ガス・イオン化センサ
コロナ、グロー、アーク又はそれらと類似の電気的放電（２５）のための電力を与える、ＡＣ又はＤＣ電圧（２１）に接続可能な電極（１１，１２）を有するセンサ（１０）。分析電圧に接続可能な追加の電極（１３，１４）が、放電を提供する電極（１１，１２）に近接している。放電（２５）は、電極（１１，１２，１３，１４）が位置するチャネル（１７）を通って流れ、化学的組成が変化するサンプル流体をイオン化する。放電は、粒子フィルタ、ガス・クロマトグラフ（ＧＣ）セパレータ、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、光センサ、及び光イオン化検出器（ＰＩＤ）から、追加のマイクロ放電デバイス（ＭＤＤ）、及び質量分光器、及び／又は流体組成についての結果及び情報を得るために分析及び処理を行うプロセッサへ流れる流体を検知する１群のセンサの一部で行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１月１５日に出願され、発明の名称が「フェーズドＩＩＩセンサ（ＰＨＡＳＥＤ−ＩＩＩ ＳＥＮＳＯＲ）」である同時係属中の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／４４０，１０８についての優先権を、米国特許法３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）の下で主張するものであり、この文献を本明細書に援用する。本出願はまた、２００３年９月４日に出願され、発明の名称が「フェーズドＶ、ＶＩセンサ・システム（ＰＨＡＳＥＤ Ｖ， ＶＩ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ）」である同時係属中の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／５００，８２１についての優先権を、米国特許法３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）の下で主張するものであり、この文献を本明細書に援用する。本出願は、２００３年９月２６日に出願され、発明の名称が「フェーズド・マイクロ分析器Ｖ、ＶＩ（ＰＨＡＳＥＤ ＭＩＣＲＯ ＡＮＡＬＹＺＥＲ Ｖ， ＶＩ）」である同時係属中の仮出願ではない米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３についての一部継続として優先権を主張するものであり、その米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３は、２００２年９月２７日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６０／４１４，２１１の利益を主張するものであり、同時係属中の米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３を本明細書に援用する。本発明は、２００３年９月２６日に出願され、発明の名称が「フェーズド・マイクロ分析器ＩＩＩ、ＩＩＩＡ（ＰＨＡＳＥＤ ＭＩＣＲＯ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＩＩＩ， ＩＩＩＡ）」である同時係属中の仮出願ではない米国特許出願Ｎｏ．１０／６７１，９３０についての一部継続として優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は流体の検出に関する。特に、本発明は、イオン化構造に関し、より詳細には、流体の成分の識別及び定量化のためのセンサとして上記構造を適用することに関する。用語「流体」は、気体及び液体を種として含む総称的な用語として用いられる。例えば、空気、ガス、水及び油は、流体である。
【背景技術】
【０００３】
流体分析器に関連した構造及びプロセスの態様が、２００２年５月２８日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅその他に対して発行され、発明の名称が「感度を増大するフェーズド・ヒータを有するガス・センサ（Ｇａｓ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ Ｐｈａｓｅｄ Ｈｅａｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」である米国特許Ｎｏ．６，３９３，８９４に開示されており、この文献を本明細書に援用する。また、流体分析器に関連した構造及びプロセスの態様は、２００１年１０月３０日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅその他に対して発行され、発明の名称が「自己正規化フロー・センサ及びそのセンサのための方法（Ｓｅｌｆ−Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ Ｆｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」である米国特許Ｎｏ．６，３０８，５５３ Ｂ１に開示されており、この文献を本明細書に援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在入手可能な気体成分分析器は、選択性があり感度が高いが、未知の成分を有するサンプル・ガス混合物の成分（１または複数）を識別する能力に欠けており、また、一般的に寸法が大きくてコストが高い。最新の技術の組み合わせ分析器ＧＣ−ＧＣ及びＧＣ−ＭＳ（ガス・クロマトグラフ−質量分析器）は、望ましい選択性、感度及び明晰さを組み合わせたものに近づいているが、まだ寸法が大きく、コストが高く、遅く、そしてバッテリ給電される応用には不適当である。ＧＣ−ＡＥＤ（ガス・クロマトグラフ−原子放出検出器（ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ−ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）においては、ＡＥＤ単独で１００ワットより多い電力を用い、そのマイクロ波放電を冷却するために水を用い、そして、コストが高い。
【０００５】
マイクロ・ガス・クロマトグラフィ（μＧＣ）検出器は、応答が速くて（＜１ミリ秒）感度が高いものとされているが、特定の化合物に対しての選択性がなく、簡素な構成で無く、低コストで無く、コンパクトで無く、低パワー（〜ｍＷ）でも無い。現在入手可能な又は考えられるμＧＣ検出器は、例えば、熱伝導度センサのような非常に高い感度（分析物の１０から１００ｐｐｍ以上）では無いか、又は、例えば、蛍光検出器や電子捕獲型検出器のように特定の化合物に対して選択が限定され過ぎているか、又は、例えば、約６００ドル、３０００ドル及びそれより上といった多くのＧＣ検出器の２００３年の典型的な価格のように低コストで無いか、又は、スペクトル分析を介してマイクロ放電装置（ＭＤＤ）を監視するときに、汚れた光学系に起因してドリフトを生じがちであるか、又は、前述のように、ＡＥＤのように低電力で無いかの何れかである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この検出器システムは、光イオン化検出器（ＰＩＤ）の感度（下は１０ｐｐｂ）、ＴＣＤ、ＰＩＤ及びプラズマ・マイクロ放電装置（ＭＤＤ）の非限定性、低電力消費（ｍＷ）、短い応答時間（＜１ミリ秒）、及び簡素で低コストの設計を組み合わせ、それにより、複雑な設計や光検出器のマイクロ処理の必要性無しで、ＭＥＭＳ共平面製作及びμＧＣ部品との統合を可能にし、なおも堅牢性及び信頼性を提供することにより、高温において動作することを可能にし、また、光学系エレメントの汚損に対して比較的高い不感受性を有するようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の本質は、例えば、ＧＣ又はμＧＣの出口で生じるサンプル・ガス・ストリームのガス組成の変化の検出のために、グロー放電プラズマにおいて発生された電荷キャリヤと、放電のＵＶスペクトル放出の光電効果により更に発生された電荷キャリヤとの両方を利用することにある。
