JP2000509487A - 運搬可能なイオン移動度分析計と共に使用する再循環濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一般に、本発明は、運搬可能なイオン移動度分析計と共に使用する再循環濾過装置を提供する。運搬可能な再循環濾過装置の第一の好適な実施の形態は、一組のフィルタ及び流量センサと共にＩＭＳセンサに接続するポンプを備える。ＩＭＳセンサの出口流体流はフィルタによって浄化されると共に、キャリア流体流としてポンプによって再循環されてＩＭＳセンサ内へ戻る。試料を採取した時にＩＭＳセンサ内に導入される流体流量に等しいＩＭＳセンサの出口流体流の一部は濾過装置から排出され、装置を通して一定の全流体流容積を維持する。本発明の第二の好適な実施の形態は、他の物質が共存しうるベンゼン等の選択されたイオン化可能な汚染物質の未知濃度を測定する運搬可能な再循環濾過装置を提供し、選択されたイオン化可能な汚染物質の制御された濃度をイオン移動度分析測定（ＩＭＳ）センサ内に導入する装置を使用する。未知濃度は標準添加法を用いて計算される。また、本発明の第二の好適な実施の形態は、試料流内の特別な分析物の存在からどのイオノグラム（イオン化図）構造が生じるかを確定することによって、ＩＭＳセンサの校正に使用できる。本発明の第三の好適な実施の形態は、ガスクロマトグラフィ用として運搬可能なイオン移動度分析計と共に使用する再循環濾過装置を提供する。運搬可能な再循環濾過装置は、ポンプ及び一組のフィルタ及び入口にガスクロマトグラフコラムを有するイオン移動度分析測定センサに接続される流量センサを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 運搬可能なイオン移動度分析計と共に使用する再循環濾過装置 発明の分野 一般に、本発明は、イオン移動度分析計（ion mobility spectrometer，ＩＭ Ｓ）と共に測定の実施に使用する運搬可能な再循環濾過装置に関連し、更に、ガ スクロマトグラフィ用として電界ＩＭＳセンサ(field IMS sensor）を使用する 運搬可能な再循環濾過装置に関連する。 発明の背景 米国特許第５４２０４２４号明細書は、試料ガス流内に存在する微量濃度レベ ルの化学種を検出するイオン移動度分析測定法（Ion mobility spectrometry， ＩＭＳ）を使用するセンサを開示する。米国特許第５４２０４２４号に記載のＩ ＭＳセンサは周期的な電界を利用し、イオン種の移動度の電界強度への機能的な 依存性に従って異なるイオン種を分離する。ＩＭＳセンサのイオン化室で生成さ れるイオンは、「分散電界（dispersion field）」として知られる電界により、 イオンフィルタを通ってイオン検出器へ案内される。「分散電界」は、接近して 離間された一対の縦方向電極の間に印加される非対称周期的高周波（ＲＦ）電圧 によって発生する。分散電界によって誘起されるイオンの移動は、「補償電界」 として知られる第二の電界によって修正又は補償される。補償電界は電極の間に 印加される調整可能な時間独立直流電圧によって発生し、電界強度の機能として 特別なイオン種間で移動度が相違するため特別なイオン種を分離して検出する。 この形態のイオン移動度分析測定法は電界イオン分析測定法として知られ、分析 される試料ガス内に微量（百万分の一から一兆分の一）の濃度レベルで存在する 化学種を検出する新規な方法を提供する。 イオンフィルタを通ってイオンを輸送するキャリア流体流内に存在しうる不純 物によるセンサ性能の低下を避けるため、従来のＩＭＳセンサ構造では、センサ 内への導入の前にキャリア流体流を浄化する濾過システムヘ接続する必要がある 。携帯可能な機器として遠隔位置での大気汚染物質の検出にＩＭＳセンサを使用 す べき場合、固定濾過源が問題となる。ＩＭＳ装置と共に使用する従来の携帯可能 な濾過システムは、米国特許第５４２０４２４号に記載のＩＭＳ構造と適合しな い。本発明は、米国特許第５４２０４２４号に記載の構造を有する運搬可能なＩ ＭＳセンサと共に使用できる再循環濾過装置を提供することによって、この問題 を解決する。 本発明の好適な一実施の形態は、他の物質が共存しうる試料内に存在する選択 されたイオン化可能な汚染物質の未知濃度を測定する際、運搬可能なＩＭＳセン サと共に使用する再循環濾過装置を提供する。測定対象の汚染物質を含む周囲空 気試料は、周囲空気流内に存在する湿気及び微量化学種の変化する量によりＩＭ Ｓの性能が悪化するおそれがある。センサの濃度測定精度は、測定対象のイオン 化可能な汚染物質と、周囲空気試料内に存在するその他のイオン化可能な化学種 との間で起こる電荷移動反応によって悪影響を受けうる。電荷移動反応により、 測定対象の汚染物質がイオン化される正味効率が増加したり又は減少することが ある。従って、センサの明瞭な応答出力は、周囲空気試料内の測定対象の汚染物 質の濃度のみならず、これらの電荷移動反応によってイオン化に寄与する他の物 質の濃度に依存する。測定対象のイオン化可能な汚染物質の既知の濃度を選択さ れた汚染物質の未知濃度を含む流体流内に導入する一形態の濾過装置を使用する ことによって電荷移動反応によるＩＭＳセンサの性能に対する悪影響を除去でき る。これにより、標準添加法として知られる未知濃度を定量化する測定技術を利 用できる。標準添加法は、未知濃度レベルのＩＭＳの測定値を既知の濃度レベル と比較することにより結果に対する電荷移動反応の影響を除去することができる 。また、試料流内の特別な分析物の存在からどのイオノグラム（イオン化図）構 造が発生するかを確定することによって、ＩＭＳセンサの校正に本発明による実 施の形態を使用できる。既知の濃度の分析物は試料流内に導入される。得られる イオノグラムは、汚染物質が存在しない状態で記録されたイオノグラムと比較さ れる。これらのスペクトルの比較によって、イオノグラムの特徴位置と、これら の特徴を生ずる分析物との間を関連づけることができる。 本発明の他の好適な実施の形態は、ガスクロマトグラフィ用に構成した米国特 許第５４２０４２４号に記載の構造を有する運搬可能なＩＭＳセンサと共に使用 する再循環濾過装置を提供する。また、この実施の形態は、ＩＭＳ試料流の入口 表面上で起こる吸着の影響を著しく減少する加熱装置を備える。この加熱装置は 、急速に変化する分析物濃度レベルを検出する際に、ＩＭＳセンサの応答時間特 性及び回復時間特性を減少する。この加熱装置はＩＭＳセンサの試料流入口を加 熱し、試料流の入口表面温度を上昇させる。試料流の入口表面温度が上昇すると 、試料流の入口表面上での分析物の吸着と脱着との間の時間が短くなり、分析物 濃度レベル全体の主要部をＩＭＳセンサにより検出することができる。そのため 、分析物が試料流の入口表面上で平衡濃度（平衡密度）に到達するのに必要な時 間を大幅に減少し、これにより、急速に変化する濃度レベルを検出する際に、Ｉ ＭＳセンサの応答時間特性及び回復時間特性を減少することができる。選択的に 、加熱装置は、ＩＭＳセンサのキャリア流充填室入口に入る流体流の乱流を減少 する整流挿入体を備えてもよい。試料流体流内に存在する不純物のためにＩＭＳ センサの感度に他の悪影響を及ぼすおそれがあるイオンフィルタ内でのキャリア 及び試料流体流の混合を防止するために、乱流を除去する必要がある。整流挿入 体を使用しない場合、ＩＭＳセンサの感度に悪影響を及ぼす乱流を除去するため に、キャリア流体流の減少が必要である。この感度の低下は、イオン化された物 質がイオンフィルタを横断するのに必要な時間量の増大によって発生する。