イオン移動度計およびイオン移動度計測方法
【課題】軟Ｘ線を用いてベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成することによって、安全性が高く、装置の汚染、試料の分解、及びイオン化室の電界への影響などを抑制でき、試料分子を効率よくイオン化できるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法を提供する。
【解決手段】イオン移動度計１は、試料分子をイオン化するイオン化装置２と、イオン化された試料分子の移動度を計測するドリフト室１１とを備える。イオン化装置２は、ベースガスをイオン化するとともにベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室２０と、イオン化室２０内へ軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線管３とを有する。軟Ｘ線管３は、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。
【解決手段】イオン移動度計１は、試料分子をイオン化するイオン化装置２と、イオン化された試料分子の移動度を計測するドリフト室１１とを備える。イオン化装置２は、ベースガスをイオン化するとともにベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室２０と、イオン化室２０内へ軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線管３とを有する。軟Ｘ線管３は、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン移動度計およびイオン移動度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気圧環境下で用いられるイオン移動度計は、試料分子をイオン化するため、一般的に、例えば放射性同位元素から放射される放射線を利用したイオン化装置や、コロナ放電を利用したイオン化装置などを備えている。また、特許文献１には、軟Ｘ線を用いて試料分子をイオン化する装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６８０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、放射線を利用するイオン化装置は、安全性が低いため、使用条件の規制や厳しい管理条件が存在する。また、コロナ放電を利用するイオン化装置は、放電の際の電極欠損に伴う汚染やイオン化効率の劣化、或いは試料の分解といった問題を有する。しかも、針状の電極の電圧が高く筐体との電位差が大きい上に、その構造から局部的に強い電界が形成される為、イオン化室内に形成されたイオンの挙動がその電界に影響され、制御がし難い。また、イオン化できる領域が電極の先端付近に限られており、効率よく試料をイオン化することが難しい。
【０００４】
なお、特許文献１には、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応による試料分子イオンの生成に関しては記載されていない。
【０００５】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成することによって、安全性が高く、装置の汚染、試料の分解などを抑制でき、試料分子を効率よくイオン化し、制御できるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明によるイオン移動度計は、試料分子をイオン化するイオン化装置と、イオン化された試料分子の移動度を計測するドリフト室とを備え、イオン化装置が、ベースガスをイオン化するとともに該ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室、ベースガス及び試料分子をイオン化室内に導入する一または複数の導入口、及び、イオン化された試料分子をドリフト室へ排出する排出口を有する本体部と、電子源、及び該電子源からの電子線を受けて軟Ｘ線を発生するターゲット部を含み、イオン化室内へ軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線源とを有し、軟Ｘ線源が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記したイオン移動度計では、イオン化装置において、次の動作が行われる。すなわち、導入口からイオン化室内に試料分子が導入され、同じ導入口または異なる導入口からベースガス（窒素ガス等）が導入される。ベースガスに軟Ｘ線が照射されるとベースガスがイオン化され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）により、試料分子がイオン化される。こうして生成された試料分子イオンは、排出口からドリフト室へ排出される。
【０００８】
上記したイオン移動度計では、上述したように軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。これにより、放射線を利用する場合と比較して安全性が高く、また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、及び試料の分解などを好適に抑制でき、かつイオン化室内でのイオンの制御や反応を好適に行える為、試料分子を効率よくイオン化できるイオン移動度計を提供できる。
【０００９】
また、上記したイオン移動度計では、軟Ｘ線源が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を利用したイオン移動度計においては、ベースガスイオンが試料分子に対して過剰に生成されてしまうと、試料分子イオンに起因する出力信号波形が、ベースガスイオンに起因する出力信号波形に隠れてしまい、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することが難しくなる。なお、この問題は、ベースガスイオンの移動度と試料分子イオンの移動度とが互いに近い場合に特に顕著となる。上記したイオン移動度計によれば、軟Ｘ線の照射量を増減することにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを容易に調整できるので、試料分子イオンに起因する出力信号波形を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【００１０】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源において、電子源から出射される電子線量が可変であることを特徴としてもよい。或いは、イオン移動度計は、軟Ｘ線源において、電子源からターゲット部への電子線の加速電圧が可変であることを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方によって、軟Ｘ線の照射量が増減可能な軟Ｘ線源を好適に構成できる。
【００１１】
また、イオン移動度計は、イオン化装置が、イオン化された試料分子を通過させる開口を有し、排出口に設けられた第１の電極と、試料分子イオンを排出するための電界を第１の電極との間に形成する第２の電極とを有し、ターゲット部に設けられた電極と第２の電極とが互いに短絡されていることを特徴としてもよい。これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極の電位を第２の電極と同じ正電位（例えば、接地電位に対して＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極の電位の分だけ電子源の電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。従って、一般的に高圧となる軟Ｘ線源内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線源と近接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００１２】
また、イオン移動度計は、イオン化装置が、イオン化された試料分子を通過させる開口を有し、排出口に設けられた第１の電極と、試料分子イオンを排出するための電界を第１の電極との間に形成する第２の電極と、ターゲット部に設けられた電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部とを有することを特徴としても良い。これにより、イオン化室内に所望の電界を形成することができる。また、さらに制御部は、ターゲット部に設けられた電極と第２の電極とを同電位に制御してもよく、これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極の電位を第２の電極と同じ正電位（例えば、接地電位に対して＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極の電位の分だけ電子源の電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。従って、一般的に高圧となる軟Ｘ線源内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線源と近接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００１３】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源及び第２の電極それぞれの表面を除くイオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴としてもよい。これにより、イオン化室内において軟Ｘ線の照射により二次電子が放出されることを効果的に抑制できるので、正の試料分子イオンを発生させる場合に、試料分子イオンの中性分子化（中和）を抑え、試料分子イオンのイオン密度を更に高めることができる。この場合、イオン移動度計は、第１の電極と第２の電極との間に中間電極を更に備え、中間電極のイオン化室側の端部が絶縁性部材に覆われていてもよい。これにより、第１の電極と第２の電極との間の電界をより効果的に形成できるとともに、中間電極からの二次電子の放出を効果的に抑制できる。また、第１の電極の開口の内面が、イオン化室の排出口の内面と連続しているか、或いは、排出口の中心軸を基準として排出口の内面よりも外側に位置してもよい。これにより、第１の電極からの二次電子の放出を効果的に抑制できる。
【００１４】
また、イオン移動度計は、第１の電極と第２の電極との間に中間電極を更に備え、軟Ｘ線源、第２の電極、及びイオン化室の内面から突出している中間電極のイオン化室側の端部のそれぞれの表面を除くイオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴としてもよい。これにより、中間電極に軟Ｘ線が照射されて二次電子が多く放出されるので、負の試料分子イオンを発生させる場合にイオンの生成を助け、イオン密度を高めることができる。
【００１５】
また、イオン移動度計は、イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、シール部材が、軟Ｘ線源の周囲に設けられ、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含むことを特徴としてもよい。或いは、シール部材が、Ｘ線源とイオン化室との間に設けられた金属または炭素系材料を含む環状部材であることを特徴としてもよい。これにより、例えば３００℃前後といった高温環境下においても、シール部材からのガス放出が極めて少なく、シール部材の熱分解も生じないので、イオン化室の気密状態を好適に維持できる。
【００１６】
また、イオン移動度計は、本体部を収容して高温に保持する保温容器を更に備え、電子源が保温容器の外部に位置することを特徴としてもよい。イオン移動度計においては、イオン化促進やクラスター化防止、或いは試料による汚染防止のため、イオン化室及びドリフト室を加熱する場合がある。このような場合、軟Ｘ線源の電子源を保温容器の外部に配置することにより、次の効果が得られる。例えば、電子源がフィラメントである場合には、フィラメントを保温容器の外部に配置することで熱による消耗や断線を抑制でき、軟Ｘ線源の寿命を長くできる。また、フィラメント以外の電子源を使用する場合においても、その動作に適した温度環境下に電子源を配置できる。
【００１７】
また、イオン移動度計は、電子源が冷陰極を含むことを特徴としてもよい。これにより、電子源としてフィラメントを用いる場合と比較して電子源の温度上昇を低く抑えることができるので、イオン化室内の温度上昇を防ぎ、イオン化反応を安定して発生させることができる。また、イオン化室に続くドリフト室の温度上昇を抑え、計測精度を高めることができる。
【００１８】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源が、電子源から出射された電子線を偏向させる偏向部を更に含むことを特徴としてもよい。この偏向部を用いて電子線を走査することにより、ターゲット部において極めて短い時間幅の（時間的パルス状の）軟Ｘ線を生成できるので、時間的にパルス状となった試料分子イオンが容易に得られる。これにより、試料分子イオンを時間的パルス状に出射するためのゲートシャッタが不要になり、構造を簡素化できる。
【００１９】
また、イオン移動度計は、本体部が、ベースガスをイオン化室内に導入する第１の導入口、及び試料分子をイオン化室内に導入する第２の導入口を有し、第２の導入口が、第１の導入口に対して排出口寄りに設けられていることを特徴としてもよい。第１の導入口から導入されたベースガスは、イオン化された後、排出口へ向けて移動する。このイオン移動度計では、第２の導入口が第１の導入口に対して排出口寄りに設けられているので、ベースガスを先にイオン化し、その下流で試料分子とベースガスイオンとを反応させることができ、試料分子をより効率よくイオン化できる。
【００２０】
