JP6432688B2 - イオン移動度分析装置 - Google Patents
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Description
イオン源1において試料から生成された各種イオンは脱溶媒領域4中を進み、シャッタゲート102で一旦堰き止められる。そして、シャッタゲート102が短時間だけ開放されると、イオンはパケット状にドリフト領域5中に導入される。なお、脱溶媒領域4はイオン源1において溶媒が十分に気化しなかった帯電液滴中の溶媒の気化を促進させることで、イオンの生成を促す領域である。ドリフト領域5中に導入されたイオンは向かって来る拡散ガスと衝突しながら、加速電場の作用によって進む。イオンはその大きさ、立体構造、電荷などに依存するイオン移動度によってZ軸方向に空間的に分離され、異なるイオン移動度を持つイオンは時間差を有して検出器3に到達する。ドリフト領域5中の電場が一様である場合には、イオンがドリフト領域5を通過するのに要するドリフト時間から、イオン−拡散ガス間の衝突断面積を見積もることが可能である。
a)その少なくとも一部が前記ドリフト領域となる、矩形柱状に貫通する内部空間が形成された絶縁性部材であり、該内部空間の軸に直交する矩形状の断面の長辺と短辺との比が1よりも大きいハウジングと、
b)イオンを移動させるための電場を前記ハウジングの内部空間に形成するために該内部空間の軸に沿って複数配設された電極であり、該軸方向に所定の厚さを有する矩形環状であって矩形状開口の長辺と短辺との比が1よりも大きい電極と、
c)前記ハウジングの内部空間の少なくとも一部であるドリフト領域にイオンをパルス的に導入するために該ハウジングの内部空間に配設され、長辺と短辺との比が1よりも大きい矩形状開口を有する矩形環状の枠体とその矩形状開口の短辺に平行に張設された複数本の導電性ワイヤとを含むシャッタゲートと、
を備えることを特徴としている。
a)その少なくとも一部が前記ドリフト領域となる、矩形柱状に貫通する内部空間が形成された絶縁性部材であり、該内部空間の軸に直交する矩形状の断面の長辺と短辺との比が1よりも大きいハウジングと、
b)イオンを移動させるための電場を前記ハウジングの内部空間に形成するために、少なくとも前記矩形柱状に貫通する内部空間の矩形状の断面の長辺を含む対向する二つの面の表面に形成された抵抗層と、
c)前記ハウジングの内部空間の少なくとも一部であるドリフト領域にイオンをパルス的に導入するために該ハウジングの内部空間に配設され、長辺と短辺との比が1よりも大きい矩形状開口を有する矩形環状の枠体とその矩形状開口の短辺に平行に張設された複数本の導電性ワイヤとを含むシャッタゲートと、
を備えることを特徴としている。
こうした構成によれば、従来のようにリング状電極とリング状の絶縁スペーサとを交互に積み重ねた構造体を用いる場合に比べて、部品点数が少なくて済み組立工数も削減されるのでコストを引き下げることができる。
なお、本発明に係るイオン移動度分析装置の第2の態様では、抵抗層は少なくとも矩形柱状に貫通する内部空間の矩形状の断面の長辺を含む対向する二つの面の表面に形成されていればよいが、矩形状の断面の短辺を含む対向する二つの面の表面にも、つまりは内部空間に面する四つの壁面の全ての表面に、形成されていることが好ましい。
前記開放端面の中心軸に略直交する方向で且つ矩形状である該開放端面の長辺の延伸方向に試料溶液を噴霧する試料噴霧部と、
前記開放端面の長辺の延伸方向に複数配設された、前記試料噴霧部からの噴霧流中の試料成分をイオン化するイオン化促進部と、
を具備する構成とすることができる。
以下、本発明の第1実施例であるイオン移動度分析装置について、添付図面を参照して説明する。
図2は第1実施例のイオン移動度分析装置の要部の構成図、図1は第1実施例のイオン移動度分析装置に用いられるドリフトセルの斜視構成図、図3は第1実施例のイオン移動度分析装置において加速電場を形成するための電極の平面図、図4は第1実施例のイオン移動度分析装置におけるシャッタゲートの斜視構成図、図5は第1実施例のイオン移動度分析装置におけるイオン源の概略構成図である。
このようにして本実施例のイオン移動度分析装置では、比較的簡単にドリフトセル2を組み立てることができ、図10に示したような従来の装置に比べて、組立工数はかなり少なくて済む。また、ドリフトセル2を構成する部材の数が少なくなるので、その点でもコスト的に有利である。
シャッタゲートの開口に張設される導電性ワイヤが単純梁であって等分布荷重であるとすると、該ワイヤの最大撓みδMAXは次の(1)式で表されることが知られている。
δMAX=(5・w・L4)/(384・E・I) …(1)
ここで、wは等分布荷重、Lは梁(ワイヤ)の長さ、Eはヤング率、Iは断面2次モーメントである。
一般に、配管中の流体の流れに関する指標値であるレイノルズ数Reは次の(2)式で表される。
Re=Q・DH/(ν・A) …(2)
ここで、Qは体積流量、DHは水力直径、νは動粘性係数、Aは配管の断面積である。配管の断面が矩形状である場合、水力直径は次の(3)式で表される。
DH=4・A/P …(3)
ここでPは潤辺(配管断面において流体が周囲の壁や底と接する長さ)である。
総エミッション電流が大きいほどバッファイオンの生成量は増加するが、図6の結果から、二本の放電電極の間隔に応じて総エミッション電流は変化するから、入口側開口203の広さに応じて放電電極の本数と間隔とを実験的に適当に定めるとよい。
次に、本発明に第2実施例であるイオン移動度分析装置について、添付図面を参照して説明する。