イオ ンがイオンフィルタ内に滞留する時間間隔が長いほど、損失メカニズム（例えば 、フィルタ壁への拡散及び電荷中和反応等）の時間が長くなり、このためイオン 検出器に到達するイオン電流を減衰することができる。従って、整流挿入体はキ ャリア流体流の乱流を減少し、ＩＭＳセンサの感度が回復するレベルまで流量を 戻すことができる。 発明の概要 一般に、本発明は、運搬可能なイオン移動度分析計と共に使用する再循環濾過 装置を提供する。運搬可能な再循環濾過装置の第一の好適な実施の形態は、一組 のフィルタ及び流量センサと共に、好ましくは米国特許第５４２０４２４号に記 載の構造を有するイオン移動度分析測定センサに接続するポンプを備える。ＩＭ Ｓセンサの出口流体流はフィルタによって浄化されると共に、キャリア流体流と してポンプによって再循環されてＩＭＳセンサ内へ戻る。試料を採取した時にＩ ＭＳセンサ内に導入される流体の流量と等しいＩＭＳセンサの出口流体流の一部 は濾過装置から排出され、装置を通して一定の全流体流容積を維持する。 本発明の第二の好適な実施の形態は、他の物質が共存しうる試料流体流内に存 在する例えばベンゼン等の選択されたイオン化可能な汚染物質の未知濃度を測定 する運搬可能な再循環濾過装置を提供する。変更した好適な実施の形態による濾 過装置は、一組のフィルタ、流量センサ及び複数のバルブと共に、好ましくは米 国特許第５４２０４２４号に記載の構造を有するイオン移動度分析測定センサ内 に選択されたイオン化可能な汚染物質を制御された濃度で導入する装置に接続さ れたポンプを備える。選択された汚染物質の未知濃度の測定は、（１）汚染物質 の制御された濃度を同じ汚染物質の未知濃度と結合して、結合されかつ制御され た濃度及び未知濃度に対するＩＭＳセンサの応答出力を測定する過程；（２）未 知濃度のみに対するＩＭＳセンサの応答を測定する過程；及び（３）過程（１） の測定値を過程（２）の測定値と比較して未知濃度を決定する過程を含むことが 好ましい。また、本発明のこの実施の形態は、試料流内の特別な分析物の存在か らどのイオノグラム構造が生じるかを確定することによって、ＩＭＳセンサの校 正に使用できる再循環濾過装置を提供する。分析物の既知の濃度は、試料流内に 導入される。得られるイオノグラムは、汚染物質が存在しない状態で記録された イオノグラムと比較される。これらのスペクトルの比較によって、イオノグラム の特徴位置と、これらの特徴を生ずる分析物との間を関連づけることができる。 本発明の第三の好適な実施の形態は、ガスクロマトグラフィ用に構成された米 国特許第５４２０４２４号に記載の構造を有する運搬可能なＩＭＳセンサと共に 使用する再循環濾過装置を提供する。ガスクロマトグラフは、固定相物質から成 る被覆を含むマルチキャピラリコラムを備えることが好ましい。マルチキャピラ リコラムは、ＩＭＳセンサの試料流入口に連絡しかつイオン移動度分析計によっ て測定される少なくとも１つの分析物の未知濃度レベルをＩＭＳ試料流入口へ送 出する。試料射出器に連絡するキャリアガス源は、試料射出器内の分析物を混入 してマルチキャピラリコラム内に運搬する。分析物は固定相物質に可溶性であり 、ＩＭＳ試料流入口への分析物は予め決められた「滞留時間」間隔によってマル チキャピラリコラム内で遅れて運搬される。試料流内に存在する他の化学種と比 較 して各分析物化学種がＩＭＳ試料流入口に入るタイミングがずれるので、異なる 分析物化学種間の滞留時間が変化するため、ＩＭＳセンサは種々の分析物化学種 の個々の濃度を正確に測定できる。 好ましくは、マルチキャピラリコラムは、ＩＭＳセンサの試料流入口へ導く加 熱された輸送管路に密封される。輸送管路は、マルチキャピラリコラムの温度よ りも好ましくは１０℃〜４０℃高い温度に維持され、分析物化学種がＩＭＳセン サの試料流入口に入らずに輸送管路の壁に吸着するのを確実に防止する。輸送管 路は、整流挿入体からＩＭＳキャリア流体流が排出される際に、輸送管路の出口 端とＩＭＳセンサハウジングとの間の空間に層流断面を発生する整流挿入体と共 に選択的に組み合わせることができる。また、輸送管路による加熱によって試料 流の入口表面温度が上昇し、表面で起こる吸着及び脱着の間の時間量を減少させ る。これにより、急速に変化する分析物濃度レベルに追従するＩＭＳセンサの能 力を大幅に改善できる。入口加熱装置は、外側の周囲からイオン移動度分析計の 試料流入口へ試料流体流を通過させる金属中空通路を備える。中空金属ハウジン グは通路入口及び出口端に好ましくは密封して溶接され、セラミックフランジを 使用するイオン移動度分析計の試料流入口に装置を装着する。好ましくは、加熱 要素は中空通路の表面を包囲する高抵抗ワイヤから成り、中空通路を電気的に加 熱する。温度制御回路は加熱要素への電力入力を制御し、中空通路を実質的に一 定の温度基準値に維持する。温度制御回路は、少なくとも１つの温度測定装置、 好ましくは中空通路の表面に取り付けられかつ中空通路の温度を測定する電気抵 抗−測定温度計を含む。温度測定装置に電気的に接続された入力と、加熱要素に 電気的に接続された出力とを有する温度制御装置は、温度測定装置によって測定 した温度を予め決められた基準値と比較すると共に、加熱要素への電力入力を調 整して中空通路の温度を基準値に実質的に一致させる。 選択的に、加熱された輸送管路は、ＩＭＳセンサのキャリア流入口に入る流体 流内に存在する乱流を減少する整流装置を備える。整流挿入体により、試料及び キャリア流体流の混合を発生させずにＩＭＳセンサの測定感度を最大にするレベ ルまで、ＩＭＳセンサのキャリア流入口に入る流体の流量を増大できる。整流要 素は、多孔質材料、好ましくは加熱装置のハウジングに適合する中央開口部を有 する円板状に形成された金属網目から成る挿入体を備え、挿入体は、加熱装置の 出口端に対し最も近くの位置で加熱装置ハウジングと試料流入口の表面との間に 配置される。整流挿入体は、加熱装置ハウジングと試料流入口の充填室表面との 間の間隙内に配置され、キャリア流入口に入る流体流の速度を整流要素の出口側 を交差して等しくして、流体流の乱流を除去することができる。好ましくは、整 流挿入体は、挿入体とＩＭＳ試料流の入口表面との間に配置された帯状の電気絶 縁材料によってＩＭＳ試料流の入口充填室表面から電気的に分離される。 その他の本発明の詳細、目的及び利点は、後述する現時点での好適な実施の形 態の説明により明らかとなろう。 詳細な図面の簡単な説明 添付図面は、本発明の好適な実施の形態及び本発明を実施する好適な方法を示 す。 図１は、運搬可能なＩＭＳセンサと共に使用する再循環濾過装置を提供する本 発明の第一の好適な実施の形態による流体システムの略示図である。 図２は、他の物質が共存しうる試料流体流内に存在する選択されたイオン化可 能な汚染物質の末知濃度を測定する携帯可能な再循環濾過装置を提供する本発明 の第二の好適な実施の形態の流体システムの略示図である。 図３は、ガスクロマトグラフィ用として運搬可能なＩＭＳセンサと共に使用す る再循環濾過装置を提供する本発明の第三の好適な実施の形態の流体システムの 略示図である。 図４は、本発明に使用する好適な加熱装置の断面図である。 図５は、整流挿入体を設けた加熱装置の変更した実施の形態の断面図である。 図６は、イオン化室入口を加熱する場合及び加熱しない場合に、分析物の濃度 の段階的増加を検出する際のＩＭＳセンサの応答時間特性及び回復時間特性を示 す簡略図である。 図７は、好適な加熱装置に沿う温度変化を示すグラフである。 図８は、分析物の濃度レベルの変化に対するＩＭＳセンサの応答時間特性及び 回復時間特性への好適な入口加熱装置の使用効果を示すグラフである。 図９Ａは、加熱装置に整流挿入体を取り付けない場合のＩＭＳセンサにより得 られた一連の代表的なデータを示すグラフである。 