また、本発明によるイオン移動度計測方法は、イオン化室内に試料分子及びベースガスを導入し、ベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成し、試料分子イオンの移動度を計測する方法において、軟Ｘ線の強度を調整することにより、イオン化室内におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づけることを特徴とする。
【００２１】
上記したイオン移動度計測方法では、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。これにより、放射線を利用する場合と比較して安全性が高く、また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、試料の分解、及びドリフト室等の電界への影響などを好適に抑制でき、試料分子を効率よくイオン化できるイオン移動度計測方法を提供できる。
【００２２】
また、上記したイオン移動度計測方法では、軟Ｘ線の強度を調整することにより、イオン化室内におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づける。これにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを調整し、試料分子イオンに起因する出力信号波形を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法によれば、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成することによって、安全性が高く、装置の汚染、及び試料の分解などを抑制でき、かつイオン化室内でのイオンの制御や反応を好適に行える為、試料分子を効率よくイオン化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態として、イオン移動度計（ＩＭＳ：Ion Mobility Spectrometer）１の構成を示す断面図である。なお、図１には、説明のためＸＹＺ直交座標系が示されている。イオン移動度計１は、気体成分などの試料分子をイオン化した後、その試料分子イオンを電場のかかった気体中で飛行させ、その移動速度の違いにより試料分子イオンを計測するための装置である。
【００２６】
図１を参照すると、本実施形態のイオン移動度計１は、イオン化装置２、保温容器８、及びドリフト管１０を備える。イオン化装置２は、イオン化室２０に導入された窒素等のベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）により試料分子イオンを生成する装置である。
【００２７】
図２は、イオン化装置２の構成を示す断面図である。イオン化装置２は、イオン化室２０を有する本体部２１と、軟Ｘ線管３と、電極４及び５と、シール機構６とを備える。
【００２８】
イオン化室２０は、ベースガスをイオン化するとともにベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すための空間であり、ほぼ大気圧に保たれている。イオン化室２０は、一端に開口２１ａを有し、他端に開口２１ｂを有する筒状の本体部２１内に形成されており、所定の軸方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延びている。なお、本実施形態においては、本体部２１として、ＹＺ平面における外周断面形状が円形であり、内周断面形状が矩形や円形である筒状部材を用いている。本体部２１は、電気絶縁性材料からなる。
【００２９】
本体部２１には、導入口２２ａ，２２ｂ及び排出口２３が更に形成されている。導入口２２ａは、本実施形態における第１の導入口であり、イオン化室２０の内部にベースガスを導入するための開口である。また、導入口２２ｂは、本実施形態における第２の導入口であり、イオン化室２０の内部に試料分子を導入するための開口である。導入口２２ａ及び２２ｂは、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に並んで形成されており、導入口２２ｂが、導入口２２ａに対して排出口２３寄りに設けられている。また、導入口２２ａ及び２２ｂの中心軸方向は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）と交差する方向（本実施形態ではＹ軸方向）に設定されている。
【００３０】
排出口２３は、イオン化室２０において生成された試料分子イオンを排出するための開口である。排出口２３は、本体部２１において、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の一端に形成されており、本実施形態では、開口２１ａが排出口２３となっている。イオン化室２０は、排出口２３を通してドリフト室１１（図１参照）と連通している。
【００３１】
軟Ｘ線管３は、イオン化室２０の内部へ軟Ｘ線を照射するための軟Ｘ線源であり、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。本実施形態の軟Ｘ線管３は、本体部２１においてイオン化室２０の他端側の開口２１ｂと連通する軟Ｘ線管挿入口２４に取り付けられ、その軟Ｘ線出射軸線がイオン化室２０の中心軸線Ａと同軸となるように本体部２１に固定されている。軟Ｘ線管３は、真空容器３０、電子源３１、及びターゲット部３２を有する。
【００３２】
真空容器３０は、電子源３１及びターゲット部３２を収容するための容器である。本実施形態の真空容器３０は、軟Ｘ線出射軸方向（Ｘ軸方向）を長手方向とする筒状を呈しており、気密に封止され内部を真空状態に保っている。
【００３３】
電子源３１は、熱電子や光電子といった電子を放出するための部分である。電子源３１は、真空容器３０の長手方向の一端側（イオン化室２０から離れた側）に配置されている。本実施形態の電子源３１は、フィラメント３１ａと、電子を収束し加速するための図示しない電極とを含んで構成される。なお、電子源３１は、フィラメント３１ａに代えて例えば冷陰極等を備えても良い。
【００３４】
また、軟Ｘ線管３は、次のような構成を有することによって、軟Ｘ線の照射量を増減可能となっている。例えば、電子源３１から放出される電子線量が可変となっている。このような構成を実現するための例としては、例えば図３のように、フィラメント３１ａ用の電源８１を接続し、フィラメント３１ａに供給する電圧を可変したり、逆に電圧を固定し電流値を可変する事で電子線量を可変できる。また、軟Ｘ線管３では、電子源３１から電子線が出射される際の加速電圧が可変となっている。このような構成を実現するための例としては、例えば図３のように、電源８１に加え、フィラメント３１ａからの電子をターゲット部３２に加速するための電源８２を接続し、電源８２の電圧を可変すれば良い。更に電圧の可変幅を広げたい場合は、図４に示すように、ブリーダ回路基板１８に電圧を供給するための電源８３を更に接続してもよい。
【００３５】
ターゲット部３２は、電子源３１からの電子を受けて軟Ｘ線を発生するための部分である。ターゲット部３２は、真空容器３０の長手方向の他端側（イオン化室２０に近い側）に配置されている。ターゲット部３２は、電子の衝突により軟Ｘ線を放出するタングステン等からなるターゲット３２ａと、該ターゲット３２ａに電位を与えるターゲット電極３２ｂとを含む。ターゲット電極３２ｂは、ターゲット３２ａの外周を囲むフランジ状に形成されており、真空容器３０の他端に封着されて固定されている。
【００３６】
また、軟Ｘ線管３は、図示しない窓材を更に有する。この窓材は、ターゲット部３２から放出された軟Ｘ線を透過して真空容器３０の外部（すなわちイオン化室２０の内部）へ出射するための部材である。窓材は、例えばアルミニウム、チタン、ベリリウム、シリコン、または窒化シリコン等の軟Ｘ線を透過する材料からなる。特に、窓材がシリコン及び窒化シリコンのうち少なくとも一方を含むことにより、通常の軟Ｘ線管と比較して更に小さなエネルギーＳｉの示性Ｘ線も多く放射できる。窓材には、窓用電極（ターゲット電極３２ｂが兼ねてもよい）により所定の電位が与えられる。なお、窓用電極がターゲット電極３２ｂとは別に設けられる場合には、窓用電極とターゲット電極３２ｂとを短絡し、同電位とするとよい。
【００３７】
電極４は、本実施形態における第１の電極である。電極４は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の一端側に設けられている。電極４は、イオン化室２０の排出口２３（開口２１ａ）を覆うように設けられており、イオン化された試料分子を通過させる開口４１を有する。本実施形態の電極４は、網状（メッシュ状）に形成されたメッシュ部４２を有しており、該メッシュ部４２に形成された多数の隙間が、開口４１を構成している。
【００３８】
電極５は、本実施形態における第２の電極である。電極５は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の他端側に設けられており、終端電極として機能する。電極５は、イオン化室２０の開口２１ｂ（軟Ｘ線入射口）に設けられており、軟Ｘ線を通過させる開口５１を有する。電極５は、電極４と協働して、試料分子イオンを排出するための電界をイオン化室２０内に形成する。また、電極５は、軟Ｘ線管３のターゲット電極３２ｂと接している。これにより、ターゲット電極３２ｂと電極５とが互いに短絡し、同電位となっている。なお、電極５とターゲット電極３２ｂとの短絡は、互いに直に接する以外にも、例えば導電性の配線やばね材などを介して実現されてもよい。
【００３９】
また、本実施形態のイオン化装置２は、電極４及び５に加え、更に中間電極７１〜７３を有する。中間電極７１〜７３は、電極４と電極５との間に並んで配置されており、電極４及び５と協働してイオン化室２０の内部に電界を形成する。そのため、電極４、７１、７２、７３、５の順に電位が次第に高くなる（または次第に低くなる）ように、各電極に電位勾配が与えられる。例えば、図２では、電極４、７１、７２、７３、及び５は、この順で分圧抵抗（図４参照）により電気的に接続されている。分圧抵抗は、ブリーダ回路基板１８上に形成された薄膜状の抵抗体であり、リード端子を介して電極４、７１〜７３、及び５に電気的に接続される。これにより、イオン化室２０の内部に上述したような電界が形成される。この電界により、試料分子イオンは排出口２３へ向けて移動する。
【００４０】
シール機構６は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられ、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間を封止することにより、イオン化室２０を気密に保つための機構である。シール機構６は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられイオン化室２０を気密に保つシール部材６０を有する。シール部材６０としては、例えばＯリングやガスケットが用いられるが、イオン移動度計１を高温環境下で用いる場合を考慮し、耐熱性が高くガス放出が少ない例えばパーフロロ系のＯリングを用いると尚良い。
【００４１】
また、シール機構６は、本体部２１に固定され、軟Ｘ線管挿入口２４と連通しており、Ｘ軸の正側からシール部材６０を支持する筒状の支持部材６１と、支持部材６１に内側から螺合してＸ軸方向に移動可能な筒状の移動部材６２と、移動部材６２及びシール部材６０の間に配置され、Ｘ軸の負側からシール部材６０に当接する環状部材６３とを有する。このシール機構６においては、移動部材６２を回転させてＸ軸正方向へ移動させることにより、支持部材６１と環状部材６３とによってシール部材６０が軟Ｘ線管３の真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００４２】
再び図１を参照する。ドリフト管１０の内部は空洞になっており、ドリフト室１１を構成している。ドリフト室１１は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に延びており、その一端側がイオン化室２０に連通し、イオン化室２０内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管１０は、複数のリング状の電極１２と、複数のリング状の電気絶縁体１３とを含んでおり、電極１２と電気絶縁体１３とが交互に積層された構成となっている。即ち、隣り合う電極１２の間に電気絶縁体１３が配置され、電極１２同士は電気絶縁体１３により電気的に絶縁された状態にある。複数の電極１２は、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室１１内に形成する。
【００４３】
ドリフト管１０の一端側には、ゲートシャッターとしてのゲート電極１４が設けられている。ゲート電極１４としては、例えばブラッドバリー−ニールセン・シャッター（Bradbury-Nielsen shutter）を用いることができる。ゲート電極１４は、印加される電位が変化することにより試料分子イオンを通過させるものであり、一対の電極を含んでいる。そして、この一対の電極間の電位差が０になると、試料分子イオンの通過が許容される。また、当該電位差が０より大きい所定の値になると、試料分子イオンの通過が禁止される。従って、ゲート電極１４にパルス状の信号を供給し、所定の時間、一対の電極間の電位差を０とすることにより、当該所定の時間だけ試料分子イオンがゲート電極１４を通過することとなる。
【００４４】
ドリフト管１０の他端側には、導電性の基板１５が設けられている。基板１５には、試料分子イオンを収集するための集電極１６と、ドリフトガスをドリフト室１１内に導入するドリフトガス導入管１７とが配置されている。
【００４５】
ゲート電極１４、複数の電極１２、並びに集電極１６には、イオン化装置２の電極４に続いて電位が次第に高くなる（または次第に低くなる）ように電位勾配が与えられる。図１では、ゲート電極１４、複数の電極１２、並びに集電極１６は、ブリーダ回路基板１８上の分圧抵抗により、この順で電気的に接続されている。これにより、イオン化室２０からドリフト室１１にわたって電界が形成される。この電界により、試料分子イオンは、イオン化室２０からドリフト室１１へ移動し、ドリフト室１１内を集電極１６へ向けて移動する。
