特許 6367248 イオン改質

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367248

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】イオン改質

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20060101AFI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/62 101

【請求項の数】22

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-562311(P2015-562311)

(86)(22)【出願日】2014年3月12日

(65)【公表番号】特表2016-515205(P2016-515205A)

(43)【公表日】2016年5月26日

(86)【国際出願番号】GB2014050744

(87)【国際公開番号】WO2014140577

(87)【国際公開日】20140918

【審査請求日】2017年3月6日

(31)【優先権主張番号】1304776.6

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】507235789

【氏名又は名称】スミスズ ディテクション−ワトフォード リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100154003

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100177426

【弁理士】

【氏名又は名称】粟野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド シャープ

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン アトキンソン

【審査官】 吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０９４５２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５０４６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３２８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０７９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４６９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０８５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２３８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７０７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１６４４０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６７４４０４３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／６０−７０、９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ）を用いたイオン移動度分光分析方法において、サンプルが第１特性を有するイオンを含んでいるか否かを決定するステップと、
前記サンプルが前記第１特性を有するイオンを含んでいると決定する場合に、熱エネルギーを無線周波数（ＲＦ）電界とともに親イオンに印加し、第２特性を有する娘イオンを取得する娘イオン取得ステップであって、前記第１特性及び前記第２特性に基づいて前記親イオンの少なくとも１つの素性を推定するための、該娘イオン取得ステップと、
を備え、
前記イオン移動度分光分析装置はドリフトチャンバを備え、
該ドリフトチャンバは、ＲＦ電界を印加するための電極を有する、方法。

【請求項2】

請求項１記載の方法において、前記サンプルが第１特性を有するイオンを含んでいるか否かを決定するステップは、ＲＦ電界及び熱エネルギーのうちの一方を印加して、前記サンプルから派生する第１複数イオンを改質するステップを含む、方法。

【請求項3】

請求項１記載の方法において、前記熱エネルギーを印加するステップは、熱エネルギーを、前記イオン移動度分光分析装置におけるドリフトチャンバの或る領域に選択した期間にわたり印加するステップを含む、方法。

【請求項4】

請求項３記載の方法において、前記熱エネルギーは、前記電極に対して選択した距離内に局在させる、方法。

【請求項5】

請求項１記載の方法において、前記熱エネルギーを無線周波数（ＲＦ）電界とともに印加するステップは、ＲＦ電界を印加する前に前記熱エネルギーを印加するステップを含む、方法。

【請求項6】

請求項１記載の方法において、さらに、前記イオン移動度分光分析装置におけるドリフトチャンバの領域の温度を決定するステップと、及び前記温度が選択した閾値温度よりも低い場合にのみ前記熱エネルギーを印加するステップとを備える、方法。

【請求項7】

請求項１記載の方法において、前記熱エネルギーを印加するステップは、前記イオン移動度分光分析装置におけるドリフトチャンバの領域を、ＲＦ電界の印加なしではイオンを改質するのに不十分である温度に加熱するステップを含む、方法。

【請求項8】

請求項１記載の方法において、前記熱エネルギーを印加するステップは、前記イオン移動度分光分析装置におけるドリフトチャンバの領域を、ＲＦ電界によるイオン改質を促進するよう選択した温度に加熱するステップを含む、方法。

【請求項9】

イオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ）において、
ドリフトチャンバと、
サンプルにおけるイオンの特性を決定する特性決定装置と、
前記ドリフトチャンバ内に配置され、前記イオン移動度分光分析装置の或る領域で前記イオンをＲＦ電界に被曝させ得る電極と、
前記領域を加熱し得るヒータと、
前記電極に対するＲＦ電圧印加及びヒータのうち少なくとも一方を選択的に制御するよう構成したコントローラであって、前記決定した特性に基づいて前記熱エネルギー及びＲＦ電界のうち少なくとも一方を印加する、該コントローラと、
を備える、イオン移動度分光分析装置。

