JP7245367B2 - 分析装置 - Google Patents
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Description
本発明は、分析装置に関する。
電場のかかった気体中において試料ガスに含まれる成分をイオン化した陰イオンを移動させることにより陰イオンを分離し検出するイオン移動度分析（Ion Mobility Spectrometry、IMS）が知られている（例えば特許文献１参照）。イオン移動度分析では、ＩＭＳスペクトル（検出器へ到達するイオンの移動時間及び検出強度）から試料ガスに含まれるガスの種類及び濃度を測定することができる。
また、電極基板と表面電極との間に中間層を設けた電子放出素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。この電子放出素子では、電子放出量が駆動直後に放出量のピークを示し、その後安定化する。
また、電極基板と表面電極との間に中間層を設けた電子放出素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。この電子放出素子では、電子放出量が駆動直後に放出量のピークを示し、その後安定化する。
従来のイオン移動度分析を用いて、試料ガスに含まれる低濃度ガス又はイオン化しにくいガスと、高濃度ガス又はイオン化しやすいガスとを分析する場合、測定条件を変えてそれぞれのガスを分析する必要があり、分析時間が長くなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、試料ガスに含まれる低濃度ガス又はイオン化しにくいガスと、高濃度ガス又はイオン化しやすいガスとを一度に計測することができる分析装置を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、試料ガスに含まれる低濃度ガス又はイオン化しにくいガスと、高濃度ガス又はイオン化しやすいガスとを一度に計測することができる分析装置を提供する。
本発明は、電子放出素子と、イオンを検出するように設けられた検出部と、前記電子放出素子と前記検出部との間の領域に電位勾配を形成するように設けられた電場形成部と、前記電子放出素子と前記検出部との間に配置された静電ゲート電極と、前記電子放出素子の電子放出及び前記静電ゲート電極の開閉を制御するように設けられた制御部とを備え、前記電子放出素子は、下部電極、表面電極及び前記下部電極と前記表面電極との間に配置された中間層を有し、前記制御部は、前記電子放出素子と前記静電ゲート電極との間のイオン化領域に向けて前記電子放出素子から電子が放出されイオンが直接的又は間接的に生成されるように前記下部電極と前記表面電極との間にパルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記パルス電圧のパルス幅内において、前記イオン化領域のイオンを前記静電ゲート電極と前記検出部との間のドリフト領域に少なくとも２回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことを特徴とする分析装置を提供する。
電子放出素子の下部電極と表面電極との間にパルス電圧を印加すると、パルス幅内において電子放出量がパルスの立ち上がり直後に放出量のピークを示しその後安定化するように電子放出素子から電子を放出させることができる。また、イオン化領域を大気圧とすることで、真空チャンバー不要の小型装置を実現でき、かつ放出された電子により直接的又は間接的に試料ガスをイオン化し、高密度のイオンを生成することができる。このため、電子放出量がピークを示す時間帯ではイオン化領域のイオンの量が多くなる。また、電子放出量が安定化した時間帯では、イオン化領域のイオンの量が安定化する。
パルス幅内において静電ゲート電極を少なくとも２回開け、ドリフト領域に少なくとも２回イオンを注入することにより、イオン化領域のイオンの量が多い時間帯で注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルと、イオン化領域のイオンの量が安定している時間帯で注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルとを測定することができる。
イオン化領域のイオンの量が多い時間帯でイオンをドリフト領域に注入すると、検出されるイオンの量が増えるため、ＩＭＳスペクトルでは、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスのピークが高くなる。このため、低濃度のガス又はイオン化しにくいガスの検出能が向上する。
イオン化領域のイオンの量が多い時間帯でイオンをドリフト領域に注入すると、検出されるイオンの量が増えるため、ＩＭＳスペクトルでは、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスのピークが高くなる。このため、低濃度のガス又はイオン化しにくいガスの検出能が向上する。
イオン化領域のイオンの量が安定している時間帯でイオンをドリフト領域に注入すると、安定した量のイオンがドリフト領域に注入され、安定した量のイオンが検出部に到達する。このため、分析装置の測定感度が安定化し、試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを定量的に分析することが可能になる。また、ドリフト領域に注入されるイオンの全体的なイオン量が減少するため、ドリフト領域におけるイオンの拡散が抑制され、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスに対応するピークがシャープとなる。このため、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスの測定精度が向上する。また、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスのピーク強度が測定レンジを超えることを抑制することができる。
従って、本発明の分析装置を用いると、試料ガスに含まれる低濃度又はイオン化しにくいガスと、高濃度又はイオン化しやすいガスとを測定条件を変えることなく一度に高精度に計測することが可能になる。
従って、本発明の分析装置を用いると、試料ガスに含まれる低濃度又はイオン化しにくいガスと、高濃度又はイオン化しやすいガスとを測定条件を変えることなく一度に高精度に計測することが可能になる。
本発明の分析装置は、電子放出素子と、イオンを検出するように設けられた検出部と、前記電子放出素子と前記検出部との間の領域に電位勾配を形成するように設けられた電場形成部と、前記電子放出素子と前記検出部との間に配置された静電ゲート電極と、前記電子放出素子の電子放出及び前記静電ゲート電極の開閉を制御するように設けられた制御部とを備え、前記電子放出素子は、下部電極、表面電極及び前記下部電極と前記表面電極との間に配置された中間層を有し、前記制御部は、前記電子放出素子と前記静電ゲート電極との間のイオン化領域に向けて前記電子放出素子から電子が放出されイオンが直接的又は間接的に生成されるように前記下部電極と前記表面電極との間にパルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記パルス電圧のパルス幅内において、前記イオン化領域のイオンを前記静電ゲート電極と前記検出部との間のドリフト領域に少なくとも２回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことを特徴とする。
前記パルス電圧のパルス数が複数である場合、前記制御部は、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内において、イオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも２回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられることが好ましい。このことにより積算平均化されたＩＭＳスペクトルを得ることができ、ＩＭＳスペクトルのノイズを低減することができる。
前記制御部は、パルスの立ち上がりから所定時間が経過するまでにイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入しパルスの立ち上がりから前記所定時間が経過した後にイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられることが好ましい。このことにより、イオン化領域のイオンの量の多い時間帯でドリフト領域に注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルと、イオン化領域のイオンの量が安定した時間帯で注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルとを測定することができる。
前記制御部は、パルスの立ち上がりから所定時間が経過するまでにイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入しパルスの立ち上がりから前記所定時間が経過した後にイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられることが好ましい。このことにより、イオン化領域のイオンの量の多い時間帯でドリフト領域に注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルと、イオン化領域のイオンの量が安定した時間帯で注入したイオンを検出することにより得られるＩＭＳスペクトルとを測定することができる。
前記制御部は、電子放出素子の電子放出量がパルスの立ち上がり直後に放出量のピークを示しその後安定化するように下部電極と表面電極との間にパルス電圧を印加するように設けられることが好ましく、かつ、前記ピークの半値全幅内においてイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことが好ましい。このことにより、イオン化領域のイオンの量の多い時間帯においてイオンをドリフト領域に注入することができる。
前記制御部は、電子放出素子の電子放出量が安定化した後にイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入するように設けられたことが好ましい。このことにより、イオン化領域のイオンの量が安定した時間帯においてイオンをドリフト領域に注入することができる。
