ES2277707A1 - Method and device for the production of liquid aerosols and use thereof in analytical atomic and mass spectrometry - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento y dispositivo para la producción de aerosoles líquidos y su uso en espectrometría analítica (atómica y de masas).Procedure and device for production of liquid aerosols and their use in analytical (atomic spectrometry) and mass).
El procedimiento de la presente invención permite la aerosolización de una muestra de líquido para su introducción y análisis en un sistema de espectroscopia atómica y/o de masas. Para ello, se fuerza la salida del líquido a través de una boquilla de eyección situada dentro de una cámara a presión dotada de un orificio de salida redondo, abierto al exterior y situado frontalmente ante dicha boquilla de eyección; el líquido impulsado avanza en forma de chorro capilar hacia el exterior con una entrefase estable líquido-gas y abandona la cámara experimentando seguidamente un proceso de inestabilización que lo fragmenta en microgotas. A su salida, el aerosol es expuesto a un medio externo que produce un fenómeno químico-físico mensurable y característico capaz de ser utilizado para análisis cualitativo y/o cuantitativo. Uno de los rasgos principales de la invención es la obtención controlada y reproducible de un aerosol fino y homogéneo.The process of the present invention allows the aerosolization of a sample of liquid for introduction and analysis in an atomic spectroscopy system and / or of masses To do this, the liquid outlet is forced through an ejection nozzle located inside a pressure chamber equipped with a round outlet opening, open to the outside and located frontally before said ejection nozzle; the liquid driven advances in the form of capillary jet outwards with a stable liquid-gas interphase and leaves the camera then experiencing an instability process that fragments it into microdrops. Upon leaving, the spray is exposed to an external environment that produces a phenomenon measurable and characteristic chemical-physical capable of be used for qualitative and / or quantitative analysis. One of The main features of the invention is controlled obtaining and reproducible of a fine and homogeneous spray.
Un campo de aplicación destacado de los dispositivos de nebulización es el desarrollo de sistemas de introducción de muestras líquidas para su análisis elemental mediante técnicas espectroscópicas ("flame atomic absorption spectrometry", FAAS, "inductively coupled plasma-optical emission spectrometry", ICP-OES o ICP-AES, e "inductively coupled plasma-mass spectrometry", ICP-MS). En todas estas técnicas analíticas el nebulizador más utilizado es el denominado de tipo neumático (concéntrico o de flujo cruzado), en el cual una corriente de gas a presión es la causante de las inestabilidades superficiales que permiten generar un aerosol. Este tipo de nebulizadores ha sido muy utilizado, fundamentalmente por su robustez y facilidad de manejo; sin embargo, presenta algunas limitaciones que han hecho necesario el desarrollo de otros sistemas de generación de aerosoles con fines analíticos; entre ellos, el más utilizado es el nebulizador ultrasónico y, más recientemente, el "electrospray". Tales sistemas, aunque presentan ventajas, también poseen importantes limitaciones, como su alto coste y dificultad de manejo, o su inadecuación para ciertos tipos de muestras (e.g., de alto contenido salino). Sin embargo, todos ellos siguen presentando algunas limitaciones que hacen necesario el desarrollo de un nebulizador más universal que combine el mayor número de las ventajas de los otros nebulizadores con el menor número de sus limitaciones. Esta es la propuesta de la nueva tecnología "Flow Focusing", FF.An outstanding field of application of fogging devices is the development of systems introduction of liquid samples for elemental analysis by spectroscopic techniques ("flame atomic absorption spectrometry ", FAAS," inductively coupled plasma-optical emission spectrometry ", ICP-OES or ICP-AES, and "inductively coupled plasma-mass spectrometry ", ICP-MS). In all these analytical techniques the most used nebulizer is the so-called pneumatic type (concentric or cross flow), in which a gas stream at pressure is the cause of superficial instabilities that They allow to generate a spray. This type of nebulizer has been very used, mainly for its robustness and ease of handling; however, it presents some limitations that have made it necessary the development of other aerosol generation systems with analytical purposes; Among them, the most used is the nebulizer ultrasonic and, more recently, the "electrospray". Such systems, although they have advantages, also have important limitations, such as its high cost and difficulty of handling, or its unsuitable for certain types of samples (e.g., high saline content). However, they all continue to present some limitations that make the development of a most universal nebulizer that combines the largest number of advantages of the other nebulizers with the least number of their limitations This is the proposal of the new technology "Flow Focusing ", FF.
En todas las técnicas espectroscópicas utilizadas para el análisis elemental inorgánico se hace uso de una llama o plasma para dar lugar a diversos procesos en la muestra, tales como la desolvatación-vaporización-atomización-ionización-excitación. Condición común a tales técnicas es la presencia de átomos o iones susceptibles de absorber o emitir radiación característica o la cuantificación de iones, caracterizados sobre la base de su relación masa/carga (m/z). Las primeras son las denominadas técnicas de absorción o emisión atómica; las segundas componen el campo de la espectrometría de masas aplicada al análisis elemental inorgánico. En la práctica totalidad de las técnicas se requiere una fase previa de atomización de la muestra, en fase de disolución, objeto de análisis. Así, por ejemplo, la espectroscopia de absorción atómica con llama (FAAS) es muy común y fiable para la detección y cuantificación de metales y metaloides en muestras de origen ambiental y fluidos biológicos (suero sanguíneo, orina, etc). La muestra es aspirada, convertida en un aerosol y mezclada con gases, como aire/acetileno u óxido nitroso/acetileno; seguidamente, se produce la ignición de la mezcla de gases produciendo una llama cuya temperatura varía entre 2100ºC y 3200ºC. Otras tecnologías de análisis elemental de muestras líquidas no requieren de nebulizadores, por ejemplo, la espectrofotometría de absorción atómica con horno de grafito (GFAAS).In all spectroscopic techniques used for inorganic elemental analysis use is made of a flame or plasma to give rise to various processes in the sample, such as the desolvation-vaporization-atomization-ionization-excitation. Common condition for such techniques is the presence of atoms or ions. liable to absorb or emit characteristic radiation or the ion quantification, characterized on the basis of its mass / load ratio (m / z). The first are called atomic absorption or emission techniques; the second make up the field of mass spectrometry applied to elementary analysis inorganic. In practically all the techniques a previous phase of atomization of the sample, in dissolution phase, object of analysis Thus, for example, the spectroscopy of atomic absorption with flame (FAAS) is very common and reliable for detection and quantification of metals and metalloids in samples of environmental origin and biological fluids (blood serum, urine, etc.). The sample is aspirated, converted into an aerosol and mixed with gases, such as air / acetylene or nitrous oxide / acetylene; then ignition of the gas mixture occurs producing a flame whose temperature varies between 2100ºC and 3200ºC. Other technologies of Elemental analysis of liquid samples do not require nebulizers, for example, absorption spectrophotometry Atomic with graphite furnace (GFAAS).