【請求項10】

請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、
前記コントローラは、前記サンプルにおけるイオンが第１特性を有すると前記特性決定装置が決定する場合に、前記電極を動作させ、ＲＦ電界及び熱エネルギーのうち一方を前記サンプルにおけるイオンの一部である第１複数イオンに印加し、また
次に、前記サンプルにおけるイオンが第２特性を有すると前記特性決定装置が決定する場合に、前記ＲＦ電界及び熱エネルギーを前記サンプルにおけるイオンの一部である第２複数イオンに印加するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項11】

請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、前記特性決定装置は、前記ドリフトチャンバ内へのイオン通過を制御するゲートとを有し、前記コントローラは、前記ヒータを動作させて熱エネルギーを選択した期間にわたり印加するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項12】

請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、前記コントローラは、温度が選択した閾値温度よりも低い場合に、前記ヒータを動作させて熱エネルギーを印加するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項13】

イオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ）において、
ドリフトチャンバと、
前記ドリフトチャンバ内に配置され、前記イオン移動度分光分析装置の或る領域でＲＦ電界をイオンに印加するよう構成したイオン改質器と、
前記領域を加熱するよう構成したヒータと、
前記イオン改質器を動作させてＲＦ電界を印加する前に、前記ヒータを動作させて前記領域を加熱するよう構成したコントローラと、
を備える、イオン移動度分光分析装置。

【請求項14】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記ドリフトチャンバに沿うイオン通過を検出するよう構成した検出器と、及び前記ドリフトチャンバ内へのイオン通過を制御するゲートとを備え、前記ヒータは、前記ドリフトチャンバにおけるドリフトガス入口、前記ドリフトチャンバ内における前記イオン改質器と前記ゲートとの間、前記ドリフトチャンバ内における前記検出器と前記イオン改質器との間、及び前記イオン改質器付近で前記ドリフトチャンバの壁に担持される位置、よりなるグループから選択した位置に配置する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項15】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記ヒータは、前記ドリフトチャンバにおける前記領域を、前記ドリフトチャンバの他の領域よりも多く加熱するよう配列する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項16】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン移動度分光分析装置は、赤外放射線を前記ドリフトチャンバ内の局在領域に印加する赤外放射線源を備える、イオン移動度分光分析装置。

【請求項17】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン改質器はヒータを有する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項18】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、イオンの特性を決定する特性決定装置を備え、前記コントローラは、前記特性決定装置が選択した１組の特性セットのうち１つを有するイオンの存在を示さない限り、前記ヒータを動作させないよう構成する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項19】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度が選択した閾値温度より低いものでない限り、前記ヒータを動作させないよう構成する、イオン移動度分光分析装置。

【請求項20】

請求項１記載の方法において、前記ＲＦ電界を印加するための電極は、イオンの移動方向に互いに離間する２個の電極を備える、方法。

【請求項21】

請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン移動度分光分析装置の或る領域で前記イオンをＲＦ電界に被曝させ得る電極は、イオンの移動方向に互いに離間する２個の電極を備える、イオン移動度分光分析装置。

【請求項22】

請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン改質器は、イオンの移動方向に互いに離間する２個の電極を備える、イオン移動度分光分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する本発明は、装置及び方法に関し、とくに、分光分析装置及び分光分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ：ion mobility spectrometers）は、関心対象サンプルからの物質（例えば、分子、原子等々）をイオン化し、またこの結果生じたイオンが既知の電界の下で既知の距離を移動するのにかかる時間を測定することによって、物質を識別することができる。イオン飛行時間は検出器によって測定することができ、またこの飛行時間はイオン移動度に関連する。イオン移動度はイオンの質量及びジオメトリに関連する。したがって、検出器内でのイオンの飛行時間を測定することによって、イオンの素性（アイデンティティ）を推定することができる。これら飛行時間はプラズマグラムとしてグラフィック的又は数値的に表示することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

