KR20130103516A - 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 장치 - Google Patents

이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 장치 Download PDF

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토모요시 사토
프라카시 스리다라 머시
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아토나프 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 이온 이동도 센서(1)에 공급하는 샘플 가스(20)를 조제하는 유닛(300)과, 조제하는 유닛(300)을 제어하는 기능을 포함하는 제어 유닛(60)을 갖는 분석 장치(10)를 제공한다. 조제하는 유닛(300)은, 샘플 가스(20)에 포함되는 타겟 케미컬의 농도를 바꾸는 농도 조정 기구(310)를 포함하며, 제어 유닛(60)은, 이온 이동도 센서(1)의 측정 결과를 취득하는 드라이버(61)와, 측정 결과가 개선되는 방향으로 농도 조정 기구(310)를 제어하는 플로우 제어 유닛(70)을 포함한다.

Description

이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 장치{DEVICE FOR PREPARING SAMPLE SUPPLIED TO ION MOBILITY SENSOR}
본 발명은, 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 장치에 관한 것이다.
고감도로 화학물질을 검출, 분석하는 기술로서, 근년 들어 필드 비대칭성 이온 이동도 분광계(FAIMS)라 불리는 장치가 주목을 끌고 있다. 이 장치로는, 센서에 인가하는 직류 전압과 교류 전압을 변화시킴으로써, 이온화된 화학물질의 이동도의 변화를, 미세한 필터에 의해 검출하고, 그 검출 결과의 차이에 의해 화학물질을 특정할 수가 있다.
일본 공표특허공보 제2008-508693호(국제공개 WO2006/013396)에는, 복수의 전극을 갖는 적어도 1개의 이온 채널 형상의 이온 필터를 갖는 이온 이동도 분광계에 대해 기재되어 있다. 본 이온 이동도 분광계에서는, 도전층에 인가되는 시간변화하는 전위에 따라, 충전제는 이온 종(種)을 선택적으로 넣을 수가 있다. 전위는, 구동 전계 성분 및 횡전계 성분을 가지며, 바람직한 실시형태에 있어서, 전극의 각각은, 구동 전계 및 횡전계의 양자의 성분을 생성하는데 관여한다. 디바이스는, 드리프트 가스 플로우(drift gas flow)가 없어도 이용할 수 있다.
이온 이동도를 측정하는 기술, 예컨대, FAIMS(FAIMS, Field　Asymmetric　waveform　Ion　Mobility　Spectrometry, 필드 비대칭 질량 분석계, 또는 DIMS, Differential　Ion　Mobility　Spectrometry) 기술은, 통상의 공기를 이용한 백그라운드에서도, 초미량의 크실렌 등의 동일 분자량의 이성체의 분리 검출·분석을 단시간에 수행할 수가 있다. 따라서, 가스 중 또는 공기 중의 이온 이동도를 측정하는 기술은, 다양한 애플리케이션에 대한 응용이 기대되고 있으며, 매우 높은 잠재력을 갖는다. 이러한 이온 이동도 측정을 초미량 화학물질 분석에 적용할 경우, 환경조건이라 일컬어지는 온도·습도·압력·측정 가스 유량의 변동, 그리고, 측정대상 화학물질의 조합의 변동·변화가, 측정 결과의 재현성이나 정밀도에 주는 영향을 무시할 수 없는 것임을 알게 되었다.
FAIMS 기술에서는, 측정대상이 되는 화학물질을 이온화하며, 이온 이동도가 화학물질마다 독특한 성질을 이용한다. 측정에 있어서는, 전계를 형성하는 기능을 포함하는 이온 이동도 센서에 샘플(샘플 가스)을 공급하거나, 또는 샘플과 캐리어·가스(버퍼 가스)를 공급하고, 전계를 제어하는 차동형 전압(DV, Dispersion Voltage, Vd전압, 교류 전압, 전계 전압 Vrf, 이후에서는 Vf)과 보상 전압(CV, Compensation Voltage, Vc전압, 보상 전압, 직류 전압, 이후에는 Vc)을 변화시켜, 고전계와 저전계를 비대칭으로 교대로 전환한다. 이로써, 목표 이외의 화학물질은 비행 도중에, 전계를 생성시키는 전극(플레이트)과 충돌하여 ＋이온 혹은 -이온을 잃어 검출되지 않는다. 한편, 검출 목표인 이온화된 화학물질은, 상기 전압(Vf)과 전압(Vc)의 조건이 적절히 제어되면, 검출기까지 도달하여 이것과 충돌시킬 수가 있다.
전계의 조건을 소프트웨어 제어하고, 그때에 검출되는 미약한 전류값을 AD 변환하여 전압값으로서 읽어냄으로써, 목표 화학물질의 검출 및 분석이 가능해진다.
본 발명의 일 양태는, 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 유닛과, 조제하는 유닛을 제어하는 기능을 포함하는 제어 유닛을 갖는 장치이다. 조제하는 유닛은, 샘플에 포함되는 제 1 조성의 농도를 바꾸는 농도 조정 기구를 포함하며, 제어 유닛은, 이온 이동도 센서의 측정 결과를 취득하는 기능(기능 유닛)과, 측정 결과가 개선되는 방향으로 농도 조정 기구를 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함한다. 이 장치는, 이온 이동도 센서와, 이온 이동도 센서의 출력 및 농도 조정 기구에 대한 제어 정보에 근거하여 분석 결과를 얻는 처리 유닛을 갖는 분석 장치여도 무방하며, 이온 이동도 센서에 공급되는 샘플(샘플 가스)의 전(前)처리 장치로서 제공되어도 무방하다.
이온 이동도 센서에 있어서, 측정 대상의 이온화된 화학물질의 농도가 일정 레벨을 초과하면 전류값의 측정 가능 범위를 넘게 되어 측정 정밀도가 저하된다. 한편, 측정 대상의 이온화된 화학물질의 농도가 너무 낮으면 백그라운드와 분리하기가 어렵다. 본 장치에 있어서는, 샘플에 포함되는 측정 대상의, 혹은 측정 대상이 되는 제 1 조성의 농도를 자동적으로 조정함으로써, 제 1 조성의 농도를 이온 이동도 센서의 측정 레인지(range) 내에 들게 할 수가 있다. 또한, 샘플 내의 제 1 조성의 농도를 제어함으로써, 백그라운드와의 분리가 용이해지며, 또한, 샘플 내의 다른 조성과의 분리가 용이해지는 조건을 찾아내어, 측정 정밀도 및/또는 재현성을 개선시킬 수가 있다.
제어 유닛은, 이온 이동도 센서의 측정 대상이 되는 복수의 화학물질의 데이터 베이스로서, 복수의 화학물질의 각각의 이온 이동도 센서에 있어서 검출이 용이한 농도 데이터가 포함되는 데이터 베이스에 액세스하여, 측정 결과에 포함되는 화학물질에 적합한 농도가 되도록, 농도 조정 기구를 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다. 제어 유닛은, 제 1 조성의 농도가 단계적으로 바뀌도록 농도 조정 기구를 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하고 있어도 무방하다. 측정 결과가 개선되는 농도를 자동적으로 찾아낼 수 있다. 제어 유닛은, 농도 조정 기구에 대한 제어 정보를 출력하는 기능(기능 유닛)을 포함하고 있어도 무방하다.
농도 조정 기구는, 제 1 조성을 흡착하는 흡착재와, 흡착재를 가열하여 흡착재에 흡착된 조성을 캐리어 가스에 방출하는 기구를 포함하며, 제어 유닛은 흡착재의 온도를 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다. 흡착재의 온도를 제어함으로써 제 1 조성의 흡착과 방출을 제어할 수 있어, 샘플 내의 제 1 조성의 농도를 높일 수 있다. 농도 조정 기구는 더욱이, 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스가 흡착재를 통과하는 제 1 경로와, 흡착재가 흡착된 조성을 캐리어 가스에 방출하는 제 2 경로를 포함하며, 제어 유닛은, 제 1 가스에 흡착재가 노출되는 시간을 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 농도 조정 기구는, 복수의 제 1 경로 및 제 2 경로를 포함하며, 제어 유닛은, 복수의 제 1 경로 및 제 2 경로를 시분할로 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다. 샘플 내의 제 1 조성을 농축하면서 연속적인 측정이 가능해진다.
농도 조정 기구는, 제 1 가스를 제 1 경로로 피드백하는 제 3 경로를 포함하고 있어도 무방하다. 흡착재의 일례는 다공질 유리이다. 제 1 조성에 적절한 지름의 구멍이 높은 확률로 존재하는 다공질 유리를 이용함으로써, 제 1 조성을 선택적으로 농축할 수 있다.
농도 조정 기구는, 제 1 조성을 포함하는 액상체를 가열함으로써 제 1 조성을 샘플에 함유시키는 기구를 포함하며, 제어 유닛은, 제 1 조성을 포함하는 액상체의 가열 온도를 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것도 유효하다. 농도 조정 기구는, 제 1 조성을 포함하는 액상체를 잉크젯 방식으로 토출함으로써 제 1 조성을 상기 샘플에 함유시키는 기구를 포함하며, 제어 유닛은, 제 1 조성을 포함하는 액상체의 토출량을 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것도 유효하다. 샘플 내의 제 1 조성의 농도를 제어할 수가 있다.
