JPH076729A - 隠された爆発物または麻薬の検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン易動度分光分析器を用いて隠された爆
発物または麻薬物が入っていると思われる容器の近傍の
表面またはそれらを運ぶ人物の衣服から付着性の埃の粒
子を回収することによって得られた物質の極微量のサン
プルを分析する、隠された爆発物および麻薬の検出装
置。 【構成】 埃の粒子は、時間がたつと、容器内に隠され
た爆発性または麻薬性物質から放出された上記を吸着す
る。プラスチック爆薬の上記圧は極めて低いが、物理的
な摩耗や操作によって周囲のその材料の固体微粒子を撒
き散らす。慣性回収器を使用して、気流によって埃の粒
子と微粒子を回収して、可動面上にある収集媒体上に堆
積される。その後、イオン易動度分光分析器の入口部に
近接する別の位置に移動させて、粒子を加熱して、その
粒子から物質を蒸発させて、イオン易動度分光分析器中
で分析する。 【効果】 可動面は、粒子用の複数の収集媒体を有する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極微量の爆発物または
麻薬物をイオン易動度分光計 (ion mobilityspectromet
er、IMS)を用いて分析するための隠された爆発物または
麻薬物の検出用装置に関するものであり、特に、爆発物
または麻薬物のサンプルを収集し、このサンプルを加熱
・蒸発させ、その蒸気を上記IMS 検出器へ送って検出す
るためのユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】国際的なテロリズムの脅威に対する安
全、特に空港の安全を確保するために、隠された爆発物
および麻薬物を検出する手段の開発が強く望まれてい
る。この問題は、1960年代の初期にニトログリセリンの
ダイナマイトが市場で入手可能になって以来から指摘さ
れ、多くの研究開発が行われてきた。しかし、国際テロ
の手口がより巧妙になり、ＴＮＴやＤＮＴの他にＥＧＤ
Ｎ、Ｃ−４、水−ゲル／スラリー／エマルジョン、プラ
スチック爆薬といった新しい爆発物が使用されるように
なってきている。これらの爆発物の多くは蒸気圧が低い
ため、これらの物質から出る蒸気、特に空港等の輸送施
設で取り扱われるスーツケースや鞄等に隠された爆発物
から放出される蒸気を検出するための試みが行われてき
ている。

【０００３】バーリンガー(Anthony Barringer) の米国
特許第 3,759,617号と第 3,768,302号には、空中の微粒
子を回収・濃縮する方法および装置と、微粒子から放出
された蒸気を分析する手段とが記載されている。これれ
らの特許は鉱物探査と地球化学探査に関するものである
が、米国特許第 3,759,617号の第６欄、第25〜27行には
「本発明は麻薬や爆発物の検出のような他の遠隔探知に
も応用することができる」と記載されており、米国特許
第 3,768,302号の第６欄、第59〜64行には「本発明は、
航空機の客室、手荷物室、税関区域、船舶係留区域等か
ら大量の空気サンプルを採取するために使用することも
できる」と記載されている。さらに、この特許には「大
気中の粒子を回収・濃縮して、麻薬物の微量な放出蒸気
を分析する」とも記載されている。

【０００４】レイド(Neil M. Reid)達の米国合衆国特許
第 4,580,440号、第4,718,268 号には、分析器として質
量分析計を用いて運送貨物のコンテナ中の密輸品を検出
する方法が記載されている。これらの特許には、麻薬や
爆発物のような密輸品の多くは蒸気圧は低いが、たとえ
包装されていたとしても、微粒子や蒸気が放出され、最
後にはこれら微粒子や蒸気は沈降して容器内の埃等の微
粒子と一緒に凝集するということが記載されている。ま
た、密輸品から放出された蒸気は、時間の経過ととも
に、濃縮器の役目をするコンテナ中で非密品から出る粒
子によって吸着されるので、コンテナ内を撹拌してこれ
ら微粒子を空中に舞い上げさせれば、コンテナ内の空気
サンプルを回収することができると記載されている。こ
の空気サンプルの回収は通常のサイクロンまたは金網製
の円筒フィルターを用いて行うことができる。この円筒
フィルタでは、採取すべき空気サンプルを含んだ気流を
円筒フィルタの中心に入れ、放射方向外側へ取り出し
て、微粒子を金網製円筒フィルターの表面で回収する。
微粒子の回収を良くするために金網製円筒フィルターの
表面には軽油等の適当に粘性のある物質が被覆されてい
る。コンテナ中の微粒子が密輸品からの揮発性蒸気を吸
着する時間は極めて長いため、極めて大きな濃縮効果が
得られる。気流から微粒子を回収した後の金網製円筒フ
ィルターは分析器で分析される。米国特許第 4,580,440
号と第 4,718,268号では質量分析計が用いられる。分析
器では、加熱キャリヤーガスまたは誘導加熱ヒーターを
用いて金網製円筒フィルターを加熱して微粒子に吸着さ
れた蒸気を急速に放出させ、その蒸気を直ちに分析器へ
送る。質量分析計では、これらの放出蒸気を分析して爆
発物（ＴＮＴ、ＲＤＸ、ＰＥＴＮ等）やドラッグ（コカ
イン、ヘロイン等）等の密輸品の検出が行われる。分析
器で放出される蒸気の容積は回収された空気の容積に比
べて大幅に小さいので極めて大きな濃縮効果が得られ
る。

【０００５】米国特許第 3,128,619号には、液体クロマ
トグラフのカラムからの溶出物のような流体のモニター
装置が記載されている。この装置では、流体の一部を抜
き出し、それを供給リールから巻取リールへ向かって移
動するテープ上に堆積させている。このテープは低温
(40〜140 ℃) チャンバへ送られ、そこでテープ上に堆
積された流体の一部からキャリヤー流体が蒸発され、残
留成分のみがテープ上に残される。テープはさらに送っ
て、残留成分を高温度(140〜160 ℃) チャンバに入れ、
テープ上の残滓の少なくとも１部分を揮発または熱分解
させる。次いで、気化された残滓はアルゴンまたはヘリ
ウム流等のピクアップガスによって質量分析計のような
分析器へ送られる。

