特許 7317982 試料分析装置

(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】

(24)【登録日】2023-07-21

(45)【発行日】2023-07-31

(54)【発明の名称】試料分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/00 20060101AFI20230724BHJP

   G01N 1/22 20060101ALI20230724BHJP

【ＦＩ】

G01N1/00 101R

G01N1/22 T

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021554429

(86)(22)【出願日】2019-11-05

(86)【国際出願番号】 JP2019043212

(87)【国際公開番号】W WO2021090351

(87)【国際公開日】2021-05-14

【審査請求日】2022-04-27

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大坂 明正

(72)【発明者】

【氏名】師子鹿 司

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 信二

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１１５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３９５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２０１２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００

Ｇ０１Ｎ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が付着する紙片を加熱することによって前記試料を気化させた気化試料を生成して吸引する試料導入部と、
吸引された前記気化試料を分析する分析部を備える試料分析装置であって、
前記試料導入部は前記紙片に接触して前記紙片を加熱する加熱面を有し、前記加熱面には前記気化試料が流れる複数の流路が設けられ、前記流路のそれぞれには前記気化試料が吸引される吸引口が設けられ、
前記複数の流路は、互いに交差する方向に設けられ、
前記吸引口は、前記複数の流路が交差する交差点のそれぞれに設けられることを特徴とする試料分析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の試料分析装置であって、
前記複数の流路の間の断面積の差異は所定の範囲内であることを特徴とする試料分析装置。

【請求項3】

請求項２に記載の試料分析装置であって、
前記複数の流路の断面積は等しいことを特徴とする試料分析装置。

【請求項4】

請求項３に記載の試料分析装置であって、
前記複数の流路の断面形状は同じであることを特徴とする試料分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定体に付着する試料を分析する試料分析装置に係り、特に被測定体に付着する試料が付着する紙片が導入される試料導入部に関する。

【背景技術】

【0002】

試料分析装置は、手荷物等の表面に付着する試料を分析する装置であり、空港やイベント会場等の不特定多数の人が集まる場所におけるセキュリティ対策等に用いられる。試料分析装置では、手荷物等の表面を拭き取った紙片の加熱によって紙片に付着した試料を気化させて気化試料とし、気化試料の吸引によって試料が採取されて分析される。紙片に付着した試料は微量であるので、気化試料を絶えず吸引して試料を漏れなく採取することが望ましい。

【0003】

特許文献１には、試料の採取効率を向上させるために、紙片に付着した試料を気化させる気化室の内壁に設けられた複数の凸部によって、気化試料を吸引する吸引口から紙片を離間させて、紙片による吸引口の閉塞を防止することが開示されている。吸引口の閉塞防止とともに、吸引口へ通ずる気化試料の流路が凸部の間の凹部によって確保されるので、試料の採取効率を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１１５６５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１では、単一の吸引口へ通ずる複数の流路が確保されるものの、吸引口までの距離や断面積の流路間の差異によって、流路毎の気化試料の流量に偏りが生じる。すなわち、吸引口までの距離が長い流路または断面積が小さい流路を流れる気化試料は、流量が少ないため、吸引されにくく分析されない場合がある。

【0006】

そこで本発明は、試料が付着した紙片の加熱によって生じる気化試料の流量の差異を低減できる試料分析装置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】

【0007】

上記目的を達成するために本発明は、試料が付着する紙片を加熱することによって生成される気化試料が流れる複数の流路のそれぞれに、気化試料が吸引される吸引口が設けられることを特徴とする。

【0008】

より具体的には、試料が付着する紙片を加熱することによって前記試料を気化させた気化試料を生成して吸引する試料導入部と、吸引された前記気化試料を分析する分析部を備える試料分析装置であって、前記試料導入部は前記紙片に接触して前記紙片を加熱する加熱面を有し、前記加熱面には前記気化試料が流れる複数の流路が設けられ、前記流路のそれぞれには前記気化試料が吸引される吸引口が設けられることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、試料が付着した紙片の加熱によって生じる気化試料の流量の差異を低減できる試料分析装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の試料分析装置の構成例を示す図。