場合によっては、付加的情報を得るため、無線周波数（ＲＦ）電界を使用して幾つかのイオンを改質する（例えば、イオン断片化による）ことを用いて、イオンの素性を推定することができる。このことは、イオン測定における自由度を増し、またひいては見分けるのが困難なイオン間の相違を解明する能力を改善することができる。汚染物が存在する中で、又は困難な操作条件で測定を実施する場合、又はサンプルが類似のジオメトリ及び質量等を有する場合、イオン並びにイオン移動度を検出し、また同定するＩＭＳの能力は、これらの問題を対処する１つの方法である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の実施形態は、関心対象サンプルからイオンを改質する変動する、例えば、ＲＦの電界と組み合せる熱エネルギーの選択的印加に関する。このことによれば、イオンを改質するに使用するエネルギーは、電界又は熱エネルギーを単独で使用するときに必要とされるよりも、少なくすることができる。このことは、手持ち用の及び／又はバッテリ動作の装置のような携帯分光分析装置を改善した効率で動作させることを可能にする。

【0005】

イオン移動度分光分析装置は、第１特性、例えば、関心対象である１つ又は複数の物質に関連する飛行時間を有するイオンを含んでいるか否かを決定することができるイオン移動度分光分析装置は、次に、熱エネルギーを無線周波数（ＲＦ）電界とともに親イオンに加え、娘イオンを取得するよう動作する。娘イオンは第２特性（例えば、第２飛行時間）を有する場合があり、これにより、第１特性及び第２特性に基づいて親イオンに対する素性又は候補素性の選択を決定することができる。

【0006】

本発明の他の例として、イオン移動度分光分析装置は、イオン改質器であって、分光分析装置の領域、例えば、イオン改質器に隣接する所定領域において、ＲＦ電界をイオンに印加するよう構成した、該イオン改質器と；前記領域を加熱するよう構成したヒータと；及び前記ヒータを動作させて、ＲＦ電界を印加するためのイオン改質器を動作させる前に領域を加熱するよう構成したコントローラとを備える。この加熱は局在化し、これにより前記領域を分光分析装置の他の領域よりも多く加熱できるようにする。例えば、イオン改質器は、分光分析装置のドリフトチャンバにおける領域でＲＦ電界をイオンに印加するよう配置し、またヒータは、ドリフトチャンバにおける他の領域よりも多く前記領域を加熱するよう構成する。

【0007】

本発明の実施形態を以下に添付図面につき単に例示として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】分光分析装置の説明図である。

【図2A】図１の分光分析装置の変更例を示す分光分析装置の実施形態の概略図である。

【図2B】図１の分光分析装置の変更例を示す分光分析装置の実施形態の概略図である。

【図2C】図１の分光分析装置の変更例を示す分光分析装置の実施形態の概略図である。

【図2D】図１の分光分析装置の変更例を示す分光分析装置の実施形態の概略図である。

【図2E】図１の分光分析装置の変更例を示す分光分析装置の実施形態の概略図である。

【図3】分光分析装置を動作させる方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１はイオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ）１００を示し、この装置は、ゲート１０６によってドリフトチャンバ１０４から分離されるイオン化チャンバ１０２を有する。ゲート１０６は、イオン化チャンバ１０２からドリフトチャンバ１０４へのイオン通過を制御することができる。図１において、イオン化源１１０は物質をイオン化するようイオン化チャンバ１０２内に配置する。図示のように、ＩＭＳ１００は、物質を関心対象サンプルからイオン化チャンバ１０２に導入できる入口１０８を備える。

【0010】

図１に示す実施形態において、ドリフトチャンバ１０４は、イオン化チャンバ１０２と検出器１１８との間に位置し、これによりイオンはドリフトチャンバを横切って検出器１１８に到達することができる。ドリフトチャンバ１０４は、ドリフトチャンバ内に電界を印加してイオンをイオン化チャンバからドリフトチャンバ１０４に沿って検出器１１８に移動させる一連の電極１２０ａ〜ｄを有する。

【0011】

ＩＭＳ１００は、検出器１１８への移動経路とは逆方向のドリフトガス流を生ずるよう構成することができる。例えば、ドリフトガスは、検出器１１８に隣接する位置からゲート１０６に向かって流動することができる。図示のように、ドリフトガス入口１２２及びドリフトガス出口１２４を使用して、ドリフトガスをドリフトチャンバに通過させることができる。例えば、ドリフトガスとしては、限定しないが、窒素、ヘリウム、空気、再循環させる空気（例えば、清浄化及び／又は乾燥化される空気）等々がある。