【０００６】米国特許第 3,788,479号には溶出物の試験
装置が記載されている。この装置では、コンベアの役目
をする多孔性アルミナ回転円盤上に塗布器を用いてサン
プルを塗布する。この円盤を回転させててサンプルを留
出物の加熱・放出装置中にセットし、そこで留出物をフ
ラッシュ蒸発させて円盤上にサンプルのみを残す。円盤
をさらに回転させて、円盤を均一に加熱する２つのノズ
ルを備えた炎イオン化検出器中にサンプルをセットす
る。その後、円盤をさらに回転して酸化装置内へ送り、
そこで円盤を焼いてサンプルの残滓を焼却し、検出装置
を通過した後の円盤をきれいにする。その後、円盤をさ
らに回転させて円盤冷却装置へ入れ、円盤の余熱を除去
する。この段階で、塗布器から別のサンプルを円盤に再
度塗布することができる状態になっている。米国特許第
4,055,987号には、液体クロマトグラフィからの溶出液
を質量分析計のイオン化チャンバ中へ運ぶための別の装
置が記載されている。溶出液は駆動車輪によって駆動さ
れるループ状またはベルト状の薄い金属リボン上に塗布
されてヒーターを通過することによって溶媒が蒸発され
る。次いでリボン上の残留物は真空ロックを通ってフラ
ッシュ蒸発器中へ送られ、残滓が急速に気化される。気
化したガスは質量分析計へ導入される。この米国特許
4,055,987号は上記の米国特許第 3,128,619号および第
3,788,479号と同様に、液体サンプルを乾燥させから分
析装置へ送るための装置に関するものである。

【０００７】極く微量の化学分子を検出するのに特に有
用な装置はイオン易動度検出器である。この検出器は一
般に大気圧で作動され、携帯装置に組み込むことができ
る程度の寸法になっている。スパングラー(Glenn E. Sp
angler) の米国特許第4,311,669 号および第 4,551,624
号にはいくつかの形式のイオン易動度検出器が記載され
ている。これらの特許には検出器の動作原理が説明され
ている。スパングラー(Glenn E. Spangler) に記載のイ
オン易動度検出器は反応チャンバとドリフトチャンバと
を有し、イオン化源は反応チャンバ内に配置されてい
る。反応チャンバとドリフトチャンバとはイオン噴射グ
リッドで分離されており、ドリフトチャンバの他端には
コレクタ電極が設けられている。操作時には、被分析物
質の蒸気はキャリヤーガスを用いてイオン易動度検出器
のチューブへ運ばれる。この型式の検出器ではイオン噴
射グリッドからコレクタ電極までのイオンの輸送時間を
測定することによって極めて少量の化学分子を検出する
ことができる。イオン噴射グリッドに周期的に短いパル
スを加えてバイアスをかけてドリフトチャンバ内へイオ
ン束を送る。各イオンの易動度(mobility)はその種類に
よって異なるので、短いパルスを加えた時間とイオン束
中の各種イオンがコレクタに到達するまでの時間との差
を測定することによって、イオン束中のイオンの種類を
容易に同定することができる。

【０００８】これまでのイオン易動度分光計では、外部
からの汚染物を防ぐために、装置内部は密封する必要が
あると考えられてきた。そのために、従来の装置ではメ
ンブレン(membrane)を用いている。問題の物質を移送で
きる効率の良いメンブレンを開発するために種々の研究
が行われてきたが、現在のところ、メンブレンの透過効
率が不十分なため、麻薬や爆発物の痕跡すなわち極めて
微量の物質を検出する際にメンブレンを使用することは
明らかに欠点である。さらに、これまでのイオン易動度
分光計では、特定のキャリヤーガス、場合によってはさ
らに試薬ガス、が必要であると考えられてきた。本発明
者は、被分析物質をイオン易動度分光計 (IMS 分析器)
の入口部へ直接送るという提案は少なくとも１つあるこ
とは知っているが、この装置では、先ずサンプルを収集
した後、凝縮し、予備濃縮し、その後に、 IMS分析器の
入口部で再蒸発させる。従って、この装置はリアルタイ
ムで検出することはできない。また、この装置にはいく
つかの問題がある。すなわち、この装置では、 IMS分析
器の入口部および内部を清浄に維持することの重要性が
認識されていないため、問題の物質が入口部の金網等に
堆積すると、高分子物質がブレークダウンする原因とな
る。従って、物質粒子から蒸気を生成することが可能な
入力構造を有する、極微量でしか存在しない麻薬、爆発
物およびその他の物質の検出器を開発することが強く望
まれている。さらに、この装置は、物質粒子自体が検出
器内部へ運ばれない状態で、上記蒸気をガス流（空気で
もよい）中に随伴（エントレインメント）させることが
できるようになっている必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、隠さ
れた爆発物から発散する極微量の揮発性物質及び微粒子
は衣服、手荷物、鞄トランク類または機内持ち込み手回
り品上に存在する埃のわずかに粘着性の粒子の表面に吸
収されるという原理に基づく、輸送施設または税関検査
局での隠された爆発性及び麻薬性物質の改良された検出
手段を提供することにある。気流の空気のサンプルを採
り、回収された粒子をその後イオン易動分光計の入口部
に移動される回収媒上に堆積させることによって、これ
らの粒子は、爆発物または麻薬の固体微粒子と共に回収
される。これらの粒子を加熱して、粒子からその物質を
蒸発させ、その蒸気を直接または輸送線を介してイオン
易動分光計に引き入れ、そこで、蒸気を分析する。本発
明の別の目的は、イオン易動分析器（ＩＭＳ）を使用す
る、隠された爆発性または麻薬性物質を検出する改良さ
れた方法において、これらの物質が隠されている区域ま
たはその区域の近傍の表面上の粒子を慣性分離器によっ
て回収し、その慣性分離器の底部で濃縮し、その粒子を
可動表面に配置された回収媒上に堆積させ、その表面を
動かして、その回収媒がＩＭＳ分析器の入口部に近接す
るように配置して、そこで、粒子を加熱して、それらの
粒子から物質を蒸発させ、蒸発した物質をＩＭＳの内部
に引き込んで、分析する方法であって、蒸気可動表面は
１つの回収媒がＩＭＳの入口部に近接するように移動さ
れると、上記慣性分離器の底部の下には別の回収媒があ
るように配置されている多数の回収媒を含むことを特徴
とする方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、周囲空気を
適切に処理することによって問題の物質から蒸気を随伴
するのに使用できることを発見した。これによってメン
ブレンやその他の複雑な密封技術が必要性が不要とな
る。本発明の１実施態様ではイオン易動度分光分析器を
用いて隠された爆発物または麻薬物質を検出するための
改良された装置が提供される。この装置では、慣性分離
器で気流を形成し、上記物質が隠されている区域または
その区域の近傍の区域の表面上の粒子を慣性分離器で濃
縮し、回転テーブル上に配置された収集媒体上に粒子と
一緒に回収し、回転テーブルの表面を慣性分離器の底部
に近接させ且つイオン易動度分光分析器の入口部に近接
させる。回転テーブル上の収集媒体は回転テーブルが回
転すると、収集媒体が慣性分離器の底部の下の第１の位
置から上記入口部に近接した第２の位置にくるように配
置されており、この第２の位置にある手段は収集媒体を
加熱して、収集媒体上の粒子から物質を蒸発させて入口
部に導入し、また、第２の位置の手段は上記粒子を第１
の温度に加熱して、第１の低い蒸気圧を有する物質を蒸
発させる手段と粒子をより高い第２の温度に加熱して第
２の低い蒸気圧を有する手段とを備えている。好ましい
１実施態様では、上記テーブルは、上記回収媒を第３の
位置に配置させるように回転することができ、この第３
の位置には、該回収媒をより高い温度に加熱して、上記
回収媒を洗浄することができる。