En los últimos años han experimentado un importante incremento en su uso las técnicas analíticas basadas en plasmas (ICP-AES e ICP-MS). Con ambas técnicas de análisis, si la muestra es sólida, normalmente es disuelta y mezclada con un gas antes de ser sometida a la acción del plasma. Bajo dicha acción, las gotas experimentan los procesos de desolvatación- vaporización-atomización-ionización-excitación en los breves instantes de permanencia de las mismas en el seno del plasma. Así, cuando el plasma es usado como fuente de excitación, la técnica es conocida como ICP-AES, y cuando es utilizado como fuente de ionización se trata de ICP-MS. Para el análisis cuantitativo, en la primera de las técnicas se mide el número de fotones emitidos por los átomos o iones excitados de los analitos mientras que en la segunda se mide el número de iones de los mismos. Las técnicas basadas en plasmas analíticos presentan una serie de ventajas que las hacen muy interesantes en los laboratorios analíticos; entre ellas se encuentran: (i) bajos límites de detección; (ii) amplio intervalo lineal; (iii) capacidad de análisis multielemental; (iv) rapidez del análisis; (v) posibilidad de realizar determinaciones de relaciones isotópicas; (vi) versatilidad y facilidad de automatización.In recent years they have experienced a significant increase in its use of analytical techniques based on plasmas (ICP-AES and ICP-MS). With Both analysis techniques, if the sample is solid, is usually dissolved and mixed with a gas before being subjected to the action of plasma. Under this action, the drops undergo the processes of desolvation- vaporization-atomization-ionization-excitation in the brief moments of permanence of the same within the plasma. Thus, when plasma is used as a source of excitation, the technique is known as ICP-AES, and when it is used as a source of ionization it is about ICP-MS. For the quantitative analysis, in the first of the techniques the number of photons emitted by the excited atoms or ions of the analytes while in the second the number of ions thereof is measured. The techniques based on analytical plasmas present a series of advantages that make them very interesting in analytical laboratories; between them find: (i) low detection limits; (ii) wide range linear; (iii) multielemental analysis capacity; (iv) speed of the analysis; (v) possibility of making determinations of isotopic relationships; (vi) versatility and ease of automation.
A pesar de los años transcurridos desde sus comienzos y de los intensos esfuerzos en investigación y desarrollo realizados, el módulo de introducción de muestras líquidas es todavía el punto débil en las técnicas espectroscópicas dedicadas al análisis elemental inorgánico descritas anteriormente. Es frecuente que sólo un pequeño porcentaje de la muestra llegue a quedar expuesto al atomizador (5-10% en llama y 1-2% en plasma). El módulo de introducción de muestra suele constar de dos etapas separadas: a) la generación del aerosol; b) la selección de gotas. La primera se produce en el nebulizador mientras que la segunda lo hace en la cámara de nebulización y/o sistema de desolvatación.Despite the years since its beginnings and intensive efforts in research and development made, the module for introducing liquid samples is still the weak point in dedicated spectroscopic techniques to the inorganic elemental analysis described above. Is Frequently, only a small percentage of the sample reaches be exposed to the atomizer (5-10% in flame and 1-2% in plasma). The introduction module of Sample usually consists of two separate stages: a) the generation of aerosol; b) drop selection. The first occurs in the nebulizer while the second one does it in the chamber of fogging and / or desolvation system.
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En la nebulización neumática la muestra puede ser aportada de dos formas diferentes: (i) por aspiración libre; (ii) por aspiración forzada. En la primera la muestra es succionada por efecto Venturi del gas utilizado para generar el aerosol, mientras que en la segunda la muestra es aspirada, normalmente a valores próximos a 1 mL/min, mediante una bomba peristáltica o algún dispositivo similar que asegure un flujo constante de muestra, con independencia de sus características.In pneumatic nebulization the sample can be provided in two different ways: (i) by free aspiration; (ii) by forced aspiration. In the first the sample is sucked by Venturi effect of the gas used to generate the aerosol, while in the second the sample is aspirated, usually at values close to 1 mL / min, using a peristaltic pump or some similar device that ensures a constant flow of Sample, regardless of its characteristics.
Cuando las gotas son mayores que 8-10 \mum, las fuentes de atomización utilizadas (llamas y plasmas) son incapaces, en el breve intervalo de tiempo que dura el paso de las gotas por el atomizador, de desencadenar todos los procesos que permiten dejar los átomos o iones preparados para emitir radiación (ICP-AES) o ser introducidos y separados en el espectrómetro de masas (ICP-MS). Por ello, la función de la cámara de nebulización consiste en filtrar las gotas mayores de 15 \mum. Otra función importante de la cámara consiste en amortiguar los pulsos de la bomba peristáltica que se verían reflejados en la señal, deteriorando la precisión del análisis. De ahí que, cuando se utilizan sistemas de nebulización en espectroscopia analítica, sea muy recomendable generar aerosoles lo más finos posible. De esta forma aumentaría el transporte de analito a través de la cámara de nebulización y, además, se favorecerían los procesos en el plasma, todo lo cual conduciría finalmente a incrementar la sensibilidad de la técnica.When the drops are greater than 8-10 µm, the atomization sources used (llamas and plasmas) are unable, in the short time interval that lasts the passage of the drops through the atomizer, to trigger all the processes that allow leaving atoms or ions ready to emit radiation (ICP-AES) or be introduced and separated in the mass spectrometer (ICP-MS). Therefore, the function of the fogging chamber consists of filter the drops larger than 15 µm. Another important function of the camera consists of damping the pump pulses peristaltic that would be reflected in the signal, deteriorating the Analysis accuracy Hence, when systems are used nebulization in analytical spectroscopy, be highly recommended generate aerosols as thin as possible. This would increase the analyte transport through the nebulization chamber and, in addition, plasma processes would be favored, all of which would eventually lead to increased sensitivity of the technique.
