JPH05264505A - 気体中の成分検出の方法とその装置 - Google Patents
気体中の成分検出の方法とその装置Info
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- JPH05264505A JPH05264505A JP2327893A JP2327893A JPH05264505A JP H05264505 A JPH05264505 A JP H05264505A JP 2327893 A JP2327893 A JP 2327893A JP 2327893 A JP2327893 A JP 2327893A JP H05264505 A JPH05264505 A JP H05264505A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 爆発性イオン、プラスチック爆薬及び軽イオ
ンの検出に更に有効な、又従来検出が不可能な求電子蒸
気例えば爆発性蒸気の濃度の低下を可能にするイオン移
動度分光計の提供にある。 【構成】 試料ガス流れを照射して、陽イオンと電子を
イオン化室に発生させる。イオン化室に開放性グリッド
電極を用いて、イオン母集団がイオン化室に蓄積できる
零電界空間を維持する。高電界を1ミリセカンド以下の
時間イオン化室を横切って周期的に発生させて、イオン
化室にある一極性の大抵のイオンを一掃してドリフト室
に追い込む。反対極性のイオンをイオン化室の壁体に放
電する。ドリフト室に入るイオンはそれぞれの電荷と質
量によるドリフト速度で移動する。集電電極を設けて異
なる質量のイオンを連続的に集電し、集電イオン電流を
信号処理手段に伝送して集電イオンの強さと到達時間を
測定する。
ンの検出に更に有効な、又従来検出が不可能な求電子蒸
気例えば爆発性蒸気の濃度の低下を可能にするイオン移
動度分光計の提供にある。 【構成】 試料ガス流れを照射して、陽イオンと電子を
イオン化室に発生させる。イオン化室に開放性グリッド
電極を用いて、イオン母集団がイオン化室に蓄積できる
零電界空間を維持する。高電界を1ミリセカンド以下の
時間イオン化室を横切って周期的に発生させて、イオン
化室にある一極性の大抵のイオンを一掃してドリフト室
に追い込む。反対極性のイオンをイオン化室の壁体に放
電する。ドリフト室に入るイオンはそれぞれの電荷と質
量によるドリフト速度で移動する。集電電極を設けて異
なる質量のイオンを連続的に集電し、集電イオン電流を
信号処理手段に伝送して集電イオンの強さと到達時間を
測定する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】イオン移動度分光計は試料ガスの
流れの中の選択成分検出に用いられる。イオン移動度分
光計は、例えば、空気中の汚染物もしくは爆発物の検出
に使用できる。
流れの中の選択成分検出に用いられる。イオン移動度分
光計は、例えば、空気中の汚染物もしくは爆発物の検出
に使用できる。
【0002】
【従来の技術】イオン移動度分光計は1970年頃から
市場に出回るようになった。初期のイオン移動度分光計
は、例えば、米国特許第3,699,333号で開示さ
れている。イオン移動度分光計は更に、1970年発行
のジャーナル.オブ.クロマトグラフィック.サイエン
ス(Journal of Chromatograp
hic Science)第8巻、第330乃至337
頁に、コーエン(Cohen)とカラセック(Kara
sek)の記述がある。イオン移動度分光学の理論の完
全論評が1973年ジョン.ワイリー.アンド.サンズ
(John Wiley and Sons)社発行の
マクダニエル(McDaniel)とメイソン(Mas
on)による論文「モビリティ.アンド.ディファショ
ン.オブ.イオンズ.イン.ガスイス(Mobilit
y and Diffusionof Ions in
Gasses)に述べられている。最近約20年の間
に生産されたイオン移動度分光計はすべてコーエンとカ
ラセックにより述べられた初期のイオン移動度分光計と
基本的に同一である。
市場に出回るようになった。初期のイオン移動度分光計
は、例えば、米国特許第3,699,333号で開示さ
れている。イオン移動度分光計は更に、1970年発行
のジャーナル.オブ.クロマトグラフィック.サイエン
ス(Journal of Chromatograp
hic Science)第8巻、第330乃至337
頁に、コーエン(Cohen)とカラセック(Kara
sek)の記述がある。イオン移動度分光学の理論の完
全論評が1973年ジョン.ワイリー.アンド.サンズ
(John Wiley and Sons)社発行の
マクダニエル(McDaniel)とメイソン(Mas
on)による論文「モビリティ.アンド.ディファショ
ン.オブ.イオンズ.イン.ガスイス(Mobilit
y and Diffusionof Ions in
Gasses)に述べられている。最近約20年の間
に生産されたイオン移動度分光計はすべてコーエンとカ
ラセックにより述べられた初期のイオン移動度分光計と
基本的に同一である。
【0003】典型的先行技術によるイオン移動度分光計
が図3に略図として示され、数字10で全体的に示す。
先行技術によるイオン移動度分光計10は、2つの部品
すなわち、イオン化もしくは反応域12とドリフト域1
4からなる。分析される空気の試料を、空気、もしくは
ハロゲン化化合物例えば塩化メチレンを含むキャリヤー
ガスの流れにのせて前記イオン化域12に供給する。前
記キャリヤーもしくは空気を、典型的例として放射性ニ
ッケル63源から放射され、且つ陽イオンと電子を形成
するβ粒子の作用によりイオン化する。前記電子はすべ
て酸素もしくは先行技術による検出器10の前記イオン
化域12で大量に過剰となるハロゲンで捕獲される。前
記形成されるイオンは、図3に示されたイオン化もしく
は反応域12で電界V1の影響を直ちに受けるようにな
る。前記電界の極性は問題のイオン(すなわち陽イオン
もしくは陰イオン)を先行技術検出器10のドリフト域
14の方向に向けるよう設定する。簡潔を期するため、
陰イオン分析のみを先行技術検出器10に関し本明細書