농도 조정 기구는, 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스로부터 제 2 조성을 제거하여 제 1 가스 내의 제 2 조성의 농도를 줄이는 기구를 포함하는 것도 유효하다. 제 2 조성은 예컨대 수분이다. 또, 공기를 캐리어 가스로서 이용하는 경우에는, 산소, 질소 혹은 이산화탄소의 농도를 제어하는 것보다 제 1 조성의 농도를 간접적으로 높이거나, 제 1 조성이 측정 도중에 산소나 질소 등과 반응하여 조성이 변화하는 것을 억제할 수가 있다.
농도 조정 기구는, 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스를 캐리어 가스에 주입하는 유량 제어 기구를 포함하며, 제어 유닛은, 유량 제어 기구에 의해 제 1 가스와 캐리어 가스의 혼합비를 바꾸는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것도 유효하다. 전형적인 캐리어 가스는, 공기 또는 기존의 조성의 가스이다.
분석 대상의 조성물을 다른 조성물과 반응시켜 제 1 조성을 포함하는 조성물로 변환하는 기구를 더욱 구비하는 것도 유효하다. 분석 대상의 조성물이 부식성이거나, 독이 있거나, 캐리어 가스와의 반응성이 높거나, 이온 이동도 센서의 감도의 개선이 어려운 등의 경우에는, 분석 대상의 조성물을 화학반응 등에 의해 변환하여 측정하는 것이 바람직하다.
제 1 조성을 포함하는 분석 대상 가스를 채취하여 농도 조정 기구에 공급하는 장치를 갖는 장치가 에어 커튼을 형성하는 에어량을 제어하는 유닛과, 에어 커튼으로 둘러싸인 영역으로부터 분석 대상 가스를 채취하는 유닛을 포함할 경우에는, 제어 유닛은, 에어 커튼을 형성하는 에어량과 농도 조정 기구를 협조 제어하는 기능(기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다.
또, 본 장치는, 기존의 화학물질을 포함하는 파일럿 조성물을 샘플에 함유시키는 교정(calibration) 유닛을 갖는 것이 유효하다. 교정 유닛의 한 형태는, 농도 조정 기구에, 제 1 조성 대신에 파일럿 조성물을 공급하는 것이다.
본 발명의 다른 양태 중 하나는, 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 유닛과, 조제하는 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 장치의 제어방법이다. 조제하는 유닛은, 샘플에 포함되는 제 1 조성의 농도를 바꾸는 농도 조정 기구를 포함한다. 본 제어방법은, 이하의 단계를 포함한다.
·제어 유닛이, 이온 이동도 센서로부터 측정 결과를 수신하는 단계.
·제어 유닛이, 측정 결과를 개선하는 방향으로 농도 조정 기구를 제어하는 단계.
농도 조정 기구를 제어하는 하나의 방법은, 제어 유닛이, 이온 이동도 센서의 측정 대상이 되는 복수의 화학물질의 데이터 베이스로서, 복수의 화학물질의 각각의 이온 이동도 센서에 있어서 검출이 용이한 농도 데이터가 포함되는 데이터 베이스에 액세스하여, 측정 결과에 포함되는 화학물질에 적합한 농도가 되도록, 농도 조정 기구를 제어하는 것이다. 다른 방법 중 하나는, 제어 유닛이, 제 1 조성의 농도가 단계적으로 변화하도록 농도 조정 기구를 제어하는 것이다.
상기 제어방법은, 소프트웨어(프로그램, 프로그램 제품)로서 적당한 하드웨어 자원을 갖는 컴퓨터에 의해 실행되도록 적당한 기록 매체에 기록하거나, 혹은 네트워크를 통해 제공하는 것도 가능하다.
도 1은 분석 장치의 개요를 나타내는 블록도이다.
도 2는 분석 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 샘플 투입 유닛의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 샘플 투입 유닛의 개략 구성을 나타내는 다른 방향의 단면도이다.
도 5는 분석 장치의 외관의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 6은 농도 조정 기구의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 흡착 유닛의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 흡착 유닛을 이용해 농도를 제어하는 모습을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 9는 농도 조정 기구의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 온도에 따라 기화량이 변화하는 모습을 나타내는 도면, (b)는 유량에 따라 측정값이 변화하는 모습을 나타내는 도면, (c)는 기압에 따라 측정값이 변화하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 분석 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 농도 조정 기구의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 1은 FAIMS(이온 이동도 센서)를 구비한 측정·분석 시스템의 개요를 나타낸다. 본 측정·분석 시스템(측정 분석 장치, 이후에는 '분석장치(10)')은, 상류부터, 분석 대상의 가스(타겟 가스, 제 1 가스 ; 21)를 채취하는 샘플링 유닛(100)과, 파일럿 케미컬을 샘플링 라인에 주입하는 교정 유닛(200)과, FAIMS(센서 ; 1)에 공급되는 샘플 가스(20)를 조제하는 조제 유닛(300)과, FAIMS(1)와, FAIMS(1)를 흐르는 가스량을 제어하는 플로우 컨트롤러(50)와, 샘플 가스(20)를 흡인 배기하는 흡인 펌프(51)와, 분석 장치(10)를 제어하는 제어 유닛(60)을 갖는다.
FAIMS(1)는, 목표 화학 물질(측정 대상, 오브젝트)을 이온화하는 이온화 유닛(1a)과, 이온화된 측정 대상에 전기장의 영향을 부여하면서 이동시키는 드리프트 챔버(1b)와, 드리프트 챔버(1b)를 통과한 이온화된 측정 대상(측정 대상의 전하)을 검출하는 검출기(1c)를 포함한다. 드리프트 챔버(1b)에 있어서는, 전극(1e)에 의해 생성되는 소프트웨어 제어된 전계가 특정 주기로 플러스·마이너스로 변동하며, 그 전계의 필터링 효과에 의해, 검출 목표인 화학물질이 필터링되어, 단기간, 예컨대, msec 레벨로 검출기(1c)와 충돌함으로써, 전류로서 측정된다.
FAIMS(1)의 일례는 Owlstone사 제품인 센서이며, 이온화 유닛(1a)에는, Ni63(555MBq의 β선원(線源), 0.1μSv／hr)을 사용하고 있다. 이 이온화 유닛(1a)에 의해 이온화가 가능한 화학물질은, 이온화 결합 에너지가 67KeV 이하이지만, 넓은 범위의 화학물질을 검출·분석할 수 있다. 이온화 유닛(1a)으로서는, UV(자외선)를 이용한 것, 코로나 방전을 이용한 것 등이 검토되고 있다.
제어 유닛(60)은, 센서(1)를 제어하는 드라이버(61)를 포함한다. 센서(1)에는, 드라이버(61)로부터 측정 조건이 보내진다. 측정 조건에는, 전계 전압(Vf, 이후에는 '전압(Vf)')과, 보상 전압(Vc)이 포함된다. 드라이버(61)는, 센서(1)로부터 측정된 데이터(IMS 데이터(65))를 취득한다. IMS 데이터(65)의 일례는, 특정 전압(Vf)에 있어서의 보상 전압(Vc)의 변동에 대응하여 변화하는 전류(검출 장치(1c)에 의해 검출되는 전류 ; I)에 의해 표시되는 스펙트럼이다. IMS 데이터(65)는, 상기 스펙트럼의 특징점을 샘플링(추출)한 데이터여도 무방하고, 복수의 전압(Vf)의 스펙트럼을 포함하는 것이어도 무방하다. 드라이버(61)는 더욱이, 센서(1)의 측정 환경의 정보(66)를 취득한다. 환경 정보(66)에는 온도, 습도, 압력, 유량 등이 포함되며, 센서(1)에는 이들을 검출하는 센서(1x)가 설치된다.
샘플 가스(20)를 조제하는 조제 유닛(300)은, 샘플 가스(20)에 포함되는 타겟 조성(제 1 조성)의 농도를 조정하는 농도 조정 기구(310)를 포함한다. 농도 조정 기구(310)는 농도를 제어하기 위한 하드웨어를 포함한다. 구체적으로는, 상기 농도 조정 기구(310)는, 타겟 조성을 포함하는 타겟 가스(제 1 가스 ; 21)를 핸들링하는 경로(샘플 가스 라인(311))와, 타겟 가스(21)와 혼합되는 캐리어 가스(29)를 핸들링하는 경로(캐리어 가스 라인(321))를 포함한다. 캐리어 가스(29)의 전형적인 것은 공기이며, 이후에서 특별히 설명하지 않는 한 캐리어 가스(29)는 공기이다. 캐리어 가스(29)는, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스여도 무방하다. 캐리어 가스(29)는, 분석 대상이 되는 타겟 조성에 대하여 피크 분리 등에 유효한 성분을 포함하는 도펀트여도 무방하다.
샘플 가스 라인(311)은 인렛측부터, 파티클 필터(312)와, 펌프(314)와, 버퍼(316)와, 매스 플로우 컨트롤러(318)를 포함한다. 캐리어 가스 라인(321)은, 습도 제거 유닛(322)과, 하이드로 카본 스크러버(324)와, 파티클 필터(326)를 포함한다. 샘플 가스 라인(311)을 통과한 타겟 가스(21)와, 캐리어 가스 라인(321)을 통과한 캐리어 가스(29)는, 믹서(328)에 의해 혼합되어 샘플 가스(20)가 생성된다. 카본 스크러버(324)는, 캐리어 가스(29) 내의 탄화수소 화합물을 흡착한다. 습도 제거 유닛(322)의 전형적인 것은 분자체(몰레큘러 시브 ; molecular sieve)이다.
