气体监控装置的制作方法

专利名称：气体监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体监控装置，尤其涉及使用质量分析仪实时测定试样气体中的化学物质浓度并进行显示的气体监控装置。
背景技术：
目前，世界上恐怖主义威胁正在增加。尤其是使用化学武器试剂(以下叫做“化学试剂”)的化学恐怖主义，由于化学试剂比核武器等更容易制造，并且如果真地发生，其危害甚大，因此各国都在强化警戒。在日本，松本沙林事件和地铁沙林事件等中化学试剂就被恶意使用，从而其对策是非常迫切的。
另外，已经明确在战争期间被推测是由旧日军制造的化学武器被埋在了中国和日本国内，在一些地方报道了随着施工等被泄漏到环境中的化学试剂损害健康。在遗弃化学武器和武器内保持的化学试剂的挖掘、回收、无害处理要求安全且迅速地进行。
这样，当化学试剂在实际中被使用或者泄漏时，需要实时获得化学试剂的种类和在大气中的浓度等信息，应用于居民避难、受害者的治疗、化学试剂的消除污染等。
以往，作为探测化学试剂的方法，广泛使用气相色谱质量分析法(GC/MS)和液相色谱质量分析法(LC/MS)等。
但是，对于这些方法，由于包含用色谱法分离试样的工序，因此并不能断言适合实时探测化学试剂。
因此，作为实时检测化学试剂的装置，公开了没有设置采用GC或LC等色谱法的分离部的构成的、使用了质量分析仪的化学试剂探测装置(例如参照专利文献1和专利文献2)。
一般来讲，质量分析仪是测定离子的质量与电荷之比(m/z)的仪器，因此，通常在质量分析仪的紧上游串联排列有将试样进行电离而供给的电离部。对于电离方法，已知有电子轰击电离(EI)法、化学电离(CI)法、电喷电离(ESI)法、大气压化学电离(APCI)法、激光电离(MALDI)法等多种方法。
专利文献1所公开的发明中，采用大气压化学电离法作为试样的电离方法。大气压化学电离法是在大气压条件下这种柔和的条件下通过化学反应而使试样电离，因此具有可以减少试样的碎片化，以及容易生成赋予试样的分子量信息的离子(以下叫做“分子量关联离子”)的优点。因此，特别适宜于想获得要检测的化学试剂的浓度的情况。另一方面，在LC/MS中广泛适用的电子电离(EI)法等其他的电离方法，由于对试样本身可以赋予强的能量，因此相对地容易使试样碎片化，适于分析化学试剂的结构。
具体来讲，大气压化学电离法是使由电晕放电生成的一次离子与试样进行化学反应，生成分子量关联离子等二次离子。作为代表性的分子量关联离子，可以举出向试样分子[M]添加质子后的离子[(M+H)+]或者解离质子后的离子[(M-H)-]。通过求出这些分子量关联离子的离子强度，可以求出试样中含有的要检测的化学试剂(测定对象物质)的浓度。
这里，参照图11说明专利文献1所公开的以往的化学试剂探测装置。
图11是表示以往的化学试剂探测装置的构成的模块图。如图11所示，化学试剂探测装置100包含试样导入部101、电离部102、质量分析部103、控制部104、吸入泵105、计测处理用计算机106及真空泵107而构成。
在图11中，首先，插入到试样导入部101的试样16通过加热被气化。接着，成为气体的试样16经吸入泵105被导入到电离部102。然后，在电离部102内的电晕放电区域，试样16被电离。生成的离子被导入具有质量分析仪的质量分析部103，进行质量分析。质量分析后的结果数据由计测处理用计算机106处理并显示。进而，当质量分析的结果数据具有化学试剂的特征时，计测处理用计算机106判定检测出了化学试剂。
真空泵107被用于使质量分析部103内的差动排气部减压，或者使质量分析部103中含有的装有质量分析仪的腔内保持在高真空状态。
控制部104控制构成操作装置的各功能部的ON/OFF或者设定温度/电压/真空压力、监控状态等。
另外，作为使用了适用大气压化学电离法的质量分析法的气体监控装置，公开了废气监控装置(例如参照专利文献3)。根据该发明，可以将废气引入大气压化学电离质量分析仪中，显示废气中含有的二恶英关联化合物的浓度。