に説明する。
が図3に略図として示され、数字10で全体的に示す。
先行技術によるイオン移動度分光計10は、2つの部品
すなわち、イオン化もしくは反応域12とドリフト域1
4からなる。分析される空気の試料を、空気、もしくは
ハロゲン化化合物例えば塩化メチレンを含むキャリヤー
ガスの流れにのせて前記イオン化域12に供給する。前
記キャリヤーもしくは空気を、典型的例として放射性ニ
ッケル63源から放射され、且つ陽イオンと電子を形成
するβ粒子の作用によりイオン化する。前記電子はすべ
て酸素もしくは先行技術による検出器10の前記イオン
化域12で大量に過剰となるハロゲンで捕獲される。前
記形成されるイオンは、図3に示されたイオン化もしく
は反応域12で電界V1の影響を直ちに受けるようにな
る。前記電界の極性は問題のイオン(すなわち陽イオン
もしくは陰イオン)を先行技術検出器10のドリフト域
14の方向に向けるよう設定する。簡潔を期するため、
陰イオン分析のみを先行技術検出器10に関し本明細書
に説明する。
【0004】先行技術検出器10のイオン化もしくは反
応域12に持込まれる試料分子は、前記試料が陰電荷キ
ャリヤー以上に電気的には陰性である場合、存在する陰
イオンと反応することがある。この種のイオン分子反応
は通常電荷移動として周知である。電荷移動プロセス
は、反応体中のエネルギー散逸の機会が多いので高強度
電界の域に起こり得る。しかし、先行技術イオン移動度
分光計技術を用いる先行技術検出器10における電荷移
動効率は非常に低い。
応域12に持込まれる試料分子は、前記試料が陰電荷キ
ャリヤー以上に電気的には陰性である場合、存在する陰
イオンと反応することがある。この種のイオン分子反応
は通常電荷移動として周知である。電荷移動プロセス
は、反応体中のエネルギー散逸の機会が多いので高強度
電界の域に起こり得る。しかし、先行技術イオン移動度
分光計技術を用いる先行技術検出器10における電荷移
動効率は非常に低い。
【0005】試料イオンならびに反応体イオンの双方を
含む陰イオンは、図3に示された先行技術検出器のシャ
ッターグリッド16に向って吸込まれる。前記シャッタ
ーグリッド16はイオン移動度分光計の先行技術設計に
は不可欠のものであり、ブラッドベリ(Bradbur
y)とニールソン(Nielson)により初めて記述
され、又マックダニエル(McDaniel)とメイソ
ン(Mason)が上記に参照の論文「モビリティ.ア
ンド.ディファッション.オブ.イオンズ.イン.ガス
イス(Mobility and Diffusion
of Ions in Gasses)に詳しく説明
された。
含む陰イオンは、図3に示された先行技術検出器のシャ
ッターグリッド16に向って吸込まれる。前記シャッタ
ーグリッド16はイオン移動度分光計の先行技術設計に
は不可欠のものであり、ブラッドベリ(Bradbur
y)とニールソン(Nielson)により初めて記述
され、又マックダニエル(McDaniel)とメイソ
ン(Mason)が上記に参照の論文「モビリティ.ア
ンド.ディファッション.オブ.イオンズ.イン.ガス
イス(Mobility and Diffusion
of Ions in Gasses)に詳しく説明
された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、残念ながら、
先行技術の検出器10のシャッターグリッド16はイオ
ンを前記ドリフト及び集電装置域14に、典型的例とし
て約0.2mSの短時間且つ20mSごとにしか通過さ
せない。残りの時間ずっと、図3に示された先行技術検
出器10の前記シャッターグリッド16に届くイオンが
放電される。これは、イオン化された比較的少い分子の
うちほぼ99%が先行技術検出器10で消滅されてから
検出できる。図3に示された種類の最もすぐれた先行技
術の検出器の全イオン化ならびに集電効率は0.01%
以下である。この本来の非効率性を考慮すれば、先行技
術のイオン移動度分光計は分析される空気の試料に実際
問題として存在する問題の一定の気体の存在を検出でき
ない。例えば、爆弾検出器に用いられる先行技術のイオ
ン移動度分光計は、多数の有機ニトロ爆発物例えばRD
Xの検知はできない。そのうえ、先行技術イオン移動度
分光計での反応体イオン、通常O2もしくはClである
が、これは他の軽イオンを遮蔽して、先行技術イオン移
動度分光計を、このような軽イオンの検出に不適当なも
のとしている。
先行技術の検出器10のシャッターグリッド16はイオ
ンを前記ドリフト及び集電装置域14に、典型的例とし
て約0.2mSの短時間且つ20mSごとにしか通過さ
せない。残りの時間ずっと、図3に示された先行技術検
出器10の前記シャッターグリッド16に届くイオンが
放電される。これは、イオン化された比較的少い分子の
うちほぼ99%が先行技術検出器10で消滅されてから
検出できる。図3に示された種類の最もすぐれた先行技
術の検出器の全イオン化ならびに集電効率は0.01%
以下である。この本来の非効率性を考慮すれば、先行技
術のイオン移動度分光計は分析される空気の試料に実際
問題として存在する問題の一定の気体の存在を検出でき
ない。例えば、爆弾検出器に用いられる先行技術のイオ
ン移動度分光計は、多数の有機ニトロ爆発物例えばRD
Xの検知はできない。そのうえ、先行技術イオン移動度
分光計での反応体イオン、通常O2もしくはClである
が、これは他の軽イオンを遮蔽して、先行技術イオン移
動度分光計を、このような軽イオンの検出に不適当なも
のとしている。
【0007】先行技術のこれらの欠点を考慮に入れて、
本発明の目的は、改良されたより効率のよいイオン移動
度分光計の提供にある。
本発明の目的は、改良されたより効率のよいイオン移動
度分光計の提供にある。
【0008】本発明は、爆発性イオンの存在の検出にさ
らに有効なイオン移動度分光計の提供をさらなる目的と
する。
らに有効なイオン移動度分光計の提供をさらなる目的と
する。
【0009】本発明は更に、プラスチック爆薬の検出に
特に有効なイオン移動度分光計の提供を目的とする。
特に有効なイオン移動度分光計の提供を目的とする。
【0010】更に本発明は、軽イオン例えば酸素と、窒