【０００８】
この検出器は、前に提案又は提供された気体組成検知デバイスを越えた次の利点を有する。この検出器は、前に考慮された他のデバイスや手法よりも、望ましい検出器属性（低電力、高速度、堅牢、高信頼性、コンパクトさ、ＰＨＡＳＥＤのようなＭＥＭＳデバイスとの統合化の可能性、簡素で低コストの設計、ドリフト傾向のある光学コンポーネントが不要）の有利な組み合わせを有する。更に、この検出器は、管状放電デバイスに基づく設計よりも、共平面で簡素で低コストの設計である。この検出器は、ＡＥＤのような従来のＧＣ放電検出器よりも消費するエネルギが少なく、そして、光検出器、ＴＣＤ又は炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む他のデバイスよりも温度変化に対する耐性が高い。ＦＩＤ用にＨ２が必要であるのとは異なり、Ｈ２のような検出器ガス貯蔵タンクは、この検出器に対しては必要でない。また、１０から１２ｅＶのＵＶ窓を必要としない。なぜなら、ソース及びイオン化試験気体が、共に近接しているか、又は、特にＵＶ透過型放電ガス（ＵＶ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇａｓ）の小さい流れが与えられる場合には、層構造が保証されることにより、窓なしで分離された状態に保たれる。
【０００９】
このＭＤＤイオン化の組み合わせは、マクロ放電デバイスよりも、（再放電の古いプラズマ・ガスより、）放電の高電力密度（イリノイ大学によれば１０５−１０６Ｗ／ｃｍ３）と、短いパージ時定数、従って、新しい通過するガスのピークに対する短い応答と、それらの組成に対する大きい感度とを可能にする。本デバイスは、管状構造の放電デバイス（例えば、オゾン発生器の放電デバイスのようなもの）よりも製造し易い。また、自己発生される酸化物コーティングを有するイオン化電極材料を有利に使用でき得る。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂは、例えば、ガス・クロマトグラフ（ＧＣ）のための、矩形フロー・チャネルの中の空洞カソード放電プラズマ及び光イオン化検出器を示す。これらの図は、ＧＣのような分析器システムのためのプラズマ−光イオン化検出器１０を表す。それは、プラズマ・グロー放電２５を与える放電電極１１及び１２を有するマイクロ放電装置（ＭＤＤ）１０である。電源２１は、動作電圧より高い電圧、例えば、１００から８００ＶＡＣを与え得るものであり、その動作電圧より高い電圧は、放電２５の点火又は開始のため必要とされ得るものであり、そして、放電２５の開始後の放電電極１１及び１２に対する電圧及びその電流は、それぞれ、負荷抵抗１８により低下され制限されて、散逸電力を０．０１から１ｍＷという低い範囲として（約１００ＶＡＣで）放電装置１０を動作させる。その動作は、電極１１と１２との間で約２０ｋＨｚから２０ＭＨｚの周波数で起こる容量性放電（ｃａｐａｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を含む。電極１２は、低い導電率のシリコン・チップ基板材料１５を含み得る。イオン化電流（ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）は、６０ＶＤＣ未満の電圧源２２を有する比較的低電圧のＤＣ回路を介して測定され得る。そのようなＤＣ回路は、放電及び電流の測定の２つの回路間の干渉を最小にし得る。
【００１１】
図２の装置は、電極１２を、絶縁フィルム２８（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＯ）の空洞を形成された範囲２７の中に被着し、そのような絶縁誘電体を用いて電極を同様に覆うことを除いて、図１Ａ及び図１Ｂの設計と類似の設計を用いている。両方の装置１０及び２０において、電極１１、１２、１３、１４、従って、それらへのリード線が、ウェーハ１５及び１６に配されることが注目され得る。電極１１及び１２は、底部ウェーハ１５上にある。電極１３及び１４は、上部ウェーハに取り付けられる。装置１０及び２０の両方において、上部ウェーハ１６は、サンプル・ガスの流れ２９のための、分離カラムのガス・フロー・チャネル１７を形成し、そして底部ウェーハ１５は、ＰＨＡＳＥＤセンサの状況においては、カラム・ヒータを支持する。
【００１２】
図３及び図４における装置３０及び４０は、共平面の電極構造を用いており、そこにおいて、検出器３０の収集電極３１、３２及び放電電極３３、３４は、同じウェーハ又は基板、例えば、ウェーハ又は基板１５に被着される。同様に、収集電極４１、４２及び放電電極４３、４４は、検出器４０の同じウェーハ又は基板１５に被着される。検出器３０と４０との間の寸法及び配置の相違は、上記の２つの回路（放電及びイオン化）間の高い電界（ｅ−ｆｉｅｌｄ）領域を最小にすること、及びイオン＋電子の収集電極３１、３２のフィールドが、放電電極３３と３４との間のフィールドよりも低いことを保証することを含む。装置３０の収集電極３１、３２の一方は、他方より小さい。装置４０の収集電極４１及び４２は、ほぼ同じサイズでありる。装置３０の放電電極３３及び３４は、装置４０の電極４３及び４４よりも電極間の距離がおおきくとられ、より大きい放電が起きるようにする。
【００１３】
フォト及びプラズマ・イオン化装置５０は、マイクロ放電の高い電力密度（Ｗ／ｃｍ３）及び輝度、即ち、マクロ放電装置のそれよりも高く維持しつつ、上記の装置１０、２０、３０及び４０の出力に比べてイオン＋電子＋光子の合計出力を増大させる。放電電極５３及び５４は、より大きく且つより強度の高い放電２５を与えられるように、大きい電極対電極の範囲を得るために、かみ合ったプロング状（ｐｒｏｎｇ−ｌｉｋｅ）又はフィンガ状（即ち、インターディジタル形状）の設計を有し得る。収集電極５１及び５２及び放電電極５３及び５４を、チャネル又はカラムの更に下流の位置に配置して、高いサンプル・ガスの流れ２９（約１００から２００ｃｍ／ｓ）においての収集を最適化することができる。共平面電極５１、５２、５３及び５４は、ヒータ・ウェーハ１５上に配置され得る。
【００１４】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、マクロ放電組立体である容量性グロー放電装置６０を示す。それは、オゾン発生器に基づいている構成である。図６Ａは、チャネル６１の側面図であって、ガスの流れ２９がチャネル６１を通る状態を示している。チャネル６１は、ＳｉＯ２を含む約２．５４ｃｍ（１インチ）×２．５４ｃｍ（１インチ）のチャネルである。チャネル６１の中に放電装置６０の側面が位置しており、この放電装置６０は、図６Ｂの側面図に詳細に示されている。装置６０は、約０．５ｍｍ（１９．７ミル）の厚さを有し、Ａｌ２Ｏ３を含む基板層６２を有する。基板層６２の裏側の一部の上には、Ｃｕの層がある。層６２の前側には層６４があり、層６４は、０．７５ｍｍ×３２ｍｍの寸法を有する薄い電極である。電極６４のかなりの部分の上には、電極カバー・フィルム６５がある。電極カバー・フィルム６５は、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を含み得る。フィルム６５上には、放電領域６６がある。領域６６は、約２０ＫＨｚで６．８ｋＶの放電を維持できる。図６Ｃは装置６０の軸方向の図であり、放電領域６６が、前側にあり且つチャネル６１の中に位置しているる。図６Ｄは、チャネル６１の中に位置している装置６０の上面図である。
【００１５】
