WO2022102172A1 - 分析装置 - Google Patents

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WO2022102172A1
WO2022102172A1 PCT/JP2021/027245 JP2021027245W WO2022102172A1 WO 2022102172 A1 WO2022102172 A1 WO 2022102172A1 JP 2021027245 W JP2021027245 W JP 2021027245W WO 2022102172 A1 WO2022102172 A1 WO 2022102172A1
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WO
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deflection electrode
current value
electrode
deflection
detection electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/027245
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和也 辻埜
知裕 小坂
知子 寺西
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
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Priority to US18/035,916 priority patent/US20230408446A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/624—Differential mobility spectrometry [DMS]; Field asymmetric-waveform ion mobility spectrometry [FAIMS]

Definitions

  • the present invention relates to an analyzer.
  • Patent Document 1 describes an asymmetric electric field ion mobility filter system.
  • the main object of the present disclosure is to provide an analyzer having a wide range of analytic ion concentrations.
  • the analyzer of one embodiment of the present invention is arranged in an ion separation section for selectively passing a specific type of ion from a plurality of types of ions flowing in the flow path, and in the flow path on the outlet side of the ion separation section. It is provided with a detection electrode and a deflection electrode that faces the detection electrode via a flow path and generates an electric field that moves ions toward the detection electrode.
  • the deflection electrode is configured so that the width of the region where the electric field is generated can be adjusted in the width direction perpendicular to the extending direction of the flow path.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is a graph which shows an example of the voltage applied between a pair of application electrodes. It is a flowchart which shows an example of the ion analysis method in 1st Embodiment. It is a schematic cross-sectional view of the flow path forming member in 2nd Embodiment. It is a schematic perspective view of the deflection electrode and the detection electrode in 3rd Embodiment. It is a flowchart which shows an example of the ion analysis method in 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the analyzer 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the analyzer 1 in line II-II of FIG.
  • the analyzer 1 shown in FIG. 1 utilizes the fact that, for example, the flight direction in an electric field formed when a high-frequency voltage having an asymmetric waveform is applied differs depending on the type of ion, and the analyzer 1 is of a specific type from a plurality of types of ions. It is a device that can separate ions and analyze the concentration of the separated ions.
  • the analyzer 1 of the present embodiment is a Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometer (FA-IMS).
  • FA-IMS Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometer
  • the analyzer according to the present invention is not limited to FA-IMS.
  • the analyzer 1 includes a flow path constituent member 10, an ionization unit 20, an ion separation unit 30, a detection electrode 40, a deflection electrode 50, and a control unit 70.
  • the flow path constituent member 10 constitutes the flow path 10a.
  • the flow path 10a extends from the x1 side (inlet side) in the x-axis direction toward the x2 side (exit side). That is, in the present embodiment, the extending direction of the flow path 10a is the x-axis direction.
  • the flow path 10a extends linearly, but in the present invention, the direction in which the flow path extends is not particularly limited.
  • the flow path may be curved, for example.
  • the flow path constituent member 10 has a first wall portion 11, a second wall portion 12, a first side wall portion 13, and a second side wall portion 14.
  • the first wall portion 11 and the second wall portion 12 face each other with the flow path 10a interposed therebetween.
  • the first wall portion 11 and the second wall portion 12 face each other in the z-axis direction.
  • the z-axis direction is a direction perpendicular to the x-axis direction.
  • the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 are arranged between the first wall portion 11 and the second wall portion 12.
  • the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 are joined to each of the first wall portion 11 and the second wall portion 12, respectively.
  • the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 face each other with a distance from each other in the y-axis direction.
  • the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 extend along the x-axis direction, respectively.
  • a flow path 10a having a substantially rectangular cross-sectional shape is formed by the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 and the first wall portion 11 and the second wall portion 12.
  • the end portion 10a1 on the inlet side (x1 side) of the flow path 10a is connected to a sample supply portion (not shown).
  • the sample supply unit supplies the sample (sample) S to be analyzed to the flow path 10a from the end portion 10a1 on the inlet side.
  • the sample S is preferably, for example, a gas sample.
  • the sample S is more preferably a gas sample containing an ionizable molecule.
  • the end portion 10a2 on the outlet side (x2 side) of the flow path 10a is connected to a pump (not shown).
  • the pump sucks the gas in the flow path 10a. Therefore, the sample S supplied from the sample supply unit is transferred from the inlet side to the outlet side of the flow path 10a.
  • the ionization unit 20 ionizes at least a part of the molecules contained in the sample S flowing through the flow path 10a to generate ions I. Normally, a plurality of types of ions I are generated from the sample S.
  • the ionization unit 20 is not particularly limited as long as it can ionize the sample S.
  • the ionization unit 20 may be ionized by, for example, a corona discharge, or may be configured by an electron emitting element.
  • the ionization unit 20 when the ionization unit 20 is an electron emitting element, the ionization unit 20 has an upper electrode, a lower electrode, a counter electrode, and an insulating layer arranged between the upper electrode and the lower electrode. May be good.
  • the ionization unit 20 has a pair of electrodes 21 and 22 facing each other via the flow path 10a.
  • the ionization unit 20 may have a pair of electrodes.
  • the ionization unit 20 may be composed of, for example, a radiation source, an ultraviolet source (for example, an ultraviolet lamp or the like) or the like.
  • the ion separation unit 30 is arranged on the outlet side (x2 side) of the ionization unit 20.
  • the ion separation unit 30 selectively passes a specific type of ion I from a plurality of types of ion I flowing through the flow path 10a.
  • the ion separation unit 30 selectively passes a specific type of ion I from a plurality of types of ions I flowing through the flow path 10a, and does not allow the remaining types of ions I to pass through. Normally, there is only one type of ion I that passes through the ion separation unit 30.
  • the ion separation unit 30 is composed of a pair of application electrodes 31 and 32.
  • the pair of application electrodes 31 and 32 face each other via the flow path 10a.
  • the pair of application electrodes 31 and 32 face each other in the z-axis direction.
  • the facing direction of the pair of application electrodes is not particularly limited.
  • the pair of applied electrodes may face each other in the y-axis direction.
  • a high frequency voltage having an asymmetric waveform is applied between the pair of application electrodes 31 and 32.
  • a high-frequency electric field having an asymmetric waveform is applied to the flow path 10a through which the ions I flow.
  • a high frequency voltage having an asymmetric waveform is applied to the first application electrode 31 provided on the first wall portion 11.
  • the second application electrode 32 provided on the second wall portion 12 is connected to the ground.
  • the second application electrode 32 does not necessarily have to be directly connected to the ground.
  • the second application electrode 32 is indirectly connected to the ground via the control unit 70.
  • the second application electrode 32 is preferably held at a constant potential.
  • the detection electrode 40 is located in the flow path 10a.
  • the detection electrode 40 is arranged on the outlet side of the application electrodes 31 and 32 in the x-axis direction.
  • the detection electrode 40 is an electrode that detects ions I that have passed through the ion separation unit 30 and reached the detection electrode 40. At the detection electrode 40, a current having a magnitude corresponding to the number of reached ions I is generated.
  • An amplifier 80 is arranged between the detection electrode 40 and the control unit 70.
  • the amplifier 80 amplifies the current value detected by the detection electrode 40.
  • the amplifier 80 is not always necessary.
  • the current value may be amplified by software in the control unit 70 without providing an amplifier.
  • an amplifier circuit may be provided in the control unit 70.
  • the amplifier 80 may be one that amplifies the magnitude of the current generated in the detection electrode 40 after converting it into another parameter such as a voltage value. Therefore, the amplifier 80 outputs the amplified value corresponding to the current value to the control unit 70 side.
  • the deflection electrode 50 is arranged on the outlet side of the pair of application electrodes 31 and 32 in the x-axis direction.
  • the deflection electrode 50 faces the detection electrode 40 via the flow path 10a.
  • the deflection electrode 50 generates an electric field that moves the ions I toward the detection electrode 40. That is, a voltage is applied to the deflection electrode 50 so as to generate an electric field that moves the ions I toward the detection electrode 40.
  • the deflection electrode 50 generates a DC electric field that moves the ions I toward the detection electrode 40.
  • a negative voltage is applied to the deflection electrode 50.
  • a positive voltage is applied to the deflection electrode 50.
  • the electric field generated by the deflection electrode 50 is not particularly limited as long as it is an electric field that can move the ions I to the detection electrode 40 side.
  • the electric field generated by the deflection electrode 50 may be, for example, an offset AC electric field.
  • the deflection electrode 50 has a plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c.
  • the plurality of deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c are arranged at intervals in one flow path 10a along the y-axis direction, which is the width direction.
  • the plurality of deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c are connected to the control unit 70, respectively. Therefore, a voltage can be applied to a part of the plurality of deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c, or a voltage can be applied to all of them.
  • the width of the region where the electric field is generated in the y-axis direction can be adjusted.
  • the deflection electrode 50 is configured so that the width of the region where the electric field is generated can be adjusted in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the x-axis direction which is the extending direction of the flow path 10a.
  • the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c are configured to have the same width in the y-axis direction.
  • the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c have the same area and are congruent in a plan view (when viewed from the z-axis direction).
  • the shape and size of each of the plurality of deflection electrode pieces are not particularly limited.
  • the plurality of deflection electrode pieces may include a plurality of deflection electrode pieces having different shapes and sizes from each other, and the plurality of deflection electrode pieces may have different shapes and sizes from each other. You may.