素の酸化物及び他の大気汚染物の検出に特に有効なイオ
ン移動度分光計の提供をさらなる目的とする。
素の酸化物及び他の大気汚染物の検出に特に有効なイオ
ン移動度分光計の提供をさらなる目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の実施態様
は、気体中の成分検出の装置であって、 ・イオン化室と; ・成分検出をする試料気体流れを前記イオン化室に送出
する気体入口と; ・前記試料気体流れを前記イオン化室をほぼ均等に横切
って拡散させる手段と; ・前記イオン化室で陽イオンと電子を前記試料気体流れ
の主要部分の照射により発生させ、又他のイオンを一次
電子と陽イオンとを前記試料気体流れの中で結合又はイ
オン交換して発生させる放射性源と; ・前記イオン化室と連絡して前記イオン化室内に電界を
画定する切換え可能の開放形グリッド電極と; ・前記開放形グリッド電極と連絡する細長いドリフト室
と; ・零電界空間を前記イオン化室に周期的に供給してイオ
ン母集団が前記イオン化室に蓄積させ、その後、高電界
を前記イオン化室を横切って1ミリセカンド以下の時間
供給して、前記イオン化室にある一極性の大抵のイオン
を前記開放形グリッド電極を通して周期的に一掃前記ド
リフト室に入れ、又反対の極のイオンをイオン化室の壁
体に放電させる切換え手段と; ・前記開放形グリッド電極に対向するドリフト室の端に
配設された集電電極と; ・前記開放形グリッド電極と前記集電電極の間の前記ド
リフト室のその反対端に、イオンを前記ドリフト室を通
して、それぞれの電荷と質量によるドリフト速度で移動
させる電界を供給する手段と; ・異なる質量のイオンを継続して集電する手段と、集電
したイオン電流を信号処理手段に伝送して集電イオンの
強度と到達時間を測定する手段と;からなり、前記強度
と到達時間が前記試料気体流れの成分の量と強度を示す
気体中の成分検出の装置を要旨とする。
は、気体中の成分検出の装置であって、 ・イオン化室と; ・成分検出をする試料気体流れを前記イオン化室に送出
する気体入口と; ・前記試料気体流れを前記イオン化室をほぼ均等に横切
って拡散させる手段と; ・前記イオン化室で陽イオンと電子を前記試料気体流れ
の主要部分の照射により発生させ、又他のイオンを一次
電子と陽イオンとを前記試料気体流れの中で結合又はイ
オン交換して発生させる放射性源と; ・前記イオン化室と連絡して前記イオン化室内に電界を
画定する切換え可能の開放形グリッド電極と; ・前記開放形グリッド電極と連絡する細長いドリフト室
と; ・零電界空間を前記イオン化室に周期的に供給してイオ
ン母集団が前記イオン化室に蓄積させ、その後、高電界
を前記イオン化室を横切って1ミリセカンド以下の時間
供給して、前記イオン化室にある一極性の大抵のイオン
を前記開放形グリッド電極を通して周期的に一掃前記ド
リフト室に入れ、又反対の極のイオンをイオン化室の壁
体に放電させる切換え手段と; ・前記開放形グリッド電極に対向するドリフト室の端に
配設された集電電極と; ・前記開放形グリッド電極と前記集電電極の間の前記ド
リフト室のその反対端に、イオンを前記ドリフト室を通
して、それぞれの電荷と質量によるドリフト速度で移動
させる電界を供給する手段と; ・異なる質量のイオンを継続して集電する手段と、集電
したイオン電流を信号処理手段に伝送して集電イオンの
強度と到達時間を測定する手段と;からなり、前記強度
と到達時間が前記試料気体流れの成分の量と強度を示す
気体中の成分検出の装置を要旨とする。
【0012】又、本発明の第2の実施態様は、気体中の
成分検出法であって; ・成分試験をしようとする試料気体流れをイオン化室に
送出する工程と; ・前記試料気体流れの主要部分を照射して陽イオンと電
子を発生させ、又前記発生陽イオンと電子と前記試料気
体流れ中で結合あるいはイオン交換して他の分子イオン
を発生させる工程と; ・零電界空間を前記イオン化室内に設けてイオン母集団
を前記イオン化室に蓄積させる工程と; ・前記イオン化室を横切る高電界を1ミリセカンド以下
の時間周期的に供給して、前記イオン化室の1極の大抵
のイオンを前記イオン化室から一掃させ、且つ反対極の
イオンをイオン化室の壁体上に放電させる工程と; ・前記イオン化室と連絡するドリフト室を配設し、前記
イオン化室から遠隔のドリフト室の端部に集電電極を備
える工程と; ・前記ドリフト室に電界を供給してイオンがそれぞれの
電荷と質量によるドリフト速度で移動させる工程と; ・異なる質量のイオンを継続集電し、集電イオン電流を
信号処理手段に伝送して集電イオンの強度と到達時間を
測定する工程と;からなり、前記強度と到達時間が試料
気体流れの成分の量と強度を示す気体中の成分検出方法
を要旨とする。
成分検出法であって; ・成分試験をしようとする試料気体流れをイオン化室に
送出する工程と; ・前記試料気体流れの主要部分を照射して陽イオンと電
子を発生させ、又前記発生陽イオンと電子と前記試料気
体流れ中で結合あるいはイオン交換して他の分子イオン
を発生させる工程と; ・零電界空間を前記イオン化室内に設けてイオン母集団
を前記イオン化室に蓄積させる工程と; ・前記イオン化室を横切る高電界を1ミリセカンド以下
の時間周期的に供給して、前記イオン化室の1極の大抵
のイオンを前記イオン化室から一掃させ、且つ反対極の
イオンをイオン化室の壁体上に放電させる工程と; ・前記イオン化室と連絡するドリフト室を配設し、前記
イオン化室から遠隔のドリフト室の端部に集電電極を備
える工程と; ・前記ドリフト室に電界を供給してイオンがそれぞれの
電荷と質量によるドリフト速度で移動させる工程と; ・異なる質量のイオンを継続集電し、集電イオン電流を
信号処理手段に伝送して集電イオンの強度と到達時間を
測定する工程と;からなり、前記強度と到達時間が試料
気体流れの成分の量と強度を示す気体中の成分検出方法
を要旨とする。
【0013】
【作用】本発明の改良イオン移動度分光計は1電子ボル
トの何分の1以下の電子エネルギーレベルで捕獲できる
非常に高い断面積性を提供する電子捕獲法を用いる。こ
れは上記説明の先行技術電荷移動法と装置の効率より遥
かに高いイオン化効率を提供する。
トの何分の1以下の電子エネルギーレベルで捕獲できる