El proceso de generación de un aerosol, de forma general, se puede considerar que es originado por una inestabilidad producida en la superficie de una vena líquida. Los sistemas de nebulización se pueden clasificar atendiendo a la forma (o tipo de energía utilizada) de generar dicha inestabilidad. La inestabilidad puede ser generada: (i) mediante un gas a presión, caso de los nebulizadores neumáticos; (ii) mediante la aplicación de un campo eléctrico ("electrospray"); (iii) mediante la presión ejercida sobre una masa líquida al pasar por un estrechamiento (nebulizador hidráulico de alta presión); (iv) mediante energía ultrasónica (nebulizadores ultrasónicos); (v) mediante otros sistemas (rotatorio o centrifugacional, nebulizadores térmicos convencionales o por microondas, etc): vease, por ejemplo, (i) Boumans, P.W.J.M., (ed.), "Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy", dos volúmenes, Wiley, 1987; (ii) Montaser, A. (ed.), "Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry". Wiley, 1998; (iii) Montaser, A. y Golightly, D.W., (eds.), "Inductively Coupled Plasmas in Analytical Atomic Spectrometry", 2ª edición. VCH, 1992; (iv) Todolí, J.L.; Mora, J.; Hernandis, V. y Canals, A., "Sistemas de Introducción de Muestras Líquidas en Espectrometría Atómica", Secretariado de Publicaciones de la Universidad de Alicante, 1996.The process of generating an aerosol, in general, can be considered to be caused by instability produced on the surface of a liquid vein. Fogging systems can be classified according to the way (or type of energy used) to generate such instability. Instability can be generated: (i) by means of a gas under pressure, in the case of pneumatic nebulizers; (ii) by applying an electric field ("electrospray"); (iii) by the pressure exerted on a liquid mass when passing through a narrowing (high pressure hydraulic nebulizer); (iv) by ultrasonic energy (ultrasonic nebulizers); (v) by other systems (rotary or centrifugal, conventional or microwave thermal nebulizers, etc.): see, for example, (i) Boumans, PWJM, (ed.), " Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy ", two volumes, Wiley , 1987; (ii) Montaser, A. (ed.), " Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry ". Wiley, 1998; (iii) Montaser, A. and Golightly, DW, (eds.), " Inductively Coupled Plasmas in Analytical Atomic Spectrometry ", 2nd edition. VCH, 1992; (iv) Todolí, JL; Mora, J .; Hernandis, V. and Canals, A., " Systems of Introduction of Liquid Samples in Atomic Spectrometry ", Secretariat of Publications of the University of Alicante, 1996.
Los nebulizadores neumáticos presentan dos configuraciones importantes: (i) concéntricos; (ii) flujo cruzado. En el primero la corriente líquida es transportada hasta la punta del nebulizador a través de un tubo capilar concéntrico con la conducción del gas de nebulización. El aerosol se forma en la boquilla del capilar. Estos nebulizadores proporcionan una excelente sensibilidad y estabilidad, especialmente si la disolución está limpia. Sin embargo, pueden presentar problemas de bloqueo al trabajar con muestras con altos contenidos salinos o suspensiones. Además, la eficiencia de transporte de analito se encuentra en el intervalo de 1-10% según la técnica analítica (5-10% en FAAS y 1-2% en ICP-AES e ICP-MS). En las técnicas basadas en plasmas los nebulizadores concéntricos suelen ser de vidrio. Los nebulizadores de flujo cruzado consisten en dos capilares colocados perpendicularmente y por cada uno de ellos sale la muestra líquida a nebulizar y el gas de nebulización. El capilar de salida del líquido se encuentra en posición vertical y el de salida del gas de nebulización forma un ángulo de 90º con respecto al del líquido. Generalmente, el líquido es expresamente impulsado mediante una bomba peristáltica. Los nebulizadores de flujo cruzado no son tan eficientes en la creación de microgotas pero aseguran un funcionamiento más robusto y menos propenso al bloqueo. Un nebulizador neumático especialmente apropiado para aumentar el transporte de analito es el denominado nebulizador de inyección directa ("Direct Injection Nebulizer", DIN). Dicho nebulizador genera el aerosol neumáticamente en la base del plasma con lo que el transporte de analito es del 100%, lo cual se refleja en unas mejoras significativas de la sensibilidad.The pneumatic nebulizers have two important configurations: (i) concentric; (ii) cross flow. In the first, the liquid stream is transported to the tip of the nebulizer through a concentric capillary tube with the misting gas conduction. The aerosol is formed in the capillary nozzle These nebulizers provide a excellent sensitivity and stability, especially if the Solution is clean. However, they may present problems of blocking when working with samples with high saline contents or suspensions In addition, analyte transport efficiency is found in the range of 1-10% according to the technique analytical (5-10% in FAAS and 1-2% in ICP-AES and ICP-MS). In the techniques based on plasmas the concentric nebulizers are usually of glass. Cross flow nebulizers consist of two capillaries placed perpendicularly and for each of them comes out the liquid sample to be nebulized and the gas of nebulization. The capillary liquid outlet is in an upright position and that of mist gas outlet forms an angle of 90º with respect to of the liquid. Generally, the liquid is expressly driven by a peristaltic pump. Cross flow nebulizers they are not as efficient in creating microdroplets but they ensure a more robust and less prone to blockage. A pneumatic nebulizer especially suitable for increasing the analyte transport is the so-called injection nebulizer direct ("Direct Injection Nebulizer", DIN). Said nebulizer generates the aerosol pneumatically at the base of the plasma so that the analyte transport is 100%, which is reflected in some significant improvements in sensitivity.