【0012】

検出器１１８は信号を特性決定装置２００に供給するよう接続することができる。検出器１１８からの電流フローは特性決定装置２００が使用することができ、イオンが検出器１１８に到達したかを推定し、またイオンの特性は、イオンがゲート１０６を通過してドリフトチャンバ１０４に沿って検出器１１８に達するまでの時間に基づいて決定することができる。検出器１１８の実施例は、イオンが検出器１１８に到達したことを示す信号を発生するよう構成する。例えば、検出器は、帯電させてイオンをキャッチできるようにしたファラデープレートを有することができる。

【0013】

電極１２０ａ〜ｄは、検出器１１８に向かってイオンを案内するよう配列し、例えば、電極１２０ａ〜ｄは、ドリフトチャンバ１０４周りに配列してイオンを検出器１１８に向けて収束させるようにしたリングを有することができる。図１の実施形態は複数個の電極１２０ａ〜ｄを有するが、幾つかの実施形態において、２個のみの電極を使用する、又は単独の電極を使用して検出器１１８と組み合わせ、電界を印加し、イオンを検出器１１８に案内することができる。他の電極構成も可能であり、例えば、限定しないが、他のジオメトリ形状、電気抵抗性及び／又は導電性の（例えば、抵抗性電気導体）コーティング、例えば、連続的コーティングがある。

【0014】

無線周波数ＲＦ電極１２６をドリフトチャンバ１０４に配列するが、この配列は、イオン化チャンバから検出器に向かうイオンがＲＦ電極を通過するように行う。ＲＦ電極は、導体のグリッドを有し、この導体は、ニッケルのような金属により構成することができる。一実施形態において、導体は直径２０ミクロンとすることができる。一実施形態において、これら導体は３０ミクロン互いに離間させることができる。ＲＦ電極は、２個のグリッドを有し、例えば、互いに離間する２個のグリッドとすることができる。一実施形態において、２個のグリッド間の間隔は２５０ミクロンとすることができる。ＲＦ電極は、ドリフトチャンバ１０４の領域内でイオンにＲＦ電界を被曝させる。ＲＦ電極１２６が２個の電極を有する場合、この被曝領域は、電極間の間隔によって設けることができる。

【0015】

図１において、ＲＦ電極１２６は、ドリフトチャンバにおける、イオンにＲＦ電界を被曝させるようＲＦ電極１２６を配列した領域に熱エネルギーを供給するよう配置したヒータを有する。図１の実施形態において、ヒータ１２７は、ＲＦ電極１２６の一部とすることができる抵抗性電気導体を有する。

【0016】

図１に示す実施形態において、特性決定装置２００をコントローラ２０２に接続し、またこのコントローラは、ＲＦ電極１２６に対するＲＦ電圧印加、及びヒータ１２７による加熱を選択的に制御するよう構成することができる。したがって、コントローラ２０２は、特性決定装置２００が決定したイオンの特性に基づいて、熱エネルギー及び／又はＲＦ電界の印加を制御することができる。

【0017】

分光分析装置１００はガード１２３を有し、このガード１２３は、イオンが実際に検出器に到達する前にイオンに関連する電界が検出器に達するのを阻止する等電位スクリーンをなすよう配列した導体を有することができる。このガードは、イオンが検出器１１８に到達する前に、検出器がイオンの到達を虚偽検出するのを阻止することができる。ガード１２３は、グリッドとして配列することができる導電材料によって設けることができる。ガード１２３は、選択した電圧に、例えば、コントローラ２０２によって接続することができる。