매스 플로우 컨트롤러(MFC ; 318)는, 유체의 질량 유량을 계측하여 유량 제어를 실시하는 기기로서, 본 농도 조정 기구(310)에서는 디지털 MFC를 채용하고 있다. 유체의 유량 계측에는 주로 체적 유량과 질량 유량이 이용된다. 체적 유량은, 계측 대상이 되는 유체에 환경 온도나 사용 압력 등의 변화에 의해 체적 변화가 생겼을 경우, 정확한 유량을 계측하기 위해 변화량에 맞는 보정을 실시한다. 질량 유량은, 유체의 질량(무게)을 계측함으로써, 사용 조건의 변화에 따른 보정을 실시할 필요가 없다. MFC(318)는, 반도체 프로세스를 비롯하여, 고정밀도의 유량 계측·제어가 요구되는 프로세스에 있어서의 유량 제어 기기로서 공지된 것이다.
제어 유닛(60)은, MFC(318)를 디지털적으로 제어하는 플로우 제어 유닛(70)을 포함한다. 플로우 제어 유닛(70)은, 더욱이 센서(1)의 배기측의 플로우를 관리하는 MFC(50)도 제어한다. 통상적으로는, 배기측의 MFC(50)에 의해 센서(1)의 통과 유량을 일정하게 유지하며, 타겟 가스(21)의 MFC(318)에 의해 캐리어 가스(29)에 주입되는 타겟 가스(21)의 유량을 제어한다. 따라서, 플로우 제어 유닛(70)에 의해, 샘플 가스(20)에 포함되는 타겟 가스(21)와 캐리어 가스(29)의 혼합비를 제어할 수가 있다.
플로우 제어 유닛(70)은, 샘플 가스 라인(311) 및 캐리어 가스 라인(321)에 설치된 가스 유량 센서(319 및 329)에 의해 각각의 라인의 가스 유량을 감시하는 기능을 포함한다. 또, 습도 제거 유닛(322)이 습도를 조정할 수 있는 유닛, 예컨대, 가습 유닛을 포함하는 경우에는, 플로우 제어 유닛(70)은, 캐리어 가스측의 습도를 제어함으로써, 센서(1)를 통과하는 샘플 가스(20)의 습도를 제어하는 기능을 포함하고 있어도 무방하다.
상기 농도 조정 기구(310)는, 양압(正壓) 펌프(314)를 포함하며, 배기측의 음압(負壓) 펌프(51)와의 조합에 의해 센서(1)의 통과 조건을 제어하고 있다. 양압 펌프(314) 및 음압 펌프(51)는 2개 이상의 펌프를 병렬 접속한 것이어도 무방하다. 또, 센서(1) 입구측의 버퍼(샘플링 버퍼(316))에 추가하여, 센서의 배기측에 버퍼를 설치하여도 무방하다. 버퍼(316)와, 복수의 펌프(314 및 51)를 설치함으로써, 센서(1)를 통과하는 유량의 변동을 완충시킬 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수가 있다. 현재의 기술에서는, 안정적인 측정에 35cc~50cc/sec 정도의 유량(유속)이 필요하게 되므로, 버퍼 영역은, 그 2~3배 확보함으로써, 불안정한 요인을 완화시킬 수 있다.
소형 펌프(314 및 51)의 일례는, 테프론(등록상표)·코팅, 드라이 타입의 소형 펌프, 예컨대, 플런저 펌프, 피스톤 펌프, 로터리 펌프, 루트형 펌프, 클로(claw)형 펌프이다. 센서(1) 상류측의 펌프(314)는 센서(1)에 대하여 가스를 가압하는 펌프(양압 펌프)로서 기능하며, 하류측의 펌프(51)는 센서(1)에 대하여 가스를 흡인하는 펌프(음압 펌프)로서 기능한다. 이 때문에, 이들 펌프(314 및 51)에 다소의 유량 변동, 맥동(脈動) 등이 발생하여도 센서(1)를 흐르는 샘플 가스(20)의 유량의 변동 및 맥동을 억제할 수가 있다. 또한, 이들 펌프(314 및 51)를 복수의 펌프로 구성함으로써, 펌프의 온 오프에 의해 센서(1)에 공급되는 샘플 가스(20)의 유량을 제어하거나, 압력을 제어하거나 할 수도 있게 된다.
플로우 제어 유닛(70)은, 유입속도 제어회로(자동 유량 최적화 장치)로서, 이온 이동도 센서(1)에 유입되는 샘플 가스(20)의 유량을 제어한다. 플로우 제어 유닛(70)은, 가스 유량 센서(319 및 329)로부터의 신호를 취득한다. 더욱이 플로우 제어 유닛(70)은, 센서 드라이버(61)를 통해, 이온 이동도 센서(1)의 내부 유량 센서의 신호도 취득한다.
플로우 제어 유닛(70)은 또한, FAIMS 데이터 베이스(79)에 포함되는 자동 제어용의 최적화 테이블(78)을 참조하여, 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 조성을 센서(1)로 측정하기 위해 최적인 유량을 MFC(318)에 설정한다. 데이터 베이스(79)는, 제어 유닛(60)에 포함되어 있어도 무방하며, 컴퓨터 네트워크 등을 통해 제어 유닛(60)이 통신할 수 있는 서버 등에 포함되어 있어도 무방하다. 데이터 베이스(79)에는, 화학물질 그룹정보, 이온 이동도(mobility), 히트 맵 정보, 통계 데이터와 예측 시뮬레이션 모델을 포함한다. 데이터 베이스(79)에 준비된 자동 제어용의 최적화 테이블(78)에는 유량 제어 최적화 테이블이 포함되어 있으며, 타겟 조성물을 화학물질 그룹화함으로써, 유입 속도(유량) 제어, 이온 이동도와 측정 데이터(전류값) 상관 테이블이 부여되게 되어 있다.
따라서, 상기 플로우 제어 유닛(70)은, 우선, 센서(1)를 통과하는 샘플 가스(20)의 유속(유량)을 고정하여 측정 정밀도를 높이는 기능을 포함한다. 또한, 센서(1)에서는, 측정 대상의 화학물질의 농도에 따라서는, 전류값의 레인지가 오버되는 경우가 있으나, 플로우 제어 유닛(70)이 캐리어 가스(29)의 유량 제어와, 타겟 가스(21)의 유량 제어를 소프트웨어적으로 실시함으로써, 타겟 가스(21)에 포함되는 측정 대상의 화학물질의 농도가 센서(1)에 의해 양호한 정밀도로 검출될 수 있는 농도 범위에 들어, 센서(1)의 측정 결과가 개선되도록 농도 조정 기구(310)를 제어하는 기능을 포함한다. 본 예에서는, 샘플 가스 플로우를 MFC(50)로 제어하고, 타겟 가스 플로우를 MFC(318)로 제어하며, 캐리어 가스 플로우는 이러한 제어에 의해 정해지도록 자동 제어하지만, 캐리어 가스 플로우를, MFC를 이용해 직접적으로 제어하는 것도 가능하다. 따라서, 수동으로 샘플을 계량하여 희석하는 등의 수고는 불필요해진다.
제어 유닛(60)은, 농도 조정 기구(310)에 의한 농도 조정을 자동적으로 실시하는 농도 제어 유닛(80)을 포함한다. 농도 제어 유닛(80)은, 드라이버(61)를 통해 센서(1)의 측정 결과를 취득하는 유닛(기능 ; 81)과, 농도 조정 기구(310)의 초기 설정을 수행하는 유닛(기능 ; 82)과, 제 1 최적화를 실시하는 유닛(기능 ; 83)과, 제 2 최적화를 실시하는 유닛(기능 ; 84)을 포함한다. 또한, 농도 제어 유닛(80)은, 농도 조정 기구(310)에 대한 제어 정보, 측정 결과 및 최적화의 상황을 퍼스널 컴퓨터 등의 호스트 단말(2)에 출력하는 유닛(기능 ; 85)을 포함한다.
도 2는, 농도 제어 유닛(80)에 의해 샘플 가스(20)의 농도 조정을 자동적으로 실시하는 과정을 나타내는 플로우 차트이다. 단계 501에 있어서, 측정 결과를 취득하는 유닛(81)에 의해 센서(1)의 IMS 데이터(65)를 취득한다. 단계 502에 있어서 초기 설정 단계이면, 초기 설정 유닛(82)이 타겟 가스 농도를 러프(rough)하게 제어한다. 우선, 단계 503에 있어서, IMS 데이터(65)에 포함되어 있는 피크가 지나치게 커서 측정 레인지를 초과한 경우에는, 단계 504에 있어서, 샘플 가스(20) 내의 타겟 가스(21)의 농도가 낮아지도록 농도 조정 기구(310)의 MFC(318)를 제어한다. 한편, 단계 505에 있어서, IMS 데이터(65)에 포함되어 있는 피크가 지나치게 작거나 또는 판명되지 않는 경우에는, 단계 506에 있어서, 샘플 가스(20) 내의 타겟 가스(21)의 농도가 높아지도록 농도 조정 기구(310)의 MFC(318)를 제어한다.
초기 설정이 종료되어, 피크가 소정 범위에 드는 IMS 데이터(65)가 얻어지는 농도가 판명되면, 단계 510에 있어서 제 1 최적화를 수행한다. 우선, 제 1 최적화 유닛(83)은, 단계 511에 있어서, 샘플 가스(20) 내의 타겟 가스(21)의 농도가 단계적으로 바뀌도록 농도 조정 기구(310)의 MFC(318)를 제어한다. 이온 이동도 센서(1)에 있어서 측정에 적합한 타겟 조성물의 농도 범위는 ppb 또는 ppt 오더이다. 따라서, 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 조성물의 농도에 따라 타겟 가스(21)의 희석율은 바뀌는데, 측정가능한 레인지 범위에서 농도가 적어도 10 단계로 바뀌도록 제어한다. 또한, 단계 512에 있어서, 각각의 농도에 있어서의 IMS 데이터(65)를 평가하여, 타겟 가스(21)의 측정에 적합한 샘플 가스(20) 내의 농도를 더욱 상세하게 결정한다.