前記制御部は、電子放出素子の電子放出量が安定化した後にイオン化領域のイオンをドリフト領域に少なくとも１回注入するように設けられたことが好ましい。このことにより、イオン化領域のイオンの量が安定した時間帯においてイオンをドリフト領域に注入することができる。
前記制御部は、パルスの立ち上がりから１回目のイオン注入において静電ゲート電極の電位を高電位側から低電位側へ変化させるように設けられたことが好ましい。このことにより、ドリフト領域へイオンを注入することができる。
イオン注入時における静電ゲート電極付近のイオンの量を増やすことができ、ドリフト領域に注入されるイオンの量を増やすことができる。
前記制御部は、パルス電圧のパルス幅内において、イオン化領域のイオンをドリフト領域に偶数回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことが好ましい。パルス電圧のパルス数が複数である場合、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内においてイオンをドリフト領域に偶数回注入することができ、各パルスにおけるイオン注入条件を同じにすることができる。
イオン注入時における静電ゲート電極付近のイオンの量を増やすことができ、ドリフト領域に注入されるイオンの量を増やすことができる。
前記制御部は、パルス電圧のパルス幅内において、イオン化領域のイオンをドリフト領域に偶数回注入するように静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことが好ましい。パルス電圧のパルス数が複数である場合、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内においてイオンをドリフト領域に偶数回注入することができ、各パルスにおけるイオン注入条件を同じにすることができる。
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
図１は本実施形態の分析装置の概略断面図である。また、図１には本実施形態の分析装置の電気的構成を示すブロック図も示している。
本実施形態の分析装置４０は、電子放出素子２と、イオンを検出するように設けられた検出部６と、電子放出素子２と検出部６との間の領域に電位勾配を形成するように設けられた電場形成部７と、電子放出素子２と検出部６との間に配置された静電ゲート電極８と、電子放出素子２の電子放出及び静電ゲート電極８の開閉を制御するように設けられた制御部１２とを備え、電子放出素子２は、下部電極３、表面電極４及び下部電極３と表面電極４との間に配置された中間層５を有し、制御部１２は、電子放出素子２と静電ゲート電極８との間の大気圧のイオン化領域１０に向けて電子放出素子２から電子が放出されイオンが直接的又は間接的に生成されるように下部電極３と表面電極４との間にパルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記パルス電圧のパルス幅内において、イオン化領域１０のイオンを静電ゲート電極８と検出部６との間のドリフト領域１１に少なくとも２回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させるように設けられたことを特徴とする。
なお、イオンは、陰イオンであってもよく、陽イオンであってもよい。
本実施形態の分析装置４０は、電子放出素子２と、イオンを検出するように設けられた検出部６と、電子放出素子２と検出部６との間の領域に電位勾配を形成するように設けられた電場形成部７と、電子放出素子２と検出部６との間に配置された静電ゲート電極８と、電子放出素子２の電子放出及び静電ゲート電極８の開閉を制御するように設けられた制御部１２とを備え、電子放出素子２は、下部電極３、表面電極４及び下部電極３と表面電極４との間に配置された中間層５を有し、制御部１２は、電子放出素子２と静電ゲート電極８との間の大気圧のイオン化領域１０に向けて電子放出素子２から電子が放出されイオンが直接的又は間接的に生成されるように下部電極３と表面電極４との間にパルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記パルス電圧のパルス幅内において、イオン化領域１０のイオンを静電ゲート電極８と検出部６との間のドリフト領域１１に少なくとも２回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させるように設けられたことを特徴とする。
なお、イオンは、陰イオンであってもよく、陽イオンであってもよい。
本実施形態の分析装置４０は、試料をイオン移動度分析（IMS）で分析する装置である。分析装置４０はイオン移動度スペクトロメータであってもよい。
分析装置４０で分析する試料ガスは、気体試料であってもよく、液体や固体を気化した試料であってもよい。
制御部１２は、分析装置４０を制御する部分である。制御部１２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部１２は、電源部１７、電位制御回路１９、検出回路２６などを含むことができる。また、制御部１２は、電子放出素子２の電子放出及び静電ゲート電極８の電気的な開閉を制御するように設けられる。
分析装置４０で分析する試料ガスは、気体試料であってもよく、液体や固体を気化した試料であってもよい。
制御部１２は、分析装置４０を制御する部分である。制御部１２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部１２は、電源部１７、電位制御回路１９、検出回路２６などを含むことができる。また、制御部１２は、電子放出素子２の電子放出及び静電ゲート電極８の電気的な開閉を制御するように設けられる。
本実施形態の分析装置４０は、試料ガスの成分を分析する分析チャンバー３０を有し、分析チャンバー３０は、電子放出素子２と検出部６（コレクター１８）との間に試料ガスの成分をイオン化しイオンを生成するためのイオン化領域１０と、陰イオンを移動させ分離するためのドリフト領域１１とを有する。イオン化領域１０とドリフト領域１１とは、静電ゲート電極８により仕切られ、大気圧とする。また、イオン化領域１０の静電ゲート電極８と逆の端には、表面電極４がイオン化領域側となるように電子放出素子２が配置される。また、ドリフト領域１１の静電ゲート電極８と逆の端には、検出部６（コレクター１８）が配置される。
試料注入部１６は、分析チャンバー３０に試料ガスを注入する部分である。この注入された試料ガスに含まれる成分がイオン移動度分析により分析される。試料が気体である場合、試料注入部１６は試料ガスを連続的に分析チャンバー３０に供給するように設けることができる。また、試料が液体である場合、試料注入部１６は気化室を有することができ、この気化室で気化した試料ガスを分析チャンバー３０に供給することができる。また、試料注入部１６は、試料の沸点よりも高い温度に保持した分析チャンバー３０に液体試料を注入して、試料を分析チャンバー３０において気化してもよい。また、試料注入部１６は、ガスクロマトグラフィで分離した気体又は液体クロマトグラフィで分離した液体など、予め分離手段を用いて分離させた試料を分析チャンバー３０に注入するように設けられてもよい。
試料注入部１６は、電子放出素子２のイオン化領域側と反対側の分析チャンバー３０に試料ガスを供給するように設けることができる。例えば、試料注入部１６は、電子放出素子２のイオン化領域１０側と反対側の筐体２８の開口から試料ガスを電子放出素子２の裏側の分析チャンバー３０に供給するように設けることができる。電子放出素子２の裏側の分析チャンバー３０に供給された試料ガスは、電子放出素子２の側部又は上部を回り込みイオン化領域１０へと流れる。
また、試料注入部１６は、イオン化領域１０の側部の筐体２８の開口（試料ガス入口）から分析チャンバー３０へ試料ガスを供給するように設けることもできる。
また、試料注入部１６は、前処理された試料ガスを分析チャンバー３０に供給するように設けられてもよい。前処理は、例えば、試料ガスに含まれる高濃度ガスの濃度を低減させる処理である。このような前処理を行うことにより、試料ガスに含まれる低濃度ガスの測定を高濃度ガスが阻害することを抑制することができる。
また、試料注入部１６は、イオン化領域１０の側部の筐体２８の開口（試料ガス入口）から分析チャンバー３０へ試料ガスを供給するように設けることもできる。
また、試料注入部１６は、前処理された試料ガスを分析チャンバー３０に供給するように設けられてもよい。前処理は、例えば、試料ガスに含まれる高濃度ガスの濃度を低減させる処理である。このような前処理を行うことにより、試料ガスに含まれる低濃度ガスの測定を高濃度ガスが阻害することを抑制することができる。
ドリフトガス注入部１５は、ドリフトガスを分析チャンバー３０に注入するように設けられた部分である。ドリフトガスは、ドリフト領域１１においてイオンの移動方向とは逆方向に流すガスであり、イオンがドリフト領域１１を移動する際の抵抗となるガスである。ドリフトガスは、乾燥空気であってもよく、不活性ガスであってもよい。また、ドリフトガスには、ＣＯ2ガスやイオン化を補助するためのドーパントを混合させてもよい。ドリフトガス注入部１５は、圧縮気体シリンダーの気体を分析チャンバー３０に注入するように設けてもよく、ポンプにより気体を分析チャンバー３０に注入するように設けてもよく、排気部２０が分析チャンバー３０の気体を強制排気することにより自然に気体を分析チャンバー３０に吸い込むように設けてもよい。また、ドリフトガス注入部１５は、排気部２０により分析チャンバー３０から排出された気体を浄化した後の気体を分析チャンバー３０に供給するように設けられてもよい。
排気部２０は、分析チャンバー３０の気体を排出するように設けられた部分である。排気部２０は、ドリフトガス及び試料を分析チャンバー３０から排出するように設けられる。排気部２０は、排気ファンなどにより分析チャンバー３０の気体を強制排気するように設けられてもよく、分析チャンバー３０の気体を自然排気するように設けられてもよい。
試料注入部１６及び排気部２０は、試料ガスがイオン化領域１０を流れるように設けることができる。このことにより、イオン化領域１０において電子放出素子２の表面電極４から放出させた電子により直接的又は間接的に試料ガスに含まれる成分をイオン化しイオンを生成することができる。