ＭＤＤ１０、２０、３０、４０又は５０の予期されるスペクトル出力は、キャリヤ・ガスとして通常の空気におけるＮ２、Ｏ２及びＯＨ、及び他の分析物プラズマ反応の生成物を対象として含む。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄに示されるマクロ放電組立体６０を用いて得られ、「相対強度」対「波長」で示す図７、図８及び図９のそれぞれにおけるこれらの流体のスペクトルに注目することができる。サンプル流体２９のイオン化センサは、スペクトル・センサ及び他のセンサの組の一部であり、これら全てのセンサは、特に、サンプル・ガスの組成が変わったときに、ＭＤＤの放電電流、放電により誘発された光イオン化、及びスペクトル放出の出力が同時に及び／又は相互に関連して検出されることができる場合に、流体中の対象とする分析物の検出及び定量化の信頼性を最大にするように適応させられる。
【００１６】
図７は、バルーンからの純粋なＮ２におけるマクロ放電に関する。図８は、バルーンからの吐出された息におけるマクロ放電に関する。図９は、バルーンからの自動車の排気におけるマクロ放電に関する。図７から図９のデータは、キャビトン社（Ｃａｖｉｔｏｎ Ｉｎｃ．）により記録された。人は、２４７．２又は２５８．８±１．４ｎｍでのＮＯ放出の、及び３３６．９又は３５７．５±２ｎｍでの基準Ｎ２の様々な波長に注目するであろう。ＯＨ、Ｃ２及びＣＨの他の帯域は、炎光スペクトルから知られ得る。更に他のものが、ＮＨ３、ＣＯ、ＳＯ２及びそれらと類似のものの吸収率測定から知られ得る。ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣｎＨｍ等のＧＣピークが抽出されると、より多くの「イオン＋電子」及び異なるスペクトル放出帯域が発生される傾向にあり、その全てが、測定可能なイオン化電流の同時に起こる変化（一般的には増大）に寄与する。放電の中のガスの組成が時間につれて変化すると、ガス・クロマトグラフィ分析器から抽出する濃度ピークに従って、放電電流の測定可能な変化が存在し得る。
【００１７】
本発明の幾つかの特徴は、共平面のＭＥＭＳ ＭＤＤ及びイオン化検知電極と、両方における高パワー密度（即ち、輝度及び高いＵＶ及び「イオン＋電子」出力）を達成するための互いにかみあわされた（インターディジタルの）ＭＤＤと、サンプル・ガスに対する感度の点で有利に働く、マイクロ放電の短い拡散距離（１０から１００マイクロメートル）に起因した短い滞留時間と、高い合計パワー及びイオン化信号及び早い応答とを含む。これらは、全て、共平面イオン化収集電極と共にある。速いガスの流れ（１００から２００ｃｍ／ｓ）の中でイオンを最適に収集するために、イオン化収集電極の位置を下流に移すこともできる。ＤＣイオン化収集電圧の印加は、電荷キャリヤ発生回路とその測定回路との間の最小の干渉のためなされ得る。
【００１８】
ガス混合成分を間違って識別する確率Ｐを最小にするために、分析物の出来るだけ多くの独立した測定値を得ることが望ましい。ＧＣ−ＭＳ（ＭＳ＝質量分析器）、ＧＣ−ＧＣ、及びＧＣ−ＧＣ−ＭＤＤによる測定値が注目される。ポイントは、ＭＤＤのスペクトル放出を、イオン化電流の特徴と共に検知することにより、Ｐを低減する助けになる、ということである。そのような特徴とは、ＡＣ及びＤＣの測定値、電荷キャリヤの既知の発生に関係するイオン・ドリフト（即ち、イオン化電流）の位相遅れ、及び、炎光整流回路（ｆｌａｍｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で実施されるような、似ていない電極の使用により可能とされる整流効果であり得る。
【００１９】
１対の等しい電極と、イオン発生周波数に結びつけられている位相ロック増幅器とを用いてＡＣイオン化収集電圧を印加して、イオン化の振幅及び位相シフトの測定を可能にでき、その測定値は、イオン・ドリフト分光器における場合のように、イオンのサイズ及び極性と関連する。他方、１対の等しくない電極と、イオン発生周波数に結びつけられている位相ロック増幅器とを用いてＡＣイオン化収集電圧を印加して、イオン化の振幅、位相シフト及び整流の測定を可能にでき、その測定値は、イオンのサイズ及び極性をより良好に定量化し、更にＰを低減し得る。
【００２０】
差動イオン化（実際には電荷キャリヤ）収集回路を使用することができ、この回路では、定常状態の入力サンプル・ガスのイオン化は、分離したガス構成成分ピークを特徴とするＧＣから出るガスのイオン化と比較される。また、Ｐを低減するために、ＭＤＤスペクトル出力及びイオン化電流に加えて、印加された電圧及び周波数に対しての、ＭＤＤの電力及び／又は電流及び／又はイオン化の全てを検知することができる。
【００２１】
このイオン化ガス検出器は、次の事項を含み得る。未知のガス混合サンプルのスペクトル放出を介したガス検知のための、プラズマ空洞カソード・マイクロ・グロー放電装置（ＭＤＤ）を使用して、特に低いイオン化電位のガス混合成分（即ち、分析物）の、イオン及び電子の対及び追加の対を、光イオン化を介して発生することができる。また、ＭＥＭＳ ＭＤＤのために共平面電極（例えば、アルミナ上のＰｔ厚膜）を使用することもできるが、その場合は追加の共平面イオン化検知電極を用いる。
【００２２】
図１０は、マイクロ・ガス装置１１５の或る詳細を表す。サンプル・ストリーム１２５は、パイプ又は管１１９から投入ポート１３４へ入る。排気からすすのようなごみを除去するため、およびマイクロ・ガス装置１１５に入ることになる流体１２５のストリームから他の粒子を除去するための、粒子フィルタ１４３がある。この除去は、装置１１５の保護のためであり、そして、そのフィルタリングは、流体１２５の組成を正確に分析する装置の能力を低減すべきでない。汚れた流体（懸濁物質や、液体の不揮発性粒子を有する）は、適正なセンサ機能を損ない得る。流体１２５の一部２９は、差動熱伝導度検出器（ＴＣＤ、又は化学センサ、又は光イオン化センサ／検出器（ＰＩＤ）、又は他のデバイス）２２７の第１の脚部を流れ、また、流体１２５の一部１４７は、管１４９を通ってポンプ１５１へ流れる。入り口２９に隣接して「Ｔ」管を配置することにより、比較的高い流れ１４７のため、最小の時間遅れでサンプリングが達成され得、それによりフィルタ・パージ時間を短縮することを助ける。ポンプ１５１は、流体１４７が、粒子フィルタ１４３の出口から管１４９を通って流れてポンプ１５１から出るようにする。ポンプ１５３は、流体２９がセンサを介して管１５７を通って流れるようにする。検出器２２７から、流体２９は、イオナイザ２２４、フロー・センサ２２５、セパレータ２２６、及び検出器２２８（検出器２２７と同様のものであり得る）を通って、ポンプ１５３へ流れる。セパレータ２２６は、特に、サンプル流体２９がガス混合物である場合に、サンプル流体２９の個々のガス構成成分を分離するためのものである。図１０におけるシステム１１５に関して、ポンプの数を追加又は減少させたり、様々な管や配管の構成又は形態とすることができる。検出器２２７及び２２８、フロー・センサ２２５、イオナイザ２２４、及びセパレータ２２６からのデータは、コントローラ２３０に送られて、流体２９についての処理がなされ、分析及び結果が生成される。
【００２３】
本発明を、少なくとも１つの例示的な実施形態に関して説明したが、当業者には、この明細書を読むと多くの変形例及び変更例が明らかになるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような変形例及び変更例を含むように従来技術に鑑みて出来るかぎり広く解釈されるべきであることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、矩形フロー・チャネルの中の空洞カソード放電プラズマ及び光イオン化検出器を示す。
【図２】図２は、空洞カソード「電極無し」ＡＣ放電プラズマ及び光イオン化検出器の図である。
【図３】図３は、共平面設計を有するイオン化検出器の電極レイアウトを示す。
【図４】図４は、別の共平面設計を有するイオン化検出器の電極レイアウトを示す。
【図５】図５は、プロング型又はインターディジタルの指型の共平面電極を有するイオン化検出器の図を示す。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、容量性放電デバイス又はＡＣデバイスを示す。