다음으로, 단계 520에 있어서 제 2 최적화를 수행한다. 제 2 최적화 유닛(84)은, 단계 521에 있어서, 얻어진 IMS 데이터(65)를 예비적으로 해석하고, 단계 522에 있어서 타겟 가스(21)에 포함되어 있는 조성물(화학물질)의 후보를 선택한다. 선택된 후보가, 농도 조정 기구(310)에 있어서 농도 조정을 수행하는 최종적인 타겟의 조성물이 된다. 타겟 조성물이 선택되면, 단계 523에 있어서, 이온 이동도 센서(1)의 측정 대상이 되는 복수의 화학물질의 데이터 베이스(79)를 참조한다. 상술한 바와 같이 데이터 베이스(79)에는, 복수의 화학물질 각각의 이온 이동도 센서(1)에 있어서 검출이 용이한 농도 데이터가 포함되어 있는 자동 제어용의 최적화 테이블(78)이 준비되어 있다. 따라서, 단계 524에 있어서, 측정 결과에 포함되는 화학물질(타겟 조성물)에 적합한 농도를 취득하여, 농도 조정 기구(310)를 제어한다.
이와 같이, 본 예의 시스템(10)에 있어서는, 타겟 가스(21)의 샘플 가스(20)에 있어서의 농도를 자동 조정하여, 타겟 가스(21)에 포함되어 있는 타겟 조성물이 이온 이동도 센서(1)에 의해 양호한 정밀도로 검출가능하도록 되어 있다. 농도의 자동 조정은, 초기 단계로 한정되지 않으며, 타겟 가스(21)의 농도가 변동되었을 때 자동적으로 추종하여 농도 조정을 실시하도록 하여도 무방하다. 타겟 가스(21)의 농도 변동은, 센서(1)의 측정 결과를 해석함으로써 판명된다. 따라서, 본 분석 장치(10)에 있어서는, 항상 양호한 해석 결과가 얻어지는 농도의 스위트 스폿(sweet spot)을 자동 검색하면서 타겟 가스(21)를 분석할 수 있다.
이온 이동도 센서(1)를 통과하는 샘플 가스(20)의 농도 및 유량을 양호한 정밀도로 관리하는 것은 센서(1)의 측정 정밀도를 높이는 데 있어 중요하다. 또, 센서(1)의 측정 정밀도를 높이기 위해서는 교정을 정확하게 수행하는 것도 중요하다. 이를 위해서는, 컴팩트하게 실장가능한 교정 유닛, 나아가 빈번한 유지 보수를 억제할 수 있으며, 자동적으로 교정을 실시할 수 있는 유닛이 바람직하다. 이를 위해, 본 분석 장치(10)에는 자동 교정 유닛(200)이 설치되어 있다.
본 분석 장치(10)에서는, 자동 교정 유닛(200)이 농도 조정 기구(310) 상류의 타겟 가스(21)를 공급하는 샘플링 라인(150)에 빌트인 되어 있다. 이러한 배치는, 교정 유닛(200)을 이용하여 농도 조정 기구(310)의 교정도 실시할 수 있다는 점에서 적합하지만, 교정 유닛(200)은, 이온 이동도 센서(1)의 상류에 배치되면 되며, 샘플링 라인(150)과 직렬로 배치되어도, 샘플링 라인(150)과 병렬로 배치되어도 무방하다.
즉, 상기 교정 유닛(200)은, 기존의 화학물질을 포함하는 파일럿 조성물(파일럿 케미컬)을, 타겟 가스(21)를 센서(1)에 공급하는 샘플링 라인(150)을 통해 샘플 가스(20)에 함유시키고 있지만, 센서(1)의 바로 앞에 교정 유닛(200)을 배치하여 샘플 가스(20)에 파일럿 케미컬을 함유시키도록 배치하는 것도 가능하다.
상기 교정 유닛(200)은, 타겟 가스(21) 대신에 파일럿 케미컬을 샘플링 라인(150)에 도입하기 위한 밸브 시스템(210)과, 교정 가스 공급 펌프(220)와, 파일럿 케미컬을 포함하는 파일럿 샘플을 투입하는 유닛(250)을 포함한다. 또, 제어 유닛(60)은, 교정 유닛(200)을 제어하는 유닛(68)을 포함한다. 상기 교정 유닛(200)은, 농도 조정 기구(310)에, 타겟 조성물을 포함하는 타겟 가스(21) 대신에 파일럿 케미컬을 공급한다.
도 3은 파일럿 샘플 투입 유닛(250)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 또, 도 4에는 파일럿 샘플 투입 유닛(250)이 가스(교정 가스)가 흐르는 방향에서 도시되어 있다.
상기 파일럿 샘플 투입 유닛(250)은, 복수의 교정용 파일럿 물질(파일럿 케미컬)이 사전에 봉입된 튜브(나노 튜브)가, 배관을 겸하는 원통형의 하우징(255)에 정해진 단면적으로 일정량, 일정 깊이로 충전(실장)된다. 그리고 하우징(255)이 총의 실탄 실장용의 룰렛과 같이 회전하여, 튜브와 같은 파일럿 샘플(261~265) 중 어느 하나가 소프트웨어 제어에 의해 하우징(255) 내의 공간(259)에 나타나, 교정용의 파일럿 케미컬로서 선택된다.
파일럿 샘플(261~265)의 튜브에 봉입되는 파일럿 케미컬은, 미리 농도, 분자량, 분자 구조가 판명되어 있으며, 다양한 환경조건(온도, 습도, 압력, 유량을 포함함)에서 센서(1)에 의한 측정 결과가 미리 얻어진 것이다. 따라서, 센서(1)의 실제 측정 결과(실측값)와, 미리 얻어진 값(이론값, 표준값)을 비교함으로써, 실측값을 교정할 수가 있다.
타겟으로 하는 조성물, 타겟 가스(21)의 화학적 특성, 백그라운드(환경)에 따라서는, 1개의 파일럿 샘플로는 교정이 충분하지 못한 경우가 있는데, 상기 유닛(250)에 있어서는 복수의 파일럿 샘플을 선택할 수가 있다. 또, 파일럿 샘플이 액체이면 시간 경과에 따른 열화(劣化)의 문제나, 핸들링이 번잡해진다는 문제도 있으나, 파일럿 샘플(261~265)을 각 튜브에 봉입하는 타입으로 함으로써, 파일럿 케미컬을 양호한 상태로 보존할 수 있다. 또한, 파일럿 샘플(261~265)의 각 튜브를 하우징(255)에 봉입하도록 실장함으로써, 외부와의 접촉 면적이 최소가 되어, 산화 등의 문제를 방지할 수 있으며, 파일럿 샘플을 실제로 사용할 때 새로운 샘플 면이 나타나는 구성을 채용할 수 있다. 따라서, 상기 유닛(250)은, 컴팩트하고, 구조가 간단하면서, 액체 또는 기체 상태의 파일럿 케미컬을 고체와 같이 장기간에 걸쳐 시간의 경과에 따른 변화 등이 적은 상태로 보존할 수 있으며, 또한 신선한 파일럿 케미컬을 라인에 투입할 수 있는 것이다.
더욱 구체적으로는, 파일럿 샘플 투입 유닛(250)은, 통형상의 이너 하우징(이너 ; 254)과, 이너(254)의 외측에 동심원형상으로 배치되어 이너(254)에 대해 상대적으로 회전하는 아우터 하우징(아우터 ; 255)을 갖는다. 이너 하우징(254)의 내부의 공간(259)에는, 교정 가스 공급 펌프(220)에 의해 교정 가스(225)가 공급된다. 교정 가스(225)는 전형적으로는 공기이며, 파일럿 케미컬을, 샘플링 라인(150)을 통해 센서(1)에 공급하는 캐리어 가스이다.
아우터 하우징(255)에는, 교정용의 파일럿 케미컬을 함유하는 튜브를 각각 포함하는 파일럿 샘플(261~265)이, 교정 가스(225)가 흐르는 방향과 겹치지 않게 배치되어 있다. 튜브(261~265)는, 각각이 이너(254)의 외측에, 동심원형상으로 아우터 하우징(255)에 실장되어 있다. 이너(254)에는, 파일럿 샘플(261~265)과 겹치는 위치에 개구, 예컨대 개구(271~275)가 설치되어 있으며, 이너(254)와 아우터 하우징(255)이 상대적으로 회전하면, 파일럿 샘플(261~265) 중 어느 하나가, 개구(271~275) 중 어느 하나로부터 내부 공간(259)에 나타나며, 그 노출된 파일럿 샘플의 튜브로부터 파일럿 케미컬이 교정 가스(225)에 방출된다. 따라서, 파일럿 샘플(261~265)에 포함되어 있는 파일럿 케미컬 중 어느 하나가 샘플 가스(20)에 포함되어 이온 이동도 센서(1)에 공급된다.
파일럿 샘플(261~265)에 대응된 개구(271~275)의 면적은 바뀌어 있으며, 예컨대, 파일럿 샘플(261)의 개구(271)의 면적을 기준(1.0)으로 하면, 파일럿 샘플(262)의 개구(272)의 면적비율은 2.0, 파일럿 샘플(263)의 개구(273)의 면적비율은 5.0, 파일럿 샘플(264)의 개구(274)의 면적비율은 10.0으로 되어 있다.