ドリフトガス注入部１５及び排気部２０は、ドリフト領域１１においてドリフトガスがコレクター側から静電ゲート電極側に向かって流れるように設けられる。例えば、ドリフトガス注入部１５は、コレクター側からドリフトガスをドリフト領域１１に供給するように設けることができ、排気部２０は、イオン化領域１０の周りの筐体２８の開口（ガス出口）からドリフトガスを排気するように設けることができる。このような配置にすることで、イオン化していないガスがドリフト領域１１へ流入することを防ぎ、ノイズ源やドリフト領域１１への試料ガスの付着を減らすことが可能となる。
ノイズやドリフト領域１１への試料ガスの付着が少ない場合、ドリフトガス注入部１５の位置に特に制限はなく、電子放出素子２側からドリフトガスを分析チャンバー３０に注入してもよい。また、分析チャンバー３０にドリフトガスを注入しなくてもよい。この場合、ドリフトガス注入部１５は設けられない。
ノイズやドリフト領域１１への試料ガスの付着が少ない場合、ドリフトガス注入部１５の位置に特に制限はなく、電子放出素子２側からドリフトガスを分析チャンバー３０に注入してもよい。また、分析チャンバー３０にドリフトガスを注入しなくてもよい。この場合、ドリフトガス注入部１５は設けられない。
電子放出素子２は、表面電極４から電子を放出するように設けられた素子であり、この放出された電子により直接的又は間接的に試料ガスに含まれる成分をイオン化しイオンを生成するための素子である。
電子放出素子２は、下部電極３と、表面電極４と、下部電極３と表面電極４との間に配置された中間層５とを有する。
電子放出素子２は、下部電極３と、表面電極４と、下部電極３と表面電極４との間に配置された中間層５とを有する。
表面電極４は、電子放出素子２の表面に位置する電極である。表面電極４は、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。また、表面電極４の材質は、例えば、金、白金である。また、表面電極４は、複数の金属層から構成されてもよい。
表面電極４は、４０ｎｍ以上の厚さを有する場合であっても、複数の開口、すき間、１０ｎｍ以下の厚さに薄くなった部分を有してもよい。中間層５を流れた電子がこの開口、すき間、薄くなった部分を通過又は透過することができ、表面電極４から電子を放出することができる。このような開口、すき間、薄くなった部分は、下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加することによっても形成することができる。
表面電極４は、４０ｎｍ以上の厚さを有する場合であっても、複数の開口、すき間、１０ｎｍ以下の厚さに薄くなった部分を有してもよい。中間層５を流れた電子がこの開口、すき間、薄くなった部分を通過又は透過することができ、表面電極４から電子を放出することができる。このような開口、すき間、薄くなった部分は、下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加することによっても形成することができる。
下部電極３は、中間層５を介して表面電極４と対向する電極である。下部電極３は、金属板であってもよく、絶縁性基板上もしくはフィルム上に形成した金属層又は導電体層であってもよい。また、下部電極３が金属板からなる場合、この金属板は電子放出素子２の基板であってもよい。下部電極３の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルなどである。下部電極３の厚さは、例えば２００μｍ以上１ｍｍ以下である。
中間層５は、表面電極４と下部電極３とに電圧を印加することにより形成される電界により電子が流れる層である。中間層５は、半導電性を有することができる。中間層５は、絶縁性樹脂、絶縁性微粒子、金属酸化物のうち少なくとも１つを含むことができる。また、中間層５は導電性材料を含むことが好ましい。中間層５の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１．８μｍ以下とすることができる。
電子放出素子２は、表面電極４と下部電極３との間に絶縁層２９を有してもよい。この絶縁層２９は、開口を有することができる。絶縁層２９の開口は、表面電極４の電子放出領域を規定するように設けられる。絶縁層２９には電子が流れることができないため、絶縁層２９の開口に対応する中間層５に電子が流れ表面電極４から電子が放出される。従って、開口を有する絶縁層２９を設けることにより、表面電極４に形成される電子放出領域が規定される。電子放出領域は、例えば５ｍｍ角の領域とすることができ、電場形成用電極９の開口部やコレクター１８の大きさなどに併せて自由に設計することができる。
表面電極４及び下部電極３はそれぞれ制御部１２と電気的に接続することができる。制御部１２の電位制御回路１９を用いて下部電極３の電位を表面電極４の電位と実質的に同じにすると、中間層５には電流は流れず電子放出素子２から電子は放出されない。
電位制御回路１９を用いて下部電極３の電位が表面電極４の電位よりも低くなるように下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加すると中間層５に電流が流れ、中間層５を流れた電子が表面電極４を通過しイオン化領域１０へ放出される。電子放出素子２から電子を放出させるために下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧は、例えば５Ｖ以上４０Ｖ以下とすることができる。
電位制御回路１９を用いて下部電極３の電位が表面電極４の電位よりも低くなるように下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加すると中間層５に電流が流れ、中間層５を流れた電子が表面電極４を通過しイオン化領域１０へ放出される。電子放出素子２から電子を放出させるために下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧は、例えば５Ｖ以上４０Ｖ以下とすることができる。
制御部１２の電位制御回路１９は、下部電極３と表面電極４との間にパルス電圧を印加するように設けられる。パルス電圧は、印加電圧が矩形波となるような電圧である。パルス電圧は単発パルスであってもよく、連続パルスであってもよい。分析装置４０により連続的に測定を行い測定結果を積算平均化する場合、連続パルスとすることができる。
パルス電圧の一周期において、電位制御回路１９は、パルスオフ→パルスの立ち上がり→パルスオン→パルスの立ち下がり→パルスオフとなるように下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を変化させる。パルスオフの時間帯では、電位制御回路１９は、下部電極３の電位と表面電極４の電位とが実質的に同じとなるように電位を調節する。パルスオンの時間帯では、電位制御回路１９は、下部電極３の電位が表面電極４の電位よりも低くなるように電位を調節する。また、パルスオンの時間帯では、電位制御回路１９は、表面電極４と下部電極３との電位差が実質的に一定となるように電位を調節する。パルス幅は、パルスの立ち上がりからパルスの立ち下がりまでのパルスオンの持続時間である。
電位制御回路１９が下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧のパルス幅は例えば１０ミリ秒以上１０秒以下とすることができる。
電位制御回路１９が下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧のパルス幅は例えば１０ミリ秒以上１０秒以下とすることができる。
例えば、電位制御回路１９が表面電極４の電位が－１０００Ｖとなるように電圧を印加する場合、電位制御回路１９が下部電極３の電位が－１０００Ｖとなるように電圧を印加することによりパルスオフとすることができ、電位制御回路１９が下部電極３の電位が－１０２０Ｖとなるように電圧を印加することによりパルスオンとすることができる。
パルスオフの時間帯では、下部電極３と表面電極４との間には電流は流れず、電子放出素子２から電子は放出されない。
パルスが立ち上がりパルスオンとなると、電子放出素子２の電子放出量は増加し、電子放出量のピークを示す。その後、電子放出量はある程度減少し電子放出素子２から安定した量の電子が放出される。
パルスが立ち下がりパルスオフとなると、電子放出素子２の電子放出量は減少し、電子放出素子２から電子が放出されなくなる。
パルス電圧が連続パルスの場合、電子放出素子２の電子放出量は、パルスの繰り返しの度にこのような変化を示す。
パルスが立ち上がりパルスオンとなると、電子放出素子２の電子放出量は増加し、電子放出量のピークを示す。その後、電子放出量はある程度減少し電子放出素子２から安定した量の電子が放出される。
パルスが立ち下がりパルスオフとなると、電子放出素子２の電子放出量は減少し、電子放出素子２から電子が放出されなくなる。
パルス電圧が連続パルスの場合、電子放出素子２の電子放出量は、パルスの繰り返しの度にこのような変化を示す。
図２（ａ）は、電位制御回路１９を用いて電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧の変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したパルス電圧に対応する電子放出素子２の電子放出量の変化を示すグラフである。
例えば、電位制御回路１９は図２（ａ）に示したようなパルス電圧を下部電極３と表面電極４との間に印加することができる。このようなパルス電圧を印加すると、電子放出素子２の電子放出量は、例えば、図２（ｂ）に示したグラフのように変化する。
例えば、電位制御回路１９は図２（ａ）に示したようなパルス電圧を下部電極３と表面電極４との間に印加することができる。このようなパルス電圧を印加すると、電子放出素子２の電子放出量は、例えば、図２（ｂ）に示したグラフのように変化する。
電子放出素子２の電子放出量がパルスの立ち上がりの直後にピークを示す理由は明らかではないが、パルスの立ち上がり直後に下部電極３と表面電極４との間に流れる電流が大きくなることが実験的に観察されている。下部電極３と表面電極４との間に流れる電流と電子放出量は比例関係にあるため、電子放出素子２の電子放出量がパルスの立ち上がりの直後にピークを示すと考えられる。
また、パルス立ち上がり後、時間が経過すると下部電極３と表面電極４との間に流れる電流は一定となることが確認されているため、電子放出素子２の電子放出量が安定化する。