【００４６】
保温容器８は、イオン化室２０及びドリフト室１１を高温に保持するための容器である。保温容器８は、その壁材に断熱部材９を有し、イオン化装置２の本体部２１、及びドリフト管１０を収容している。軟Ｘ線管３は、保温容器８に設けられた開口部に挿通されており、電子源３１は保温容器８の外部に位置している。保温容器８の内部には、図示しない熱源が設けられる。
【００４７】
次に、本発明によるイオン移動度計測方法の一実施形態について、上記したイオン移動度計１の動作とともに説明する。
【００４８】
図５は、本実施形態のイオン移動度計測方法に関するフローチャートである。まず、ステップＳ１として、電極４，５に所定の電圧を印加し、電極４と電極５との間に電位差を与える。これにより、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に沿った電界がイオン化室２０の内部に形成される。なお、このとき、イオン化室２０の内部において正の試料分子イオンが生成される場合には、電極４の電位が電極５の電位よりも低く設定される。逆に、負の試料分子イオンが生成される場合には、電極４の電位が電極５の電位よりも高く設定される。
【００４９】
続くステップＳ２として、導入口２２ａからイオン化室２０の内部にベースガス（窒素ガス等）を導入し、導入口２２ｂからイオン化室２０の内部に試料分子を導入する。そして、ステップＳ３として、軟Ｘ線管３からベースガスに軟Ｘ線を照射し、ベースガスイオンを生成する。このベースガスイオンが上記電界に従ってＸ軸正方向へ移動すると、ベースガスイオンは導入口２２ｂから導入された試料分子と混ざり合う。そして、ステップＳ４として、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）や電子付加などにより、試料分子イオンを生成する。このときの反応は、真空紫外光（ＶＵＶ）により試料分子が直接的にイオン化される光イオン化とは異なる。また、イオン化効率を高める目的で、イオン化され易いドーバントガスをベースガスに含ませてもよい。また、試料分子は、気体の他、ナノパーティクルやＰＭ等の微粉末固体であってもよい。
【００５０】
試料分子イオンは、電極４，５によって形成された電界によって加速され、排出口２３に設けられた電極４のメッシュ部４２の開口４１を通過して、ドリフト室１１へ向けて放出される。このとき、試料分子イオンと共に、ベースガスイオンの余剰分や残余ガス等もドリフト室１１側へ向けて放出される。ベースガスイオンの余剰分や残余ガス等は導入口１７より導入されるドリフトガスと衝突し、排出口１１ａより系外に排出される。この排出口１１ａはイオン化室２０の所定の軸方向からみて内周上に９０°間隔で形成されている。また、ガスの排気を保温容器８内へ行うのではなく、排出口１１ａを図示しないパイプに連結し、ガスを保温容器８外に放出してもよい。なお、排出口１１ａは複数形成に限らず、単一の排出口で形成されてもよく、その形状もパイプの連結等に好ましい丸孔形状でも良い。試料分子イオンをドリフト室１１へ向けて放出する際の推進力としては、メッシュ部４２前後の電界を利用してもよく、或いは、イオン化室２０に供給される不活性ガスの流れを利用してもよい。また、排出口２３は、本実施形態とは異なる位置及び角度で設けられても良い。なお、正イオンが生成される場合、イオン化により生じた電子は電極５に捕集される。
【００５１】
続くステップＳ５として、イオン化室２０から放出された試料分子イオンを、ゲート電極１４にパルス状の電圧を印加して電位を変化させることで、ドリフト室１１内に導入する。ドリフト室１１に導入されたパルス状のイオン群は、ドリフトガス導入管１７より導入されたドリフトガスの分子の影響を受けることで時間的遅れを持って移動し、ドリフト室１１内に形成されたほぼ均一の電界に沿って集電極１６に到達する。集電極１６に到達したイオン群は、パルス状の電気信号として出力される。ステップＳ６では、この電気信号の信号波形を取得する。この信号波形は、ゲート電極１４から集電極１６までの到達時間（飛行時間）と、集電極１６に到達したイオンの量との相関を表す。
【００５２】
続くステップＳ７では、集電極１６から得られた電気信号波形において、ベースガスイオンに基づく信号波形が、試料分子イオンに基づく信号波形を認識可能な程度に十分に小さいか否かを検討する。ここで、図６（ａ）〜（ｃ）は、ベースガスイオン及び試料分子イオンに基づく各信号波形の典型例を示すグラフである。なお、図６（ａ）〜（ｃ）において、縦軸は集電極１６から得られる信号量（電圧など）を示しており、横軸は到達時間（飛行時間）を示している。また、図６（ａ）〜（ｃ）において、グラフＧ１はベースガスイオンに基づく信号波形を示しており、グラフＧ２は試料分子イオンに基づく信号波形を示している。
【００５３】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各イオンに基づく信号波形は、空間電荷効果や拡散効果によって半値幅が拡がり、低電圧部で裾を引いたような形状を呈している。イオン化室２０に導入された試料分子の量と比較してベースガスイオンが過剰に生成されてしまうと、図６（ａ）に示すように、ベースガスイオンの信号波形Ｇ１の裾部に試料分子イオンの信号波形Ｇ２が隠れてしまい、信号波形Ｇ２を認識することが困難となる。このような現象は、ベースガスイオン及び試料分子イオンそれぞれの移動度（すなわち到達時間）が互いに近い場合に特に顕著となる。
【００５４】
従って、ベースガスイオンの信号波形が過大であるため試料分子イオンの信号波形を認識することが困難である場合には、ステップＳ８として、例えば電子源３１の電子線量や加速電圧を調整することにより、軟Ｘ線の強度（照射量）を調整する。すなわち、軟Ｘ線管３からの軟Ｘ線の強度（照射量）を低下させることによってベースガスイオンの生成量を減少させる。これにより、ベースガスイオンによる空間電荷効果等が低減され、信号波形Ｇ１の半値幅が改善される。また、イオン化室２０から放出されるベースガスイオンの余剰分も減少する。従って、図６（ｂ）に示すように、試料分子イオンの信号波形Ｇ２を容易に識別できるようになる。但し、試料分子イオンの生成量も低下するので、信号波形に対する増幅率を大きくする必要がある。
【００５５】
また、軟Ｘ線管３からの軟Ｘ線の強度（照射量）を更に低下させると、ベースガスイオンの生成量が更に減少し、殆どのベースガスイオンが試料分子と反応する。このため、ベースガスイオンは殆ど残らず、図６（ｃ）に示すように、試料分子イオンの信号波形Ｇ２のみが明確に現れることとなる。但し、この場合においても、試料分子イオンの生成量が更に低下するので、信号波形に対する増幅率を更に大きくする必要がある。
【００５６】
ステップＳ８では、上記のような軟Ｘ線強度の調整によって、イオン化室２０におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づけることにより、イオン分子反応に供されるベースガスイオンの比率を高め、試料分子イオンの信号波形Ｇ２を明確化する。
【００５７】
ステップＳ８において軟Ｘ線強度を調整した後、再びステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。そして、ステップＳ７において、ベースガスイオンに基づく信号波形が、試料分子イオンに基づく信号波形を認識可能な程度に十分に小さいと判定されると、続くステップＳ９では、集電極１６から得られた電気信号波形に基づいて、ゲート電極１４から集電極１６までの到達時間（飛行時間）、集電極１６に到達した試料分子イオンの量などの情報を取得する。そして、到達時間からイオン移動度を求め、試料分子を同定する。また、電気信号の応答波形の積分値もしくはピーク値から、試料分子を定量する。
【００５８】
以上に説明した本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法による効果について説明する。本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法においては、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。従って、放射性同位元素から放射される放射線やコロナ放電を利用した従来のイオン化装置に対し、次の利点を有する。すなわち、軟Ｘ線を利用してイオン化を行うことにより、放射性同位元素を利用する場合と比較して安全性が高く、管理者の設置や使用空間の限定等が必要なく扱いやすい。また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、試料の分解、及びイオン化室内の電界への影響などを好適に抑制でき、試料分子を効率よくイオン化できる。
【００５９】
また、コロナ放電を利用する方式では、放電用電極の電圧が極めて高いので、それによる電界がイオン化反応空間内に形成されてしまい、イオンの挙動がその電界に影響され、イオンの流れを制御することが難しい。なお、この電界による影響を防ぐため、ある程度隔離された別の空間においてコロナ放電によりベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンをイオン化室へ送り込む方法もある。しかし、この場合、イオン化室においてベースガスイオンを速やかに拡散させなければ、イオン化室内で均一に且つ速やかに試料分子をイオン化することは難しく、イオン化効率も低下してしまう。
【００６０】
これに対し、軟Ｘ線を用いる本実施形態のイオン移動度計１によれば、イオン化室２０に形成される電界（イオンと電子とを分離するための電界）を低くでき、また、電界が形成されていなくとも動作できる。また、軟Ｘ線の放射範囲は広いので、広範囲にわたってベースガスを効率よく電離させることができる。従って、イオン化室２０において速やかに均一な反応が可能となり、イオン化効率を向上できる。
【００６１】
また、本実施形態のイオン移動度計１においては、軟Ｘ線管３が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。これにより、上記イオン移動度計測方法において説明したような軟Ｘ線強度の調整が可能となる。そして、本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法によれば、軟Ｘ線の照射量を増減することにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを容易に調整できるので、図６（ｂ）及び（ｃ）に示したように、試料分子イオンに起因する出力信号波形Ｇ２を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【００６２】
また、本実施形態のように、ターゲット電極３２ｂと電極５とは互いに短絡されていることが好ましい。これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極３２ｂの電位を電極５と同じ正電位（例えば＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極３２ｂの電位の分だけフィラメント３１ａの電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。これにより、一般的に高圧となる軟Ｘ線管３内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線管３と接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００６３】
また、本実施形態のイオン移動度計１は保温容器８を備え、電子源３１が保温容器８の外部に位置している。イオン移動度計においては、イオン化促進やクラスター化防止、或いは試料分子による汚染防止のため、イオン化室２０及びドリフト室１１の内部を加熱する場合がある。このような場合、本実施形態のように軟Ｘ線管３の電子源３１を保温容器８の外部に配置することが好ましい。電子源３１がフィラメントを含む場合には、フィラメントを保温容器８の外部に配置することで熱による消耗や断線を抑制でき、軟Ｘ線管３の寿命を長くできる。また、フィラメント以外の電子源を使用する場合においても、その動作に適した温度環境下に電子源を配置できる。
【００６４】
また、本実施形態のように、イオン化装置２は、ベースガスを導入する導入口２２ａと、試料分子を導入する導入口２２ｂとを有し、導入口２２ｂが、導入口２２ａに対して排出口２３寄りに設けられていることが好ましい。これにより、ベースガスを先にイオン化し、その下流で試料分子とベースガスイオンとを反応させることができるので、試料分子をより効率よくイオン化できる。
【００６５】
（変形例）
次に、上記実施形態によるイオン移動度計１の様々な変形例について説明する。
【００６６】
図７は、上記実施形態の第１変形例に係るイオン化装置２ａの構成を示す断面図である。イオン化装置２ａのシール機構６ａは、上記実施形態のシール部材６０（図２参照）に代えてシール部材６４を有する。シール部材６４は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられイオン化室２０を気密に保つための部材である。本変形例のシール部材６４は、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されており、軟Ｘ線管３の真空容器３０に巻きつけられている。そして、シール部材６４は、支持部材６１と環状部材６３とによって両側から締め付けられることにより、真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００６７】
図８は、上記実施形態の第２変形例に係るイオン化装置２ｂの構成の要部を示す断面図である。イオン化装置２ｂは、上記実施形態のシール機構６（図２参照）に代えてシール機構６ｂを備える。シール機構６ｂは、シール部材６５を有する。本変形例のシール部材６５は、図７に示したシール部材６４と同様、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されている。シール部材６５は、軟Ｘ線管３の真空容器３０と絶縁材の軟Ｘ線管挿入口２４との隙間に配置されている。
