JP2009501925A - 検出システム - Google Patents

Abstract

ＩＭＳシステム等は、必要な場合にのみ放出されるように含有されたドーパントを有する。ドーパントは、インクジェットプリンタと同様の装置（５０）に含有され、要求された際に液滴（５５）として放出される。あるいは、ドーパントを、通常は分子ふるいを流れる空気中に放出されないが、ふるい内のヒータ（１５７）に電圧を加えることにより放出することができるように、分子ふるい（１５０）の材料中に捕捉することができる。

Description

この発明は、蒸気又は気体を分析することのできる種類の検出システムであって、含有量のドーパント物質を含むシステムに関する。

イオン移動度分光分析すなわちＩＭＳシステムは、火薬類、薬物類、糜爛ガス又は神経ガス等の物質を検出するのに用いられることが多い。ＩＭＳシステムは、典型的には、疑わしい物質を含有する空気のサンプルが気体又は蒸気として供給される検出セルを含む。セルは、大気圧又はその付近の圧力で操作され、セルに沿って電圧勾配を発生させるよう印可される電極を含む。サンプル空気中の分子は、放射線源若しくはＵＶ源を用いて、又はコロナ放電によりイオン化され、開放端にある静電ゲートによりセルのドリフト領域に入る。イオン化された分子は、イオンの大きさに応じた速度でセルの反対側の端にドリフトされる。セルに沿った飛行時間を測定することで、イオンを同定することが可能である。一般に、セルに試薬又はドーパントを入れることが行われる。試薬を加えて、イオン−分子反応化学を修飾し、少なくとも２つの目的を達成する。一つの目的は、電子親和力又は陽子親和力の低い分子のイオン化を防ぎ、これら分子が検出されず、したがって、誤認警報の機会を低減することである。もう一つの目的は、移動度スペクトルの１つ以上のピークの位置を変えて、こうしたピークを検出すべき化合物により作り出されるピークに近接又は隣接する位置から移す。このようにして、検出すべき化合物をより容易に同定及び定量する。また、質量分析計がドーパント又は試薬を利用することもできる。

ＩＭＳシステムの例は、特許文献１〜８に記載されている。ドーパントをドリフトチャンバ内に入れることのできる方法は多数ある。通常、透過源を介してドーパントを入れる。あるいは、特許文献９には、ドーパントを飽和させた、再循環気体を乾燥し清浄化するための分子ふるいを有するＩＭＳシステムが記載されている。従来のドーピング配置の問題の一つは、導入されるドーパント材料のレベルの制御が難しいという点である。また、異なるドーパント間で切り替えを行うことも難しい。

英国特許第２３２４４０７号明細書 英国特許第２３２４８７５号明細書 英国特許第２３１６４９０号明細書 英国特許第２３２３１６５号明細書 米国特許第４５５１６２４号明細書 米国特許第６４５９０７９号明細書 国際公開第２００４／１０２６１１号パンフレット 米国特許第６４９５８２４号明細書 米国特許第６８２５４６０号明細書

この発明の目的は、代替的な検出システムを提供することにある。

この発明の一態様によれば、上記の種類の検出システムであって、検出を目的として選択された時間のみ少量のドーパント物質を放出するシステムが提供される。

このシステムは、ドーパントを液滴で排出するよう構成することができる。このシステムは、リザーバからドーパントを排出するよう構成された圧電素子を含むことができる。あるいは、このシステムは、リザーバからドーパントを排出するよう構成されたヒータを含むことができる。ドーパントが通常は放出されないようにして、ドーパントをふるいに含ませ、このふるいは、所望の場合にドーパントに作用してふるいからドーパントを放出する構成を含むことができる。ドーパントに作用する構成は、ふるい材料を加熱する装置を含み、この加熱装置は電気抵抗ヒータとすることができる。検出システムは、ＩＭＳ分析計又は質量分析計を含むことが好ましい。

この発明の他の態様によれば、サンプル気体又はサンプル蒸気を検出装置に供給するステップを含む、物質の存在を検出する方法であって、少量のドーパント物質を選択的に放出してサンプル気体又はサンプル蒸気をドープするステップを含むことを特徴とする方法が提供される。

少量のドーパントは、熱又は圧力を容器中のドーパントに適用することにより放出することができる。

この発明のさらなる態様によれば、蒸気又は気体を分析することのできる検出システムであって、該システムは、ドーパント液体のリザーバと、リザーバからドーパントを液滴で排出するための構成を含むことを特徴とするシステムが提供される。