図９Ｂは、加熱装置に整流挿入体を取り付けた場合に増大するＩＭＳの測定感 度を示すグラフである。 現時点での好適な実施の形態の詳細な説明 図１は、運搬可能なＩＭＳセンサと共に使用する再循環濾過装置を提供する本 発明の第一の好適な実施の形態を示す。図１に示す実施の形態はポンプ２１を備 え、イオン移動度分析測定（ＩＭＳ）センサ１０と全て連絡する複数の流量セン サＦＳ及び流量調整バルブ５０に沿うポンプ２１の入口流及び出口流は、それぞ れ一組のフィルタ２２ａ及び２２ｂと連結する。好ましくは、ＩＭＳセンサ１０ は米国特許第５４２０４２４号明細書に記載の構造であり、当該来国特許の内容 を本明細書で引用する。ＩＭＳセンサの出口流体流６は浄化されると共に、米国 特許第５４２０４２４号に記載のキャリア流体流７として再循環されてＩＭＳセ ンサ１０内に戻る。ＩＭＳセンサ１０内に導入される試料流体流３の量と等しい ＩＭＳセンサの出口流体流６の一部は、排出装置８を通じて濾過装置から除去さ れ、これにより、試料を採取した時にもシステムを通じて一定の全流量が維持さ れる。試料３及び排出流８の通常流量は毎分１０〜５００ミリリットルの範囲で あり、キャリア流体流７の通常流量は毎分２〜４リットルの範囲である。 ポンプ２１は、好ましくはエイエスエフ（ASF）型番５０１０又は７０１０の 無給油ダイアフラムポンプ構造であり、システムを通じて流体流を循環させる。 フィルタ２２ａ及び２２ｂは、好ましくは型式５Ａ及び１３Ｘを結合した分子篩 ２００ｃｃ〜１０００ｃｃと結合された１００〜５００立方センチメートル（ｃ ｃ）活性炭を含み、米国特許第５４２０４２４号に記載のキャリアガス７として 再循環されてＩＭＳセンサ１０内へ戻る前に、出口流体流６を浄化する。複数の 流量センサＦＳは、好ましくはハネウェル型ＡＷＭ３０００又はＡＷＭ５０００ シリーズ質量流量センサであり、システムを通じて種々の箇所に設置され流量を 測定する。複数の流量調整バルブ５０は、好ましくはニュープロ・インコーポレ イテッド（Newpro，Inc.）社製の型番ＳＳ−２ＭＧ４バルブであり、調整されて システムの固有値に対しシステム内の種々の流量が初期設定される。その後、シ ステムをＩＭＳの測定に使用する間、流量調整バルブ５０は初期位置のままであ る。 図１に示す再循環濾過装置では、携帯可能なＩＭＳセンサを操作して遠隔位置 で選択された大気汚染物質を検出できる。しかしながら、ＩＭＳセンサの濃度測 定精度は、測定対象のイオン化可能な汚染物質と、周囲の空気試料内に存在する その他のイオン化可能な化学種との間で起こる電荷移動反応による悪影響を受け るおそれがある。図２は、選択されたイオン化可能な汚染物質に対する電荷移動 反応の影響を除去し、他の物質が共存しうる試料流体流３内の選択された汚染物 質の未知濃度レベルＣsを正確に測定できる本発明の第二の好適な実施の形態を 示す。 好ましくは米国特許第５４２０４２４号に記載のＩＭＳセンサ１０と共に使用 できるように図２の再循環濾過装置も設計される。図２の濾過装置は、浸透校正 装置２０、ポンプ２１、一組のフィルタ２２ａ及び２２ｂ、流量センサＦＳ及び 複数の流体流通路及び複数の流量調整バルブ５０を相互に連結する２つの三ポー ト二方向電磁弁２３及び２４を備えることが好ましい。例えば米国特許第４３９ ９９４２号又は米国特許第４７１５２１７号に記載の従来の浸透校正装置２０は 、制御された濃度Ｃpdを含む選択されたイオン化可能な汚染物質を、ＩＭＳセン サの試料流入口に入る全流体流４内に流体流２を経て導入することが好ましい。 流体流２は、導入されたイオン濃度の予想値にＩＭＳセンサ１０の応答出力を校 正すると共に、ＩＭＳセンサ１０によって測定される選択された汚染物質の未知 濃度を計算する際に標準添加法を使用できる浸透校正装置２０を通過する。制御 された濃度Ｃpdを含む選択されたイオン化可能な汚染物質をシステム内へ導入す る使用可能な他の手段は、拡散小びん、拡散管、加圧校正シリンダからの標準値 、その他ゲイリー・オウ・ネルソン（Gary O．Nelson）著「気体混合物：製造と 制御」（１９９２年発行）に記載されたその他の方法がある。 好ましくは、制御された濃度Ｃpdを構成する浸透された流体は、液体状態で浸 透校正装置２０内に収容されかつ気体状態で校正流体流２内へ放出される例えば ベンゼン等の物質を含み、４０℃〜１２５℃の間の沸点を有する揮発性固体又は 揮発性液体のみならず、浸透された流体として使用に適する他の単相気体、固体 一気体二相系又は液体−気体二相系の使用にも図２に示す濾過装置構造を適用で きる。浸透された流体に加え、校正流体流２は活性炭を通って濾過された除湿空 気内で検出される不活性ガス又は不活性ガス混合物を含むことが望ましい。一般 に浸透された流体の排出流濃度は０.１〜１０ｐｐｍの間であり、校正流体流２ の流量は毎分５０〜２００ミリメートルの範囲である。 ポンプ２１は、好ましくはシステムを通じて流体流を循環させるエイエスエフ （ASF）型番５０１０又は７０１０の無給油ダイアフラムポンプ構造である。フ ィルタ２２ａ及び２２ｂは、米国特許第５４２０４２４号に記載のキャリア流体 流７として再循環されてＩＭＳセンサ１０内へ戻る前に、ＩＭＳセンサ１０から の出口流体流６を浄化する型式５Ａ及び１３Ｘを結合した分子篩２００ｃｃ〜１ ０００ｃｃと組み合わせた１００〜５００立方センチメートル（ｃｃ）の活性炭 を含むとよい。キャリア流体流７内に導入されない浄化された出口流体流６の第 一の部分は、校正流２として浸透校正装置２０を通り、その後ＩＭＳセンサ１０ の試料流入口に入る全流体流４内へ循環される。キャリア流体流７内に導入され ない浄化された出口流体流６の第二の部分は、未知濃度の測定に必要なレベルま で試料３を希釈する再循環された希釈流体流９の構成要素（補給流体流）５とし て、再循環されてＩＭＳセンサ１０の試料流入口に入る全流体流４内へ戻る。キ ャリア流７内に導入されない浄化された出口流体流の第三の部分は排出流８とし て濾過装置から除去され、試料を採取した時にも装置を通じて一定の全流体流容 積が維持される。排出流体流８の量は、ＩＭＳセンサ１０内に導入される試料流 体流３の量に等しい。装置によって送り込まれる試料３及び排出流８の流量は、 ほぼ毎分１０〜５００ミリリットルの範囲であり、キャリア流体流７の流量はほ ぼ毎分２〜４リットルの範囲である。 複数の流量センサＦＳは、好ましくはシステムを通じて種々の箇所に設置され 流体流量を測定するハネウエル型ＡＷＭ３０００又はＡＷＭ５０００シリーズ質 量流量センサである。複数の流量調整バルブ５０は、システム内の種々の流量を 固有値に初期設定するように調整される。その後、システムをＩＭＳの測定に使 用する間、流量調整バルブ５０は初期位置のままである。バルブ２３は、校正流 体流２を浸透校正装置２０からＩＭＳセンサ１０の試料流入口に入る全流体流４ 内へ又は必要に応じてシステム外へ向かわせるリー・カンパニー（Lee Compan y）社製の型式ＬＨＤＡ１２１１１１１Ｈでよい。バルブ２４は、再循環された 希釈流体流９の構成要素（補給流体流）５を調整し、一定の全ＩＭＳ試料流入口 流体流４を維持して校正流体流２内に存在する選択された汚染物質の制御された 濃度を試料３内の測定された未知濃度と比較する同様にリー・カンパニー社の型 式ＬＨＤＡ１２１１１１１Ｈでよい。一定の全ＩＭＳ試料流入口流体流４により 、標準添加法を用いて既知の制御された濃度Ｃpdから未知濃度Ｃsを計算できる 。従来のＩＭＳセンサ１０もシステムと共に動作するが、好適な実施の形態のシ ステムは米国特許第５４２０４２４号に記載のＩＭＳセンサと共に使用する構造 である。 