JP4885110B2 - 試料導入装置及び試料分析システム - Google Patents

Description

本発明は、試料導入装置、試料分析装置及び試料分析システムに関するものである。

一般に、空港内や公共施設内に危険物が持ち込まれることを防止する危険物検出装置として、検査対象から採取した試料を加熱・気化することにより危険物を検出する技術が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１によれば、試料となる爆発物の粉末等が付着していると考えられる箇所、例えばパソコンのキーボードや鞄のハンドル等を検査片で拭き取ることにより試料を採取し、検査片等ごとに加熱・気化した試料を質量分析装置に導入して検出する技術が開示されている。

ところで、切符等に付着している試料は、例えば収容部において大気圧条件下で採取され、採取された試料は、例えば約１０^−３Ｐａの減圧状態に維持された質量分析装置により分析される。この場合に、大気圧条件下の収容部内部を減圧状態の質量分析装置内部と流通可能に接続するには、収容部内と質量分析装置内との圧力差を保ちながら接続する必要がある。そのため、収容部と質量分析装置は、圧力損失の大きいキャピラリ管等によって接続される。一般に、直線流路の配管では、圧力損失は長さに比例し、管径の４乗に逆比例する。

例えば、図８に示すように、収容部３０３に大気圧条件下で収容されている切符９に付着している試料を、１０^−３Ｐａの減圧状態の質量分析装置３０７内のイオン化チャンバ（図示略）に導入するために、内径が０．３ｍｍ程度で長さが１０ｍ以上あるキャピラリ管３２３を用いて収容部３０３内部と質量分析装置３０７内部とを流通可能に接続することにより、収容部３０３内と質量分析装置３０７内との圧力差が保たれる。
図８において、符号３１１はヒータを示し、符号３２７は排気ポンプを示している。
特開２００４−３０１７４９号公報

しかしながら、大気圧条件下にある試料を含む気流を一度で大量に質量分析装置３０７に導入すると、イオン化チャンバを１０^−３Ｐａの減圧状態に保つことができないため、試料を含む気流を約１ｓｃｃｍの流量でイオン化チャンバに導入することとなる。そのため、従来の技術では、収容部３０３と質量分析装置７との圧力差を保つことはできるものの、試料を含む気流をキャピラリ管３２３の吸引口にかざしてから、質量分析装置３０７において検出信号を得るまでに約５分近く掛かってしまうという不都合がある。したがって、試料を質量分析装置３０７に導入するのに時間が掛かり、大量の検査を短時間で行うことができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出する試料を迅速に効率よく質量分析装置である試料分析装置に導入することができ、検出速度を向上させて大量の検査を短時間で行うことができる試料導入装置及び試料分析システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、試料採取装置に収容された試料を、排気装置を備えた質量分析装置に導入するための試料導入装置であって、一端が前記試料採取装置に流通可能に接続される差動排気配管と、該差動排気配管の他端に接続され、該差動排気配管内を排気して減圧する差動排気装置と、前記差動排気配管と前記質量分析装置とを流通可能に接続する接続流路とを備え、該接続流路が接続された前記差動排気配管内の圧力が、５０Ｐａ以上７０ｋＰａ以下とされ、前記接続流路が、内径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下で、長さが５０ｃｍ以下であり、該接続流路のコンダクタンスが、１×１０^−１０以上１×１０^−７ｍ^３／ｓ以下とされる試料導入装置を提供する。

本発明に係る試料導入装置は、試料採取装置において採取された試料を、試料分析装置として用いる例えば質量分析装置に導入させるものである。質量分析装置は、一般的に約１０^−３Ｐａの減圧状態に維持されて試料分析が行われる。
本発明によれば、試料分析装置が約１０^−３Ｐａの減圧状態とされ、差動排気装置の作動により、差動排気配管内の圧力が５０Ｐａ以上７０ｋＰａ以下とされて試料採取装置内の圧力よりも減圧されると、試料採取装置に収容されている試料を含む気体が、試料分析装置、差動排気配管及び試料採取装置の圧力差によって差動排気配管内に吸引され、さらに接続流路を通って試料分析装置に導入される。