【００１１】本発明のまた別の実施態様ではイオン易動
度分光分析器を有する隠された爆発物の検出装置が、爆
発物が隠されている可能性のある容器の表面の周囲の空
気のサンプルを採り、その表面上またはそれに近接した
表面上の粒子を回収するためのサイクロンを備え、この
サイクロンは、少なくとも２つのフリットを運ぶ回転テ
ーブル上に底部が直接され、上記粒子を濃縮し、そのテ
ーブルは回転して、１つのフリットを上記粒子と共にイ
オン易動分光計の入口部の近接したその表面上に、もう
１つのフリットを上記入口部の近傍の上記フリットを該
粒子から物質が蒸発する温度に加熱する手段とこの蒸発
した物質を該入口部に輸送する手段とを備える上記底部
の下に配置することができ、次に、また上記テーブルが
回転して、上記１つのフリットを洗浄位置にある、該フ
リットをより高い温度に加熱して、上記微粒子のフリッ
トを洗浄する手段を備える上記洗浄位置に配置し、該微
粒子から物質を蒸発させる温度に上記フリットを加熱す
る手段は、第１の低い蒸気圧を有する物質を蒸発させる
第１の温度まで該フリットの温度を上昇させる第１の手
段と第２の低い蒸気圧を有する物質を蒸発させるより高
い第２の温度まで上記フリットの温度を上昇させる手段
とを備えることを特徴とする。本発明のさらに別の実施
態様では、半通気性で、高温耐性のある有機的に中性の
テープ媒を使用する増分テープデッキは、回収段で埃粒
子を回収し、この粒子を脱着段に輸送するために使用さ
れるが、このテープは制御された逐次的な方法で取り外
すことができる。また、他の加熱手段、例えば、レーザ
を使用することができる。この場合、必ずしも粒子を回
収する必要がなく、その代わりに、粒子流をレーザによ
って蒸発させることもでき、または、レーザを使用し
て、回収した粒子を蒸発させることもできる。また、蒸
気である物質を検出するためには、分子を回収して、次
に、加熱して蒸気を生成させる段階を除くこともでき
る。その代わり、蒸気を、直接、分析器に入口部に流れ
込むガスにエントレインメントさせる。本発明は、添付
図面を参照して行う以下の実施例の説明によってより明
らかとなろう。

【００１２】

【実施例】図１に示した従来の典型的なイオン易動度検
出器１は入口部12と、反応区域15と、イオンドリフト区
域16とを有している。イオン噴射器すなわちシャッター
グリッド３は反応区域15内のイオン化ソース５とイオン
ドリフト区域16との間に配置されている。イオン化ソー
ス５はニッケルの放射性同位体⁶³Niのようなβ粒子源と
なる材料で構成することができる。図１に示した検出器
では、入口部12の入口にメンブレン13が張られている。
動作時には、管10に接続されたサンプルポンプによっ
て、メンブレン13の外側表面にサンプルガスの連続流れ
が形成され、サンプルガスは入口部14を通過する。管９
から流された試薬とキャリヤーガスとの混合物がメンブ
レン13の内側表面上を通過し、入口11を通って反応イオ
ン化区域15に入る。試薬とキャリヤーガスの混合物がメ
ンブレン13の内側表面を擦る際に、メンブレン13を介し
てサンプルガスから拡散した分子と混合される。この混
合ガスは反応チャンバ15内でイオン化ソース５によって
イオン化される。キャリヤーガスとの混合物中のサンプ
ル分子の濃度を希釈するために、適当に精製した空気ま
たは窒素等の希釈ガスを管８を介して反応チャンバ15に
導入することもできる。また、各ガスを完全に混合させ
るために、標準的なディフューザ４を反応チャンバ15の
入口部に設けることもできる。反発グリッドの役目をす
るディフューザグリッド４からコレクタ電極２までイオ
ン易動度検出器の長手方向に沿って電位勾配が形成され
る。イオン化された分子はシャッターグリッド３へ向っ
て加速され、イオン化されていない分子も脱気孔７に向
って流れるガス流に乗ってシャッターグリッド３に向か
って運ばれる。イオン化されていない分子の大部分はキ
ャリヤーガスであり、このガスは脱気孔７を通って検出
器から排気される。この検出器は大気圧の近くの圧力で
運転されるので、イオン化されたサンプル分子を生成し
ようとするガス分子同士が互いに衝突し、反応チャンバ
15内で既にイオン化されているキャリヤーガス分子が脱
イオン化され、従って、イオン化された分子が反応チャ
ンバ15に対向したグリッド３（このグリッド３はイオン
の通過を防ぐためにバイアスされている）の側で脱イオ
ン化される。生成したイオンが陽イオンになるか陰イオ
ンになるかは、被検出物質と試薬およびキャリヤーガス
中に随伴される蒸気とよって決まる。一般に、ヘロイ
ン、コカイン等の麻薬からは陽イオンが生じ、爆発物か
らは陰イオンが生じる。ディフューザーグリッド４とコ
レクタ電極２にはイオンを電極２へ向かって運ぶための
バイアスが加えられる。