  • it is preferable that the plurality of deflection electrode pieces are configured so that the dimensions along the width direction of the portion on the inlet side of the flow path are substantially equal to each other.
  • the plan view shape of the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c is rectangular.
  • the shape of the deflection electrode piece is not particularly limited.
  • the shape of the deflection electrode piece may be, for example, a polygon, a circle, an ellipse, an oval, or the like.
  • the deflection electrode 50 may have two or more deflection electrode pieces arranged along the width direction.
  • the deflection electrode may have, for example, two or four or more deflection electrode pieces arranged along the width direction.
  • the number of deflection electrode pieces included in the deflection electrode is, for example, preferably 2 or more and 5 or less, and more preferably 2 or more and 4 or less.
  • the detection electrode 40 facing the deflection electrode 50 via the flow path 10a has a plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, 40c.
  • the plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, and 40c are arranged at intervals along the y-axis direction.
  • the number of detection electrode pieces 40a, 40b, 40c possessed by the detection electrode 40 is equal to the number of deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c possessed by the deflection electrode 50.
  • the plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, and 40c face each of the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c, respectively. Specifically, the detection electrode piece 40a and the deflection electrode piece 50a face each other.
  • the detection electrode piece 40b and the deflection electrode piece 50b face each other.
  • the detection electrode piece 40c and the deflection electrode piece 50c face each other.
  • the detection electrode pieces 40a, 40b, 40c facing each other and the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c have the same area and are congruent.
  • all of the plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, and 40c are connected to the control unit 70 via the amplifier 80. Therefore, the currents generated in all of the plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, and 40c are collectively output to the control unit 70.
  • the value input to the control unit 70 does not necessarily have to be a current value.
  • a value corresponding to the current value for example, a voltage value or the like may be input to the control unit 70.
  • the detection electrode may be composed of an integral electrode facing a plurality of deflection electrode pieces.
  • the control unit 70 is connected to each of a sample supply unit (not shown), an ionization unit 20, a pair of application electrodes 31, 32, a detection electrode 40, a deflection electrode 50, and a pump (not shown).
  • the control unit 70 applies a voltage to the deflection electrode 50 and calculates the ion concentration based on the current value detected by the detection electrode 40.
  • "calculating the ion concentration based on the current value detected by the detection electrode” is not limited to the case where the ion concentration is calculated based on the magnitude of the current generated in the detection electrode itself. This includes the case where the ion concentration is calculated based on the magnitude of the current generated in the detection electrode and the corresponding other parameters. That is, in the present invention, the control unit may calculate the ion concentration based on the magnitude of the current generated in the detection electrode and other parameters corresponding to it. Other parameters corresponding to the magnitude of the current generated in the detection electrode may be input to the control unit or calculated by the control unit.
  • the control unit 70 has a generation unit 71 and a calculation unit 72.
  • the generation unit 71 is connected to the first application electrode 31.
  • the generation unit 71 inputs a high frequency voltage having an asymmetric waveform to the first application electrode 31.
  • the "high frequency voltage having an asymmetric waveform” is a high frequency voltage in which the negative voltage and the positive voltage have different waveforms from each other.
  • the second application electrode 32 may be connected to the generation unit 71, and the generation unit 71 may apply a voltage to the second application electrode 32.
  • FIG. 3 shows an example of a high frequency voltage whose waveform is asymmetric.
  • the absolute value of the positive potential and the absolute value of the negative potential are different from each other, and the period in which the positive voltage is applied and the period in which the negative voltage is applied are different from each other.
  • an asymmetric waveform with high frequency and high voltage is formed.
  • the portion of the waveform showing the high frequency voltage located on the positive potential side the area A of the region surrounded by 0V
  • the portion of the waveform showing the high frequency voltage located on the negative potential side and 0V.
  • the waveform may be different from the area B of the area surrounded by the area B.
  • the high frequency voltage has a waveform in which the area A and the area B are equal to each other as the basic waveform.
  • the calculation unit 72 is connected to the detection electrode 40.
  • the calculation unit 72 calculates the concentration of the ion I contained in the sample S based on the current value generated due to the arrival of the ion I at the detection electrode 40. As the number of ions I reaching the detection electrode 40 increases, the current flowing from the detection electrode 40 increases. Therefore, the concentration of the ion I contained in the sample S can be calculated based on the current value flowing from the detection electrode 40.
  • the gas sample S is supplied from the end portion 10a1 on the inlet side (x1 side) of the flow path 10a.
  • the supplied sample S is sucked by a pump connected to the end portion 10a2 and flows in the flow path 10a from the inlet side to the outlet side.
  • the sample S is ionized by the ionization unit 20. Specifically, the ionizable molecule contained in the sample S is ionized by the ionizing unit 20. As a result, ion I is generated. Usually, the sample S contains a plurality of types of molecules that can be ionized. Therefore, a plurality of types of ions I are generated by the ionization unit 20.
  • the generated ion I is supplied to the ion separation unit 30.
  • a high frequency voltage having an asymmetric waveform is applied between the pair of application electrodes 31 and 32 of the ion separation unit 30.
  • the mobilities of the plurality of types of ions I show different non-linearities in the high electric field region generated by the potential. Will be. Therefore, in the case of a high frequency voltage, the area A obtained by the product of the positive potential and the application period of the positive potential and the area B obtained by the product of the application period of the negative potential and the negative potential are equal to each other. However, the flight trajectories of each ion are different from each other.
  • the specific type of ion I that has passed through the ion separation unit 30 reaches the region where the deflection electrode 50 and the detection electrode 40 are provided.
  • the specific type of ion I moves toward the detection electrode 40 due to the electric field generated by the deflection electrode 50, and is captured by the detection electrode 40.
  • a current having a magnitude corresponding to the number of captured ions I is generated. By detecting this current, the concentration of ion I can be analyzed.
  • the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S supplied to the analyzer 1 is not always constant.
  • the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S may change. For example, if the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S is too high, the magnitude of the current detected by the detection electrode may be too large and may exceed the range of the current value that can be detected by the control unit. .. In that case, there is a possibility that the ion concentration cannot be measured with high accuracy.
  • the deflection electrode 50 is configured so that the width of the region where an electric field is generated can be adjusted in the y-axis direction, which is the width direction. Therefore, for example, when the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S is too high, the width of the region where the electric field of the deflection electrode 50 is generated can be narrowed in the y-axis direction. Thereby, the number of ions I reaching the detection electrode 40 can be reduced. Therefore, even when the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S is too high, it is possible to prevent the magnitude of the current detected by the detection electrode 40 from exceeding the range of the current value that can be detected by the control unit 70. Can be done. Therefore, the analyzer 1 has a wide range of ionic concentrations that can be analyzed. According to the analyzer 1, the ion concentration can be analyzed with high accuracy even when the concentration of the substance to be analyzed contained in the sample S is low or high.
  • step S1 a voltage is applied to all of the plurality of deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c, and an electric field is generated from all of the plurality of deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c.
  • the control unit 70 detects the magnitude of the current generated in the detection electrode 40.
  • step S1 the region A1 (see FIG. 2) between the deflection electrode pieces 50a and the detection electrode pieces 40a facing each other, the region A2 between the deflection electrode pieces 50b and the detection electrode pieces 40b, and the deflection electrodes An electric field is generated in all of the region A3 between the piece 50c and the detection electrode piece 40c. Therefore, substantially all of the ions I that have passed through all the regions A1, A2, and A3 reach the detection electrode 40.
  • step S2 the control unit 70 determines whether or not the current value detected in step S1 is within the detectable range of the current in the control unit 70.
  • the control unit 70 may determine whether or not the other parameter corresponding to the current value is within the detectable range of the parameter.
  • step S2 determines in step S2 that the detected current value is within the detectable range of the current in the control unit 70. If the control unit 70 determines in step S2 that the detected current value is within the detectable range of the current in the control unit 70, the process proceeds to step S3.
  • step S2 determines in step S2 that the detected current value is outside the detectable range of the current in the control unit 70.
  • step S4 the control unit 70 reduces the number of the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c to which the voltage is applied. This reduces the number of deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c that generate an electric field. For example, when the electric field is generated from all of the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c in step S1, the electric field is generated from the two deflection electrode pieces 50a, 50b. By doing so, the width of the region to which the voltage of the deflection electrode 50 is applied in the y-axis direction, which is the width direction, is narrowed.
  • an electric field is generated from the deflection electrode pieces 50a and 50b and no electric field is generated from the deflection electrode pieces 50c, an electric field is applied to the regions A1 and A2 shown in FIG. 2, and the electric field is substantially applied to the region A3. Not applied to. Therefore, among the ions I flowing in the flow path 10a, the ions I passing through the regions A1 and A2 can reach the detection electrode 40. Therefore, the number of ions I that reach the detection electrode 40 can be reduced as compared with the case where the ions I that pass through all of the regions A1, the region A2, and the region A3 reach the detection electrode 40. Therefore, the magnitude of the current generated in the detection electrode 40 can be reduced.
  • step S5 the control unit 70 detects the magnitude of the current generated in the detection electrode 40.
  • step S2 is performed again. That is, the detected current value is within the detectable range of the control unit 70 in a state where the magnitude of the current generated in the detection electrode 40 is reduced by reducing the number of the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c that generate an electric field. Whether or not it is determined again. If it is determined that the detected current value is within the detectable range, the process proceeds to step S3.