【図７】図７は、バルーンからの純粋Ｎ２のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図８】図８は、バルーンからの吐出された息のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図９】図９は、バルーンからの自動車排気のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図１０】図１０は、ガス・イオン化センサの上流に接続され得るマイクロ・ガス分析器システムを示す。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１月１５日に出願され、発明の名称が「フェーズドＩＩＩセンサ（ＰＨＡＳＥＤ−ＩＩＩ ＳＥＮＳＯＲ）」である同時係属中の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／４４０，１０８についての優先権を、米国特許法３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）の下で主張するものであり、この文献を本明細書に援用する。本出願はまた、２００３年９月４日に出願され、発明の名称が「フェーズドＶ、ＶＩセンサ・システム（ＰＨＡＳＥＤ Ｖ， ＶＩ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ）」である同時係属中の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／５００，８２１についての優先権を、米国特許法３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）の下で主張するものであり、この文献を本明細書に援用する。本出願は、２００３年９月２６日に出願され、発明の名称が「フェーズド・マイクロ分析器Ｖ、ＶＩ（ＰＨＡＳＥＤ ＭＩＣＲＯ ＡＮＡＬＹＺＥＲ Ｖ， ＶＩ）」である同時係属中の仮出願ではない米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３についての一部継続として優先権を主張するものであり、その米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３は、２００２年９月２７日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６０／４１４，２１１の利益を主張するものであり、同時係属中の米国特許出願Ｎｏ．１０／６７２，４８３を本明細書に援用する。本発明は、２００３年９月２６日に出願され、発明の名称が「フェーズド・マイクロ分析器ＩＩＩ、ＩＩＩＡ（ＰＨＡＳＥＤ ＭＩＣＲＯ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＩＩＩ， ＩＩＩＡ）」である同時係属中の仮出願ではない米国特許出願Ｎｏ．１０／６７１，９３０についての一部継続として優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は流体の検出に関する。特に、本発明は、イオン化構造に関し、より詳細には、流体の成分の識別及び定量化のためのセンサとして上記構造を適用することに関する。用語「流体」は、気体及び液体を種として含む総称的な用語として用いられる。例えば、空気、ガス、水及び油は、流体である。
【背景技術】
【０００３】
流体分析器に関連した構造及びプロセスの態様が、２００２年５月２８日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅその他に対して発行され、発明の名称が「感度を増大するフェーズド・ヒータを有するガス・センサ（Ｇａｓ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ Ｐｈａｓｅｄ Ｈｅａｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」である米国特許Ｎｏ．６，３９３，８９４に開示されており、この文献を本明細書に援用する。また、流体分析器に関連した構造及びプロセスの態様は、２００１年１０月３０日にＵｌｒｉｃｈ Ｂｏｎｎｅその他に対して発行され、発明の名称が「自己正規化フロー・センサ及びそのセンサのための方法（Ｓｅｌｆ−Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ Ｆｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」である米国特許Ｎｏ．６，３０８，５５３ Ｂ１に開示されており、この文献を本明細書に援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在入手可能な気体成分分析器は、選択性があり感度が高いが、未知の成分を有するサンプル・ガス混合物の成分（１または複数）を識別する能力に欠けており、また、一般的に寸法が大きくてコストが高い。最新の技術の組み合わせ分析器ＧＣ−ＧＣ及びＧＣ−ＭＳ（ガス・クロマトグラフ−質量分析器）は、望ましい選択性、感度及び明晰さを組み合わせたものに近づいているが、まだ寸法が大きく、コストが高く、遅く、そしてバッテリ給電される応用には不適当である。ＧＣ−ＡＥＤ（ガス・クロマトグラフ−原子放出検出器（ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ−ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）においては、ＡＥＤ単独で１００ワットより多い電力を用い、そのマイクロ波放電を冷却するために水を用い、そして、コストが高い。
【０００５】
マイクロ・ガス・クロマトグラフィ（μＧＣ）検出器は、応答が速くて（＜１ミリ秒）感度が高いものとされているが、特定の化合物に対しての選択性がなく、簡素な構成で無く、低コストで無く、コンパクトで無く、低パワー（〜ｍＷ）でも無い。現在入手可能な又は考えられるμＧＣ検出器は、例えば、熱伝導度センサのような非常に高い感度（分析物の１０から１００ｐｐｍ以上）では無いか、又は、例えば、蛍光検出器や電子捕獲型検出器のように特定の化合物に対して選択が限定され過ぎているか、又は、例えば、約６００ドル、３０００ドル及びそれより上といった多くのＧＣ検出器の２００３年の典型的な価格のように低コストで無いか、又は、スペクトル分析を介してマイクロ放電装置（ＭＤＤ）を監視するときに、汚れた光学系に起因してドリフトを生じがちであるか、又は、前述のように、ＡＥＤのように低電力で無いかの何れかである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この検出器システムは、光イオン化検出器（ＰＩＤ）の感度（下は１０ｐｐｂ）、ＴＣＤ、ＰＩＤ及びプラズマ・マイクロ放電装置（ＭＤＤ）の非限定性、低電力消費（ｍＷ）、短い応答時間（＜１ミリ秒）、及び簡素で低コストの設計を組み合わせ、それにより、複雑な設計や光検出器のマイクロ処理の必要性無しで、ＭＥＭＳ共平面製作及びμＧＣ部品との統合を可能にし、なおも堅牢性及び信頼性を提供することにより、高温において動作することを可能にし、また、光学系エレメントの汚損に対して比較的高い不感受性を有するようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の本質は、例えば、ＧＣ又はμＧＣの出口で生じるサンプル・ガス・ストリームのガス組成の変化の検出のために、グロー放電プラズマにおいて発生された電荷キャリヤと、放電のＵＶスペクトル放出の光電効果により更に発生された電荷キャリヤとの両方を利用することにある。
【０００８】