この場合に、差動排気配管内と試料分析装置内との圧力差が小さいので、圧力損失の少ない接続流路を用いて差動排気配管内と試料分析装置内との圧力差を保つことができる。例えば、接続流路を、従来の流路断面積の大きさを維持したまま長さを短くすることができる。これにより、試料が接続流路内を通過するのに掛かる時間を短縮させて試料分析装置に迅速に導入させることができ、試料の検出時間の短縮を図ることが可能となる。

ここで、差動排気配管内の圧力の下限は、試料分析装置の感度から決定される。すなわち、検出できる爆発信号の最小値に対応した圧力から決定される。例えば、差動排気配管内の圧力が７０００Ｐａ時には１４０個の爆発信号が得られるので、差動排気配管内の圧力に信号強度が比例するとすれば、１個の信号を得るには５０Ｐａ以上の圧力が必要となる。したがって、差動排気配管内の圧力は、少なくとも５０Ｐａ以上必要となる。一方、差動排気配管内の圧力の上限は、接続流路の圧力損失、具体的には、最小径及び長さから決定される。例えば、内径が０．１ｍｍで長さが１０ｃｍの接続流路を採用した場合には、差動排気配管内の圧力は７３ｋＰａとなる。

また、接続流路の長さを短くするとコンダクタンスが大きくなるが、接続流路のコンダクタンスが１×１０^−１０ｍ^３／ｓ未満では、接続流路を通過する気流の流量が減少し、試料分析装置への試料の導入効率が低下するので好ましくない。一方、接続流路のコンダクタンスが１×１０^−７ｍ^３／ｓを超えると、接続流路を通過する気流の流量が多くなり、接続流路の圧力損失を大きくしなければ差動排気配管内と試料分析装置内との圧力差を保つことができないので好ましくない。

上記発明においては、前記接続流路の内径が、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
現在、容易に手に入る接続流路（キャピラリ管）の最小径は０．１ｍｍである。また、接続流路の内径が０．１ｍｍ未満では、接続流路を通過する気流の流量が減少するので好ましくない。一方、接続流路の内径の上限は、差動排気配管内の圧力及び接続流路の長さから決定される。例えば、差動排気配管内の圧力を５０Ｐａとした場合、差動排気配管内と質量分析装置内との圧力差を保つためには、配管長さが１０ｃｍの接続流路では内径は３．０ｍｍが上限となる。接続流路の内径が３．０ｍｍを超えると、接続流路の圧力損失が小さくなるとともに接続流路を通過する気流の流量が多くなり、質量分析装置の検出下限にかかるので好ましくない。

また、上記発明においては、前記接続流路の長さが５０ｃｍ以下である。
接続流路の長さの上限は、差動排気配管内の圧力及び接続流路の最小径から決定される。例えば、差動排気配管内の圧力を７０ｋＰａとした場合、試料を効率よく質量分析装置に導入させるためには、内径が０．１ｍｍの接続流路では長さは５０ｃｍが上限となる。接続流路の長さが５０ｃｍを超えると、試料が接続流路を通過するのに時間が掛かるので好ましくない。

本発明の参考例としての発明は、試料採取装置に収容された試料を、排気装置を備えた試料分析装置に導入するための試料導入装置であって、一端が前記試料採取装置に流通可能に接続される差動排気配管と、該差動排気配管の他端に接続され、該差動排気配管内を排気して減圧する差動排気装置と、前記差動排気配管と前記試料分析装置とを流通可能に接続する接続流路と、前記差動排気配管を加熱する配管用加熱部とを備え、該接続流路は、前記試料分析装置に挿入される挿入部を有し、該挿入部が前記試料分析装置内において前記接続流路よりも熱伝導率が高い高熱伝導率部材によって覆われ、該高熱伝導率部材の少なくとも一部が前記配管用加熱部に接触している試料導入装置を提供する。

本発明によれば、差動排気装置の作動により、差動排気配管内が試料採取装置内の圧力よりも減圧されると、試料採取装置に収容されている試料を含む気流が差動排気配管内に吸引されて接続流路を通って試料分析装置に導入される。この場合に、試料分析装置内において接続流路の挿入部が高熱伝導率部材によって覆われているとともに、高熱伝導率部材の一部が配管用加熱部に接触しているので、高熱伝導率部材の熱伝導により配管用加熱部の熱を挿入部に伝えることができる。したがって、挿入部の温度の低下を防止し、挿入部内での試料の凝集及び吸着を防ぐことができる。これにより、気流が接続流路を流れ易くなり、迅速かつ高感度の測定を行うことができる。
高熱伝導率部材としては、例えば、金属、より具体的には銅部材が好ましく、その他にも、ステンレス、アルミニウム、銀、タングステン又はモリブデン等を採用することとしてもよい。

