JPH06511104A - イオン移動度スペクトル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イオン移動度スペクトル装置 ［技術分野］ 本発明はイオン移動度スペクトル（ＩＭＳ）装置に関する。

［背景技術］ １ＭＳ装置は大気中の関心のあるガスと蒸気の検出と捜索の為に益々使用されて いる。この種の装置の動作原理は当業者に周知のところであり、例えばティーダ ブリューカール（Ｔ　Ｗ　Ｃａｒｒ）著プレナムプレス（Ｐｒｅｎｕｍ　Ｐｒｅ ｓｓ）１９８４年出版１プラズマクロマトグラフィ」中に記載されている。

１ＭＳ技術の一つの欠点は装置内に存在する水蒸気およびその他の汚染物が関心 のある多数の蒸気の検出に干渉を生じる可能性のあることである。これは、サン プルを導入する装置内に乾燥清浄空気の流れを作ると言う常套手段を導くことと なるが、この乾燥清浄空気の流れは外部的な源泉からか、または、例えば本出願 人のＣＡＭ（ＲＴＭ）化学物質モニターの場合のような可搬的な装置の場合、フ ィルターと乾燥器とを含む内部循環システムによって行われている。この種のシ ステムは米国特許第４３１７９９５号明細書に記載されている。

乾燥清浄空気の連続流の提供の必要性は、循環ループ内への空気流を維持する為 の電気的ファン乃至ポンプの連続的な動作の為に通常必要としない程非常に大き な電源を必要とし装置の内部設計と製造とを相当に複雑なものとするので１ＭＳ 装置の小形化に制約をもたらす。

少なくとも部分的にこれらの欠点を回避し、これにより１ＭＳ装置を更に小形化 するのが本発明の目的である。

［発明の開示コ 本発明によれば、１ＭＳセルと吸収性材料の本体とを含む気密封じ区画室と、そ の入口から区画室中へサンプルを導入するサンプリング装置とを有し、１ＭＳ装 置はサンプル内に存在する関心のあるガスまたは蒸気を検出しまたは確認するよ うに配列され、水蒸気その他の区画室内に存在する干渉性のガスは区画室内で拡 散されて吸収性材料の本体によって吸収されるような１ＭＳ装置が提供される。

本発明はまた、１ＭＳセルと吸収性材料とを有する気密封じされた区画室を有す る１ＭＳ装置であって、この区画室内にサンプルはこの種のサンプル内に存在す る関心のあるガスまたは蒸気の検出または確認を可能とするために導入され、区 画室内に導入されまたは区画室内にその他の理由で存在する水蒸気またはその他 の干渉性物質は区画室内で拡散され吸収性物質の本体で吸収され、これによって 乾燥清浄大気が区画室内に維持されるものに延長される。

本発明によるＩ　Ｍ　Ｓ装置は乾燥清浄空気の連続流を必要としないものなので 、これは小型に簡単に且嵩高でなく作り得て従来よりも更に迅速な操作が可能で ある。

［実施例コ 本発明は各種の要領で実用化し得ようが、１特定実施例を添付図面を参照して説 明するが、図において、図１は本発明による実施例による１ＭＳ装置の略図であ り、 図２は１ＭＳ装置の好ましい実施例の一部の構造と配列を更に明確に示す断面図 であり、 図３は図２の実施例の一部の平面図であり、図４は端部閉止材を除去した、図２ の矢印■の方向に見た図２の実施例の側面図を示す。

図１を参照すると、１ＭＳ装置（ここでは略示する）は、中にＩＭＳセル構体１ ２が取付けられている封じしたケース１０と、モレキュラーシーブ材料を有する ガーゼ面を有する箱１４と、ドーパント浸透性源泉１６とを有する。

ＩＭＳセル構体１２は導入蒸気分子をイオン化するための通常ニッケルー６３の ような放射性源物質で内部被覆されたイオン化源１８と、セル１２の長手方向に 沿った静電電界を作る為のゲート電極１９と一連の電極２０とを有する電極構造 と、更に一方で特に表示装置または警報ユニット２６に接続された装置信号処理 および制御回路２４に接続されたコレクター電極２２とを有する。

電源２８がＩＭＳセル１２用に、また処理および制御回路２４用に適当な電圧と 電流とを供給している。

ケース１０はその壁３２に１ＭＳセル１２のイオン化源１８の直前にピンホール 開孔３０を有し、これには装置が使用されない時に開孔３０を封じする為の、こ こではキャップ３４で示す装置か備えられている。