另外，在不锈钢的表面处理中，公开了用质量分析仪分析来自反应室的气体的方法(例如参照专利文献4)。根据该方法，可以测定影响表面处理的反应室的水蒸气分压。
专利文献1特开2004-158296号公报专利文献2特开2004-286648号公报专利文献3特开2000-162189号公报专利文献4特开平10-265839号公报发明内容如上所述，专利文献1中公开的适用了大气压化学电离法的质量分析仪，作为化学试剂检测器是非常有效的。另一方面，大气压化学电离法由于通过化学反应电离试样，因此在该电离工序中可能会受到与要检测的化学试剂共存的物质(以下叫做“共存物质”)的影响。
换而言之，在大气压化学电离法的电离部，要检测的化学试剂被电离的效率(电离效率)可能会依存于共存物质的浓度。如果电离效率依存于共存物质的浓度，则实际上用质量分析仪观测的离子强度或由该离子强度最终计算出的化学试剂的浓度也会受到共存物质浓度的影响。
但是，能够转用于化学武器的化学试剂在国际条约下使用的管制非常严格，经常是连基础性数据都得不到。因此，如上所述在共存物质存在下与化学试剂电离效率有关的数据也并非公知。
从而，即使存在化学试剂的电离效率依存于共存物质的浓度的不良情况，由于目前与化学试剂有关的数据不充分，其还没有成为课题。
因此，本发明的课题为提供一种即使试样气体中的共存物质浓度发生变动，也能够准确地定量化学试剂的浓度的气体监控装置。
为了实现上述目的，本发明的气体监控装置的特征在于，具有导入含有测定对象物质的试样气体的试样导入部、测定包含在所述试样气体中且与所述测定对象物质共存的规定共存物质的浓度的共存物质浓度测定单元、使所述试样气体电离的电离部、分析在所述电离部生成的离子的质量的质量分析部、解析由所述质量分析部检测出的信号并计算出所述测定对象物质的浓度的数据处理部、显示由所述数据处理部解析的解析结果的显示部，其中，所述数据处理部具有对应于所述规定共存物质的浓度而修正所述测定对象物质的浓度的修正单元。
通过形成这种构成，即使试样气体中的共存物质的浓度发生变动，也能够准确地定量化学试剂的浓度。
根据本发明，可以提供即使共存物质的浓度发生变动，也能够准确地定量化学试剂的浓度的气体监控装置。


图1是表示本实施方式的气体监控装置的构成的模块图。
图2是表示进行大气压化学电离的电离部的构成的纵截面图。
图3是表示作为本实施方式的质量分析部的一例的包括离子陷阱质量分析仪的质量分析部的构成的纵截面图。
图4是表示数据处理部的构成的模块图。
图5是用于说明离子强度修正处理的流程图。
图6是表示芥子气的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
图7是表示2-氯乙酰苯的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
图8是表示作为路易斯毒气的主成分的路易斯毒气1的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
图9是表示其他实施方式1的气体监控装置的构成的模块图。
图10是表示其他实施方式2的气体监控装置的构成的模块图。
图11是表示以往的化学试剂探测装置的构成的图。
符号说明1气体监控装置 2化学试剂DB 3气体导入配管(试样导入部)4湿度计(共存物质浓度测定单元) 5温度计 6化学试剂检测部 6a电离部 6b质量分析部 7数据处理部 8显示部 65加湿器(共存物质浓度可变单元) 71绝对湿度计算部 72质谱生成部 73离子强度修正部(修正单元) 74化学试剂浓度计算部 75显示处理部具体实施方式
下面，参照适当的附图详细地说明实施本发明的最佳方式(以下叫做“实施方式”)。
图1是表示本实施方式的气体监控装置的构成的模块图。图1中，气体监控装置1包括化学试剂数据库(DB)2、气体导入配管3、湿度计4、温度计5、化学试剂检测部6、数据处理部7、显示部8而构成。