選択された汚染物質の未知濃度の測定は、（１）汚染物質の制御された濃度を 同じ汚染物質の未知濃度と混合して、混合され制御された濃度及び未知濃度に対 するＩＭＳセンサの応答を測定する過程と、（２）未知濃度のみに対するＩＭＳ センサの応答を測定する過程と、（３）過程（１）の測定を過程（２）の測定と 比較して未知濃度を決定する過程とを含むことが好ましい。 第一の過程では、制御された濃度ＣpdをＩＭＳ試料流入口に入る全流体流４内 に導入するようにバルブ２３のシフト位置を定める。また、バルブ２４のシフト 位置を定めて、補給流体流５の進行方向を変えてシステムから排出流８として排 出する。バルブ２４のシフト位置を決定して、ＩＭＳ試料流入口に入る全流体流 ４内に試料３を導入できる。バルブ５０を事前に調整すると共に、バルブ２４の 位置を決めて、試料流体流３はＩＭＳ試料流入口に入る全流体流４の１０％に等 しくなる。この１０％の希釈比は、未知濃度レベルの変化に対して確実にＩＭＳ センサ１０から線形応答出力を生ずるレベルまで試料３内の選択された汚染物質 の未知濃度を希釈するのに必要であるが、バルブ５０によって予めセットされる 流量を調整して他の希釈比にしてもよい。ＩＭＳセンサ１０は、選択された汚染 物質の制御された濃度Ｃpd及び未知濃度Ｃsのイオン化によって生成される結合 された信号出力Ｓtotalを測定する。Ｓtotalは、式Ｓtotal＝Ｓpd＋Ｓs＝Ａ＊Ｃ pd＋０.１＊Ａ＊Ｃsにより定義される。ＡはＩＭＳ１０の電気信号出力Ｓと汚染 物質濃度Ｃとの間の比例定数であり、電荷移動反応へ依存するため通常は知り得 ない。未知濃度Ｃsによって生成する信号出力Ｓsは、バルブ２４によって生じる 希釈比１０％を反映する。 第二の過程では、校正流体流２がシステム外へ向かうようにバルブ２３の位置 を変える。また、ＩＭＳ試料流入口に入る全流体流４として試料３と結合する最 大の補給流体流５を復帰させるようにバルブ２４の位置を変える。バルブ２４に よって供給される増加した補給流体流５の量は、システム外へ方向を変える校正 流体流２の量を補償し、ＩＭＳ試料流入口に入る全流体流４の１０％に等しい状 態に試料流体流３を保持する。ＩＭＳセンサ１０は、選択された汚染物質の未知 濃度Ｃsのみのイオン化によって生成した信号出力Ｓsを測定する。前記と同様に 、Ｓsは、式Ｓs＝０.１＊Ａ＊Ｃsにより定義される。 前記測定手順の実行後、試料３内に存在する選択された汚染物質の未知濃度Ｃ sを標準添加法によって計算する。制御された濃度Ｃpdが既知であるので、信号 出力Ｓsを結合された信号出力Ｓtotalと比較すると、汚染物質の未知濃度Ｃsを 容易に得ることができる。未知濃度Ｃsは、式Ｃs＝１０＊Ｃpd／(Ｒ-1)［但し、 Ｒ＝Ｓtotal／Ｓs］を解くことによって計算される。一般に未知の比例定数Ａの 値を求めずに、標準添加法を用いて未知濃度Ｃsを計算し、ＩＭＳ濃度測定に対 する電荷移動反応効果を修正することができる。この計算は、本目的に対してプ ログラムされかつコンピュータ読取可能な記憶媒体上に記憶されたコンピュータ ソフトウェアにより、コンピュータプロセッサ上で動くアルゴリズムを用いて実 行できる。また、例えば、差動増幅器の電子集積回路、複数のディスクリート電 気回路及びデジタル論理回路を含むアナログ比較回路又はアナログ−デジタル結 合比較回路、現時点の技術水準にあるその他類似する回路等の他の手段も選択さ れた汚染物質の未知濃度Ｃsの計算に使用できる。 また、図２に示す本発明の第二の好適な実施の形態は、試料流内の特別な分析 物の存在からどのイオノグラム（イオン化図）構造が生じるかを確定することに よってＩＭＳセンサ１０の校正に使用できる再循環濾過装置を示す。分析物の既 知の濃度は試料流３に導入される。得られるイオノグラムは、汚染物質が存在し ない状態で記録されたイオノグラムと比較される。これらのスペクトルの比較に よって、イオノグラムでの特徴を示す位置と、特徴を生ずる分析物との間の相互 関係を得ることができる。選択された汚染物質の制御された濃度ＣpdのみをＩＭ Ｓ内に導入することによって、ＩＭＳセンサ１０の校正が完了する。これにより 、ＩＭＳセンサ１０による測定結果からイオノグラムを作成する相互関係のある 補償電圧が得られる。校正過程では、校正流体流２内に存在する制御された濃度 ＣpdをＩＭＳ試料流入口に入る全流体流４内に導入するようにバルブ２３は位置 決めされる。また、最大補給流体流５を供給するように、バルブ２３及び２４が 位置決めされる。システム外へ出る排出流体流８がなければ、ＩＭＳ１０内への 試料流体流３の流入が阻止される。全ＩＭＳ試料流入口流体流４はＩＭＳセンサ １０を通過し、ＩＭＳセンサ１０の出力Ｓpdを校正する。出力Ｓpdは、式Ｓpd＝ Ａ'＊Ｃpdによって定義され、Ａ'は前記と同様の比例定数であるが、全ＩＭＳ試 料流入口流体流４の異なる組成により異なる値を持つ。前記の式を用いて、選択 された汚染物質の制御された濃度Ｃpdのみのイオン化から予測される出力に対し 出力Ｓpdを比較できる。得られるイオノグラムは、汚染物質が存在しない状態で 記録されたイオノグラムと比較される。これらのスペクトルの比較によって、イ オノグラムでの特徴がある位置と、特徴を生ずる分析物との間の相互関係を得る ことができる。 図３は、ガスクロマトグラフィ用の運搬可能なＩＭＳセンサと共に使用する再 循環濾過装置を示す本発明の第三の好適な実施の形態を示す。前記と同様に、図 ３に示す第三の好適な実施の形態はポンプ２１を備え、ＩＭＳセンサ１０に全て 連絡する複数の流量センサＦＳ及び複数の流量調整バルブ５０が設けられ、ポン プ２１の入口流及び出口流は、それぞれフィルタ２２ａ及び２２ｂと連結される 。前記と同様に、ＩＭＳセンサ１０は、米国特許第５４２０４２４号に記載の構 造を有することが好ましい。やはり、ＩＭＳセンサの出口流体流６は浄化される と共に、米国特許第５４２０４２４号に記載のキャリア流体流７として再循環さ れてＩＭＳセンサ１０内に戻る。ＩＭＳセンサ１０内に導入される試料流体流３ の量と等しい出口流体流６の一部は、前記と同様に、排出流８として濾過装置か ら除去され、これにより、装置を通じて一定の全流量が維持される。試料流体流 ３及び排出流８の流量は例えば毎分１０〜１００ミリリットルの範囲であり、キ ャリア流体流７の流量は例えば毎分２〜４リットルの範囲である。 ポンプ２１は、好ましくは前記と同様にエイエスエフ（ASF）型番５０１０又 は７０１０の無給油ダイアフラムポンプ構造であり、装置を通じて流体流を循環 させる。ＩＭＳセンサ１０内へ戻る前に再循環される出口流体流６を浄化するフ ィルタ２２ａ及び２２ｂは、前記と同様に型式５Ａ及び１３Ｘを結合した分子篩 ２００ｃｃ〜１０００ｃｃと結合された活性炭１００ｃｃ〜５００ｃｃを含むと よい。システムを通じて種々の箇所に設置され流量を測定する複数の流量センサ ＦＳは、ハネウェル型ＡＷＭ３０００構造であるとよい。装置の固有値に対し装 置内の種々の流量を調整しかつ初期設定する複数の流量調整バルブ５０は、ニュ ープロ・インコーポレイテッド（Newpro，Inc.）社製の型番ＳＳ−２ＭＧ４バル ブであるとよい。その後、システムをＩＭＳの測定に使用する間、流量調整バル ブ５０は初期位置のままである。 図３に示すように、試料流体流３は高圧のキャリアガス源７０から供給され、 射出電磁弁７１を通って、マルチキャピラリコラム７２を含むガスクロマトグラ フ内へ射出されるとよい。キャリアガス７０は、好ましくはＩＭＳセンサ１０の 試料流入口に入る前に試料射出器７３によってマルチキャピラリコラム７２内に 射出される。