상기 샘플 투입 유닛(250)에서는, 이너(254)와 아우터(255)가 상대적으로 회전하며, 이때, 이너(254)가 파일럿 샘플(261~265)의 각 튜브(280)의 표면에 접하여, 각 튜브(280)의 표면이 깎인다. 각 파일럿 샘플(261~265)의 각 튜브(280)는 스프링 또는 나사(281)에 의해 아우터 하우징(255)으로부터 이너(254)의 방향으로 가압되어 있으며, 이너(254)의 상대적인 회전에 의해 튜브(280)의 표면이 확실하게 깎이게 되어 있어, 튜브(280)의 항상 새로운 면이 교정 가스(225)에 출현한다.
튜브(280)의 일례는 다량의 미세한 구멍(직경 ㎛ 또는 ㎚ 오더의 구멍)을 포함하는 다공성(porous) 유리이며, 유리의 표면을 연마함으로써 항상 새로운 파일럿 케미컬을 방출할 수 있다. 파일럿 샘플(261~265)의 각 튜브(280)는, 아우터 하우징(255)의 외측으로부터 캡(289)을 분리함으로써 용이하게 교환할 수 있다.
파일럿 샘플(261~265) 중 4개, 예컨대, 샘플(261~264)은, 각각이 다른 간접 검출 반응 화학물질 및/또는 촉매, 효소 등의 파일럿 케미컬을 포함한다. 따라서, 이너(254) 및/또는 아우터 하우징(255)이 회전하면, 회전 각도에 따라, 다른 샘플이 다른 면적으로 교정 가스(225)에 노출된다. 이 때문에, 이온 이동도 센서(1)를 가스(샘플, 파일럿 케미컬)의 종류와, 농도에 따라 교정할 수가 있다.
아우터 하우징(255)에는, 샘플의 방출을 촉진하는 온도로 하기 위해 히터(290)를 설치하여도 무방하다. 파일럿 샘플(265)은, 교정의 종료를 나타내는 화학물질(TC ; Termination Chemical)을 방출하는 파일럿 샘플이다. 파일럿 샘플(265)로부터 화학물질(TC)이 교정 가스(225)에 방출되어, 이온 이동도 센서(1)가 이를 검출하면, 자동적으로 교정이 종료된 것으로 판단한다. 샘플 투입 유닛(250)이 화학물질(TC)을 방출함으로써, 교정 유닛(200)으로부터 이온 이동도 센서(1) 및 그 해석 유닛(제어 유닛(60))에 대해, 교정 처리의 종료가 전달된다.
이와 같이, 제어 신호 대신에 소정의 파일럿 케미컬을 샘플링 라인(150)에 흘려, 분석 장치(10)를 제어할 수가 있다. 예컨대, 화학물질(TC)을, 간접적 검출을 수행하는 경우의 반응대상 화학물질이 모두 사용되었음을 나타내는 신호로서 이용할 수 있다. 또, 샘플링 라인(150)의 클린업이 종료된 신호로서도 사용할 수 있다.
도 1로 되돌아와 상기 분석 장치(10)는, 분석 대상의 가스(타겟 가스, 제 1 가스 ; 21)를 샘플링 유닛(100)에 의해 채취한다. 샘플링 유닛(100)은, 예컨대, 하나 또는 복수의 종류의 물품을 반송하는 컨베이어(190)로부터 타겟 가스(21)를 채취하여, 컨베이어(190)에 의해 반송되고 있는 물품(191)을 판별하거나, 물품(191)에 포함되어 있을 가능성이 있는 이물(異物 ; 192)을 판별하거나 할 수가 있다. 상기 샘플링 유닛(100)은, 타겟 가스(21)에 대한 외계(外界)의 영향을 억제하기 위해 에어 커튼(180)을 형성하며, 에어 커튼(180)으로 둘러싸인 영역으로부터 타겟 가스(21)를 채취한다.
이 때문에, 샘플링 유닛(100)은, 에어 커튼용의 에어를 공급하는 펌프(182)와, 에어 커튼(180)을 형성하기 위한 후드(184)와, 후드(184)의 내부로부터 가스를 채취하기 위한 샘플링 노즐(186)을 포함한다. 본 예에서는, 에어 커튼(180)을 형성하는 공기의 일부가 노즐(186)을 통해 배기되며, 그 배기(165)의 일부가 양압 펌프(314)에 의해 흡인됨으로써 타겟 가스(21)로서 채취된다. 타겟 가스(21)를 채취하기 위한 펌프를 샘플링 유닛(100)에 설치하는 것도 가능하다. 배기량은 댐퍼(188)에 의해 제어할 수 있으며, 채취되어 타겟 가스(21)는 적당한 필터(189)를 통해 샘플링 라인(150)에 공급된다.
샘플링 유닛(100)에 의해 채취되는 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 케미컬(제 1 조성 ; 160)은, 에어 커튼(180)을 형성하는 에어량에 의해 좌우될 가능성이 있다. 예컨대, 에어 커튼(180)의 에어량이 너무 많으면 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 케미컬(160)의 농도가 저하될 가능성이 있고, 에어량이 너무 적으면 타겟 가스(21)에 포함되는 노이즈(다른 케미컬)가 증가할 가능성이 있다. 이 때문에, 샘플링 유닛(100)은, 에어 커튼(180)의 에어량을 제어하는 플로우 제어기구(170)를 가지며, 제어 유닛(60)은 플로우 제어기구(170)에 의해 에어량을 제어하는 에어 커튼 제어 유닛(69)을 포함한다. 플로우 제어기구(170)의 일례는 댐퍼이며, 펌프(182)의 회전 수 제어에 의해 에어량을 제어하여도 무방하다.
에어 커튼 제어 유닛(69)은, 에어 커튼(180)의 에어량과 농도 조정 기구(310)를 협조 제어한다. 예컨대, 에어 커튼 제어 유닛(69)은, IMS 데이터(65)에 노이즈가 너무 많다고 판단되면 에어량을 증가시키고, 이로써 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 케미컬(160)의 농도가 저하되는 것으로 판단되면, 플로우 제어 유닛(70)이 농도 조정 기구(310)를 이용하여 샘플 가스(20)에 포함되는 타겟 케미컬(160)의 농도를 높이는 방향으로 제어한다. 한편, IMS 데이터(65)에서 타겟 케미컬의 피크를 볼 수 없는 경우에는, 에어 커튼 제어 유닛(69)은, 지장이 없는 범위에서 에어량을 낮추어, 농도 조정 기구(310)의 조정 영역(턴 다운)을 확보한다.
도 5는, 분석 장치(10)가 박스형상의 컨테이너(하우징 ; 3)에 수납된 모습을 나타낸다. 컨테이너(3)에는, 교정 유닛(200), 샘플 조제 유닛(300), 이온 이동도 센서(1), 배기계의 MFC(50) 및 배기 펌프(51), 그리고 제어 유닛(60)이 수납되어 있다. 이온 이동도 센서(1)를 포함하여, 이러한 유닛 및 파트는 컴팩트하여, 샘플링 유닛(100)을 제외한 분석 장치(10)를 수 10㎝평방(square) 정도의 컨테이너(3)에 수납하여 제공할 수가 있다. 컨테이너(3)의 전면(前面)에는, 분석 장치(10)의 동작을 모니터링하는 디스플레이(3d)가 설치되어 있다.
분석 장치(10)는, 네트워크(9)를 통해 퍼스널 컴퓨터 등의 단말(2)에 접속된다. 단말(2)의 디스플레이(2d)에는, IMS 데이터(65)를 화상(2a)으로서 표시시키거나, 이력을 화상(2b)으로서 표시시키거나, IMS 데이터(65)에 관한 컨텐츠(2c)를 표시시키거나 할 수 있다. 컨텐츠(2c)는, IMS 데이터(65)의 복수의 후보에 대응하여 네트워크(9)에 오픈되어 있는 복수의 정보(2x)와, 가장 확실한 후보의 정보(2y)와, 확실한 후보의 정보(2y)에 관련된 정보(2z)를 포함할 수 있다.
도 6은, 농도 조정 기구(310)의 다른 예를 나타낸다. 본 농도 조정 기구(310a)는 복수의 흡착 유닛(AU ; 330a~330c)과, 각각의 AU(330a~330c)에 타겟 가스(21)를 시분할로 공급하는 복수의 제 1 경로(341a~341c)와, 각각의 AU(330)로부터 흡착물을 캐리어 가스(29)에 시분할로 방출하여 샘플 가스(20)를 생성하는 복수의 제 2 경로(342a~342c)와, 경로를 전환하는 밸브(345a~345c, 346a~346c, 347a~347c 및 348a~348c)를 포함한다. 제 1 경로(341), 제 2 경로(342), 밸브(345~348)로는 테프론(등록상표) 튜브나 코팅된 것이 바람직하다.
상기 농도 조정 기구(310a)는, A~C의 3계통을 시분할로 전환하여 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 케미컬을 농축함으로써 샘플 가스(20)를 생성한다. 또한, 이후에 있어서, 1개의 계통을 대표하여 설명할 때에는 A계통을 참조하지만, 다른 계통에 대해서도 동작 등은 공통된다.