  • step S4 is performed again.
  • the control unit 70 further reduces the number of the deflection electrode pieces 50a and 50b that generate an electric field. Specifically, for example, the control unit 70 makes the deflection electrode piece that generates an electric field one of the deflection electrode pieces 50a. By doing so, of the ions I flowing through the flow path 10a, only the ions I that substantially pass through the region A1 reach the detection electrode 40. Therefore, the magnitude of the current generated in the detection electrode 40 is further reduced.
  • control unit 70 detects the magnitude of the current generated in the detection electrode 40 again, and then the steps S2 and subsequent steps are performed again.
  • step S3 the control unit 70 calculates the ion concentration based on the detected current value.
  • the present invention is not limited to this.
  • the number of deflection electrode pieces that generate an electric field may be increased so that the current detected within the detectable range becomes large.
  • the control unit 70 applies a voltage to the deflection electrode 50 so that the current value detected by the detection electrode 40 is within the detectable range of the current value. Specifically, the control unit 70 determines the width of the region to which the voltage of the deflection electrode 50 is applied in the y-axis direction when the current value detected by the detection electrode 40 exceeds the detectable range of the current value. A voltage is applied to the deflection electrode 50 so that Specifically, the control unit 70 applies a voltage to the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c so that the current value detected by the detection electrode 40 is within the detectable range, and generates an electric field. Therefore, the ion concentration can be measured when the current value detected by the detection electrode 40 is within the detectable range. Therefore, according to the analyzer 1, the ion concentration can be measured with high accuracy.
  • a method of changing the amplification factor of the amplifier can be considered.
  • the noise component may also be amplified, or the frequency characteristics may change. Therefore, the configuration of the control unit may be complicated, or the processing in the control unit may be complicated.
  • the number of the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c that generate an electric field is changed as in the analyzer 1, such a problem is unlikely to occur.
  • the distance g between the adjacent deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c and the detection electrode pieces 40a, 40b, 40c in the y-axis direction is small. It is preferable that the width w of the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c and the detection electrode pieces 40a, 40b, 40c along the y-axis direction is large.
  • the dimension of the region provided with the deflection electrode 50 and the detection electrode 40 in the y-axis direction may be too small with respect to the dimension of the flow path 10a in the y-axis direction. In that case, the number of ions I that are not captured by the detection electrode 40 increases. Therefore, the maximum detection sensitivity of ion I may decrease.
  • the distance g is preferably 0.001 times or more and 0.5 times or less, and more preferably 0.002 times or more and 0.2 times or less the width w.
  • the distance g is preferably 0.0002 times or more and 0.1 times or less, and more preferably 0.0005 times or more and 0.05 times or less the dimension along the y-axis direction of the flow path 10a.
  • the dimension d along the z-axis direction of the flow path 10a is preferably 0.001 times or more and 0.01 times or less, and 0.002 times or more and 0 times the dimension along the y-axis direction of the flow path 10a. It is more preferably .005 times or less.
  • the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c are used. It is preferable to store the correction coefficient for each voltage application pattern in the storage unit (not shown) of the control unit 70 in advance, and calculate the ion concentration based on the correction coefficient.
  • the following correction coefficients 1 to 5 are set in advance and stored in the storage unit of the control unit 70. Then, the ion concentration is highly accurate by calculating the ion concentration using the appropriate correction coefficients 1 to 5 and the current value from the detection electrode 40 based on the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c to which the voltage is applied. It becomes possible to calculate.
  • Correction coefficient 1 Correction coefficient when voltage is applied to all of the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c
  • Correction coefficient 2 Correction coefficient when voltage is applied to the deflection electrode piece 50a or deflection electrode piece 50c
  • Correction coefficient 3 Deflection Correction coefficient when voltage is applied to the electrode piece 50b
  • Correction coefficient 4 Deflection electrode piece 50a or deflection electrode piece 50c and correction coefficient when voltage is applied to the deflection electrode piece 50b
  • Correction coefficient 5 Deflection electrode pieces 50a, 50c Correction coefficient when a voltage is applied to the It can be set based on the difference from the ion concentration.
  • FIG. 1 is referred to in common with the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the flow path forming member in the second embodiment.
  • the analyzer according to the second embodiment is different from the analyzer 1 according to the first embodiment in the configuration of the detection electrode 40.
  • the detection electrode 40 is composed of a plurality of detection electrode pieces 40a, 40b, 40c corresponding to the deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c.
  • the detection electrode 40 is composed of one electrode formed integrally. The detection electrode 40 faces each of the deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c.
  • the detection electrode 40 is composed of one electrode as in the present embodiment, it is possible to realize analysis accuracy with high ion concentration as in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of the deflection electrode and the detection electrode in the third embodiment.
  • the analyzer according to the third embodiment is different from the analyzer 1 according to the first embodiment in the configuration of the deflection electrode 50.
  • the deflection electrode 50 has a second deflection electrode piece 50d in addition to a plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c arranged along the y-axis direction.
  • the second deflection electrode piece 50d is arranged at a position different from the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c in the x-axis direction which is the extending direction of the flow path 10a.
  • the second deflection electrode piece 50d is arranged on the inlet side (x1 side) or the outlet side (x2 side) of the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c.
  • the dimension of the second deflection electrode piece 50d along the y-axis direction is larger than the dimension of the first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c along the y-axis direction.
  • the second deflection electrode piece 50d straddles a region provided with at least two of the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c in the y-axis direction.
  • the second deflection electrode piece 50d is provided so as to straddle all of the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c in the y-axis direction.
  • the second deflection electrode piece 50d is provided so as to extend from one side end portion to the other side end portion in the y-axis direction of the region where the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c are provided. Has been done.
  • the second deflection electrode piece 50d faces the detection electrode 40 via the flow path 10a in the z-axis direction.
  • the current value detected by the detection electrode 40 exceeds the detectable range as in the first embodiment, in the y-axis direction of the region where the voltage of the deflection electrode 50 is applied. A voltage is applied to the deflection electrode 50 so that the width becomes narrow. In the third embodiment, the voltage is applied from the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c and the second deflection electrode piece 50d so that the current value detected by the detection electrode 40 is within the detectable range. Select the deflection electrode piece. By doing so, the current value detected by the detection electrode 40 is set to be within the detectable range, and the ion concentration is calculated based on the detected current value. Therefore, as in the first embodiment, the ion concentration can be analyzed with high accuracy.
  • step S11 the control unit 70 detects the current value in a state where a voltage is applied to the second deflection electrode piece 50d to generate an electric field. This is because the width of the electric field in the y-axis direction can be maximized by generating an electric field from the second deflection electrode piece 50d.
  • step S12 the control unit 70 determines whether or not the current value detected in step S11 is within the detectable range. If it is determined that the current value detected in step S12 is within the detectable range, the process proceeds to step S16.
  • step S12 determines whether the current value is outside the detectable range (exceeding the detectable range). If it is determined in step S12 that the current value is outside the detectable range (exceeding the detectable range), the process proceeds to step S13.
  • step S13 the control unit 70 applies a voltage to two first deflection electrode pieces out of the three first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c to generate an electric field, and then from the detection electrode 40. Detect the current value.
  • step S14 the control unit 70 determines whether or not the current value detected in step S13 is within the detectable range. If it is determined that the current value detected in step S14 is within the detectable range, the process proceeds to step S16.
  • step S14 determines whether the current value is out of the detectable range. If it is determined in step S14 that the current value is out of the detectable range, the process proceeds to step S15.
  • step S15 the control unit 70 applies a voltage to one of the three first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c to generate an electric field from the detection electrode 40. Detect the current value. Then, the process proceeds to step S16.
  • step S16 the ion concentration is calculated based on the last detected current value.
  • the current value is detected in a state where an electric field is generated from the second deflection electrode piece 50d having a large dimension along the y-axis direction. Therefore, the number of captured ions I can be increased when the ion concentration is low. Therefore, it is possible to improve the analysis accuracy of the ion concentration when the ion concentration is low.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the deflection electrode according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the deflection electrode according to the fifth embodiment.
  • the first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c adjacent to each other in the y-axis direction have portions that overlap each other in the x-axis direction. Therefore, when a voltage is applied to the adjacent first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c to generate an electric field, the ion I passes through the gap between the adjacent first deflection electrode pieces 50a, 50b, 50c. It can be suppressed. Therefore, the number of ions I captured by the detection electrode 40 can be increased. Therefore, it is possible to improve the analysis accuracy of the ion concentration, especially when the ion concentration is low.
  • the plurality of first deflection electrode pieces 50a, 50b, and 50c each have substantially the same area.
  • the end sides 50a1, 50b1, 50b2, and 50c1 are linear shapes extending along a direction inclined with respect to the x-axis direction, respectively.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the deflection electrode in the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of the deflection electrode according to the seventh embodiment.
  • the sixth embodiment and the seventh embodiment are different from the first embodiment in the configuration of the deflection electrode 50.