また、パルス立ち上がり後、時間が経過すると下部電極３と表面電極４との間に流れる電流は一定となることが確認されているため、電子放出素子２の電子放出量が安定化する。
また、電子放出素子２の総駆動時間が長くなると表面電極４や中間層３などが劣化し電子放出素子２の電子放出特性が低下する場合がある。このため、下部電極３と表面電極４との間にパルス電圧を印加することにより、電子放出素子２の実質的な駆動時間を短くすることができ、電子放出素子２の寿命特性を向上させることができる。また、下部電極３と表面電極４との間にパルス電圧を印加することにより、空間電荷制限効果による電子放出の阻害効果が働かないため電子放出素子２によるイオン化効率を向上させることができる。
大気圧のイオン化領域１０へ放出された電子は、直ちにガス分子と衝突しガス分子の陰イオンを高密度に形成する。試料注入部１６はイオン化領域１０に試料ガスを供給するため、表面電極４付近に試料ガスに含まれる成分が存在するとき、表面電極４から放出された電子が試料ガスに含まれる成分に衝突し陰イオンが生成する。また、ドリフトガスが乾燥空気である場合、表面電極４付近には酸素ガスが豊富に存在するため、表面電極４から放出された電子が酸素ガスに衝突し、酸素の陰イオンが生成される。この酸素の陰イオンは、イオン化領域１０において試料ガスに含まれる成分に電荷を受け渡し試料ガスに含まれる成分の陰イオンを生成する。従って、電子放出素子２を用いてイオン化領域１０に試料ガスに含まれる成分の陰イオンを間接的に生成することができる。電子放出素子２による酸素の陰イオン生成は、電子放出素子２から放出された電子が持つエネルギーが針放電などにより生成された電子よりも小さいため、針放電による陰イオン化よりも格段にオゾンの生成が少ない。そのためオゾンガスによる試料ガスの分解が起こらないため、検出精度の向上が見込める。
従って、イオン化領域１０のイオン量は、電子放出素子２の電子放出量の変化に応じて変化する。つまり、電子放出素子２の電子放出量が増加するとイオン化領域１０のイオン量は増加し、電子放出素子２の電子放出量が減少するとイオン化領域１０のイオン量は減少する。
例えば、電位制御回路１９を用いて、図３に示したグラフの実線のように電子放出素子２の下部電極３の電位を変化させると（表面電極４の電位は-1000Vで一定）、イオン化領域１０のイオン量は図３に示したグラフの一点鎖線のように変化する。
例えば、電位制御回路１９を用いて、図３に示したグラフの実線のように電子放出素子２の下部電極３の電位を変化させると（表面電極４の電位は-1000Vで一定）、イオン化領域１０のイオン量は図３に示したグラフの一点鎖線のように変化する。
試料ガスは例えばガスＡとガスＢとを含むことができる。ガスＡは低濃度ガス又はイオン化しにくいガスであり、ガスＢは高濃度ガス又はイオン化しやすいガスとする。また、ガスＡはガスＢよりもイオン移動度が大きいガスとする。
試料ガスがガスＡとガスＢとを含んでいる場合、イオン化領域１０においてガスＡの陰イオンとガスＢの陰イオンとを生成することができる。
生成した陰イオンは、電場形成部７及び電子放出素子２を用いてイオン化領域１０に形成される電位勾配により静電ゲート電極８に近づくように移動する。
また、制御部１２は、イオン化領域１０の気体成分のイオン化エネルギーよりも高いエネルギーの電子が電子放出素子２から放出されるように下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加することができる。この放出された電子が表面電極４の近傍の気体成分に衝突することにより、気体成分から１個の電子を取り去ることができ、気体成分の陽イオンを生成することができる。この陽イオンは、イオン化領域１０において試料ガスに含まれる成分に電荷を受け渡し試料ガスに含まれる成分の陽イオンを生成する。
生成した陽イオンは、電場形成部７及び電子放出素子２を用いてイオン化領域１０に形成される電位勾配により静電ゲート電極８に近づくように移動する。
なお、分析装置４０で陰イオンを分析する場合（陰イオンモード）と、陽イオンを分析する場合（陽イオンモード）とでは、イオン化領域１０及びドリフト領域１１に形成される電位勾配の傾きが逆になる。また、陽イオンモードと陰イオンモードでは、イオン化領域１０・ドリフト領域１１・静電ゲート電極８の電界の向きや極性を逆にすることができる。
試料ガスがガスＡとガスＢとを含んでいる場合、イオン化領域１０においてガスＡの陰イオンとガスＢの陰イオンとを生成することができる。
生成した陰イオンは、電場形成部７及び電子放出素子２を用いてイオン化領域１０に形成される電位勾配により静電ゲート電極８に近づくように移動する。
また、制御部１２は、イオン化領域１０の気体成分のイオン化エネルギーよりも高いエネルギーの電子が電子放出素子２から放出されるように下部電極３と表面電極４との間に電圧を印加することができる。この放出された電子が表面電極４の近傍の気体成分に衝突することにより、気体成分から１個の電子を取り去ることができ、気体成分の陽イオンを生成することができる。この陽イオンは、イオン化領域１０において試料ガスに含まれる成分に電荷を受け渡し試料ガスに含まれる成分の陽イオンを生成する。
生成した陽イオンは、電場形成部７及び電子放出素子２を用いてイオン化領域１０に形成される電位勾配により静電ゲート電極８に近づくように移動する。
なお、分析装置４０で陰イオンを分析する場合（陰イオンモード）と、陽イオンを分析する場合（陽イオンモード）とでは、イオン化領域１０及びドリフト領域１１に形成される電位勾配の傾きが逆になる。また、陽イオンモードと陰イオンモードでは、イオン化領域１０・ドリフト領域１１・静電ゲート電極８の電界の向きや極性を逆にすることができる。
電場形成部７は、電子放出素子２と検出部６（コレクター１８）との間の領域に電位勾配を形成するための部分である。電場形成部７は、イオンが電子放出素子側から検出部側へ移動するような電位勾配を形成するように設けられる。電場形成部７は、複数の電場形成用電極９ａ～９ｈ（以後、電場形成用電極９ともいう）から構成されてもよい。電場形成用電極９は、電子放出素子２と検出部６との間の領域に電位勾配を形成することができればその形状は限定されないが、例えば、リング状電極であってもよく、アーチ状電極であってもよい。複数の電場形成用電極９は、リング内部又はアーチ内側にイオン化領域１０及びドリフト領域１１が形成されるように一列に並ぶ。また、電場形成部７を構成する複数の電場形成用電極９は、それぞれ制御部１２の電位制御回路１９と電気的に接続する。
電場形成部７に含まれる隣接する２つの電場形成用電極９は抵抗体を挟んで電気的に接続することができる。このことにより隣接する２つの電場形成用電極９の間に電位差を生じさせることができ、それぞれの電極間にこの電位差を生じさせることにより電子放出素子２と検出部６（コレクター１８）との間の領域に電位勾配を形成することができる。
例えば、図１に示した分析装置４０では、電場形成部７は、複数の電場形成用電極９ａ～９ｈから構成され、隣接する２つの電場形成用電極９は抵抗体を挟んで電気的に接続している。電場形成用電極９は測定対象となるガス種により、個数や配置間隔を増減させてもよい。また、複数の電場形成用電極９のうち最も検出部６（コレクター１８）に近い電極９ｈは、グリッド電極２５に抵抗体を挟んで電気的に接続している。また、グリッド電極２５は例えばグラウンドに接続している。また、検出部６から最も遠い電極９ａの電位を電位制御回路１９により制御することができる。例えば、陰イオンを検出する場合、電位制御回路１９は、電極９ａの電位が例えば－１０８０Ｖとなるように電圧を印加することができる。また、グリッド電極２５はグラウンドに接続するため０Ｖとなる。また、隣接する２つの電場形成用電極９は抵抗体を挟んで電気的に接続するため、一列に並んだ複数の電場形成用電極９の電位は検出部６に近づくに従い階段状に高くなる。このため、電子放出素子２と検出部６との間の領域（イオン化領域１０及びドリフト領域１１）に検出部６に近づくに従い電位が徐々に高くなる電位勾配を形成することができる。ただし、この電位勾配は、静電ゲート電極８近辺において静電ゲート電極８の電位により変化する。
また、この場合、電位制御回路１９は、電子放出素子２（表面電極４）の電位が例えば－１０００Ｖとなるように電子放出素子２に電圧を印加することができる。なお、電極９ａへの印加電圧を変えた際は電位勾配を考慮して、素子２の電位を変える必要がある。
また、陽イオンモードでは、印加電圧の極性を逆にすることができる。
また、この場合、電位制御回路１９は、電子放出素子２（表面電極４）の電位が例えば－１０００Ｖとなるように電子放出素子２に電圧を印加することができる。なお、電極９ａへの印加電圧を変えた際は電位勾配を考慮して、素子２の電位を変える必要がある。
また、陽イオンモードでは、印加電圧の極性を逆にすることができる。
静電ゲート電極８は、イオン化領域１０とドリフト領域１１とを仕切る電極であり、イオン化領域１０において生成したイオンのドリフト領域１１への注入をイオンと静電ゲート電極８との静電相互作用を利用して制御する電極である。
静電ゲート電極８は、リング状電極であってもよく、グリッド電極であってもよく、リング状電極の開口にグリッド電極を設けた電極であってもよい。静電ゲート電極８は、好ましくはグリッド電極である。静電ゲート電極８は、電場形成部７を構成する複数の電場形成用電極９と共に一列に並べて配置することができる。静電ゲート電極８は、制御部１２の電位制御回路１９と電気的に接続することができる。また、静電ゲート電極８は、電場形成部７により形成される電位勾配を変化させることができるように設けられる。
静電ゲート電極８は、リング状電極であってもよく、グリッド電極であってもよく、リング状電極の開口にグリッド電極を設けた電極であってもよい。静電ゲート電極８は、好ましくはグリッド電極である。静電ゲート電極８は、電場形成部７を構成する複数の電場形成用電極９と共に一列に並べて配置することができる。静電ゲート電極８は、制御部１２の電位制御回路１９と電気的に接続することができる。また、静電ゲート電極８は、電場形成部７により形成される電位勾配を変化させることができるように設けられる。
制御部１２の電位制御回路１９は、静電ゲート電極８の電位を変化させて静電ゲート電極８のオープン状態とクローズ状態とを切り替えることができるように静電ゲート電極８の電位を制御する。
電位制御回路１９は、例えば、図３に示したグラフの破線のように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。ここでは、陰イオンを分析する場合について説明する。