【図2】実施例１の試料導入部の加熱面を示す図。

【図3】実施例２の試料導入部の加熱面を示す図。

【図4】実施例３の試料導入部の加熱面を示す図。

【図5】実施例４の試料導入部の加熱面を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面に従って本発明に係る試料分析装置の好ましい実施例について説明する。試料分析装置は、手荷物等の表面に付着する試料を分析する装置であり、手荷物等の表面を拭き取った紙片を加熱することにより、試料が気化された気化試料を生成し、吸引して分析する。

【実施例1】

【0012】

図１を用いて、本実施例の試料分析装置の全体構成の一例を説明する。試料分析装置は、手荷物等の表面を拭き取った紙片２が挿入される試料導入部１と紙片２に付着する試料を分析する分析部８とを備える。

【0013】

試料導入部１は、挿入された紙片２を加熱することで気化試料を生成するとともに、生成された気化試料を吸引する部分であり、第一加熱部４と第二加熱部５、加熱面６、駆動部３を有する。第一加熱部４と第二加熱部５は、それぞれの内部に設けられるヒータ１２によって、紙片２に付着する試料が気化する温度、例えば２５０℃まで加熱される金属ブロックであり、互いに向き合うように配置される。第二加熱部５は、配管７と接続される開口部を中央に有し、第一加熱部４と向き合う面に加熱面６が取り付けられ、熱伝導によって加熱面６を加熱する。第二加熱部５の開口部の加熱面６の側には、異物の吸引を防ぐための防塵フィルタ１１が設けられる。加熱面６は図２を用いて後述される金属ブロックであり、第二加熱部５に対して脱着可能である。第一加熱部４は駆動部３によって、図１中の両矢印の方向に移動させられ、加熱面６との間で紙片２を挟み込んだり、解放したりする。第一加熱部４と加熱面６で挟み込まれた紙片２が加熱されることにより生成される気化試料は、配管７を介して吸引される。

【0014】

分析部８は、配管７を介して吸引される気化試料を分析する部分であり、低圧力部１０を有する。低圧力部１０は、排気ポンプ９によって大気圧よりも低い圧力に保たれるとともに、配管７に接続される。試料導入部１の中が大気圧であるのに対して、低圧力部１０の中は大気圧よりも低い圧力であるので、両者の差圧によって気化試料は配管７を介して低圧力部１０へ至る。低圧力部１０に至った気化試料はＡＰＣＩ（Atmospheric Pressure Chemical Ionization）法やＥＩ（Electron Ionization）法等によってイオン化された後、質量分析法等によって質量／電荷比、いわゆるm/z毎に分離されて個々に検出される。m/z毎に分離されて検出された結果に基づいて、紙片２に付着する試料が危険物質か否かが分析される。検出結果や分析結果は、図示されない表示装置に表示されたり、音声装置から出力されたりしても良い。

【0015】

図２を用いて、本実施例の加熱面６について説明する。図２（ａ）は紙片２に接触する側の加熱面６を示す斜視図であり、図２（ｂ）は第二加熱部５に取り付けられる側の加熱面６を示す斜視図である。以降では、紙片２に接触する側を表側、第二加熱部５に取り付けられる側を裏側と称する。

【0016】

加熱面６の表側には複数の流路２０が設けられる。流路２０は加熱面６の表側に加熱面６と平行に設けられる溝であり、図２（ａ）には七本の流路２０が設けられた加熱面６が例示される。流路２０の断面は、同じ面積であって、さらに同じ形状であることが好ましい。例えば複数の流路２０の各々が同じ幅と同じ深さの矩形断面を有することが好ましい。

【0017】

流路２０の各々には吸引口２１が設けられる。吸引口２１は、加熱面６の表側から裏側へ貫通する穴であり、例えば流路２０の長手方向の中心に設けられる。吸引口２１は加熱面６の裏側で防塵フィルタ１１及び配管７に接続される。

【0018】

加熱面６の裏側には、防塵フィルタ１１及び配管７と接続される接続部２２が設けられる。接続部２２は加熱面６の裏側を掘削して設けられる凹部であって吸引口２１に通じており、図２（ｂ）には円と矩形を組み合わせた形状の接続部２２が例示される。防塵フィルタ１１及び配管７と接続部２２とは、密閉が保たれるように接続される。