另外，关于图1所示的土壤保管帐篷22等的构成，由于不是本实施方式涉及的气体监控装置1的构成要素，因此在这里省略相关说明，在后述的<使用例>中详细地说明。
<化学试剂DB>
化学试剂DB2中储存了来源于各种化学试剂的信号的相关信息。来源于化学试剂的信号的相关信息例如是表示对应于被检测出的离子强度的化学试剂浓度的图表或者是表示对应于共存物质浓度的离子强度的修正率的图表(共存物质浓度-离子强度修正率曲线)。该共存物质浓度-离子强度修正率曲线还包括绝对湿度-离子强度修正率曲线。这里，如上所述，离子强度是随着化学试剂的电离效率而变动的参数。另外，化学试剂DB2可以由硬盘装置等来实现。
另外，如上所述，在本实施方式中作为对象的化学试剂中，包括被国际条约严格限制的物质。从而，化学试剂DB2中储存的信息也是基于采用满足规定标准的研究设施事先测定的数据而构筑的。
另外，“化学试剂”不仅包括化学试剂本身，还包括能够从化学试剂派生的分解物。这是因为只要能够检测出分解物，就能够证明化学试剂的存在。
<气体导入配管>
如图1所示，气体导入配管3是用于将导入的试样气体送出到化学试剂检测部6的配管。在图1中，气体导入配管3的一端与例如含有要检测的化学试剂的土壤保管帐篷22的排气管25等气体通道连接，可以在不会使从土壤保管帐篷22排出的试样气体的性质发生特殊变化的条件下，导入到气体导入配管3。并且，气体导入配管3的另一端与化学试剂检测部6连接，导入到气体导入配管3的试样气体被送出到化学试剂检测部6。
通过化学试剂检测部6中含有的吸引泵(参照图2)46，可以容易地实现这些试样气体的移动。
<湿度计>
湿度计4是用于测定与导入到气体导入配管3的试样气体相同的试样气体的湿度。从而，湿度计4可以设置在气体导入配管3、或者气体导入配管3连接的排气管25等气体通道上。并且湿度计4与数据处理部7电连接。通常，由湿度计4测定的湿度是相对于测定时的温度下的饱和水蒸气量的相对湿度(％)。
然后，测定出的相对湿度的数据被输送到数据处理部7。
<温度计>
并且，温度计5也以与湿度计4相同的构成被设置在气体导入配管3或者气体导入配管3连接的排气管25等气体通道上，并且与数据处理部7电连接。然后，由温度计5测定的温度数据被输送到数据处理部7。
这里，设置温度计5是为了从湿度计4的测定值进行温度修正而求出试样气体的绝对湿度，因此温度计5与湿度计4邻接、近接而设置。
<化学试剂检测部>
化学试剂检测部6是串联排列着电离试样气体的电离部6a(参照图2)和分析离子质量的质量分析部6b(参照图3)的构成。
图2是表示进行大气压化学电离的电离部6a的构成的纵截面图。如图2所示，电离部6a包括离子漂移部34、电晕放电部35、针电极37、对置电极39、排气管36a、36b、细孔41、42、43而构成。
这里，首先说明电离部6a电离试样气体的步骤。
从气体导入配管3导入的试样气体被导入到电离部6a的离子漂移部34。该离子漂移部34大致处于大气压状态。
导入到离子漂移部34的试样气体的一部分通过开口部40被导入到电晕放电部35，剩余部分则通过排气管36a被排出到电离部6a外。
导入到电晕放电部35的试样气体通过对针电极37施加高电压，在针电极37的尖端附近生成的电晕放电区域38被电离。此时，在电晕放电区域38，试样气体在与从针电极37朝向对置电极39漂移的离子流几乎对置的方向被导入。
生成的离子通过电场通过对置电极39的开口部40，被导入到离子漂移部34。此时，通过在对置电极39和第一细孔41的开口电极之间施加电压，使离子漂移，可以有效地导入到第一细孔41。
没有被第一微孔41收容的气体从排气管36a、36b经过泵排出到装置外部。
这里，为了高灵敏度且稳定地探测测定对象物质，导入到电晕放电部35的试样气体的流量是重要的，因此优选在排气管36b设置流量控制部45。
另外，离子漂移部34、电晕放电部35、气体导入配管3等，从防止吸附试样气体的角度考虑，可以事先用未图示的加热器等加热。