  • the deflection electrode 50 has a plurality of deflection electrode pieces arranged at intervals along the x-axis direction, and the plurality of deflection electrode pieces are It contains at least two deflection electrode pieces having different dimensions in the y-axis direction, which is the width direction. Therefore, also in the analyzers according to the sixth embodiment and the seventh embodiment, the width of the region where the electric field is generated in the flow path 10a in the y-axis direction is changed by appropriately selecting the deflection voltage piece to be applied. Can be done. Therefore, even when the ion concentration is high, the current value from the detection electrode 40 can be adjusted to be within the detectable range. Therefore, it is possible to realize analysis accuracy with high ion concentration.
  • the deflection electrode 50 has a plurality of deflection electrode pieces 50d, 50e, and 50f.
  • the plurality of deflection electrode pieces 50d, 50e, and 50f are arranged at intervals along the x-axis direction.
  • the plurality of deflection electrode pieces 50d, 50e, and 50f have different dimensions along the y-axis direction. Specifically, the dimension of the deflection electrode piece 50d along the y-axis direction is the largest, and the dimension of the deflection electrode piece 50f along the y-axis direction is the smallest.
  • the center lines of the plurality of deflection electrode pieces 50d, 50e, and 50f along the x-axis directions are substantially located on the same straight line.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the center line along the extending direction of each flow path of the plurality of deflection electrode pieces does not have to be located on the same straight line.
  • control unit 70 applies a voltage to any of the plurality of deflection electrode pieces 50d, 50e, and 50f so that the current value detected by the detection electrode 40 is within a detectable range. Is applied, and the ion concentration is calculated using the current value detected at that time.
  • control unit 70 first applies a voltage to the deflection electrode piece 50d having the longest dimension in the y-axis direction to generate an electric field and detect the current value. Next, the control unit 70 determines whether or not the detected current value is within the detectable range, and if it is outside the detectable range, the deflection electrode pieces 50e and 50f having smaller dimensions in the y-axis direction are gradually added. A voltage is applied to generate an electric field and the current value is detected. By doing so, the detected current value is set within the detectable range, and the ion concentration is calculated using the current value. Therefore, the ion concentration can be analyzed with high accuracy.
  • the deflection electrode 50 has a deflection electrode piece 50g, a plurality of deflection electrode pieces 50h, and a plurality of deflection electrode pieces 50j.
  • the deflection electrode pieces 50g, the plurality of deflection electrode pieces 50h, and the plurality of deflection electrode pieces 50j are arranged at intervals along the x-axis direction.
  • the deflection electrode piece 50g, the deflection electrode piece 50h, and the deflection electrode piece 50j have different dimensions along the y-axis direction.
  • the dimension of the deflection electrode piece 50g along the y-axis direction is the largest, and the dimension of the deflection electrode piece 50j along the y-axis direction is the smallest.
  • the deflection electrode piece 50 g is provided so as to substantially reach from one side end portion of the flow path 10a in the y-axis direction to the other side end portion.
  • Three deflection electrode pieces 50h are arranged at intervals along the x-axis direction.
  • the dimension of the deflection electrode piece 50h along the y-axis direction is about 1/3 times the dimension of the deflection electrode piece 50g along the y-axis direction.
  • deflection electrode pieces 50j are arranged at intervals along the x-axis direction.
  • the dimension of the deflection electrode piece 50j along the y-axis direction is about 1/4 of the dimension of the deflection electrode piece 50g along the y-axis direction.
  • the length of the region to which the electric field is applied by the deflection electrode 50 along the y-axis direction can be made into the following six patterns. Therefore, the number of ions I reaching the detection electrode 40 can be finely adjusted.
  • Pattern 1 An electric field is applied by the deflection electrode piece 50 g.
  • Pattern 2) An electric field is applied by three deflection electrode pieces 50j.
  • Pattern 3) An electric field is applied by two deflection electrode pieces 50h.
  • Pattern 4) An electric field is applied by two deflection electrode pieces 50j.
  • Pattern 5) An electric field is applied by one deflection electrode piece 50h.
  • Pattern 6) An electric field is applied by one deflection electrode piece 50j.
  • control unit 70 has at least one of the deflection electrode pieces 50g and the plurality of deflection electrode pieces 50h so that the current value detected by the detection electrode 40 is within the detectable range.
  • a voltage is applied to at least one of one or a plurality of deflection electrode pieces 50j, and the ion concentration is calculated using the current value detected at that time.