【0018】

分光分析装置１００は、ドリフトチャンバ１０４内の温度を感知する、及び感知した温度に基づく信号をコントローラ２０２に供給するセンサ１０５を有することができる。センサ１０５はドリフトチャンバ１０４内に配置し、例えば、温度センサ１０５は任意のセンサ、例えば、サーミスタ又は熱電対を有する電気的センサ（例えば、電子センサ）により構成することができる。コントローラ２０２は、温度センサ１０５からの信号を取得し、また温度が選択した閾値温度よりも低い場合にヒータ１２７を動作させて熱エネルギーを供給できるよう構成することができる。例えば、コントローラ２０２は、選択した閾値温度より低くならない限りヒータ１２７が動作しないよう構成することができる。

【0019】

分光分析装置１００の動作にあたり、サンプルからの物質は、イオン化チャンバ１０２内に入口１０８から導入することができ、イオン化源１１０によってイオン化することができる。コントローラ２０２は、次にゲート１０６を動作させてイオンをドリフトチャンバ内に導入させ、これにより特性決定装置２００がイオンの特性を（ドリフトチャンバ１０４内の飛行時間に基づいて）決定することができる。

【0020】

コントローラ２０２は、特性決定装置２００によりサンプルからのイオンが選択した特性、例えば、関心対象物質に関連する飛行時間を有していると決定する場合、イオンの素性を推定する決定を実行できる。この場合、サンプルから一層イオンを取得し、またゲート１０６を動作させてこれらイオンをドリフトチャンバ１０４内に導入させる。次に、コントローラ２０２がＲＦ電極１２６又はヒータ１２７の何れかを動作させて、イオンを例えば断片化することによって改質させ、次にそれらイオンの第１特性、例えば、それらイオンの飛行時間を決定することができる。

【0021】

コントローラは、さらに、改質したイオンの第１特性が、選択した特性、例えば、関心対象物質に関連する飛行時間を有する場合、ＲＦ電界及び熱エネルギーをともに印加し、サンプルからのイオンを改質させ、これら改質したイオンの同一特性、例えば、改質したイオンに関連する飛行時間を順次測定できる第２特性を決定することができる。

【0022】

ＲＦ電界と一緒に熱エネルギーを印加することは、ゲート１０６を動作させてドリフトチャンバ内にイオンを導入させる前に選択した期間にわたり熱エネルギーを供給するよう構成したコントローラ２０２を備えることができる。実施形態において、コントローラは、ＲＦ電界とともに熱エネルギーを供給するよう構成することができ、これは、ゲート１０６を動作させてドリフトチャンバ１０４内にイオンを導入させ、次にヒータ１２７を動作させてＲＦ電極周囲の領域に熱エネルギーを印加することによって行う。

【0023】

図１において、ＲＦ電極１２６はヒータ１２７を有する。例えば、ＲＦ電極１２６の１つ又は複数の導体は、電極をオーム加熱するための電流を受け入れるよう接続することができ、またＲＦ電界を供給するのに使用されるＲＦ電圧に加えて供給される電流も含むことができ、例えば、ＤＣ電流がＲＦ電極の１又は複数の導体を導通して発熱できるようにする。

【0024】

ＲＦ電極１２６はヒータ１２７を含まないようにすることができる。付加的に又は代替的に、ヒータは導体のグリッドとすることができ、このグリッドはドリフトチャンバを横切るよう配列することができる。ＲＦ電極１２６をグリッドとする実施形態において、ヒータグリッドのピッチ（例えば、隣接する導体間の間隔）は、ＲＦ電極１２６のピッチに基づいて選択することができる。ヒータ１２７における導体のピッチは、ＲＦ電極１２６の導体のピッチと同一にするか、又はＲＦ電極１２６の導体のピッチがヒータにおける導体のピッチの整数倍となるようにする若しくはその逆の関係となるようにすることができる。これら実施形態において、ヒータ１２７及びＲＦ電極１２６の導体構成は、例えば、イオンが通過するドリフトチャンバの断面がヒータの存在により減少することがないよう、互いに一致させるよう配列することができる。導体のグリッドは、平行に配列した真直ぐな導体を有することができ、例えば、導体は互いに交差するよう格子状に配列するか、又はグリッドの導体と交差しないように配列することができる。