另外，通过气体导入配管3或排气管36a的试样气体的流量可以根据隔膜泵这种吸引泵46的容量及配管的传导力而决定，但在气体导入配管3或排气管36a也可以设置流量控制部45这种控制装置。
另外，通过将吸引泵46设置在从试样气体的流向看时的离子生成部(即，在图示的构成中为电晕放电部35)的下游，可以减少吸引泵46的内部污染(试样气体的吸附等)对测定的影响。
然后，由上述的电离部6a生成的离子经过第一细孔41、第二细孔42及第三细孔43被送出到质量分析部6b。细孔41、42、43的开口电极能够由电源(未图示)施加电压，在提高差动排气部49a、49b(参照图3)的离子透过率的同时，由于与残留分子碰撞，会进行绝热膨胀生成的离子束的开裂。细孔41、42、43的直径为例如0.3mm左右，细孔41、42、43的开口电极优选采用加热器(未图示)加热至100℃～300℃左右。
这里，细孔41、42、43的开口电极之间成为差动排气部49a、49b(参照后述图3)，通过粗泵50(参照后述的图3)进行排气。
该粗泵50通常使用回转泵、涡形泵、或者机械升压泵等。例如粗泵50可以使用排气速度为900升/分钟的涡形泵。并且，第二细孔42和第三细孔43之间的压力适宜设定为例如约100帕斯卡。另外，也可以去除第二细孔42的开口电极，由第一细孔41和第三细孔43两个细孔构成差动排气部。
这里，电离试样气体的方法可以是任意的方法，例如像与大气压化学电离法同样地通过化学反应电离试样气体的化学电离法那样，只要是电离试样气体时由于共存物质的存在电离效率会发生变化的方法，就可以适宜地使用本发明，并可以适当地去除共存物质的存在引起的电离效率的变化。
<质量分析部>
质量分析部6b包含用于分析被电离的试样气体(以下叫做“离子”)的质量的质量分析仪而构成。
图3是表示作为本实施方式的质量分析部6b的一例的包含离子陷阱质量分析仪的质量分析部6b的构成的纵截面图。
这里，说明质量分析部6b分析离子质量的步骤。
在电离部6a生成并通过第三细孔43的离子，在质量分析部6b被收容到由真空泵48排气的真空部44。对真空部44进行排气的真空泵48，可以使用例如排气速度为300升/秒的涡轮分子泵。本实施方式中，作为对涡轮分子泵的背压侧进行排气的泵，可以形成兼用粗泵50的构成。
然后，这些离子被聚焦镜51聚束。该聚焦镜51通常使用由三枚电极构成的单透镜等。离子进一步通过狭缝电极52。通过第三细孔43的离子被聚焦镜51聚束到狭缝电极52的开口部，并通过，但是未聚束的中性粒子等则与狭缝电极52的缝隙部分发生碰撞而形成难以到达离子陷阱质量分析仪侧的结构。通过狭缝电极52的离子通过由具备多个开口部的内筒电极53和外筒电极54构成的双重圆筒型偏向器55被偏向并聚束。双重圆筒型偏向器55中，使用从内筒电极53的开口部渗出的外筒电极54的电场进行偏向并聚束。该详细内容已在特开平7-85834号公报中揭示。
通过双重圆筒型偏向器55的离子被导入到由环电极56、端盖电极57a、57b构成的离子陷阱质量分析仪。为了控制离子入射到离子陷阱质量分析仪的时间，设置有栅电极58。为了防止离子到达保持着环电极56、端盖电极57a、57b的石英环60a、60b，防止石英环60a、60b带电，设置有凸缘电极59a、59b。在离子陷阱质量分析仪的内部，由氦气供给管(未图示)供给氦，保持在0.1帕斯卡左右的压力。
被导入到上述的由环电极56、端盖电极57a、57b构成的离子陷阱质量分析仪内的离子与氦气发生碰撞而失去能量，被交流电场捕获。被捕获的离子通过扫描施加到环电极56和端盖电极57a、57b的高频电压，根据离子的m/z被排出到离子陷阱质量分析仪外，并经过离子取出透镜61，由检测器62检测。检测出的信号由放大器63放大后，由数据处理部7处理。