例えば、静電ゲート電極８の電位が電子放出素子側の隣接する電場形成用電極９ｂよりも小さい場合（図３に示したグラフでは、静電ゲート電極８の電位が－７００Ｖの場合）、電子放出素子２とグリッド電極２５との間の電位勾配は、図４に示したグラフのようになる。この場合、イオン化領域１０の陰イオンは、静電相互作用により静電ゲート電極８に近づくことができず（陰イオンには静電ゲート電極８から反発する向きの力が働く）、静電ゲート電極８を通過することはできない。このため、静電ゲート電極８はクローズ（低電位側クローズ）となる。
電位制御回路１９は、例えば、図３に示したグラフの破線のように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。ここでは、陰イオンを分析する場合について説明する。
例えば、静電ゲート電極８の電位が電子放出素子側の隣接する電場形成用電極９ｂよりも小さい場合（図３に示したグラフでは、静電ゲート電極８の電位が－７００Ｖの場合）、電子放出素子２とグリッド電極２５との間の電位勾配は、図４に示したグラフのようになる。この場合、イオン化領域１０の陰イオンは、静電相互作用により静電ゲート電極８に近づくことができず（陰イオンには静電ゲート電極８から反発する向きの力が働く）、静電ゲート電極８を通過することはできない。このため、静電ゲート電極８はクローズ（低電位側クローズ）となる。
例えば、静電ゲート電極８の電位が検出部側の隣接する電場形成用電極９ｃよりも大きい場合（図３に示したグラフでは、静電ゲート電極８の電位が－２５０Ｖの場合）、電子放出素子２とグリッド電極２５との間の電位勾配は、図５に示したグラフのようになる。この場合、イオン化領域１０の陰イオンは、静電ゲート電極８に吸い寄せられるように移動し、陰イオンの電荷が静電ゲート電極８へと移動し陰イオンが中性化する。このため、陰イオンは静電ゲート電極８を通過することができず、静電ゲート電極８はクローズ（高電位側クローズ）となる。
例えば、静電ゲート電極８の電位が電子放出素子側の隣接する電場形成用電極９ｂよりも大きく、検出部側の隣接する電場形成用電極９ｃよりも小さい場合、電子放出素子２とグリッド電極２５との間の電位勾配は、電子放出素子２からグリッド電極２５に近づくにつれ徐々に電位が高くなるような電位勾配となる。例えば、図６に示したグラフのようになる。この場合、イオン化領域１０の陰イオンは静電ゲート電極８を通過することができ、静電ゲート電極８はオープンとなる。
電位制御回路１９を用いて、静電ゲート電極８がオープンとなる電位範囲よりも高い電位（図３のグラフでは－２５０Ｖ）から前記電位範囲よりも低い電位（図３のグラフでは－７００Ｖ）となるように静電ゲート電極８に印加する電圧を瞬間的に変化させた場合、静電ゲート電極８は、クローズ（高電位側クローズ）→オープン→クローズ（低電位側クローズ）と瞬間的に変化する。
また、電位制御回路１９を用いて、静電ゲート電極８がオープンとなる電位範囲よりも低い電位（図３のグラフでは－７００Ｖ）から前記電位範囲よりも高い電位（図３のグラフでは－２５０Ｖ）となるように静電ゲート電極８に印加する電圧を瞬間的に変化させた場合、静電ゲート電極８は、クローズ（低電位側クローズ）→オープン→クローズ（高電位側クローズ）と瞬間的に変化する。
また、電位制御回路１９を用いて、静電ゲート電極８がオープンとなる電位範囲よりも低い電位（図３のグラフでは－７００Ｖ）から前記電位範囲よりも高い電位（図３のグラフでは－２５０Ｖ）となるように静電ゲート電極８に印加する電圧を瞬間的に変化させた場合、静電ゲート電極８は、クローズ（低電位側クローズ）→オープン→クローズ（高電位側クローズ）と瞬間的に変化する。
従って、電位制御回路１９を用いてこのように静電ゲート電極８に印加する電圧を変化させることにより、静電ゲート電極８をごく短い時間だけオープン状態とすることができ、イオン化領域１０の陰イオンをこの短い時間にだけドリフト領域１１に注入することができる。従って、イオン化領域１０の陰イオンを単発パルス状にドリフト領域１１に注入することができる。
また、陽イオンを分析する場合も静電ゲート電極８に印加する電圧を変化させることにより、イオン化領域１０の陽イオンを単発パルス状にドリフト領域１１に注入することができる。
このドリフト領域１１に注入されたイオンがドリフト領域１１を移動する間に分離され検出部６で検出され検出電流量が測定される。イオンをドリフト領域１１へ複数回注入する場合、イオンのドリフト領域１１への注入ごとにイオンが検出部６により検出され、検出電流が測定される。測定された複数の検出電流量の変化は、積算平均化されＩＭＳスペクトルとして表されてもよい。また、測定された複数の検出電流量の変化は、イオンをドリフト領域１１へ注入するタイミングに応じて別々のＩＭＳスペクトルとして表されてもよい。
また、陽イオンを分析する場合も静電ゲート電極８に印加する電圧を変化させることにより、イオン化領域１０の陽イオンを単発パルス状にドリフト領域１１に注入することができる。
このドリフト領域１１に注入されたイオンがドリフト領域１１を移動する間に分離され検出部６で検出され検出電流量が測定される。イオンをドリフト領域１１へ複数回注入する場合、イオンのドリフト領域１１への注入ごとにイオンが検出部６により検出され、検出電流が測定される。測定された複数の検出電流量の変化は、積算平均化されＩＭＳスペクトルとして表されてもよい。また、測定された複数の検出電流量の変化は、イオンをドリフト領域１１へ注入するタイミングに応じて別々のＩＭＳスペクトルとして表されてもよい。
イオンがドリフト領域１１に注入される時間は例えば０．１μ秒間以上５０μ秒間以下とすることができる。また、イオン化領域１０に複数種のイオンが存在する場合、複数種のイオンは同時にドリフト領域１１に単発パルス状に注入される。
また、静電ゲート電極８を低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズなどと変化させることにより、イオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に連続パルス状に注入することができる。
また、静電ゲート電極８を低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズなどと変化させることにより、イオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に連続パルス状に注入することができる。
電位制御回路１９は、電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧がパルスオンとなっているタイミングで静電ゲート電極８がオープンとなるように、電子放出素子２に印加する電圧と静電ゲート電極８に印加する電圧とのタイミングを合わせる。このことにより、電子放出素子２を常にオンにする必要がなく、電子放出素子２の寿命特性を向上させることができる。
ドリフト領域１１に注入されたイオンは、電位制御回路１９が電場形成部７、グリッド電極２５に印加することにより形成される電位勾配によりドリフト領域１１を検出部６（コレクター１８）へと向かって移動し、検出部６へ到達する。なお、ドリフト領域１１におけるイオンの途中拡散や壁面への付着などのため検出部６で検出されるイオン量は注入されたイオン量よりも減少する。
また、ドリフト領域１１において検出部６側から静電ゲート電極８側に向かって流れるドリフトガスは、静電ゲート電極８から検出部６へと向かって移動するイオンの抵抗となる。この抵抗の大きさ（イオンの移動度）はイオン種により異なる。一般的に移動度はイオンの衝突断面積に反比例するため、イオンの衝突断面積が大きいほどイオンが検出部６（コレクター１８）に到達するためにかかる時間が長くなる。従って、静電ゲート電極８によりドリフト領域１１に注入されてから検出部６へと到達するまでの時間（移動時間、ピーク位置）がイオンのイオン種により異なる。従って、この移動時間（ピーク位置）に基づきイオン（試料に含まれる成分）を特定することが可能になる。また、試料ガスに含まれる複数の成分のイオンをドリフト領域１１において分離することができる。
また、イオンが静電ゲート電極８から検出部６まで移動する時間は装置の設計（静電ゲート電極８から検出部６までの距離、電場形成用電極９への印加電圧など）により異なるが、小型の分析装置４０の場合であれば、イオンは検出部６に、ドリフト領域の距離の設計にもよるが、例えば数ミリ秒で到達する。
また、ドリフト領域１１において検出部６側から静電ゲート電極８側に向かって流れるドリフトガスは、静電ゲート電極８から検出部６へと向かって移動するイオンの抵抗となる。この抵抗の大きさ（イオンの移動度）はイオン種により異なる。一般的に移動度はイオンの衝突断面積に反比例するため、イオンの衝突断面積が大きいほどイオンが検出部６（コレクター１８）に到達するためにかかる時間が長くなる。従って、静電ゲート電極８によりドリフト領域１１に注入されてから検出部６へと到達するまでの時間（移動時間、ピーク位置）がイオンのイオン種により異なる。従って、この移動時間（ピーク位置）に基づきイオン（試料に含まれる成分）を特定することが可能になる。また、試料ガスに含まれる複数の成分のイオンをドリフト領域１１において分離することができる。
また、イオンが静電ゲート電極８から検出部６まで移動する時間は装置の設計（静電ゲート電極８から検出部６までの距離、電場形成用電極９への印加電圧など）により異なるが、小型の分析装置４０の場合であれば、イオンは検出部６に、ドリフト領域の距離の設計にもよるが、例えば数ミリ秒で到達する。
検出部６は、電位勾配によりドリフト領域１１を移動してきたイオンを検出するように設けられる。検出部６は、例えば、電位イオン検出器、フェデラーカップなどである。
検出部６は、イオンの電荷を集める金属製のコレクター１８を有することができる。また、コレクター１８は制御部１２の検出回路２６と電気的に接続することができる。また、この検出回路２６は、コレクター１８に電荷が溜まることにより生じる電流を測定するように設けられる。
イオンがドリフト領域１１に注入されてから、ドリフト領域１１で分離されたそれぞれのイオンがコレクター１８に到達までの検出部６の検出電流量の変化がＩＭＳスペクトルとなり、分離されたそれぞれのイオンは、ＩＭＳスペクトルのピークとして現れる。ＩＭＳスペクトルは、例えば、図７、図８に示したようなスペクトルとなる。