【００６８】
また、シール機構６ｂは、本体部２１に固定され、軟Ｘ線管挿入口２４と連通する筒状の部材６６と、部材６６に内側から螺合してＸ軸方向に移動可能な筒状の移動部材６７と、シール部材６５と部材６７との間に配置された絶縁材のスペーサ６８とを有する。シール部材６５は、真空容器３０のフランジ部分とスペーサ６８とに挟まれており、スペーサ６８によって締め付けられ、真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００６９】
図９は、上記実施形態の第３変形例に係るイオン化装置２ｃの構成の要部を示す断面図である。イオン化装置２ｃは、上記実施形態のシール機構６（図２参照）に代えてシール機構６ｃを備える。シール機構６ｃは、シール部材６９を有する。本変形例のシール部材６９は、金属または炭素系材料を含む環状の部材、例えばポリイミドのような耐熱性高分子の表面に導電体を形成したり、もしくは内部にカーボンやＣＮＴ等を混合した材料からなる環状の部材であり、軟Ｘ線管３のターゲット電極３２ｂのフランジ部分とイオン化室２０の壁部との間に配置されている。
【００７０】
また、シール機構６ｃは、上記したシール機構６ｂ（図８参照）と同様に、部材６６、移動部材６７、及びスペーサ６８を有する。そして、スペーサ６８によって真空容器３０のフランジ部分が押さえ付けられることにより、シール部材６９が潰され、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止されるとともに、ターゲット電極３２ｂと電極５とがシール部材６９を介して短絡される。
【００７１】
第１、第２変形例（図７、図８）に示したように、シール部材は、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されてもよい。或いは、第３変形例（図９）に示したように、シール部材は、金属または炭素系材料を含む部材であってもよい。これらのいずれかによって、例えば３００℃前後といった高温環境下においても、シール部材からのガス放出を極めて少なくでき、シール部材の熱分解も生じないので、イオン化室２０の気密状態を好適に維持できる。また、軟Ｘ線管３も容易に交換可能となる。
【００７２】
図１０は、上記実施形態の第４変形例に係るイオン化装置２ｄの構成を示す断面図である。イオン化装置２ｄが備える軟Ｘ線管３ａは、上記実施形態の電子源３１に代えて、電子源３４を有する。電子源３４は、真空容器３０の長手方向の一端側（イオン化室２０から離れた側）に配置されており、冷陰極３４ａと、電子を収束し加速するための図示しない電極とを含んで構成される。
【００７３】
このように、電子源として冷陰極３４ａを用いることにより、電子源としてフィラメント３１ａ（図２参照）を用いる場合と比較して電子源の温度上昇を低く抑えることができるので、イオン化室２０内部の温度上昇を防ぎ、イオン化反応を安定して発生させることができる。また、イオン化室２０に続くドリフト室１１（図１参照）の温度上昇を抑え、計測精度を高めることができる。
【００７４】
図１１は、上記実施形態の第５変形例に係るイオン化装置２ｅの構成を示す断面図である。イオン化装置２ｅが備える軟Ｘ線管３ｂは、上記実施形態の軟Ｘ線管３の構成に加え、更に偏向部３５を有する。偏向部３５は、電子源３１から出射された電子を走査するための走査用電極であり、軟Ｘ線出射軸線Ａに沿って真空容器３０の内部に設けられる。ターゲット部３２へ向けて出射される電子を偏向部３５が走査することにより、ターゲット部３２において極めて短い時間幅の（時間的パルス状の）軟Ｘ線が生成される。従って、イオン化室２０において時間的パルス状の試料分子イオンが容易に得られる。これにより、試料分子イオンを時間的パルス状に出射するためのゲートシャッタ（図１に示したゲート電極１４など）が不要になり、イオン移動度計の構造を簡素化できる。なお、電子源３１に加速電圧をパルス状に印加することによっても、パルス状の軟Ｘ線を得ることができる。
【００７５】
図１２は、上記実施形態の第６変形例に係るイオン化装置２ｆの構成を示す断面図である。この変形例に係るイオン化装置２ｆは、軟Ｘ線管３及び電極５の表面を除くイオン化室２０の内面が全て絶縁性部材からなっている。具体的には、イオン化装置２ｆは、中間電極７５〜７７を備えている。本変形例の中間電極７５〜７７は、そのイオン化室２０側の端部７５ａ〜７７ａが、絶縁性部材からなる本体部２１によって完全に覆われている。
【００７６】
また、イオン化装置２ｆは、第１の電極として電極４ａを備える。電極４ａは、イオン化室２０の排出口２３に設けられており、試料分子イオンを通過させる開口４５を有する。開口４５の内面（端面）は、排出口２３の中心軸線（イオン化室２０の中心軸線Ａ）を基準として排出口２３の内面（所定の軸方向（Ｘ軸方向）に沿ったイオン化室２０の内面）よりも外側に位置している。すなわち、所定の軸方向（Ｘ軸方向）から見て開口４５は排出口２３よりも広く形成されており、排出口２３の縁が開口４５の内側に位置するようにそれぞれ配置されている。また、電極４ａは、メッシュ部を有していない。このため、電極４ａは、排出口２３を全く覆っていない。
【００７７】
この変形例のように、中間電極７５〜７７の端部７５ａ〜７７ａが絶縁性部材（本体部２１）に覆われ、開口４５の内面が排出口２３の内面よりも外側に位置することにより、中間電極７５〜７７や電極４ａには軟Ｘ線が殆ど照射されないので、二次電子の発生を効果的に抑制できる。このように、軟Ｘ線管３及び電極５の表面を除くイオン化室２０の内面を全て絶縁性部材とすれば、イオン化室２０において軟Ｘ線の照射により二次電子が放出されることを効果的に抑制できるので、正の試料分子イオンを発生させる場合に、試料分子イオンの中性分子化（中和）を低減し、イオン密度を更に高めることができる。
【００７８】
なお、電極４ａの開口４５は、その内面（端面）が排出口２３の内面と連続していてもよい。具体的には、所定の軸方向（Ｘ軸方向）から見て開口４５が排出口２３と同じ形状に形成されており、互いの縁が重なるようにそれぞれ配置されていてもよい。このような構成によっても、二次電子の放出を効果的に抑制できる。
【００７９】
本発明によるイオン移動度計及びイオン移動度計測方法は、上記した各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態において、軟Ｘ線管３の軟Ｘ線出射軸方向はイオン化室２０の所定の軸方向と一致しているが、図１３のように軟Ｘ線源の軟Ｘ線出射軸方向はイオン化室の所定の軸方向に対して交差してもよい。また、軟Ｘ線出射軸方向がイオン化室２０の所定の軸方向と交差した軟Ｘ線源と、軟Ｘ線出射軸方向がイオン化室の所定の軸方向に対して一致する軟Ｘ線源の両者を備えていてもよい。また、導入口２２ａ，２２ｂの中心軸方向についても同様に、所定の軸方向と交差する形態に限られるものではなく、所定の軸方向と一致してもよい。
【００８０】
また、上記実施形態において、ベースガス及び試料分子はそれぞれ別の導入口２２ａ，２２ｂから導入されているが、ベースガス及び試料分子は図１３のように一つの導入口から共に導入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態として、イオン移動度計の構成を示す断面図である。
【図２】イオン移動度計が備えるイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図３】軟Ｘ線の照射量を増減可能とする構成の例を示す図である。
【図４】軟Ｘ線の照射量を増減可能とする構成の他の例を示す図である。
【図５】イオン移動度計測方法に関するフローチャートである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）ベースガスイオン及び試料分子イオンに基づく各信号波形の典型例を示すグラフである。
【図７】第１変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図８】第２変形例に係るイオン化装置の構成の要部を示す断面図である。
【図９】第３変形例に係るイオン化装置の構成の要部を示す断面図である。
【図１０】第４変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１１】第５変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１２】第６変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…イオン移動度計、２，２ａ〜２ｆ…イオン化装置、３，３ａ，３ｂ…軟Ｘ線管、４，５…電極、６，６ａ〜６ｃ…シール機構、８…保温容器、９…断熱部材、１０…ドリフト管、１１…ドリフト室、１２…電極、１３…電気絶縁体、１４…ゲート電極、１５…基板、１６…集電極、１７…ドリフトガス導入管、１８…ブリーダ回路基板、２０…イオン化室、２１…本体部、２２ａ，２２ｂ…導入口、２３…排出口、３０…真空容器、３１，３４…電子源、３２…ターゲット部、３５…偏向部、６０…シール部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン移動度計およびイオン移動度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気圧環境下で用いられるイオン移動度計は、試料分子をイオン化するため、一般的に、例えば放射性同位元素から放射される放射線を利用したイオン化装置や、コロナ放電を利用したイオン化装置などを備えている。また、特許文献１には、軟Ｘ線を用いて試料分子をイオン化する装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６８０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、放射線を利用するイオン化装置は、安全性が低いため、使用条件の規制や厳しい管理条件が存在する。また、コロナ放電を利用するイオン化装置は、放電の際の電極欠損に伴う汚染やイオン化効率の劣化、或いは試料の分解といった問題を有する。しかも、針状の電極の電圧が高く筐体との電位差が大きい上に、その構造から局部的に強い電界が形成される為、イオン化室内に形成されたイオンの挙動がその電界に影響され、制御がし難い。また、イオン化できる領域が電極の先端付近に限られており、効率よく試料をイオン化することが難しい。
【０００４】
なお、特許文献１には、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応による試料分子イオンの生成に関しては記載されていない。
【０００５】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成することによって、安全性が高く、装置の汚染、試料の分解などを抑制でき、試料分子を効率よくイオン化し、制御できるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明によるイオン移動度計は、試料分子をイオン化するイオン化装置と、イオン化された試料分子の移動度を計測するドリフト室とを備え、イオン化装置が、ベースガスをイオン化するとともに該ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室、ベースガス及び試料分子をイオン化室内に導入する一または複数の導入口、及び、イオン化された試料分子をドリフト室へ排出する排出口を有する本体部と、電子源、及び該電子源からの電子線を受けて軟Ｘ線を発生するターゲット部を含み、イオン化室内へ軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線源とを有し、軟Ｘ線源が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記したイオン移動度計では、イオン化装置において、次の動作が行われる。すなわち、導入口からイオン化室内に試料分子が導入され、同じ導入口または異なる導入口からベースガス（窒素ガス等）が導入される。ベースガスに軟Ｘ線が照射されるとベースガスがイオン化され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）により、試料分子がイオン化される。こうして生成された試料分子イオンは、排出口からドリフト室へ排出される。
【０００８】
上記したイオン移動度計では、上述したように軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。これにより、放射線を利用する場合と比較して安全性が高く、また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、及び試料の分解などを好適に抑制でき、かつイオン化室内でのイオンの制御や反応を好適に行える為、試料分子を効率よくイオン化できるイオン移動度計を提供できる。
【０００９】
また、上記したイオン移動度計では、軟Ｘ線源が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を利用したイオン移動度計においては、ベースガスイオンが試料分子に対して過剰に生成されてしまうと、試料分子イオンに起因する出力信号波形が、ベースガスイオンに起因する出力信号波形に隠れてしまい、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することが難しくなる。なお、この問題は、ベースガスイオンの移動度と試料分子イオンの移動度とが互いに近い場合に特に顕著となる。上記したイオン移動度計によれば、軟Ｘ線の照射量を増減することにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを容易に調整できるので、試料分子イオンに起因する出力信号波形を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【００１０】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源において、電子源から出射される電子線量が可変であることを特徴としてもよい。或いは、イオン移動度計は、軟Ｘ線源において、電子源からターゲット部への電子線の加速電圧が可変であることを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方によって、軟Ｘ線の照射量が増減可能な軟Ｘ線源を好適に構成できる。