上記発明においては、前記高熱伝導率部材を介して前記挿入部を加熱する接続流路加熱部が設けられていることとしてもよい。
このような構成によれば、挿入部をより確実に加熱することができる。

本発明の参考例としての発明は、試料分析を行う試料分析装置に導入させるための試料を基材から採取する試料採取装置であって、内部を通過する基材に付着した試料を気化させる気化容器と、一端が該気化容器内に開口し、他端が前記試料分析装置側に流通可能に接続される試料引込み流路とを備え、前記気化容器の内面には、前記試料引込み流路の前記開口と前記基材とを離間させる凹部または凸部が開口面に沿って設けられている試料採取装置を提供する。

本発明によれば、気化容器の内部を基材が通過する際に基材に付着している試料が気化され、気化した試料が開口から試料引込み流路に引込まれて試料分析装置側へと送られる。この場合に、気化容器の内面の開口面に沿って設けられた凹部または凸部により、試料引込み流路の開口が基材によって閉塞されるのを防止することができる。また、凹部または凸部により気化容器の内面に溝部分が形成されるので、試料を含む気流の流路を確保することができる。これにより、気化した試料が試料引込み流路に流れ易くなり、試料の採取効率を向上させることができる。

上記発明においては、前記凹部または凸部が、前記基材の移動方向に沿って形成されていることとしてもよい。
このような構成によれば、気化容器内の気流を基材の移動とともに効果的に流すことができ、試料の採取効率を一段と向上させることができる。

本発明は、上記試料導入装置と、上記試料採取装置と、該試料採取装置により採取されて前記試料導入装置により導入された試料を分析する試料分析装置とを備える試料分析システムを提供する。

本発明によれば、検出する試料を迅速に効率よく試料分析装置に導入することができ、検出速度を向上させて大量の検査を短時間で行うことができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る試料導入装置、試料分析装置及び試料分析システムについて、図面を参照して説明する。
図１に示すように、試料分析システム１は、試料採取装置３と、試料導入装置５と、質量分析装置（試料分析装置）７とを備え、試料採取装置３の作動により切符（基材）９に付着している危険物質等の試料を採取し、採取された試料を試料導入装置５により質量分析装置７に導入して、質量分析装置７によりその試料の構造及び組成等を分析するためのものである。

試料採取装置３は、気化ヒータ１１を備え、該気化ヒータ１１が外部から取り入れる切符９を加熱可能に配置されている。また、試料採取装置３は、気化ヒータ１１の作動により、切符９に付着している試料を大気圧条件下で加熱気化し、試料を切符９から分離させて採取するようになっている。

試料導入装置５は、試料採取装置３に一端が接続された差動排気配管１３と、この差動排気配管１３の他端と接続された差動排気ポンプ（差動排気装置）１９と、差動排気ポンプ１９の排気流量を調整する調整弁２１と、差動排気配管１３と質量分析装置７とを接続するキャピラリ管（接続流路）２３とを備えている。

差動排気配管１３は、上流側が試料採取装置３に流通可能に接続され、下流側が差動排気ポンプ１９に流通可能に接続されている。また、差動排気配管１３は、試料採取装置３側の流路（以下、単に「採取装置側流路」という。）１５の流路断面積が、差動排気ポンプ１９側の流路（以下、単に「ポンプ側流路」という。）１７の流路断面積に比べて小さく形成され、ポンプ側流路１７内部と大気圧条件下の試料採取装置３内部との圧力差が保たれるようになっている。そして、差動排気配管１３は、ポンプ側流路１７の圧力を５０Ｐａ以上７０ｋＰａ以下の減圧状態に維持して用いられるようになっている。なお、ポンプ側流路１７内部の圧力は、後述する式（３）に基づいて定められるものである。