这种离子陷阱质量分析仪的优点为，由于具有在内部(由环电极56和端盖电极57a、57b包围的空间)捕获离子的特性，因此即使是探测对象物质的浓度低且所生成的离子量少的情况，通过增加离子的导入时间也可以检测出。从而，即使是离子浓度低的情况，在离子陷阱质量分析仪中也可以实现离子的高倍数浓缩，使离子的前处理(浓缩等)变得非常简便。
另外，对于质量分析部6b中含有的质量分析仪，只要是能够分析离子质量，则可以是任意一种，并不限于以上述的离子陷阱质量分析仪为代表的四重极型的质量分析仪。例如，可以使用以往公知的磁场型、飞行时间型、离子回旋加速器型等质量分析仪。
图4是表示数据处理部7的构成的模块图。如图4所示，数据处理部7包含绝对湿度计算部71、质谱生成部72、离子强度修正部73、化学试剂浓度计算部74、显示处理部75而构成。
这里，数据处理部7包含由CPU(中央处理器)以及ROM(只读存储器)或RAM(随机存储器)等形成的存储器和硬盘装置等而构成。上述的数据处理部7内的各处理部71～75相当于存储器或硬盘装置中储存的程序或者数据。通过CPU在存储器读取程序并进行演算处理，由数据处理部7的各处理可以实现处理。
绝对湿度计算部71从由湿度计4测定的相对湿度和由温度计5测定的温度计算出绝对湿度。这里，绝对湿度是指将每1m3空气中含有的水蒸气的重量以g表示的值。
然后，由绝对湿度计算部71计算出的绝对湿度会被输出到离子强度修正部73。
质谱生成部72基于由质量分析部6b检测的检测信号，将各自离子的质量与电荷之比(m/z)的离子强度生成为质谱。
然后，由质谱生成部72生成的质谱被输出到离子强度修正部73。
离子强度修正部73从质谱提取与要检测的化学试剂相关的离子的离子强度，将该离子强度根据测定时的绝对湿度进行修正。
在这里，说明离子强度修正部73从质谱提取离子强度，并根据测定时的绝对湿度进行修正的步骤。
首先，离子强度修正部73在质谱中提取与要检测的化学试剂相关的离子的离子强度。此时，在适用大气压化学电离法的本实施方式中，适宜为分子量关联离子的离子强度。
接着，离子强度修正部73从化学试剂DB2读取绝对湿度-离子强度修正率曲线，提取由绝对湿度计算部71计算出的对应于绝对湿度的离子强度的修正率。
然后，离子强度修正部73通过对从质谱中提取的离子强度乘以修正率，将从质谱中提取的离子强度根据测定时的绝对湿度进行修正。
这里，计算出的修正后的离子强度被输出到化学试剂浓度计算部74。
化学试剂浓度计算部74基于上述的由离子强度修正部73计算出的修正后的离子强度，计算出要检测的化学试剂的浓度。具体来讲，将修正后的离子强度根据规定的换算率转换为浓度。该换算率是根据质量分析仪的灵敏度等而事先确定的。
然后，由化学试剂浓度计算部74计算出的化学试剂浓度被输出到显示处理部75。
显示处理部75将由化学试剂浓度计算部74计算出的化学试剂浓度以修正了试样气体中作为共存物质的水蒸气量的影响的化学试剂的浓度输出到显示部8(参照图1)。
这里，也可以在显示处理部75设置阈值比较部(未图示)，从而当将修正后的化学试剂浓度与规定阈值进行比较，超过阈值时，会向显示部8输出催促警报或警戒的图象显示等。
<离子强度修正方法>
这里，参照图5说明使用本实施方式的气体监控装置1修正离子强度的方法的一例。
图5是用于说明当化学试剂的共存物质为水蒸气时气体监控装置1的数据处理部7进行的离子强度修正处理的流程图。
首先，数据处理部7的绝对湿度计算部71从湿度计4取得相对湿度(步骤S01)。当没有取得相对湿度时(在步骤S01为No)，再次进行步骤S01的处理。当取得相对湿度时(在步骤S01为Yes)，从温度计5取得温度(步骤S02)。当没有取得温度时(在步骤S02为No)，再次进行步骤S02的处理。当取得温度时(在步骤S02为Yes)，进入下面的处理。
然后，数据处理部7的绝对湿度计算部71从取得的相对湿度和温度计算出绝对湿度(步骤S03)。
接着，数据处理部7的质谱生成部72取得来自质量分析部6b的检测信号(步骤S04)。当没有取得来自质量分析部6b的检测信号时(在步骤S04为No)，再次进行步骤S04的处理。当取得来自质量分析部6b的检测信号时(在步骤S04为Yes)，进入下面的处理。