非常に高い断面積性を提供する電子捕獲法を用いる。こ
れは上記説明の先行技術電荷移動法と装置の効率より遥
かに高いイオン化効率を提供する。
【0014】本発明の電子捕獲法は、イオン移動度分光
計のイオン化域と、イオンドリフト域の出発点に主とし
て関連する。前記イオンドリフト域の後半部分と、本題
のイオン移動度分光計の集電装置がほぼ通常の設計のも
のである。
計のイオン化域と、イオンドリフト域の出発点に主とし
て関連する。前記イオンドリフト域の後半部分と、本題
のイオン移動度分光計の集電装置がほぼ通常の設計のも
のである。
【0015】本発明の検出器は不活性キャリヤガス例え
ば窒素を用いて問題の分子の試験をするための空気試料
を主題のイオン移動度分光計に供給するものである。前
記窒素キャリヤガスを放射性源例えばトリチウム又はニ
ッケル63からの放射線で照射して窒素陽イオンと電子
を形成する。求電子分子が結合による熱中性子化電子と
反応して陰イオンを形成する。同様にして、他の非求電
子有機化合物はN2イオンと反応して有機陽イオンを形
成できる。
ば窒素を用いて問題の分子の試験をするための空気試料
を主題のイオン移動度分光計に供給するものである。前
記窒素キャリヤガスを放射性源例えばトリチウム又はニ
ッケル63からの放射線で照射して窒素陽イオンと電子
を形成する。求電子分子が結合による熱中性子化電子と
反応して陰イオンを形成する。同様にして、他の非求電
子有機化合物はN2イオンと反応して有機陽イオンを形
成できる。
【0016】問題のイオン移動度分光計のイオン化室は
電子と陽イオン双方のイオン母集団が前記β粒子のキャ
リヤガスに作用して蓄積が可能になる零電界域である。
高密度の電子が問題の分子をイオン化する可能性を非常
に高くするので、イオン化の効率も極めて高くなる。
電子と陽イオン双方のイオン母集団が前記β粒子のキャ
リヤガスに作用して蓄積が可能になる零電界域である。
高密度の電子が問題の分子をイオン化する可能性を非常
に高くするので、イオン化の効率も極めて高くなる。
【0017】本明細書で更に説明するように、本発明の
装置ならびに方法でいくつかの非常に有意な利点を達成
する。詳述すれば、陰イオンに対しては、イオン化の方
法を先行技術の電荷移動法から電子捕獲法に変えること
により有意に改良する。反応体イオン濃度(電子もしく
は陽イオン)を高めることで、イオン化の可能性も高め
る。問題の装置は先行技術のようにシャッターグリッド
として使用しないので、シャッターグリッドの放電によ
るイオンの損失はない。20mSの時間を超えて蓄積さ
れるイオンは0.2mSのパルスに圧縮できる。これは
密度と、瞬間的に集電した電流を100の計数だけ増加
させる。陰イオンモードにおいては、問題の軽イオン、
あるいは「重」イオンからの自然解離では他の軽イオン
を遮蔽する反応体イオンは問題の装置には発生しない。
これは、イオン化後解離する多数の有機ニトロ爆発性分
子例えばRDXの検出にはとりわけ重要である。RDX
は先行技術イオン移動度分光計では通常検出できない。
そのうえ、先行技術イオン移動度分光計においては、反
応体イオンによる大空間電荷によるドリフト界のひずみ
は起こらない。電子空間電荷を数マイクロセカンドで除
去して、すべての陰イオンから十分に分離する。これは
さらに、斥力作用空間電荷が起因する拡散を減少させ、
従って分解能を増大させる。
装置ならびに方法でいくつかの非常に有意な利点を達成
する。詳述すれば、陰イオンに対しては、イオン化の方
法を先行技術の電荷移動法から電子捕獲法に変えること
により有意に改良する。反応体イオン濃度(電子もしく
は陽イオン)を高めることで、イオン化の可能性も高め
る。問題の装置は先行技術のようにシャッターグリッド
として使用しないので、シャッターグリッドの放電によ
るイオンの損失はない。20mSの時間を超えて蓄積さ
れるイオンは0.2mSのパルスに圧縮できる。これは
密度と、瞬間的に集電した電流を100の計数だけ増加
させる。陰イオンモードにおいては、問題の軽イオン、
あるいは「重」イオンからの自然解離では他の軽イオン
を遮蔽する反応体イオンは問題の装置には発生しない。
これは、イオン化後解離する多数の有機ニトロ爆発性分
子例えばRDXの検出にはとりわけ重要である。RDX
は先行技術イオン移動度分光計では通常検出できない。
そのうえ、先行技術イオン移動度分光計においては、反
応体イオンによる大空間電荷によるドリフト界のひずみ
は起こらない。電子空間電荷を数マイクロセカンドで除
去して、すべての陰イオンから十分に分離する。これは
さらに、斥力作用空間電荷が起因する拡散を減少させ、
従って分解能を増大させる。
【0018】以上の利点と他の利点が組合わさって、上
述の先行技術の検出器よりもすぐれた分解能を有する更
に感度のよい検出器を生産する。これらの改良は本発明
の検出器が、プラスチック爆薬の共通成分である極めて
低い揮発性化合物例えばRDXからの蒸気検出を可能に
させる。この特別用途には、検出器を100℃以上の高
温で操作することである。
述の先行技術の検出器よりもすぐれた分解能を有する更
に感度のよい検出器を生産する。これらの改良は本発明
の検出器が、プラスチック爆薬の共通成分である極めて
低い揮発性化合物例えばRDXからの蒸気検出を可能に
させる。この特別用途には、検出器を100℃以上の高
温で操作することである。
【0019】
【実施例】本発明による検出器を図1に示し、数字で2
0に全体を示す。検出器20は問題の試料分子を窒素流
れに乗せて中に供給する入口22を具備する。しかし、
他の不活性キャリヤガスを窒素の代りに使用しても差支
えないことがわかるようになる。例えば、陽イオン検出
にはヘリウムが好ましいようである。問題のキャリヤガ
スと試料ガスを入口22からディフューザー24を通し
てイオン化室26に案内する。前記ディフューザー24
は問題のキャリヤガスと試料空気を前記イオン化室26
をほぼ均一に横切る拡散に機能的に作用する。前記入口
22とディフューザー24をなるべく寸法をとり、問題
のキャリヤガスと試料空気を約1乃至5mm/秒の平均
速度で前記イオン化室の通過達成に機能的に作用させる
ことである。
0に全体を示す。検出器20は問題の試料分子を窒素流