この検出器は、前に提案又は提供された気体組成検知デバイスを越えた次の利点を有する。この検出器は、前に考慮された他のデバイスや手法よりも、望ましい検出器属性（低電力、高速度、堅牢、高信頼性、コンパクトさ、ＰＨＡＳＥＤのようなＭＥＭＳデバイスとの統合化の可能性、簡素で低コストの設計、ドリフト傾向のある光学コンポーネントが不要）の有利な組み合わせを有する。更に、この検出器は、管状放電デバイスに基づく設計よりも、共平面で簡素で低コストの設計である。この検出器は、ＡＥＤのような従来のＧＣ放電検出器よりも消費するエネルギが少なく、そして、光検出器、ＴＣＤ又は炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む他のデバイスよりも温度変化に対する耐性が高い。ＦＩＤ用にＨ２が必要であるのとは異なり、Ｈ２のような検出器ガス貯蔵タンクは、この検出器に対しては必要でない。また、１０から１２ｅＶのＵＶ窓を必要としない。なぜなら、ソース及びイオン化試験気体が、共に近接しているか、又は、特にＵＶ透過型放電ガス（ＵＶ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇａｓ）の小さい流れが与えられる場合には、層構造が保証されることにより、窓なしで分離された状態に保たれる。
【０００９】
このＭＤＤイオン化の組み合わせは、マクロ放電デバイスよりも、（再放電の古いプラズマ・ガスより、）放電の高電力密度（イリノイ大学によれば１０５−１０６Ｗ／ｃｍ３）と、短いパージ時定数、従って、新しい通過するガスのピークに対する短い応答と、それらの組成に対する大きい感度とを可能にする。本デバイスは、管状構造の放電デバイス（例えば、オゾン発生器の放電デバイスのようなもの）よりも製造し易い。また、自己発生される酸化物コーティングを有するイオン化電極材料を有利に使用でき得る。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂは、例えば、ガス・クロマトグラフ（ＧＣ）のための、矩形フロー・チャネルの中の空洞カソード放電プラズマ及び光イオン化検出器を示す。これらの図は、ＧＣのような分析器システムのためのプラズマ−光イオン化検出器１０を表す。それは、プラズマ・グロー放電２５を与える放電電極１１及び１２を有するマイクロ放電装置（ＭＤＤ）１０である。電源２１は、動作電圧より高い電圧、例えば、１００から８００ＶＡＣを与え得るものであり、その動作電圧より高い電圧は、放電２５の点火又は開始のため必要とされ得るものであり、そして、放電２５の開始後の放電電極１１及び１２に対する電圧及びその電流は、それぞれ、負荷抵抗１８により低下され制限されて、散逸電力を０．０１から１ｍＷという低い範囲として（約１００ＶＡＣで）放電装置１０を動作させる。その動作は、電極１１と１２との間で約２０ｋＨｚから２０ＭＨｚの周波数で起こる容量性放電（ｃａｐａｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を含む。電極１２は、低い導電率のシリコン・チップ基板材料１５を含み得る。イオン化電流（ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）は、６０ＶＤＣ未満の電圧源２２を有する比較的低電圧のＤＣ回路を介して測定され得る。そのようなＤＣ回路は、放電及び電流の測定の２つの回路間の干渉を最小にし得る。
【００１１】
図２の装置は、電極１２を、絶縁フィルム２８（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＯ）の空洞を形成された範囲２７の中に被着し、そのような絶縁誘電体を用いて電極を同様に覆うことを除いて、図１Ａ及び図１Ｂの設計と類似の設計を用いている。両方の装置１０及び２０において、電極１１、１２、１３、１４、従って、それらへのリード線が、ウェーハ１５及び１６に配されることが注目され得る。電極１１及び１２は、底部ウェーハ１５上にある。電極１３及び１４は、上部ウェーハに取り付けられる。装置１０及び２０の両方において、上部ウェーハ１６は、サンプル・ガスの流れ２９のための、分離カラムのガス・フロー・チャネル１７を形成し、そして底部ウェーハ１５は、ＰＨＡＳＥＤセンサの状況においては、カラム・ヒータを支持する。
【００１２】
図３及び図４における装置３０及び４０は、共平面の電極構造を用いており、そこにおいて、検出器３０の収集電極３１、３２及び放電電極３３、３４は、同じウェーハ又は基板、例えば、ウェーハ又は基板１５に被着される。同様に、収集電極４１、４２及び放電電極４３、４４は、検出器４０の同じウェーハ又は基板１５に被着される。検出器３０と４０との間の寸法及び配置の相違は、上記の２つの回路（放電及びイオン化）間の高い電界（ｅ−ｆｉｅｌｄ）領域を最小にすること、及びイオン＋電子の収集電極３１、３２のフィールドが、放電電極３３と３４との間のフィールドよりも低いことを保証することを含む。装置３０の収集電極３１、３２の一方は、他方より小さい。装置４０の収集電極４１及び４２は、ほぼ同じサイズでありる。装置３０の放電電極３３及び３４は、装置４０の電極４３及び４４よりも電極間の距離がおおきくとられ、より大きい放電が起きるようにする。
【００１３】
フォト及びプラズマ・イオン化装置５０は、マイクロ放電の高い電力密度（Ｗ／ｃｍ３）及び輝度、即ち、マクロ放電装置のそれよりも高く維持しつつ、上記の装置１０、２０、３０及び４０の出力に比べてイオン＋電子＋光子の合計出力を増大させる。放電電極５３及び５４は、より大きく且つより強度の高い放電２５を与えられるように、大きい電極対電極の範囲を得るために、かみ合ったプロング状（ｐｒｏｎｇ−ｌｉｋｅ）又はフィンガ状（即ち、インターディジタル形状）の設計を有し得る。収集電極５１及び５２及び放電電極５３及び５４を、チャネル又はカラムの更に下流の位置に配置して、高いサンプル・ガスの流れ２９（約１００から２００ｃｍ／ｓ）においての収集を最適化することができる。共平面電極５１、５２、５３及び５４は、ヒータ・ウェーハ１５上に配置され得る。
【００１４】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、マクロ放電組立体である容量性グロー放電装置６０を示す。それは、オゾン発生器に基づいている構成である。図６Ａは、チャネル６１の側面図であって、ガスの流れ２９がチャネル６１を通る状態を示している。チャネル６１は、ＳｉＯ２を含む約２．５４ｃｍ（１インチ）×２．５４ｃｍ（１インチ）のチャネルである。チャネル６１の中に放電装置６０の側面が位置しており、この放電装置６０は、図６Ｂの側面図に詳細に示されている。装置６０は、約０．５ｍｍ（１９．７ミル）の厚さを有し、Ａｌ２Ｏ３を含む基板層６２を有する。基板層６２の裏側の一部の上には、Ｃｕの層がある。層６２の前側には層６４があり、層６４は、０．７５ｍｍ×３２ｍｍの寸法を有する薄い電極である。電極６４のかなりの部分の上には、電極カバー・フィルム６５がある。電極カバー・フィルム６５は、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を含み得る。フィルム６５上には、放電領域６６がある。領域６６は、約２０ＫＨｚで６．８ｋＶの放電を維持できる。図６Ｃは装置６０の軸方向の図であり、放電領域６６が、前側にあり且つチャネル６１の中に位置しているる。図６Ｄは、チャネル６１の中に位置している装置６０の上面図である。
【００１５】
ＭＤＤ１０、２０、３０、４０又は５０の予期されるスペクトル出力は、キャリヤ・ガスとして通常の空気におけるＮ２、Ｏ２及びＯＨ、及び他の分析物プラズマ反応の生成物を対象として含む。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄに示されるマクロ放電組立体６０を用いて得られ、「相対強度」対「波長」で示す図７、図８及び図９のそれぞれにおけるこれらの流体のスペクトルに注目することができる。サンプル流体２９のイオン化センサは、スペクトル・センサ及び他のセンサの組の一部であり、これら全てのセンサは、特に、サンプル・ガスの組成が変わったときに、ＭＤＤの放電電流、放電により誘発された光イオン化、及びスペクトル放出の出力が同時に及び／又は相互に関連して検出されることができる場合に、流体中の対象とする分析物の検出及び定量化の信頼性を最大にするように適応させられる。
【００１６】