  • the control unit 70 first applies a voltage to the deflection electrode piece 50 g having the longest dimension in the y-axis direction to generate an electric field and detect the current value (Pattern 1). Next, the control unit 70 determines whether or not the detected current value is within the detectable range, and if it is outside the detectable range, the dimension of the region to which the electric field is applied is small along the y-axis direction. The current value is sequentially detected while changing from pattern 2 to pattern 6. By doing so, the detected current value is set within the detectable range, and the ion concentration is calculated using the current value. Therefore, the ion concentration can be analyzed with high accuracy.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the currents from the plurality of detection electrode pieces may be separately input to the control unit 70.
  • the control unit 70 may calculate the ion concentration based on the current value obtained by appropriately adding the currents from the plurality of detection electrode pieces within the detectable range. In this case, since it is not always necessary to change the deflection electrode piece to which the voltage is applied, the ion concentration can be analyzed quickly.

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Abstract

分析可能なイオン濃度の範囲が広い分析装置を提供する。流路を流れる複数種類のイオンから特定の種類のイオンを選択的に通過させるイオン分離部と、流路内において、イオン分離部よりも出口側に配された検知電極と、流路を介して検知電極と対向しており、イオンを検知電極側に移動させる電界を発生させる偏向電極と、を備える。偏向電極は、流路の延びる方向に対して垂直な幅方向において、電界を発生させる領域の幅を調整可能に構成されている。

Description

分析装置
　本発明は、分析装置に関する。
　本出願は、２０２０年１１月１２日に日本に出願された特願２０２０－１８８８０６号に優先権を主張し、その内容をここに援用する。例えば、特許文献１には、非対称電界イオン移動度フィルタ・システムが記載されている。
特許第５５７０６４５号公報
　上記フィルタ・システムのようなイオン移動度を用いたイオンの分析を行う装置においては、様々なイオン濃度のサンプルの分析が可能なように、分析可能なイオン濃度の範囲を広くしたいという要望がある。
　本開示の主な目的は、分析可能なイオン濃度の範囲が広い分析装置を提供することにある。
　本発明の一形態の分析装置は、流路を流れる複数種類のイオンから特定の種類のイオンを選択的に通過させるイオン分離部と、流路内において、イオン分離部よりも出口側に配された検知電極と、流路を介して検知電極と対向しており、イオンを検知電極側に移動させる電界を発生させる偏向電極と、を備える。偏向電極は、流路の延びる方向に対して垂直な幅方向において、電界を発生させる領域の幅を調整可能に構成されている。
一実施形態に係る分析装置の模式的断面図である。 図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。 一対の印加電極間に印加される電圧の一例を表すグラフである。 第１実施形態におけるイオン分析法の一例を表すフローチャートである。 第２実施形態における流路形成部材の模式的断面図である。 第３実施形態における偏向電極及び検知電極の模式的斜視図である。 第３実施形態におけるイオン分析法の一例を表すフローチャートである。 第４実施形態における偏向電極の模式的平面図である。 第５実施形態における偏向電極の模式的平面図である。 第６実施形態における偏向電極の模式的平面図である。 第７実施形態における偏向電極の模式的平面図である。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる一例である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
　（第１実施形態）
　（分析装置１の構成）
　図１は、分析装置１の模式的断面図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける分析装置１の模式的断面図である。
　図１に示す分析装置１は、例えば、波形が非対称な高周波電圧を印加したときに形成される電界中における飛行方向がイオンの種類によって異なることを利用して複数種類のイオンから特定の種類のイオンを分離し、分離したイオンの濃度を分析できる装置である。本実施形態の分析装置１は、具体的には、Ｆｉｅｌｄ　Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｉｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ　（ＦＡ－ＩＭＳ）である。但し、本発明に係る分析装置は、ＦＡ－ＩＭＳに何ら限定されるものではない。
　分析装置１は、流路構成部材１０と、イオン化部２０と、イオン分離部３０と、検知電極４０と、偏向電極５０と、制御部７０とを備えている。
　流路構成部材１０は、流路１０ａを構成している。流路１０ａは、ｘ軸方向のｘ１側（入口側）から、ｘ２側（出口側）に向かって延びている。すなわち、本実施形態においては、流路１０ａの延びる方向は、ｘ軸方向である。
　なお、本実施形態では、流路１０ａは、直線状に延びているが、本発明において、流路の延びる方向は、特に限定されない。流路は、例えば、湾曲していてもよい。
　図２に示すように、流路構成部材１０は、第１壁部１１と、第２壁部１２と、第１側壁部１３及び第２側壁部１４とを有する。
　第１壁部１１と第２壁部１２とは、流路１０ａを挟んで対向している。第１壁部１１と第２壁部１２とは、ｚ軸方向において対向している。ｚ軸方向は、ｘ軸方向に対して垂直な方向である。
　第１側壁部１３と第２側壁部１４とは、第１壁部１１と第２壁部１２との間に配されている。第１側壁部１３と第２側壁部１４とは、それぞれ、第１壁部１１と第２壁部１２とのそれぞれに対して接合されている。第１側壁部１３と第２側壁部１４とは、ｙ軸方向に相互に間隔をおいて対向している。第１側壁部１３と第２側壁部１４とは、それぞれ、ｘ軸方向に沿って延びている。これらの第１側壁部１３及び第２側壁部１４と、第１壁部１１及び第２壁部１２とによって、横断面形状が略矩形である流路１０ａが区画形成されている。
　図１に示すように、流路１０ａの入口側（ｘ１側）の端部１０ａ１は、図示しないサンプル供給部に接続されている。サンプル供給部は、流路１０ａに、入口側の端部１０ａ１から分析対象であるサンプル（検体）Ｓを供給する。サンプルＳは、例えば、気体のサンプルであることが好ましい。サンプルＳは、イオン化可能な分子を含む気体のサンプルであることがより好ましい。
　流路１０ａの出口側（ｘ２側）の端部１０ａ２は、図示しないポンプに接続されている。ポンプは、流路１０ａ内の気体を吸引する。このため、サンプル供給部から供給されたサンプルＳは、流路１０ａの入口側から出口側に向かって移送される。
　イオン化部２０は、流路１０ａを流れるサンプルＳに含まれる分子の少なくとも一部をイオン化してイオンＩを発生させる。通常、サンプルＳからは複数種類のイオンＩが発生する。イオン化部２０は、サンプルＳをイオン化できるものであれば特に限定されない。イオン化部２０は、例えば、コロナ放電によりイオン化するものであってもよいし、電子放出素子により構成されていてもよい。例えば、イオン化部２０が電子放出素子である場合は、イオン化部２０は、上部電極と、下部電極と、対向電極と、上部電極及び下部電極の間に配された絶縁層とを有していてもよい。本実施形態では、具体的には、イオン化部２０は、流路１０ａを介して対向する一対の電極２１、２２を有する。例えば、イオン化部２０がコロナ放電によりイオン化するものである場合は、イオン化部２０は、一対の電極を有していてもよい。また、イオン化部２０は、例えば、放射線源や紫外線源（例えば、紫外線ランプ等）等により構成されていてもよい。
　ｘ軸方向において、イオン化部２０よりも出口側（ｘ２側）には、イオン分離部３０が配されている。イオン分離部３０は、流路１０ａを流れる複数種類のイオンＩから特定の種類のイオンＩを選択的に通過させる。詳細には、イオン分離部３０は、流路１０ａを流れる複数種類のイオンＩから特定の種類のイオンＩを選択的に通過させ、残りの種類のイオンＩを通過させない。通常、イオン分離部３０を通過するイオンＩは、１種類である。
　本実施形態では、イオン分離部３０は、一対の印加電極３１、３２により構成されている。一対の印加電極３１、３２は、流路１０ａを介して対向している。本実施形態では、一対の印加電極３１、３２は、ｚ軸方向において対向している。但し、一対の印加電極の対向方向は、特に限定されない。例えば、一対の印加電極は、ｙ軸方向において対向していてもよい。
　一対の印加電極３１、３２間には、波形が非対称である高周波電圧が印加される。これにより、イオンＩが流れる流路１０ａに、波形が非対称である高周波電界が印加される。本実施形態では、具体的には、第１壁部１１の上に設けられた第１印加電極３１に波形が非対称である高周波電圧が印加される。第２壁部１２の上に設けられた第２印加電極３２は、グランドに接続されている。なお、第２印加電極３２は、グラウンドに直接接続されている必要は必ずしもない。本実施形態では、詳細には、第２印加電極３２は、制御部７０を介して間接的にグラウンドに接続されている。第２印加電極３２は、一定電位に保持されていることが好ましい。
　検知電極４０は、流路１０ａ内に位置している。検知電極４０は、ｘ軸方向において、印加電極３１、３２よりも出口側に配されている。検知電極４０は、イオン分離部３０を通過して検知電極４０に到達したイオンＩを検知する電極である。検知電極４０において、到達したイオンＩの数に応じた大きさの電流が発生する。
　検知電極４０と制御部７０との間には、増幅器８０が配されている。増幅器８０は、検知電極４０により検知された電流値を増幅する。なお、増幅器８０は、必ずしも必要ではない。例えば、増幅器を設けずに、制御部７０においてソフトウェア的に電流値を増幅してもよい。また、制御部７０内に増幅回路を設けてもよい。なお、増幅器８０は、検知電極４０において発生した電流の大きさを、例えば、電圧値等の他のパラメータに変換した上で増幅させるものであってもよい。従って、増幅器８０からは、電流値に対応した値であって、増幅された値が制御部７０側に出力される。
　偏向電極５０は、ｘ軸方向において、一対の印加電極３１、３２よりも出口側に配されている。偏向電極５０は、流路１０ａを介して検知電極４０と対向している。偏向電極５０は、イオンＩを検知電極４０側に移動させる電界を発生させる。すなわち、偏向電極５０には、イオンＩを検知電極４０側に移動させる電界が発生するように電圧が印加される。
　なお、偏向電極５０は、イオンＩを検知電極４０側に移動させる直流電界を発生させるものであることが好ましい。例えば、陰イオンを検知電極４０側に移動させたい場合は、偏向電極５０には、マイナスの電圧が印加されることが好ましい。例えば、陽イオンを検知電極４０側に移動させたい場合は、偏向電極５０には、プラスの電圧が印加されることが好ましい。
　但し、本発明において、偏向電極５０が発生させる電界は、イオンＩを検知電極４０側に移動させることができる電界であれば特に限定されない。偏向電極５０が発生させる電界は、例えば、オフセットされた交流電界であってもよい。
　図２に示すように、偏向電極５０は、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有する。複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、ひとつの流路１０ａ内において、幅方向であるｙ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、それぞれ、制御部７０に接続されている。このため、複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの一部に電圧を印加することもできるし、すべてに電圧を印加することもできる。電圧を印加する偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃを変更することにより、ｙ軸方向において電界を発生させる領域の幅を調整することができる。このように、偏向電極５０は、流路１０ａの延びる方向であるｘ軸方向に対して垂直な幅方向（ｙ軸方向）において、電界を発生させる領域の幅を調整可能に構成されている。