Recientemente, debido a la necesidad de analizar cantidades cada ver menores de muestra (fluidos biológicos, muestras de alto valor añadido...) ha surgido la necesidad de diseñar unos nuevos nebulizadores neumáticos que permiten trabajar a flujos del orden de unos pocos cientos, o menos, de \muL/min. Estos son los denominados micronebulizadores. También se ha desarrollado un micronebulizador de inyección directa (DIHEN). Aunque estos nebulizadores mejoran significativamente el transporte de analito, por sus dimensiones son muy propensos al bloqueo y su manejo es complejo.Recently, due to the need to analyze smaller amounts each see sample (biological fluids, samples of high added value ...) the need for design new pneumatic nebulizers that allow working at flows of the order of a few hundred, or less, of µL / min. These are called micronebulizers. It has also developed a direct injection micronebulizer (DIHEN). Although these nebulizers significantly improve transport analyte, because of their dimensions they are very prone to blockage and their Management is complex.
Existen numerosas modalidades adicionales de nebulización, tales como el nebulizador de flujo paralelo, apto para líquidos con sólidos inertes en suspensión; el nebulizador CMA (Concomitant Metals Analyzer), especialmente adaptado a mediciones ambientales, donde las concentraciones son muy bajas; el nebulizador neumático JY, idóneo para metales procedentes de abrasión en aceites.There are numerous additional modalities of nebulization, such as parallel flow nebulizer, suitable for liquids with inert solids in suspension; the CMA nebulizer (Concomitant Metals Analyzer), specially adapted to measurements environmental, where concentrations are very low; the nebulizer JY tire, suitable for abrasion metals in oils
Por otra parte, actualmente es posible producir una corriente continua de microgotas o de microburbujas homogéneas y controlables mediante una tecnología conocida como "flujo enfocado" ("Flow Focusing", o FF). El procedimiento para ello requiere una instalación mecánica de gran simplicidad, como se indica en diversas publicaciones del sector (véase, por ejemplo, Gañán-Calvo 1998, Phys. Rev. Lett., vol. 80, p. 285). Mediante esta técnica, se produce un microchorro capilar de líquido, siendo éste enfocado mediante el flujo simultáneo y envolvente de un gas que se desplaza coaxialmente con el chorro líquido antes citado. El microchorro líquido así formado experimenta una rotura capilar (véase Chandrasekhar 1961 "Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability", p. 541) después de ser expelido al exterior a través del orificio de salida del dispositivo. Este fenómeno está encontrando campos potenciales de aplicación en numerosos ámbitos tecnológicos: biomedicina, industria farmacéutica, alimentación y microingeniería (cristales fotónicos, fibras, microburbujeo...).On the other hand, it is currently possible to produce a continuous stream of micro-drops or homogeneous and controllable microbubbles by means of a technology known as "focused flow"("FlowFocusing", or FF). The procedure for this requires a mechanical installation of great simplicity, as indicated in various publications of the sector (see, for example, Gañán-Calvo 1998, Phys. Rev. Lett ., Vol. 80, p. 285). Through this technique, a liquid capillary microchorro is produced, this being focused by the simultaneous and enveloping flow of a gas that coaxially travels with the aforementioned liquid jet. The liquid microbead thus formed undergoes a capillary rupture (see Chandrasekhar 1961 "Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability", p. 541) after being expelled outside through the exit hole of the device. This phenomenon is finding potential fields of application in numerous technological fields: biomedicine, pharmaceutical industry, food and microengineering (photonic crystals, fibers, microbubbling ...).
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La patente US-6 119 953 presenta un procedimiento de atomización de líquidos basado en la tecnología FF; dada la importancia de esta referencia, de la que el actual desarrollo es una derivación posterior, se utilizará la citada patente (D1) como referencia de partida en las reivindicaciones de la presente invención.US-6 119 953 presents a liquid atomization procedure based on technology FF; given the importance of this reference, of which the current development is a subsequent derivation, the aforementioned will be used patent (D1) as a starting reference in the claims of The present invention.
La presente invención pretende combinar las ventajas de un diseño sencillo y robusto con la especialización en micromuestras. Con tal fin, y basándose en el mecanismo descrito en las referencias sobre FF, se selecciona un modo de operación que consigue la producción de un aerosol muy fino, homogéneo y reproducible. Con ello se consigue aumentar el transporte de disolución hasta el plasma lo cual favorece la señal analítica. Además, el hecho de que la vena líquida no entre en contacto con las paredes de la salida del nebulizador impide el bloqueo del mismo por deposiciones de restos de analito o partículas en suspensión. Por otra parte, puede asegurarse un control eficaz de las superficies libres en la zona de generación de aerosol mediante la selección óptima de los materiales de conductos y cámaras que se encuentran en contacto con las corrientes de líquido (muestra) y gas (auxiliar) utilizadas para la generación de gotas.The present invention aims to combine the advantages of a simple and robust design with specialization in micro samples. To that end, and based on the mechanism described in references on FF, an operation mode is selected that achieves the production of a very fine, homogeneous spray and reproducible. This increases the transport of dissolution to plasma which favors the analytical signal. In addition, the fact that the liquid vein does not come into contact with the walls of the exit of the nebulizer prevents the blockage of the same for depositions of analyte residues or particles in suspension. On the other hand, effective control of free surfaces in the spray generation zone by the optimal selection of duct and chamber materials that are found in contact with the liquid streams (sample) and gas (auxiliary) used for the generation of drops.
Figura 1: Detalle de un dispositivo de nebulización de una muestra líquida, según la presente invención, donde se detallan:Figure 1: Detail of a device nebulization of a liquid sample, according to the present invention, where they are detailed:
- (1)(one)
- canal de alimentación;feed channel;
- (2)(2)
- boquilla de eyección;ejection nozzle;
- (3)(3)
- cámara a presión;pressure chamber;
- (4)(4)
- orificio de salida.exit hole.
