CN117480387A - 试样液体雾化装置以及分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明的试样液体雾化装置具备：超声波试样液体雾化单元(5)，其具备产生超声波振动的激振部(3)；被激振部(3)激振的振动面(1)；具备振动面(1)的振动部件(2)以及向振动面(1)供给试样液体(7)的配管(7a)，而且通过振动面(1)的超声波振动将供给到振动面(1)的试样液体(7)雾化；以及第一管路部(10)，其是管状的部件。第一管路部(10)沿振动面(1)的超声波振动的方向延伸。超声波试样液体雾化单元(5)设于第一管路部(10)的内部，且由保持部件(11)支撑于第一管路部(10)。

Description

试样液体雾化装置以及分析装置

技术领域

本发明涉及一种将试样液体雾化的试样液体雾化装置以及具备试样液体雾化装置的分析装置。

背景技术

为了分析含有试样成分的液体(试样液体)，使用将试样液体内的液体成分分离并导入分析部的装置。作为分离并分析试样液体所含的试样成分的分析装置的代表例，有液相色谱-质谱分析装置。

在液相色谱-质谱分析装置中，将含有通过液相色谱法分离出的各种成分的试样液体微小液滴化并进行带电加热气化，从而生成要分析的试样成分的离子。然后，将离子化的试样成分导入真空中，按质量电荷比分离而鉴定成分。作为将其实现的方法，有电喷雾法(ESI：Electrospray ionization)、大气压化学离子化法(APCI：Atmospheric PressureChemical Ionization)、大气压光离子化法(APPI：atmospheric pressurephotoionization)等。在这些方法中，虽然带电加热方法存在差异，但微小液滴的形成使用大气压喷雾法。作为大气压喷雾法以外的方法，还已知利用了超声波的方法，但课题也多，尚未达到实用。

在专利文献1中公开了通过组合大气压喷雾法和超声波振子而形成更细小的液滴的技术。

在专利文献2中公开了通过利用超声波振子对积蓄于容器中的试样液体进行激振而将试样液体雾化，形成液滴的技术。

在非专利文献1中记载了表示通过超声波形成的液滴直径与超声波的振动频率的关系的Lang式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-051902号公报

专利文献2：日本特开2015-031650号公报

非专利文献

非专利文献1：R.J.Lang,Journal of the Acoustical Society of America,1962,Vol.34,p.6

发明内容

发明所要解决的课题

以往的液相色谱-质谱分析装置所使用的大气压喷雾法是通过向高速的喷流中导入液体而将液体分割并液滴化的方法。液相色谱-质谱分析装置中所使用的大气压喷雾器被要求将试样液体分割成平均粒径为数μm至数十μm的微小液滴。因此，需要使用接近音速或超过音速的超高速的气体喷流。

就通过这样的超高速的气体喷流形成的液滴而言，其粒径容易变得不稳定，粒径分布也容易扩宽。形成的液滴的粒径、其粒径分布也会对离子化所需的带电、之后的气化工艺造成影响。因此，若液滴的粒径不稳定且粒径分布扩宽，则所形成的分析成分的离子的状态变得不稳定。而且，通过超高速的气体喷流形成的液滴以超高速飞翔，因此难以确保加热时间，为了使其气化，通常以500℃以上的高温加热。

这样，以往的液相色谱-质谱分析装置中所使用的利用了大气压喷雾法的试样成分的离子化法需要超高速的气体喷流、高温，因此装置复杂且大型化。因此，寻求使用大气压喷雾法以外的方法的试样成分的离子化法。

另一方面，作为使液体成为微小液滴的其他方法，已知有使用超声波的超声波雾化方式。基于超声波的液体的微小液滴化、所谓的雾化在超声波加湿器、涂装等各种领域中被广泛使用。但是，对于将超声波雾化方式用于液相色谱-质谱分析装置等试样液体的分析装置，存在以下的课题。

首先，包含不同的试样成分的液体通过直径数百μm以下的细管从液相色谱仪向试样液体雾化装置连续地输送。要输送的试样液体的量分别为数百μL以下的极少量。对于这些试样液体，要求不与包含不同的试样成分的试样液体混合，且连续地雾化。而且，雾化后的液滴需要在进行带电赋予、加热气化的基础上送入分析部。因此，要求高精度地处理雾化后的少量的试样液体。另外，为了容易且稳定地实施加热气化，液滴越细小越有利。

通过超声波形成的液滴的粒径与液体物性均受超声波的振动频率的影响。而且，已知振动频率与粒径的关系大致符合Lang式(非专利文献1)。在液相色谱-质谱分析装置中，使用水、乙醇作为试样液体的溶剂。根据Lang式，用于对水、乙醇进行激振而形成粒径约为10μm的液滴的激振频率为200～300kHz左右，用于形成粒径为1～3μm的液滴的激振频率为数MHz。

一般而言，对于压电元件等超声波振子而言，振动的振幅小，因此难以直接将液体分割而雾化。因此，利用金属柱、隔膜结构体等的共振现象来扩大振幅，得到具有能够分割液体的加速度的振动。在一般的基于超声波振动的液滴形成装置激振装置中，由于利用金属的共振振动，因此振动频率的极限是数百kHz左右。如上所述，在以往的质量分析装置中所使用的通过大气压喷雾器喷射的液滴直径为数μm至数十μm左右。另外，如使用Lang式所说明的那样，通过基于数百kHz的超声波振动的雾化得到的液滴直径也为相同程度。因此，现实中难以通过组合大气压喷雾法和超声波振子来形成更细小的液滴。

在专利文献1中公开了如下结构：在比较宽的腔室内将试样液滴雾化，之后，将雾化后的试样液滴通过气流输送到由流路窄的配管相连的脱溶剂腔室，然后通过气流输送到分析装置。在这样利用配管将多个腔室相连的结构中，气流的流动变得不稳定，因此雾化后的试样液滴附着于壁面等的可能性高。而且，能够容易地推测出，连续供给的包含不同的试样成分的试样液体彼此混合的可能性也高。