この発明の第４の態様によれば、蒸気又は気体を分析することのできる検出システムであって、該システムは、気体をシステムに流入させるハウジングを含み、該ハウジングは、捕捉された形態でドーパント物質を含み、該システムが、ドーパントを気体流中に放出するよう選択的に起動されるまでは、実質的にドーパント物質が気体流に放出されないことを特徴とするシステムが提供される。

このシステムは、熱又は圧力を適用することにより活性化され、ドーパントを気体流中に放出することができる。このシステムは、システムからドーパントを除去するための構成を含む。

この発明の第５の態様によれば、再循環気体流路に接続された分子ふるいを有し、該ふるいがふるい材料に吸収されたドーパントを含有するＩＭＳ検出システムであって、該システムは、ふるい材料を選択的に修飾してドーパントを気体流中に放出して、ふるい材料が選択的に修飾された場合のみドーパントを放出する構成を含むことを特徴とするシステムが提供される。

この発明の第６の態様によれば、サンプル気体又はサンプル蒸気を、ドーパントなしに検出装置に供給し、固体物質中に吸収されたドーパントを、この物質を修飾することにより選択的に放出するステップを含む、物質の存在を検出する方法が提供される。

ここで、この発明に従うＩＭＳシステムを、添付の図面を参照して、例示的に説明する。

図１を参照して、このシステムは、分析すべきサンプル空気を装置に供給する入口ポート２を有するＩＭＳドリフトセル１を含む。典型的には、吸気流量は約８００ｍｌ／分である。ポート２は、半透膜、又は関心のある分子の通過は許すが、他の分子の大半を排除する任意の他の形態等の選択性バリア６を介して、セル１の内部の左端に開口する。あるいは、バリア６を、国際公開第９３／０１４８５号パンフレットに記載されたようなピンホール等の非選択性とすることもできる。バリアの代わりに、分析すべきサンプルを、欧州特許５９６９７８号明細書に記載された種類等の他のインターフェイスにより、セルに供給してもよい。

バリア６は、放射線源、ＵＶ源又はコロナ放電等のイオン化源を含むイオン化領域７と連通する。イオン化領域７の右に、ブラッドベリー・ニールソン（Ｂｒａｄｂｕｒｙ Ｎｉｅｌｓｏｎ）ゲート格子８が、イオン化された分子の、一連のドリフト電極１０により形成されたドリフト領域９内への流路を制御する。セル１の右端にある捕集板１１が、ドリフト領域９を通過したイオンを補修し、プロセッサ２０に出力を与え、これはまた、ゲート８及びシステムの種々の他の機能を制御する。プロセッサ２０は、ディスプレイ２１又は他の利用手段にサンプルの性質を表す出力を与える。

右端には、セル１は入口３０を有し、これによって、再循環され、清浄化され、乾燥されたドリフト気体をセルの内部に供給し、この気体は右から左に移動し、イオン化領域７内のゲート格子８に近い排気出口３１から流出する。ドリフト気体の流れは、典型的には５００ｍｌ／分付近である。排気出口３１に接続された入口３３と、ドリフトチャンバ９から排気された空気を清浄化し乾燥する分子ふるい４０に接続された出口３４を有するポンプ３２により、空気を入口３０に供給する。また、ふるい４０の出口は、バルブ４１を介して、膜のすぐ下流にある入口４２につながり、清浄な空気源を循環させ、膜を介して拡散した検体上記と混合する。入口４２に供給されるソース気体の流量は、典型的には３００ｍｌ／分程度である。膜６の下流、すなわち右側のシステムは、膜により大気から分離された閉鎖空気系を形成する。

これまで説明したように、システムは従来型のものである。

このシステムは、ドーパントを検体に導入する構成において、従来のＩＭＳシステムと異なる。特に、図１の構成は、ドーパントを液滴の形態で導入するためのものである。これを達成する好適な構成は、インクジェットプリンタのヘッド装置５０又は同様の装置を含む。装置５０は、液状のドーパント物質を収容するリザーバすなわちタンク５１内等に収容量のドーパントを有する。所望のドーパントが通常は液状でない場合には、適当なキャリア液中に溶解させることで液状とすることができる。タンク５１は、液体５２の液滴５５を噴出する出口ノズル５４を有する推進チャンバ５３に開口する。推進チャンバ５３を種々の形態とすることができる。一形態において、チャンバ５３は、圧電素子５６を含み、この圧電素子５５は、液滴５５をノズル５４から噴射するのに十分な周期で外部から電圧を加えられて、チャンバ内の液体に圧縮力を加える。素子５６に電圧が加えられなくなると、チャンバ５３内に負圧が生じ、これがタンク５１から液体５２をさらに吸引する。典型的には、各液滴の体積は約８〜１０ピコリットルの間である。あるいは、推進チャンバは、加熱されてチャンバ内の液体を膨張させ液滴をノズルから出させる、抵抗等の熱装置を含むことができる。