また、差動排気配管１３には、試料採取側流路１５及びポンプ側流路１７の配管周りに配管用ヒータ２５が設けられている。配管用ヒータ２５は、差動排気配管１３の内壁に熱が伝達するように配置され、差動排気配管１３全体の内壁が加熱されるようになっている。また、配管用ヒータ２５は、試料導入装置５の作動中において、例えば１００℃以上２００℃以下で加熱されるようになっている。配管用ヒータ２５の加熱温度が１００℃未満では、差動排気配管１３内に気流とともに吸引された試料が内壁に付着滞留するおそれがあるので好ましくない。また、配管用ヒータ２５の加熱温度が２００℃を超えると、試料によっては分解してしまうおそれがあるので好ましくない。

なお、配管用ヒータ２５としては、例えば、公知のリボンヒータを採用することとしてもよい。リボンヒータは、やわらかいリボン状で取扱いやすいので、差動排気配管１３の外周面に沿って簡単に巻き付けることができる。

また、差動排気配管１３は、石英から形成することとしてもよいし、あるいは、差動排気配管１３の内壁を石英で覆うこととしてもよい。これにより、試料が差動排気配管１３の内壁に付着滞留するのを効果的に防止することができる。

差動排気ポンプ１９は、図示しない吸気口と排気口とを備え、吸気口が差動排気配管１３のポンプ側流路１７の端部と流通可能に接続されている。また、差動排気ポンプ１９は、差動排気配管１３内の気体を吸気口から吸引して排気口から外部に排出することにより、差動排気配管１３内を排気して減圧するようになっている。

調整弁２１は、差動排気ポンプ１９の吸気口の近傍に配置されている。また、調整弁２１は、図示しない弁機構を備え、弁が開閉されることにより差動排気ポンプ１９の排気流量が制御されるようになっている。
キャピラリ管２３は、例えば、内径が約０．３ｍｍ、外径が約０．０４ｍｍであって、長さが約１０ｃｍからなる石英製の細管である。また、キャピラリ管２３は、差動排気配管１３側がポンプ側流路１７に接続され、質量分析装置７に接続される側が質量分析装置７内のイオン化チャンバ（図示略）に直結され、差動排気配管１３のポンプ側流路１７内部と質量分析装置７のイオン化チャンバ内部との圧力差を保ちつつ流通可能に接続するようになっている。

また、本実施形態においては、キャピラリ管２３のコンダクタンスが１×１０^−１０以上１×１０^−７ｍ^３／ｓ以下の範囲とされる。なお、キャピラリ管２３のコンダクタンスは、後述する式（１）及び式（２）に基づいて定められるものである。
なお、キャピラリ管２３と差動排気ポンプ１９との間には、質量分析装置７内の圧力を測定する圧力計（図示略）が設けられている。

質量分析装置７は、キャピラリ管２３が接続されるイオン化チャンバと、イオン化チャンバから送られてきた試料のイオンを検出する検出部（図示略）と、質量分析装置７内を減圧状態に維持する分析装置用排気ポンプ（排気装置）２７とを備えている。
イオン化チャンバは、キャピラリ管２３を介して送られてきた気流に含まれる試料をイオン化して、イオンを生成させるようになっている。

検出部は、イオン化チャンバにより生成されたイオンを質量の違いによって分離して検出し、試料の構造及び組成等を分析するようになっている。
分析装置用排気ポンプ２７は、質量分析装置７内、特にイオン化チャンバ内を約１０^−３Ｐａの高真空状態に維持するようになっている。これにより、イオン化チャンバにおいて生成されたイオンが、安定かつ分解せずに検出部に送られるようになっている。
なお、質量分析装置７の外周周りにはヒータ（図示せず）が設けられ、質量分析装置７の壁面及びイオン化チャンバが加熱されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１の作用について説明する。
試料採取装置３に切符９が取り入れられると、気化ヒータ１１の作動により、切符９の表面に付着している危険物質等の試料が大気圧条件下で加熱気化されて採取される。
質量分析装置７においては、分析装置用排気ポンプ２７の作動により、イオン化チャンバ内が約１０^−３Ｐａの高真空状態に維持される。なお、質量分析装置７内の圧力は、キャピラリ管２３と差動排気ポンプ１９との間に設けられた圧力計によって測定することができる。