而且，超声波振子的另一个课题是动作时的发热。超声波振子当其温度上升时，不仅无法得到充分的振动，而且还存在损坏的可能性。专利文献1公开了使热传导部件与超声波振子接触并通过珀耳帖元件进行冷却的方法。但是，在此方法中，存在为了冷却而结构变得复杂、由于热传导部件接触而超声波振动受到影响、以及用于冷却的珀耳帖元件需要较多的电力等课题。

在专利文献2所公开的技术中，利用激振的液体自身来放大所施加的激振力，使液体的一部分微小液滴化即雾化。此技术与利用金属等的共振现象来扩大振幅的上述方法不同，能够以数MHz的激振频率将试样液体激振，因此能够形成平均粒径为数μm左右的液滴。但是，此技术需要将照射超声波的液体积存于容器等中，因此某种程度上需要较多的量的液体，难以将从液相色谱仪连续地输送的少量的试样液体雾化。在将试样液体不积存于容器地以数MHz的激振频率对少量的试样液体进行激振的情况下，可以预想被激振的试样液体飞散的情形，更难以稳定地形成微小的液滴。

本发明的目的在于提供一种能够将试样液体稳定地液滴化的试样液体雾化装置以及具备该试样液体雾化装置的分析装置。

用于解决课题的方案

本发明的试样液体雾化装置具备超声波试样液体雾化单元和作为管状的部件的第一管路部，上述超声波试样液体雾化单元具备产生超声波振动的激振部、被上述激振部激振的振动面、具备上述振动面的振动部件、以及向上述振动面供给试样液体的配管，且通过上述振动面的超声波振动将供给到上述振动面的上述试样液体雾化。上述第一管路部沿上述振动面的超声波振动的方向延伸。上述超声波试样液体雾化单元设于上述第一管路部的内部，且由保持部件支撑于上述第一管路部。

本发明的分析装置具备本发明的试样液体雾化装置。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够将试样液体稳定地液滴化的试样液体雾化装置以及具备该试样液体雾化装置的分析装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的分析装置的图。

图2A是表示超声波试样液体雾化单元的振动面附近的图。

图2B是振动面附近的放大图。

图2C是从上方观察图2B所示的振动面的图。

图3A是表示具备可更换的网眼薄板的振动面的结构的图，是表示利用板状的弹性体保持网眼薄板的结构的图。

图3B是表示具备可更换的网眼薄板的振动面的结构的图，是表示利用帽形状的弹性体保持网眼薄板的结构的图。

图4A是表示雾化单元保持部件的结构例的图，是以浮游状态保持超声波试样液体雾化单元的保持部件的图。

图4B是表示雾化单元保持部件的另一结构例的图，是以浮游状态保持超声波试样液体雾化单元的保持部件的图。

图4C是表示雾化单元保持部件的另一结构例的图，是以浮游状态保持超声波试样液体雾化单元的保持部件的图。

图4D是表示雾化单元保持部件的另一结构例的图，是相对于激振部在振动面的相反侧的位置保持超声波试样液体雾化单元的保持部件的图。

图5是表示具备冷却构造的超声波试样液体雾化单元的一例的图。

图6A是表示能够缩短第二管路部的长度的第二管路部13的结构的例的图。

图6B是表示图6A的A-A截面的图。

图6C是表示图6A的B-B截面的图。

图7A是表示具备放电线的电荷赋予部的结构的图。

图7B是表示具备针状的部件的电荷赋予部的结构的图。

图7C是表示具备离子释放装置的电荷赋予部的结构的图。

图8是表示在将试样液体雾化时对试样液滴所含的试样成分赋予电荷的电荷赋予部的结构的图。

具体实施方式

本发明的试样液体雾化装置能够将从液相色谱仪等连续地供给的少量的试样液体微小液滴化、即雾化，在实施了气化、带电等处理后，稳定地供给到分析部。本发明的分析装置具备该试样液体雾化装置作为离子源，能够对进行了离子化的试样成分进行分析。

本发明的试样液体雾化装置在第一管路部的内部具备使试样液体雾化的超声波试样液体雾化单元，能够通过超声波振动将连续供给的试样液体连续地雾化。超声波试样液体雾化单元优选由使超声波试样液体雾化单元的振动不会传递到第一管路部的保持部件保持。优选在第一管路部中沿超声波振动的方向流动向下游方向输送作为雾化后的试样液体的试样液滴的输送用的气体。该输送用的气体也具有冷却超声波试样液体雾化单元的效果。

当超声波试样液体雾化单元被保持为超声波试样液体雾化单元的振动不会传递到第一管路部时，能够抑制第一管路部的振动，能够稳定地实现基于超声波振动的雾化。并且，当输送试样液滴的输送用的气体沿超声波振动的方向(试样液滴的喷雾方向)流动时，喷雾出试样液滴在第一管路部的内部乘着输送用的气体被稳定地输送，能够防止向管路部的壁面附着。

以下，使用图1至图8说明本发明的实施例的试样液体雾化装置和分析装置。

图1是表示本发明的实施例的分析装置的图。本实施例的分析装置具备本发明的实施例的试样液体雾化装置以及连接于试样液体雾化装置的分析部24，是例如质量分析装置。本实施例的试样液体雾化装置被用作分析部24的离子源。

本实施例的试样液体雾化装置具备：试样液体雾化部，其将试样液体雾化；加热气化部，其将雾化后的试样液体加热气化；以及电荷赋予部，其对加热气化后的试样液体的试样成分赋予电荷。以下，对试样液体雾化部、加热气化部以及电荷赋予部进行说明。