Figura 2: Dispositivo con arreglo a la forma de realización descrita en el texto (capítulo "Forma de Realización de la Invención"), donde se detallan:Figure 2: Device according to the embodiment described in the text (chapter " Form of Embodiment of the Invention "), detailing:
- (3)(3)
- cámara a presión;pressure chamber;
- (4)(4)
- orificio de salida;exit hole;
- (5)(5)
- tubo alimentador de gas;tube gas feeder;
- (6)(6)
- conector comercial de dos vías;commercial two connector tracks;
- (7)(7)
- fuente de gas o aire comprimido;gas or air source compressed;
- (8)(8)
- tubo de eyeccióntube ejection
- (9)(9)
- orificio lateral ajustado a las dimensiones del tubo de eyección a través de la pared del tubo alimentador de gas;side hole adjusted to ejection tube dimensions through the tube wall gas feeder;
- (10)(10)
- pieza de sujeción de forma cilíndrico-cónica; form clamping piece cylindrical-conical;
- (11)(eleven)
- orificios pasantes perforados en la pieza de sujeción. through holes drilled in the clamp.
- (12)(12)
- orificio de alimentación de gas a la cámara a presión. gas feed hole to the pressure chamber.
Figura 3: Vista de un dispositivo de análisis de muestras líquidas mediante un instrumento de Espectrometría Atómica/Masas utilizando un dispositivo de nebulización de la muestra según la presente invención, en la que se detallan:Figure 3: View of an analysis device liquid samples using a spectrometry instrument Atomic / Masses using a fogging device sample according to the present invention, in which are detailed:
- (1)(one)
- canal de alimentación;feed channel;
- (2)(2)
- boquilla de eyección;ejection nozzle;
- (3)(3)
- cámara a presión;pressure chamber;
- (4)(4)
- orificio de salida;exit hole;
- (13)(13)
- cámara de nebulizaciónfogging chamber
- (14)(14)
- antorchaTorch
- (15)(fifteen)
- plasmaplasma
- (16)(16)
- sistema analizador/detectoranalyzer / detector system
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El objeto de la presente invención es un dispositivo y procedimiento de atomización o nebulización de un líquido objeto de análisis espectrométrico mediante el uso de un gas impulsor que es introducido a presión en dicho dispositivo. Ambos fluidos son expulsados al exterior tras su mezcla, produciéndose la salida del líquido en forma de aerosol o suspensión de gotas arrastrada por la corriente de gas.The object of the present invention is a device and method of atomization or nebulization of a liquid subject to spectrometric analysis by using a impeller gas that is pressurized into said device. Both fluids are expelled outside after mixing, producing the exit of the liquid in the form of aerosol or suspension of droplets dragged by the gas stream.
El objetivo que se persigue es la consecución de un nebulizador, destinado a su uso en análisis espectroscópico inorgánico (atómico y de masas), que asegure las siguientes propiedades:The objective pursued is the achievement of a nebulizer, intended for use in spectroscopic analysis inorganic (atomic and mass), to ensure the following properties:
\circ
\;Escaso caudal líquido y gaseoso\ circ
\;Low liquid and gas flow
\circ
\;Robustez de materiales y de manejo\ circ
\;Robustness of materials and handling
\circ
\;Facilidad de uso\ circ
\;Easy to use
\circ
\;Alto control del tamaño de gota\ circ
\;High drop size control
\circ
\;Generación de aerosoles finos y mono-dispersos\ circ
\;Generation of fine and mono-dispersed aerosols
El procedimiento de la presente invención permite la impulsión de un líquido procedente de un canal de alimentación (1). El líquido es una disolución en la que está presente como soluto una muestra cuyos elementos han de ser sometidos a análisis espectrométrico inorgánico. Se fuerza la salida del líquido a través de una boquilla de eyección (2) situada en el interior de una cámara a presión (3) dotada de un orificio de salida de sección redonda (4) abierto al exterior, estando dicho orificio situado frontalmente ante dicha boquilla de eyección de líquido (2); el líquido impulsado avanza con un caudal Q hacia el exterior de dicha cámara (3) cruzando la distancia existente entre dicha boquilla de eyección y dicho orificio de salida en forma de chorro capilar, con una entrefase estable líquido-gas; el gas es asimismo forzado a abandonar dicha cámara a través de dicho orificio de salida, experimentando una caída de presión \DeltaP, y ejerce esfuerzos dinámicos sobre dicha entrefase; dichos esfuerzos dinámicos ejercidos por el gas no desestabilizan a dicho chorro capilar en el interior de la cámara; dicho chorro abandona la cámara experimentando seguidamente un proceso de inestabilización que conduce a su fragmentación en microgotas para formar un aerosol. A su salida de dicha cámara (3), dicho aerosol es transportado a través de la cámara de nebulización o sistema de desolvatación hasta el plasma en donde las gotas remanentes experimentan los procesos de desolvatación-vaporización-atomización-onización-excitación.The process of the present invention allows the impulsion of a liquid from a channel of feeding (1). The liquid is a solution in which it is present as a solute a sample whose elements are to be subjected to inorganic spectrometric analysis. The force is forced liquid outlet through an ejection nozzle (2) located inside a pressure chamber (3) equipped with an orifice of round section outlet (4) open to the outside, said being hole located frontally before said ejection nozzle of liquid (2); the driven liquid advances with a flow rate Q towards the outside of said chamber (3) crossing the distance between said ejection nozzle and said outlet opening in the form of hair jet, with a stable interphase liquid-gas; gas is also forced to abandon said chamber through said exit hole, experiencing a pressure drop ΔP, and exerts dynamic efforts on said interphase; such dynamic efforts exerted by the gas not destabilize said capillary jet inside the chamber; said jet leaves the chamber then experiencing a process of instability that leads to its fragmentation in micro drops to form an aerosol. Upon leaving said chamber (3), said aerosol is transported through the fogging chamber or desolvation system to the plasma where the drops remnants experience the processes of desolvation-vaporization-atomization-onization-excitation.