【００１１】
また、イオン移動度計は、イオン化装置が、イオン化された試料分子を通過させる開口を有し、排出口に設けられた第１の電極と、試料分子イオンを排出するための電界を第１の電極との間に形成する第２の電極とを有し、ターゲット部に設けられた電極と第２の電極とが互いに短絡されていることを特徴としてもよい。これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極の電位を第２の電極と同じ正電位（例えば、接地電位に対して＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極の電位の分だけ電子源の電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。従って、一般的に高圧となる軟Ｘ線源内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線源と近接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００１２】
また、イオン移動度計は、イオン化装置が、イオン化された試料分子を通過させる開口を有し、排出口に設けられた第１の電極と、試料分子イオンを排出するための電界を第１の電極との間に形成する第２の電極と、ターゲット部に設けられた電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部とを有することを特徴としても良い。これにより、イオン化室内に所望の電界を形成することができる。また、さらに制御部は、ターゲット部に設けられた電極と第２の電極とを同電位に制御してもよく、これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極の電位を第２の電極と同じ正電位（例えば、接地電位に対して＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極の電位の分だけ電子源の電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。従って、一般的に高圧となる軟Ｘ線源内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線源と近接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００１３】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源及び第２の電極それぞれの表面を除くイオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴としてもよい。これにより、イオン化室内において軟Ｘ線の照射により二次電子が放出されることを効果的に抑制できるので、正の試料分子イオンを発生させる場合に、試料分子イオンの中性分子化（中和）を抑え、試料分子イオンのイオン密度を更に高めることができる。この場合、イオン移動度計は、第１の電極と第２の電極との間に中間電極を更に備え、中間電極のイオン化室側の端部が絶縁性部材に覆われていてもよい。これにより、第１の電極と第２の電極との間の電界をより効果的に形成できるとともに、中間電極からの二次電子の放出を効果的に抑制できる。また、第１の電極の開口の内面が、イオン化室の排出口の内面と連続しているか、或いは、排出口の中心軸を基準として排出口の内面よりも外側に位置してもよい。これにより、第１の電極からの二次電子の放出を効果的に抑制できる。
【００１４】
また、イオン移動度計は、第１の電極と第２の電極との間に中間電極を更に備え、軟Ｘ線源、第２の電極、及びイオン化室の内面から突出している中間電極のイオン化室側の端部のそれぞれの表面を除くイオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴としてもよい。これにより、中間電極に軟Ｘ線が照射されて二次電子が多く放出されるので、負の試料分子イオンを発生させる場合にイオンの生成を助け、イオン密度を高めることができる。
【００１５】
また、イオン移動度計は、イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、シール部材が、軟Ｘ線源の周囲に設けられ、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含むことを特徴としてもよい。或いは、シール部材が、Ｘ線源とイオン化室との間に設けられた金属または炭素系材料を含む環状部材であることを特徴としてもよい。これにより、例えば３００℃前後といった高温環境下においても、シール部材からのガス放出が極めて少なく、シール部材の熱分解も生じないので、イオン化室の気密状態を好適に維持できる。
【００１６】
また、イオン移動度計は、本体部を収容して高温に保持する保温容器を更に備え、電子源が保温容器の外部に位置することを特徴としてもよい。イオン移動度計においては、イオン化促進やクラスター化防止、或いは試料による汚染防止のため、イオン化室及びドリフト室を加熱する場合がある。このような場合、軟Ｘ線源の電子源を保温容器の外部に配置することにより、次の効果が得られる。例えば、電子源がフィラメントである場合には、フィラメントを保温容器の外部に配置することで熱による消耗や断線を抑制でき、軟Ｘ線源の寿命を長くできる。また、フィラメント以外の電子源を使用する場合においても、その動作に適した温度環境下に電子源を配置できる。
【００１７】
また、イオン移動度計は、電子源が冷陰極を含むことを特徴としてもよい。これにより、電子源としてフィラメントを用いる場合と比較して電子源の温度上昇を低く抑えることができるので、イオン化室内の温度上昇を防ぎ、イオン化反応を安定して発生させることができる。また、イオン化室に続くドリフト室の温度上昇を抑え、計測精度を高めることができる。
【００１８】
また、イオン移動度計は、軟Ｘ線源が、電子源から出射された電子線を偏向させる偏向部を更に含むことを特徴としてもよい。この偏向部を用いて電子線を走査することにより、ターゲット部において極めて短い時間幅の（時間的パルス状の）軟Ｘ線を生成できるので、時間的にパルス状となった試料分子イオンが容易に得られる。これにより、試料分子イオンを時間的パルス状に出射するためのゲートシャッタが不要になり、構造を簡素化できる。
【００１９】
また、イオン移動度計は、本体部が、ベースガスをイオン化室内に導入する第１の導入口、及び試料分子をイオン化室内に導入する第２の導入口を有し、第２の導入口が、第１の導入口に対して排出口寄りに設けられていることを特徴としてもよい。第１の導入口から導入されたベースガスは、イオン化された後、排出口へ向けて移動する。このイオン移動度計では、第２の導入口が第１の導入口に対して排出口寄りに設けられているので、ベースガスを先にイオン化し、その下流で試料分子とベースガスイオンとを反応させることができ、試料分子をより効率よくイオン化できる。
【００２０】
また、本発明によるイオン移動度計測方法は、イオン化室内に試料分子及びベースガスを導入し、ベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成し、試料分子イオンの移動度を計測する方法において、軟Ｘ線の強度を調整することにより、イオン化室内におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づけることを特徴とする。
【００２１】
上記したイオン移動度計測方法では、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。これにより、放射線を利用する場合と比較して安全性が高く、また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、試料の分解、及びドリフト室等の電界への影響などを好適に抑制でき、試料分子を効率よくイオン化できるイオン移動度計測方法を提供できる。
【００２２】
また、上記したイオン移動度計測方法では、軟Ｘ線の強度を調整することにより、イオン化室内におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づける。これにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを調整し、試料分子イオンに起因する出力信号波形を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法によれば、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成することによって、安全性が高く、装置の汚染、及び試料の分解などを抑制でき、かつイオン化室内でのイオンの制御や反応を好適に行える為、試料分子を効率よくイオン化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるイオン移動度計およびイオン移動度計測方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態として、イオン移動度計（ＩＭＳ：Ion Mobility Spectrometer）１の構成を示す断面図である。なお、図１には、説明のためＸＹＺ直交座標系が示されている。イオン移動度計１は、気体成分などの試料分子をイオン化した後、その試料分子イオンを電場のかかった気体中で飛行させ、その移動速度の違いにより試料分子イオンを計測するための装置である。
【００２６】
図１を参照すると、本実施形態のイオン移動度計１は、イオン化装置２、保温容器８、及びドリフト管１０を備える。イオン化装置２は、イオン化室２０に導入された窒素等のベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）により試料分子イオンを生成する装置である。
【００２７】
図２は、イオン化装置２の構成を示す断面図である。イオン化装置２は、イオン化室２０を有する本体部２１と、軟Ｘ線管３と、電極４及び５と、シール機構６とを備える。
【００２８】
イオン化室２０は、ベースガスをイオン化するとともにベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すための空間であり、ほぼ大気圧に保たれている。イオン化室２０は、一端に開口２１ａを有し、他端に開口２１ｂを有する筒状の本体部２１内に形成されており、所定の軸方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延びている。なお、本実施形態においては、本体部２１として、ＹＺ平面における外周断面形状が円形であり、内周断面形状が矩形や円形である筒状部材を用いている。本体部２１は、電気絶縁性材料からなる。
【００２９】
本体部２１には、導入口２２ａ，２２ｂ及び排出口２３が更に形成されている。導入口２２ａは、本実施形態における第１の導入口であり、イオン化室２０の内部にベースガスを導入するための開口である。また、導入口２２ｂは、本実施形態における第２の導入口であり、イオン化室２０の内部に試料分子を導入するための開口である。導入口２２ａ及び２２ｂは、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に並んで形成されており、導入口２２ｂが、導入口２２ａに対して排出口２３寄りに設けられている。また、導入口２２ａ及び２２ｂの中心軸方向は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）と交差する方向（本実施形態ではＹ軸方向）に設定されている。
【００３０】
排出口２３は、イオン化室２０において生成された試料分子イオンを排出するための開口である。排出口２３は、本体部２１において、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の一端に形成されており、本実施形態では、開口２１ａが排出口２３となっている。イオン化室２０は、排出口２３を通してドリフト室１１（図１参照）と連通している。
【００３１】
軟Ｘ線管３は、イオン化室２０の内部へ軟Ｘ線を照射するための軟Ｘ線源であり、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。本実施形態の軟Ｘ線管３は、本体部２１においてイオン化室２０の他端側の開口２１ｂと連通する軟Ｘ線管挿入口２４に取り付けられ、その軟Ｘ線出射軸線がイオン化室２０の中心軸線Ａと同軸となるように本体部２１に固定されている。軟Ｘ線管３は、真空容器３０、電子源３１、及びターゲット部３２を有する。
【００３２】
真空容器３０は、電子源３１及びターゲット部３２を収容するための容器である。本実施形態の真空容器３０は、軟Ｘ線出射軸方向（Ｘ軸方向）を長手方向とする筒状を呈しており、気密に封止され内部を真空状態に保っている。
【００３３】
電子源３１は、熱電子や光電子といった電子を放出するための部分である。電子源３１は、真空容器３０の長手方向の一端側（イオン化室２０から離れた側）に配置されている。本実施形態の電子源３１は、フィラメント３１ａと、電子を収束し加速するための図示しない電極とを含んで構成される。なお、電子源３１は、フィラメント３１ａに代えて例えば冷陰極等を備えても良い。
【００３４】