<试样液体雾化部>

试样液体雾化部具备第一管路部10以及超声波试样液体雾化单元5。

第一管路部10是管状的部件，在内部具备超声波试样液体雾化单元5。向第一管路部10供给试样液体7和输送用的气体8。第一管路部10沿超声波试样液体雾化单元5的振动面1的超声波振动的方向(与振动面1垂直的方向，图1的上下方向)延伸。

超声波试样液体雾化单元5具备：激振部3，其产生超声波振动；振动部件2，其使激振部3的超声波振动放大；振动面1，其设置于振动部件2；以及配管7a，其流通试样液体7，而且，通过振动面1的超声波振动将通过配管7a供给到振动面1的试样液体7雾化。

激振部3具备层叠的压电元件，在该压电元件连接有高频的驱动电路6。驱动电路6产生用于对压电元件进行超声波驱动的交流电压。压电元件是超声波振子，通过驱动电路6被高频驱动而产生超声波振动。

振动部件2在一端部具备振动面1，在一端部与另一端部之间具备激振部3，当激振部3的压电元件被高频驱动时共振。振动部件2例如能够由金属板构成。

振动面1配备于振动部件2的一端部，被激振部3激振。当振动部件2共振时，振动面1在与振动面1垂直的方向(图1的上下方向)上进行超声波振动。

配管7a是用于将从例如液相色谱仪等流过来的试样液体7供给到超声波试样液体雾化单元5的细的配管，经由超声波试样液体雾化单元5所具备的连接部4与超声波试样液体雾化单元5连接。配管7a构成为，穿过设于超声波试样液体雾化单元5的内部的中央部的空洞部到达振动面1，向振动面1供给试样液体7。

供给到振动面1的试样液体7通过振动面1的向垂直方向(图1的上下方向)的超声波振动被分割成微小液滴，并且沿与振动面1垂直的方向被喷雾放出而雾化。在图1中示出了作为雾化后的试样液体7的试样液滴14。

图2A至图2C是用于说明超声波试样液体雾化单元5的振动面1附近的结构的图。图2A是表示超声波试样液体雾化单元5的振动面1的附近的图。图2B是振动面1的附近的放大图。图2C是从上方观察图2B所示的振动面1的图。

超声波试样液体雾化单元5的振动面1通过在与振动面1垂直的方向上进行超声波振动，能够将被供给的试样液体7雾化。但是，少量的试样液体7由于液体的表面张力的影响等，容易成为比液滴大的液珠。因此，供给到振动面1的试样液体7的一部分有时形成大的液珠而飞散，存在难以将试样液体7稳定地雾化的情况。

如图2B和图2C所示，本实施例的试样液体雾化装置作为能够将试样液体7稳定地雾化的结构，振动面1在表面具备网眼薄板27。

网眼薄板27是配置于振动面1的表面的薄的板状部件，且具备具有一个以上的微细的孔28的网眼部。网眼薄板27粘接固定于振动面1。供给到振动面1的试样液体7在振动面1与网眼薄板27之间扩展成薄的液膜状，当振动面1进行超声波振动时，从形成于网眼薄板27的微细的孔28雾化而喷出，成为试样液滴14。

通过振动面1具备网眼薄板27，使试样液体7难以受到表面张力的影响，能够极其稳定地将试样液体7雾化。

当振动面1具备网眼薄板27时，形成于网眼薄板27的微细的孔28的大小对雾化的试样液滴14的尺寸产生影响。通过超声波振动形成的试样液滴14的尺寸基本上受超声波振动的影响，但通过使用孔28的直径小的网眼薄板27，能够使试样液滴14的粒径更小，并且能够形成粒径的偏差小的试样液滴14。

振动面1的振动频率例如强为约100kHz。在不使用网眼薄板27地通过超声波振动将试样液体7雾化的情况下，试样液滴14的平均粒径为约10μm左右。但是，确认到，当使用孔28的直径为数μm的网眼薄板27时，能够抑制粒径的偏差地生成平均粒径为数μm的试样液滴14。

网眼薄板27所具备的微细的孔28的尺寸和数量对形成的试样液滴14的量产生影响。因此，需要根据供给的试样液体7的供给量来设计微细的孔28的尺寸和数量。

另外，有时向振动面1连续地供给包含不同的试样成分的试样液体7。若振动面1与网眼薄板27的间隔大，则连续供给的包含不同的试样成分的试样液体7在雾化前相互混合的可能性变高。因此，优选振动面1与网眼薄板27的间隔尽可能小。在本实施例中，以使振动面1与网眼薄板27的间隔为约100μm的方式在振动面1设置凹部，并在该凹部粘接固定网眼薄板27。

网眼薄板27也可以不粘接固定于振动面1。根据分析的试样液体7的种类，具备微细的孔28的网眼薄板27产生污染或孔28的堵塞。因此，在实用方面，设为能够从超声波试样液体雾化单元5仅更换网眼薄板27的结构是重要的。

图3A和图3B是表示具备能够从超声波试样液体雾化单元5更换的网眼薄板27的振动面1的结构的图。

图3A是表示利用板状的弹性体29a保持网眼薄板27的结构的图。弹性体29a具有不妨碍试样液滴14的喷雾的形状，被保持框架44支撑并保持网眼薄板27。虽然在图3A中未示出，但保持框架44例如能够连结于第一管路部10的壁面、超声波试样液体雾化单元5的主体部分而固定。但是，设于网眼薄板27与保持框架44之间的弹性体29a需要一边与振动面1适当地接触一边固定网眼薄板27。如果弹性体29a与振动面1的接触不稳定，则试样液体7有可能从振动面1漏出。另外，若将弹性体29a过度地挤压于振动面1，则振动面1的超声波振动有可能变得不稳定。

