TWI314990B - Chemical species detection device and method for determining density of chemical species - Google Patents

Description

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發明之技術領域 本發明是有關化學物質之檢測裝置及化學物質之濃度測 &方法，尤其疋有關爲了高精度檢測如鹵化有機化合物般 微I分子之化學物質之檢測裝置及化學物質之濃度測 、、冬 ^ /5* 〇

如氣化苯類、戴奥辛類般微量有害化學物質，一般是隨 著攸燃燒爐、金屬精鍊爐所排出之排出氣體中排出，因此 :更是強烈m確實進行微量有害物質之檢測及濃度測 已知做爲上述般化學物質之檢測、濃度測定之裝置者， 有氣體層析法、質量分析法等慣用技術，丨中，質=分析 法與氣體層析法相比，具有計測時間較短之優點。 貝！分析法是用由RF放電（高頻率放電）之電漿、由啦子 槍的電子束等將試樣氣體離子化，將此離子在—瞬間: 來進行質量分離’ II由計測對應此質量數之飛行時間 確認此等物質之方法。 返之拖行型g I分析法，是在試樣氣體離子化過程 中’檢測對象物質以外之物質會離子π，檢測對象物質、 非檢測對象物質之質量是分解成更小之分子、或原子，户 分解生成之碎片段變得很複雜，很難確認出特定物質，Ζ 導致計測感度之下降。 ' 斤爲此’⑥開發出防止試樣氣體中計測對象物質以外之物 質離子化的技術…以組合計測對象物質之光吸收波長 -4 - 1314990