　本実施形態では、偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、ｙ軸方向における幅が同じとなるように構成されている。偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、平面視において（ｚ軸方向から視たときに）、同面積であり、合同である。但し、本発明において、複数の偏向電極片のそれぞれの形状や大きさは特に限定されない。例えば、複数の偏向電極片は、相互に異なる形状や大きさの複数の偏向電極片を含んでいてもよいし、複数の偏向電極片は、それぞれ、相互に異なる形状や大きさを有していてもよい。もっとも、複数の偏向電極片は、流路の入口側の部分の幅方向に沿った寸法が実質的に相互に等しくなるように構成されていることが好ましい。
　偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの平面視形状は、矩形である。但し、本発明において、偏向電極片の形状は特に限定されない。偏向電極片の形状は、例えば、多角形、円形、楕円形、長円形等であってもよい。
　本実施形態では、偏向電極５０が３つの偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。偏向電極は、幅方向に沿って配された２つ以上の偏向電極片を有していればよい。偏向電極は、例えば、幅方向に沿って配列された２つ、または、４つ以上の偏向電極片を有していてもよい。偏向電極が有する偏向電極片の数は、例えば、２以上５以下であることが好ましく、２以上４以下であることがより好ましい。
　偏向電極５０と流路１０ａを介して対向している検知電極４０は、複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有する。複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、ｙ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。検知電極４０が有する検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃの数は、偏向電極５０が有する偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数と等しい。複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、それぞれ、偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのいずれかと対向している。具体的には、検知電極片４０ａと偏向電極片５０ａとが対向している。検知電極片４０ｂと偏向電極片５０ｂとが対向している。検知電極片４０ｃと偏向電極片５０ｃとが対向している。相互に対向する検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃと偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃとは、同面積であり、合同である。
　本実施形態では、複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃのすべてが増幅器８０を介して制御部７０に接続されている。このため、複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃのすべてにおいて発生した電流がまとめられて制御部７０に出力される。なお、制御部７０に入力される値が電流値である必要は必ずしもない。例えば、電流値から算出された、電流値に対応する値（例えば、電圧値等）が制御部７０に入力されてもよい。
　本実施形態では、複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれに対して、別個の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃが設けられている例について説明する。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、検知電極は、複数の偏向電極片と対向する一体の電極により構成されていてもよい。
　制御部７０は、図示しないサンプル供給部、イオン化部２０、一対の印加電極３１、３２、検知電極４０、偏向電極５０及び図示しないポンプのそれぞれに接続されている。
　制御部７０は、偏向電極５０に対して電圧を印加すると共に、検知電極４０により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する。なお、本発明において、「検知電極により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する」には、検知電極において発生した電流の大きさそのものに基づいてイオン濃度を算出する場合のみならず、検知電極において発生した電流の大きさと対応する他のパラメータに基づいてイオン濃度を算出する場合が含まれる。すなわち、本発明において、制御部は、検知電極において発生した電流の大きさと対応する他のパラメータに基づいてイオン濃度を算出するものであってもよい。検知電極において発生した電流の大きさと対応する他のパラメータは、他から制御部に入力されてもよいし、制御部が算出してもよい。
　具体的には、制御部７０は、生成部７１と、算出部７２とを有する。生成部７１は、第１印加電極３１に接続されている。生成部７１は、波形が非対称である高周波電圧を第１印加電極３１に入力する。ここで、「波形が非対称である高周波電圧」とは、マイナス電圧と、プラス電圧とが相互に異なる波形を有する高周波電圧のことである。なお、第２印加電極３２が生成部７１に接続されており、生成部７１は、第２印加電極３２に電圧を印加するものであってもよい。
　波形が非対称である高周波電圧の一例を図３に示す。図３に示す高周波電圧では、プラス電位の絶対値とマイナス電位の絶対値とが相互に異なり、かつ、プラス電圧が印加される期間と、マイナス電圧が印加される期間とが相互に異なる。これにより高周波高電圧の非対称波形が形成されている。
　なお、高周波電圧を示す波形のうち、プラス電位側に位置する部分と、０Ｖとにより囲まれた領域の面積Ａと、高周波電圧を示す波形のうち、マイナス電位側に位置する部分と、０Ｖとにより囲まれた領域の面積Ｂとが相互に異なった波形でもよい。但し、高周波電圧は、面積Ａと面積Ｂとが、相互に等しい波形を基本波形とするものであることが好ましい。
　算出部７２は、検知電極４０に接続されている。算出部７２は、検知電極４０にイオンＩが到達することに起因して発生する電流値に基づいてサンプルＳに含まれているイオンＩの濃度を算出する。検知電極４０に到達するイオンＩの数が多くなるほど検知電極４０から流れる電流が大きくなる。このため、検知電極４０から流れる電流値に基づいてサンプルＳに含まれているイオンＩの濃度を算出することができる。
　（分析装置１によるイオン分析）
　次に、主として図１及び図２を参照しながら、分析装置１によるイオン分析方法について説明する。
　図１に示すように、まず、流路１０ａの入口側（ｘ１側）の端部１０ａ１から気体のサンプルＳを供給する。供給されたサンプルＳは、端部１０ａ２に接続されたポンプにより吸引され、流路１０ａ内を入口側から出口側に向かって流れる。
　サンプルＳは、イオン化部２０によりイオン化される。具体的には、サンプルＳに含まれるイオン化し得る分子がイオン化部２０によってイオン化される。その結果、イオンＩが生成する。通常、サンプルＳは、イオン化し得る分子を複数種類含む。このため、イオン化部２０によって複数種類のイオンＩが生成する。
　生成したイオンＩは、イオン分離部３０に供給される。上述の通り、イオン分離部３０の一対の印加電極３１、３２間には、波形が非対称である高周波電圧が印加される。
　例えば、一対の印加電極３１，３２に印加される高周波電圧の電位がある一定値以上になると、その電位により発生する高電界領域において、複数種類のイオンIの移動度はそれぞれ異なる非線形性を示すようになる。そのため、高周波電圧において、プラス電位とプラス電位の印加期間との積により得られる面積Ａと、マイナス電位とマイナス電位の印加期間との積により得られる面積Ｂと、が等しい基本波形の場合であっても、それぞれのイオンの飛行軌道が相互に異なる。これに対して、一対の印加電極３１，３２間に、基本波形の高周波電圧により印加される印加電位をプラス電位側またはマイナス電位側にオフセットしておくことにより、各イオンの飛行軌道を修正できる。そのため、特定の種類のイオンIを選択的に、一対の印加電極３１、３２が設けられた領域を通過させることができる。
　イオン分離部３０を通過した特定の種類のイオンＩは、偏向電極５０と検知電極４０とが設けられた領域に到達する。特定の種類のイオンＩは、偏向電極５０により発生した電界によって検知電極４０側に移動し、検知電極４０により捕捉される。検知電極４０においては、捕捉されたイオンＩの数に応じた大きさの電流が発生する。この電流を検知することにより、イオンＩの濃度を分析することができる。
　ところで、分析装置１に供給されるサンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度は、常に一定とは限らない。サンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度が変化する場合もある。例えば、サンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度が高すぎる場合は、検知電極により検知された電流の大きさが大きすぎ、制御部が検知可能な電流値の範囲を超えてしまうことも考えられる。その場合、イオン濃度を高精度に測定できない虞がある。
　分析装置１では、偏向電極５０は、幅方向であるｙ軸方向において電界を発生させる領域の幅を調整可能に構成されている。このため、例えば、サンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度が高すぎる場合は、偏向電極５０の電界を発生させる領域のｙ軸方向における幅を狭くすることができる。それにより、検知電極４０に到達するイオンＩの数を少なくすることができる。よって、サンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度が高すぎる場合にも、検知電極４０により検知された電流の大きさが、制御部７０が検知可能な電流値の範囲を超えることを抑制することができる。従って、分析装置１は、分析可能なイオン濃度の範囲が広い。分析装置１によれば、サンプルＳに含まれる分析対象物質の濃度が低い場合であっても高いときも高精度にイオン濃度を分析し得る。
　次に、主として図４を参照しながら、分析装置１によるイオン分析方法についてさらに詳細に説明する。
　図４に示すように、まず、ステップＳ１において、複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのすべてに電圧を印加し、複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのすべてから電界を発生させる。その状態で、制御部７０は、検知電極４０において発生した電流の大きさを検知する。
　ステップＳ１においては、互いに対向する偏向電極片５０ａと検知電極片４０ａとの間の領域Ａ１（図２を参照。）、偏向電極片５０ｂと検知電極片４０ｂとの間の領域Ａ２、及び偏向電極片５０ｃと検知電極片４０ｃとの間の領域Ａ３のすべてにおいて電界が発生する。このため、すべての領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を通過したイオンＩの実質的にすべてが検知電極４０に到達する。
　次に、ステップＳ２において、制御部７０は、ステップＳ１において検知した電流値が制御部７０における電流の検知可能範囲か否かを判断する。なお、ステップＳ１において、制御部７０は、電流値に対応した他のパラメータが、そのパラメータの検知可能範囲内か否かを判断してもよい。
　ステップＳ２において、制御部７０が、検知した電流値が制御部７０における電流の検知可能範囲内であると判断した場合は、ステップＳ３に進む。
　一方、ステップＳ２において、制御部７０が、検知した電流値が制御部７０における電流の検知可能範囲外であると判断した場合は、ステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、制御部７０は、電圧を印加する偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数を減らす。これにより、電界を発生させる偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数を減らす。例えば、ステップＳ１において偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのすべてから電界を発生させていた場合は、ふたつの偏向電極片５０ａ、５０ｂから電界を発生させる。このようにすることにより、幅方向であるｙ軸方向において偏向電極５０の電圧が印加される領域の幅を狭くする。