图3B是表示利用帽形状的弹性体29b保持网眼薄板27的结构的图。帽形状的弹性体29b具备不妨碍试样液滴14的喷雾的形状，覆盖振动面1和振动部件2的上部并保持网眼薄板27。振动部件2在上部具备防脱部30，利用防脱部30固定弹性体29b。在利用帽形状的弹性体29b保持网眼薄板27的情况下，需要考虑防脱部30的结构、防脱部30对振动造成的影响。另外，设计成即使更换网眼薄板27，振动面1与网眼薄板27的间隔也稳定地成为既定值的情况等也是重要的。

板状的弹性体29a和帽形状的弹性体29b均相对于振动面1能够装卸。通过将板状的弹性体29a和帽形状的弹性体29b从振动面1卸下，能够更换网眼薄板27。

以上使用图1至图3B对配管7a穿过设于超声波试样液体雾化单元5的内部的空洞部，将试样液体7供给到超声波试样液体雾化单元5的振动面1(或振动面1与网眼薄板27之间)的结构进行了说明。配管7a也可以构成为不穿过设于超声波试样液体雾化单元5的内部的空洞部而将试样液体7供给到振动面1(或者振动面1与网眼薄板27之间)。例如，配管7a也能够由对振动面1的振动不造成影响的柔软的细管等构成，不穿过超声波试样液体雾化单元5的内部而到达振动面1(或振动面1与网眼薄板27之间)，直接向振动面1供给试样液体7。

返回图1继续说明超声波试样液体雾化单元5。超声波试样液体雾化单元5在第一管路部10的内部由雾化单元保持部件11支撑于第一管路部10的内壁面。超声波试样液体雾化单元5优选在第一管路部10的径向的中央部被雾化单元保持部件11支撑。

超声波试样液体雾化单元5优选被雾化单元保持部件11以悬浮状态保持。保持为悬浮状态是指，超声波试样液体雾化单元5被支撑为超声波试样液体雾化单元5的超声波振动不会传递到第一管路部10。即，将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持的雾化单元保持部件11构成为，以使超声波试样液体雾化单元5的超声波振动不会传递到第一管路部10的方式支撑超声波试样液体雾化单元5。

雾化单元保持部件11将超声波试样液体雾化单元5的振动部件2和第一管路部10的壁面连接，将超声波试样液体雾化单元5固定于第一管路部10。以悬浮状态保持超声波试样液体雾化单元5的雾化单元保持部件11是相对于超声波试样液体雾化单元5的振动频率具有足够低的固有振动频率的部件，是低刚性且柔软地保持超声波试样液体雾化单元5的部件。当雾化单元保持部件11具备低刚性的柔软的保持结构时，超声波试样液体雾化单元5的超声波振动几乎不传递至第一管路部10，雾化单元保持部件11能够以悬浮状态或者接近悬浮状态的状态保持超声波试样液体雾化单元5。

当超声波试样液体雾化单元5被雾化单元保持部件11保持为悬浮状态时，能够将激振部3的振动能量高效地传递到振动面1，能够以低能量稳定且有效地将试样液体7雾化。

图4A至图4D是表示雾化单元保持部件11的结构例的图。图4A至图4C示出了以悬浮状态保持超声波试样液体雾化单元5的雾化单元保持部件11的结构例。图4A至图4D还示出了振动面1的超声波振动的方向31。

图4A所示的雾化单元保持部件11是将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持的雾化单元保持部件11，具备细的棒状部件33和设于棒状部件33的前端的球状的弹性橡胶32，且具有挠性和弹性。细的棒状部件33和弹性橡胶32是刚性比振动部件2的刚性低的弹性部件。

图4A所示的雾化单元保持部件11具备弹性橡胶32，从而能够以使在超声波试样液体雾化单元5产生的超声波振动不传递到第一管路部10的方式保持超声波试样液体雾化单元5。而且，图4A所示的雾化单元保持部件11由于在前端设有弹性橡胶32的棒状部件33较细，因此棒状部件33容易在超声波振动的方向31上挠曲。图4A的雾化单元保持部件11具备弹性橡胶32以及细的棒状部件33，具有挠性和弹性，因此能够将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态或极其接近悬浮状态的状态保持。

图4B所示的雾化单元保持部件11是将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持的雾化单元保持部件11，具备板状部件34，且具有挠性。板状部件34的超声波振动的方向31的长度(厚度)比与超声波振动的方向31正交的方向的长度(宽度)短。即，板状部件34的厚度较薄，且在与超声波振动的方向31正交的方向上具有宽度。板状部件34是比振动部件2低刚性的弹性部件。

图4B所示的雾化单元保持部件11由于板状部件34的超声波振动的方向31的厚度薄，因此向超声波振动的方向31的刚性低，能够将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态或极其接近悬浮状态的状态保持。而且，图4B所示的雾化单元保持部件11由于板状部件34在与超声波振动的方向31正交的方向上具有宽度，因此具有能够提高利用在超声波试样液体雾化单元5的周围流动的气体(沿超声波振动的方向31流动的输送用的气体8)冷却超声波试样液体雾化单元5的效果的优点。

图4C所示的雾化单元保持部件11是将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持的雾化单元保持部件11，具备设于超声波试样液体雾化单元5的槽36和一端部位于槽36中的保持部件35，且是滑动的部件。即，雾化单元保持部件11由相对于设于超声波试样液体雾化单元5的槽36可滑动的保持部件35构成。

槽36是沿超声波振动的方向31延伸的细长的槽，例如设于振动部件2。保持部件35的超声波振动的方向31的长度(宽度)比与超声波振动的方向31正交的方向的长度(厚度)长。即，保持部件35的厚度较薄，且在超声波振动的方向31上具有宽度。当超声波试样液体雾化单元5振动时，保持部件35能够一边相对于槽36滑动一边在槽36中移动。

图4C所示的雾化单元保持部件11通过保持部件35相对于槽36滑动，能够将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态或极其接近悬浮状态的状态保持。而且，图4C所示的雾化单元保持部件11由于保持部件35的与超声波振动的方向31正交的方向的厚度较薄，因此具有能够不会使在超声波试样液体雾化单元5的周围流动的气体(沿超声波振动的方向31流动的输送用的气体8)的流动紊乱地将超声波试样液体雾化单元5冷却的优点。