れに乗せて中に供給する入口22を具備する。しかし、
他の不活性キャリヤガスを窒素の代りに使用しても差支
えないことがわかるようになる。例えば、陽イオン検出
にはヘリウムが好ましいようである。問題のキャリヤガ
スと試料ガスを入口22からディフューザー24を通し
てイオン化室26に案内する。前記ディフューザー24
は問題のキャリヤガスと試料空気を前記イオン化室26
をほぼ均一に横切る拡散に機能的に作用する。前記入口
22とディフューザー24をなるべく寸法をとり、問題
のキャリヤガスと試料空気を約1乃至5mm/秒の平均
速度で前記イオン化室の通過達成に機能的に作用させる
ことである。
【0020】前記イオン化室は、好ましくは10乃至3
0mmの範囲の直径“D”と、2乃至5mmの範囲の長
さ“L”の浅いシリンダーである。前記イオン化室26
の壁体は図1に示された放射性ニッケル63からなる。
しかし、上述で注目されるように、他の放射性源、例え
ばトリチウムを前記ニッケル63の代りに用いても差支
えない。問題のキャリヤガスと試料空気はイオン化室2
6を通って進み、開放形グリッド電極E1を通って出
て、数個の電界画定電極E2乃至E5を備えるイオンド
リフト域30に入る。
0mmの範囲の直径“D”と、2乃至5mmの範囲の長
さ“L”の浅いシリンダーである。前記イオン化室26
の壁体は図1に示された放射性ニッケル63からなる。
しかし、上述で注目されるように、他の放射性源、例え
ばトリチウムを前記ニッケル63の代りに用いても差支
えない。問題のキャリヤガスと試料空気はイオン化室2
6を通って進み、開放形グリッド電極E1を通って出
て、数個の電界画定電極E2乃至E5を備えるイオンド
リフト域30に入る。
【0021】前記グリッド電極E1は時間の大部分、前
記イオン化室22の残りの壁体と同一電位で維持され
て、大きく零電界になった空間を提供する。電子と陽イ
オン電荷は強まり、問題の試料分子は前記電子と反応し
て陰イオンを形成する。
記イオン化室22の残りの壁体と同一電位で維持され
て、大きく零電界になった空間を提供する。電子と陽イ
オン電荷は強まり、問題の試料分子は前記電子と反応し
て陰イオンを形成する。
【0022】前記ニッケル63からのβ粒子の範囲は検
出器20中のキャリヤガスにおいて15mmもの長さで
あってもよい。従って、若干の主要β粒子が前記グリッ
ドE1を超えて前記グリッドE1と、検出器20のイオ
ンドリフト域30の下流に設けられた2番目の開放形グ
リッド電極E2の間の域に入る。更に、陽イオンと電子
をこの域で発生させるが、ここでは必要のないものであ
る。これらのイオンが前記イオンドリフト域30を通過
し、イオンドリフト域30の端にある集電板32で集電
されないようにするため、ほぼ100ボルトの電位を前
記2つの電極E1とE2の間で、前記開放形グリッド電
極E2と集電板32の間のドリフト域の電界に対し反対
の方向に維持する。陰イオン分析には、前記開放形グリ
ッド電極E2を前記開放形電極E1よりも更に陰性の1
00乃至200ボルトに維持する。得られた効果は、前
記イオン化室2b内で発生したイオンが前記イオン化室
にあるまま滞留するが、開放形グリッド電極E1とE2
の間の域に発生したイオンは、これらのグリッド電極E
1とE2の一方か他方に対し、その移動度しだいの速度
で移動することになる。重イオンは約1乃至2mS内で
放電される。しかし、電子は1000倍も速く、あるい
は約1乃至2マイクロセカンドで放電される。これは、
この域で正味の陽イオンを発生させるが、残りのドリフ
ト域30に入って前記集電電極32の方向に逃散できる
イオンはない。
出器20中のキャリヤガスにおいて15mmもの長さで
あってもよい。従って、若干の主要β粒子が前記グリッ
ドE1を超えて前記グリッドE1と、検出器20のイオ
ンドリフト域30の下流に設けられた2番目の開放形グ
リッド電極E2の間の域に入る。更に、陽イオンと電子
をこの域で発生させるが、ここでは必要のないものであ
る。これらのイオンが前記イオンドリフト域30を通過
し、イオンドリフト域30の端にある集電板32で集電
されないようにするため、ほぼ100ボルトの電位を前
記2つの電極E1とE2の間で、前記開放形グリッド電
極E2と集電板32の間のドリフト域の電界に対し反対
の方向に維持する。陰イオン分析には、前記開放形グリ
ッド電極E2を前記開放形電極E1よりも更に陰性の1
00乃至200ボルトに維持する。得られた効果は、前
記イオン化室2b内で発生したイオンが前記イオン化室
にあるまま滞留するが、開放形グリッド電極E1とE2
の間の域に発生したイオンは、これらのグリッド電極E
1とE2の一方か他方に対し、その移動度しだいの速度
で移動することになる。重イオンは約1乃至2mS内で
放電される。しかし、電子は1000倍も速く、あるい
は約1乃至2マイクロセカンドで放電される。これは、
この域で正味の陽イオンを発生させるが、残りのドリフ
ト域30に入って前記集電電極32の方向に逃散できる
イオンはない。
【0023】約10乃至20mSの時間の後、前記反応
もしくはイオン化域26には陽イオン、電子及び陰試料
イオンが入っている。前記開放形グリッド電極E1とE
2の間の域には電子と陽イオンが入っている。前記入口
ディフューザー24と放射性源28を前記開放形グリッ
ド電極より更に陰性にすることで、周期的に電界が前記
反応もしくはイオン化域26を横切ってつくられる。5
00乃至1000ボルトの高電位差が0.1乃至0.2
mSの間隔で切換えられる。これは陰イオンの大部分を
検出器20の反応器もしくはイオン化域から掃引するに
は十分である。電界の反応もしくはイオン化域26を横
切る切換えと同時に、電界を前記開放形グリッド電極E
1とE2の間を逆流させて、前記開放形グリッド電極E
1が開放形グリッド電極E2よりさらに陰性とする。お
のおのの電極上の陰イオン分析にとっての電位は図2に
グラフで示される。
もしくはイオン化域26には陽イオン、電子及び陰試料
イオンが入っている。前記開放形グリッド電極E1とE
2の間の域には電子と陽イオンが入っている。前記入口
ディフューザー24と放射性源28を前記開放形グリッ
ド電極より更に陰性にすることで、周期的に電界が前記