　例えば、偏向電極片５０ａ、５０ｂから電界を発生させ、偏向電極片５０ｃからは電界を発生させない場合は、図２に示す領域Ａ１及び領域Ａ２に電界が印加され、領域Ａ３には電界が実質的に印加されない。このため、流路１０ａを流れるイオンＩのうち、領域Ａ１及び領域Ａ２を通過するイオンＩを検知電極４０に到達させることができる。よって、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３のすべてを通過するイオンＩを検知電極４０に到達させる場合よりも検知電極４０に到達するイオンＩの数を少なくすることができる。従って、検知電極４０において発生する電流の大きさを小さくすることができる。
　次に、ステップＳ５において、制御部７０は、検知電極４０において発生した電流の大きさを検知する。
　ステップＳ５が終了すると、再び、ステップＳ２が行われる。すなわち、電界を発生させる偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数を減らすことにより、検知電極４０において発生する電流の大きさを小さくした状態で、検知した電流値が制御部７０の検知可能範囲内か否かが再度判定される。検知した電流値が検知可能範囲内であると判断された場合は、ステップＳ３に進む。
　一方、２回目のステップＳ２においても、検知した電流値が検知可能範囲外であると判断された場合は、再びステップＳ４が行われる。２回目のステップＳ４において、制御部７０は、電界を発生させる偏向電極片５０ａ、５０ｂの数をさらに減らす。具体的には、例えば、制御部７０は、電界を発生さえる偏向電極片を偏向電極片５０ａのひとつにする。そうすることにより、流路１０ａを流れるイオンＩのうち、実質的に領域Ａ１を通過するイオンＩのみが検知電極４０に到達することになる。従って、検知電極４０において発生する電流の大きさがさらに小さくなる。
　次に、２回目のステップＳ５において、制御部７０は、検知電極４０において発生した電流の大きさを再度検知し、その後、ステップＳ２以降が再度行われる。
　ステップＳ３においては、制御部７０は、検知した電流値に基づいてイオン濃度の算出を行う。
　以上のように、本実施形態では、検出される電流値が検知可能範囲内となるように、電界を発生させる偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数を減らしていく例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、検知可能範囲内において検出される電流が大きくなるように、電界を発生させる偏向電極片の数を増やしていってもよい。
　以上説明したように、本実施形態では、制御部７０は、検知電極４０により検知された電流値が電流値の検出可能な範囲内となるように偏向電極５０に対して電圧を印加する。詳細には、制御部７０は、検知電極４０により検知された電流値が電流値の検出可能な範囲を上回っている場合に、ｙ軸方向において、偏向電極５０の電圧が印加される領域の幅が狭くなるように、偏向電極５０に電圧を印加する。具体的には、制御部７０は、検知電極４０により検知された電流値が検出可能な範囲内となるように偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃに電圧を印加して電界を発生させる。このため、検知電極４０により検知された電流値が検出可能な範囲内であるときにイオン濃度を測定できる。従って、分析装置１によれば、イオン濃度を高精度に測定することができる。
　例えば、制御部に入力される電流値を変化させる方法としては、増幅器の増幅率を変化させる方法も考えられる。しかしながら、増幅器の増幅率を変化させると、ノイズ成分も増幅されることになったり、周波数特性が変化したりという不具合が生じ得る。このため、制御部の構成が複雑になったり、制御部における処理が複雑になったりすることがある。それに対して、分析装置１のように、電界を発生させる偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃの数を変化させる場合は、そのような不具合が生じにくい。
　例えば、図２に示す３つの偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうち、偏向電極片５０ｂのみに電圧を印加した場合であっても、偏向電極片５０ｂと、検知電極片４０ａ、４０ｃとの間にも弱い電界が発生し得る。この観点からは、ｙ軸方向において隣り合う偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間及び検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃ間の距離ｇは小さい方が好ましい。偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃのｙ軸方向に沿った幅ｗは大きいことが好ましい。
　但し、距離ｇが大きすぎると、偏向電極５０及び検知電極４０が設けられた領域のｙ軸方向における寸法が、流路１０ａのｙ軸方向における寸法に対して小さくなりすぎる場合がある。その場合、検知電極４０に補足されないイオンＩが多くなる。よって、イオンＩの検知最大感度が低下する場合がある。
　以上の観点から、距離ｇは、幅ｗの０．００１倍以上０．５倍以下であることが好ましく、０．００２倍以上０．２倍以下であることがより好ましい。距離ｇは、流路１０ａのｙ軸方向に沿った寸法の０．０００２倍以上０．１倍以下であることが好ましく、０．０００５倍以上０．０５倍以下であることがより好ましい。また、流路１０ａのｚ軸方向に沿った寸法ｄは、流路１０ａのｙ軸方向に沿った寸法の０．００１倍以上０．０１倍以下であることが好ましく、０．００２倍以上０．００５倍以下であることがより好ましい。
　また、複数の偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの一部に電圧を印加した場合に不所望な電界の発生による分析精度の低下を抑制するために、偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃへの電圧印加パターン毎に補正係数を予め制御部７０の記憶部（図示せず。）に記憶させておき、その補正係数に基づいてイオン濃度を算出することが好ましい。
　具体的には、例えば、以下の補正係数１～５を予め設定し、制御部７０の記憶部に記憶させておく。そして、電圧を印加する偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃに基づいて適切な補正係数１～５と、検知電極４０からの電流値とを用いてイオン濃度を算出することにより、イオン濃度を高精度に算出することが可能になる。
　補正係数１：偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのすべてに電圧を印加した場合の補正係数
　補正係数２：偏向電極片５０ａまたは偏向電極片５０ｃに電圧を印加した場合の補正係数
　補正係数３：偏向電極片５０ｂに電圧を印加した場合の補正係数
　補正係数４：偏向電極片５０ａまたは偏向電極片５０ｃと、偏向電極片５０ｂに電圧を印加した場合の補正係数
　補正係数５：偏向電極片５０ａ、５０ｃに電圧を印加した場合の補正係数
　なお、補正係数は、例えば、分析装置１を用いて、イオン濃度が既知であるサンプルＳのイオン濃度を分析し、サンプルＳのイオン濃度と、実際に測定されたイオン濃度との差に基づいて設定することができる。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、第１実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。また、以下の実施形態においても第１実施形態と共通に図１を参照する。
　（第２実施形態）
　図５は、第２実施形態における流路形成部材の模式的断面図である。
　図５に示すように、第２実施形態に係る分析装置は、第１実施形態に係る分析装置１と、検知電極４０の構成において異なる。
　第１実施形態では、検知電極４０が、偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃに対応する複数の検知電極片４０ａ、４０ｂ、４０ｃにより構成されている例について説明した。それに対して、第２実施形態では、検知電極４０は、一体に形成されたひとつの電極により構成されている。検知電極４０は、偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれと対向している。
　本実施形態のように、検知電極４０をひとつの電極により構成した場合であっても第１実施形態と同様にイオン濃度の高い分析精度を実現し得る。
　（第３実施形態）
　図６は、第３実施形態における偏向電極及び検知電極の模式的斜視図である。
　第３実施形態に係る分析装置は、偏向電極５０の構成において第１実施形態に係る分析装置１と異なる。
　第３実施形態では、偏向電極５０は、ｙ軸方向に沿って配列された複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃに加えて、第２偏向電極片５０ｄを有する。第２偏向電極片５０ｄは、流路１０ａの延びる方向であるｘ軸方向において複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃとは異なる位置に配されている。第２偏向電極片５０ｄは、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃよりも入口側（ｘ１側）または出口側（ｘ２側）に配されている。第２偏向電極片５０ｄのｙ軸方向に沿った寸法は、第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのｙ軸方向に沿った寸法よりも大きい。第２偏向電極片５０ｄは、ｙ軸方向において、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの少なくとも２つが設けられた領域に跨がっている。具体的には、本実施形態では、第２偏向電極片５０ｄは、ｙ軸方向において、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのすべてに跨がって設けられている。より具体的には、第２偏向電極片５０ｄは、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃが設けられた領域のｙ軸方向における一方側端部から他方側端部に至るように設けられている。第２偏向電極片５０ｄは、検知電極４０とｚ軸方向において、流路１０ａを介して対向している。
　次に、第３実施形態におけるイオン分析方法について説明する。
　第３実施形態においても、第１実施形態と同様に検知電極４０により検知された電流値が検知可能な範囲を上回っている場合に、偏向電極５０の電圧が印加される領域のｙ軸方向における幅が狭くなるように偏向電極５０に電圧を印加する。第３実施形態では、検知電極４０により検知された電流値が検知可能な範囲内となるように、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び第２偏向電極片５０ｄから電圧を印加する偏向電極片を選択する。そうすることにより、検知電極４０により検出された電流値が検知可能な範囲内となるようにした上で、検出された電流値に基づいてイオン濃度を算出する。従って、第１実施形態と同様に、イオン濃度を高精度に分析し得る。
　具体的には、図７に示すように、まず、ステップＳ１１において、制御部７０は、第２偏向電極片５０ｄに電圧を印加して電界を発生させた状態で電流値を検知する。第２偏向電極片５０ｄから電界を発生させることにより、ｙ軸方向における電界の幅を最大にできるためである。
　次に、ステップＳ１２において、制御部７０は、ステップＳ１１で検知した電流値が検知可能範囲内であるか否かを判断する。ステップＳ１２において検知された電流値が検知可能範囲内であると判断された場合は、ステップＳ１６に進む。
　一方、ステップＳ１２において電流値が検知可能範囲外である（検知可能範囲を上回っている）と判断された場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、制御部７０は、３つの第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの２つの第１偏向電極片に電圧を印加し、電界を発生させた状態で、検知電極４０からの電流値を検知する。
　次に、ステップＳ１４において、制御部７０は、ステップＳ１３で検知した電流値が検知可能範囲内であるか否かを判断する。ステップＳ１４において検知された電流値が検知可能範囲内であると判断された場合は、ステップＳ１６に進む。
　一方、ステップＳ１４において電流値が検知可能範囲外であると判断された場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、制御部７０は、３つの第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの１つの第１偏向電極片に電圧を印加し、電界を発生させた状態で、検知電極４０からの電流値を検知する。その後、ステップＳ１６に進む。
　ステップＳ１６では、最後に検出された電流値に基づいてイオン濃度の算出を行う。
　第３実施形態では、まず、ｙ軸方向に沿った寸法が大きい第２偏向電極片５０ｄから電界を発生させた状態で電流値を検知する。このため、イオン濃度が低い場合におけるイオンＩの捕捉数を多くできる。従って、イオン濃度が低い場合におけるイオン濃度の分析精度を高めることができる。
　（第４、第５実施形態）