图4A至图4C所示的雾化单元保持部件11在超声波试样液体雾化单元5的激振部3与振动面1之间的位置将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持。

图4D所示的雾化单元保持部件11是相对于激振部3在振动面1的相反侧的位置支撑超声波试样液体雾化单元5的保持部件37。保持部件37例如是设于振动部件2且将超声波试样液体雾化单元5固定于第一管路部10的刚性部件。保持部件37在振动部件2的另一端部(与设置有振动面1的端部相反的侧的端部)与激振部3之间连接于振动部件2。保持部件37优选在超声波振动的方向31上呈流线型，以不扰乱在超声波试样液体雾化单元5的周围流动的气体(在超声波振动的方向31上流动的输送用的气体8)的流动。

图4D所示的雾化单元保持部件11只要能够通过使超声波试样液体雾化单元5的振动模式适当而成为基本不存在相对于激振部3位于振动面1的相反侧的保持部件37的振动的状态，就能够将超声波试样液体雾化单元5以悬浮状态保持。

返回图1继续说明超声波试样液体雾化单元5。

第一管路部10在一端部具备输送用的气体8流通的配管8a。配管8a向第一管路部10的内部流通输送用的气体8。在第一管路部10的内部，供给到配管8a的输送用的气体8沿超声波振动的方向31(图4A至图4D)流动。输送用的气体8沿超声波振动的方向31流动，将试样液滴14向下游方向输送。

试样液体雾化部构成为，在第一管路部10的内部流动的输送用的气体8经由整流部9供给至超声波试样液体雾化单元5的周边。整流部9例如能够由整流板构成。

输送用的气体8还具有通过在超声波试样液体雾化单元5的周边流动而对被超声波振动的压电元件加热的超声波试样液体雾化单元5等进行冷却的效果。超声波试样液体雾化单元5由于将连续供给的试样液体7连续地雾化，因此被冷却并有效地排出由超声波产生的热是极其重要的。为了有效地冷却超声波试样液体雾化单元5，优选超声波试样液体雾化单元5和雾化单元保持部件11中的一方或双方由热传导率高的部件、例如金属构成。

另外，超声波试样液体雾化单元5也可以具备图5所示那样的冷却结构。

图5是表示具备冷却构造的超声波试样液体雾化单元5的一例的图。图5示出了图4C所示的超声波试样液体雾化单元5具备冷却构造的例子。图4A、4B、4D所示的超声波试样液体雾化单元5也可以具有冷却构造。

在图5中示出了在表面具备凹凸部作为冷却构造的结构的超声波试样液体雾化单元5。该凹凸部例如能够由设于振动部件2的表面的多个板状部件38构成。板状部件38沿输送用的气体8的流动方向(超声波振动的方向31)延伸，厚度薄，起到冷却翅片的作用。在超声波试样液体雾化单元5中，当振动部件2由热传导率高的部件构成且具备多个薄的板状部件38时，能够得到非常高的冷却效果。但是，对于作为冷却构造的凹凸部(多个板状部件38)对超声波振动的模式等造成的影响，需要充分考虑。

虽未图示，但雾化单元保持部件11也能够在表面具备凹凸部(例如多个板状部件)作为冷却构造。可以超声波试样液体雾化单元5和雾化单元保持部件11中的仅一方具备凹凸部，也可以双方具备凹凸部。

返回图1继续说明超声波试样液体雾化单元5。

输送用的气体8从第一管路部10的端部经由整流部9供给至超声波试样液体雾化单元5的周边，具有对超声波试样液体雾化单元5进行冷却，并且沿着第一管路部10稳定地输送从超声波试样液体雾化单元5的振动面1喷出的试样液滴14的效果。试样液滴14有时含有乙醇等易燃性溶剂等，因此，优选利用氮气等非活性气体、空气作为输送用的气体8。当将非活性气体用于输送用的气体8时，能够防止喷出的试样液滴14的起火。

<加热气化部>

使用图1对加热气化部进行说明。在以下的说明中，“下游”表示输送用的气体8的流动的方向(超声波振动的方向31)上的流动的朝向。

加热气化部具备第二管路部13，对在第一管路部10雾化的试样液滴14进行加热而使其气化。第二管路部13是管状的部件，一端部经由隔热连接部件12与第一管路部10连接。第二管路部13位于第一管路部10的下游侧，被供给在试样液体雾化部喷雾的试样液滴14。

第二管路部13具备加热部15。加热部15构成为，为了将在试样液体雾化部雾化的试样液滴14加热气化而对第二管路部13的壁面进行加热。加热部15例如能够具备连接有电源16的加热器。加热部15通过对输送雾化的试样液滴14的输送用的气体8进行加热，将试样液滴14加热气化。另外，虽然在图1中未示出，但第二管路部13能够具备检测第二管路部13的温度的温度检测部。温度检测部构成为，通过控制加热部15，能够将第二管路部13的温度调整为预先决定的温度。

第一管路部10和第二管路部13经由隔热连接部件12连接，第二管路部13设置在第一管路部10的下游侧。因此，第一管路部10几乎不受第二管路部13被加热时的影响。根据该结构，能够有效地实现配置于第一管路部10的内部的超声波试样液体雾化单元5的冷却和雾化的试样液滴14在第二管路部13的加热气化。

在图1所示的例子中，第二管路部13设置于第一管路部10的重力方向的上侧。在该结构中，输送用的气体8从第一管路部10向第二管路部13朝向上方流动，因此加热后的输送用的气体8为上升气流，能够更高效地分离地执行超声波试样液体雾化单元5的冷却和雾化的试样液滴14的加热气化。