然后，数据处理部7的质谱生成部72由检测信号生成质谱(步骤S05)。
接着，数据处理部7的离子强度修正部73从质谱提取与要检测的化学试剂相关的离子的离子强度(步骤S06)。如上所述，与要检测的化学试剂相关的离子是例如分子量关联离子。
然后，数据处理部7的离子强度修正部73从化学试剂DB2读取绝对湿度-离子强度修正率曲线(步骤S07)，提取对应于计算出的绝对湿度的离子强度修正率(步骤S08)。
接着，数据处理部7的离子强度修正部73通过对从质谱提取的离子强度乘以该离子强度修正率，将离子强度根据测定时的绝对湿度进行修正(步骤S09)。
这里，如上所述，由于修正后的离子强度与在测定时的绝对湿度下的试样气体中的化学试剂浓度以规定换算率对应，因此只要求出修正后的离子强度，则可以容易地计算出化学试剂的浓度。
<使用例>
作为本实施方式的气体监控装置1的使用方式的一例，参照图1说明监控从土壤保管帐篷22排出的空气中的化学试剂的浓度的情况。
如图1所示，土壤21被隔离在土壤保管帐篷22。这是因为，在遗弃化学武器的挖掘、回收等过程中产生的土壤21不仅其自身存在被化学试剂污染的危险性，而且土壤中还有可能含有未发现的容器等，因此需要慎重管理。
土壤保管帐篷22内的空气时常通过风扇23进行排气，外界气体从吸气口33被吸气到帐篷内。根据该吸气和排气的平衡，土壤保管帐篷22内的压力时常保持为负压。通过形成这种构成，当内部产生化学试剂的气体时，可以防止向帐篷外泄漏。
通常，在将土壤保管帐篷22内的空气排出到外部的排气管25上设置有活性炭过滤器等化学试剂去除过滤器24，即使在土壤保管帐篷22内的作业过程中产生化学试剂气体，也能够防止向外部泄漏。但是，由于化学试剂去除过滤器24的故障(例如穿透等)，需要监控排气管25。因此，形成在排气管25上连接本实施方式的气体监控装置1的气体导入配管3，以监控排气管25中的气体的构成。
在这种构成的使用方式中，对要检测的化学试剂的监控会带来影响的共存物质主要是水蒸气。
例如，刚交换了化学试剂去除过滤器24后，水蒸气也会被化学试剂去除过滤器24捕集，从而流过排气管25的试样气体的湿度会急剧下降。接着，随着继续使用化学试剂去除过滤器24，能够通过化学试剂去除过滤器24的水蒸气量就会增加。这种水蒸气量的变化会对化学试剂的检测带来影响。
从而，在本使用例中，假定水蒸气成为化学试剂的共存物质的情况而进行说明。
图6是表示芥子气的质谱(未图示)所示的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
监控芥子气时，使用对针电极37(参照图2)施加正高电压而生成正离子的正电离模式。
这里，一般来讲，正电离模式中的代表性电离反应为如下所示的2。
(正电离反应1)通过电晕放电氮分子被电离，该氮分子离子使大气中的水蒸气电离，作为一次离子生成水合氢离子[H3O+]。化学试剂通过与水合氢离子发生化学反应，生成对分子添加了质子的分子量关联离子[(M+H)+]。
(正电离反应2)通过电晕放电氮分子被电离，通过与该氮分子离子反应而生成直接分子离子[M+]。
这里，未图示的质谱中，对于芥子气的离子，观测到的是表示M+的m/z(分子量/价数)＝158，因此认为来自氮分子离子的反应(正电离反应2)是主要的。
如果大气中水蒸气多，则氮分子离子的电荷会转换成水合氢离子，因此芥子气就难以发生电离反应。
从而，芥子气的离子强度的湿度依存性会显示单调减少的倾向。
图7是表示2-氯乙酰苯的质谱(未图示)所示的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
监控2-氯乙酰苯时，也是使用对针电极37施加正高电压而生成正离子的正电离模式。
这里，未图示的质谱中，观测到的是表示添加了质子的分子量关联离子[(M+H)+]的m/z＝155，因此2-氯乙酰苯的电离是正电离反应1。从而，为了使2-氯乙酰苯电离，必须首先生成水合氢离子。