図７は、バルーンからの純粋なＮ２におけるマクロ放電に関する。図８は、バルーンからの吐出された息におけるマクロ放電に関する。図９は、バルーンからの自動車の排気におけるマクロ放電に関する。図７から図９のデータは、キャビトン社（Ｃａｖｉｔｏｎ Ｉｎｃ．）により記録された。人は、２４７．２又は２５８．８±１．４ｎｍでのＮＯ放出の、及び３３６．９又は３５７．５±２ｎｍでの基準Ｎ２の様々な波長に注目するであろう。ＯＨ、Ｃ２及びＣＨの他の帯域は、炎光スペクトルから知られ得る。更に他のものが、ＮＨ３、ＣＯ、ＳＯ２及びそれらと類似のものの吸収率測定から知られ得る。ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣｎＨｍ等のＧＣピークが抽出されると、より多くの「イオン＋電子」及び異なるスペクトル放出帯域が発生される傾向にあり、その全てが、測定可能なイオン化電流の同時に起こる変化（一般的には増大）に寄与する。放電の中のガスの組成が時間につれて変化すると、ガス・クロマトグラフィ分析器から抽出する濃度ピークに従って、放電電流の測定可能な変化が存在し得る。
【００１７】
本発明の幾つかの特徴は、共平面のＭＥＭＳ ＭＤＤ及びイオン化検知電極と、両方における高パワー密度（即ち、輝度及び高いＵＶ及び「イオン＋電子」出力）を達成するための互いにかみあわされた（インターディジタルの）ＭＤＤと、サンプル・ガスに対する感度の点で有利に働く、マイクロ放電の短い拡散距離（１０から１００マイクロメートル）に起因した短い滞留時間と、高い合計パワー及びイオン化信号及び早い応答とを含む。これらは、全て、共平面イオン化収集電極と共にある。速いガスの流れ（１００から２００ｃｍ／ｓ）の中でイオンを最適に収集するために、イオン化収集電極の位置を下流に移すこともできる。ＤＣイオン化収集電圧の印加は、電荷キャリヤ発生回路とその測定回路との間の最小の干渉のためなされ得る。
【００１８】
ガス混合成分を間違って識別する確率Ｐを最小にするために、分析物の出来るだけ多くの独立した測定値を得ることが望ましい。ＧＣ−ＭＳ（ＭＳ＝質量分析器）、ＧＣ−ＧＣ、及びＧＣ−ＧＣ−ＭＤＤによる測定値が注目される。ポイントは、ＭＤＤのスペクトル放出を、イオン化電流の特徴と共に検知することにより、Ｐを低減する助けになる、ということである。そのような特徴とは、ＡＣ及びＤＣの測定値、電荷キャリヤの既知の発生に関係するイオン・ドリフト（即ち、イオン化電流）の位相遅れ、及び、炎光整流回路（ｆｌａｍｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で実施されるような、似ていない電極の使用により可能とされる整流効果であり得る。
【００１９】
１対の等しい電極と、イオン発生周波数に結びつけられている位相ロック増幅器とを用いてＡＣイオン化収集電圧を印加して、イオン化の振幅及び位相シフトの測定を可能にでき、その測定値は、イオン・ドリフト分光器における場合のように、イオンのサイズ及び極性と関連する。他方、１対の等しくない電極と、イオン発生周波数に結びつけられている位相ロック増幅器とを用いてＡＣイオン化収集電圧を印加して、イオン化の振幅、位相シフト及び整流の測定を可能にでき、その測定値は、イオンのサイズ及び極性をより良好に定量化し、更にＰを低減し得る。
【００２０】
差動イオン化（実際には電荷キャリヤ）収集回路を使用することができ、この回路では、定常状態の入力サンプル・ガスのイオン化は、分離したガス構成成分ピークを特徴とするＧＣから出るガスのイオン化と比較される。また、Ｐを低減するために、ＭＤＤスペクトル出力及びイオン化電流に加えて、印加された電圧及び周波数に対しての、ＭＤＤの電力及び／又は電流及び／又はイオン化の全てを検知することができる。
【００２１】
このイオン化ガス検出器は、次の事項を含み得る。未知のガス混合サンプルのスペクトル放出を介したガス検知のための、プラズマ空洞カソード・マイクロ・グロー放電装置（ＭＤＤ）を使用して、特に低いイオン化電位のガス混合成分（即ち、分析物）の、イオン及び電子の対及び追加の対を、光イオン化を介して発生することができる。また、ＭＥＭＳ ＭＤＤのために共平面電極（例えば、アルミナ上のＰｔ厚膜）を使用することもできるが、その場合は追加の共平面イオン化検知電極を用いる。
【００２２】
図１０は、マイクロ・ガス装置１１５の或る詳細を表す。サンプル・ストリーム１２５は、パイプ又は管１１９から投入ポート１３４へ入る。排気からすすのようなごみを除去するため、およびマイクロ・ガス装置１１５に入ることになる流体１２５のストリームから他の粒子を除去するための、粒子フィルタ１４３がある。この除去は、装置１１５の保護のためであり、そして、そのフィルタリングは、流体１２５の組成を正確に分析する装置の能力を低減すべきでない。汚れた流体（懸濁物質や、液体の不揮発性粒子を有する）は、適正なセンサ機能を損ない得る。流体１２５の一部２９は、差動熱伝導度検出器（ＴＣＤ、又は化学センサ、又は光イオン化センサ／検出器（ＰＩＤ）、又は他のデバイス）２２７の第１の脚部を流れ、また、流体１２５の一部１４７は、管１４９を通ってポンプ１５１へ流れる。入り口２９に隣接して「Ｔ」管を配置することにより、比較的高い流れ１４７のため、最小の時間遅れでサンプリングが達成され得、それによりフィルタ・パージ時間を短縮することを助ける。ポンプ１５１は、流体１４７が、粒子フィルタ１４３の出口から管１４９を通って流れてポンプ１５１から出るようにする。ポンプ１５３は、流体２９がセンサを介して管１５７を通って流れるようにする。検出器２２７から、流体２９は、イオナイザ２２４、フロー・センサ２２５、セパレータ２２６、及び検出器２２８（検出器２２７と同様のものであり得る）を通って、ポンプ１５３へ流れる。セパレータ２２６は、特に、サンプル流体２９がガス混合物である場合に、サンプル流体２９の個々のガス構成成分を分離するためのものである。図１０におけるシステム１１５に関して、ポンプの数を追加又は減少させたり、様々な管や配管の構成又は形態とすることができる。検出器２２７及び２２８、フロー・センサ２２５、イオナイザ２２４、及びセパレータ２２６からのデータは、コントローラ２３０に送られて、流体２９についての処理がなされ、分析及び結果が生成される。
【００２３】
本発明を、少なくとも１つの例示的な実施形態に関して説明したが、当業者には、この明細書を読むと多くの変形例及び変更例が明らかになるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような変形例及び変更例を含むように従来技術に鑑みて出来るかぎり広く解釈されるべきであることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、矩形フロー・チャネルの中の空洞カソード放電プラズマ及び光イオン化検出器を示す。
【図２】図２は、空洞カソード「電極無し」ＡＣ放電プラズマ及び光イオン化検出器の図である。
【図３】図３は、共平面設計を有するイオン化検出器の電極レイアウトを示す。
【図４】図４は、別の共平面設計を有するイオン化検出器の電極レイアウトを示す。
【図５】図５は、プロング型又はインターディジタルの指型の共平面電極を有するイオン化検出器の図を示す。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、容量性放電デバイス又はＡＣデバイスを示す。
【図７】図７は、バルーンからの純粋Ｎ２のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図８】図８は、バルーンからの吐出された息のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図９】図９は、バルーンからの自動車排気のマクロ放電に関する、マイクロ放電のスペクトル放出強度出力対波長を示す。
【図１０】図１０は、ガス・イオン化センサの上流に接続され得るマイクロ・ガス分析器システムを示す。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化センサであって、
第１の平面に位置した第１の電極と、
前記第１の平面に位置した第２の電極と、
第２の平面に位置した第３の電極と、