제어 유닛(60)은, AU(330a~330c)를 제어하는 흡착 제어 유닛(AU 제어 유닛 ; 71)과, 밸브 시스템(341~348)을 제어하는 밸브 제어 유닛(72)을 포함한다. AU 제어 유닛(71)은, AU(330a~330c)의 각각에 포함되어 있는 히터(332)를 제어하여, 흡착재(331)의 온도를 제어하는 기능을 포함한다. 밸브 제어 유닛(72)은, AU(330a~330c)의 흡착재(331)가 타겟 가스(제 1 가스 ; 21)에 노출되는 시간을 제어하는 기능과, 복수의 제 1 경로(341a~341c) 및 제 2 경로(342a~342c)를 시분할로 제어하는 기능을 포함한다.
도 7은 1개의 흡착 유닛(330a)을 추출하여 나타내고 있다. FAIMS 기술에 있어서는, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 요망되며, 이 때문에, 실효적으로 전계 강도를 양호한 효율로 높이는 것이 필요하다. 그 하나의 해결책은, 샘플(샘플 가스)이 통과하는 비행 경로에 전압을 가하는 플레이트 폭을 좁히는 것으로서, FAIMS의 전극을 미세화함으로써 FAIMS 자체를 컴팩트하게 할 수 있다는 효과도 얻을 수 있다. 그 한편으로는, 가스 유량 저항이 커지므로, 대량의 샘플 가스를 흘리기가 어려워져, 유량 변동을 억제하는 것이 노이즈의 영향을 작게 하기 위해서도 중요하게 된다. 더욱이 이물이 센서(1)에 침입하는 것을 막을 필요가 있다. 즉, 측정 대상 샘플에, 불필요한 파티클 등의 불순물 등이 부유하고 있어, FAIMS(1)의 약한 Vf·Vc의 인가전극의 벽을 막게 되는 상황을 회피하기 위해 필터가 배치되며, 필터가 압력 손실의 요인이 되어 유량이 변동되는 경우가 있다.
샘플 대상이 클린한 경우에는 이러한 문제는 발생하지 않는다. 예컨대, 다공질 유리 입자 등의 흡착재(331)를 측정 대상 샘플(타겟의 화학물질, 타겟 케미컬 ; 160)의 캡쳐로서 사용하여, 타겟 가스(21)로부터 타겟 케미컬(160)을 흡착재(331)에 일시적으로 저장(stock)하고, 깨끗한 캐리어 가스(29)에 방출함으로써 타겟 가스(21)를 곧바로 센서(1)에 유입시키지 않아도 타겟 케미컬(160)을 센서(1)에 의해 측정할 수가 있다. 또한, 흡착재(331)에 의해, 타겟 케미컬(160)을 흡착·방출하는 과정에서, 샘플 가스(20)의 타겟 케미컬의 농도를 제어할 수 있다는 장점도 있다.
즉, 열을 가하여 캡쳐인 흡착재(331)를 가온(加溫)함으로써, 저농도의 타겟 케미컬(샘플 ; 160)을 농축한 상태로 샘플 가스(20)에 포함시킬 수 있어, 센서(1)의 측정 한계를 초과하는 저농도의 타겟 가스(21)밖에 얻어지지 않는 경우에도, 측정 대상이 되는 화학물질을 센서(1)에 의해 검출할 수 있게 된다. 캡쳐(흡착재 ; 331)의 포착 성능과 온도 변화에 따른 방출 특정을 사전에 얻을 수 있어, 소프트웨어로 흡착재(331)의 온도 제어를 수행함으로써, 흡착재(331)에 타겟 케미컬(160)을 정량적으로 흡수시키며, 흡착재(331)로부터 타겟 케미컬(160)을 정량적으로 방출시킬 수가 있다. 이러한 추정 기능을 AU 제어 유닛(71)은 구비하고 있어, 동정이 어려운 농도에서의 샘플링이라 하더라도 타겟 케미컬(160)의 검출이 가능하게 됨에 따라, 샘플링의 조건이나 장소 등의 제한을 완화시킬 수가 있다.
흡착재(331)의 전형적인 예는 다공질 유리이며, 다공질의 형상이나 크기를 선택함으로써, 흡착 과정에서 측정이 불필요한 비대칭 물질을 제외할 수 있게 된다.
AU(샘플러 ; 330)는, 타겟 가스(21)의 주 성분(타겟 케미컬 ; 160)을 1차적으로 유지(흡착)시키고, 그 후, 방출하는 다공질의 흡착재(캡쳐 ; 331)와, 흡착 및 방출을 온도로 제어하기 위한 히터(332)를 포함한다. AU 제어 유닛(71)은, 히터(332)를 제어하는 컨트롤러(다공질 캡쳐 샘플 방출온도 제어회로 ; 71a), 샘플 방출 제어 테이블(71b)을 갖는다. 테이블(71b)은, 이온 이동도 대응 화학물질 그룹화 정보(71c), 다공질 캡쳐 사이즈 대응 온도 제어 테이블(71d)을 포함한다.
AU 제어 유닛(71)은, 흡착재(캡쳐 ; 331)를 가열하는 히터(332)의 출력을 제어함으로써, 흡착재(331)의 온도를 제어한다. AU(330a)에 온도 센서를 설치하여 AU 제어 유닛(71)으로 모니터링하여도 무방하다. AU 제어 유닛(71)이 히터(332)에 의해 온도 제어함으로써, 1차적으로 흡착재(331)에 유지되어 있는 타겟 가스(21)의 성분(가스 분자, 타겟 케미컬(160))의 방출을 제어할 수가 있다. 예컨대, 비교적 저온이면, 분자량이 작은 것이나, 혹은 분자 사이즈가 작은 것을 흡착재(331)로부터 캐리어 가스(29)에 먼저 출력(방출)할 수 있고, 온도를 높임에 따라 분자량이 큰 것이나, 혹은 분자 사이즈가 큰 것을 차례로 캐리어 가스(29)에 출력할 수가 있다. 따라서, AU(330)의 온도는 IMS 데이터(65)로부터 화학물질의 후보를 구하는데 유용한 정보가 된다. 이 때문에, AU 제어 유닛(71)으로부터 농도 제어 유닛(80) 혹은 단말(2)에 AU(330)의 온도를 피드백하는 것이 바람직하다.
흡착재(331)의 온도를 보다 양호한 정밀도로 제어하기 위하여, 히터(332)는 복수의 발열 소자를 구비한 것이어도 무방하며, 예컨대, 라인 서멀 헤드를 이용할 수 있다.
다공질의 캡쳐(331)는, 피부 호흡에 의한 배기와 같은 샘플링이 어려운 가스나 측정 대상이 되는 타겟 화학물질의 농도가 극단적으로 낮은 경우, 프리·컨센트레이션 등에 유효하다. 상기 캡쳐(331)는, 측정 단계에서 샘플로서, 히터(332)에 의해 고온이 됨에 따라 외부로 방출되어 센서(1)로 이송된다. 캡쳐(331)의 다공질의 사이즈를 선택하면, 측정 대상의 화학물질을 타겟으로 하여 수집하는 것도 가능하다.
도 8을 참조하여, A, B 및 C 계통을 전환하여 타겟 가스(21)를 연속적으로 캡쳐하고, 샘플 가스(20)를 생성하는 과정을 설명한다. 우선, 시각(t1)에, 밸브 제어 유닛(72)이, A계통의 제 1 경로(341a)의 밸브(345a) 및 배기계의 밸브(348a)를 개방하고, 제 2 경로(342a)의 밸브(346a) 및 캐리어 가스의 밸브(347a)를 폐쇄하여, 필터(338)를 통해 AU(330a)에 타겟 가스(21)를 공급한다. AU 제어 유닛(71)이 AU(330a)의 히터(332)를 정지시켜 흡착재(331)의 온도를 저온의 흡착 온도로 설정한다. 이로써, AU(330a)의 흡착재(331)가 타겟 가스(21)에 포함되어 있는 화학물질을 흡착한다.
소정의 흡착 시간(T1)이 경과한 시각(t2)에, 밸브 제어 유닛(72)이, A계통의 제 1 경로(341a)의 밸브(345a) 및 배기계의 밸브(348a)를 폐쇄하고, 제 2 경로(342a)의 밸브(346a) 및 캐리어 가스 라인의 밸브(347a)를 개방하여, 캐리어 가스 공급 펌프(339)로부터 캐리어 가스(29)를 AU(330a)에 공급한다. AU 제어 유닛(71)은 AU(330a)의 흡착재(331)를 히터(332)에 의해 가열하여, 흡착재(331)를 제 1 온도(W1)로 가열한다. 이로써, 흡착재(331)에 흡착된 화학물질(타겟 케미컬 ; 160) 중에서, 저온에서 방출되는 성분이 캐리어 가스(29)에 방출되어, 타겟 케미컬을 포함하는 샘플 가스(20)가 센서(1)에 공급된다.
시각(t3)에, AU 제어 유닛(71)은, 히터(332)를 제어하여 흡착재(331)를 제 1 온도(W1)보다 높은 제 2 온도(W2)로 가열하고, 흡착재(331)로부터 다음의 성분을 캐리어 가스(29)에 방출하여, 다음의 타겟 케미컬을 포함하는 샘플 가스(20)를 센서(1)에 공급한다.
더욱이 시각(t4)에, AU 제어 유닛(71)은, 히터(332)를 제어하여 흡착재(331)를 제 2 온도(W2)보다 높은 제 3 온도(W3)로 가열하고, 흡착재(331)로부터 다음의 성분을 캐리어 가스(29)에 방출하여, 다음의 타겟 케미컬을 포함하는 샘플 가스(20)를 센서(1)에 공급한다.