因此，如图7所示，随着湿度增加，离子强度也增加。但是，如果湿度进一步增加，则引起水分子附着到水合氢离子的所谓集聚反应。随着集群的尺寸增大，水合氢离子的反应性下降，因此如果湿度过高，则2-氯乙酰苯的电离效率会下降，离子强度会逐渐减少。
出于这种理由，2-氯乙酰苯的离子强度在绝对湿度0.9g附近具有极大值，表现出在低湿度侧和高湿度侧进一步减少的倾向。
另外，2-氯乙酰苯是在化学试剂中管制较为宽松的物质，因此在测定芥子气时有时会用作比较对象(标准物质)。
在芥子气的监控中，将2-氯乙酰苯作为标准物质使用，在绝对湿度大约大于等于1g(气温20℃下的相对湿度为约30％)的通常生活环境中问题少。这是因为，随着湿度增加，芥子气和2-氯乙酰苯的电离效率均会下降。
另一方面，在刚交换过滤器后等湿度极低的试样气体中，芥子气的电离效率提高，相反2-氯乙酰苯的电离效率会下降，因此两者的电离效率之间产生较大的解离。因此，离子强度和浓度也会发生较大的解离。
从而，不仅是在测定要检测的化学试剂的浓度的情况，而且在修正单元等时测定标准物质的浓度的情况，根据测定时的绝对湿度修正离子强度也是重要的。
另外，图8是表示作为路易斯毒气的主成分的路易斯毒气1的质谱(未图示)所示的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间的相关性的图表。
监控路易斯毒气时，使用对针电极37施加负高电压而生成负离子的负电离模式。
在负电离模式中，进行下述的负电离反应。
(负电离反应)通过电晕放电氧分子被电离，通过与该氧分子离子反应而生成直接分子离子[M-]。
如图8所示，即使是负的大气压化学电离，离子强度也会根据湿度而变化。其原因被认为是，用于检测路易斯毒气1的作为标识器的m/z＝187的信号为来源于路易斯毒气1和水蒸气以气相反应而生成的水解产物的离子。
另外，在负的大气压化学电离中，作为一次离子的O2-的反应性仍然会随着与水分子的集聚而发生变化。
这样足以想到，即使是路易斯毒气1以外的其他物质，离子强度也具有湿度依存性。从而，即使根据负电离模式测定浓度，根据测定时的绝对湿度修正离子强度也是重要的。
这样，为了监控准确的化学试剂浓度，不管离子的极性(正、负)如何，都需要考虑绝对湿度的影响，修正测定值。
如果得到例如图6～图8所示的分子量关联离子的离子强度与绝对湿度之间相关性的数据，则可以容易地制作本实施方式中储存到化学试剂DB2并被用于离子强度修正部73的处理的绝对湿度-离子强度修正率曲线。
这里，在上述使用例中说明了假定水蒸气为化学试剂的共存物质的情况，但共存物质可以是任意的化学物质。通过取得表示化学试剂和能够与该化学试剂共存的化学物质之间相关关系的数据，并事先储存到化学试剂DB2中，可以与共存物质为水蒸气的情况同样地实施本实施方式。
例如，化学恐怖主义的情况，恐怖分子的技术力量不充分，化学试剂有时会与制造化学试剂过程中使用的有机溶剂一起散布。假想的与化学试剂一起散布的有机溶剂(共存物质)之一可以举出丙酮。
这种有机溶剂与水蒸气不同，并不容易通过设置如温度计4这种专用的传感器来取得浓度信息。因此，也可以从质量分析部6b检测出的离子的质谱提取来源于化学试剂的离子的离子强度的同时提取作为表示有机溶剂的浓度的指标的来源于有机溶剂的离子的离子强度，从而计算出有机溶剂的浓度。
另外，为了测定有机溶剂的浓度，也可以设置例如利用化学反应所引起的发色反应检测有机溶剂浓度的有机溶剂传感器。
<其他实施方式1>
本发明并不限于上述的实施方式。
图9是表示其他实施方式1的气体监控装置1的构成的模块图。
例如，本发明也可以是如图9所示，并没有将气体导入配管3连接到排气管25等，而是直接从大气导入试样气体的构成。此时，湿度计4和温度计5优选设置在气体导入配管3上。
通过如此构成气体监控装置1，携带变得容易，例如对于直接检测散布在大气中的化学试剂等时是有效的。
<其他实施方式2>