【0025】

ＲＦ電極１２６がヒータ１２７を含まない場合、ヒータ１２７は、ヒータ１２７とＲＦ電極１２６との間の電気的相互作用（例えば、容量的及び／又は誘導的な）結合によってＲＦ電極１２６がイオンを改質するのを阻害しないよう配列することができる。

【0026】

ヒータ１２７をＲＦ電極１２６から離間させ、この離間距離は、ＲＦ電極１２６がイオンを改質するのをヒータ１２７が阻害しないよう選択することができる。付加的又は代替的に、ＲＦ電極に対するヒータのジオメトリ及び／又は向きは、ＲＦ電極１２６がイオンを改質するのを阻害しないよう選択することができる。ヒータ１２７の電位は、ＲＦ電極１２６の電位に基づいて、ＲＦ電極１２６がイオンを改質するのをヒータ１２７が阻害しないよう選択することができる。幾つかの実施形態において、ヒータ１２７は、ヒータ１２７とＲＦ電極１２６との間における容量的及び／又は誘導的な結合を回避するようＲＦ電極に対して相対配置する。幾つかの実施形態において、ヒータ１２７の電圧及び／又はインピーダンスは、ヒータ１２７とＲＦ電極１２６との間における容量的及び／又は誘導的な結合を回避するよう選択する。

【0027】

ヒータ１２７はドリフトガス入口１２２とＲＦ電極１２６との間に配置することができ、例えば、ガード１２３がヒータ１２７を有することができる。ヒータはＲＦ電極１２６とドリフトガス出口１２４との間に配置することができ、例えば、ゲート１０６がヒータを有することができる。実施形態において、電極１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃがヒータを有することができる。ヒータはドリフトガス入口１２２に配置し、ドリフトガスがドリフトチャンバ１０４に進入する際に、又は進入する前にドリフトガスを加熱できるようにする。ヒータ１２７は、赤外放射線源のような放射熱源とすることができ、例えば、ＲＦ電極がＲＦ電界を印加するドリフトチャンバの領域に熱エネルギーを照射し得る構成のレーザーとすることができる。

【0028】

熱エネルギーを印加するステップは、ＲＦ電極周りの領域を、ＲＦ電界の印加なしではイオンを改質するのに不十分な温度に加熱するステップを含む。例えば、熱エネルギーを印加するステップは、その領域を少なくとも３０℃、例えば少なくとも３５℃、例えば少なくとも４０℃、及び／又は１２０℃未満の温度、例えば、１００℃未満に加熱するステップを含む。コントローラ２０２は、温度センサからの信号に基づいてヒータ１２７を制御するよう構成することができる。

【0029】

特性決定装置２００はタイマーを有することができ、また特性決定装置は、イオンがドリフトチャンバに導入されている時期と１つ又は複数のイオンが検出器１１８によって検出されている時期との間における時間を決定するよう接続することができる。イオンがドリフトチャンバに導入されている時期は、ゲート１０６の動作に基づいて決定することができる。

【0030】

特性決定装置は、この時期に基づいてイオンの特性を決定できる参照テーブルを有することができる。イオンの決定された特性は、リストから選択された１つ又は複数の特性を含み、このリストは、イオンの飛行時間、イオンの帯電、イオンの質量、イオンの移動度、及びイオンの質量／帯電比を含むことができる。例えば、飛行時間は、イオンがドリフトチャンバ１０４に導入されている時期と検出器に到達する時期との間における時間、例えば、イオンがドリフトチャンバ１０４に導入させるゲート１０６の作動時期と検出器１１８に到達する時期との間における時間とすることができる。

【0031】

コントローラ２０２及び／又は特性決定装置２００は、任意の適正なコントローラによって設けることができ、例えば、アナログ及び／又はデジタル論理回路、現場でプログラム可能なゲートアレイ、ＦＰＧＡ特定用途向け集積回路、ＡＳＩＣ、デジタル信号プロセッサ、ＤＳＰ、又はプログラム可能な汎用プロセッサにロードされるソフトウェアによって設けることができる。