反応もしくはイオン化域26を横切ってつくられる。5
00乃至1000ボルトの高電位差が0.1乃至0.2
mSの間隔で切換えられる。これは陰イオンの大部分を
検出器20の反応器もしくはイオン化域から掃引するに
は十分である。電界の反応もしくはイオン化域26を横
切る切換えと同時に、電界を前記開放形グリッド電極E
1とE2の間を逆流させて、前記開放形グリッド電極E
1が開放形グリッド電極E2よりさらに陰性とする。お
のおのの電極上の陰イオン分析にとっての電位は図2に
グラフで示される。
【0024】約0.2mS後、反応又はイオン化域26
を横切る電界を再度零に低下させ、イオン母集団を再度
イオン化室26で蓄積を可能にする。同時に、前記反応
又はイオン化室26から逃散した陰イオンは環状電極E
2乃至E5によりドリフト域又はチューブ30の下流に
維持される定常電界を経験し、前記ドリフト域30を前
記集電電極32に向って押し下げる。電子も前記ドリフ
ト域30を押し下げるが、その速度は最小の陰イオンの
約1000倍もの速さである。すべての電子が約100
マイクロセカンド以内にドリフトチューブから一掃され
る。陰イオンの全部は約2mS以内に前記開放形グリッ
ド電極E2を通過する。この時間の後、前記開放形グリ
ッド電極E1とE2の間の電界を図2に示されたように
再度逆流させる。前記陰イオンは前記ドリフト域30に
移動し続け、大地電位で都合良く保持される集電電極3
2に到達する。移動時間は軽イオンから最も重いイオン
に至るまで約5mS乃至約18mSに変化する。前記開
放形グリッド電極E1とE2の間の域で、前記開放形グ
リッド電極E1が前記開放形電極E2よりもより陰性に
なる約2mSの間に発生される電子も前記チューブを下
流に移動するが、前記グリッドを最初に切換える2.1
mS以内に到達する。このように、電子は最も軽い陰イ
オンから十分に分離され約4mSで集電板32に到達す
る。そのうえ、電子捕獲プロセスはこの高電界域で起こ
らないので、イオンピークのぼけは起こらない。
を横切る電界を再度零に低下させ、イオン母集団を再度
イオン化室26で蓄積を可能にする。同時に、前記反応
又はイオン化室26から逃散した陰イオンは環状電極E
2乃至E5によりドリフト域又はチューブ30の下流に
維持される定常電界を経験し、前記ドリフト域30を前
記集電電極32に向って押し下げる。電子も前記ドリフ
ト域30を押し下げるが、その速度は最小の陰イオンの
約1000倍もの速さである。すべての電子が約100
マイクロセカンド以内にドリフトチューブから一掃され
る。陰イオンの全部は約2mS以内に前記開放形グリッ
ド電極E2を通過する。この時間の後、前記開放形グリ
ッド電極E1とE2の間の電界を図2に示されたように
再度逆流させる。前記陰イオンは前記ドリフト域30に
移動し続け、大地電位で都合良く保持される集電電極3
2に到達する。移動時間は軽イオンから最も重いイオン
に至るまで約5mS乃至約18mSに変化する。前記開
放形グリッド電極E1とE2の間の域で、前記開放形グ
リッド電極E1が前記開放形電極E2よりもより陰性に
なる約2mSの間に発生される電子も前記チューブを下
流に移動するが、前記グリッドを最初に切換える2.1
mS以内に到達する。このように、電子は最も軽い陰イ
オンから十分に分離され約4mSで集電板32に到達す
る。そのうえ、電子捕獲プロセスはこの高電界域で起こ
らないので、イオンピークのぼけは起こらない。
【0025】前記パルスの前記2mS中に、開放形グリ
ッド電極E1とE2の間の域に存在した陽イオンは、前
記パルスとパルス中に生産されるものに先立って、反応
又はイオン化域に移動するが、電界が除去される前には
入口ディフューザーに到達しない。このようにして、周
期の初めに、反応又はイオン化室26に陽イオンの余分
ができる。この陽イオン空間荷電は電子と陰イオンの反
応域の中心に向けて、又それらを別の方法で放電させる
壁体とグリッドから離れて電子と陰イオンの引力として
作用する。これは電子濃度を含む点と、それらの形成後
の陰イオンの損失のない点で重要な利点である。
ッド電極E1とE2の間の域に存在した陽イオンは、前
記パルスとパルス中に生産されるものに先立って、反応
又はイオン化域に移動するが、電界が除去される前には
入口ディフューザーに到達しない。このようにして、周
期の初めに、反応又はイオン化室26に陽イオンの余分
ができる。この陽イオン空間荷電は電子と陰イオンの反
応域の中心に向けて、又それらを別の方法で放電させる
壁体とグリッドから離れて電子と陰イオンの引力として
作用する。これは電子濃度を含む点と、それらの形成後
の陰イオンの損失のない点で重要な利点である。
【0026】陽イオン分析には、電界と電位を上述の実
施例から逆行させるが、調時順序はそのまま残すことが
できる。
施例から逆行させるが、調時順序はそのまま残すことが
できる。
【0027】
【発明の効果】本発明は、イオン移動度分光計の効率
性、分解能及び感度の広範な改良に資する方法と装置に
関するものである。本発明は、今まで検出が不可能であ
った求電子蒸気例えば爆発性蒸気の濃度を極めて低くで
きる。本発明のさらなる利点は、反応体イオンを除去
し、それによって他の軽イオン例えば一定の爆発性イオ
ンから解離する陰NO3イオンの検出を可能にすること
で達成できる。本明細書の本発明の記述は主として陰イ
オンの分析に関連する。しかし、陽イオンに対する感度
も本発明の装置と方法により改良できることがわかる。
性、分解能及び感度の広範な改良に資する方法と装置に
関するものである。本発明は、今まで検出が不可能であ
った求電子蒸気例えば爆発性蒸気の濃度を極めて低くで
きる。本発明のさらなる利点は、反応体イオンを除去
し、それによって他の軽イオン例えば一定の爆発性イオ
ンから解離する陰NO3イオンの検出を可能にすること
で達成できる。本明細書の本発明の記述は主として陰イ
オンの分析に関連する。しかし、陽イオンに対する感度
も本発明の装置と方法により改良できることがわかる。
【図1】本発明による検出器の横断面図である。
【図2】電極電位を示すグラフであって、(A)は全体
図、(B)は(A)に示されたグラフの一部分の拡大図
である。
図、(B)は(A)に示されたグラフの一部分の拡大図