図9は第2実施例のイオン移動度分析装置の要部の構成図、図8は第2実施例のイオン移動度分析装置に用いられるドリフトセル2Bの斜視構成図である。
また、上記第1実施例と同様の理由により、シャッタゲート22の開口のアスペクト比、及び、ハウジング200の内部空間の断面のアスペクト比は、好ましくは1.5以上とするとよい。
11…スプレー
12A、12B、12C…放電電極
2、2B…ドリフトセル
20、200…ハウジング
20A、200A…上側ハウジング部材
20B、200B…下側ハウジング部材
201…断面略矩形状溝
202…溝
203…入口側開口
204…出口側開口
205…抵抗膜層
206…電極層
21…電極
210…矩形状開口
22…シャッタゲート
22A、22B…グリッド電極
22C…スペーサ
221…枠体
222…導電性ワイヤ
3…検出器
4…脱溶媒領域
5…ドリフト領域
6…電圧発生部
61…ドリフト電圧発生部
62…ゲート電圧発生部
7…制御部
C…イオン光軸
Claims (8)
- 試料成分由来のイオンをドリフト領域に導入し、該ドリフト領域中を移動させることでイオン移動度に応じてイオンを分離したあとに分離されたイオンを検出する又はさらに後段の分析・検出部へと送るイオン移動度分析装置において、
a)その少なくとも一部が前記ドリフト領域となる、矩形柱状に貫通する内部空間が形成された絶縁性部材であり、該内部空間の軸に直交する矩形状の断面の長辺と短辺との比が1よりも大きいハウジングと、
b)イオンを移動させるための電場を前記ハウジングの内部空間に形成するために該内部空間の軸に沿って複数配設された電極であり、該軸方向に所定の厚さを有する矩形環状であって矩形状開口の長辺と短辺との比が1よりも大きい電極と、
c)前記ハウジングの内部空間の少なくとも一部であるドリフト領域にイオンをパルス的に導入するために該ハウジングの内部空間に配設され、長辺と短辺との比が1よりも大きい矩形状開口を有する矩形環状の枠体とその矩形状開口の短辺に平行に張設された複数本の導電性ワイヤとを含むシャッタゲートと、
を備えることを特徴とするイオン移動度分析装置。
- 請求項1に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記ハウジングの長辺と短辺との比、前記電極の矩形状開口の長辺と短辺との比、及び前記シャッタゲートの矩形状開口の長辺と短辺との比がいずれも1.5以上であることを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 試料成分由来のイオンをドリフト領域に導入し、該ドリフト領域中を移動させることでイオン移動度に応じてイオンを分離したあとに分離されたイオンを検出する又はさらに後段の分析・検出部へと送るイオン移動度分析装置において、
a)その少なくとも一部が前記ドリフト領域となる、矩形柱状に貫通する内部空間が形成された絶縁性部材であり、該内部空間の軸に直交する矩形状の断面の長辺と短辺との比が1よりも大きいハウジングと、
b)イオンを移動させるための電場を前記ハウジングの内部空間に形成するために、少なくとも前記矩形柱状に貫通する内部空間の矩形状の断面の長辺を含む対向する二つの面の表面に形成された抵抗層と、
c)前記ハウジングの内部空間の少なくとも一部であるドリフト領域にイオンをパルス的に導入するために該ハウジングの内部空間に配設され、長辺と短辺との比が1よりも大きい矩形状開口を有する矩形環状の枠体とその矩形状開口の短辺に平行に張設された複数本の導電性ワイヤとを含むシャッタゲートと、
を備えることを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 請求項3に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記ハウジングの長辺と短辺との比、及び前記シャッタゲートの矩形状開口の長辺と短辺との比がいずれも1.5以上であることを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記ハウジングは外形が直方体状であり、その内部空間の軸の方向に延伸する直線を含む平面で切断された二つの部材からなることを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 請求項1又は3に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記ハウジングの内部空間の一方の開放端面の外側に配置された、矩形状である前記開放端面の長辺の延伸方向に沿った複数箇所で試料成分をイオン化するイオン源をさらに備えることを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 請求項6に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記イオン源は、
前記開放端面の中心軸に略直交する方向で且つ矩形状である該開放端面の長辺の延伸方向に試料溶液を噴霧する試料噴霧部と、
前記開放端面の長辺の延伸方向に複数配設された、前記試料噴霧部からの噴霧流中の試料成分をイオン化するイオン化促進部と、
を具備することを特徴とするイオン移動度分析装置。 - 請求項7に記載のイオン移動度分析装置であって、
前記イオン化促進部は、大気圧化学イオン化を行うためのバッファイオンを生成する放電電極、又は、大気圧光イオン化を行うための光を照射する光照射部であることを特徴とするイオン移動度分析装置。
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