液滴導入装置５０を、種々の異なる位置でシステムに接続することができる。Ａ点に配置して、ドーパントを、入口４２に供給されたソース気体流に注入することができる。Ｂ点で接続して、ドーパントを、入口４２へのソース気体流及び入口３０へのドレイン気体流に注入することができる。あるいは、液滴導入装置５０をＣ点に接続し、ドーパントを、ポート２に供給される吸入気体に注入することができる。同一のドーパントを含む複数の装置をシステム内の異なる点に、例えばＡ点とＣ点とに接続することができる。あるいは、複数の装置を同一の点に接続して、一方又は両方の装置から排出することにより、異なる量のドーパントを導入することができる。複数のドーパント導入装置を有するシステムでは、これらの装置が異なるドーパントを収容することができる。

この発明の構成は、各液滴中に定期的に放出されるドーパント物質が微量であることから、ドーパントレベルの非常に正確な制御を可能とする。ドーパントレベルは、液滴が導入される頻度を変更することにより、又は、液滴の大きさを変更することにより制御することができ、この変更はある種のインクジェットプリンタヘッドにより可能である。上述したように、ドーパントレベルを非常に速やかに変更することができ、かつ、異なるドーパントのシステムへの出入りを非常に迅速に切り替えることができる。

上記の構成中のドーパントは液滴として導入されるが、これらは速やかに蒸発するので、ドーパントは蒸気となる。ドーパントの性質によっては、装置は、ヒータ又は噴霧機構（図示せず）等の、蒸発を増加させるための設備を有する必要があるかもしれない。

液滴以外に、少量のドーパントを周期的に放出することのできる方法がある。例えば、マイクロバルブを用いて、含有量のドーパントを定期的に少量放出することができる。

図２は、ドープされた分子ふるいを用い、熱の適用によりドーパントを含有し放出する構成を示す。図２に示すシステムの、図１のシステムに相当する機能は、同一の参照符号に１００を足したもので示す。

図１の構成における単一の分子ふるいの代わりに、図２のシステムは、直列に連結された２つの分子ふるい１４０及び１５０を有する。上流側の分子ふるい１４０は、従来品であり、供給された気体を、下流側の分子ふるい１５０に供給する前に、清浄化し乾燥する役目を果たす。下流側の分離ふるい１５０は、一端に入口１５４を有し他端に出口１５５を有する円筒形状の外側ハウジング１５３を含む。ハウジング１５３には、ゼオライト等の固体材料からなり、直径が約２ｍｍである多数の球体１５６が充填される。ハウジング１５３を通過した気体は、球体１５６の外側の周囲の蛇行路を辿り、気体の幾らかは球体を通過する。選択的に操作可能な手段により気体流への放出が引き起こされるまでは、気体流に放出されることなく、材料内にドーパントが捕捉されたままとなるように、固体材料１５６及びドーパントを選択する。この実施例では、選択的に操作可能な手段は、ハウジング１５３内に取り付けられ、制御ユニット１２０により熱を適用するよう信号が出された際にふるい材料１５４に熱を適用するよう構成された電気抵抗ヒータ１５７である。ふるい材料１５６の温度が上昇すると、ふるい１５０を介して少量のドーパントが気体流に放出される。ヒータ１５７への電圧の再び止めると、一つにはこれを通過する気体流の結果として、ふるい材料１５６の温度が急激に下降し、それ以上のドーパントは放出されない。システムを循環するドーパントは、上流側のふるい１４０により除去され、システムは元のドープされていない状態に復帰する。この構成は、必要なときに、かつ必要なときのみに、ドーパントを迅速に放出することを可能とする。このシステムを、当初はドープされていない状態で稼働し、物質を検出した場合、又は物質の同定があいまいである場合に、制御ユニット１２０がヒータに電圧を加えて、ドーパントを放出し、物質の同定を良好にすることを可能とするよう構成することができる。

ドープされたふるい材料は、電気抵抗ヒータにより加熱される必要はなく、その代りに、誘導、ＲＦ、高周波又は光学／赤外放射構成を用いて加熱し、ドーパントを気体流に放出することができる。ドープされたふるい中に捕捉された状態からドーパント物質を放出するのに好適であるものには、熱構成以外にも種々の構成がある。例えば、気体の圧力を下げることはドーパントの放出を可能とするであろう。あるいは、ある種の吸収材料を用い、上昇した、圧搾圧力を材料に加えてドーパントを放出させることもできる。これは、圧電手段により達成することができる。あるいは、ドーパント吸収材に水等の他の物質を加えることによりドーパントを放出することができる。好適な他の技術は、超音波周波数等の振動や、遠心力を加える等の吸収材料の変位を含む。