である。
【図3】先行技術のイオン移動度分光計を利用する先行
技術検出器の略横断面図である。
技術検出器の略横断面図である。
10 イオン移動度分光計 12 イオン化域 14 ドリフト域 16 シャッターグリッド 20 検出器 22 入口 24 ディフューザー 26 イオン化室 28 放射性源 30 イオンドリフト域(チューブ) 32 集電板
Claims (14)
- 【請求項1】 気体中の成分検出の装置であって、 ・イオン化室と; ・成分検出をする試料気体流れを前記イオン化室に送出
する気体入口と; ・前記試料気体流れを前記イオン化室をほぼ均等に横切
って拡散させる手段と; ・前記イオン化室で陽イオンと電子を前記試料気体流れ
の主要部分の照射により発生させ、又他のイオンを一次
電子と陽イオンとを前記試料気体流れの中で結合又はイ
オン交換して発生させる放射性源と; ・前記イオン化室と連絡して前記イオン化室内に電界を
画定する切換え可能の開放形グリッド電極と; ・前記開放形グリッド電極と連絡する細長いドリフト室
と; ・零電界空間を前記イオン化室に周期的に供給してイオ
ン母集団が前記イオン化室に蓄積させ、その後、高電界
を前記イオン化室を横切って1ミリセカンド以下の時間
供給して、前記イオン化室にある一極性の大抵のイオン
を前記開放形グリッド電極を通して周期的に一掃前記ド
リフト室に入れ、又反対の極のイオンをイオン化室の壁
体に放電させる切換え手段と; ・前記開放形グリッド電極に対向するドリフト室の端に
配設された集電電極と; ・前記開放形グリッド電極と前記集電電極の間の前記ド
リフト室のその反対端に、イオンを前記ドリフト室を通
して、それぞれの電荷と質量によるドリフト速度で移動
させる電界を供給する手段と; ・異なる質量のイオンを継続して集電する手段と、集電
したイオン電流を信号処理手段に伝送して集電イオンの
強度と到達時間を測定する手段と;からなり、 前記強度と到達時間が前記試料気体流れの成分の量と強
度を示すことを特徴とする気体中の成分検出の装置。 - 【請求項2】 前記イオン化照射をNi63β源により
供給することを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記イオン化室が10乃至30mmの直
径と、略2乃至5mmの長さを有することを特徴とする
請求項1の装置。 - 【請求項4】 前記試料気体速度を5mm/秒以下に維
持することを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項5】 前記イオン化室を横切って加えられた前
記周期的電界が、陰イオンと電子を切換え可能開放形グ
リッド電極を通して、前記陰イオンと電子を前記集電電
極の方向に向ける電界を備えるドリフト室に案内するこ
とを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項6】 前記イオン化室を横切って加えられた前
記周期的電界が、陽イオンを前記最初の切換え可能の開
放形グリッド電極を通して、前記陽イオンを前記集電電
極の方向に向ける電界を備える前記2番目の細長い室に
案内することを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項7】 前記細長いドリフト室が、中空横断面の
電極を画定する複数の電界からなることを特徴とする請
求項1の装置。 - 【請求項8】 前記開放形グリッド電極と前記電界画定
電極の一番目との間の電位を維持する手段と; ・前記電極間の電位を周期的に切換えて、電界を逆の方
向に前記細長いドリフト室の電界の残部に供給して、い
ずれのイオンも下流の前記細長いドリフト室に移動させ
ないようにする手段と; ・前記開放形グリッド電極と前記電界画定電極の一番目
との間の電位を前記細長いドリフト室を下る残部電界
(この電界は前記イオン化室を横切る電界を加えること
と同調して始める切換えを行って、イオンが前記切換え
期間中前記細長いドリフト室への通過を容易にする)と
同一の方向に切換える手段と;からなることを特徴とす
る請求項7の装置。 - 【請求項9】 前記一番目の電界画定電極が開放形金属
メッシュからなることを特徴とする請求項8の装置。 - 【請求項10】 前記開放形グリッド電極と前記1番目
の電界画定電極の間の電位を100乃至200ボルトか
ら反対極で100乃至200ボルトの値になるよう切換
えることを特徴とする請求項8の装置。 - 【請求項11】 気体中の成分検出法であって; ・成分試験をしようとする試料気体流れをイオン化室に
送出する工程と; ・前記試料気体流れの主要部分を照射して陽イオンと電
子を発生させ、又前記発生陽イオンと電子と前記試料気
体流れ中で結合あるいはイオン交換して他の分子イオン
を発生させる工程と; ・零電界空間を前記イオン化室内に設けてイオン母集団
を前記イオン化室に蓄積させる工程と; ・前記イオン化室を横切る高電界を1ミリセカンド以下
の時間周期的に供給して、前記イオン化室の1極の大抵
のイオンを前記イオン化室から一掃させ、且つ反対極の
イオンをイオン化室の壁体上に放電させる工程と; ・前記イオン化室と連絡するドリフト室を配設し、前記
イオン化室から遠隔のドリフト室の端部に集電電極を備
える工程と; ・前記ドリフト室に電界を供給してイオンがそれぞれの
電荷と質量によるドリフト速度で移動させる工程と; ・異なる質量のイオンを継続集電し、集電イオン電流を
信号処理手段に伝送して集電イオンの強度と到達時間を
測定する工程と;からなり、 前記強度と到達時間が試料気体流れの成分の量と強度を
示すことを特徴とする気体中の成分検出方法。 - 【請求項12】 前記試料気体送出工程が気体進度をイ
オン化室を通って5mm/秒以下に維持することからな
ることを特徴とする請求項11の方法。 - 【請求項13】 前記零電界空間を前記イオン化室に設
け、又前記イオン化室を横切る高電界を周期的に供給す
る工程を前記イオン化室と連絡する開放形グリッド電極
で実施することと、電界を前記ドリフト室に供給する工
程を前記イオン化室に隣接する一番目の電界画定電極
と、前記一番目の電界画定電極と前記集電電極の中間に
配列された少くとも1つの追加電界画定電極により実施