検出部６は、イオンの電荷を集める金属製のコレクター１８を有することができる。また、コレクター１８は制御部１２の検出回路２６と電気的に接続することができる。また、この検出回路２６は、コレクター１８に電荷が溜まることにより生じる電流を測定するように設けられる。
イオンがドリフト領域１１に注入されてから、ドリフト領域１１で分離されたそれぞれのイオンがコレクター１８に到達までの検出部６の検出電流量の変化がＩＭＳスペクトルとなり、分離されたそれぞれのイオンは、ＩＭＳスペクトルのピークとして現れる。ＩＭＳスペクトルは、例えば、図７、図８に示したようなスペクトルとなる。
試料ガスが複数の成分を含む場合、各成分のイオンはドリフト領域１１において分離されて検出部６に到達するため、検出回路２６により検出される電流量の変化（ＩＭＳスペクトル）は、各イオンの移動時間に対応したピークを有する。
このピーク位置（イオンの移動時間）はイオン種により異なるため、試料ガスに含まれる成分の種類を特定することが可能になる。また、ピーク面積から試料ガスに含まれる成分の濃度を定量分析することが可能になる。
このピーク位置（イオンの移動時間）はイオン種により異なるため、試料ガスに含まれる成分の種類を特定することが可能になる。また、ピーク面積から試料ガスに含まれる成分の濃度を定量分析することが可能になる。
ドリフト領域１１に複数回イオンを注入する場合、イオンの注入ごとにＩＭＳスペクトルを測定してもよく、各イオン注入に対応する検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを測定してもよい。
分析装置４０の測定感度は、電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧、検出回路２６の検出感度などを調節することにより変えることができる。
例えば、分析装置４０を用いて試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを測定する場合、下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を大きくし、検出回路２６の検出感度を高くする。このことにより、ＩＭＳスペクトルにおいて試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスに対応するピークを高くすることができ、このガスを感度よく検出することができる。
例えば、分析装置４０を用いて試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを測定する場合、下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を大きくし、検出回路２６の検出感度を高くする。このことにより、ＩＭＳスペクトルにおいて試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスに対応するピークを高くすることができ、このガスを感度よく検出することができる。
下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を大きくすると、電子放出素子２の電子放出量が多くなり、イオン化領域１０のイオン量が多くなる。また、ドリフト領域１１に注入されるイオンの量が多くなり、検出部６へ到達するイオンの量が多くなる。このため、測定感度が向上する。ただし、下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を大きくすると、電子放出素子２の劣化が速くなり寿命特性が低下するため、印加電圧の大きさには上限がある。
また、検出回路２６の検出感度を高くするとノイズも大きくなる。このため、測定感度の向上には限界がある。
また、検出回路２６の検出感度を高くするとノイズも大きくなる。このため、測定感度の向上には限界がある。
試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを感度よく測定するために、分析装置４０の測定感度を高くすると、試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスに対応するピークの高さが高くなり、検出回路２６の検出電流量が飽和し測定レンジを超えてしまう場合がある。この場合、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを適切に測定することが難しくなる場合がある。
分析装置４０を用いて試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを測定する場合、下部電極３と表面電極４との間に印加する電圧を小さくし、検出回路２６の検出感度を低くする。このことにより、ＩＭＳスペクトルにおいて試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスに対応するピークを低くすることができ、このピークが検出回路２６の測定レンジを超えてしまうことを抑制することができる。このことにより、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを適切に測定することができる。
試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを感度よく測定するために、分析装置４０の測定感度を低くすると、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスに対応するピークの高さが低くなり、低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを適切に測定することが難しくなる場合がある。
試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを感度よく測定するために、分析装置４０の測定感度を低くすると、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスに対応するピークの高さが低くなり、低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを適切に測定することが難しくなる場合がある。
従って、試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスと、低濃度のガス又はイオン化しにくいガスとの両方を通常の方法で測定する場合、分析装置４０の測定条件を変えて複数回測定する必要があり、測定時間が長くなる場合がある。また、前処理を施した試料ガスを分析チャンバー３０に供給する必要が生じる場合がある。このような課題を解決するために制御部１２の電位制御回路１９は、電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧がパルスオンとなっている時間帯（パルス幅）においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも２回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させる。また、電位制御回路１９は、パルス電圧がパルスオンとなっている時間帯（パルス幅）において電子放出素子２の電子放出量が多い時間帯と、電子放出素子２の電子放出量が安定化した時間帯とのそれぞれにおいてイオンをドリフト領域１１に注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。
パルス幅内におけるイオンの注入回数は特に限定されないが、例えば、２回以上２００回以下とすることができる。
パルス幅内におけるイオンの注入回数は特に限定されないが、例えば、２回以上２００回以下とすることができる。
前述のように、パルス幅の時間内において、電子放出素子２の電子放出量は、例えば図２（ｂ）のように、パルスが立ち上がりパルスオンとなると増加し、電子放出量のピークを示し、その後、ある程度減少し電子放出素子２から安定した量の電子が放出される。このため、イオン化領域１０のイオン量も、例えば図３に示した一点鎖線のように、パルスが立ち上がりパルスオンとなると増加し、イオン量のピークを示し、その後、ある程度減少し安定した量となる。
従って、パルス幅の時間内にイオン化領域１０のイオン量が多い時間帯と、イオン化領域１０のイオン量が安定した時間帯とがある。
従って、パルス幅の時間内にイオン化領域１０のイオン量が多い時間帯と、イオン化領域１０のイオン量が安定した時間帯とがある。
電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧のパルス数が複数の場合、それぞれのパルスのパルス幅の時間内において、イオン化領域１０のイオン量は、例えば図３に示した一点鎖線のように、同じような変化を示す。
イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯においてイオン化領域１０のイオンがドリフト領域１１に注入されるように静電ゲート電極８の電位を変化させると、より多くのイオンがドリフト領域１１に注入され、検出部６に到達するイオンの量が増加する。このため、分析装置４０の測定感度が向上し、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを感度よく検出することができる。
例えば、試料ガスに含まれる高濃度のガスＢ（又はイオン化しやすいガスＢ）と、低濃度のガスＡ（又はイオン化しにくいガスＡ）との両方を測定する場合、低濃度のガスＡ（又はイオン化しにくいガスＡ）のピークの高いＩＭＳスペクトルを得ることができる。例えば、ＩＭＳスペクトルは図７のようになる。なお、図７では、ガスＢのピークは、検出回路２６の検出レンジを超えていないが、ガスＢの濃度などにより検出レンジを超える場合がある。
例えば、試料ガスに含まれる高濃度のガスＢ（又はイオン化しやすいガスＢ）と、低濃度のガスＡ（又はイオン化しにくいガスＡ）との両方を測定する場合、低濃度のガスＡ（又はイオン化しにくいガスＡ）のピークの高いＩＭＳスペクトルを得ることができる。例えば、ＩＭＳスペクトルは図７のようになる。なお、図７では、ガスＢのピークは、検出回路２６の検出レンジを超えていないが、ガスＢの濃度などにより検出レンジを超える場合がある。
例えば、図２、３に示した第１回目の静電ゲート電極「開」のタイミングでイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入することができる。制御部１２の電位制御回路１９は、例えば図３に示した破線のように、静電ゲート電極８の電位を高電位側から低電位側に変化させることができる。