一方、差動排気配管１３においては、差動排気ポンプ１９の作動により差動排気配管１３内が排気されて減圧状態とされ、試料採取装置３において採取された試料が気流とともに差動排気配管１３内に吸引される。差動排気配管１３内に吸引された試料を含む気流は、流路断面積の小さい試料採取側流路１５を通って減圧され、下流側の流路断面積の大きいポンプ側流路１７へと導かれる。この場合に、配管用ヒータ２５が１００℃以上２００℃以下に熱せられて差動排気配管１３全体の内部が加熱されることにより、試料が内壁に付着滞留することなく差動排気配管１３内を通過する。そして、ポンプ側流路１７において気流の一部がキャピラリ管２３を通って、質量分析装置７に導入される。

この場合に、差動排気配管１３のポンプ側流路１７内の圧力をＰ_Ｄ（Ｐａ）、質量分析装置７のイオン化チャンバ内の圧力をＰ_Ｉ（Ｐａ）、キャピラリ管２３を流れる気流の流量をＱ（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、キャピラリ管２３のコンダクタンスをＣ（ｍ^３／ｓ）、キャピラリ管２３の内径をｄ（ｍｍ），管長をＬ（ｃｍ）とすると、以下の式（１）及び式（２）が成り立つ。
式（１） Ｑ＝Ｃ（Ｐ_Ｄ−Ｐ_Ｉ）
式（２） Ｃ＝１３４９（ｄ^４／Ｌ）×（（Ｐ_Ｄ＋Ｐ_Ｉ）／２）

ここで、質量分析装置７により試料を感度よく検出するためには、質量分析装置７のイオン化チャンバに試料を含む気流をできるだけ多く導入するのが好ましく、差動排気配管１３のポンプ側流路１７とイオン化チャンバとの圧力差を大きくする必要がある。そのため、イオン化チャンバが約１０^−３Ｐａの減圧状態に維持されるのに対して、ポンプ側流路１７内の圧力は高く設定することが好ましい。そうすると、質量分析装置７のイオン化チャンバ内の圧力Ｐ_Ｉは、差動排気配管１３のポンプ側流路１７内の圧力Ｐ_Ｄと比較するとＰ_Ｉ≒０とみなすことができ、式（１）及び式（２）により、
式（３） Ｐ_Ｄ ^２＝ＱＬ／（６２４．５ｄ^４）
と表すことができる。

本実施形態に係る試料分析システム１においては、内径ｄが０．３ｍｍ，管長Ｌが１０ｃｍのキャピラリ管２３を採用することとしたので、式（３）においてキャピラリ管２３を流れる気流の流量Ｑを３．３×１０^−３（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、すなわち、２ｓｃｃｍとすることにより、Ｐ_Ｄ＝８０７６Ｐａが算出される。
すなわち、キャピラリ管２３を用いて差動排気配管１３と質量分析装置７との圧力差を保つには、差動排気配管１３のポンプ側流路１７から約２ｓｃｃｍの流量で試料を含む気流を質量分析装置７のイオン化チャンバに導入させ、ポンプ側流路１７内の圧力Ｐ_Ｄを約１３６８Ｐａの減圧状態にすればよい。
なお、一般に直線流路の配管では、圧力損失は長さに比例し、内径（管径）の４乗に逆比例する。

そこで、調整弁２１の弁機構を調整して差動排気ポンプ１９の排気流量を制御し、例えば、差動排気配管１３内に約１００ｓｃｃｍの流量で試料を含む気流を吸引し、差動排気配管１３のポンプ側流路１７内の圧力を５０Ｐａ以上７０ｋＰａ以下の減圧状態に維持する。そして、差動排気ポンプ１９の作動により、差動排気配管１３のポンプ側流路１７へと導かれた気流を約９８ｓｃｃｍの流量で排気口から外部に排出するとともに、キャピラリ管２３を介して約２ｓｃｃｍの流量で質量分析装置７に導入させる。

このようにすることで、約１０^−３Ｐａに維持される質量分析装置７のイオン化チャンバ内部と差動排気配管１３のポンプ側流路１７内部との圧力差が小さくなるので、例えば大気圧条件下の試料採取装置３内部と質量分析装置７内部との圧力差を保つ場合の流路に比べて、イオン化チャンバ内とポンプ側流路１７内との圧力差を圧力損失の少ない流路を用いて保つことができる。