ドーパントを含有する複数のふるいを、直列又は並列に接続する等により、システムに用いることができる。このようにして、異なる数のふるいを選択的に活性化することにより、放出されるドーパントの量を変えることができる。あるいは、異なるふるいが異なるドーパントを含有しており、要求どおりにシステムに異なったドープを行うことができる。

この発明の構成は、要求に応じて、要求された際に選択的にドーパントを放出することを可能とする。これは、異なる物質を検出する際の検出システムに柔軟性を与え、また、ドーパント材料の消費を最小限とし、後者は、可搬装置である場合、又はドーパントが危険若しくは高価である場合に、特に有利となり得る。

ドーパントがリポゾームシェル内に含有されており、熱及び／又は圧力の適用によりシェルから放出される場合には、ドープされたリポゾームを用いることができる。その代りに、不活性ワックスを用い、ドーパントとＩＭＳ空気流との間に不透過性のシールを作ることができ、このワックスシールは、熱の適用により破られる。

この発明は、ＩＭＳシステムに限定されるものではなく、質量分析計システム等の他のドープされた検出システムに用いることができる。

このシステムの一形態を概略的に示す。 このシステムの他の形態を概略的に示す。

Claims (16)

1. 含有された量のドーパント物質（５３、１５６）を含み、蒸気又は気体を分析するシステムであって、該システムは、選択された時間のみに検出目的で少量のドーパント物質を放出するよう構成されることを特徴とする検出システム。
2. 前記システムは、ドーパントを液滴（５５）で排出するよう構成される、請求項１に記載の検出システム。
3. 前記システムは、ドーパントをリザーバ（５０）から排出するよう構成された圧電素子（５６）を含む、請求項１又は２に記載の検出システム。
4. 前記システムは、ドーパントをリザーバ（１５３）から排出するよう構成されたヒータ（１５７）を含む、請求項１又は２に記載の検出システム。
5. 前記ドーパントは、通常は放出されないようにして、ふるい（１５３、１５６）中に含有され、該ふるいは、要求された際には、ドーパントに作用し、ドーパントをふるいから放出する構成（１５７）を含む、請求項１に記載の検出システム。
6. 前記ドーパントに作用する構成は、ふるい材料（１５６）を加熱する装置（１５７）を含む、請求項５に記載の検出システム。
7. 前記加熱装置は電気抵抗ヒータ（１５７）である、請求項６に記載の検出システム。
8. 前記検出システムは、ＩＭＳ又は質量分析計（１、１０１）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出システム。
9. サンプル気体又は蒸気を検出装置（１、１０１）に供給するステップを含む、物質の存在を検知する方法であって、該方法は、少量のドーパント物質を選択的に放出してサンプル気体又は蒸気をドープするステップを含むことを特徴とする方法。
10. 前記少量のドーパントは、容器（５０、１５３）内のドーパント（５３）に熱又は圧力を加えることにより放出される、請求項９に記載の方法。
11. 蒸気又は気体を分析することのできる検出システムであって、該システムは、ドーパント液（５３）のリザーバ（５０）と、ドーパント液をリザーバから液滴の形態（５５）で排出するための構成（５６）を含むことを特徴とする検出システム。
12. 蒸気又は気体を分析することのできる検出システムであって、該システムは、気体をシステム内に流入させるハウジング（１５３）を含み、該ハウジング（１５３）は、捕捉された形態（１５６）でドーパント物質を含み、該システムが、ドーパントを気体流中に放出するよう選択的に起動されるまでは、実質的にドーパント物質が気体流に放出されないことを特徴とする検出システム。
13. 前記システムは、熱又は圧力を適用することにより活性化され、ドーパントを気体流中に放出する、請求項１２の記載の検出システム。
14. 前記システムは、システムからドーパントを除去するための構成を含む、請求項１〜８及び１１〜１３のいずれか一項に記載の検出システム。
15. 再循環する気体流路に接続された分子ふるい（１５０）を有し、該ふるい（１５０）はふるい材料（１５６）に吸収されたドーパントを含有するＩＭＳ検出システムであって、該システムは、ふるい材料（１５６）を選択的に修飾して、ドーパントを気体流中に選択的に放出する構成（１５７）を含み、ふるい材料が選択的に修飾された場合にのみ、ドーパントを放出するシステム。
16. サンプル気体又はサンプル蒸気を、ドーパントなしに検出装置（１、１０１）に供給し、固体物質（１５６）中に吸収されたドーパントを、この物質を修飾することにより選択的に放出するステップを含む物質の存在を検出する方法。

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