　図８は、第４実施形態における偏向電極の模式的平面図である。図９は、第５実施形態における偏向電極の模式的平面図である。
　図８及び図９に示すように、第４、第５実施形態では、ｙ軸方向において隣り合う第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、ｘ軸方向において相互に重なる部分を有する。このため、隣り合う第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃに電圧を印加し、電界を発生させた場合に、隣り合う第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のギャップをイオンＩが通過することを抑制することができる。よって、検知電極４０によるイオンＩの捕捉数を多くできる。従って、特にイオン濃度が低い場合におけるイオン濃度の分析精度を向上することができる。
　具体的には、図８に示すように、第４実施形態では、第１偏向電極片５０ａの第１偏向電極片５０ｂ側の端辺５０ａ１と、第１偏向電極片５０ｂの両端辺５０ｂ１、５０ｂ２と、第１偏向電極片５０ｃの第１偏向電極片５０ｂ側の端辺５０ｃ１とが、それぞれジグザグ形状である。第４実施形態では、複数の第１偏向電極片５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、それぞれ、実質的に同じ面積を有する。
　図９に示すように、第５実施形態では、端辺５０ａ１、５０ｂ１、５０ｂ２、５０ｃ１は、それぞれ、ｘ軸方向に対して傾斜した方向に沿って延びる直線状である。
　（第６、第７実施形態）
　図１０は、第６実施形態における偏向電極の模式的平面図である。図１１は、第７実施形態における偏向電極の模式的平面図である。
　第６実施形態及び第７実施形態は、偏向電極５０の構成において第１実施形態と異なる。
　第６実施形態及び第７実施形態では、偏向電極５０は、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の偏向電極片を有しており、それら複数の偏向電極片は、幅方向であるｙ軸方向における寸法が相互に異なる少なくとも２つの偏向電極片を含む。このため、第６実施形態及び第７実施形態に係る分析装置においても、印加する偏向電圧片を適宜選択することにより、流路１０ａにおける電界が発生する領域のｙ軸方向における幅を変更することができる。よって、イオン濃度が高い場合であっても、検知電極４０からの電流値が検知可能範囲内となるように調整し得る。従って、イオン濃度の高い分析精度を実現し得る。
　図１０に示すように、第６実施形態では、具体的には、偏向電極５０は、複数の偏向電極片５０ｄ、５０ｅ、５０ｆを有する。複数の偏向電極片５０ｄ、５０ｅ、５０ｆは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。複数の偏向電極片５０ｄ、５０ｅ、５０ｆは、それぞれｙ軸方向に沿った寸法が相互に異なる。具体的には、偏向電極片５０ｄのｙ軸方向に沿った寸法が最も大きく、偏向電極片５０ｆのｙ軸方向に沿った寸法が最も小さい。本実施形態では、複数の偏向電極片５０ｄ、５０ｅ、５０ｆのそれぞれのｘ軸方向に沿った中心線は、実質的に同一直線上に位置している。但し、本発明は、この構成に限定されない。複数の偏向電極片のそれぞれの流路の延びる方向に沿った中心線は、同一直線上に位置していなくてもよい。
　第６実施形態に係る分析装置では、制御部７０は、検知電極４０により検知された電流値が検知可能な範囲内となるように、複数の偏向電極片５０ｄ、５０ｅ、５０ｆのいずれかに電圧を印加し、その際に検知された電流値を用いてイオン濃度を算出する。
　具体的には、制御部７０は、まず、ｙ軸方向における寸法が最も長い偏向電極片５０ｄに電圧を印加して電界を発生させて電流値を検知する。次に、制御部７０は、検知した電流値が検知可能範囲内であるか否かを判断し、検知可能範囲外であれば、徐々にｙ軸方向における寸法が小さな偏向電極片５０ｅ、５０ｆに電圧を印加して電界を発生させて電流値を検知する。そうすることにより、検出された電流値が検知可能範囲内となるようにし、その電流値を用いてイオン濃度を算出する。従って、イオン濃度を高精度に分析し得る。
　図１１に示すように、第７実施形態では、具体的には、偏向電極５０は、偏向電極片５０ｇと、複数の偏向電極片５０ｈと、複数の偏向電極片５０ｊとを有する。偏向電極片５０ｇと、複数の偏向電極片５０ｈと、複数の偏向電極片５０ｊとは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。偏向電極片５０ｇと、偏向電極片５０ｈと、偏向電極片５０ｊとでは、ｙ軸方向に沿った寸法が相互に異なる。偏向電極片５０ｇのｙ軸方向に沿った寸法が最も大きく、偏向電極片５０ｊのｙ軸方向に沿った寸法が最も小さい。
　具体的には、偏向電極片５０ｇは、実質的に、流路１０ａのｙ軸方向の一方側端部から他方側端部に至るように設けられている。
　偏向電極片５０ｈは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて３つ配されている。偏向電極片５０ｈのｙ軸方向に沿った寸法は、偏向電極片５０ｇのｙ軸方向に沿った寸法の約１／３倍である。
　偏向電極片５０ｊは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて４つ配されている。偏向電極片５０ｊのｙ軸方向に沿った寸法は、偏向電極片５０ｇのｙ軸方向に沿った寸法の約１／４倍である。
　第７実施形態では、偏向電極５０により電界が印加される領域のｙ軸方向に沿った長さを、以下の６通りのパターンにすることができる。このため、検知電極４０に到達するイオンＩの数をより細かく調整することができる。
　パターン１）偏向電極片５０ｇにより電界を印加する。
　パターン２）３つの偏向電極片５０ｊにより電界を印加する。
　パターン３）２つの偏向電極片５０ｈにより電界を印加する。
　パターン４）２つの偏向電極片５０ｊにより電界を印加する。
　パターン５）１つの偏向電極片５０ｈにより電界を印加する。
　パターン６）１つの偏向電極片５０ｊにより電界を印加する。
　第７実施形態に係る分析装置では、制御部７０は、検知電極４０により検知された電流値が検知可能な範囲内となるように、偏向電極片５０ｇ、複数の偏向電極片５０ｈのうちの少なくともひとつ、または、複数の偏向電極片５０ｊのうちの少なくともひとつに電圧を印加し、その際に検知された電流値を用いてイオン濃度を算出する。
　具体的には、制御部７０は、まず、ｙ軸方向における寸法が最も長い偏向電極片５０ｇに電圧を印加して電界を発生させて電流値を検知する（パターン１）。次に、制御部７０は、検知した電流値が検知可能範囲内であるか否かを判断し、検知可能範囲外であれば、電界が印加される領域のｙ軸方向に沿った寸法が小さくなるように、パターン２からパターン６まで変化させながら順次電流値を検知していく。そうすることにより、検知された電流値が検知可能範囲内となるようにし、その電流値を用いてイオン濃度を算出する。従って、イオン濃度を高精度に分析し得る。
　（第８実施形態）
　第１～第７実施形態では、検知電極４０を構成する複数の検知電極片からの電流がまとめて制御部７０に入力される例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、複数の検知電極片からの電流を別個に制御部７０に入力するようにしてもよい。この場合、制御部７０は、検知可能範囲内で、複数の検知電極片からの電流を適宜加算して得られた電流値に基づいてイオン濃度を算出してもよい。この場合、電圧を印加する偏向電極片を変更する必要が必ずしもないため、イオン濃度の分析を迅速に行い得る。

 

Claims (10)

  1. 　流路を流れる複数種類のイオンから特定の種類のイオンを選択的に通過させるイオン分離部と、
    　前記流路内において、前記イオン分離部よりも出口側に配された検知電極と、
    　前記流路を介して前記検知電極と対向しており、前記イオンを前記検知電極側に移動させる電界を発生させる偏向電極と、
    を備え、
    　前記偏向電極は、前記流路の延びる方向に対して垂直な幅方向において、前記電界を発生させる領域の幅を調整可能に構成されている、分析装置。
  2. 　前記偏向電極は、前記幅方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の第１偏向電極片を有する、請求項１に記載の分析装置。
  3. 　前記偏向電極は、前記流路の延びる方向において前記複数の第１偏向電極片とは異なる位置に配されており、前記幅方向において、前記複数の第１偏向電極片のうちの少なくとも２つが設けられた領域に跨がっている第２偏向電極片をさらに有する、請求項２に記載の分析装置。
  4. 　前記幅方向において隣り合う前記第１偏向電極片は、前記流路の延びる方向において相互に重なる部分を有する、請求項２または３に記載の分析装置。
  5. 　前記偏向電極は、前記流路の延びる方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の偏向電極片を有し、
    　前記複数の偏向電極片は、前記幅方向における寸法が相互に異なる少なくとも２つの偏向電極片を含む、請求項１に記載の分析装置。
  6. 　前記偏向電極に対して電圧を印加すると共に、前記検知電極により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記検知電極により検知された電流値が電流値の検知可能な範囲内となるように前記偏向電極に対して電圧を印加する、請求項１～５のいずれか一項に記載の分析装置。
  7. 　前記制御部は、前記検知電極により検知された電流値が前記電流値の検知可能な範囲を上回っている場合に、前記偏向電極の電圧が印加される領域の幅が狭くなるように、前記偏向電極に電圧を印加する、請求項６に記載の分析装置。
  8. 　前記偏向電極に対して電圧を印加すると共に、前記検知電極により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記検知電極により検知された電流値が電流値の検知可能な範囲内となるように、前記複数の第１偏向電極片から電圧を印加する第１偏向電極片を選択する、請求項２に記載の分析装置。
  9. 　前記偏向電極に対して電圧を印加すると共に、前記検知電極により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記検知電極により検知された電流値が電流値の検知可能な範囲内となるように、前記複数の第１偏向電極片及び前記第２偏向電極片から電圧を印加する偏向電極片を選択する、請求項３に記載の分析装置。
  10. 　前記偏向電極に対して電圧を印加すると共に、前記検知電極により検知された電流値に基づいてイオン濃度を算出する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記検知電極により検知された電流値が電流値の検知可能な範囲内となるように、前記複数の偏向電極片の少なくともひとつに電圧を印加する、請求項５に記載の分析装置。

     
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130026357A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Sharp Kabushiki Kaisha Integrated ion mobility spectrometer
CN102945786A (zh) * 2012-11-09 2013-02-27 清华大学 具有减噪功能的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪
JP5570645B2 (ja) * 1999-07-21 2014-08-13 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド 超小型非対称電界イオン移動度フィルタおよび検出システム
WO2015008371A1 (ja) * 2013-07-19 2015-01-22 株式会社日立製作所 イオン移動度分離装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5570645B2 (ja) * 1999-07-21 2014-08-13 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド 超小型非対称電界イオン移動度フィルタおよび検出システム
US20130026357A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Sharp Kabushiki Kaisha Integrated ion mobility spectrometer
CN102945786A (zh) * 2012-11-09 2013-02-27 清华大学 具有减噪功能的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪
WO2015008371A1 (ja) * 2013-07-19 2015-01-22 株式会社日立製作所 イオン移動度分離装置

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