另外，本实施例的试样液体雾化装置也可以由于装置的结构上的制约等而使第二管路部13不设置于第一管路部10的重力方向的上侧，不构成为输送用的气体8从第一管路部10向第二管路部13朝向上方流动。第二管路部13相对于第一管路部10能够设置在任意的位置。与图1所示的结构相比，能量效率等有可能降低，但通过适当地调整输送用的气体8的流量、第一管路部10和第二管路部13的长度、加热部15的加热温度等，能够将第二管路部13相对于第一管路部10配置在任意的位置，有效地实施第一管路部10处的试样液体7的雾化和第二管路部13处的试样液滴14的加热气化。

第二管路部13构成为，通过利用加热部15对输送雾化的试样液滴14的输送用的气体8进行加热，将试样液滴14加热气化。当雾化的试样液滴14与被加热的第二管路部13的内壁面接触时，试样液滴14所含的试样成分有可能因热而损坏。

在第二管路部13中，壁面被加热，因此壁面的温度比径向的中央部的温度高，被壁面加热的输送用的气体8成为上升气流，壁面处的气体8的流速比径向的中央部处的气体8的流速快。由于输送用的气体8在壁面的流速比在径向的中央部的流速快，因此能够抑制在第一管路部10的径向的中央部雾化的试样液滴14与第二管路部13的被加热的壁面接触。另外，当适当地设定输送用的气体8在第二管路部13流动的速度时，能够更有效地使输送用的气体8的在第二管路部13的壁面处的流速比在径向的中央部处的流速快。

并且，如图1所示，在第二管路部13设置于第一管路部10的重力方向的上侧，且输送用的气体8在第二管路部13的壁面被加热而成为上升气流并向重力方向的上侧流动的结构中，能够更容易且稳定地保持输送用的气体8的在第二管路部13的壁面处的流速比在径向的中央部处的流速快的状态。从这一点出发，第二管路部13设置于第一管路部10的重力方向的上侧的结构虽然不是必须的，但可以说是优点较多的结构。

在具备图1所示的结构的超声波试样液体雾化单元5中，例如，能够将雾化的试样液滴14的喷出速度设为数百mm/s，将输送用的气体8的平均流速设为比试样液滴14的喷出速度快一些的1m/s左右。通过使输送用的气体8的流速相对于试样液滴14从超声波试样液体雾化单元5的喷出速度大致相等或者快一些，雾化的试样液滴14乘着输送用的气体8的气流17顺畅且稳定地在第二管路部13中朝向下游被输送。

另外，在输送用的气体8为空气、氮气，第二管路部13的内径为数cm，且第二管路部13中的输送用的气体8的流速为1m/s左右的情况下，雷诺数也为足够小的值。即，输送用的气体8以层流状态在第二管路部13的内部流动。在本实施例中，喷雾的试样液滴14被以层流状态流动的输送用的气体8的气流17顺畅地输送，因此连续供给的包含不同的试样成分的试样液体7雾化而成的试样液滴14不会相互混合地依次连续地乘着输送用的气体8被输送。

输送用的气体8当以层流状态在第二管路部13中流动时，通过从第二管路部13的被加热的壁面朝向径向的中央部的热传导而被加热。为了使由输送用的气体8输送的试样液滴14完全气化，需要使第二管路部13的径向的中央部处的输送用的气体8的温度比试样液滴14的溶剂的气化温度高。

确认了，当第二管路部13的内径为2cm，第二管路部13的壁面的温度为500℃时，在第二管路部13的长度为约300mm的情况下，能够使第二管路部13的内部的试样液滴14气化。能够确认，在第二管路部13的内部的输送用的气体8的流速为1m/s的情况下，加热时间为300ms，该加热时间与仅根据输送用的气体8的传热计算估算的值大致一致。该一致是由于雾化的试样液滴14的直径小至10μm以下，试样液滴14的量相对于输送用的气体8的量足够少，因此相对于加热输送用的气体8的能量，雾化的试样液滴14的气化能量、气化时间几乎能够忽略。

从装置的安装方面考虑，优选第二管路部13的长度尽可能短。如上所述，为了将试样液滴14气化，输送用的气体8的温度需要比试样液滴14的溶剂的气化温度高。另外，如上所述，输送用的气体8用于第一管路部10中的超声波试样液体雾化单元5的冷却。因此，为了缩短第二管路部13的长度，需要在第二管路部13将从第一管路部10送来的输送用的气体8高效地加热。

如上所述，输送用的气体8以层流状态在第二管路部13的内部流动，以使包含不同的试样成分的试样液滴14不会彼此混合。因此，第二管路部13的内部的输送用的气体8通过来自被加热的第二管路部13的壁面的传热被加热，且随着接近第二管路部13的径向的中央部而温度变低。

对于即使第二管路部13的长度较短也能够使输送用的气体8的温度即使在第二管路部13的径向的中央部也高的方法，有例如以下三种方法，即，提高第二管路部13的加热温度的方法、降低输送用的气体8的流速的方法、以及减小第二管路部13的内径的方法。提高第二管路部13的加热温度的方法由于消耗能量增大而不推荐。如上所述地，为了输送雾化的试样液滴14，流速快比较好，因此降低输送用的气体8的流速的方法不推荐。另外，第二管路部13的内径不能太小。这是因为，第二管路部13需要与第一管路部10对应的大小的内径，第一管路部10需要能够在内部保持超声波试样液体雾化单元5的大小的内径。例如，若超声波试样液体雾化单元5的外径为约12mm，则优选第一管路部10和第二管路部13的内径为20mm。

本实施例的试样液体雾化装置通过具备图6A至图6C所示的结构，即使第二管路部13的长度较短，也能够在第二管路部13将输送用的气体8高效地加热。

图6A是表示能够缩短第二管路部13的长度的第二管路部13的结构的例子的图，是表示第二管路部13的纵截面的图。图6B是表示图6A的A-A截面的图。

如图6A和图6B所示，第二管路部13在内部具备将内部的空间分割成多个空间的分割壁39。分割壁39沿输送用的气体8的气流17的方向延伸，例如，如图6B所示，将第二管路部13的内部的空间在周向上分割成四份。