また、軟Ｘ線管３は、次のような構成を有することによって、軟Ｘ線の照射量を増減可能となっている。例えば、電子源３１から放出される電子線量が可変となっている。このような構成を実現するための例としては、例えば図３のように、フィラメント３１ａ用の電源８１を接続し、フィラメント３１ａに供給する電圧を可変したり、逆に電圧を固定し電流値を可変する事で電子線量を可変できる。また、軟Ｘ線管３では、電子源３１から電子線が出射される際の加速電圧が可変となっている。このような構成を実現するための例としては、例えば図３のように、電源８１に加え、フィラメント３１ａからの電子をターゲット部３２に加速するための電源８２を接続し、電源８２の電圧を可変すれば良い。更に電圧の可変幅を広げたい場合は、図４に示すように、ブリーダ回路基板１８に電圧を供給するための電源８３を更に接続してもよい。
【００３５】
ターゲット部３２は、電子源３１からの電子を受けて軟Ｘ線を発生するための部分である。ターゲット部３２は、真空容器３０の長手方向の他端側（イオン化室２０に近い側）に配置されている。ターゲット部３２は、電子の衝突により軟Ｘ線を放出するタングステン等からなるターゲット３２ａと、該ターゲット３２ａに電位を与えるターゲット電極３２ｂとを含む。ターゲット電極３２ｂは、ターゲット３２ａの外周を囲むフランジ状に形成されており、真空容器３０の他端に封着されて固定されている。
【００３６】
また、軟Ｘ線管３は、図示しない窓材を更に有する。この窓材は、ターゲット部３２から放出された軟Ｘ線を透過して真空容器３０の外部（すなわちイオン化室２０の内部）へ出射するための部材である。窓材は、例えばアルミニウム、チタン、ベリリウム、シリコン、または窒化シリコン等の軟Ｘ線を透過する材料からなる。特に、窓材がシリコン及び窒化シリコンのうち少なくとも一方を含むことにより、通常の軟Ｘ線管と比較して更に小さなエネルギーＳｉの示性Ｘ線も多く放射できる。窓材には、窓用電極（ターゲット電極３２ｂが兼ねてもよい）により所定の電位が与えられる。なお、窓用電極がターゲット電極３２ｂとは別に設けられる場合には、窓用電極とターゲット電極３２ｂとを短絡し、同電位とするとよい。
【００３７】
電極４は、本実施形態における第１の電極である。電極４は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の一端側に設けられている。電極４は、イオン化室２０の排出口２３（開口２１ａ）を覆うように設けられており、イオン化された試料分子を通過させる開口４１を有する。本実施形態の電極４は、網状（メッシュ状）に形成されたメッシュ部４２を有しており、該メッシュ部４２に形成された多数の隙間が、開口４１を構成している。
【００３８】
電極５は、本実施形態における第２の電極である。電極５は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）におけるイオン化室２０の他端側に設けられており、終端電極として機能する。電極５は、イオン化室２０の開口２１ｂ（軟Ｘ線入射口）に設けられており、軟Ｘ線を通過させる開口５１を有する。電極５は、電極４と協働して、試料分子イオンを排出するための電界をイオン化室２０内に形成する。また、電極５は、軟Ｘ線管３のターゲット電極３２ｂと接している。これにより、ターゲット電極３２ｂと電極５とが互いに短絡し、同電位となっている。なお、電極５とターゲット電極３２ｂとの短絡は、互いに直に接する以外にも、例えば導電性の配線やばね材などを介して実現されてもよい。
【００３９】
また、本実施形態のイオン化装置２は、電極４及び５に加え、更に中間電極７１〜７３を有する。中間電極７１〜７３は、電極４と電極５との間に並んで配置されており、電極４及び５と協働してイオン化室２０の内部に電界を形成する。そのため、電極４、７１、７２、７３、５の順に電位が次第に高くなる（または次第に低くなる）ように、各電極に電位勾配が与えられる。例えば、図２では、電極４、７１、７２、７３、及び５は、この順で分圧抵抗（図４参照）により電気的に接続されている。分圧抵抗は、ブリーダ回路基板１８上に形成された薄膜状の抵抗体であり、リード端子を介して電極４、７１〜７３、及び５に電気的に接続される。これにより、イオン化室２０の内部に上述したような電界が形成される。この電界により、試料分子イオンは排出口２３へ向けて移動する。
【００４０】
シール機構６は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられ、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間を封止することにより、イオン化室２０を気密に保つための機構である。シール機構６は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられイオン化室２０を気密に保つシール部材６０を有する。シール部材６０としては、例えばＯリングやガスケットが用いられるが、イオン移動度計１を高温環境下で用いる場合を考慮し、耐熱性が高くガス放出が少ない例えばパーフロロ系のＯリングを用いると尚良い。
【００４１】
また、シール機構６は、本体部２１に固定され、軟Ｘ線管挿入口２４と連通しており、Ｘ軸の正側からシール部材６０を支持する筒状の支持部材６１と、支持部材６１に内側から螺合してＸ軸方向に移動可能な筒状の移動部材６２と、移動部材６２及びシール部材６０の間に配置され、Ｘ軸の負側からシール部材６０に当接する環状部材６３とを有する。このシール機構６においては、移動部材６２を回転させてＸ軸正方向へ移動させることにより、支持部材６１と環状部材６３とによってシール部材６０が軟Ｘ線管３の真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００４２】
再び図１を参照する。ドリフト管１０の内部は空洞になっており、ドリフト室１１を構成している。ドリフト室１１は、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に延びており、その一端側がイオン化室２０に連通し、イオン化室２０内でイオン化された試料分子がその長手方向に移動する領域である。ドリフト管１０は、複数のリング状の電極１２と、複数のリング状の電気絶縁体１３とを含んでおり、電極１２と電気絶縁体１３とが交互に積層された構成となっている。即ち、隣り合う電極１２の間に電気絶縁体１３が配置され、電極１２同士は電気絶縁体１３により電気的に絶縁された状態にある。複数の電極１２は、イオン化された試料分子を移動させるための電界をドリフト室１１内に形成する。
【００４３】
ドリフト管１０の一端側には、ゲートシャッターとしてのゲート電極１４が設けられている。ゲート電極１４としては、例えばブラッドバリー−ニールセン・シャッター（Bradbury-Nielsen shutter）を用いることができる。ゲート電極１４は、印加される電位が変化することにより試料分子イオンを通過させるものであり、一対の電極を含んでいる。そして、この一対の電極間の電位差が０になると、試料分子イオンの通過が許容される。また、当該電位差が０より大きい所定の値になると、試料分子イオンの通過が禁止される。従って、ゲート電極１４にパルス状の信号を供給し、所定の時間、一対の電極間の電位差を０とすることにより、当該所定の時間だけ試料分子イオンがゲート電極１４を通過することとなる。
【００４４】
ドリフト管１０の他端側には、導電性の基板１５が設けられている。基板１５には、試料分子イオンを収集するための集電極１６と、ドリフトガスをドリフト室１１内に導入するドリフトガス導入管１７とが配置されている。
【００４５】
ゲート電極１４、複数の電極１２、並びに集電極１６には、イオン化装置２の電極４に続いて電位が次第に高くなる（または次第に低くなる）ように電位勾配が与えられる。図１では、ゲート電極１４、複数の電極１２、並びに集電極１６は、ブリーダ回路基板１８上の分圧抵抗により、この順で電気的に接続されている。これにより、イオン化室２０からドリフト室１１にわたって電界が形成される。この電界により、試料分子イオンは、イオン化室２０からドリフト室１１へ移動し、ドリフト室１１内を集電極１６へ向けて移動する。
【００４６】
保温容器８は、イオン化室２０及びドリフト室１１を高温に保持するための容器である。保温容器８は、その壁材に断熱部材９を有し、イオン化装置２の本体部２１、及びドリフト管１０を収容している。軟Ｘ線管３は、保温容器８に設けられた開口部に挿通されており、電子源３１は保温容器８の外部に位置している。保温容器８の内部には、図示しない熱源が設けられる。
【００４７】
次に、本発明によるイオン移動度計測方法の一実施形態について、上記したイオン移動度計１の動作とともに説明する。
【００４８】
図５は、本実施形態のイオン移動度計測方法に関するフローチャートである。まず、ステップＳ１として、電極４，５に所定の電圧を印加し、電極４と電極５との間に電位差を与える。これにより、所定の軸方向（Ｘ軸方向）に沿った電界がイオン化室２０の内部に形成される。なお、このとき、イオン化室２０の内部において正の試料分子イオンが生成される場合には、電極４の電位が電極５の電位よりも低く設定される。逆に、負の試料分子イオンが生成される場合には、電極４の電位が電極５の電位よりも高く設定される。
【００４９】
続くステップＳ２として、導入口２２ａからイオン化室２０の内部にベースガス（窒素ガス等）を導入し、導入口２２ｂからイオン化室２０の内部に試料分子を導入する。そして、ステップＳ３として、軟Ｘ線管３からベースガスに軟Ｘ線を照射し、ベースガスイオンを生成する。このベースガスイオンが上記電界に従ってＸ軸正方向へ移動すると、ベースガスイオンは導入口２２ｂから導入された試料分子と混ざり合う。そして、ステップＳ４として、ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応（プロトン転移、イオン付加、或いは電荷転移等）や電子付加などにより、試料分子イオンを生成する。このときの反応は、真空紫外光（ＶＵＶ）により試料分子が直接的にイオン化される光イオン化とは異なる。また、イオン化効率を高める目的で、イオン化され易いドーバントガスをベースガスに含ませてもよい。また、試料分子は、気体の他、ナノパーティクルやＰＭ等の微粉末固体であってもよい。
【００５０】
試料分子イオンは、電極４，５によって形成された電界によって加速され、排出口２３に設けられた電極４のメッシュ部４２の開口４１を通過して、ドリフト室１１へ向けて放出される。このとき、試料分子イオンと共に、ベースガスイオンの余剰分や残余ガス等もドリフト室１１側へ向けて放出される。ベースガスイオンの余剰分や残余ガス等は導入口１７より導入されるドリフトガスと衝突し、排出口１１ａより系外に排出される。この排出口１１ａはイオン化室２０の所定の軸方向からみて内周上に９０°間隔で形成されている。また、ガスの排気を保温容器８内へ行うのではなく、排出口１１ａを図示しないパイプに連結し、ガスを保温容器８外に放出してもよい。なお、排出口１１ａは複数形成に限らず、単一の排出口で形成されてもよく、その形状もパイプの連結等に好ましい丸孔形状でも良い。試料分子イオンをドリフト室１１へ向けて放出する際の推進力としては、メッシュ部４２前後の電界を利用してもよく、或いは、イオン化室２０に供給される不活性ガスの流れを利用してもよい。また、排出口２３は、本実施形態とは異なる位置及び角度で設けられても良い。なお、正イオンが生成される場合、イオン化により生じた電子は電極５に捕集される。
【００５１】
続くステップＳ５として、イオン化室２０から放出された試料分子イオンを、ゲート電極１４にパルス状の電圧を印加して電位を変化させることで、ドリフト室１１内に導入する。ドリフト室１１に導入されたパルス状のイオン群は、ドリフトガス導入管１７より導入されたドリフトガスの分子の影響を受けることで時間的遅れを持って移動し、ドリフト室１１内に形成されたほぼ均一の電界に沿って集電極１６に到達する。集電極１６に到達したイオン群は、パルス状の電気信号として出力される。ステップＳ６では、この電気信号の信号波形を取得する。この信号波形は、ゲート電極１４から集電極１６までの到達時間（飛行時間）と、集電極１６に到達したイオンの量との相関を表す。
【００５２】
続くステップＳ７では、集電極１６から得られた電気信号波形において、ベースガスイオンに基づく信号波形が、試料分子イオンに基づく信号波形を認識可能な程度に十分に小さいか否かを検討する。ここで、図６（ａ）〜（ｃ）は、ベースガスイオン及び試料分子イオンに基づく各信号波形の典型例を示すグラフである。なお、図６（ａ）〜（ｃ）において、縦軸は集電極１６から得られる信号量（電圧など）を示しており、横軸は到達時間（飛行時間）を示している。また、図６（ａ）〜（ｃ）において、グラフＧ１はベースガスイオンに基づく信号波形を示しており、グラフＧ２は試料分子イオンに基づく信号波形を示している。
【００５３】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各イオンに基づく信号波形は、空間電荷効果や拡散効果によって半値幅が拡がり、低電圧部で裾を引いたような形状を呈している。イオン化室２０に導入された試料分子の量と比較してベースガスイオンが過剰に生成されてしまうと、図６（ａ）に示すように、ベースガスイオンの信号波形Ｇ１の裾部に試料分子イオンの信号波形Ｇ２が隠れてしまい、信号波形Ｇ２を認識することが困難となる。このような現象は、ベースガスイオン及び試料分子イオンそれぞれの移動度（すなわち到達時間）が互いに近い場合に特に顕著となる。
【００５４】
従って、ベースガスイオンの信号波形が過大であるため試料分子イオンの信号波形を認識することが困難である場合には、ステップＳ８として、例えば電子源３１の電子線量や加速電圧を調整することにより、軟Ｘ線の強度（照射量）を調整する。すなわち、軟Ｘ線管３からの軟Ｘ線の強度（照射量）を低下させることによってベースガスイオンの生成量を減少させる。これにより、ベースガスイオンによる空間電荷効果等が低減され、信号波形Ｇ１の半値幅が改善される。また、イオン化室２０から放出されるベースガスイオンの余剰分も減少する。従って、図６（ｂ）に示すように、試料分子イオンの信号波形Ｇ２を容易に識別できるようになる。但し、試料分子イオンの生成量も低下するので、信号波形に対する増幅率を大きくする必要がある。
【００５５】
また、軟Ｘ線管３からの軟Ｘ線の強度（照射量）を更に低下させると、ベースガスイオンの生成量が更に減少し、殆どのベースガスイオンが試料分子と反応する。このため、ベースガスイオンは殆ど残らず、図６（ｃ）に示すように、試料分子イオンの信号波形Ｇ２のみが明確に現れることとなる。但し、この場合においても、試料分子イオンの生成量が更に低下するので、信号波形に対する増幅率を更に大きくする必要がある。