好適なシステム構造では、マルチキャピラリコラム７２を通る試料 流体流３の流量は排出流体流８の流量と等しく、バルブ７１と直列に配置された 調整可能なオリフィス型流量制御バルブ５１によって制御されるが、オリフィス 型流量制御バルブ５１はロシア、ノボシビルスク（Novosibirsk）所在のシルバ ーテック・カンパニー（Sibertech Company）社製の製品を使用するとよい。バ ルブ７１もシルバーテック・カンパニー社製の三ポート二方向射出ソレノイド構 造が好ましく、バルブ７１は、（ｉ）純粋なキャリアガス７０が試料射出器７３ を迂回して試料流体流３としてＩＭＳセンサ１０内に流入するか又は（ii）ＩＭ Ｓセンサ１０によって処理すべき分析物が混入されたキャリアガス７０が試料射 出器７３を通過するように選択的に方向決めされる。好適な実施の形態では、マ ルチキャピラリコラム構造をガスクロマトグラフとして使用できるが、前記と類 似の流量−温度制御手段を設ける限り、またガスクロマトグラフをＩＭＳセンサ の試料流入口に気密に密閉する限り、現在の技術水準にある他のシングルキャピ ラリ及び充填コラム構造を使用できる。 従来の圧力調節器及びリリーフバルブ装置によって、キャリアガス７０は高圧 で流動システムに導入される。好適な実施の形態では、シルバーテック・カンパ ニー社製の圧力調整器及びリリーフバルブシステムが用いられる。タンク６９内 の圧力は、圧力調節器６８によって、タンク６９の出口での絶対圧力７０３００ 〜１７５７５００ｋｇ／ｍ²（１００〜２５００ｐｓｉａ）からマルチキャピラ リコラム７２の頭部でのゲージ圧１０５４５〜１７５７５ｋｇ／ｍ²（１５〜２ ５ｐｓｉｇ）まで減圧される。キャリアガス７０は例えば純粋な窒素ガス等のよ うに不活性であることが好ましく、超純粋空気でもよい。最初に機器を起動する 際、ＩＭＳセンサ１０の流動システム内にある程度の空気が既に存在するため、 キャリアガス７０として窒素ガスを使用する場合に欠点がある。機器が動作する に従い、純粋な窒素キャリアガスは流動システム内の空気と混合しかつ空気を徐 々に置換する。その間、ＩＭＳセンサ１０では、流動系中の再循環ガスの組成は 、空気から窒素ガスに徐々にシフトされる。しかしながら、ＩＭＳセンサ１０用 の再循環ガスが安定した組成に達するまで、ＩＭＳセンサ１０から安定した読取 値を得ることができない。このように、キャリアガス７０として窒素ガスを用い る操作では、ＩＭＳセンサ１０が安定した操作に到達するまでに長時間を要する 。好適な実施の形態では、キャリアガス源７０として超純粋空気を使用する。 試料射出器７３は、ステンレス鋼等の金属から成りかつマルチキャピラリコラ ム７２に気密に密閉される１つの壁を有する中空容器であることが望ましい。一 実施の形態では、試料射出器７３の第二の壁は隔壁膜を含む。この隔壁膜は、シ リコン又は例えばテフロン型エラストマ等の他の類似の材料により形成すること が好ましい。ＩＭＳセンサ１０によって処理される気体試料又は液体試料は、好 ましくはシリンジによって膜を通って射出される。試料射出器７３は高温（１０ ０℃又はそれ以上）であるため、試料射出器７３内に入ると液体試料は直ちに蒸 発する。別の装置では、試料射出器の膜の壁を排除し、試料注入用カートリッジ （サンプリングカートリッジ）を射出器内に挿入する。試料射出器７３内に挿入 すると、カートリッジは直ちに急速に加熱され、カートリッジの金網捕集面上に 捕集された材料が除去される。いずれの形態でも、試料射出器７３内に瞬間的に キャリアガス７０のパルスを供給して、試料射出器７３内に存在する蒸気試料を マルチキャピラリコラム７２へ圧入することができる。従って、ＩＭＳセンサ１ ０の試料流入口に入る試料流体流３は、未知濃度の分析すべき単数又は複数の分 析物と共に、キャリアガス７０内に混入される混合物となる。試料射出器７３を 出る試料流体流３は、好ましくは流量１０〜１００ｍｌ／分、更に好ましくは流 量５０〜８０ｍｌ／分でマルチキャピラリコラム７２内に導入される。マルチキ ャピラリコラム７２は、好ましくは固定相として知られたライニングを有するガ ラスキャピラリの中空束である。これらのガラス管は内径（ＩＤ）約２５〜１０ ０マイクロメートル（μｍ）であり、好ましくは内径約４０μｍである。固定相 は、例えばＳＥ−３０（ジメチルポリシロキサン）、ＳＥ−５４（ジフェニルジ メチルポリシロキサン）、カーボワックス２０Ｍ（carbowax 20M，ポリエチレン グリコールの商標名）等の物質から成り、好適な実施の形態ではＳＥ−５４が使 用される。 システムの操作では、キャリアガス７０は最初に試料射出器７３を通過し、試 料射出器７３にて分析物の試料をパルス注入法でキャリアガス７０内に射出し、 これにより、混入された分析物の種々の化学種を含みかつ空間的に分離されたキ ャリアガス「弾（スラグ）」を発生させる。その後、これらの混入された分析物 のキャリアガス弾は、キャリアガス７０の流速でマルチキャピラリコラム７２を 通過する。試料射出器７３内に存在する種々の分析物化学種を含む分子は、各々 異なる程度まで固定相物質に溶解できる。従って、与えられたキャリアガス弾内 に混入される全ての分析物化学種は、キャリアガス弾がマルチキャピラリコラム ７２の全長に沿って通過するに従い、固定相物質内に溶解されたり固定相物質か ら溶出されて多数の通路を経る。各分析物化学種は異なる程度まで固定相に溶解 するため、測定対象の各分析物化学種は、キャリアガス弾内に存在する他の分析 物化学種と異なるマルチキャピラリコラム７２を通って通過時間を経る。この通 過時間は、その特別な分析物化学種についての「滞留時間」として知られる。キ ャリアガス７０内に存在する他の化学種と比べてＩＭＳセンサ１０の試料流入口 内へ各分析物化学種が入るタイミングがずれるので、滞留時間の変化により、キ ャリアガス７０内に混入される種々の分析物化学種を分別するＩＭＳセンサの選 択特性を向上できる。従って、ＩＭＳセンサ１０は、一回につき一つの分析物化 学種にのみ応答すればよいので、分析物試料内に存在する他の化学種によるＩＭ Ｓの測定感度の低下を防止することができる。 マルチキャピラリコラム７２は、包囲する加熱炉によって加熱されて１００〜 １８０℃の帯域温度内の選択された温度に維持され、測定対象の種々の分析物化 学種に対し確実に最適な滞留時間を与える。マルチキャピラリコラム７２は、Ｉ ＭＳセンサ１０の試料流入口に至る輸送管路７４に気密に密閉される。輸送管路 ７４はマルチキャピラリコラム７２の温度よりも好ましくは１０℃〜４０℃高い （最適には１０℃高い）温度に維持され、輸送管路７２の壁に分析物化学種が吸 着してＩＭＳセンサ１０の試料流入口に入ることを確実に防止する。 図４は、加熱された輸送管路７４の好適な実施の形態を示す。この実施の形態 は、輸送管路７４を電気的に加熱する加熱要素７８を備え、加熱要素７８は入口 端７５から出口端７７まで輸送管路７４の加熱通路に巻きつけられかつ好ましく は直径０.５０８ｍｍ（０.０２インチ）のテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）で 被覆したコンスタンタン熱電対ワイヤ等の絶縁された１又は２以上の高抵抗ワイ ヤから成る。輸送管路７４を包囲する薄いフィルムに形成できる例えば白金等の 他の金属を加熱要素７８に使用できる。また、例えば透明なポリイミドフィルム 、アラミド繊維紙又はシリコンゴム等の材料内に薄い金属フィルムを埋設した可 撓性の加熱要素７８を使用してもよい。更に、薄い金属フィルム状の加熱要素７ ８を堅固な雲母外殻内に埋設してもよい。好適な実施の形態による加熱要素ワイ ヤ７８は、輸送管路７４の周りに一重又は好ましくは二重で螺旋状に巻き付けら れる。