する工程と; ・前記イオン化室の開放形グリッド電極と前記電界画定
電極の一番目との間の電位を維持する工程と; ・前記電極の間の電位を周期的に切換えて、電界を逆方
向に前記ドリフト室の電界の残部に供給してイオンを前
記イオン化室から下流の細長いドリフト室に移動させな
いようにする工程と; ・前記開放形グリッド電極と前記電界画定電極の一番目
との間の電位を前記細長いドリフト室を下る残部電界
(この電界は前記イオン化室を横切る電界を加えること
と同調して始める切換えを行って、イオンが前記切換え
期間中前記細長いドリフト室への通過を容易にする)と
同一の方向に周期的に切換える工程と;からなることを
特徴とする請求項11の方法。 - 【請求項14】 前記イオン化室の開放形グリッド電極
と前記一番目の電界画定電極の間の電位を100乃至2
00ボルトから反対極に100乃至200ボルトの値に
切換えることを特徴とする請求項13の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9200865.5 | 1992-01-16 | ||
GB9200865A GB2263358A (en) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | Ion mobility spectrometers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05264505A true JPH05264505A (ja) | 1993-10-12 |
JP3177329B2 JP3177329B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=10708667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2327893A Expired - Fee Related JP3177329B2 (ja) | 1992-01-16 | 1993-01-18 | 気体中の成分検出の方法とその装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0551722B1 (ja) |
JP (1) | JP3177329B2 (ja) |
DE (1) | DE69208242T2 (ja) |
ES (1) | ES2086086T3 (ja) |
GB (1) | GB2263358A (ja) |
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JP2011517025A (ja) * | 2008-04-03 | 2011-05-26 | エンバイロニクス オユ | ガス測定方法、および対応するイオン移動度分光計 |
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US6765198B2 (en) * | 2001-03-20 | 2004-07-20 | General Electric Company | Enhancements to ion mobility spectrometers |
RU2187099C1 (ru) * | 2001-05-30 | 2002-08-10 | ООО "Лаборатория биохимических методов" | Устройство для измерения спектров подвижности ионов |
GB0620749D0 (en) * | 2006-10-19 | 2006-11-29 | Smiths Group Plc | Spectrometer apparatus |
CN103165385B (zh) * | 2011-12-19 | 2015-07-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种离子迁移谱微电流信号引出装置 |
CN103165386B (zh) * | 2011-12-19 | 2015-11-04 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于离子迁移谱的离子接收装置 |
CN103871821A (zh) * | 2012-12-12 | 2014-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种离子迁移谱离子信号引出和密封装置 |
DE102018107910A1 (de) * | 2018-04-04 | 2019-10-10 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Ionenmobilitätsspektrometer und Verfahren zur Analyse von Proben durch Ionenmobilitätsspektrometrie |
DE102018107909A1 (de) * | 2018-04-04 | 2019-10-10 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Ionenmobilitätsspektrometer und Verfahren zur Analyse von Proben durch Ionenmobilitätsspektrometrie |
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US3845301A (en) * | 1972-05-10 | 1974-10-29 | Franklin Gno Corp | Apparatus and methods employing ion analysis apparatus with enhanced gas flow |
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-
1992
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