通过利用分割壁39将第二管路部13的内部的空间分割成多个空间，能够减小第二管路部13的实质的内径，能够缩短第二管路部13的长度，并缩短输送用的气体8传热所需的距离。通过第二管路部13在内部具备分割壁39，即使第二管路部13的长度较短，也能够将以使输送用的气体8的温度比试样液滴14的溶剂的气化温度高的方式加热输送用的气体8。

当在内径为20mm的第二管路部13设置如图6B所示的将第二管路部13的内部的空间分割成四份的分割壁39时，能够确认，当加热温度为300℃时，即使第二管路部13的长度为约150mm，也能够将试样液滴14气化。这是与将不具备分割壁39的第二管路部13的内径设为10mm左右的情况接近的效果。即，通过设置分割壁39，能够得到与将第二管路部13的内径减半时接近的效果。

此外，分割壁39的形状不限于图6A和图6B所示的形状，只要能够减小第二管路部13的实质的内径，就能够具备任意的形状。

图6C是表示图6A的B-B截面的图。分割壁39沿输送用的气体8的气流17的方向延伸，但如图6A和图6C所示，未设置于超声波试样液体雾化单元5的附近。这是为了防止从超声波试样液体雾化单元5喷雾的试样液滴14附着于分割壁39。分割壁39与第二管路部13的壁面同样地被加热成高温。试样液滴14若附着于分割壁39，则有可能因高温而分解消失。当如图6C所示地使分割壁39不设置于超声波试样液体雾化单元5的附近时，从超声波试样液体雾化单元5喷雾的试样液滴14中的乘着输送用的气体8的气流17的试样液滴14大部分与分割壁39不接触地在第二管路部13的内部输送。

为了高效地加热输送试样液滴14的输送用的气体8，优选第二管路部13和分割壁39由例如金属等热传导率高的部件构成。

<电荷赋予部>

返回图1，对电荷赋予部18进行说明。电荷赋予部18对作为雾化后的试样液体7的试样液滴14所含的试样成分赋予正或负的电荷而进行离子化。

电荷赋予部18与第二管路部13连接地设于第二管路部13的另一端部(与连接于第一管路部10的一端部相反的侧的端部)、即第二管路部13的下游侧。电荷赋予部18对在第二管路部13气化的试样液滴14所含的试样成分赋予电荷，将试样成分离子化。在电荷赋予部18的下游侧连接有排气管25。在图1中，作为一例，示出了利用电晕放电的电荷赋予部18。

另外，电荷赋予部18也可以与第二管路部13连接地设于第二管路部13的连接于第一管路部10的一端部。

图1所示的电荷赋予部18具备管状部件、粗细为数十μm左右的细的放电线19、以及对置电极20。对置电极20由配置于管状部件的壁面的一部分的导电部件构成，与第二管路部13和排气管25电绝缘。

在放电线19连接有施加高电压的高电压电源21。放电线19当被施加高电压时，通过与对置电极20的电位差产生电晕放电。在对放电线19施加了负的高电压的情况下，通过电晕放电所产生的电子朝向对置电极20的方向流动，能够对从第二管路部13由输送用的气体8输送来的试样液滴14所含的试样成分赋予负的电荷。另外，在对放电线19施加了正的高电压的情况下，通过电晕放电所产生的正离子朝向对置电极20的方向流动，能够对从第二管路部13由输送用的气体8输送来的试样液滴14所含的试样成分赋予正的电荷。电荷赋予部18通过切换对放电线19施加的电压的极性，能够对试样成分赋予与分析方法、试样成分的种类相应的极性的电荷。

被赋予电荷而离子化的试样成分通过在放电线19与对置电极20之间产生的电场的力向对置电极20被吸引。对置电极20与分析部24相连，且具备对分析部24开口的小孔。离子化后的试样成分的一部分穿过对置电极20所具备的小孔而导入分析部24。在图1中，用箭头23表示离子化后的试样成分向分析部24的流动。

分析部24将离子化后的试样成分导入真空中，使用例如质量分析法，将试样成分按质量电荷比分离，对成分进行鉴定。

也可以在对置电极20连接有能够调整对置电极20的电位的控制电源22。通过利用控制电源22使对置电极20的电位比分析部24的内部电压稍高，能够增强朝向分析部24的电场强度，离子化后的试样成分容易穿过对置电极20的小孔进入分析部24。但是，若使对置电极20的电位过高，则从放电线19朝向对置电极20的电场变弱，因此导入到分析部24的试样成分的量减少。在本实施例中，电荷赋予部18具备能够调整对置电极20的电位的控制电源22，能够调整对置电极20的电位，以使离子化后的试样成分更高效地被导入分析部24。

在电荷赋予部18的下游侧设置有排气管25。排气管25排出将离子化的试样成分导入分析部24后的输送用的气体8。在图1中，由箭头26表示通过排气管25排出的输送用的气体8的流动。

图7A至图7C是表示电荷赋予部18的结构例的图。电荷赋予部18能够具备任意的结构，能够具备例如图7A至图7C所示的结构。

图7A示出了具备与图1所示的电荷赋予部18相同的结构的电荷赋予部18。图7A所示的电荷赋予部18具备放电线19，利用电晕放电对气化后的试样液滴14所含的试样成分赋予电荷。

图7B示出了具备针状的部件40的电荷赋予部18。针状的部件40是针电极(放电电极)。图7B所示的电荷赋予部18使用针状的部件40产生电晕放电，对气化后的试样液滴14所含的试样成分赋予电荷。