すなわち、内径ｄが０．３ｍｍ，管長Ｌが１０ｃｍのキャピラリ管２３を用いて、差動排気配管１３と質量分析装置７との圧力差を保つことができる。これにより、キャピラリ管２３を通過するのに掛かる時間を大幅に削減することができ、試料採取装置３において採取された試料を質量分析装置７へ短時間で導入することが可能となる。具体的には、試料採取装置３において採取した試料を差動排気配管１３の試料採取側流路１５内に吸引してから、約１秒後に質量分析装置７においてイオンの検出信号を得ることができる。

また、式（１）及び（２）によれば、キャピラリ管２３のコンダクタンスＣを１×１０^−１０以上１×１０^−７ｍ^３／ｓ以下とすることが可能となる。ここで、キャピラリ管２３の長さを短くするとコンダクタンスが大きくなるが、キャピラリ管２３のコンダクタンスが１×１０^−７ｍ^３／ｓ未満では、キャピラリ管２３を通過する気流の流量が減少し、質量分析装置７への試料の導入効率が低下するので好ましくない。一方、キャピラリ管２３のコンダクタンスが１×１０^−１０ｍ^３／ｓを超えると、キャピラリ管２３を通過する気流の流量が多くなり、キャピラリ管２３の圧力損失を大きくしなければ差動排気配管１３内と質量分析装置７内との圧力差を保つことができないので好ましくない。

以上説明したように、本実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１によれば、試料を迅速に効率よく質量分析装置７に導入することができ、危険物質等の試料の検出速度を向上させて大量の検査を短時間で行うことが可能となる。

［一参考実施形態］
次に、本発明の参考例としての一参考実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１０１について、キャピラリ管１２３及び質量分析装置７の接合部分を拡大して示す図２を参照して説明する。
本実施形態に係る試料分析システム１０１は、試料導入装置５のキャピラリ管１２３の長さが約１０ｃｍからなり、質量分析装置７内においてキャピラリ管２３が熱伝導管（高熱伝導率部材）１２９によって覆われる点で、第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

キャピラリ管１２３は、質量分析装置７のイオン化チャンバに挿入される部分（以下、「挿入部」という。）１３１が約１０ｃｍ〜２０ｃｍの長さになるように形成されている。
熱伝導管１２９は、熱伝導率の高い銅等の導管やステンレス管であり、キャピラリ管１２３の挿入部１３１全体を覆う長さに形成されている。また、熱伝導管２９は、一端が差動排気配管１３の外周に設けられた配管用ヒータ２５に接するように設けられ、キャピラリ管１２３の挿入部１３１に熱伝導管１２９の内壁の片側が接触するように配置されている。

このように構成された試料分析システム１０１によれば、試料導入装置５が作動して配管用ヒータ２５が加熱されると、熱伝導管１２９を介して配管用ヒータ２５の熱がキャピラリ管１２３の挿入部１３１に伝えられる。したがって、熱伝導率の低い溶融石英製のキャピラリ管１２３であってもイオン化チャンバ内において先端部の温度が低下するのを防ぐことができる。これにより、挿入部１３１における試料の凝集や吸着を防止することができ、キャピラリ管１２３内を気流が流れ易くすることができる。その結果、質量分析装置７へ試料をスムーズに導入させることができ、試料の測定効率を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、熱伝導管１２９として、銅等の導管やステンレス管を例示して説明したが、キャピラリ管１２３よりも熱伝導率が高い金属であればよく、例えば、アルミニウム、銀、タングステン又はモリブデン等を採用することとしてもよい。

また、本実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１０１は、以下のように変形することができる。
例えば、図３に示すように、キャピラリ管１２３の挿入部１３１を覆う熱伝導管１２９の外周にさらにシースヒータ等の挿入部用ヒータ（接続流路加熱部）１３３を取り付けることとし、挿入部用ヒータ１３３により、熱伝導管１２９を介してキャピラリ管１２３の挿入部１３１を直接加熱することとしてもよい。なお、挿入部用ヒータ１３３は、例えば、１００℃以上２００℃以下に加熱されることが望ましい。
このようにすることで、挿入部１３１をより確実に加熱することができる。
なお、本変形例においては、挿入部用ヒータ１３３の作動により、キャピラリ管１２３の挿入部１３１をさらに高温に加熱することにより、キャピラリ管１２３の壁面に付着した試料を気化して取り除くこととしてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム２０１について、図４〜図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明する。
本実施形態に係る試料分析システム２０１は、試料採取装置２０３の構成が第１の実施形態及び一参考実施形態の試料採取装置３と異なる。
以下、第１の実施形態及び一参考実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