ケース１０の終端壁３６は開孔３８を有し外部に開孔３８に直接に小型ムービン グコイル型スピーカー４０を有し、コーン４２の内面がケース１０の内部に空気 的に接触するようになされているが、開孔は別に封じされていてもよい。

電源２８、信号処理および制御回路２４および表示乃至警報ユニット２６はケー シング１０に取付けられまたはその延長部として形成されている外囲４２の中に 適当に含まれる。外囲４２はまたスピーカー４０の保護の役を果たし、装置が完 全に自給式の場合低圧−次または２次電池４４を電源２８への電力供給用に有し てもよい。

動作に当たっては、キャップ３４が開孔３０から外され、電力が１ＭＳセル１２ と信号処理回路２４とに低圧電池４４て駆動される電源２８から供給される。

関心のある蒸気を含有する可能性のある外気の個々のサンプルか封じされたケー ス１０中にピンホール孔３０を介して、当山願人の出願中のＰＣＴ特許出願第Ｐ ＣＴ／　Ｇ　Ｂ　９２　／　−１２５９号に記載の要領のスピーカー４０の周期 的な付勢によって引き込まれる。

個々のサンプルか単一繰返しパルス状にケース１０中に引き込まれると、これら はイオン化源の領域からゆっくりと拡散される（比較的急速に行われる分析の後 に）。

ガーゼ面容器１４に取付けられたモレキュラーシーブ乾燥剤は外気から吸入され た水蒸気を十分に吸収することが可能で、ケーシング１０内の乾燥内部大気を維 持するのに充分でサンプル内の水に敏感な試料の連続的な１ＭＳ検知を可能とす る。従って、内部雰囲気は次のサンプルの導入時に十分に乾燥しており、前のサ ンプルからのケース内になお存在する可能性のある水蒸気による汚染を避けるの に十分となっている。

スピーカー４０によって作られたケース内の短時間の負の圧力パルスは、殆ど定 常的な渦巻きリングで終了する層状ジェットの形でサンプルを引き込むようにす る。

渦巻きリングの位置は圧力パルスの振幅と持続時間と、更に孔の性質によって変 化する。パルスの長さおよび／または振幅を適当に調整することによってサンプ ルは正確にピンホール開孔３０から選択された調節可能な位置にデポジットさせ 得ることが発見されている。即ち、サンプルはイオン化源１８内に要求されたよ うに正確にデポジットされるように配置可能である。

イオン化源１８の領域からのサンプルと水蒸気の除去は動作巾約１ｋＶの電位に 維持されているイオン化源１８の近くにある開孔３０領域−外囲１０の一部一の 接地金属体の存在による「電気風」によって助勢される。

実際には、装置の使用者がプラグ３４を除去した後、使用者はユニットを付勢す るボタン（図示せず）を押すだけである。ユニットは次に自動的に一つの負の基 準読取りと一つの正の基準読取りを行い、次にスピーカー４０を付勢して分析す べき外気サンプルを注入し、更に引き続いて別の正の読みと別の負の読みを取る 。次にユニットは自動的に正のバックグラウンド読取りから正のサンプル読取り を減算してサンプル用の補正済の正の信号を得、同様に負のサンプル読取りから 負のバックグラウンド読取りを減算して補正済負サンプル信号を得る。負および 正の補正済信号はコンピューターメモリー（図示せず）に記憶されて表示装置（ ２６）を介して使用者によって観察されるか、代わりに直列ボート（図示せず） を介して外部コンピューターに負荷される。

更に特殊には、ボタンを押すと言う操作によって使用者は全ユニットを付勢し、 負イオンを検出するように１ＭＳセル１２に給電する。最初の負のバックグラウ ンド読取りが次に自動的に行われ、これに続いてセル１２の極性が反転されて正 イオンの検出を可能とし、この工程が繰り返される。スピーカー４０の引き続い ての付勢によって、サンプルはピンホール開孔３０を介して引き込まれ、更に、 正イオンを検出するようにまだ付勢されているセルによって正のサンプル読取り が行われる。セルの極性か次に再反転されて、負イオンの検出を可能とし、負の サンプル読取りか行われる。適当なデータ量かメモリーにその後の基準と分析の ために記憶されると、ユニットは自動的にスイッチオフされる。ボタンを押して 適当な量の読取りを行った後スイッチオフされるまでの全行程は約１／２秒の時 間を要するのみなので、ごく僅かの電池電力が使用されるのみである。従って電 池寿命は極端に長く、これはまた比較的小型の軽い電池が使用できることを意味 する。このことはユニットをポータプルガス検出器としての使用を有望にするも のである。