【００５６】
ステップＳ８では、上記のような軟Ｘ線強度の調整によって、イオン化室２０におけるベースガスイオンの生成量を試料分子イオンの生成量に近づけることにより、イオン分子反応に供されるベースガスイオンの比率を高め、試料分子イオンの信号波形Ｇ２を明確化する。
【００５７】
ステップＳ８において軟Ｘ線強度を調整した後、再びステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。そして、ステップＳ７において、ベースガスイオンに基づく信号波形が、試料分子イオンに基づく信号波形を認識可能な程度に十分に小さいと判定されると、続くステップＳ９では、集電極１６から得られた電気信号波形に基づいて、ゲート電極１４から集電極１６までの到達時間（飛行時間）、集電極１６に到達した試料分子イオンの量などの情報を取得する。そして、到達時間からイオン移動度を求め、試料分子を同定する。また、電気信号の応答波形の積分値もしくはピーク値から、試料分子を定量する。
【００５８】
以上に説明した本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法による効果について説明する。本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法においては、軟Ｘ線を用いてベースガスイオンが生成され、このベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンが生成される。従って、放射性同位元素から放射される放射線やコロナ放電を利用した従来のイオン化装置に対し、次の利点を有する。すなわち、軟Ｘ線を利用してイオン化を行うことにより、放射性同位元素を利用する場合と比較して安全性が高く、管理者の設置や使用空間の限定等が必要なく扱いやすい。また、コロナ放電を利用する場合と比較して、装置の汚染、試料の分解、及びイオン化室内の電界への影響などを好適に抑制でき、試料分子を効率よくイオン化できる。
【００５９】
また、コロナ放電を利用する方式では、放電用電極の電圧が極めて高いので、それによる電界がイオン化反応空間内に形成されてしまい、イオンの挙動がその電界に影響され、イオンの流れを制御することが難しい。なお、この電界による影響を防ぐため、ある程度隔離された別の空間においてコロナ放電によりベースガスイオンを生成し、このベースガスイオンをイオン化室へ送り込む方法もある。しかし、この場合、イオン化室においてベースガスイオンを速やかに拡散させなければ、イオン化室内で均一に且つ速やかに試料分子をイオン化することは難しく、イオン化効率も低下してしまう。
【００６０】
これに対し、軟Ｘ線を用いる本実施形態のイオン移動度計１によれば、イオン化室２０に形成される電界（イオンと電子とを分離するための電界）を低くでき、また、電界が形成されていなくとも動作できる。また、軟Ｘ線の放射範囲は広いので、広範囲にわたってベースガスを効率よく電離させることができる。従って、イオン化室２０において速やかに均一な反応が可能となり、イオン化効率を向上できる。
【００６１】
また、本実施形態のイオン移動度計１においては、軟Ｘ線管３が、軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されている。これにより、上記イオン移動度計測方法において説明したような軟Ｘ線強度の調整が可能となる。そして、本実施形態のイオン移動度計１及びイオン移動度計測方法によれば、軟Ｘ線の照射量を増減することにより、イオン化されるべき試料分子の量とベースガスイオンの生成量とのバランスを容易に調整できるので、図６（ｂ）及び（ｃ）に示したように、試料分子イオンに起因する出力信号波形Ｇ２を適切に取得し、試料分子イオンの移動度を精度よく計測することができる。
【００６２】
また、本実施形態のように、ターゲット電極３２ｂと電極５とは互いに短絡されていることが好ましい。これにより、正の試料分子イオンを生成する際に、ターゲット電極３２ｂの電位を電極５と同じ正電位（例えば＋３ｋＶ）に設定できるので、このターゲット電極３２ｂの電位の分だけフィラメント３１ａの電位を高く（例えば、接地電位に対して−３ｋＶないし−７ｋＶ）できる。これにより、一般的に高圧となる軟Ｘ線管３内の電位差を低く抑えることができ、軟Ｘ線管３と接する周辺部材との耐圧性能を向上できる。
【００６３】
また、本実施形態のイオン移動度計１は保温容器８を備え、電子源３１が保温容器８の外部に位置している。イオン移動度計においては、イオン化促進やクラスター化防止、或いは試料分子による汚染防止のため、イオン化室２０及びドリフト室１１の内部を加熱する場合がある。このような場合、本実施形態のように軟Ｘ線管３の電子源３１を保温容器８の外部に配置することが好ましい。電子源３１がフィラメントを含む場合には、フィラメントを保温容器８の外部に配置することで熱による消耗や断線を抑制でき、軟Ｘ線管３の寿命を長くできる。また、フィラメント以外の電子源を使用する場合においても、その動作に適した温度環境下に電子源を配置できる。
【００６４】
また、本実施形態のように、イオン化装置２は、ベースガスを導入する導入口２２ａと、試料分子を導入する導入口２２ｂとを有し、導入口２２ｂが、導入口２２ａに対して排出口２３寄りに設けられていることが好ましい。これにより、ベースガスを先にイオン化し、その下流で試料分子とベースガスイオンとを反応させることができるので、試料分子をより効率よくイオン化できる。
【００６５】
（変形例）
次に、上記実施形態によるイオン移動度計１の様々な変形例について説明する。
【００６６】
図７は、上記実施形態の第１変形例に係るイオン化装置２ａの構成を示す断面図である。イオン化装置２ａのシール機構６ａは、上記実施形態のシール部材６０（図２参照）に代えてシール部材６４を有する。シール部材６４は、軟Ｘ線管３の周囲に設けられイオン化室２０を気密に保つための部材である。本変形例のシール部材６４は、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されており、軟Ｘ線管３の真空容器３０に巻きつけられている。そして、シール部材６４は、支持部材６１と環状部材６３とによって両側から締め付けられることにより、真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００６７】
図８は、上記実施形態の第２変形例に係るイオン化装置２ｂの構成の要部を示す断面図である。イオン化装置２ｂは、上記実施形態のシール機構６（図２参照）に代えてシール機構６ｂを備える。シール機構６ｂは、シール部材６５を有する。本変形例のシール部材６５は、図７に示したシール部材６４と同様、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されている。シール部材６５は、軟Ｘ線管３の真空容器３０と絶縁材の軟Ｘ線管挿入口２４との隙間に配置されている。
【００６８】
また、シール機構６ｂは、本体部２１に固定され、軟Ｘ線管挿入口２４と連通する筒状の部材６６と、部材６６に内側から螺合してＸ軸方向に移動可能な筒状の移動部材６７と、シール部材６５と部材６７との間に配置された絶縁材のスペーサ６８とを有する。シール部材６５は、真空容器３０のフランジ部分とスペーサ６８とに挟まれており、スペーサ６８によって締め付けられ、真空容器３０に押し付けられる。これにより、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止される。
【００６９】
図９は、上記実施形態の第３変形例に係るイオン化装置２ｃの構成の要部を示す断面図である。イオン化装置２ｃは、上記実施形態のシール機構６（図２参照）に代えてシール機構６ｃを備える。シール機構６ｃは、シール部材６９を有する。本変形例のシール部材６９は、金属または炭素系材料を含む環状の部材、例えばポリイミドのような耐熱性高分子の表面に導電体を形成したり、もしくは内部にカーボンやＣＮＴ等を混合した材料からなる環状の部材であり、軟Ｘ線管３のターゲット電極３２ｂのフランジ部分とイオン化室２０の壁部との間に配置されている。
【００７０】
また、シール機構６ｃは、上記したシール機構６ｂ（図８参照）と同様に、部材６６、移動部材６７、及びスペーサ６８を有する。そして、スペーサ６８によって真空容器３０のフランジ部分が押さえ付けられることにより、シール部材６９が潰され、軟Ｘ線管挿入口２４と軟Ｘ線管３との隙間が封止されるとともに、ターゲット電極３２ｂと電極５とがシール部材６９を介して短絡される。
【００７１】
第１、第２変形例（図７、図８）に示したように、シール部材は、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含んで構成されてもよい。或いは、第３変形例（図９）に示したように、シール部材は、金属または炭素系材料を含む部材であってもよい。これらのいずれかによって、例えば３００℃前後といった高温環境下においても、シール部材からのガス放出を極めて少なくでき、シール部材の熱分解も生じないので、イオン化室２０の気密状態を好適に維持できる。また、軟Ｘ線管３も容易に交換可能となる。
【００７２】
図１０は、上記実施形態の第４変形例に係るイオン化装置２ｄの構成を示す断面図である。イオン化装置２ｄが備える軟Ｘ線管３ａは、上記実施形態の電子源３１に代えて、電子源３４を有する。電子源３４は、真空容器３０の長手方向の一端側（イオン化室２０から離れた側）に配置されており、冷陰極３４ａと、電子を収束し加速するための図示しない電極とを含んで構成される。
【００７３】
このように、電子源として冷陰極３４ａを用いることにより、電子源としてフィラメント３１ａ（図２参照）を用いる場合と比較して電子源の温度上昇を低く抑えることができるので、イオン化室２０内部の温度上昇を防ぎ、イオン化反応を安定して発生させることができる。また、イオン化室２０に続くドリフト室１１（図１参照）の温度上昇を抑え、計測精度を高めることができる。
【００７４】
図１１は、上記実施形態の第５変形例に係るイオン化装置２ｅの構成を示す断面図である。イオン化装置２ｅが備える軟Ｘ線管３ｂは、上記実施形態の軟Ｘ線管３の構成に加え、更に偏向部３５を有する。偏向部３５は、電子源３１から出射された電子を走査するための走査用電極であり、軟Ｘ線出射軸線Ａに沿って真空容器３０の内部に設けられる。ターゲット部３２へ向けて出射される電子を偏向部３５が走査することにより、ターゲット部３２において極めて短い時間幅の（時間的パルス状の）軟Ｘ線が生成される。従って、イオン化室２０において時間的パルス状の試料分子イオンが容易に得られる。これにより、試料分子イオンを時間的パルス状に出射するためのゲートシャッタ（図１に示したゲート電極１４など）が不要になり、イオン移動度計の構造を簡素化できる。なお、電子源３１に加速電圧をパルス状に印加することによっても、パルス状の軟Ｘ線を得ることができる。
【００７５】
図１２は、上記実施形態の第６変形例に係るイオン化装置２ｆの構成を示す断面図である。この変形例に係るイオン化装置２ｆは、軟Ｘ線管３及び電極５の表面を除くイオン化室２０の内面が全て絶縁性部材からなっている。具体的には、イオン化装置２ｆは、中間電極７５〜７７を備えている。本変形例の中間電極７５〜７７は、そのイオン化室２０側の端部７５ａ〜７７ａが、絶縁性部材からなる本体部２１によって完全に覆われている。
【００７６】
また、イオン化装置２ｆは、第１の電極として電極４ａを備える。電極４ａは、イオン化室２０の排出口２３に設けられており、試料分子イオンを通過させる開口４５を有する。開口４５の内面（端面）は、排出口２３の中心軸線（イオン化室２０の中心軸線Ａ）を基準として排出口２３の内面（所定の軸方向（Ｘ軸方向）に沿ったイオン化室２０の内面）よりも外側に位置している。すなわち、所定の軸方向（Ｘ軸方向）から見て開口４５は排出口２３よりも広く形成されており、排出口２３の縁が開口４５の内側に位置するようにそれぞれ配置されている。また、電極４ａは、メッシュ部を有していない。このため、電極４ａは、排出口２３を全く覆っていない。
【００７７】
この変形例のように、中間電極７５〜７７の端部７５ａ〜７７ａが絶縁性部材（本体部２１）に覆われ、開口４５の内面が排出口２３の内面よりも外側に位置することにより、中間電極７５〜７７や電極４ａには軟Ｘ線が殆ど照射されないので、二次電子の発生を効果的に抑制できる。このように、軟Ｘ線管３及び電極５の表面を除くイオン化室２０の内面を全て絶縁性部材とすれば、イオン化室２０において軟Ｘ線の照射により二次電子が放出されることを効果的に抑制できるので、正の試料分子イオンを発生させる場合に、試料分子イオンの中性分子化（中和）を低減し、イオン密度を更に高めることができる。
【００７８】
なお、電極４ａの開口４５は、その内面（端面）が排出口２３の内面と連続していてもよい。具体的には、所定の軸方向（Ｘ軸方向）から見て開口４５が排出口２３と同じ形状に形成されており、互いの縁が重なるようにそれぞれ配置されていてもよい。このような構成によっても、二次電子の放出を効果的に抑制できる。
【００７９】
本発明によるイオン移動度計及びイオン移動度計測方法は、上記した各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態において、軟Ｘ線管３の軟Ｘ線出射軸方向はイオン化室２０の所定の軸方向と一致しているが、図１３のように軟Ｘ線源の軟Ｘ線出射軸方向はイオン化室の所定の軸方向に対して交差してもよい。また、軟Ｘ線出射軸方向がイオン化室２０の所定の軸方向と交差した軟Ｘ線源と、軟Ｘ線出射軸方向がイオン化室の所定の軸方向に対して一致する軟Ｘ線源の両者を備えていてもよい。また、導入口２２ａ，２２ｂの中心軸方向についても同様に、所定の軸方向と交差する形態に限られるものではなく、所定の軸方向と一致してもよい。
【００８０】
また、上記実施形態において、ベースガス及び試料分子はそれぞれ別の導入口２２ａ，２２ｂから導入されているが、ベースガス及び試料分子は図１３のように一つの導入口から共に導入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態として、イオン移動度計の構成を示す断面図である。