【００１３】運転時に、グリッド３に短い電気パルスを
印加してグリッドにバイアスを加えると、陽イオンまた
は陰イオンのイオン束がドリフト区域16中に入り、コレ
クタ電極３に向かって加速される。ドリフト区域16内の
イオンは、グリッド３にパルスを印加した後の一定の時
間(descrete time) 内に落下する。この時間は各イオン
の可動度の形式に依存するので、コレクタ電極２に到達
したイオンの種類を決定することができる。管６を介し
てドリフトガスを噴射することによって、イオン化され
ていないサンプル分子を脱気孔７を通してドリフト区域
16からスイープし、それによって、新たにサンプルイオ
ンが生成しないようにする。

【００１４】上記のイオン検出器１ではメンブレン13が
入口部12に張ってある。これに対して、本発明ではメン
ブレンが無く、キャリヤーガス、試薬およびサンプルガ
スで構成される混合ガスが入口部11に直接噴射される。
このメンブレンが無い装置はそれが有る装置に比べて多
くの利点、例えば、感度が高く、瞬間応答性が高い等の
利点がある。

【００１５】本発明は、隠された爆発物からは極微量の
蒸気が発散し、この極微量の蒸気は衣類、鞄、その他の
荷物に緩く付着しているダスト (埃) の粒子の表面に吸
着されるという原理に基づいている。この原理は、爆発
物が貯蔵されていた時間がダスト粒子に蒸気が吸着され
る時間より長い場合には特に当てはまる。また、爆発物
の極めて小さい粒子は、機械的な摩耗やハンドリング操
作によって、爆発物を隠している包みまたは容器から逃
出する。この小粒子は、包みの外側表面やその近傍の表
面に付着するか、これら表面に付着した埃の粒子に吸着
される。緩やかに吸着または付着したこれらの爆発物の
小粒子と、他の表面付着微粒子をサンプリングし、予備
濃縮した後に加熱することによって、微粒子から爆発物
を蒸発させ、蒸発した物質をイオン易動度分光分析器の
入口部に引き入れ、サンプリング区域から得られた各種
の分子を同定する方法は、隠された爆発物を容易且つ高
い信頼性で検出する方法である。サンプル粒子を収集す
るには、例えばサイクロンを使用して気流を生じさせ、
スーツケースやその他の物品の継ぎ目のエッジ周辺部か
らサンプルを採り、収集した粒子を加熱して、粒子から
物質を蒸発させる。

【００１６】図２、図３は本発明によるサンプリング／
脱着装置を示しており、図２は装置を上方から見た図面
であり、図３は装置の側面図である。この粒子収集用の
サイクロン20は入口部21を備え、この入口部21には、ス
ーツケースや荷物の継ぎ目のエッジ周辺のサンプルを採
るための真空ホース（図示せず）が連結することができ
る。サイクロン20は支持プレート22に固定されており、
サイクロンの底部はプレート22の開口部28へと延びてい
る。通常のサイクロンでは、粒子は接線方向に出るが、
本発明ではサイクロンの底部を変更して、接線方向の粒
子流を再度軸線に沿った下降流に変える。収集した粒子
はサイクロンの円錐形底部で濃縮され、開口部28を通っ
てフリット31上に堆積する。支持プレート22の下の回転
テーブル23上には４つのフリット31、32、33、34が配置
されている。各フリット31、32、33、34はガラス繊維フ
ィルタで被覆された抵抗加熱ヒーターによって構成され
ていて、急激な加熱・冷却が可能なように低い熱質量を
有している。フリット31はベース31' 上に配置され、回
転テーブル23の開口部の中に挿入されている。他のフリ
ット32、33、34とそれらのベース（図にはベース33'が
示されている）は参照番号31のものと同じで、回転テー
ブル23の周辺部に等間隔に配置されている。この回転テ
ーブル23は下方支持プレート26を貫通して伸びたシャフ
ト25に支持されている。回転テーブル23は下方支持プレ
ート26の反対側に配置されたステッピングモータ27によ
って回転される。このモータはシャフト24、25を介して
回転テーブルに連結されている。この回転テーブル23が
90°回転すると、フリット31はその前のフリット32が占
めていた位置に移動され、このフリット32はイオン易動
度分光分析器 IMSの入口部の真下にある。

【００１７】図４、図５、図６は、本発明の方法を実施
するのに適するように変更したイオン易動度分光分析器
IMS 60 が示されている。このイオン易動度分光分析器
60は以下で詳細に説明するサンプル入口部62と、この入
口部62上に設けられたイオン化チャンバ64と、このイオ
ン化チャンバ64上に設けられたドリフト管66とを含んで
いる。平坦な収集器の形をした収集媒体は参照番号68で
概念的に図示されている。この収集器の各種形式につい
ては後で詳細に説明する。収集器68の下方には脱着流用
のダクト72を備えたヒーター70が配置されている。正圧
ポンプ74によって吸引された外気はフィルタ76を通って
湿分と炭化水素とが除去される。濾過後の外気は第１サ
ージタンク78に送られる。このサージタンク78には圧力
ゲージ80と大気に排気するための第１圧力逃し弁82とが
取りつけられている。サージタンク78の第１のライン84
には第１圧力制御弁86とフィルタ88とが設けられてい
る。このライン84はドリフト管66のドリフトガス入口部
90に接続されている。第２のライン92はサージタンク78
とダクト72との間を接続している。この第２のライン92
には第２圧力制御弁94とフィルタ96とが設けられてい
る。第３のライン98は、サージタンク78と、イオン化チ
ャンバ64の入口部 100とに接続されている。このイオン
化チャンバ64には、例えば較正ガスまたは試薬ガスが供
給される。第３のライン98には制御弁 102と、ヒーター
104と、較正物または試薬を収容した浸透管 (permeati
on tube) 106とが設けられている。これらの較正物また
は試薬は、加熱された時に一定量をライン98を介して気
流中に放出する。従って、入口部 100を介してイオン化
チャンバ64中に入る気流中には一定量に調節された較正
物が含まれる。イオン化チャンバ64には排気口すなわち
ベント口 110が設けられている。このベント口 110はベ
ントラインを介して排気用の第２サージタンク 114に接
続されている。このサージタンク 114内は、吸引ポンプ
116によって減圧が維持されている。また、このサージ
タンク 114には圧力ゲージ 118と圧力逃がし弁 120とが
設けられている。フィルタ 122は、イオン易動度分光分
析器から来る全ての残留物を凝縮させるために設けられ
ている。また、圧力制御弁 124と補助のフィルタ126 も
設けられている。