A7 B7 五、發明説明 ( 2 ) 的 雷射 光 昭 射 、<·> 爲 所 知 道 的，將 此 等 物質 選 擇性地 多 光 子 離 子 化 之共 鳴 多 光子 離 子 4匕法。 狄 而 可 以 提 計 測 感 度之共 鳴 多 光子 離 子化法 在 氯 化 苯 類 、 戴 奥 辛 類 之 中 如二氣 化 苯 、 二 氯 化苯含有 多 曰 -Έ 氣 素 之 物 質 則離 子 化 效 率降低 因 此計 測 感度下 降 之 故 爲 了 補 救 離 子 化 效 率 之 降低， 變 成 必需 超短脈衝雷射 因 此 在 以 往 裝 置 中 爲 了計測如 上 述般 之 特定物 質 而 需 要 1¾ 價 之裝 置 0 因 而 本 發 明 是 爲 了 解 決上述 問 題 者， 其 目的是提供 ·> 特 定 物 質 之 離 子 化 效 率 ，能阻 止 具 有比 光 子能源 之 離. 子 化 能 源 的 其 它 物 質 離 子 化，以 及 能 抑制 生 成特定 物 質 之 碎片 段 能 提 計 測 感 度 ，同時 裝 置成 本低，可 望 簡 化 之 化 學 物 質之檢測裝 置 及 化學物 質 之 濃度 測 定方法 0 發 明 之 概 要 依 本 發 明 之 化 學 物 質 檢 出裝置 針對特 定 物質之 離 子 化 能 源 以 具 有 提 南 此 等 光 子能源 的 眞 空紫 外 光照射 在 以 1光子能; 原 ί匕 此 物 質 之前提 下 擁有 爲 了產生 將 試 樣 氣 體 離 子 化 之 眞 空 紫 外 光 的眞空 紫 外 光發 生 手段， 與 計 測 由 眞 空 紫 外 光 加 速 離 子 化 試樣氣 體 後 之所 加 速物質 的 飛 行 時 間 之 質 量 分析 手 段 0 由 計測所 加 速物質 的 飛行時 間 來 求 得 質 量 而 確 認 此 等物 質 之手段 是 般常 用 之方法 〇 眞 空 紫 外 光 發 生 手 段 是由氣 體 之 放電 可 以構成 發 光 燈 依 變 化 放 氣 體 之 種 類 ，而變 更 發 生光 子 能源量 可 以 選 出 離 子 化 之 物 質 0 又 眞空紫 外 光 發生 手 段，也 可 以 爲 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1314990 五、發明説明（ 雷射或是其諧波者。在此場合，由可變雷射變更發生之光 子能源量，也可以選出離子化之物質。 在本發明 < 化學物質檢測裝置中，内部生成高頻電界之 離子捕集器爲特別有效的追加。此場合，在離子捕集器中 \ 、蓄之4樣氣體成爲所加速者，以離子捕集器選擇性的 離子化特定分子則被濃縮。此濃縮增大了特定離子之存在 〇 檢測對象物質有氯化苯類、戴奥辛類等之鹵化有機化合 物’此等之離子化能源範圍爲9〜1〇電子伏特左右，照 ::空紫外光之光子能量，是具有此等離子化能量以： 能量’由混合之其它物質的離子化以及檢測對象物質之咿 子化時的分解，爲了抑制碎片段，期望有1〇電子伏特程度 =者，爲了將眞空紫外光所照射之檢測對象物質在高頻又 Π =之製程雖爲追加者，但特別優異者是如上述般 構=顯示依本發明之化學物質檢測裝置的-個實施形 圖2顯示依化學物質檢測裝置之實驗結果圖。 構=示依本發明之化學物質檢測裝置的其它實施形 發明之實施形態 參考曰乂下所添付艾圖詳細説明本發明之實施形態。 形態構造圖I I::明之化學物質檢測裝置的-種I 本發明之化學物質檢測裝置，離子化 射 之 離 電 態 態 施 室1 1314990 A7 B7 五、發明説明（4 ) 是與氣體導入裝置2共同設置者。氣體導入裝置2是備有氣 體喷射管3。氣體喷射管3是使用如脈衝閥噴嘴之開關閥或 由毛細管所形成者。在氣體噴射管3中自導入側所導入之 試樣氣體Gs是被導入離子化室1中。 在試樣氣體Gs中，是假設含有鹵化有機化合物（以下， 稱爲檢測對象物質），在此「||化有機化合物」是可以指 分子内至少都有一個鹵素（氣、漠、蛾等）有機化合物、鹵 化苯類（單氯化苯、二氣化苯、三氯化苯、四氯化苯、五 氣化苯、六氣化苯等）、_化苯酚類（氯化苯酚等）、鹵化 碳氫化合物（四氣化乙烯等）、鹵化萘類（氣化莕等）、鹵化 雙苯類（氣化雙苯等）、戴奥辛類（聚氣化二苯對戴奥辛、 聚氣二苯呋喃等）等。在氣體噴射管3之周圍是設有加熱器 4，加熱器4是爲了防止檢測對象物質付著在氣體噴射管3 之内壁之加熱裝置。 離子化室1是備有做爲眞空紫外光發生手段之眞空紫外 光燈5。眞空紫外光燈5是將氬、氪、氙等稀有氣體，或氫 氣、氧氣、氣氣等添加到氬、氦中，由氣體放電來發生眞 空紫外光L。 眞空紫外光燈5是隨组合計測物質之離子化能源所放電 之氣體種類變化，而改變發生之眞空紫外光之光子能源量 ，能阻止具有比光子能源量更高之離子化能源的混合物質 之離子化，同時，可以抑制測定物質之碎片段。又，替代 眞空紫外光燈5者，可以使用雷射或是其諧波。此場合， 由波長可變雷射變化發生之光子能源量，可以選出離子化 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1314990 A7 B7 五、發明説明（5 ) 之物質。波長可變雷射是使用周知之物質。 在離子化室1中所導入之試樣氣體Gs，是在離子化室1内 ，受到由眞空紫外光燈5所輸出之眞空紫外光L照射，由眞 空紫外光L接受到光子能源而離子化。 如此離子化之試樣氣體Gsi，是導入設置在鄰接著離子 化室1之質量分析裝置6内。試樣氣體Gsi中之離子化物質 ，是導入一瞬間接受加速電壓之質量分析裝置6内，在質 量分析裝置6内飛行。質量分析裝置6是測定此飛行時間。 飛行時間與飛行物質之質量間有高度之對應關係，由飛行 時間檢測飛行物質之質量，而可以由質量來確認物質。 實施例1 做爲試樣氣體Gs者，是使用由氦氣所稀釋之單氯化苯， 調整濃度。導入氣體噴射管3之試樣氣體Gs，是由加熱器4 加熱後導入離子化室1中。 導入離子化室1中之試樣氣體Gs，是接受由眞空紫外光 燈5之眞空紫外光L照射而離子化，眞空紫外光燈5，做爲 眞空紫外光L者，是以氫和氬之混合氣體來微波放電，產 生光子能源10.2電子伏特之光。 接受如此之眞空紫外光L照射而離子化之試樣氣體Gsi， 是由質量分析裝置6來質量分析，做爲質量分析之結果所 得之單氯化苯的最小檢測濃度，是如圖2所示般，有5 ppm 之値。在同一個圖中，所示之用以往方法之70電子伏特電 子束離子化之情形的質量分析結果，其最小檢測濃度爲10 ppm之値0 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1314990