好ましくは、加熱要素ワイヤ７８は、例えばＫｅｌ−Ｆ（クロロトリフル オロエチレンの商標名）樹脂等の絶縁材料から成りかつ金属外殻７６ａ及び７６ ｂの間に埋設されかつ接合された２つの半円筒部（半円柱部）９０の孔を貫通す る。別法として、Ｎｏ．２−５６のステンレス鋼の全ねじロッドにより形成され た少なくとも１つの電気接点ピンを半円筒部９０の一つ又は両方の中に装着でき る。輸送管路７４に溶接した金属外殻７６ａ及び７６ｂを半円筒部９０及び０リ ング（図示せず）又は当業者に公知の他の手段により支持してもよい。好適な実 施の形態では、好ましくはテフロンテープ層９５により加熱要素ワイヤ７８を輸 送管路７４に対して保持し、加熱要素ワイヤ７８と輸送管路７４との間の熱交換 効率を改善できる。通路５の長さ方向に沿って更に均一な温度プロファイル（温 度グ ラフ）を得るため、好適な実施の形態では加熱要素ワイヤ７８の巻付密度（又は ピッチ）は、熱損失が最大となる加熱装置の入口端７５及び出口端７７の近くで 増大される。 輸送管路７４に好適に取り付けられ、輸送管路７４の温度を監視する２つのワ イヤ抵抗温度計９１ａ及び９１ｂは、それぞれ好ましくはミンコ・サーマル・リ ボン（Minco Thermal-Ribbon）白金抵抗−測定温度計の型番Ｓ６５１ＰＤＺ２４ Ａである。温度計９１ａ及び９１ｂに使用できる他の構成要素は、熱電対、サー ミスタ及び半導体である。第一の温度計９１ａを輸送管路７４の中点近くに配置 し、第二の温度計９１ｂを出口端７７の近くに配置するとよい。輸送管路７４の 長さ方向に沿ってほぼ均一な温度グラフを維持するため、単数又は複数の加熱要 素７８への電力を断続する温度制御装置に温度計９１ａ及び９１ｂを接続すると よい。好適には、例えばミンコ（MINCO）型番ＣＴ−１４９等の従来の抵抗−測 定温度制御装置は、温度計９１ａ又は９１ｂが測定した温度を温度制御装置にプ ログラムされた選択設定温度と比較する。この目的のためにプログラムされかつ コンピュータ読取可能な記憧媒体上に記憶されたコンピュータソフトウェアによ り、コンピュータプロセッサ上で動くアルゴリズムを用いて、温度比較を実行で きる。また、例えば、電子集積微分増幅回路、ディスクリート電気要素及びデジ タル論理要素を含むアナログ比較回路又はアナログ−デジタル結合比較回路、そ の他現時点の技術水準にある類似する回路等の他の温度比較手段も使用できる。 図７に示すように、好適な実施の形態の温度制御回路により、輸送管路７４に沿 う安定した温度グラフが得られる。 図６は、米国特許第５４２０４２４号に示されるＩＭＳセンサ１０のイオン化 室入口を加熱する場合及び加熱しない場合に分析物の濃度の段階的増加及び減少 に対するＩＭＳセンサの応答時間特性及び回復時間特性を示すグラフである。図 ６に示すように、濃度が時点Ｔpに向かって増大してＩＭＳセンサの応答が最初 にピーク値Ｃpに到達したとき、ＩＭＳセンサの応答は時点Ｔ1からの時間遅れを 示す。この時間遅れは、外側周囲からＩＭＳセンサ内へ試料が通過するときに、 ＩＭＳセンサのイオン化室の表面上に分析物が吸着されるためである。この吸着 の結果、試料内に実際に存在する分析物の量に比べてイオン化及び検出に利用で きる分析物の量が少なくなる。ＩＭＳセンサのイオン化室の表面上に吸着される 分析物の濃度レベルが試料内に存在する分析物の高い濃度レベルに対応する平衡 濃度（平衡密度）に達した時に、ＩＭＳセンサの応答ピーク出力Ｃpが得られる 。平衡濃度に到達した時点Ｔpでは、ＩＭＳセンサの試料流入口の表面上に吸着 される分析物の吸着量は試料流入口から離脱する分析物の脱着量に釣り合い、脱 着量より多い分析物の正味吸着増加量は生じない。これによって、ＩＭＳセンサ のイオン化室に入る分析物の全体量をイオン化及び検出に利用できる。 その後、分析物の濃度は、平衡点Ｔpに到達した直後の時点Ｔ2で増加が制限さ れる。試料内の源泉濃度レベルがこのように段階的に減少することにより、時点 Ｔoで分析物の源泉濃度レベルＣoがＩＭＳセンサによって検出されるまで、逆効 果及び追加の時間遅れが発生する。この場合、離脱する分析物がＩＭＳセンサの イオン化室の表面からを徐々に解放されるので、試料内に実際に存在する量より も多量の分析物をイオン化及び検出に利用できる。イオン化室の表面に存在する 分析物の濃度レベルが試料内に存在する分析物の源泉濃度レベルに対応する平衡 濃度に戻った時、ＩＭＳセンサの初期応答出力Ｃoが得られる。いずれの場合も 、時間遅れはＩＭＳセンサの入口での内部温度に直接依存する。内部温度が高く なる程、イオン化室の表面で発生する吸着と脱着との間の時間間隔が短くなり、 このため平衡に達するまでの経過時間が短くなる。図４に示す加熱装置は、ＩＭ Ｓセンサの入口での内部温度を高めて、分析物の濃度レベルの変化を検出する際 の時間遅れを最小にする温度増加手段を備える。 図８は、図４又は図５にそれぞれ示す輸送管路７４又は９２の入口を加熱した ときの分析物の濃度レベルの変化に対するＩＭＳセンサの応答出力の変化を示す 。加熱された輸送管路７４又は９２を使用してＩＭＳセンサ１０の入口を通常操 作温度（約１２６℃）まで加熱すると、入口を室温に維持する場合に比べてＩＭ Ｓセンサの応答時間が約１０倍に改善される（高温の輸送管路を設置しない場合 の時間間隔Ｔ1〜Ｔpに対し、加熱された輸送管路を使用する場合の時間間隔をＴ 1〜Ｔp'で示す）。また、図８に示すように、輸送管路の入口を高温にすると、 ＩＭＳセンサの回復時間特性が改善される（高温の輸送管路を設置しないときの 時間間隔はＴ2からグラフの時間軸を超過するのに対し、高温の輸送管路を使用 す るときの時間間隔をＴ2'〜Ｔoで示す）。 米国特許第５４２０４２４号に記載のように、キャリアガスの流れはＩＭＳキ ャリアガス用の充填室（プレナム）からＩＭＳセンサの分析間隙部に流入するの で、キャリア及び試料流体流の混合を防止してＩＭＳセンサの感度の低下を防止 する必要がある。これは、試料流体流内に存在する不純物が分析間隙部に流入し てＩＭＳセンサのイオン検出器測定に悪影響を及ぼすことを防止するために必要 である。キャリアと試料流体流とを分離するために、ＩＭＳキャリアガス用の充 填室に入る流量は、例えば分析間隙部２５に入るキャリア流体の流量より毎分１ 〜１.５リットルだけ上回る。しかしながら、感度（即ち分析物の濃度の単一変 化に対する信号振幅の変化）の低下を防止するために、ＩＭＳキャリア流用の充 填室を流れる流量は毎分３〜４リットルのオーダでなければならない。充填室を 流れる流量レベルが低下すると、ＩＭＳセンサの分析間隙部を通過してイオン検 出器に達するイオンが追加の時間を必要とし、これにより多くのイオンが拡散の ため分析間隙部の壁に向かって移動（マイグレーション）し又は電荷中和反応を 受けるので、イオン検出器の測定から乖離する欠点が生ずる。それぞれ図４及び 図５に示すように、加熱された入口を有する輸送管路７４又は９２を使用すると 、充填室を流れるＩＭＳキャリア流体流は、混合を発生せずに約１.８リットル ／分の最大流量が可能となるので、ＩＭＳセンサの応答感度が低下しにくくなる と同時に、キャリア及び試料流体流の混合を回避できる。図４に示す加熱装置の 出口端部７７の拡大形状により生じる乱流のため、キャリア流体流の高流量レベ ルで混合が発生する。 図５に示すように、輸送管路の出口端部７７により発生する乱流を抑制するた め、輸送管路の加熱された外殻７６ｃとＩＭＳハウジング１１の内側表面との間 の間隙に整流挿入体９３を配置できる。