【００１８】図５、図６は、入口部62と、ヒーター70と
の詳細図で、入口部62はイオン化チャンバ64への接続端
部 132を有する石英管 130で構成されており、石英管 1
30の他端部134 は外側にラッパ状に拡大している。ま
た、石英管 130の底面 136は研磨されて平らな環状密封
面を形成している。石英管 130は、石英管の入口部の導
入管 138を所望温度に維持するためのヒーターを備えた
スチールハウジング (図示せず) 内に収容されている。
ヒーター70はステンレス鋼で作られたリング状密封部品
140を備えている。また、ヒーター70およびダクト72を
鉛直方向に移動させるための手段 142、例えば電磁作動
装置等が設けられている。フリット31のガラス繊維フィ
ルタがイオン易動度分光分析器60の下方に位置すると、
ソレノイド 142が駆動されて、密封部品 140がフリット
31に押圧され、フリット31は環状密封面 136に押圧され
てダクト72が入口管 138に対して密封される。次いで、
抵抗加熱ワイヤによってヒーター70を２段階の加熱サイ
クルで加熱して、急速な２段階分散 (dispersion) サイ
クルを行う。この２段階加熱サイクルでは、先ず最初
に、ガラス繊維フィルタを約 110℃に加熱して粒子から
ＥＧＤＮを分散させ、次いで、温度を約 200℃に加熱し
てＤＮＴまたはその他の種類の爆発物を分散させる。す
なわち、熱分散の研究から、ほとんど全種類の爆発物の
分子は熱的に粒子から脱着させることができるというこ
とは分かっているが、最適温度を選択する際に、熱的に
影響を受け易く、高温度では分解するＥＤＧＮのような
分子もあれば、粒子から熱脱着させるには温度を高くし
なければならないＤＮＴ、ＴＮＴ等の他の爆発物もある
ということに注意する必要がある。そのため、２段階の
温度サイクルで、110 ℃でＥＧＤＮを脱着させ、 200℃
で他の爆発性化合物を脱着させる。米国特許第 4,718,2
68号には、一般的な薬物と爆発性化合物の最適な脱着温
度のリストが記載されている。この特許の内容は本願明
細書の一部を構成する。粒子から脱着された蒸気はイオ
ン易動度分光分析器の導入管中に吸引され、分析され
る。特定物質または特定の範囲の物質のみを検出する場
合には単一の脱着温度で加熱するだけでよいということ
は理解できよう。

【００１９】上記と同時にイオン易動度分光分析器60が
作動される。従って、脱着ガス流が第２のライン92とダ
クト72とを通って送られ、密封されたフリット31を通過
して入口導管138 に入る。この入口導管 138は所望温度
を維持するために加熱されている。蒸気を随伴したガス
は入口導管 138の内部に吸引された後、イオン化チャン
バ64内に入り、そこで蒸気が公知方法によってイオン化
され、ドリフト管66の中へ入る。同時に、第１のライン
84を介してドリフト管66内にドリフトガスが供給され
て、イオン易動度スペクトルが描かれる。イオン化チャ
ンバ64およびドリフトチャンバ66も、以下で説明する所
望温度に加熱される。これによって、イオン易動度分光
分析器60を多数の変数で操作することができる。これら
の変数は第３のライン98を設けることによって補正する
ことができる。すなわち、問題の物質からの蒸気を含む
ガスを導入する前に、被検出物質と対比可能な公知特性
を有する較正ガスをライン98を介して導入して測定を行
って、イオン易動度分光分析器の較正をしておくのが好
ましい。あるいは、ある物質を検出する際に入口 100を
介して試薬ガスを導入することもできる。イオン易動度
分光分析器 IMS 60 を作動している間は、公知の方法で
吸引ポンプ 116とライン 112を必要な減圧状態にして排
気 110をする。

【００２０】本発明では、従来のイオン易動度分光分析
器とは違って、メンブレンが存在しないので、イオン易
動度分光分析器 60 中に粒子が入るのを防ぐためその物
理的障壁はない。従って、本発明では、放電やアーク放
電、さらには信頼できない誤動作の原因となる粒子の検
出器への進入を防ぐための種々の手段を提供する。本発
明では、先ず、半通気性物質のフリット31に粒子を埋め
込んで粒子をフリット31に回収する。粒子の埋め込みを
多くするために、サイクロン20の下方に吸引装置を設け
ることもできる。粒子がフリット31に埋め込まれると、
粒子が遊離する危険性が大幅に減少し、加熱により蒸気
のみが発生するようになる。また、フリット31から粒子
が分離してイオン易動度分光分析器60への流れに随伴す
るのを防止するために、石英管 130はＬ字型にしてあ
る。従って、粒子はＬ字型のアングルの外側へ投げ出さ
れ、その壁に付着する。ガス流中に粒子が大幅に随伴す
るような場合には、石英管 130にプラグを設けて、その
管内を通過する分子流に影響を与えずに、同様な方法
で、粒子を捕捉することもできる。さらには、図４に参
照番号 150で概略的に図示したように目の細かい金網を
イオン化チャンバ64の入口部に設けることもできる。こ
の金網は一般に６ミクロンの開口を有し、金メッキした
ニッケルで作ることができる。この金網の機能は３つあ
る。すなわち、ガス流中に随伴した粒子を捕捉・停止さ
せ、ガス流を分散させてイオン化チャンバ64内に均一な
流れを作り、イオン化チャンバ64からイオンが逆流する
のを防止する。使用時には、イオン易動度分光分析器60
を極めて清浄な状態に維持することが重要であることが
分かっている。従って、ある期間使用した後、石英管 1
30を清浄な管と取り替えると同時に、入口メッシュ 150
も一定期間の経過後に交換するのが好ましい。