別のモードにおいては、使用者のその後の介入なしで、例えば各１０分ごとの繰 り返し測定を行うことを装置に使用者が命令することが可能である。出来上がっ た結果は一連のポート（図示せず）を介して遠隔記録装置におよび／または解析 用コンピューターに自動的に伝達してもよい。このように使用すると、本実施例 は非常に小型の遠隔検出装置を提供する。

このユニットによって提供された情報は比較的単純な（例えば検出すべきサンプ ルが存在するか否かと言うような単なる定性）場合もあろうが相当に複雑な場合 もある。夫々正または負の測定における１ＭＳセル１２の出力は精細なスペクト ルを構成しよう。後者の場合、負および正のサンプルスペクトルからの負および 正のバックグラウンドスペクトルの減算は使用者に負および正の補正されたサン プルスペクトルによって非常に精細な情報を提供するがこれらの補正済みスペク トルは負または正のバックグラウンドスペクトルを取ったときのケース１０の内 部に存在したどの汚染物質にも事実上無関係である。このようにして、ユニット は前のサンプルによって残されたであろう汚染物質の痕跡を自動的に補正する。

本発明によって作られた１ＭＳ装置は外部乾燥空気源もポンプを有する内部クロ ーズループ乾燥空気循環システムも必要としないことは注目すべきである。

内部ポンプの必要性か無いことは、装置の内部低圧電池から引き出す必要のある 電力を直ちに減少させ、装置の付勢の為に採用される電池を軽量、小形化する。

循環システムの除去は装置の内部設計を簡単化する。

装置は従って身体に装着した１ＭＳ装置が現世代ＩＭＳセルと処理、制御回路と を使用したとしても実行可能となる点までその体積と重量とを相当に減少し得る 。

その他の長所は本発明の主題である１ＭＳ装置の使用から生じる。例えば、ケー ス１０内部のモレキュラーシーブ材料１４の存在は水蒸気のみならず潜在的汚染 源である有機物蒸気が装置が不使用のとき、例えば貯蔵の時にもまたは操作使用 状態ではあるが未展開である時吸収されることが確実で従来装置では必要とされ たような予備的清浄化の必要なしに迅速な動作開始を可能とする。

迅速な動作開始と操作とは一方で装置が各操作の間遠続的に動作状態に維持する 必要性がない為に電力供給の容量が更に減少されることを意味する。

外部乾燥空気供給源または内部空気循環乾燥システムの必要性を除去する本発明 の使用によって可能とされる簡単化構造はまた本発明の装置が従来技術の１ＭＳ 装置に比較して製造が相当に安価であることを意味する。

図２．３および４を参照すると、これらは本発明の好ましい実施例による１ＭＳ 装置の実用化装置の各種の様子を示すものであるが、これらは、アルミニウム合 金の固体ブロックから機械加工された本体ケース５０が長手方向孔５２と５４と を有し、それらの中には夫々１ＭＳセル５６とモレキュラーシーブ乾燥剤を詰め た円筒状のガーゼ壁容器５８とを有する。

ケース５０はその一端部で、孔６２を通過してケース５０の端部面６６中のタッ プ孔６４に係合するねじによってケース５０の端部面に取り付けられた閉止板６ ０で封じられている。閉止板６０はねじ７２によって閉止板６０上にリング状の 反対孔７４に板７０のピンホール孔７６に整列させるまたはポート７８を閉止す る為に係合および回転させて取付けられる円形板７０を有するシャッター構体６ ８を有する。ボート７８内に位置する「０」リングシール８０がポート７８とシ ャッター板７０との間の封じを維持する。閉止板６０内の盲孔８２と８４はグミ ーｒＯＪリングシールを含んで回転する板７０の三点支持をなしている。

その反対側の端部では、ケース５０は孔９６を有する閉止板９０で閉止されてい る。ケース５０の内部に通ずる孔９６は閉止板９０の外面上に封じされた関係で 取付けられた小型スピーカー１００のコーン９８の内面に通じている。

１ＭＳセル５６のコレクター電極１０６のコネクターステム１０４は閉止板９０ 内の気密封じおよび電気的に絶縁された孔１０８を貫通している。

外囲、これは図示しないが、ケース５０の後方への延長部でもあるが、但し封じ される必要はないものであり、装置用の電源供給ユニット、電源供給ユニットに 電力を供給する一次または二次電池、装置制御およびおよび信号処理回路、およ び導入されたサンプルの問題のガスまたは蒸気の存在および／または濃度を表示 する表示モジュールを含んでいる。