Uno de los rasgos principales de la invención es la obtención reproducible y controlada de un aerosol fino, cuyas gotas son de diámetro inferior a 15 micras. Para ello, el caudal Q de líquido, expresado en unidades consistentes, debe ser inferior a 250 veces la raíz cuadrada del cociente entre la potencia cuarta de la tensión superficial del líquido \gamma y el producto de la densidad del líquido \rho_{l} por la potencia tercera de la caída de presión del gas \DeltaP, esto es:One of the main features of the invention is the reproducible and controlled obtaining of a fine aerosol, whose drops are less than 15 microns in diameter. To do this, the flow rate Q of liquid, expressed in consistent units, must be less than 250 times the square root of the quotient between the fourth power of the surface tension of the liquid γ and the product of the density of the liquid \ rho_ {l} by the third power of the fall of gas pressure ΔP, that is:
Q \leq 250 \left(\frac{\gamma^{4}}{\rho_{l}\Delta P^{3}}\right)^{1/2}Q \ leq 250 \ left (\ frac {\ gamma ^ {4}} {\ rho_ {l} \ Delta P3} \ right) ^ {1/2}
El dispositivo y el procedimiento objeto de la presente invención facilitan la obtención en régimen continuo de un aerosol muy fino y homogéneo. Una presurización ligera es suficiente para impulsar la mezcla de fluidos y asegurar la atomización del líquido.The device and the procedure object of the This invention facilitates the continuous obtaining of a Very fine and homogeneous spray. A light pressurization is enough to boost the fluid mixture and ensure the liquid atomization.
En una forma variante de la invención, el material de la boquilla de eyección (2) y el del orificio de salida (4) puede ser cerámico o, alternativamente, un polímero.In a variant form of the invention, the ejection nozzle material (2) and the outlet hole (4) it can be ceramic or, alternatively, a polymer.
Otra variante de interés se caracteriza por que el cuerpo del nebulizador presenta una forma alargada que permite su inserción directa en la antorcha, lo cual permite introducir el aerosol directamente en la base del plasma.Another variant of interest is characterized by the fact that The body of the nebulizer has an elongated shape that allows its direct insertion into the torch, which allows to introduce the spray directly at the base of the plasma.
Asimismo, cabe diseñar un sistema multimicronebulizador que combine en un cabezal numerosos sistemas nebulizadores como antes se han descrito. Para ello es preciso dividir la muestra acuosa en un número superior a dos de corrientes líquidas, cada una de las cuales es dirigida hacia una boquilla de eyección y un orificio de salida separadas, siendo el régimen de flujo y las condiciones de formación de chorro y de aerosol en cada boquilla de eyección análogos a lo anterior.It is also possible to design a system multimicronebulizador that combines in a head numerous systems Nebulizers as described above. This is necessary divide the aqueous sample into a number greater than two streams liquids, each of which is directed towards a nozzle of ejection and a separate outlet hole, the regime of flow and spray formation conditions in each ejection nozzle similar to the above.
Una opción de diseño contempla la inclusión de una conexión a un sistema de desolvatación analítico. Éste puede ser de tipo convencional, basado en etapas de calentamiento y de condensación por enfriamiento, o de tipo más avanzado, combinando una etapa de calentamiento con el paso por membranas, siendo dichas membranas de tipo poroso o no poroso.A design option includes the inclusion of a connection to an analytical desolvation system. This one can be of the conventional type, based on heating stages and condensation by cooling, or more advanced type, combining a heating stage with the passage through membranes, said being porous or non-porous type membranes.
Otra variante de interés incluye la posibilidad de acoplar el nebulizador a un sistema de separación como etapa previa a la determinación elemental cualitativa, cuantitativa o combinada mediante técnicas espectroscópicas atómicas, siendo las técnicas de separación utilizadas de tipo dinámico (cromatográficas o electroforéticas).Another variant of interest includes the possibility of coupling the nebulizer to a separation system as a stage prior to the qualitative, quantitative or elementary determination combined by atomic spectroscopic techniques, the dynamic separation techniques used (chromatographic or electrophoretic).
Un dispositivo nebulizador para la generación de un aerosol fino destinado al análisis espectrométrico tal como se describe en las reivindicaciones puede realizarse, en particular, del siguiente modo. Se dispone un tubo alimentador de gas (5) cuyas paredes son de un material hidrófobo, por ejemplo, Teflón; las dimensiones de dicho tubo son de 6 mm de diámetro exterior y 4 mm de diámetro interior. Dicho tubo alimentador de gas puede tener una longitud total de 6 cm. Un extremo de dicho tubo es unido mediante un conector comercial de dos vías (6) (por ejemplo, de los proporcionados por la marca Legris) a una fuente de gas o aire comprimido (7). El extremo opuesto está cerrado por un tapón (8) cuyo fondo interior es plano o semiesférico (o de otra forma similar), habiéndose perforado en dicho fondo un orificio (4) de directriz coincidente con el eje de dicho tubo alimentador (5), siendo las paredes de dicho orificio de forma cónica, abiertas hacia el exterior de dicho nebulizador. El diámetro mínimo de dicho orificio de salida (4) puede elegirse de 5 \mum.A nebulizer device for generating a fine aerosol intended for spectrometric analysis as described in the claims can be realized in particular as follows. A gas feeder tube (5) is provided whose walls are of a hydrophobic material, for example, Teflon; the dimensions of said tube are 6 mm outside diameter and 4 mm inside diameter Said gas supply tube may have a total length of 6 cm. One end of said tube is joined by a commercial two-way connector (6) (for example, of the provided by the Legris brand) to a gas or air source tablet (7). The opposite end is closed by a plug (8) whose inner bottom is flat or hemispherical (or otherwise similar), a hole (4) having been drilled in said bottom guideline coinciding with the axis of said feeder tube (5), the walls of said hole being conical, open towards the outside of said nebulizer. The minimum diameter of said exit hole (4) can be chosen from 5 µm.