【００２１】多くの金属は多くの有機物質の分解を引き
起こすので、メッシュの材料の選択は重要である。ま
た、フリット31またはその他の収集媒体の材料の選択も
重要である。フリット31はガラス繊維によって作られて
いる。以下で詳細に説明する別のテープ装置では、厚さ
が数１／10000 インチのテフロンテープを用いることも
できる。このテープは織布またはメッシュ状のテフロン
で作るのが好ましい。

【００２２】ヒーター70の温度、従って脱着温度と、入
口管 130の温度と、検出器60の温度は個別の温度に維持
する。例えば、爆発物の場合には、ヒーター70を180
℃、入口管 130で175 ℃、検出器60を 100℃の各温度に
することによって、よりリッチなスペクトルが得られる
ということが分かっている。熱脱着後は、回転テーブル
を90°回転させてフリット31を参照番号35の位置に配置
する。この位置は前のフリット33が配置されていた位置
である。この位置でフリット中のガラス繊維フィルタの
温度を 400℃に上げて、高温洗浄サイクルを実施する。
その後、回転テーブルをさらに90°回転させてフリット
の冷却位置に配置する。フリットの熱容量が小さいの
で、加熱・冷却は極めて迅速に行うことができる。冷却
段階の位置は、図２に示したようにフリット34が前に占
めていた位置である。このように、４つのフリット31〜
34はステッピングモータ27によって一つの位置から他の
位置へと回転される。第１の位置ではサイクロンによっ
て作られた気流から粒子がその底部で濃縮され、フリッ
ト上に堆積され、第２の位置では粒子から物質が蒸発さ
れ、その蒸気がイオン易動度分光分析器の入口管の中に
吸引され、第３の位置ではフリット上のフィルタが 400
℃に加熱されて洗浄され、第４の位置では冷却される。
既に述べたように、ドリフト管用ヒーターと入口管用ヒ
ーターとを別々に設けて、物質がこれらの壁面上に堆積
しないような温度に維持することによって、検出感度を
向上させる。これらのヒーターは室温から 250℃の範囲
の温度に調節でき且つ最適性能に設定することができ
る。１つのモデルでは、動作温度を 170℃にした場合の
ドリフト時間は20分以下であるが、 120℃の温度ではＤ
ＮＴに対する感度と浄化時間が悪くなった。

【００２３】図７は、サンプルを収集し、そのサンプル
をイオン易動度分光分析器へ送るための別の形式の装置
を示している。この装置では、粒子はサイクロン20によ
ってテープ42上に堆積する。テープ42は不活性で且つ高
温耐久性のある例えば金網の上に支持されたガラス繊維
または厚さが数1/10000 インチのテフロンで作ることが
できる。この場合、テープは通気性を有し、サイクロン
20の底部で回収された粒子は、テープ42を挟んでサイク
ロンの底部とは反対側に配置された吸引装置43によって
テープの表面上に吸引される。テープ42は無端ループす
なわち２つのローラ40、41上を移動するベルトであり、
サイクロン20と吸引装置43はローラ40の近傍に配置され
ている。イオン易動度分光分析器60は他方のローラ41の
近傍のテープ42上に配置されている。イオン易動度分光
分析器の入口部の近くのテープ42の下にはヒーター44が
配置されている。このヒーター44は種々の形態、例え
ば、テープ42が導電性金網の支持材上に支持されたガラ
ス繊維である場合には誘導加熱器るすることができ、ま
た、前記の実施態様に記載のヒーター70と同じものにす
ることできる。このヒーター44は、急速２段階脱着サイ
クル、すなわち、先ずサンプルが堆積したテープを約 1
10℃に加熱してＥＧＤＮ等の物質を脱着させ、次に、約
200℃に加熱してＤＮＴ等の物質を脱着させることがで
きるように設計されている。また、単一段階すなわち単
一の温度サイクルで使用することもできる。この加熱サ
イクルで放出された蒸気はイオン易動度分光分析器の入
口部に吸引され、分析される。操作時には、先ずサイク
ロン20によってサンプルをテープ42上に堆積させる。次
に、テープを前進させて収集したサンプルをヒーター44
の近くに配置する。同時に、テープ42の汚れていない部
分がサイクロン20の下方に来て、最初のサウンプルの分
析と同時に別のサンプルを収集する。サンプルの残留物
をテープから除去する際には、残留物の付いたテープを
ローラ41の下側に位置したヒーター45の所に位置させ
る。このヒーター45はテープを約 400℃に加熱して、全
ての残留物をサンプルから除去し、テープを浄化する。

【００２４】図８は、さらに別の形式のテープ52の表面
上にサンプルを収集する装置が示されている。この装置
では、供給リール50からのテープ52がピン53、54上を通
って巻き取りリール51へ送られる。ピン53、54は、サン
プル収集用サイクロン20およびイオン易動度分光分析器
１からテープを一定間隔の位置に配置する役目をしてい
る。これらのテープ、供給リール、巻き取りリールおよ
びピン53、54の全ては点線で示した使い捨てカセットの
中に配置することができる。

【００２５】上記の検出器は、パスワードで保護された
一連のメニューで調節可能な多数のパラメータを有する
マイクロプロセッサの制御下に運転される。オペレータ
がパスワードを入力すると、入力されたパスワードが正
確であれは、ディスプレイで制御メニューを変化するこ
とができる。オペレータはこのメニューを用いてヒータ
ーの設定温度、シャッターグリッドのパルス幅、イオン
易動度分光分析器のサイクル時間、各スペクトルに対す
るイオン易動度分光分析器の合計走査の数を制御し、ピ
ーク同定制御メニューを入力することができる。このマ
イクロプロセッサには、検出済みのイオン易動度のスペ
クトルを参照用として格納したり、予め格納されている
麻薬および爆発物の易動度スペクトルまたはバックグラ
ウンド信号に対する検出信号の比較手段も設けられてい
る。上記の好ましい実施態様は特許請求項の範囲に定義
の本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、種々変更
することがができる。例えば、表面から粒子を収集する
ためにサイクロンや慣性式の分離器以外の装置を使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来のイオン易動度分光分析器 (IMS)を
示す図。