外殻７６ｃの形状により、ＩＭＳハウジ ング１１の内側表面と輸送管路装着フランジ７９に取り付けられた外殻７６ｃと の間の間隙を減少すると共に、輸送管路の出口端部７７に近づくに従ってこの間 隔を徐々に増大することができる。整流挿入体９３は、好ましくは丸い円板形状 を有しかつ細かいピッチ間隔のステンレス鋼網目で形成され、円板の外周部と同 心の中央開口部が形成される。チタン、ステンレス鋼、金、ニッケル及び他の本 来的に低い蒸気圧特性を有する非反応性金属（不活性金属）等の他の材料を整流 挿入体９３として使用できる。例えばガラス、水晶、テフロン及びサファイヤ等 のその他の低気孔率、低蒸気圧非反応性、非金属性材料を整流挿入体９３として 使用できる。整流挿入体９３は、好ましくは輸送管路の出口端部７７上を滑動し 、ＩＭＳセンサに加熱装置を装着する前に輸送管路の外殻７６ｃに対して締まり 嵌めで装着される。加熱装置９２をＩＭＳセンサ１０に装着すると、輸送管路の 出口端部７７付近の位置で整流挿入体９３は、輸送管路外殻７６ｃとＩＭＳハウ ジング１１の内側表面との間の間隙内に配置される。電極３２に印加されるバイ アス電位によって形成される放射状の電界を助長するため、輸送管路の外殼７６ ｃの表面を電極３２に電気的に接続（図示せず）し、接地されたＩＭＳハウジン グ１１から整流挿入体９３を電気的に絶縁しなければならない。例えばテフロン 等の電気絶縁材料から成るバンド９４を整流挿入体９３とＩＭＳハウジング１１ の内側表面との間へ配置することによって整流挿入体９３を絶縁してもよい。整 流挿入体９３を取り付けると共に、入口加熱装置９２をＩＭＳセンサ１０に装着 した後、ＩＭＳセンサ１０のキャリア流充填室２６に入る流体流の体積は、整流 挿入体９３を通って濾過される前に徐々に膨張される。濾過と併用される流体流 の緩やかな体積膨張は、整流挿入体９３からのキャリア流体流の出口上で、輸送 管路出口端７７とＩＭＳハウジング１１との間の空間を通るキャリア流体流の層 流断面を生じる。この層流断面により、米国特許第５４２０４２４号に記載のＩ ＭＳセンサ１０の分析間隙部に入るキャリア流の一部と試料流との混合が防止さ れる。このため、キャリア流充填室２６に入る流量を増大でき、分析間隙部内の イオン拡散のためにＩＭＳ感度の損失を最小限に抑制できる。図９Ｂは、図９Ａ に示す整流挿入体９３のないＩＭＳセンサの測定と比較して、加熱された入口輸 送管路７４又は９２に取り付けられた整流挿入体９３を有するＩＭＳセンサの増 大する応答感度を示す。 本発明の現時点での好適な実施の形態を示しかつ特に添付図面について説明し たが、本発明は添付の請求の範囲内において他の要領により実施可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年４月１７日（１９９８．４．１７） 【補正内容】 １３． イオン移動度分析計のキャリア流入口に入る流体流の乱流を低減する 乱流低減要素を備え、乱流低減要素は、多孔質材料から成りかつ輸送管路の出口 端の最も近い位置で輸送管路ハウジングと試料流の入口表面との間に配置された 挿入体を含み、挿入体は、輸送管路ハウジングと試料流の入口表面との間の間隔 を充填する請求項１１に記載の流体濾過装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／７２６，８４３ (32)優先日 平成８年10月８日(1996．10．8) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 カーナハン，バイロン，エル アメリカ合衆国15237ペンシルベニア州ピ ッツバーグ、ブラント・アベニュー9783 (72)発明者 ピピッチ，チャールズ，ダブリュー アメリカ合衆国15146ペンシルベニア州モ ンロービル、ラッシュ・バリー・ロード 212 (72)発明者 コウズネツォフ，ビクター アメリカ合衆国16046ペンシルベニア州マ ース、ウッドヘイブン・ドライブ132 (72)発明者 ユーバー，ロバート，イー アメリカ合衆国15101ペンシルベニア州ア リソン・パーク、ノース・アンプトン4137 【要約の続き】 センサの校正に使用できる。本発明の第三の好適な実施 の形態は、ガスクロマトグラフィ用として運搬可能なイ オン移動度分析計と共に使用する再循環濾過装置を提供 する。運搬可能な再循環濾過装置は、ポンプ及び一組の フィルタ及び入口にガスクロマトグラフコラムを有する イオン移動度分析測定センサに接続される流量センサを 備える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ａ． イオン移動度分析計の出口及びキャリア流入口に連絡しかつイオ ン移動度分析計の出口流体流をキャリア流入口内へ再循環させるポンプと、 Ｂ． ポンプに連絡しかつ再循環された流体流から不純物を除去する少なく とも１つのフィルタと、 Ｃ． 出口流体流の一部を装置から除去する排出装置とを備え、 装置から除去された流体の量はイオン移動度分析計の試料流入口に入る流体の 量と等しいことを特徴とするイオン移動度分析計と共に使用する流体濾過装置。 ２． 濾過装置に接続された時、イオン移動度分析計は運搬可能である請求項 １に記載の流体濾過装置。 ３． Ａ． ポンプの入口に連絡する第一のフィルタと、 Ｂ． ポンプの出口に連絡する第二のフィルタとを備え、 第一のフィルタ及び第二のフィルタは、濾過装置を使用しない時、イオン移動 度分析計内への不純物の移動（マイグレーション）を防止する請求項１に記載の 流体濾過装置。 ４． イオン移動度分析計の試料流入口に連絡しかつ試料流入口に入る流体の 量を制御する流量制御器を備える請求項１に記載の流体濾過装置。 ５． イオン移動度分析計の試料流入口に連絡するガスクロマトグラフコラム を備える請求項１に記載の流体濾過装置。 ６． Ａ． 試料流入口に連絡し、固定相物質から成る被覆を含みかつイオン 移動度分析計によって測定される少なくとも１つの分析物の未知濃度レベルを試 料流入口内へ送出するマルチキャピラリガスクロマトグラフコラムと、 Ｂ． マルチキャピラリコラムに連絡しかつ少なくとも１つの分析物をマル チキャピラリコラム内に射出する試料射出器と、 Ｃ． 試料射出器に連絡しかつ少なくとも１つの分析物を混入してマルチキ ャピラリコラム内に運搬するキャリアガス源とを備え、 少なくとも１つの分析物は固定相物質に可溶性であり、試料流入口内への少な くとも１つの分析物は、イオン移動度分析計によって測定される試料流入口に入 る前に、予め決められた時間間隔によってマルチキャピラリコラム内で遅れて運 搬される請求項１に記載の流体濾過装置。 ７． 固定相物質は、ＳＥ−３０（ジメチルポリシロキサン）と、ＳＥ−５４ （ジフェニルジメチルポリシロキサン）と、カーボワックス２０Ｍ（carbowax 2 0M，ポリエチレングリコールの商標名）とから成る群から選択される請求項６に 記載の流体濾過装置。 ８． 試料射出器は、少なくとも１つの分析物をキャリアガス内に射出する隔 壁膜を含む請求項６に記載の流体濾過装置。 ９． キャリアガス源に連絡しかつ試料射出器に入るキャリアガスの圧力を調 節する圧力調節器を含む請求項６に記載の流体濾過装置。 １０． マルチキャピラリコラム及び試料流入口に連絡しかつ試料流入口に入 る前に少なくとも１つの分析物の吸着を防止する加熱される輸送管路を備える請 求項６に記載の流体濾過装置。 １１． イオン移動度分析計の試料流入口に流入する流体流を加熱する輸送管 路を備え、輸送管路は、 Ａ． 入口端を有しかつ試料流入口内への流体流を受ける中空通路と、 Ｂ． 通路入口及び出口端の両方に取り付けられかつイオン移動度分析計の 試料流入口への輸送管路を装着する中空ハウジングと、 Ｃ． 中空通路の表面を包囲しかつ通路を加熱する電気加熱要素と、 Ｄ． 