第３の平面に位置した第４の電極と
を備え、
前記第２の平面が、前記第１の平面とほぼ平行であり、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記第３の電極及び前記第４の電極に近接している、
イオン化センサ。
【請求項２】
請求項１記載のイオン化センサであって、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、第１の電源への接続のための第１の端子及び第２の端子を有し、
前記第３の電極及び前記第４の電極が、第２の電源への接続のための第１の端子及び第２の端子を有する、
イオン化センサ。
【請求項３】
請求項２記載のイオン化センサであって、前記第３の電極及び前記第４の電極が、電気的放電ギャップを形成する、イオン化センサ。
【請求項４】
請求項３記載のイオン化センサであって、前記第１の平面、前記第２の平面及び前記第３の平面が、ほぼ同じ平面にある、イオン化センサ。
【請求項５】
請求項３記載のイオン化センサであって、
前記第１の平面が、第１のウェーハの第１の表面に位置し、
前記第２の平面が、第２のウェーハの第２の表面に位置し、
前記第１のウェーハと前記第２のウェーハとが、流体の流れるチャネルを形成する、
イオン化センサ。
【請求項６】
イオン化センサであって、
ほぼ１つの平面に位置した第１の複数のプロングを有する第１の電極と、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の複数のプロングに近接して位置した第２の複数のプロングを有する第２の電極であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に複数の電気的放電ギャップを形成する、第２の電極と
を備えるイオン化センサ。
【請求項７】
請求項６記載のイオン化センサであって、チャネルを更に備え、前記チャネルが、前記第１の電極及び前記第２の電極を備える、イオン化センサ。
【請求項８】
請求項７記載のイオン化センサであって、前記チャネルが、流体の流れるチャネルである、イオン化センサ。
【請求項９】
請求項８記載のイオン化センサであって、前記複数の電気的放電ギャップに光学的に結合された分光器を更に備える、イオン化センサ。
【請求項１０】
請求項９記載のイオン化センサであって、前記平面が、前記チャネルの流体の流れの方向にほぼ平行である、イオン化センサ。
【請求項１１】
請求項９記載のイオン化センサであって、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の電極及び前記第２の電極に近接して位置した第３の電極と、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の電極及び前記第２の電極に近接して位置した第４の電極と、
を更に備えるイオン化センサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオン化センサであって、
ＡＣ電圧供給手段が、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続され、
ＤＣ電圧供給手段が、前記第３の電極及び前記第４の電極に接続される、
イオン化センサ。
【請求項１３】
請求項１２記載のイオン化センサであって、前記第１の電極及び前記第２の電極が、誘電性コーティングを有する、イオン化センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載のイオン化センサであって、前記第３の電極及び前記第４の電極が、誘電性コーティングを有さない、イオン化センサ。
【請求項１５】
請求項９記載のイオン化センサであって、前記分光器に接続されたプロセッサを更に備える、イオン化センサ。
【請求項１６】
イオン化検知装置であって、
流体の流れを運ぶ手段と、
流体の流れを運ぶ前記手段に位置したイオン化電気的放電を提供する手段と、
を備えるイオン化検知装置。
【請求項１７】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記流体が気体である、イオン化検知装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のイオン化検知装置であって、前記電気的放電の中の気体の組成が時間と共に変わるにつれて、可変の放電電流の測定を可能にする手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項１９】
請求項１８記載のイオン化検知装置であって、前記電気的放電の中の気体の組成が、ガス・クロマトグラフィ分析器から抽出する濃度ピークに従って、時間とともに変わる、イオン化検知装置。
【請求項２０】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記チャネルに光学的に結合された分光器を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２１】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記流体が気体混合物である場合に、サンプリングされた前記流体の個々の気体成分を分離する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２２】
請求項２１記載のイオン化検知装置であって、前記分離する手段に接続された熱伝導度を決定する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２３】
請求項２２記載のイオン化検知装置であって、前記分離する手段に近接して位置し、流体の流れを決定する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２４】
イオン化を検知する方法であって、
流体の流れのためチャネルを設けるステップと、
前記チャネルの中にイオン化電気的放電を与えるステップと
を備える方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、前記チャネルの中の光のスペクトル分析を提供するステップを更に備える方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、偽陽性を最小限にとどめるために、前記チャネルの中の光のスペクトル分析を用いて複数回の測定を行うステップを備える方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法であって、
前記チャネルの中の流れの検知を提供するステップと、
前記チャネルの近傍において熱伝導度の検出を提供するステップと
を更に備える方法
【請求項２８】
請求項２７記載の方法であって、前記チャネルにおいて分離することを提供するステップを更に備える方法。
【請求項２９】
気体イオン化センサであって、
平面に位置した第１の電極と、
前記平面に位置した第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、放電電力電極であり、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、放電電流検知電極である、
気体イオン化センサ。
【請求項３０】
請求項２９記載の気体イオン化センサであって、前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記電極に近接した気体の中の分析物の存在及び変化を検知する、気体イオン化センサ。
【請求項１】
イオン化センサであって、
第１の平面に位置した第１の電極と、
前記第１の平面に位置した第２の電極と、
第２の平面に位置した第３の電極と、
第３の平面に位置した第４の電極と
を備え、
前記第２の平面が、前記第１の平面とほぼ平行であり、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記第３の電極及び前記第４の電極に近接している、
