中古 アルバック Ulvac クライオトラップ RS5

クライオトラップの仕組み

クライオトラップは、極低温の表面に気体分子を接触させ、凝縮または凝固（凍結）させることによって特定の気体成分を捕集、あるいは空間から除去する技術および装置です。その基本原理は「冷却による気体の蒸気圧低下」に基づいています。

一般的な装置では、液体窒素（約-196℃）や小型の電気式冷凍機を用いて、トラップ内部の金属プレートや細管（コールドトラップ部）をマイナス数十度からマイナス200℃近くまで急速に冷却します。この極低温状態になった表面に気体分子が衝突すると、分子は運動エネルギーを失い、相変化を起こして表面に付着します。

気体が液体や固体に変わることで気相中の分子数が劇的に減少するため、対象空間の圧力が下がり、強力な排気効果（クライオポンプ作用）が生まれます。

また、分析用途のクライオトラップでは、一度極低温で捕集した成分を、電気ヒーターなどで一気に急速加熱（サーマルデソープション）する機能を備えています。これにより、捕集したガスを瞬時に気化させて後段の分析機器へ導入することが可能となります。

クライオトラップの主な特徴

クライオトラップには、物理的な冷却現象を利用しているからこその優れた特徴が数多くあります。

１．高い捕集効率と選択的トラップ
水蒸気や炭化水素（オイル成分）、高沸点化合物に対して極めて高い捕集能力を発揮します。また、トラップ部の温度を精密に制御することにより、特定の沸点を持つガスだけを選択的に捕集したり、目的に応じて特定の成分だけを通過させたりすることが可能です。

２．クリーンな環境の維持
化学薬品や物理的な吸着剤、排気用オイルなどを使用しないプロセスであるため、対象プロセスや分析試料を汚染するリスク（バックストリーミング等）がありません。そのため、超高真空環境や極めて繊細な精密分析に最適です。

３．優れた微量成分の濃縮能力
分析分野においては、極めて薄い濃度のサンプルガスを長時間かけて極低温部に固着・蓄積させ、それを一気に加熱して放出させることで、サンプル濃度を数千倍以上に濃縮できます。これにより、超高感度な分析が可能になります。

４．圧倒的な水蒸気排気速度
真空技術において、残留ガスの大半を占める水蒸気の除去は非常に困難とされています。クライオトラップは水蒸気に対して極めて大きな排気速度を持つため、既存の真空ポンプと併用することで、到達真空度を数桁向上させることができます。

クライオトラップの主な用途

クライオトラップは、分析化学の現場から最先端の工業生産プロセスまで、幅広く活用されています。

• ガスクロマトグラフィー質量分析（GC/MS）における前処理
• 環境中の微量悪臭物質、VOC（揮発性有機化合物）、食品のにおい成分、自動車内装材から発生するアウトガスなどの分析において、試料の事前濃縮（プレコンセントレーション）用として不可欠です。極低温で微量成分を捉え、瞬時に加熱してGCカラムへ注入することで、非常に鋭く感度の高いピークを得ることができます。

• 半導体および電子デバイスの製造プロセス
• スパッタリング装置、CVD装置、真空蒸着装置などの真空プロセスチャネルに設置されます。成膜室内に残留する水蒸気や有機物を迅速に除去することで、薄膜の密着性向上、膜質の改善、欠陥率の低減、ならびに排気時間の短縮による生産性向上に貢献します。

• 超高真空分析装置の環境維持
• SIMS（二次イオン質量分析計）やXPS（X線光電子分光装置）など、超高真空を必要とする表面分析装置において、装置内の残留ガスによる背景ノイズを低減し、測定精度を高めるために導入されています。

• 宇宙環境シミュレーションおよび先端科学研究
• 宇宙空間の超高真空・極低温環境を地上で再現するスペースシミュレーションカプセルや、核融合研究における水素同位体の回収・精製など、極限状態を扱う先進的な研究分野でも利用されています。