【0019】

加熱面６における気化試料の流れについて説明する。流路２０は加熱面６の表側で開放されているので、紙片２の加熱によって生成される気化試料は流路２０へ流入する。流路２０の各々に設けられる吸引口２１は低圧力部１０に通ずる配管７に密閉を保って接続されており、低圧力部１０の中は大気圧よりも低い圧力であるので、流路２０へ流入した気化試料は吸引口２１から吸引される。このとき紙片２と吸引口２１とは、流路２０の深さの分だけ離間されるので、紙片２による吸引口２１の閉塞を防止できる。

【0020】

流路２０を流れる気化試料の流量は、吸引口２１までの距離や流路２０の断面積や内壁面積等に応じて変化し、例えば円管の中の流体の流量Ｑは次式によって求められる。

【0021】

Ｑ＝πａ^４ｐ／（８μＬ） … （式１）
ここで、ａは円管の半径、ｐは円管両端での差圧、μは流体の粘度、Ｌは円管の長さである。

【0022】

流路２０の各々に吸引口２１が設けられると、単一の吸引口の場合に比べて、吸引口２１までの距離の流路２０間の差異が小さくなるので、気化試料の流量の差異を低減できる。さらに流路２０の断面を同じ面積にしたり、同じ形状にしたりすることにより、流路２０毎の気化試料の流量の差異をより小さくでき、気化試料の一部が吸引されずに分析されない事態を防止できる。なお、気化試料の流量は流路２０間で等しいことが望ましいが、紙片２に付着した試料が漏れなく採取できるのであれば、流路２０の各々の流量間に差異が生じても良い。すなわち流路２０の間の断面積の差異は所定の範囲内であれば良く、例えば紙片２に付着した試料が漏れなく採取できる範囲内であれば良い。

【0023】

また流路２０は紙片２が挿入される方向と平行に設けられることが好ましい。紙片２が挿入される方向と平行に流路２０が設けられることにより、試料導入部１へ紙片２を挿抜するときの摩擦を低減できる。大き過ぎる摩擦は紙片２にしわを生じさせ、しわになった個所に付着する試料を採取しにくくする。つまり紙片２の挿抜時の摩擦を低減することにより、試料の採取効率を向上できる。

【実施例2】

【0024】

実施例１では、複数の流路２０の各々が同じ幅と同じ深さの矩形断面を有する場合について説明した。本実施例では流路２０の幅や深さが不均一な場合について説明する。なお本実施例と実施例１との違いは、加熱面６に設けられる流路２０の断面形状であるので、それ以外の構成については説明を省略する。

【0025】

図３を用いて、本実施例の加熱面６について説明する。図３（ａ）は加熱面６の表側を示す斜視図、図３（ｂ）は加熱面６の裏側を示す斜視図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ矢視図である。加熱面６の表側には、実施例１と同様に、複数の流路２０が設けられる。ただし本実施例の流路２０の一部は、他の流路２０と幅と深さが異なる矩形断面を有する。具体的には、図３（ｃ）に示されるように、両端の二本の流路２０Ｅは、他の五本の流路２０に比べ、幅が広く深さが浅い。ただし、流路２０の各々の断面積が等しくされるか、断面積の差異が所定の範囲内にされる。

【0026】

このような構成により、流路２０毎の気化試料の流量の差異を低減でき、気化試料の一部が吸引されずに分析されない事態を防止できる。また紙片２と吸引口２１とは、流路２０の深さの分だけ離間されるので、紙片２による吸引口２１の閉塞を防止できる。さらに紙片２が挿入される方向と平行に流路２０が設けられるので、紙片２の挿抜時の摩擦が低減されて試料の採取効率を向上できる。

【実施例3】

【0027】

実施例１では、複数の流路２０の各々に単一の吸引口２１が設けられる場合について説明した。本実施例では複数の流路２０の各々に複数の吸引口２１が設けられる場合について説明する。なお本実施例と実施例１との違いは、各々の流路２０に設けられる吸引口２１の数と、吸引口２１に通じる接続部２２の形状であるので、それ以外の構成については説明を省略する。

