５２２１９５４号公報

Claims (5)

1. 第１のイオン発生器と、
   前記第１のイオン発生器でイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する第１のイオン選別器と、
   前記第１のイオン選別器で選別された前記第１のイオン発生器でイオン化されなかった分子が供給され、前記第１のイオン発生器とは異なる極性のイオンを発生させる第２のイオン発生器と、
   前記第２のイオン発生器でイオン化された分子とイオン化されなかった分子とを選別する第２のイオン選別器と、を備える洗浄用空気作成装置。
2. 前記第１のイオン発生器の前段に設けられたエアーフィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の洗浄用空気作成装置。
3. 請求項１又は２に記載の洗浄用空気作成装置と、
   前記洗浄用空気作成装置と接続され、前記洗浄用空気作成装置で作成された洗浄用空気の流路を形成する管部材と、
   前記管部材と接続され、前記洗浄用空気が供給される計測装置と、を備える計測システム。
4. 前記管部材に設けられ、前記計測装置に供給される気体を、前記洗浄用空気及び計測対象の気体のいずれかに切り替えるための切替手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。
5. 前記洗浄用空気作成装置と前記計測装置は、一体化されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の計測システム。

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