그 후, 시각(t5)에, 밸브 제어 유닛(72)이, A계통의 제 1 경로(341a)의 밸브(345a) 및 제 2 계통의 밸브(346a)를 폐쇄하고, 캐리어 가스 라인의 밸브(347a) 및 배기계의 밸브(348a)를 개방하여, AU(330a)를 클린업(퍼지)한다. AU 제어 유닛(71)은 AU(330a)의 흡착재(331)를 히터(332)에 의해 가열하여 흡착재(331)를 클린업한다. 그 후, 시각(t6)에 시각(t1)과 마찬가지로 밸브 및 AU(330a)를 제어하여 흡착을 개시한다.
라인(B)에 있어서는, 라인(A)과 시간(T1)만큼 시프트한 사이클로, 상기와 마찬가지로 흡착, 방출 및 클린업을 반복한다. 라인(C)에 있어서는, 시간(T1)만큼 더욱 시프트한 사이클로, 상기와 마찬가지로 흡착, 방출 및 클린업을 반복한다. 따라서, 라인(A, B 및 C)은, 시분할로 타겟 가스(21)로부터 타겟 케미컬을 각각의 AU(330a~330c)에 흡착하고, 시분할로 AU(330a~330c)로부터 타겟 케미컬을 방출하여 샘플 가스(20)를 생성한다.
따라서, 상기 농도 조정 기구(310a)에 의해, 샘플링 유닛(100)으로부터 연속적으로 공급되는 타겟 가스(21)를 처리하여, 적절한 농도로 타겟 케미컬이 농축된 샘플 가스(20)를 연속적으로 센서(1)에 공급할 수 있다. 이 때문에, 샘플링 대상으로부터 타겟 케미컬의 농도가 매우 낮은 타겟 가스(21)밖에 얻어지지 않는 조건이라 하더라도, 샘플링 대상을 연속하여 감시할 수 있게 된다.
도 9는 농도 제어 기구의 또 다른 예를 나타낸다. 본 농도 조정 기구(310b)는, 액상의 제품을 제조하고 있는 프로세스 배관(199) 또는 생산 탱크(198)로부터 액상의 샘플(타겟액(22))을 취득하여 센서(1)에 적합한 농도의 샘플 가스(20)를 생성할 수 있다. 프로세스 배관(199) 및 생산 탱크(198)로부터 타겟액(22)을 취득하는 도입 배관(199s 및 198s)은 복수여도 무방하며, 적당한 수단에 의해 복수의 도입관(199s, 198s)을 전환하여 복수의 샘플링 포인트로부터 타겟액(22)이 얻어지도록 하여도 무방하다.
본 농도 조정 기구(310b)는, 타겟 케미컬을 포함하는 액상체(타겟액 ; 22)를 증발시켜 캐리어 가스(29)에 타겟 케미컬을 함유시키는 증발 챔버(350)를 포함한다. 증발 챔버(350)는, 잉크젯 방식으로 타겟액(22)을 토출하는 잉크젯 헤드(352)와, 증발 챔버(350)의 내부를 가열하는 히터(354)를 포함한다. 더욱이 농도 조정 기구(310b)는, 증발 챔버(350)의 하류에 필터(359)를 통해 배치된 흡착식의 농도 조정 기구(310a)를 포함한다. 농도 조정 기구(310a)는 상기와 마찬가지의 AU(330a 및 330b)를 이용한 농도 조정 기구이다.
잉크젯 헤드(352)에 의한 액량 제어 기구 및 히터(354)에 의한 증발 온도 제어 기구는, 타겟액(22)의 증발량을 제어하여, 샘플링된 타겟액(22)을 비교적 낮은 농도로 샘플 가스(20(캐리어 가스(29)) 내에 함유시키는 기구, 즉, 희석 기구의 몇 가지 예이다. 한편, 흡착 기구는 타겟 케미컬을 농축하는 기능을 한다. 따라서, 상기 농도 조정 기구(310b)는, 희석 기구와 농축 기구를 구비하고 있어, 얻어진 샘플에 포함되는 타겟 케미컬의 샘플 가스(20) 내의 농도를 희석하거나 농축하거나 할 수가 있다.
제어 유닛(60)은, 잉크젯 헤드(352)의 토출량을 제어하는 잉크젯 제어 유닛(73)과, 증발 챔버(350)의 내부의 온도를 히터(354)에 의해, 타겟액(22)의 증발 온도를 제어하는 히터 제어 유닛(74)과, 밸브·AU 제어 유닛(75)을 포함한다. 잉크젯 헤드(352)는, 피코리터(picoliter) 및/또는 펨토리터(femtoliter) 단위의 액적(液滴)을 소정의 수만큼 증발 챔버(350)로 토출할 수 있으며, 증발 챔버(350)에서 증발시키는 액적량을 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 따라서, 고농도의 타겟 케미컬을 포함하는 타겟액(22)이 얻어지는 환경이라 하더라도, 농도 조정 기구(310b)는, 센서(1)에 적합한 ppb 혹은 ppt 오더의 타겟 케미컬이 포함되는 샘플 가스(20)를 생성하여 센서(1)에 공급할 수가 있다.
히터(354)는, 증발 챔버(350)의 내부의 온도를 타겟의 액상체(22)가 증발되기 쉬운 온도로 하기 위해서도 이용된다. 또, 증발 챔버(350)에 액상인 채로 타겟액(22)이 존재하도록 증발 챔버(350)의 온도를 초기 설정하고, 서서히 증발 챔버(350)의 온도를 상승시켜, 타겟액(22)에 포함되는 타겟 케미컬 중, 기화되기 쉬운 성분부터 차례로 샘플 가스(20)에 포함시켜 센서(1)에 공급할 수도 있다. 따라서, 잉크젯 헤드(352)의 토출량과, 히터(354)에 의해 제어되는 증발 챔버(350) 내의 온도는, IMS 데이터(65)로부터 화학물질의 후보를 구하는데 유용한 정보가 된다. 이 때문에, 이러한 상방은, 농도 제어 유닛(80) 혹은 단말(2)에 피드백하는 것이 바람직하다. 또한, 증발 챔버(350) 내부의 온도, 압력, 유량 등은 센서(356)를 설치하여 감시하는 것도 유효하다.
상기 농도 조정 기구(310b)를 포함하는 분석 장치(10)는, 상술한 농도 조정 기구(310a)를 포함하는 장치(10)와 마찬가지로 실시간으로 샘플링하면서 농도 조정할 수가 있다. 또한, 농도 조정 기구(310b)를 포함하는 분석 장치(10)는 액체를 타겟으로 하여 분석이 가능하며, 수질검사나 약품, 식품 등의 액체를 제품으로 하는 애플리케이션에도 대응할 수 있다. 또, 고체를 제품으로 하는 애플리케이션에 대해서는, 고체를 적당한 액체(용매)로 녹여 액화하거나, 적당한 방법으로 기화시키거나, 제품으로부터 출력되는 휘발 성분을 검출함으로써 분석 장치(10)를 적용할 수 있다.
도 10은 샘플에 따라 상태가 바뀌는 모습을 모식적으로 나타낸다. 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 샘플에 따라 기화량의 온도 의존성은 변화한다. 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 샘플 가스(20)의 유량에 따라 센서(1)의 출력(전류값)이 변화한다. 또한, 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같이 센서(1)가 설치되어 있는 기압에 따라 센서(1)의 출력이 변화한다. 따라서, 센서(1)에 의해 재현성이 있는 데이터를 취득하기가 용이하지 않은 경우도 많다. 그 한편으로, 센서(1)의 출력의 변동 경향, 변동 폭 등의 정보는, 센서(1)에 대한 타겟 케미컬의 특성(특징)이다. 따라서, 센서(1)에 의해 타겟 케미컬을 검출할 수 있는 농도로 농도 조정 기구(310)에 의해 자동 조정하고, 그 조정한 결과(제어 정보)는 타겟 케미컬을 특정하기 위해 중요한 정보가 된다.
도 11은 분석 장치의 다른 예를 나타내고 있다. 본 분석 장치(10a)는, 반응 챔버(400)와 반응 챔버(400)의 온도를 제어하는 히터(401)를 갖는다. 반응 챔버(화학 반응 챔버 ; 400)는, 분석 대상의 조성물(타겟 케미컬 ; 160)을 다른 조성물(L, M 및 N)과 반응시켜, 센서(1)에 의해 분석할 수 있는 타겟 케미컬(제 1 조성)을 포함하는 조성물로 변환한다. 변환된 2차 케미컬은, 캐리어 가스 공급 펌프(339)로부터 공급되는 캐리어 가스(29)에 의해 농도 조정 기구(310)에 공급되며, 2차 케미컬의 농도가 조정된 후에, 샘플 가스(20)로서 센서(1)에 공급된다.
상기 반응 챔버(400)를 구비한 분석장치(10a)는, 센서(1)에 의해 직접 측정이 어려운 화학물질을 타겟으로 하여 분석할 수 있다. 간접 측정에 이용하는 화학물질(2차 케미컬)은 백그라운드에 포함되지 않거나, 혹은 백그라운드로서 존재량이 적은 것이 바람직하다. 따라서, 간접 측정에 앞서, 센서(1)의 베이스 라인이나 백그라운드의 측정을 수행하여, 간접 측정하는 화학물질의 농도나 양을 결정하는 것이 바람직하다. 간접 측정에 이용하는 2차 케미컬이 백그라운드에 존재하는 경우에도, 직접 측정된 2차 케미컬을 포함하는 측정 결과와, 반응 챔버(400)로부터 얻어지는 2차 케미컬을 포함하는 측정 결과를 비교함(차분(差分)을 구함)으로써, 본래의 측정 대상의 화학물질의 특정이나 분석을 수행할 수가 있다. 예컨대, 암모니아(NH3)의 단일체에 대한 측정이, 다른 백그라운드에 포함되는 화학물질에 의해 측정 결과에 영향이 발생하는 경우가 있다. 암모니아의 측정 자체가 어려운 경우, 알파케토글루탈산(α-ketoglutaric acid)과 탈수 효소인 디히드로게나아제(GDH)를 섞어 글루타민산을 생성하고, 그 생성된 화학물질(2차 케미컬)을 측정함으로써, 암모니아의 특정이나 정량 분석을 수행할 수가 있다.