图7C示出了具备利用了等离子体等的离子释放装置41的电荷赋予部18。图7C所示的电荷赋予部18使用离子释放装置41对气化后的试样液滴14所含的试样成分赋予电荷。

以上所说明的电荷赋予部18对雾化的试样液滴14被加热气化而加热气化后的试样液滴14所含的试样成分赋予电荷。电荷赋予部18也能够在将试样液体7雾化时对试样成分赋予电荷。

图8是表示在将试样液体7雾化时对试样液滴14所含的试样成分赋予电荷的电荷赋予部18的结构的图。电荷赋予部18具备高电压直流电源电路42。高电压直流电源电路42是向超声波试样液体雾化单元5的振动面1供给高电压的电源电路。

高电压直流电源电路42与超声波试样液体雾化单元5连接，对驱动电路6发出的信号施加高电压，将用于驱动超声波试样液体雾化单元5的交流信号整体提高到高电压。驱动电路6在被高电压直流电源电路42施加高电压的状态下，超声波驱动压电元件。超声波试样液体雾化单元5的振动面1在被高电压直流电源电路42供给高电压的状态下超声波振动。

而且，保持超声波试样液体雾化单元5的雾化单元保持部件11具备电绝缘构造，以使超声波试样液体雾化单元5能够与第一管路部10的壁面电分离。该电绝缘构造能够通过绝缘性的弹性橡胶等绝缘材料构成。

从超声波试样液体雾化单元5喷出并雾化的试样液滴14通过在被供给高电压的振动面1与第二管路部13的壁面之间产生的电位差而被赋予电荷。被赋予了电荷的试样液滴14通过电场向第二管路部13的壁面被吸引。

因此，如图8所示，在本实施例中，也能够具备交流电压施加电路43与第二管路部13的壁面连接的结构。交流电压施加电路43对第二管路部13的壁面施加具有偏置电压的交流电压。当交流电压施加电路43对第二管路部13的壁面施加适当的值的偏置电压和交流电压时，试样液滴14即使被赋予了电荷也不会被吸引到第二管路部13的壁面，而是被输送用的气体8在第二管路部13中向下游方向输送而气化。

如以上所说明地，本实施例的试样液体雾化装置具备试样液体雾化部、加热气化部以及电荷赋予部，且能够构成针对分析部24的简便且非常稳定的离子源。本实施例的分析装置能够具备该试样液体雾化装置，具备稳定的离子源。

此外，本发明并不限定于上述的实施例，能够进行各种变形。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的例子，本发明并不限定于必须具备所说明的全部结构的方式。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构。另外，也可以在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，关于各实施例的结构的一部分，能够进行删除或者追加、置换其他结构。

符号说明

1—振动面，2—振动部件，3—激振部，4—连接部，5—超声波试样液体雾化单元，6—驱动电路，7—试样液体，7a—配管，8—输送用的气体，8a—配管，9—整流部，10—第一管路部，11—雾化单元保持部件，12—隔热连接部件，13—第二管路部，14—试样液滴，15—加热部，16—电源，17—输送用的气体的气流，18—电荷赋予部，19—放电线，20—对置电极，21—高电压电源，22—控制电源，23—表示试样成分的流动的箭头，24—分析部，25—排气管，26—表示排出的输送用的气体的流动的箭头，27—网眼薄板，28—孔，29a、29b—弹性体，30—防脱部，31—超声波振动的方向，32—弹性橡胶，33—棒状部件，34—板状部件，35—保持部件，36—槽，37—保持部件，38—板状部件，39—分割壁，40—针状的部件，41—离子释放装置，42—高电压直流电源电路，43—交流电压施加电路，44—保持框架。

Claims (12)

1.一种试样液体雾化装置，其特征在于，具备：

超声波试样液体雾化单元，其具备产生超声波振动的激振部、被所述激振部激振的振动面、具备所述振动面的振动部件以及向所述振动面供给试样液体的配管，且通过所述振动面的超声波振动将供给到所述振动面的所述试样液体雾化；以及

第一管路部，其为管状的部件，

所述第一管路部沿所述振动面的超声波振动的方向延伸，

所述超声波试样液体雾化单元设于所述第一管路部的内部，且由保持部件支撑于所述第一管路部。

2.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述保持部件将所述振动部件和所述第一管路部连接，且构成为，以使所述超声波试样液体雾化单元的超声波振动不会传递到所述第一管路部的方式支撑所述超声波试样液体雾化单元。

3.根据权利要求2所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述保持部件具备刚性比所述振动部件的刚性低的弹性部件。

4.根据权利要求2所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述保持部件具备相对于设于所述振动部件的槽能够滑动的部件。

5.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述振动部件在一端部具备所述振动面，在所述一端部与另一端部之间具备所述激振部，

所述保持部件在所述另一端部与所述激振部之间连接于所述振动部件。

6.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述第一管路部具备向所述第一管路部的内部流通气体的配管，

所述超声波试样液体雾化单元以及所述保持部件中的一方或双方由金属构成。

7.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述第一管路部具备向所述第一管路部的内部流通气体的配管，

所述超声波试样液体雾化单元以及所述保持部件中的一方或者双方在表面具有凹凸部。

8.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

所述振动面在表面具备具有一个以上的孔的板状部件，

所述配管向所述振动面与所述板状部件之间供给所述试样液体。

9.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

具备作为管状的部件的第二管路部，

就所述第二管路部而言，一端部经由隔热部件与所述第一管路部连接，而且具备对所述第二管路部的壁面进行加热的加热部。

10.根据权利要求9所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

在所述第二管路部的所述一端部或另一端部具备电荷赋予部，该电荷赋予部对雾化后的所述试样液体所含的试样成分赋予正或负的电荷。

11.根据权利要求1所述的试样液体雾化装置，其特征在于，

具备向所述振动面供给电压的电源电路。

12.一种分析装置，其特征在于，

具备权利要求1至11中任一项所述的试样液体雾化装置。