試料採取装置２０３は、四角筒状に形成された気化容器本体２３５と、該気化容器本体２３５の入口側端面に設けられた入口ローラ２３７及び出口側端面に設けられた出口ローラ２３９と、気化容器本体２３５内部と差動排気配管１３とを流通可能に接続する試料引込み流路２４１とを備え、切符９に付着している試料を気化容器本体２３５内部において気化させて、気化した試料を試料引込み流路２４１の試料引込み口（開口）２４５から吸引させることにより、切符９に付着した試料を採取するものである。

気化容器本体２３５は、一対の壁面（以下、「上壁２４７の壁面」と「下壁２４９の壁面」とする。）が切符９の厚さより若干広い微小間隔を空けて対向して配置され、他の壁面が上壁２４７及び下壁２４９の端部を連結するように切符９の幅より広い一定の間隔を空けて配置されている。すなわち、気化容器本体２３５は、切符９が通過できる程度に狭くした平面状に延びるスリット状の気化室２５１を有している。

また、気化容器本体２３５は、図示しない気化ヒータを内蔵し、切符９が気化室２５１を通過する際に切符９に付着している試料を加熱気化するようになっている。なお、ヒータは、例えば、１００℃以上２００℃以下に加熱されることが望ましい。
また、気化容器本体２３５の内面、すなわち、気化室２５１の内壁には、図５（a）及び図５（b)に示すように、それぞれ約１ｍｍ〜５ｍｍの凸部を有する台形状に形成された複数の台形状凸部２５３ａが試料引込み口２４５面に沿って設けられている。なお、各台形状凸部２５３ａは、気化室２５１内の気流を妨げないように、各台形状凸部２５３ａ間に形成される各凹部２５５が切符９の移動方向、すなわち、気化容器本体２３５の中心軸２４３方向に向かってほぼ直線状に位置するように配置されることが望ましい。

入口ローラ２３７及び出口ローラ２３９は、それぞれ気化容器本体２３５の上壁２４７端面及び下壁２４９端面において、長手方向に延びるように取り付けられた一対のローラである。入口ローラ２３７は気化容器本体２３５の内方に向けて両ローラが回転し、一方、出口ローラ２３９は気化容器本体２３５の外方に向けて両ローラが回転するようになっている。これにより、入口ローラ２３７及び出口ローラ２３９は、切符９の両平面をそれぞれ一対のローラによって挟んで切符を送り出すようになっている。
試料引込み流路２４１は、上壁２４７側及び下壁２４９側から気化容器本体２３５の気化室２５１に開口するように、上壁２４７及び下壁２４９のそれぞれほぼ中央付近に接続されている。

このように構成された本実施形態に係る試料導入装置５、質量分析装置７及び試料分析システム２０１の作用について説明する。
試料採取装置２０３を起動させると、気化容器本体２３５の気化ヒータが加熱されるとともに、入口ローラ２３７が及び出口ローラ２３９が一定の速度で回転する。そして、差動排気ポンプ１９の作動により差動排気配管１３が排気されると、試料引込み流路２４１を介して気化容器本体２３５内に生じた気流が差動排気配管１３に引き込まれる。

この状況で、切符９が入口ローラ２３７から取り入れられると、切符９が気化容器本体２３５の気化室２５１に送り込まれ、気化ヒータの熱により切符９に付着している試料が加熱気化される。そして、気化した試料を含む気流が試料引込み流路２４１に引き込まれて、差動排気配管１３へと吸引される。この場合に、気化室２５１の内壁に設けられた複数の台形状凸部２５３ａにより、切符９を試料引込み流路２４１の試料引込み口２４５から離間させることができる。したがって、試料引込み口２４５が切符９によって閉塞されるのを防ぎ、気流を差動排気配管１３に絶えず吸引させることができる。

また、各台形状凸部２５３ａ間の凹部２５５により試料を含む気流の流路を確保することができる。さらに、各凹部２５５を切符９の移動方向に向かってほぼ直線状に位置するように各台形状凸部２５３ａを配置することで、気化容器本体２３５内の気流を切符９の移動とともに効果的に試料引込み流路２４１に流しこませることができる。
また、気化容器本体２３５の気化室２５１を極力狭くすることで、試料を含む気流の滞留時間を短くすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る試料導入装置５、質料分析装置７及び試料分析システム２０１によれば、試料採取装置２０３において、試料を含む気流の滞留時間を短くするとともに、試料引込み流路２４１の試料引込み口２４５の閉塞防止と気流の流路が確保されて、試料の採取効率を一段と向上させることができる。