制御部１２の電位制御回路１９は、パルス電圧のパルスの立ち上がりから所定時間が経過するまでにイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。このことにより、イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入することができ、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを感度よく検出することができる。
前記所定時間は、電子放出素子２の電子放出量のピークに対応するイオンが静電ゲート電極８に到達するまでの時間である。この所定時間は、分析装置４０の設計によって変動するが、例えば、５０μ秒間以上１０ｍ秒間以下である。
制御部１２の電位制御回路１９は、パルス電圧のパルスの立ち上がりから所定時間が経過するまでにイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。このことにより、イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入することができ、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを感度よく検出することができる。
前記所定時間は、電子放出素子２の電子放出量のピークに対応するイオンが静電ゲート電極８に到達するまでの時間である。この所定時間は、分析装置４０の設計によって変動するが、例えば、５０μ秒間以上１０ｍ秒間以下である。
制御部１２の電位制御回路１９は、電子放出素子２の電子放出量のピークの半値全幅内においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。このことにより、試料ガスに含まれる低濃度のガス又はイオン化しにくいガスを感度よく検出することができる。
電子放出量のピークの半値全幅は、電子放出量が安定化した時間帯の電子放出量をベースラインとしたときのピーク高さの２分の１におけるピーク幅とすることができる（図２（ｂ）参照）。
電子放出量のピークの半値全幅は、電子放出量が安定化した時間帯の電子放出量をベースラインとしたときのピーク高さの２分の１におけるピーク幅とすることができる（図２（ｂ）参照）。
電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧のパルス数が複数である場合、制御部１２の電位制御回路１９は、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内において、イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯（パルスの立ち上がり直後に電子放出量のピークを示す時間帯）にイオンがドリフト領域１１に注入されるように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。
また、パルス電圧の各パルスにおけるイオン量が多い時間帯のイオン注入に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得てもよい。このことにより、ＩＭＳスペクトルのノイズを低減することができる。例えば、イオン量が多い時間帯のイオン注入をパルス毎に１回行う場合、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数はパルス電圧のパルス数と同じになる。例えば、図３に示したグラフではパルス電圧のパルス数は２であり、それぞれのパルスのパルス幅内の第１回目の静電ゲート電極８「開」に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得ることができる。
また、パルス電圧の各パルスにおけるイオン量が多い時間帯のイオン注入に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得てもよい。このことにより、ＩＭＳスペクトルのノイズを低減することができる。例えば、イオン量が多い時間帯のイオン注入をパルス毎に１回行う場合、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数はパルス電圧のパルス数と同じになる。例えば、図３に示したグラフではパルス電圧のパルス数は２であり、それぞれのパルスのパルス幅内の第１回目の静電ゲート電極８「開」に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得ることができる。
イオン化領域１０のイオン量が安定した時間帯においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入すると、安定した量のイオンがドリフト領域１１に注入され、安定した量のイオンが検出部６に到達する。このため、分析装置４０の測定感度が安定化し、試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを定量的に分析することが可能になる。また、ドリフト領域１１に注入されるイオンの全体的なイオン量が減少するため、ドリフト領域１１におけるイオンの拡散が抑制され、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスに対応するピークがシャープとなる。このため、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスの測定精度が向上する。また、高濃度のガス又はイオン化しやすいガスのピーク強度が検出回路２６の測定レンジを超えることを抑制することができる。
例えば、試料ガスに含まれる高濃度のガスＢ（又はイオン化しやすいガスＢ）と、低濃度のガスＡ（又はイオン化しにくいガスＡ）との両方を測定する場合、高濃度のガスＢ（又はイオン化しやすいガスＢ）のピークがシャープになりピーク高さが安定化したＩＭＳスペクトルを得ることができる。例えば、ＩＭＳスペクトルは図８のようになる。イオン量が安定した時間帯においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入すると、ドリフト領域１１に注入されるイオンの量が減少するため、低濃度のガスＡに対応するピークがＩＭＳスペクトルに表れない場合がある。
イオン化領域１０のイオン量が安定した時間帯におけるドリフト領域１１へのイオンの注入は、複数回行うことができる。また、各イオン注入に対応した検出電流量の変化を測定することができる。測定された複数の検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得ることができ、ＩＭＳスペクトルのノイズやバラツキを低減することができる。
例えば、図２では、第２回目～第ｉ回目までのゲート電極「開」のようなタイミングでドリフト領域１１へイオンを（ｉ―１）回注入することができる。この場合、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数は（ｉ―１）回とすることができる。
また、図３では、それぞれのパルスにおいて、第２回目～第４回目までの静電ゲート電極「開」のようなタイミングでドリフト領域１１へイオンを３回注入している。
例えば、図２では、第２回目～第ｉ回目までのゲート電極「開」のようなタイミングでドリフト領域１１へイオンを（ｉ―１）回注入することができる。この場合、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数は（ｉ―１）回とすることができる。
また、図３では、それぞれのパルスにおいて、第２回目～第４回目までの静電ゲート電極「開」のようなタイミングでドリフト領域１１へイオンを３回注入している。
制御部１２の電位制御回路１９は、パルス電圧のパルスの立ち上がりから所定時間が経過した後にイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。このことにより、イオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯においてイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に注入することができ、試料ガスに含まれる高濃度のガス又はイオン化しやすいガスを定量的に分析することが可能になる。
前記所定時間は、電子放出素子２の電子放出量のピークに対応するイオンが静電ゲート電極８に到達するまでの時間である。この所定時間は、分析装置４０の設計によって変動するが、例えば、５０μ秒間以上１０ｍ秒間以下である。
好ましくは、電位制御回路１９は、パルス電圧のパルスの立ち上がりから２ｍ秒間が経過した後にイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。
前記所定時間は、電子放出素子２の電子放出量のピークに対応するイオンが静電ゲート電極８に到達するまでの時間である。この所定時間は、分析装置４０の設計によって変動するが、例えば、５０μ秒間以上１０ｍ秒間以下である。
好ましくは、電位制御回路１９は、パルス電圧のパルスの立ち上がりから２ｍ秒間が経過した後にイオン化領域１０のイオンをドリフト領域１１に少なくとも１回注入するように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。
電子放出素子２の下部電極３と表面電極４との間に印加するパルス電圧のパルス数が複数である場合、制御部１２の電位制御回路１９は、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内において、イオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯（電子放出量がピークを示した後の電子放出量が安定した時間帯）にイオンがドリフト領域１１に注入されるように静電ゲート電極８の電位を変化させることができる。また、これらの注入に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得てもよい。このことにより、ＩＭＳスペクトルのノイズを低減することができる。
例えば、図３に示したグラフでは、それぞれのパルスのパルス幅内の第２～４回目の静電ゲート電極８「開」に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得ることができる。