간접 측정은, 센서(1) 등을 부식시키거나, 파괴시키거나 할 우려가 있는 진한 황산 등의 부식성이 강한 화학물질, 폭발성 화학물질, 배기가 어려운 유해한 화학물질에 대해서도 유효하다. 안전하고 측정가능한 화학물질로 변화시키고 나서 측정을 실시함으로써, 안전하고 확실하게 여러 화학물질을 센서(1)에 의해 계측하여, 그 존재를 특정하거나, 정량 분석을 실시할 수 있게 된다.
도 12는 농도 조정 기구의 다른 예를 나타내고 있다. 본 농도 조정 기구(310c)는, 상술한 농도 조정 기구(310a)에 설명한 제 1 경로(341a 및 341b), 제 2 경로(342a 및 342b)에 추가하여, 제 1 가스(타겟 가스 ; 21)를 제 1 경로(341a 및 341b)에 피드백하는 제 3 경로(343)를 포함한다. 저농도의 타겟 가스(21)를 복수 회에 걸쳐 그 피드백 루트(343)를 통해 AU(330a 및 330b)에 공급함으로써, 타겟 가스(21)에 포함되는 타겟 케미컬을 다공질 유리 등의 흡착재(331)에 축적할 수 있다. 측정은, 그 피드백 횟수를 기억해 두어, 제 2 경로(342a 및 342b)를 개방하는 동시에, AU(330a 및 330b)의 온도를 상승시켜, 흡착재(331)에 축적되어 있던 타겟 케미컬을 한 번에 캐리어 가스(29)에 방출하여 농도가 높은 샘플 가스(20)를 생성한다.
본 예에서는, AU(330a 및 330b)는 병렬로 접속되며, 타겟 가스(21)가 봄베(110)로부터 농도 조정 기구(310c)에 공급되면, 입구밸브(351)를 폐쇄하고 제 3 경로(피드백 루프 ; 343)의 밸브(356a, 356b, 357)를 개방하여, 리사이클용 펌프(353)를 구동함으로써, 피드백 루프(343)를 통해 타겟 가스(21)를 리사이클시킨다. 피드백 루프(343)에는 버퍼(358)가 설치되어 있어, 리사이클하기 위한 유량을 확보할 수 있게 되어 있다.
소정 시간 타겟 가스(21)를 리사이클한 후에는, 상술한 농도 조정 기구(310a)와 마찬가지로, AU(330a 및 330b)에 캐리어 가스(29)를 공급하여 샘플 가스(20)를 생성한다.
상기 농도 조정 기구(310c)는 또한, 리사이클시키고 있는 타겟 가스(21)로부터 타겟 케미컬 이외의 조성물(제 2 조성)을 제거하는 제거 유닛(390)을 포함한다. 제거 유닛(390)의 일례는 콜드 트랩(cold trap)으로서, 수분을 제거할 수 있다. 제거 유닛(390)의 다른 예는, 구멍 지름이 제어된 다공질 유리이다. AU(330a 및 330b)로 흡착하고자 하는 타겟 케미컬 이외의 케미컬을 흡착하기에 적합한 다공질 유리를 선택하여 제거 유닛(390)으로 채용함으로써, 타겟 케미컬을 AU(330a 및 330b)에 효율적으로 축적시킬 수 있다. 제거 유닛(390)은, 공기 중의 산소, 이산화탄소 및/또는 질소를 제거하는 유닛이어도 무방하다.
상기에서 설명한 분석장치(10)는, 샘플 가스(20)의 농도를 자동적으로 조정할 수 있다. 따라서, 이온 이동도 센서(1)로는 바로 측정하여도 신뢰가능한 측정 결과를 얻기 어려운 저농도 혹은 고농도의 타겟에 대해서도 분석 대상 외 혹은 검출 대상 외로 하는 일 없이 측정 및 분석을 수행할 수가 있다. 이 때문에, FAIMS 기술을 더 많은 애플리케이션에 적용할 수 있게 되어, 액체 프로세스의 모니터링, 수(水)처리의 모니터링에 대해서도 FAIMS 기술을 적용할 수가 있다.

Claims (21)

  1. 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 유닛과,
    상기 조제하는 유닛을 제어하는 기능을 포함하는 제어 유닛을 가지며,
    상기 조제하는 유닛은, 상기 샘플에 포함되는 제 1 조성의 농도를 바꾸는 농도 조정 기구를 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 이온 이동도 센서의 측정 결과를 취득하는 기능과,
    상기 측정 결과가 개선되는 방향으로 상기 농도 조정 기구를 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 이온 이동도 센서의 측정 대상이 되는 복수의 화학물질의 데이터 베이스로서, 상기 복수의 화학물질의 각각의 상기 이온 이동도 센서에 있어서 검출이 용이한 농도 데이터가 포함되는 데이터 베이스에 액세스하여, 상기 측정 결과에 포함되는 화학물질에 적합한 농도가 되도록, 상기 농도 조정 기구를 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 제 1 조성의 농도가 단계적으로 바뀌도록 상기 농도 조정 기구를 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 농도 조정 기구에 대한 제어 정보를 출력하는 기능을 포함하는, 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 흡착하는 흡착재와, 상기 흡착재를 가열하여 상기 흡착재에 흡착된 조성을 캐리어 가스에 방출하는 기구를 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 흡착재의 온도를 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스가 상기 흡착재를 통과하는 제 1 경로와, 상기 흡착재가 상기 흡착된 조성을 상기 캐리어 가스에 방출하는 제 2 경로를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 제 1 가스에 상기 흡착재가 노출되는 시간을 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 복수의 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로를 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 제 1 경로 및 제 2 경로를 시분할로 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 가스를 상기 제 1 경로에 피드백하는 제 3 경로를 포함하는, 장치.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착재는 다공질 유리인, 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 포함하는 액상체를 가열함으로써 상기 제 1 조성을 상기 샘플에 함유시키는 기구를 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 제 1 조성을 포함하는 액상체의 가열 온도를 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 포함하는 액상체를 잉크젯 방식으로 토출함으로써 상기 제 1 조성을 상기 샘플에 함유시키는 기구를 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 제 1 조성을 포함하는 액상체의 토출량을 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스로부터 제 2 조성을 제거하는 기구를 포함하는, 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플은 공기 또는 기존의 조성의 캐리어 가스를 포함하고,
    상기 농도 조정 기구는, 상기 제 1 조성을 포함하는 제 1 가스를 상기 캐리어 가스에 주입하는 유량 제어 기구를 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 유량 제어 기구에 의해 상기 제 1 가스와 상기 캐리어 가스의 혼합비를 바꾸는 기능을 포함하는, 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    분석 대상의 조성물을 다른 조성물과 반응시켜 상기 제 1 조성을 포함하는 조성물로 변환하는 기구를 더 갖는, 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 조성을 포함하는 분석 대상 가스를 채취하여 상기 농도 조정 기구에 공급하는 가스 채취 장치를 더 가지며,
    상기 가스 채취 장치는, 에어 커튼을 형성하는 에어량을 제어하는 유닛과,
    상기 에어 커튼으로 둘러싸인 영역으로부터 상기 분석 대상 가스를 채취하는 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 에어 커튼을 형성하는 에어량과 상기 농도 조정 기구를 협조 제어하는 기능을 포함하는, 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 이동도 센서와,
    상기 이온 이동도 센서의 출력 및 상기 농도 조정 기구에 대한 제어 정보에 근거하여 분석 결과를 얻는 처리 유닛을 더 갖는, 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    기존의 화학물질을 포함하는 파일럿 조성물을 상기 샘플에 함유시키는 교정(calibration) 유닛을 더 갖는, 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 교정 유닛은, 상기 농도 조정 기구에, 상기 제 1 조성 대신에 상기 파일럿 조성물을 공급하는, 장치.
  19. 이온 이동도 센서에 공급하는 샘플을 조제하는 유닛과, 상기 조제하는 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 장치의 제어방법으로서, 상기 조정하는 유닛은, 상기 샘플에 포함되는 제 1 조성의 농도를 바꾸는 농도 조정 기구를 포함하며,
    상기 제어방법은,
    상기 제어 유닛이, 상기 이온 이동도 센서로부터 측정 결과를 수신하는 단계와,
    상기 제어 유닛이, 상기 측정 결과를 개선하는 방향으로 상기 농도 조정 기구를 제어하는 단계를 갖는, 제어방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 이온 이동도 센서의 측정 대상이 되는 복수의 화학물질의 데이터 베이스로서, 상기 복수의 화학물질의 각각의 상기 이온 이동도 센서에 있어서 검출이 용이한 농도 데이터가 포함되는 데이터 베이스에 액세스하여, 상기 측정 결과에 포함되는 화학물질에 적합한 농도가 되도록, 상기 농도 조정 기구를 제어하는 단계를 갖는, 제어방법.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 제 1 조성의 농도가 단계적으로 바뀌도록 상기 농도 조정 기구를 제어하는 단계를 갖는, 제어방법.
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