【図２】本発明によるサンプルを収集し、収集したサン
ブプルを IMS分析器へ送る装置を上方から見た図。

【図３】図２に示した装置の側面図。

【図４】本発明方法を実施するのに適するように変更し
た IMS検出器の図。

【図５】IMS 検出器の入口部およびヒーターの拡大詳細
図。

【図６】IMS 検出器の入口部の拡大図。

【図７】本発明のサンプル用テープ移動装置を示す図。

【図８】テープ、供給リールおよび巻取りリールが使い
捨てカセット中に収容した本発明の別のサンプル用テー
プ移動装置の図。

【符号の説明】

１ イオン易動度分光分析器 12 入口部 13 メンブレン 15 イオン化区
域 16 イオンドリフト区域 20 サイクロン 21 入口部 23 回転テープ
ル 31〜34 フリット 40、41 ローラ 42 テープ 60 イオン易動
度分光分析器 62 入口部 64 イオン化チ
ャンバ 66 ドリフトチャンバ 70 ヒーター 74 ポンプ 76 フィルタ 78 サージタンク

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記段階で構成されることを特徴とする物
   質の検出方法： (a) 上記物質を含んだ区域からガス流によって粒子を収
   集し、 (b) 回収した粒子を収集位置で収集媒体上に堆積させた
   後、この収集媒体をイオン易動度分光分析器 (IMS)の入
   口部に配置し、 (c) このイオン易動度分光分析器の入口部の近くで上記
   収集媒体および粒子を加熱して、この粒子から物質を蒸
   発させ、 (d) 蒸発させた物質をガス流中に随伴させ、個々の粒子
   がイオン易動度分光分析器へ通らないようにしながら、
   このガス流を上記イオン易動度分光分析器のイオン化区
   域内へ送って蒸発した物質の組成を測定する。
2. 【請求項２】上記 (d)段階で蒸発した物質を随伴するの
   に用いるガスが、この蒸発した物質を随伴する前に予め
   濾過された外気である請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】上記の濾過された外気の供給路がイオン易
   動度分光分析器のドリフト区域の入口部に接続されてド
   リフトガス流を形成し且つ較正ガスの導入装置を介して
   イオン易動度分光分析器のイオン化区域の入口部に接続
   されており、イオン易動度分光分析器を較正ガスによっ
   て較正することによって操作パラメータを変更できるよ
   うになっている請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】イオン易動度分光分析器の入口部に細長い
   管が設けられ、この管は、上記粒子がイオン化区域内に
   入るのを防止するように、ガス流に随伴された粒子がこ
   の管の壁部と衝突するような角度を成し、イオン易動度
   分光分析器の入口部とイオン化領域との間には上記粒子
   がイオン化区域内に入るのを防止するための目の細かい
   金網が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記
   載の方法。
5. 【請求項５】イオン易動度分光分析器の入口部に、分子
   が周囲を流れることができるプラグ部品が設けられお
   り、粒子がこのプラグ部品に衝突して上記イオン化区域
   内に入るのを防いでいる請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の方法。
6. 【請求項６】上記 (c)段階中および (d)段階中に上記収
   集媒体に加わる温度と、イオン易動度分光分析器の入口
   部の温度と、このイオン易動度分光分析器の内部の温度
   とを個別の温度に維持・制御する請求項１〜５のいずれ
   か一項に記載の方法。
7. 【請求項７】麻薬の検出に応用する際には上記 (a)段階
   で麻薬を含むと思われる物品の周辺から粒子を回収し、
   上記 (c)段階および (d)段階で収集媒体を約 300℃の温
   度に加熱し、イオン易動度分光分析器の入口部を 300℃
   の温度に維持し、このイオン易動度分光分析器のドリフ
   ト区域およびイオン化区域を 280℃の温度に維持し、爆
   発物の検出に応用する際には上記 (a)段階で爆発物を含
   むと思われる物品の周辺から粒子を回収し、上記 (c)段
   階および (d)段階で収集媒体を約 180℃の温度に加熱
   し、イオン易動度分光分析器の入口部を約 175℃の温度
   に維持し、このイオン易動度分光分析器のドリフト区域
   およびイオン化区域の温度を約 100℃に維持する請求項
   ６に記載の方法。
8. 【請求項８】上記 (c)段階で収集媒体を約 100〜450 ℃
   の範囲の温度に加熱し、上記 (c)段階および (d)段階で
   イオン易動度分光分析器の入口部の温度を 100〜450 ℃
   の範囲の温度に維持し、このイオン易動度分光分析器の
   ドリフト区域およびイオン化区域の温度を 100〜300 ℃
   の範囲の温度に維持する請求項１〜７のいずれか一項に
   記載の方法。
9. 【請求項９】上記 (d)段階で粒子が随伴するのを防ぐた
   めに、上記 (b)段階で用いる収集媒体が粒子が埋め込ま
   れる半通気性の濾過材で構成されている請求項１〜８の
   いずれか一項に記載の方法。
10. 【請求項10】上記 (a)段階で、粒子が慣性式の回収装置
    によって収集される請求項９に記載の方法。
11. 【請求項11】上記 (a)段階で、収集媒体の下方から吸引
    して上記濾過材に粒子を引き込み且つ埋め込むような請
    求項９または10に記載の方法。
12. 【請求項12】上記 (a)と(b) 段階が個別の半多孔性フィ
    ルタで構成される収集媒体を用いて実施され、粒子の回
    収後にこの収集媒体を別のイオン易動度分光分析器の入
    口部にセットする請求項９〜11に記載の方法。
13. 【請求項13】上記収集媒体が、複数の回収媒体で構成さ
    れた可動表面上に設けられており、上記 (a)段階を第１
    の収集位置で実施し、この (a)段階の終了後に、上記可
    動表面を移動させて粒子を含む収集媒体をイオン易動度