なお、本実施形態においては、気化容器本体２３５の気化室２５１の内壁に台形状凸部２５３ａを設けることを例示して説明したが、これに代えて、図６（a）及び図６（b)に示すようなピラミッド状に形成されたピラミッド状凸部２５３ｂや、図７（a）及び図７（b)に示す試料引込み流路２４１の試料引込み口２４５から放射状に拡がるように形成された放射状凸部２５３ｃや、半球状に形成された半球状凸部（図示略）を設けることとしてもよい。なお、切符９を試料引込み流路２４１の試料引込み口２４５から離間させることができればよく、例えば、内壁にメッシュを設けて切符９を試料引込み口２４５から離間させることとしてもよい。さらに、気化室２５１の内壁に凸部を設けることに代えて、内壁に凹部を設けることとしてもよい。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
例えば、第１の実施形態においては、キャピラリ管の官長を約１０ｃｍとして説明したが、差動排気配管１３と質量分析装置７との圧力差を保つことができればよく、１５ｃｍ以下、例えば、１３ｃｍや８ｃｍ程度としてもよい。
また、例えば、上記各実施形態においては、上流側の試料採取側流路１５の流路断面積が下流側のポンプ側流路１７の流路断面積に比べて小さい差動排気配管１３を例示して説明したが、差動排気ポンプ１９の作動により差動排気配管１３内が排気されて所定の減圧状態にできればよく、全体として均等な流路断面積の差動排気配管を採用することとしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る試料分析システムの概略構成図である。 本発明の一参考実施形態に係るキャピラリ管及び質量分析装置の接合部分の拡大図である。 本発明の一参考実施形態の変形例に係るキャピラリ管及び質量分析装置の接合部分の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る試料採取装置の概略構成図である。 （ａ）は図４の試料採取装置の気化室の断面図であり、（ｂ）はその気化室の内壁面を示す図である。 （ａ）は図５（ａ）の気化室の変形例の断面図であり、（ｂ）はその気化室の内壁面を示す図である。 （ａ）は図５（ａ）の気化室の別の変形例の断面図であり、（ｂ）はその気化室の内壁面を示す図である。 採取した試料を質量分析装置へ導入させる従来の導入システムの概略構成図である。

符号の説明

３ 試料採取装置
５ 試料導入装置
７ 質量分析装置（試料分析装置）
１３ 差動排気配管
１９ 差動排気ポンプ（差動排気装置）
２３ キャピラリ管（接続流路）
２７ 分析装置用排気ポンプ（排気装置）

Claims (3)

1. 試料採取装置に収容された試料を、排気装置を備えた質量分析装置に導入するための試料導入装置であって、
   一端が前記試料採取装置に流通可能に接続される差動排気配管と、
   該差動排気配管の他端に接続され、該差動排気配管内を排気して減圧する差動排気装置と、
   前記差動排気配管と前記質量分析装置とを流通可能に接続する接続流路とを備え、
   該接続流路が接続された前記差動排気配管内の圧力が、５０Ｐａ以上７０ｋＰａ以下とされ、
   前記接続流路が、内径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下で、長さが５０ｃｍ以下であり、該接続流路のコンダクタンスが、１×１０^−１０以上１×１０^−７ｍ^３／ｓ以下とされる試料導入装置。
2. 請求項１に記載の試料導入装置と、
   試料分析を行う質量分析装置に導入させるための試料を基材から採取する試料採取装置と、
   該試料採取装置により採取されて前記試料導入装置により導入された試料を分析する質量分析装置とを備え、
   前記試料採取装置が、内部を通過する基材に付着した試料を気化させる気化容器と、
   一端が該気化容器内に開口し、他端が前記質量分析装置側に流通可能に接続される試料引込み流路とを備え、
   前記気化容器の内面には、前記試料引込み流路の前記開口と前記基材とを離間させる凹部または凸部が開口面に沿って設けられている試料分析システム。
3. 前記凹部または凸部が、前記基材の移動方向に沿って形成されている請求項２に記載の試料分析システム。

Images