装置を操作するには、円形板７０を手で回転してピンホール孔７６をポート７８ と整列させて外気とケース５０の内部とを連通させる。

一次または二次電池によって電源ユニットに供給された電力によって、１ＭＳセ ル５６と制御および処理回路は付勢されてスピーカー１００は使用者の下で操作 されて所定の割合で外気のパルスをピンホール孔７６とポート７８を介して１Ｍ Ｓセル５６の入口ポート中に導入され、そこでサンプルの成分はイオン化されて 生じたイオンはセル５６のドリフト領域に通過して周知の要領で分離と収集がな される。

図２．３および４に関連して説明した物理的な構造を使用することによって、長 さ約１５０ｍｍ、幅６０ｍｍ。

奥行き３５ｍｍの寸法の自己含有Ｉ　Ｍ　Ｓパーソナル蒸気検出器は実現されて 使用された。

各種の変形と変更とが本発明の範囲を逸脱することなしに上述した１ＭＳ装置に なし得ることは当業者に周知のところであろう。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．ＩＭＳセルと吸収材料本体とを有する気密封じされた区画室と、サンプルを 区画室の入口を介して導入するサンプリング装置とを有し、ＩＭＳセルはサンプ ル中に存在する問題のガスまたは蒸気を検出または特定するように配列され、区 画室内に導入されまたは存在する水蒸気またはその他の干渉性物質は区画室内で 拡散されて吸収材料本体によって吸収されるＩＭＳ装置。
2. ２．サンプリング装置は室内に負の圧力パルスを生じるように配列されて入口を 介してサンプルを導入する、請求項１記載のＩＭＳ装置。
3. ３．圧力パルス装置はトランスジューサーを有する、請求項２記載のＩＭＳ装置 。
4. ４．圧力パルス装置はスピーカーを有する、請求項２記載のＩＭＳ装置。
5. ５．吸収材料本体はモレキュラーシーブ材料を有する、請求項１乃至４項記載の ＩＭＳ装置。
6. ６．入口は区画室の壁内のピンホール孔を有する、請求項１乃至５項記載のＩＭ Ｓ装置。
7. ７．装置が使用されないときにピンホール孔を封じする封じ装置を含む請求項６ 記載のＩＭＳ装置。
8. ８．サンプルの室内への最終的な導入を行うサンプリング装置の付勢の前に基準 測定を行う為にＩＭＳセルを付勢する電子的制御装置を有する、請求項１乃至７ 項記載のＩＭＳ装置。
9. ９．補正済みサンプル測定を得る為にサンプル測定から基準測定を減算するよう に配列された解析装置を有する請求項８記載のＩＭＳ装置。
10. １０．電子的制御装置は、１方の電荷のイオンを検出して第１基準棚定を行うよ うにＩＭＳ装置を付勢し、次に反対電荷のイオンを検出して第２基準測定を行う が、この両者をサンプリング装置の付勢とサンプルの区画室内への最終導入の前 に行うように配列されている、請求項８または９項記載のＩＭＳ装置。
11. １１．電子的制御装置はサンプリング装置の付勢とその結果のサンプルの室内へ の導入の後１方の電荷のイオンの検出によって第１サンプル測定を行い、次に反 対電荷のイオンの検出によって第２サンプル測定を行うようにＩＭＳセルを付勢 するように配列されている、請求項８乃至１０項記載のＩＭＳ装置。
12. １２．ＩＭＳセルの出力は検出スペクトルでスペクトルはコンピューターメモリ ー内に記憶される請求項１乃至１１項記載のＩＭＳ装置。
13. １３．外部リンクを介してコンピューターメモリーに質問する為の入力／出力装 置を有する請求項１２記載のＩＭＳ装置。
14. １４．ＩＭＳ装置の使用者によって付勢されたとき、ＩＭＳセルが自動的に付勢 され、サンプリング装置が付勢されてサンプルが区画室内に導入され、ＩＭＳセ ルにサンプルを測定させ、更にセルから電力をスイッチオフさせるが、これらの 全てがその後の使用者の介入なしに行われるように電気的付勢装置が配列されて いる、請求項１乃至１３項記載のＩＭＳ装置。
15. １５．区画室は少なくとも一部材料のブロックで構成され、ＩＭＳセルと吸収性 材料はブロック内の夫々の平行孔内に含まれている請求項１乃至１４項記載のＩ ＭＳ装置。
16. １６．図１を参照して特に説明したようなものに事実上等しいＩＭＳ装置。
17. １７．図１乃至図４を参照して特に説明したようなものに事実上等しいＩＭＳ装 置。