【図２】イオン移動度計が備えるイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図３】軟Ｘ線の照射量を増減可能とする構成の例を示す図である。
【図４】軟Ｘ線の照射量を増減可能とする構成の他の例を示す図である。
【図５】イオン移動度計測方法に関するフローチャートである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）ベースガスイオン及び試料分子イオンに基づく各信号波形の典型例を示すグラフである。
【図７】第１変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図８】第２変形例に係るイオン化装置の構成の要部を示す断面図である。
【図９】第３変形例に係るイオン化装置の構成の要部を示す断面図である。
【図１０】第４変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１１】第５変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１２】第６変形例に係るイオン化装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…イオン移動度計、２，２ａ〜２ｆ…イオン化装置、３，３ａ，３ｂ…軟Ｘ線管、４，５…電極、６，６ａ〜６ｃ…シール機構、８…保温容器、９…断熱部材、１０…ドリフト管、１１…ドリフト室、１２…電極、１３…電気絶縁体、１４…ゲート電極、１５…基板、１６…集電極、１７…ドリフトガス導入管、１８…ブリーダ回路基板、２０…イオン化室、２１…本体部、２２ａ，２２ｂ…導入口、２３…排出口、３０…真空容器、３１，３４…電子源、３２…ターゲット部、３５…偏向部、６０…シール部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分子をイオン化するイオン化装置と、
イオン化された前記試料分子の移動度を計測するドリフト室と
を備え、
前記イオン化装置が、
ベースガスをイオン化するとともに該ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室、前記ベースガス及び前記試料分子を前記イオン化室内に導入する一または複数の導入口、及び、イオン化された前記試料分子を前記ドリフト室へ排出する排出口を有する本体部と、
電子源、及び該電子源からの電子線を受けて軟Ｘ線を発生するターゲット部を含み、前記イオン化室内へ前記軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線源と
を有し、
前記軟Ｘ線源が、前記軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されていることを特徴とする、イオン移動度計。
【請求項２】
前記軟Ｘ線源において、前記電子源から出射される電子線量が可変であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン移動度計。
【請求項３】
前記軟Ｘ線源において、前記電子源から前記ターゲット部への電子線の加速電圧が可変であることを特徴とする、請求項１または２に記載のイオン移動度計。
【請求項４】
前記イオン化装置が、
イオン化された前記試料分子を通過させる開口を有し、前記排出口に設けられた第１の電極と、
前記試料分子イオンを排出するための電界を前記第１の電極との間に形成する第２の電極と
を有し、
前記ターゲット部に設けられた電極と前記第２の電極とが互いに短絡されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項５】
前記イオン化装置が、
イオン化された前記試料分子を通過させる開口を有し、前記排出口に設けられた第１の電極と、
前記試料分子イオンを排出するための電界を前記第１の電極との間に形成する第２の電極と、
前記ターゲット部に設けられた電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部と
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項６】
前記制御部は、前記ターゲット部に設けられた電極と前記第２の電極とを同電位に制御することを特徴とする、請求項５に記載のイオン移動度計。
【請求項７】
前記軟Ｘ線源及び前記第２の電極それぞれの表面を除く前記イオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項８】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に中間電極を更に備え、
前記中間電極の前記イオン化室側の端部が前記絶縁性部材に覆われていることを特徴とする、請求項７に記載のイオン移動度計。
【請求項９】
前記第１の電極の前記開口の内面が、前記イオン化室の前記排出口の内面と連続しているか、或いは、前記排出口の中心軸を基準として前記排出口の内面よりも外側に位置していることを特徴とする、請求項７または８に記載のイオン移動度計。
【請求項１０】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に中間電極を更に備え、前記軟Ｘ線源、前記第２の電極、及び前記イオン化室の内面から突出している前記中間電極の前記イオン化室側の端部のそれぞれの表面を除く前記イオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項１１】
前記イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、
前記シール部材が、前記軟Ｘ線源の周囲に設けられ、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１２】
前記イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、
前記シール部材が、前記Ｘ線源と前記イオン化室との間に設けられた金属または炭素系材料を含む環状部材であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１３】
前記本体部を収容して高温に保持する保温容器を更に備え、
前記電子源が前記保温容器の外部に位置することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１４】
前記電子源が冷陰極を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１５】
前記軟Ｘ線源が、前記電子源から出射された前記電子線を偏向させる偏向部を更に含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１６】
前記本体部が、前記ベースガスを前記イオン化室内に導入する第１の導入口、及び前記試料分子を前記イオン化室内に導入する第２の導入口を有し、
前記第２の導入口が、前記第１の導入口に対して前記排出口寄りに設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１７】
イオン化室内に試料分子及びベースガスを導入し、前記ベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、前記ベースガスイオンと前記試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成し、前記試料分子イオンの移動度を計測する方法において、
前記軟Ｘ線の強度を調整することにより、前記イオン化室内における前記ベースガスイオンの生成量を前記試料分子イオンの生成量に近づけることを特徴とする、イオン移動度計測方法。
【請求項１】
試料分子をイオン化するイオン化装置と、
イオン化された前記試料分子の移動度を計測するドリフト室と
を備え、
前記イオン化装置が、
ベースガスをイオン化するとともに該ベースガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を促すイオン化室、前記ベースガス及び前記試料分子を前記イオン化室内に導入する一または複数の導入口、及び、イオン化された前記試料分子を前記ドリフト室へ排出する排出口を有する本体部と、
電子源、及び該電子源からの電子線を受けて軟Ｘ線を発生するターゲット部を含み、前記イオン化室内へ前記軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線源と
を有し、
前記軟Ｘ線源が、前記軟Ｘ線の照射量を増減可能に構成されていることを特徴とする、イオン移動度計。
【請求項２】
前記軟Ｘ線源において、前記電子源から出射される電子線量が可変であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン移動度計。
【請求項３】
前記軟Ｘ線源において、前記電子源から前記ターゲット部への電子線の加速電圧が可変であることを特徴とする、請求項１または２に記載のイオン移動度計。
【請求項４】
前記イオン化装置が、
イオン化された前記試料分子を通過させる開口を有し、前記排出口に設けられた第１の電極と、
前記試料分子イオンを排出するための電界を前記第１の電極との間に形成する第２の電極と
を有し、
前記ターゲット部に設けられた電極と前記第２の電極とが互いに短絡されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項５】
前記イオン化装置が、
イオン化された前記試料分子を通過させる開口を有し、前記排出口に設けられた第１の電極と、
前記試料分子イオンを排出するための電界を前記第１の電極との間に形成する第２の電極と、
前記ターゲット部に設けられた電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部と
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項６】
前記制御部は、前記ターゲット部に設けられた電極と前記第２の電極とを同電位に制御することを特徴とする、請求項５に記載のイオン移動度計。
【請求項７】
前記軟Ｘ線源及び前記第２の電極それぞれの表面を除く前記イオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項８】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に中間電極を更に備え、
前記中間電極の前記イオン化室側の端部が前記絶縁性部材に覆われていることを特徴とする、請求項７に記載のイオン移動度計。
【請求項９】
前記第１の電極の前記開口の内面が、前記イオン化室の前記排出口の内面と連続しているか、或いは、前記排出口の中心軸を基準として前記排出口の内面よりも外側に位置していることを特徴とする、請求項７または８に記載のイオン移動度計。
【請求項１０】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に中間電極を更に備え、前記軟Ｘ線源、前記第２の電極、及び前記イオン化室の内面から突出している前記中間電極の前記イオン化室側の端部のそれぞれの表面を除く前記イオン化室の内面が絶縁性部材からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項１１】
前記イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、
前記シール部材が、前記軟Ｘ線源の周囲に設けられ、ガラス繊維及びセラミック繊維のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１２】
前記イオン化室を気密に保つシール部材を更に備え、
前記シール部材が、前記Ｘ線源と前記イオン化室との間に設けられた金属または炭素系材料を含む環状部材であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１３】
前記本体部を収容して高温に保持する保温容器を更に備え、
前記電子源が前記保温容器の外部に位置することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１４】
前記電子源が冷陰極を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１５】
前記軟Ｘ線源が、前記電子源から出射された前記電子線を偏向させる偏向部を更に含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１６】
前記本体部が、前記ベースガスを前記イオン化室内に導入する第１の導入口、及び前記試料分子を前記イオン化室内に導入する第２の導入口を有し、
前記第２の導入口が、前記第１の導入口に対して前記排出口寄りに設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のイオン移動度計。
【請求項１７】
イオン化室内に試料分子及びベースガスを導入し、前記ベースガスに軟Ｘ線を照射してベースガスイオンを生成し、前記ベースガスイオンと前記試料分子とのイオン分子反応により試料分子イオンを生成し、前記試料分子イオンの移動度を計測する方法において、
前記軟Ｘ線の強度を調整することにより、前記イオン化室内における前記ベースガスイオンの生成量を前記試料分子イオンの生成量に近づけることを特徴とする、イオン移動度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−７７９８０（Ｐ２００８−７７９８０Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５６１８１（Ｐ２００６−２５６１８１）
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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