A7 B7 五、發明説明（6 ) 在 圖3是表示依本發明之化學物質檢測裝置的 其他 實 施 形 態 ，離子化室1、氣體導入裝置2、氣體噴射管3、 加 4k 器 4 、眞空紫外光燈5、質量分析裝置6之構造， 是與圖 1 所 示 者完全相同。 在 圖3所示之實施形態，是在内部再追加生成 南頻 電 界 之 離 子捕集燈7者，離子捕集燈7是常用之技術， 在離 子 捕 集 燈 7中由高頻率電源8外加高頻率電壓，高頻電源8 之 頻 率數 及電壓，和在離子捕集燈7中所濃縮所積蓄 之離 子 質 量 數 間，有對應之關係。接受有特定頻率數電壓 之所 積 蓄 的 非 特定物質之其他物質，是自離子捕集燈7彈 出， 特 定 物 質是在高頻率電壓之電界中濃縮。 所 濃縮之特定物質在一定時間積蓄後（數秒後） ，由 外 加 加 速 電壓到此特定物質中，將所濃縮之高濃度特 定離 子 化 物 質 導入質量分析裝置6内，在質量分析裝置6中 飛行 測 定 此 飛行時間。 飛 行時間與飛行物質之質量間有高度之對應關 係。 如 此 之 質 量分析裝置或質量分析方法，是被稱爲常用 之飛 行 時 間 型 質量分析裝置或飛行時間型質量分析方法的 手段 0 實 施 例2 在 離子化室1中導入試樣氣體Gs，是與實施例1 完全相 同 接受由眞空紫外光燈5來之眞空紫外光L之照射 而離 子 化 0 如 此，在離子捕集燈7中，接受特定頻率數之 外加 /si* 壓 的 特 定物質經離子化之單氣化苯所積蓄之時間有2秒 鐘 由 飛 行型質量分析裝置6分析結果之最小檢測濃 度， 是 如 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. •一種化學物質之檢測裝置，其特徵在於具備·· 真空紫外光產生手段’其係用產生真空紫外光，以於 在離子化室中使試樣氣體離子化者； 離子捕集器，其藉由產生高頻電場，將上述離子化之 試樣氣體中之特定物質蓄積之後，再加速該特定物質 者·及 質量分析手段，其係用於測量該經加速之特定物質之 飛行時間者。 2·如申九專利範圍第1項之化學物質之檢測裝置，其中之 真2紫外光產生手段，是利用氣體放電之發光燈。 3.如申請專利範圍第丨項之化學物質之檢測裝置，其中之 真2紫外光產生手段為利用氣體放電之發光燈，其係藉 由變更放電氣體之種類而變化前述光予之能量’而選= 離子化之物質。 ' 4·如申請專利範圍第i項之化學物質之檢測裝置，其中前 述真空紫外光係雷射或是其諧波者。 5. 如申請專利範圍第1項之化學物質之檢測裝置，其中之 真空紫外光產生手段係波長可變之雷射，其藉由改變雷 射之波長，而改變光子能量，以選出離子化之物質。 6. —種化學物質之濃度測定方法，其特徵在於：針對特定 物質之離子化能源，以具有超過其之光子能源之真空紫 外光照射，用1光子能源離子化此物質，並將被離^化 之試樣氣體藉由離子捕集器來濃縮，加速所濃縮之離予 O:\71\71883-950720.DOQ 5 A8 B8 C8 D8 1314990 六、申請專利範圍 化氣體，並基於計測所加速物質之飛行時間做來鑑定物 質，測定其濃度。 O:\71\71883-950720.DOC\ 5 - 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)