    分光分析器の入口部の近傍の第２の蒸発位置に配置する
    と同時に、第２の回収媒対を粒子の別のサンプルを収集
    するために上記収集位置へ移動させる請求項９〜11のい
    ずれか一項に記載の方法。
14. 【請求項14】上記収集位置と上記蒸発位置とが上記可動
    表面の同じ側に配置されている請求項13に記載の方法。
15. 【請求項15】上記 (d)段階後に上記蒸発位置の回収媒体
    を第３の位置に移動し、その位置で収集媒体をさらに高
    い温度に加熱して、収集した粒子から収集媒体の残留物
    を除去する追加の段階を行う請求項13または14に記載の
    方法。
16. 【請求項16】上記 (e)段階後に収集媒体を上記第３の位
    置から第４の位置へ移動させて、収集媒体を再度上記サ
    イクルを開始する上記の第１の収集位置へ戻す前に、冷
    却する請求項15に記載の方法。
17. 【請求項17】上記可動表面が細長いテープまたは回転テ
    ーブルによって構成される請求項13〜16のいずれか一項
    に記載の方法。
18. 【請求項18】較正ガスがニコチンアミド、塩素化炭化水
    素およびジクロロメタンのいずれか１つである請求項３
    に記載の方法。
19. 【請求項19】較正ガスが、必要なイオンの生成効率を大
    きくするイオン分子化学反応を促進するように選択され
    る請求項３に記載の方法。
20. 【請求項20】イオン易動度分光分析器が排気出口部を有
    し、この排気出口部に減圧発生装置が接続され、イオン
    易動度分光分析器の入口側、イオン化区域の入口側、ド
    リフトガスの入口側および排気側を流れるガス流が制御
    器によって各々別々に制御されている請求項９に記載の
    方法。
21. 【請求項21】上記 (c)段階で収集媒体がランプ加熱され
    て徐々に温度が上昇され、徐々に高くなる蒸発温度で成
    分が蒸発させる請求項９に記載の方法。
22. 【請求項22】上記 (d)段階で、多数のピークを、成分お
    よび物質の同定用に格納した参照値と比較する請求項１
    〜21のいずれか一項に記載の方法。
23. 【請求項23】入口部と、イオン化区域と、ドリフト区域
    とを有するメンブレンを有しないイオン易動度分光分析
    器と; このオン易動度分光分析器の近傍の蒸発位置で粒
    子を加熱することによって粒子から物質を蒸発させるた
    めの手段と; このイオン易動度分光分析器を介してガス
    流を供給して上記で蒸発した物質を随伴し、それをイオ
    ン易動度分光分析器へ送る手段と; 粒子がイオン易動度
    分光分析器のイオン化区域内に入るのを防ぐためのイオ
    ン易動度分光分析器の入口部に設けられた手段とによっ
    て構成されることを特徴とする物質の検出装置。
24. 【請求項24】蒸発した物質を随伴させるガス流としての
    イオン易動度分光分析器の入口部に接続された空気の供
    給路と、この空気供給路に送られた空気を濾過す手段と
    を有する請求項23に記載の装置。
25. 【請求項25】上記空気供給路をイオン易動度分光分析器
    のドリフトガス入口部に接続するドリフトガスとしての
    空気を供給する第２のラインと、試薬または較正ガスを
    放出する手段を備えた第３のラインとを有し、この第３
    のラインはイオン化チャンバの第３の入口部に接続され
    て試薬または較正ガスを放出する請求項24に記載の装
    置。
26. 【請求項26】イオン易動度分光分析器ＩＭＳの入口部に
    角度を成して延びた管が設けられていて、ガス流に随伴
    された粒子がこの管の側壁と衝突するようになっている
    請求項23〜25のいずれか一項に記載の装置。
27. 【請求項27】粒子が埋め込まれる半通気性のフィルタ材
    料を備えた収集媒体上に粒子を収集するための手段を有
    し、粒子を加熱する上記手段が収集媒体中に埋め込まれ
    た粒子を加熱し、イオン易動度分光分析器はその入口部
    とそのイオン化区域との間に粒子がイオン化チャンバに
    入るの防止する目の細かい金網を有している請求項23〜
    26のいずれか一項に記載の装置。
28. 【請求項28】収集媒体が、粒子を埋め込むことが可能な
    半通気性フィルタ材料で構成されている請求項27に記載
    の装置。
29. 【請求項29】イオン易動度分光分析器の入口部にプラグ
    部品が設けられ、分子はこのプラグ部品の周囲を流れ、
    ガス流に随伴した粒子は入口部でこのプラグ部品に衝突
    してイオン易動度分光分析器のイオン化チャンバに入る
    のが防止される請求項23〜28のいずれか一項に記載の装
    置。
30. 【請求項30】上記イオン易動度分光分析器の入口部の近
    傍に設けられた収集媒体を加熱する蒸発加熱器と、イオ
    ン易動度分光分析器の入口部、そのドリフト部およびイ
    オン化区域用のに個別に設けられた各ヒーターとをさら
    に含み、各ヒーターを個別に制御し、各ヒーターの温度
    を個別に設定する請求項23〜29のいずれか一項に記載の
    装置。
31. 【請求項31】上記収集手段とイオン易動度分光分析器と
    が互いに間隔を介して近接して配置されており、一連の
    収集媒体を備えた可動表面を用いて、１つの回収媒体が
    回収手段の回収位置に位置した時に他方の回収媒体がイ
    オン易動度分光分析器の入口部の蒸発位置に配置し、上
    記可動表面は回収位置にある収集媒体を蒸発位置に移動
    させることができ、上記入口部で収集媒体の周囲にシー
    ルを形成して外気の随伴を防ぐようになっている請求項
    27または28に記載の装置。
32. 【請求項32】収集媒体をさらに高い温度に加熱して、回
    収された粒子からの残留物を除去する第３の位置と、こ
    の第３の位置と上記回収位置との間に第４の位置とを有
    し、収集媒体を回収位置に戻す前にこの第４の位置で収
    集媒体を冷却し、回転テーブル上の収集媒体が複数の別
    個のフリットで構成され、各フリットが抵抗ワイヤ上に
    配置されたガラス繊維で構成される請求項31に記載の装
    置。