イオン化センサ。
【請求項２】
請求項１記載のイオン化センサであって、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、第１の電源への接続のための第１の端子及び第２の端子を有し、
前記第３の電極及び前記第４の電極が、第２の電源への接続のための第１の端子及び第２の端子を有する、
イオン化センサ。
【請求項３】
請求項２記載のイオン化センサであって、前記第３の電極及び前記第４の電極が、電気的放電ギャップを形成する、イオン化センサ。
【請求項４】
請求項３記載のイオン化センサであって、前記第１の平面、前記第２の平面及び前記第３の平面が、ほぼ同じ平面にある、イオン化センサ。
【請求項５】
請求項３記載のイオン化センサであって、
前記第１の平面が、第１のウェーハの第１の表面に位置し、
前記第２の平面が、第２のウェーハの第２の表面に位置し、
前記第１のウェーハと前記第２のウェーハとが、流体の流れるチャネルを形成する、
イオン化センサ。
【請求項６】
イオン化センサであって、
ほぼ１つの平面に位置した第１の複数のプロングを有する第１の電極と、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の複数のプロングに近接して位置した第２の複数のプロングを有する第２の電極であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に複数の電気的放電ギャップを形成する、第２の電極と
を備えるイオン化センサ。
【請求項７】
請求項６記載のイオン化センサであって、チャネルを更に備え、前記チャネルが、前記第１の電極及び前記第２の電極を備える、イオン化センサ。
【請求項８】
請求項７記載のイオン化センサであって、前記チャネルが、流体の流れるチャネルである、イオン化センサ。
【請求項９】
請求項８記載のイオン化センサであって、前記複数の電気的放電ギャップに光学的に結合された分光器を更に備える、イオン化センサ。
【請求項１０】
請求項９記載のイオン化センサであって、前記平面が、前記チャネルの流体の流れの方向にほぼ平行である、イオン化センサ。
【請求項１１】
請求項９記載のイオン化センサであって、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の電極及び前記第２の電極に近接して位置した第３の電極と、
ほぼ前記平面に位置し且つ前記第１の電極及び前記第２の電極に近接して位置した第４の電極と、
を更に備えるイオン化センサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオン化センサであって、
ＡＣ電圧供給手段が、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続され、
ＤＣ電圧供給手段が、前記第３の電極及び前記第４の電極に接続される、
イオン化センサ。
【請求項１３】
請求項１２記載のイオン化センサであって、前記第１の電極及び前記第２の電極が、誘電性コーティングを有する、イオン化センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載のイオン化センサであって、前記第３の電極及び前記第４の電極が、誘電性コーティングを有さない、イオン化センサ。
【請求項１５】
請求項９記載のイオン化センサであって、前記分光器に接続されたプロセッサを更に備える、イオン化センサ。
【請求項１６】
イオン化検知装置であって、
流体の流れを運ぶ手段と、
流体の流れを運ぶ前記手段に位置したイオン化電気的放電を提供する手段と、
を備えるイオン化検知装置。
【請求項１７】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記流体が気体である、イオン化検知装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のイオン化検知装置であって、前記電気的放電の中の気体の組成が時間と共に変わるにつれて、可変の放電電流の測定を可能にする手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項１９】
請求項１８記載のイオン化検知装置であって、前記電気的放電の中の気体の組成が、ガス・クロマトグラフィ分析器から抽出する濃度ピークに従って、時間とともに変わる、イオン化検知装置。
【請求項２０】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記チャネルに光学的に結合された分光器を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２１】
請求項１６記載のイオン化検知装置であって、前記流体が気体混合物である場合に、サンプリングされた前記流体の個々の気体成分を分離する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２２】
請求項２１記載のイオン化検知装置であって、前記分離する手段に接続された熱伝導度を決定する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２３】
請求項２２記載のイオン化検知装置であって、前記分離する手段に近接して位置し、流体の流れを決定する手段を更に備えるイオン化検知装置。
【請求項２４】
イオン化を検知する方法であって、
流体の流れのためチャネルを設けるステップと、
前記チャネルの中にイオン化電気的放電を与えるステップと
を備える方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、前記チャネルの中の光のスペクトル分析を提供するステップを更に備える方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、偽陽性を最小限にとどめるために、前記チャネルの中の光のスペクトル分析を用いて複数回の測定を行うステップを備える方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法であって、
前記チャネルの中の流れの検知を提供するステップと、
前記チャネルの近傍において熱伝導度の検出を提供するステップと
を更に備える方法
【請求項２８】
請求項２７記載の方法であって、前記チャネルにおいて分離することを提供するステップを更に備える方法。
【請求項２９】
気体イオン化センサであって、
平面に位置した第１の電極と、
前記平面に位置した第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、放電電力電極であり、
前記第１の電極及び前記第２の電極が、放電電流検知電極である、
気体イオン化センサ。
【請求項３０】
請求項２９記載の気体イオン化センサであって、前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記電極に近接した気体の中の分析物の存在及び変化を検知する、気体イオン化センサ。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００７−５１７２２０（Ｐ２００７−５１７２２０Ａ）
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４７１４３（Ｐ２００６−５４７１４３）
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２２７２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６６６２０
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２２７２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６６６２０
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]