【0028】

図４を用いて、本実施例の加熱面６について説明する。図４（ａ）は加熱面６の表側を示す斜視図、図４（ｂ）は加熱面６の裏側を示す斜視図である。加熱面６の表側には、実施例１と同様に、複数の流路２０が設けられる。ただし本実施例の流路２０の各々には、複数の吸引口２１が設けられる。具体的には図４に示されるように、流路２０の各々の上半分の中心に吸引口２１Ｕが、下半分の中心に吸引口２１Ｌが設けられる。なお本実施例の吸引口２１Ｕ及び吸引口２１Ｌは実施例１と位置が異なるので、吸引口２１Ｕ及び吸引口２１Ｌに通じる接続部２２も異なる形状を有する。具体的には図４（ｂ）に示されるように、本実施例の接続部２２は横向きにしたＨと円を組み合わせた形状を有する。

【0029】

このような構成により、実施例１に比べて吸引口２１Ｕ及び吸引口２１Ｌまでの距離が短くなるので、流路２０における気化試料の流量が増え、紙片２に付着した試料の採取効率を向上できる。また流路２０毎に吸引口２１Ｕ及び吸引口２１Ｌが設けられることにより、加熱によって分離した紙片２の一部が吸引口２１Ｕを閉塞する場合であっても、吸引口２１Ｌによって気化試料が吸引されるので、検出感度の低下を防止できる。また本実施例においても紙片２が挿入される方向と平行に流路２０が設けられるので、紙片２の挿抜時の摩擦が低減されて試料の採取効率を向上できる。

【実施例4】

【0030】

実施例１では、紙片２が挿入される方向と平行に流路２０が設けられる場合について説明した。本実施例では流路２０が互いに交差する方向に設けられる場合について説明する。なお本実施例と実施例１との違いは、流路２０の方向と、各々の流路２０に設けられる吸引口２１の数と、吸引口２１に通じる接続部２２の形状であるので、それ以外の構成については説明を省略する。

【0031】

図５を用いて、本実施例の加熱面６について説明する。図５（ａ）は加熱面６の表側を示す斜視図、図５（ｂ）は加熱面６の裏側を示す斜視図である。加熱面６の表側には、実施例１と同様に、複数の流路２０が設けられる。ただし本実施例の流路２０は、互いに交差する方向に設けられる。具体的には図５（ａ）に示されるように、右上から左下に向かう方向に設けられる流路２０Ｒと、左上から右下に向かう方向に設けられる流路２０Ｌである。吸引口２１は流路２０Ｒと流路２０Ｌの少なくとも一方に設けられれば良く、例えば図５（ａ）に示されるように流路２０Ｒと流路２０Ｌが交差する交差点に設けられる。なお本実施例の吸引口２１は実施例１と位置が異なるので、吸引口２１に通じる接続部２２も異なる形状を有する。具体的には図５（ｂ）に示されるように、本実施例の接続部２２は横向きにしたＨを複数組み合わせた形状を有する。

【0032】

このような構成により、実施例１に比べて吸引口２１までの距離が短くなるので、流路２０における気化試料の流量が増え、紙片２に付着した試料の採取効率を向上できる。また流路２０Ｒまたは流路２０Ｌに対して複数の吸引口２１が設けられることにより、紙片２の一部がいずれかの吸引口２１を閉塞する場合であっても、他の吸引口２１によって気化試料が吸引されるので、検出感度の低下を防止できる。また特定の吸引口２１に対して、流路２０Ｒと流路２０Ｌが通じているので、紙片２の一部によって例えば流路２０Ｒが目詰まりする場合であっても流路２０Ｌを通じて気化試料が吸引できる。

【0033】

以上、本発明の複数の実施例について説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形しても良い。例えば実施例３において、流路２０毎に設けられる吸引口２１の数は三つ以上であっても良い。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

【符号の説明】

【0034】

１：試料導入部、２：紙片、３：駆動部、４：第一加熱部、５：第二加熱部、６：加熱面、７：配管、８：分析部、９：排気ポンプ、１０：低圧力部、１１：防塵フィルタ、１２：ヒータ、２０：流路、２１：吸引口、２２：接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】