加熱要素への電力入力を制御する温度制御回路とを備え、温度制御回 路は、 （ｉ） 中空通路の表面に取り付けられかつ中空通路の温度を測定する少 なくとも１つの温度測定装置と、 （ii） 温度測定装置に電気的に接続された入力及び加熱要素に電気的に 接続された出力を有する温度制御装置とを備え、温度制御装置は、 （ａ） 温度測定装置によって測定された温度を予め決められた基準値 と比較し、 （ｂ） 加熱要素への電力入力を調整して中空通路の温度を基準値と実 質的に一致させる請求項１に記載の流体濾過装置。 １２． ガスクロマトグラフコラムに連絡しかつイオン移動度分析計の試料流 入口に入る流体流を加熱する輸送管路を備え、輸送管路は、 Ａ． 出口端に連絡する入口端を有しかつガスクロマトグラフコラムから試 料流入口内への試料流体流を通過させる中空通路と、 Ｂ． 通路入口及び出口端の両方に取り付けられかつイオン移動度分析計の 試料流入口への輸送管路を装着する中空ハウジングと、 Ｃ． 中空通路の表面を包囲しかつ通路を加熱する電気加熱要素と、 Ｄ． 加熱要素への電力入力を制御する温度制御回路とを備え、温度制御回 路は、 （ｉ） 中空通路の表面に取り付けられかつ中空通路の温度を測定する少 なくとも１つの温度測定装置と、 （ii） 温度測定装置に電気的に接続された入力及び加熱要素に電気的に 接続された出力を有する温度制御装置とを備え、温度制御装置は、 （ａ） 温度測定装置によって測定された温度を予め決められた基準値 と比較し、 （ｂ） 加熱要素への電力入力を調整して通路の温度を基準値とほぼ一 致させる請求項５又は６に記載の流体濾過装置。 １３． イオン移動度分析計のキャリア流入口に入る流体流の乱流を低減する 乱流低減要素を備え、乱流低減要素は、多孔質材料から成りかつ輸送管路の出口 端に最も近い位置で輸送管路ハウジングと試料流の入口表面との間に配置された 挿入体を含み、挿入体は、輸送管路ハウジングと試料流の入口表面との間の間隙 を充填する請求項１１又は１２に記載の輸送管路。 １４． イオン移動度分析計は、 Ａ． 試料媒体に連絡する少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口 を有するハウジングと、 Ｂ． ハウジング内に配置された分析器とを備え、分析器は、 （ｉ） キャリアガス源に連絡しかつキャリアガスが通過する縦方向の分 析間隙部を形成して縦方向に互いに間隔をもって離間する少なくとも第一の電極 及び第二の電極と、 （ii） 分析間隙部と共に並置され、入口に連絡しかつ試料媒体をイオン 化するイオン化源と、 （iii） イオン化源と分析間隙部との間の開口部を定めるイオン開口と 、 （iv） イオン開口のすぐ近くに配置された第三の電極と、 （ｖ） イオン開口から大きく離れた分析間隙部からの少なくとも１つの 出口開口と、 （vi） 分析間隙部からのイオンを測定しかつ電極から離間したイオン検 出器と、 （vii） 電極と接続される電気制御装置とを備え、電気制御装置は、 （ａ） 第一の電極、第二の電極及び第三の電極に直流電圧を印加し、 （ｂ） 第一の電極及び第二の電極に周期的な非対称電位を印加し、非 対称電位は、分析間隙部内でキャリアガスの流動中に横方向の電界を形成できる 請求項１に記載の装置。 １５． Ａ． 出口及びキャリア及びイオン移動度分析計の試料流入口に連絡 しかつイオン移動度分析計の出口流体流をキャリア及び試料流入口内へ再循環さ せるポンプと、 Ｂ． ポンプに連絡しかつ再循環された流体流から不純物を除去する少なく とも１つのフィルタと、 Ｃ． フィルタ及び試料流入口に連絡し、キャリア流入口に向かわない再循 環された流体流の第一の部分及び第二の部分と結合した試料流体流を試料流入口 内へ導入しかつ試料流入口内への一定の流量を維持する複数のバルブと、 Ｄ． バルブに連絡しかつキャリア流入口に向かわない再循環された流体流 の第一の部分内に選択されたイオン化可能な物質の制御された濃度レベルを導入 するバルブ連絡装置と、 Ｅ． バルブに連絡しかつキャリア流入口に向かわない再循環された流体流 の第三の部分を装置から除去する排出流とを備え、除去された流体の量は試料流 体流内の流量に等しく、 他の物質が共存しうる試料流体流に存在する選択されたイオン化可能な物質の 未知濃度レベルを測定することを特徴とするイオン移動度分析計と共に使用する 流体濾過装置。 １６． バルブ連絡装置は、浸透校正装置と、拡散小びんと、加圧された校正 シリンダとから成る群から選択される請求項１５に記載の流体濾過装置。 １７． Ａ． キャリア流入口に向かわない再循環された流体流の第一の部分 内に、選択されたイオン化可能な物質の制御された濃度レベルを導入する過程と 、 Ｂ． 試料流体流をキャリア流入口に向かわない再循環された流体流の第一 の部分及び第二の部分の両方と結合して、結合された未知かつ制御された濃度レ ベルを測定する過程と、 Ｃ． 試料流体流をキャリア流入口に向かわない再循環された流体流の第二 の部分と結合して、未知濃度レベルを測定する過程と、 Ｄ． 結合された濃度測定を未知濃度測定と比較して未知濃度を得る過程と を含み、 他の物質が共存しうる試料流体流に存在する選択されたイオン化可能な物質の 未知濃度レベルを測定するイオン移動度分析計を有する請求項１５又は１６に記 載の流体濾過装置の使用方法。 １８． 標準添加法に従って、結合された濃度測定と未知濃度測定との比を計 算して未知濃度レベルを得る請求項１７に記載の流体濾過装置の使用方法。 １９． コンピュータプロセッサと、差動増幅器の電子集積回路と、ディスク リート電気要素を含むアナログ比較回路と、ディスクリート電気要素及びデジタ ル論理要素を含むアナログ−デジタル結合比較回路とから成る群から選択される 装置によって未知濃度レベルを計算する請求項１７に記載の流体濾過装置の使用 方法。 ２０． キャリア流入口に向かわない再循環された流体流の第一の部分及び第 二の部分を結合して、制御された濃度レベルを測定してイオン移動度分析計を校 正する請求項１５又は１６に記載の流体濾過装置の使用方法。 ２１． Ａ． ポンプの入口に連絡する第一のフィルタと、 Ｂ． ポンプの出口に連絡する第二のフィルタとを備え、 第一のフィルタ及び第二のフィルタは、濾過装置を使用しない時、イオン移動 度分析計への不純物の移動を防止する請求項１５に記載の流体濾過装置。 ２２． イオン移動度分析計は、 Ａ． 試料媒体に連絡する少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口 を有するハウジングと、 Ｂ． ハウジング内に配置された分析器とを備え、分析器は、 （ｉ） キャリアガス源に連絡しかつキャリアガスが通過する縦方向の分 析間隙部を形成して縦方向に互いに間隔をもって離間する少なくとも第一の電極 及び第二の電極と、 （ii） 分析間隙部と共に並置され、入口に連絡しかつ試料媒体をイオン 化するイオン化源と、 （iii） イオン化源と分析間隙部との間の開口部を定めるイオン開口と 、 （iv） イオン開口の最も近くに配置された第三の電極と、 （ｖ） イオン開口から離れかつ分析間隙部に連絡する少なくとも１つの 出口開口と、 （vi） 分析間隙部からのイオンを測定しかつ前記電極から離間したイオ ン検出器と、 （vii） 前記電極に接続される電気制御装置とを備え、電気制御装置は 、 （ａ） 第一の電極、第二の電極及び第三の電極に直流電圧を印加し、 （ｂ） 第一の電極及び第二の電極に周期的な非対称電位を印加し、非 対称電位は、分析間隙部内でキャリアガスの流動中に横方向の電界を形成できる 請求項１５に記載の流体濾過装置。