【0032】

図２Ａ〜２Ｅは、図１に示す分光分析装置の様々な変更例の概略図である。

【0033】

図１および図２Ａ〜２Ｅにおいて、同一参照符号は同一素子を示すのに使用する。

【0034】

図２Ａは、ヒータ１２７を検出器１１８とＲＦ電極１２６との間におけるドリフトチャンバ１０４内に配置した分光分析装置１００−Ａを示す。ヒータ１２７は、ドリフトチャンバを横切って配置した導体のグリッドのような抵抗性ヒータにより構成することができる。

【0035】

図２Ｂは、ヒータ１２７をＲＦ電極１２６とイオン化チャンバ１０２との間におけるドリフトチャンバ１０４内に配置した分光分析装置１００−Ｂを示す。ヒータ１２７は、ドリフトチャンバを横切って配置した導体のグリッドのような抵抗性ヒータにより構成することができる。

【0036】

図２Ｃは、ヒータ１２７−Ｃをドリフトチャンバ１０４の壁によって担持してドリフトチャンバ１０４周りに配置した分光分析装置１００−Ｃを示す。ヒータ１２７−Ｃは、ＲＦ電極１２６周りにおけるドリフトチャンバ１０４の領域を加熱する抵抗性のフィルム若しくはテープを有するフィルムヒータにより構成することができる。

【0037】

図２Ｄは、ヒータ１２７−Ｄをドリフトチャンバ１０４内に流入するドリフトガスを加熱するようドリフトガス入口１２２に配置した分光分析装置１００−Ｄを示す。図２Ｄのヒータ１２７−Ｄは、ドリフトガス入口内及び／又はドリフトガス入口周りに配置することができ、例えば、ドリフトガス入口１２２の壁によって担持した抵抗性フィルム、コーティング又はテープとすることができる。付加的又は代替的に、図２Ｄのヒータ１２７−Ｄは、ドリフトガス入口を横切るよう配置した導体のグリッドにより構成することができる。

【0038】

図２Ｅは、透過性窓１２９をドリフトチャンバ１０４の壁に設け、放射性熱源１２７−ＥがＲＦ電極１２６を有するドリフトチャンバの領域に熱エネルギーを放射することができるようにした分光分析装置１００−Ｅを示す。

【0039】

図３は、分光分析測定を行う方法を示す。分光分析測定が曖昧な結果をもたらす場合（ステップ２９８）、本発明方法は、曖昧な結果を解消する更なる決定を行う。この場合、本発明方法は、サンプルが第１特性、例えば、選択した飛行時間を持つイオンを有するか否かを決定する（ステップ３００）。サンプルが第１特性を有することを決定する場合（ステップ３０２）、本発明方法は、サンプルからイオンを取得し（ステップ３０４）、エネルギーを印加してイオンを改質し、娘イオンを取得する（ステップ３０６）。エネルギー印加（ステップ３０６）は、無線周波数ＲＦ電界を印加して、又は熱エネルギーを印加して、又は無線周波数電界とともに熱エネルギーを印加して、娘イオンを取得することを含む。

【0040】

次に、娘イオンの第２特性、例えば、娘イオンの飛行時間を決定する（ステップ３０８）。このことは、第１特性及び娘イオンの第２特性に基づいて、親イオンの素性を推定する（ステップ３１０）ことを可能にする。第１特性及び第２特性は、同一パラメータ、例えば飛行時間の順次の測定値とすることができる。

【0041】

幾つかの実施形態において、イオン改質なしで行う分光分析測定が曖昧な結果をもたらす場合（ステップ２９８）、本発明方法は、サンプルからイオンを取得し（ステップ３０４）、無線周波数ＲＦ電界を印加して、又は熱エネルギーを印加してイオンを改質し、第１娘イオンを取得する（ステップ３０６）。第１娘イオンの特性、例えば、第１娘イオンの飛行時間を決定することができる（ステップ３０８）。

【0042】

更なる情報を取得するため、更なるイオンをサンプルから取得することができ、またＲＦ電界を熱エネルギーとともにイオンに印加し、イオンを改質して第２娘イオンを取得することができる。次に、これら第２娘イオンの特性、例えば、飛行時間を決定することができる（ステップ３０８）。このことは、親イオンの特性及び第１娘イオン及び第２娘イオンの特性に基づいて、親イオンの素性を推定する（ステップ３１０）ことを可能にする。