例えば、パルス電圧の各パルスにおけるイオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯でのイオン注入が（ｉ―１）回である場合（ｉは、パルス幅内でのイオン注入回数）、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数は（電子放出素子２に印加するパルス数）×（ｉ―１）とすることができる。
例えば、図３に示したグラフでは、それぞれのパルスのパルス幅内の第２～４回目の静電ゲート電極８「開」に対応した検出電流量の変化を積算平均化してＩＭＳスペクトルを得ることができる。
例えば、パルス電圧の各パルスにおけるイオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯でのイオン注入が（ｉ―１）回である場合（ｉは、パルス幅内でのイオン注入回数）、積算平均化したＩＭＳスペクトルの積算回数は（電子放出素子２に印加するパルス数）×（ｉ―１）とすることができる。
また、パルス幅内におけるイオンの注入回数は偶数回数とすることができる。このことにより、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内においてイオンをドリフト領域１１に偶数回注入することができ、各パルスにおけるイオン注入条件を同じにすることができる。
例えば、図３に示したグラフでは、パルス電圧のパルス幅内において静電ゲート電極８の電位を高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズと変化させて、イオンをドリフト領域１１に４回注入している。このようにイオンをドリフト領域１１に偶数回注入すると、次のパルスでも同じように静電ゲート電極８の電位を変化させることによりイオンをドリフト領域１１に４回注入することができる。
なお、イオンの注入回数を奇数回とすると、高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズで始まるパルスと、低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズで始まるパルスとが存在し、パルスによりイオン注入条件が異なる。
例えば、図３に示したグラフでは、パルス電圧のパルス幅内において静電ゲート電極８の電位を高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズと変化させて、イオンをドリフト領域１１に４回注入している。このようにイオンをドリフト領域１１に偶数回注入すると、次のパルスでも同じように静電ゲート電極８の電位を変化させることによりイオンをドリフト領域１１に４回注入することができる。
なお、イオンの注入回数を奇数回とすると、高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズで始まるパルスと、低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズで始まるパルスとが存在し、パルスによりイオン注入条件が異なる。
図２（ａ）に示したパルスオンの時間（パルス幅）は例えば、１００ｍｓとすることができ、パルスオフの時間は１００ｍｓとすることができ、静電ゲート電極８を開ける間隔は５０ｍｓとすることができる。このことにより、パルスオン毎に、イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯のＩＭＳスペクトルを得ることができる。従って、所定時間内にイオン化領域１０のイオン量が多い時間帯のＩＭＳスペクトルを多く得ることができ、分析感度を高くすることができる。このような設定は、比較的低い濃度のガスの測定に有効である。
図２（ａ）に示したパルスオンの時間（パルス幅）は例えば、５ｓとすることができ、パルスオフの時間は１００ｍｓ以上とすることができ、静電ゲート電極８を開ける間隔は５０ｍｓとすることができる。このことにより、１回のパルスオン中にイオン化領域１０のイオン量が多い時間帯のＩＭＳスペクトルを１回得ることができ、イオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯のＩＭＳスペクトルを１００回得ることができる。このような設定は、比較的高い濃度のガスの測定に有効である。
図２（ａ）に示したパルスオンの時間（パルス幅）は例えば、５ｓとすることができ、パルスオフの時間は１００ｍｓ以上とすることができ、静電ゲート電極８を開ける間隔は５０ｍｓとすることができる。このことにより、１回のパルスオン中にイオン化領域１０のイオン量が多い時間帯のＩＭＳスペクトルを１回得ることができ、イオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯のＩＭＳスペクトルを１００回得ることができる。このような設定は、比較的高い濃度のガスの測定に有効である。
以上から、本発明の分析装置を用いると、イオン化領域１０のイオン量が多い時間帯におけるイオンのイオン注入に対応するＩＭＳスペクトルに基づき試料ガスに含まれる低濃度又はイオン化しにくいガスを検出することができ、イオン化領域１０のイオン量が安定化した時間帯におけるイオンのイオン注入に対応するＩＭＳスペクトルに基づき試料ガスに含まれる高濃度又はイオン化しやすいガスを高精度に計測することができる。このため、低濃度又はイオン化しにくいガスと、高濃度又はイオン化しやすいガスとの両方を測定条件を変えることなく一度に高精度に計測することが可能になる。
また、試料ガスに含まれる高濃度ガスの濃度を低減させる前処理を省略することが可能になり、前処理による試料ガスに含まれる低濃度ガス又はイオン化しにくいガスへ影響を考慮することなく、試料ガスをダイレクトに計測することが可能となる。
また、試料ガスに含まれる高濃度ガスの濃度を低減させる前処理を省略することが可能になり、前処理による試料ガスに含まれる低濃度ガス又はイオン化しにくいガスへ影響を考慮することなく、試料ガスをダイレクトに計測することが可能となる。
２：電子放出素子 ３：下部電極 ４：表面電極 ５：中間層 ６：検出部 ７：電場形成部 ８：静電ゲート電極 ９、９ａ～９ｈ：電場形成用電極 １０：イオン化領域 １１：ドリフト領域 １２：制御部 １５：ドリフトガス注入部 １６：試料注入部 １７：電源部 １８：コレクター １９：電位制御回路 ２０：排気部 ２２：素子ホルダー ２５：グリッド電極 ２６：検出回路 ２８：筐体 ２９：絶縁部 ３０：分析チャンバー ４０：分析装置
Claims (9)
- 電子放出素子と、イオンを検出するように設けられた検出部と、前記電子放出素子と前記検出部との間の領域に電位勾配を形成するように設けられた電場形成部と、前記電子放出素子と前記検出部との間に配置された静電ゲート電極と、前記電子放出素子の電子放出及び前記静電ゲート電極の開閉を制御するように設けられた制御部とを備え、
前記電子放出素子は、下部電極、表面電極及び前記下部電極と前記表面電極との間に配置された中間層を有し、
前記制御部は、前記電子放出素子と前記静電ゲート電極との間のイオン化領域に向けて前記電子放出素子から電子が放出されイオンが直接的又は間接的に生成されるように前記下部電極と前記表面電極との間にパルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記パルス電圧のパルス幅内において、前記イオン化領域のイオンを前記静電ゲート電極と前記検出部との間のドリフト領域に少なくとも２回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられたことを特徴とする分析装置。 - 前記パルス電圧のパルス数は複数であり、
前記制御部は、複数のパルスのそれぞれのパルス幅内において、前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に少なくとも２回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられた請求項１に記載の分析装置。 - 前記制御部は、パルスの立ち上がりから所定時間が経過するまでに前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に少なくとも１回注入しパルスの立ち上がりから前記所定時間が経過した後に前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に少なくとも１回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられた請求項１又は２に記載の分析装置。
- 前記制御部は、前記電子放出素子の電子放出量がパルスの立ち上がり直後に放出量のピークを示しその後安定化するように前記下部電極と前記表面電極との間に前記パルス電圧を印加するように設けられ、かつ、前記ピークの半値全幅内において前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に少なくとも１回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられた請求項１～３のいずれか１つに記載の分析装置。
- 前記制御部は、前記電子放出素子の電子放出量が安定化した後に前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に少なくとも１回注入するように設けられた請求項４に記載の分析装置。
- 前記制御部は、パルスの立ち上がりから１回目のイオン注入において前記静電ゲート電極の電位を高電位側から低電位側へ変化させるように設けられた請求項１～５のいずれか１つに記載の分析装置。
- 前記制御部は、前記パルス電圧のパルス幅内において、前記イオン化領域のイオンを前記ドリフト領域に偶数回注入するように前記静電ゲート電極の電位を変化させるように設けられた請求項１～６のいずれか１つに記載の分析装置。
- 前記イオンは、陰イオンである請求項１～７のいずれか１つに記載の分析装置。
- 前記イオン化領域は、大気圧である請求項１～８のいずれか１つに記載の分析装置。
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
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