Por otra parte, se dispone de una disolución acuosa integrada por la muestra objeto de análisis; dicha disolución procede de un canal de alimentación (1); dicha disolución acuosa es forzada mecánicamente a desplazarse por un tubo de eyección (9), igualmente fabricado con un material hidrófobo, por ejemplo Teflón. El diámetro de dicho tubo de eyección (9) es considerablemente menor que el diámetro interior de dicho tubo alimentador de gas (5); por ejemplo, puede elegirse un valor de 0.35 mm para el diámetro interno y 0.8 mm para el diámetro externo. El tramo final de dicho tubo de eyección (9) penetra, por un orificio lateral (10) ajustado a las dimensiones del tubo de eyección (9), a través de la pared del tubo alimentador de gas (5). El extremo del tubo de eyección (9) opuesto al canal de alimentación (1) está abierto y constituye una boquilla de eyección (2), situada coaxialmente con el eje del tubo alimentador y dispuesta frontalmente ante el orificio de salida (4), estableciéndose entre boquilla y orificio una distancia que puede ser elegida de 0.1 mm. Dicha boquilla de eyección (2) es mantenida en posición con respecto a las paredes del tapón (8) y con respecto al orificio (4) mediante una pieza de sujeción (11), de forma cilíndrico-cónica, que define una cámara a presión (3). La parte anterior de dicha pieza de sujeción (11) es esencialmente cilíndrica y se ajusta lateralmente a las paredes interiores del tapón (8); la parte posterior, más cercana al orificio de salida (4) y al fondo del tapón (8), es de forma cónica. El ángulo a formado por cualquier generatriz, desde el vértice de dicho cono, y el eje de dicho tubo alimentador (5) en el sentido de avance de la corriente gaseosa, es obtuso (\alpha > 90º). La boquilla de eyección sobresale del vértice de dicho cono, avanzando con un voladizo de pequeña longitud, por ejemplo, de 0.5 mm.On the other hand, a solution is available aqueous composed of the sample under analysis; bliss dissolution comes from a feed channel (1); bliss aqueous solution is mechanically forced to move through a tube ejection (9), also made of a hydrophobic material, for example Teflon. The diameter of said ejection tube (9) is considerably smaller than the inside diameter of said tube gas feeder (5); for example, a value of 0.35 mm for the internal diameter and 0.8 mm for the external diameter. The final section of said ejection tube (9) penetrates, by a side hole (10) adjusted to the dimensions of the tube ejection (9), through the wall of the gas supply tube (5). The end of the ejection tube (9) opposite the channel of feed (1) is open and constitutes an ejection nozzle (2), coaxially located with the axis of the feeder tube and arranged frontally before the exit hole (4), a distance that can be established between nozzle and hole be chosen of 0.1 mm. Said ejection nozzle (2) is maintained in position with respect to the walls of the plug (8) and with respect to the hole (4) by means of a clamping piece (11), so cylindrical-conical, which defines a pressure chamber (3). The front part of said clamping piece (11) is essentially cylindrical and fits laterally to the walls plug interiors (8); the back, closer to exit hole (4) and at the bottom of the plug (8), it is shaped conical The angle formed by any generatrix, from the vertex of said cone, and the axis of said feeder tube (5) in the sense of advance of the gas stream, is obtuse (?> 90º). The ejection nozzle protrudes from the apex of said cone, advancing with a small overhang, for example, 0.5 mm
El gas procedente de la fuente de alimentación (7) recorre el interior del tubo alimentador (5) y accede a la cámara (3) a través de uno o varios orificios pasantes (12) perforados en dicha pieza de sujeción (11). El líquido impulsado avanza hacia el exterior de dicha cámara (3) cruzando con un caudal Q la distancia existente entre dicha boquilla de eyección y dicho orificio de salida (4) en forma de chorro capilar, con una entrefase estable líquido-gas; el gas es asimismo forzado a abandonar dicha cámara a través de dicho orificio de salida, experimentando una caída de presión \DeltaP, y ejerce esfuerzos dinámicos sobre dicha entrefase; dichos esfuerzos dinámicos ejercidos por el gas no desestabilizan a dicho chorro capilar en el interior de la cámara; dicho chorro abandona la cámara experimentando seguidamente un proceso de inestabilización que conduce a su fragmentación en microgotas para formar un aerosol. El material de dicho tapón (8) se elige de manera que sea inmediata la evacuación de las cargas eléctricas producidas en la superficie interior del mismo a causa de la fricción en la capa límite formada por el gas circulante; en particular, puede elegirse como Teflón reforzado con fibra de carbono.The gas from the power supply (7) travel inside the feeder tube (5) and access the chamber (3) through one or more through holes (12) perforated in said clamping piece (11). The driven liquid advances towards the outside of said chamber (3) crossing with a flow Q the distance between said ejection nozzle and said outlet hole (4) in the form of a capillary jet, with a stable liquid-gas interphase; the gas is likewise forced to leave said chamber through said orifice of output, experiencing a pressure drop ΔP, and exerts dynamic efforts on said interphase; such efforts dynamic exerted by the gas do not destabilize said jet capillary inside the chamber; said jet leaves the camera then experiencing an instability process which leads to its fragmentation into microdroplets to form a aerosol. The material of said cap (8) is chosen so that it is immediate evacuation of electric charges produced in the inner surface thereof due to friction in the layer limit formed by circulating gas; in particular, it can be chosen as Teflon reinforced with carbon fiber.
Los restantes aspectos del dispositivo se ajustan genéricamente a la descripción antes realizada. El líquido es una disolución en la que está presente como soluto una muestra cuyos elementos han de ser sometidos a análisis inorgánico espectrométrico mediante técnicas basadas en plasmas como fuente de atomización/ionización/excitación; a su salida de dicha cámara a presión (3), dicho aerosol atraviesa una cámara de nebulización o sistema de desolvatación hasta llegar a una zona de plasma en donde los átomos formados son o bien excitados o ionizados por las altas temperaturas del plasma, siendo la magnitud cuantificada o bien la emisión de fotones de longitud de onda característica de cada elemento/ión o el número de iones con una determinada relación masa/carga (m/z), dependiendo de la modalidad de cuantificación utilizada en el análisis. Dicho caudal Q de líquido es inferior, en unidades consistentes, a 250 veces la raíz cuadrada del cociente entre la potencia cuarta de la tensión superficial del líquido \gamma y el producto de la densidad del líquido \rho_{l}, por la potencia tercera de la caída de presión del gas \DeltaP, esto es:The remaining aspects of the device are They conform generically to the description previously made. The liquid it is a solution in which a sample is present as solute whose elements have to be subjected to inorganic analysis spectrometric using plasma-based techniques as a source of atomization / ionization / excitation; upon leaving said chamber to pressure (3), said aerosol passes through a fogging chamber or desolvation system until you reach a plasma area where the atoms formed are either excited or ionized by the high plasma temperatures, the magnitude being quantified or the emission of photons of characteristic wavelength of each element / ion or the number of ions with a given relationship mass / load (m / z), depending on the mode of quantification Used in the analysis. Said liquid flow rate Q is lower, in consistent units, at 250 times the square root of the quotient between the fourth power of the surface tension of the liquid γ and the product of the density of the liquid \ rho_ {l}, by the third power of the gas pressure drop ΔP, this is:
Q \leq 250 \left(\frac{\gamma^{4}}{\rho_{l}\Delta P^{3}}\right)^{1/2}Q \ leq 250 \ left (\ frac {\ gamma ^ {4}} {\ rho_ {l} \ Delta P3} \ right) ^ {1/2}
El dispositivo objeto de la presente invención presenta las siguientes ventajas:The device object of the present invention It has the following advantages:
- 1.one.