【0043】

本発明方法の第１実施例において、方法は、サンプルが第１特性を持っているイオンを含むか否かを決定するステップと、ＲＦ電界及び／又は熱エネルギーを印加してサンプルから派生した第１複数イオンを改質するステップとを備える。第２実施例において、熱エネルギー印加するステップは、イオンをドリフトチャンバの領域に導入する前又は後の選択した期間にわたり分光分析装置のドリフトチャンバ領域に熱エネルギーを印加するステップを含む。この第２実施例は、随意的に第１実施例の特徴を含む。第３実施例において、分光分析装置のドリフトチャンバは、ＲＦ電界を印加する電極を有し、熱エネルギーは電極から選択した距離内に局在化する。この第３実施例は、随意的に第１及び第２の実施例の何れか一方又は双方の特徴を含む。第４実施例において、ＲＦ電界とともに熱エネルギーを印加するステップは、ＲＦ電界を印加する前に熱エネルギーを印加するステップを含む。この第４実施形態は、随意的に第１、第２、及び第３の実施例のうち任意な１つ又は複数における特徴を含む。第５実施例において、本発明方法は、分光分析装置におけるドリフトチャンバの領域の温度を決定するステップと、温度が選択した閾値温度より低い場合にのみ熱エネルギーを印加するステップを備える。この第５実施例は、随意的に第１〜第４の実施例のうち任意な１つ又は複数における特徴を含む。

【0044】

本発明装置の第１実施例において、イオン移動度分光分析装置は、ＲＦ電界及び熱エネルギーのうち一方を、サンプルのイオンが第１特性を有することを特性決定装置が決定する場合に、第１複数イオンに印加し、次いで、第１複数イオンが第２特性を有することを特性決定装置が決定する場合に、ＲＦ電界及び熱エネルギーを第２複数イオンに印加するよう構成する。

【0045】

本発明装置の第２実施例において、特性決定装置は、分光分析装置のドリフトチャンバと、ドリフトチャンバへのイオン通過を制御するゲートとを備え、コントローラは、選択した期間にわたり熱エネルギーを印加するヒータを動作させるよう構成する。この第２実施例の装置は、随意的に第１実施例における装置の特徴を含む。

【0046】

本発明装置の第３実施例において、コントローラは、温度が選択した閾値温度よりも低い場合にヒータを動作させて熱エネルギーを印加するよう構成する。この第３実施例の装置は、随意的に第１及び第２の実施例における装置の特徴を含む。

【0047】

本発明装置の第４実施例において、イオン移動度分光分析装置は、分光分析装置の或る領域におけるイオンにＲＦ電界を印加するよう構成したイオン改質器と；その領域を加熱するよう構成したヒータと；及びイオン改質器を動作させてＲＦ電界を印加する前にヒータを動作させてその領域を加熱するよう構成したコントローラとを備える。この第４実施例の装置は、随意的に第１及び／又は第２及び／又は第３の実施例における装置の特徴を含む。

【0048】

本発明装置の第５実施例において、ヒータ及びイオン改質器は、ヒータがＲＦ電界によるイオン改質を阻害しないよう配列する。この第５実施例の装置は、随意的に第１〜第４の実施例のうち任意の１つ又は複数における装置の特徴を含む。

【0049】

本明細書の文脈において、ＲＦ電界は、エネルギーを印加して（例えば、イオンにエネルギーを加えて有効温度を上昇させて）イオンを改質するのに適切な周波数特性を有する任意な他の電界を含むものであると理解されたい。

【0050】

他の実施例及び変更例は、当業者であれば、本明細書の文脈から明らかであろう。

【0051】

本発明の態様は、コンピュータプログラム製品、及び本明細書に記載の方法のうち任意な１つ又は複数を実施するようプロセッサをプログラムする命令を格納する有形な非一時的媒体のようなコンピュータ可読媒体を提供する。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】