在其他实施方式2中，代替根据测定时的绝对湿度修正离子强度，采用具有能够将试样气体的湿度增加至规定的绝对湿度的加湿器65的构成。
图10是表示其他实施方式2的气体监控装置1的构成的模块图。图中的各构成与上述的实施方式相同，因此赋予同样的符号并省略说明。
如图10所示，为了调节送到化学试剂检测部6的试样气体的水蒸气浓度，设置加湿器65，经过水蒸气导入配管66将来自加湿器65的水蒸气导入到气体导入配管3。
这里，来自加湿器65的水蒸气的导入量是根据湿度计4和温度计5的测定结果来计算并控制。
例如，刚交换化学试剂去除过滤器24后这样的当绝对湿度降低到1g状态时，控制从加湿器65供给的水蒸气的量或浓度，使导入到化学试剂检测部6的试样气体的绝对湿度成为规定值(例如1g)。
通过如此构成气体监控装置1，例如在几次的浓度测定中，即使测定时的大气的绝对湿度不同，也可以根据加湿器使每一次的绝对湿度相同，来进行浓度测定，因此，不用特意修正就可以求出正确的离子强度比(进而浓度比)。
这里，关于试样气体中的水蒸气浓度的控制，并不只限于加湿器，还可以采用除湿装置进行。
产业上的利用可能性根据本发明，可以迅速且准确地把握化学试剂的浓度，因此在化学试剂的环境泄漏监控或化学恐怖主义等情况，有助于提高居民等的安全。
权利要求
1.气体监控装置，其特征在于，具有导入含有测定对象物质的试样气体的试样导入部、测定包含在所述试样气体中且与所述测定对象物质共存的规定共存物质的浓度的共存物质浓度测定单元、使所述试样气体电离的电离部、分析在所述电离部生成的离子的质量的质量分析部、解析由所述质量分析部检测出的信号并计算出所述测定对象物质的浓度的数据处理部、显示由所述数据处理部解析的解析结果的显示部；并且，所述数据处理部具有对应于所述规定共存物质的浓度而修正所述测定对象物质的浓度的修正单元。
2.权利要求1所述的气体监控装置，其特征在于，所述共存物质浓度测定单元至少包含测定所述试样气体的湿度的湿度计而构成。
3.权利要求1所述的气体监控装置，其特征在于，所述电离部基于大气压化学电离法的原理而构成。
4.气体监控装置，其特征在于，具有导入含有测定对象物质的试样气体的试样导入部、测定包含在所述试样气体中且与所述测定对象物质共存的规定共存物质的浓度的共存物质浓度测定单元、使所述试样电离的电离部、分析在所述电离部生成的离子的质量的质量分析部、解析由所述质量分析部检测出的信号并计算出所述测定对象物质的浓度的数据处理部、显示由所述数据处理部解析的解析结果的显示部、将所述试样中含有的规定共存物质的浓度变成规定浓度的共存物质浓度可变单元；并且，在将所述共存物质的浓度变成所述规定浓度之后，测定所述测定对象物质的浓度。
5.权利要求4所述的气体监控装置，其特征在于，所述共存物质浓度可变单元是对所述试样气体进行加湿的加湿器。
全文摘要
本发明提供即使是试样气体中的共存物质的浓度发生变化，也能够准确地定量化学试剂的浓度的气体监控装置。这种气体监控装置(1)的特征在于，具有导入含有测定对象物质的试样气体的试样导入部(3)、测定包含在试样气体中且与测定对象物质共存的规定共存物质的浓度的共存物质浓度测定单元(4)、使所述试样气体电离的电离部、分析从所述电离部生成的离子的质量的质量分析仪、解析由质量分析仪检测出的信号并计算出测定对象物质的浓度的数据处理部(7)、显示由数据处理部(7)解析的解析结果的显示部(8)；并且，数据处理部(7)具有对应于规定共存物质的浓度而修正测定对象物质的浓度的修正单元。
文档编号G01N27/62GK1865975SQ20061000157
公开日2006年11月22日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年5月20日
发明者高田安章, 管正男, 永野久志, 和气泉, 冈田英宏, 野尻辰夫, 濑户康雄, 佐野保广, 山城繁春, 大泽勇久 申请人:株式会社日立制作所, 警察厅科学警察研究所