- El tamaño de gotas generado es particularmente pequeño y se puede predecir con precisión;He generated droplet size is particularly small and can be predict accurately;
- 2.2.
- Obtención de aerosoles prácticamente monodispersos;Getting aerosols practically monodispersed;
- 3.3.
- Muy reducido consumo de muestra (del orden de microlitros por minuto);Very reduced sample consumption (of the order of microliters by minute);
- 4.Four.
- El chorro líquido no entra en contacto con las paredes del orificio de salida, con lo que se evita el bloqueo por deposición de sales o partículas en suspensión;He liquid jet does not come into contact with the orifice walls of output, thereby preventing blockage by deposition of salts or suspended particles;
- 5.5.
- Alta sensibilidad para componentes presentes en baja concentración (valores bajos de los límites de detección, LOD).high sensitivity for components present in low concentration (low values of detection limits, LOD).
- 6.6.
- Gran robustez química y mecánica;Great chemical and mechanical robustness;
- 7.7.
- Facilidad de manejo y mantenimiento;Ease of handling and maintenance;
- 8.8.
- Precisión en la geometría de superficies libres asegurada mediante el empleo de materiales hidrófobos;Precision in the geometry of free surfaces secured by using materials hydrophobes;
- 9.9.
- Evacuación de cargas electrostáticas originadas en la superficie de las paredes interiores, donde la fricción viscosa con la corriente de gas enfocante determina procesos de electrificación local. Para ello se puede recurrir a emplear un material con aptitud conductora.Evacuation of electrostatic charges originated on the surface of the interior walls, where the viscous friction with the focusing gas stream determines local electrification processes. For this you can resort to use a material with conductive aptitude.
En la tabla adjunta, se comparan las prestaciones de algunos modelos de nebulizadores comunes en Espectroscopia Atómica/MasasIn the attached table, the performance of some common nebulizer models in Atomic Spectroscopy / Masses
En referencia al tamaño de muestra, cabe señalar que el dispositivo Conikal necesita una cantidad de muestra 10 veces mayor que los otros dos. Por otro lado, el dispositivo con tecnología Flow-Focusing es un orden de magnitud más sensible que el modelo Conikal y hasta un 20% más sensible que el modelo HEN. Finalmente, la presión necesaria para conseguir la nebulización es de 2 a 4 veces mayor en el HEN.In reference to the sample size, it should be noted that the Conikal device needs a sample quantity 10 times larger than the other two. On the other hand, the device with Flow-Focusing technology is an order of magnitude more sensitive than the Conikal model and up to 20% more sensitive than the HEN model. Finally, the pressure necessary to achieve the nebulization is 2 to 4 times higher in the HEN.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
ES2529965A1 (en) * | 2014-12-04 | 2015-02-25 | Universidad De Alicante | Multiconductor nebulizer, use of said nebulizer and method for the nebulization of two or more liquids (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102370450B (en) * | 2011-09-26 | 2013-03-27 | 张英华 | Rotating spray arm for dish-washing machine |
CN104084393B (en) * | 2014-07-15 | 2017-02-15 | 兰州理工大学温州泵阀工程研究院 | Air-liquid full hybrid self-pulse washing device |
CN106111349B (en) * | 2016-06-24 | 2018-06-08 | 太原理工大学 | A kind of fine flotation electrolysis microvesicle generators |
CN106076659B (en) * | 2016-06-24 | 2018-06-08 | 太原理工大学 | A kind of application method of fine flotation electrolysis microvesicle generators |
CN108469365B (en) * | 2018-02-28 | 2020-11-10 | 安徽大洋自动化科技有限公司 | Sampling sheet for resistance type online moisture meter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2109159A1 (en) * | 1995-04-26 | 1998-01-01 | Univ Alicante | Desolvation system, using microwaves, for use in atomic emission spectroscopy |
US6485689B1 (en) * | 1999-09-06 | 2002-11-26 | Hitachi, Ltd. | Analytical apparatus using nebulizer |
US20020185550A1 (en) * | 1996-05-13 | 2002-12-12 | Alfonso Ganan-Calvo | Fuel injection nozzle and method of use |
WO2003066231A1 (en) * | 2002-02-04 | 2003-08-14 | Universidad De Sevilla | Device for the production of capillary jets and micro- and nanometric particles |
-
2004
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-
2005
- 2005-09-12 WO PCT/ES2005/000490 patent/WO2006037819A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2109159A1 (en) * | 1995-04-26 | 1998-01-01 | Univ Alicante | Desolvation system, using microwaves, for use in atomic emission spectroscopy |
US20020185550A1 (en) * | 1996-05-13 | 2002-12-12 | Alfonso Ganan-Calvo | Fuel injection nozzle and method of use |
US6485689B1 (en) * | 1999-09-06 | 2002-11-26 | Hitachi, Ltd. | Analytical apparatus using nebulizer |
WO2003066231A1 (en) * | 2002-02-04 | 2003-08-14 | Universidad De Sevilla | Device for the production of capillary jets and micro- and nanometric particles |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2529965A1 (en) * | 2014-12-04 | 2015-02-25 | Universidad De Alicante | Multiconductor nebulizer, use of said nebulizer and method for the nebulization of two or more liquids (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
WO2016087694A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Universidad De Alicante | Multi-duct nebuliser, use of said nebuliser, and method for the nebulisation of two or more liquids |
US10369579B1 (en) | 2018-09-04 | 2019-08-06 | Zyxogen, Llc | Multi-orifice nozzle for droplet atomization |
Also Published As
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