JP2001517353A - 機械的に固定した内部微小管を有する液滴生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＭＳ、ＡＡ、ＩＣＰ、ＣＥ／ＭＳ、及び類似分析システムを介してそれに続く分析のための試料を調製するのに有用な、マイクロネブライザーのような、液滴生成装置に関する。同装置は、内側微小管、又はニードルを機械的に安定させて、制御可能な均一液滴サイズを確保する。その機械的安定は、外側微小管の内径を狭めるか又は別のやり方で内側と外側の微小管の間の環状中間空間を予め定められた長さに関して狭めることによるなどして、内側微小管、又はニードルを締め付けることにより与えられる。従って、内側微小管は、流体の流れの乱れが最小になる状態に、芯出しされたか又は別法で予め定められた固定された半径方向の位置に締め付けられる。さらに、先端部は、外側微小管の出口端と結合される時、外側微小管におけるシース流体の流れが、その先端部を出て且つ内側微小管を出る液体被検体と衝突する以前にそこで安定する領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 機械的に固定した内部微小管を有する液滴生成装置 技術分野 本発明は、全体として、液体噴霧器、アトマイザー、等のような、液滴生成装 置に関する。より詳細には、本発明は、質量分析計（ＭＳ）のような、分析シス テムと連結された液体クロマトグラフィー（ＬＣ）又はキャピラリー電気泳動法 （ＣＥ）に有用なネブライザー（ｎｅｂｕｌｉｚｅｒ）に関する。背景技術 マイクロネブライザー類は、液体試料を分析に適する微小液滴に変換するのに 使われている。マイクロネブライザー類は、液体試料を直接分析できない質量分 析（ＭＳ）、原子吸光（ＡＡ）、又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のような技術 に基づく分析システムに対し有用なインタフェースを提供する。前述の分析シス テムでは、液体試料は、先ず、ガスに変換されなければならない。理想的な変換 は、理論的には、その液体を噴霧して均一な微小液滴にすることに関連するであ ろう。次いで、その均一な微小液滴をその後で乾燥し、分析に適したガスに変換 することになろう。実際には、均一な微小液滴を得ることは困難である。液滴の サイズが変わると、大きめの液滴を乾燥するのに要する熱のために、比較的微小 な液滴中の被検体が損傷を受ける。大きい液滴が、もし未乾燥のまま残っている と、雑音を招来し信号妨害となる。 現行のネブライザー類は、液体試料を液滴に噴霧するのに同心微小管構造に依 存している。内側の微小管は液体試料を通過させ；外側の微小管はシース流体と して用いられる不活性流体（液体もしくはガス）を通す。同心微小管の出口では 、液体試料とシース流体が衝突し、その液体試料がシース流体の持つせん断力に よって壊されて液滴となる。均一サイズの液滴を作り出すには、均一な層状シー ス流体の流れが不可欠である。シース流体の流れを形成する内側と外側の微 小管の間の環状領域に何らかの欠陥があると、シース流体に乱流が生じ、これが 直に液滴サイズの制御欠如及び不均一となる。前述の欠陥は、例えば、シース流 体が外側微小管に導入される点におけるようなシース流体の流路領域内の転移点 で生ずることがある。 現行のネブライザー微小管におけるそのような欠陥を補償するために、比較的 長い微小管付きネブライザーが使われてきた。微小管の長さが（ある場合は、２ ５ｍｍ以上にまで）増えると、シース流体の入口点転移における内部欠陥によっ て誘発される乱流の後でシース流体を安定させる。しかし、微小管の長さを増や すだけでは、その問題を全面的に又はさらに満足に解決するには足りない。長い 微小管は、シース流体と液体試料のせん断力衝突に必要となるエネルギーを消散 させることになる。さらに問題となるのは、長い同心微小管は、相互に関して芯 出しされた状態で保持されることはなく；従って、シース流体が経験する出口開 口（ｅｘｉｔ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、非対称であるか、時間とともに変化する か、又はその両方である。結果として、液体試料によって経験されるシース流体 の速度とせん断力は、不均一に分布され且つ時間とともに変化して、現行のネブ ライザーを悩ませる問題：即ち、生成される液滴のサイズの変動と不均一さを引 き起こす。 必要とされるものは、制御可能なサイズと分布をもった均一な微小液滴を再現 性よく作り出すネブライザーである。さらに、必要とされるものは、シース流体 によって経験される開口が制御可能なネブライザーである。また、望ましいのは 、内側微小管又はニードルが機械的に安定化されるもので且つ当該安定化要素が 、実質上、外側微小管におけるシース流体の流れを妨害しないネブライザーであ る。さらに、必要とされるものは、シース流体の流路が十分に短く且つ滑らかで あって、液体の液滴生成に関連したエネルギーの減少が、実質的には、噴霧化点 で又はその近くで起こるようなネブライザーである。発明の開示 一実施例において、本発明は、液体から液滴を生成するための、下記要素から 成る装置を提供する： Ａ．外壁、出口端、及び出口端開口を有する少なくとも１つの内側微小管； Ｂ．内壁、出口端、及び出口端開口を有する外側微小管であって、内側微小管 か外側微小管の内径より小さい外径を有し、且つ内側微小管が外側微小管の内部 に且つそれに囲まれて配置され、その間に環状中間空間が形成されるようにし、 各微小管の出口端が装置の同じ端部に位置するようにした外側微小管； Ｃ．（ｉ）外側微小管の内壁から内へ半径方向に延び且つ予め定められた長さ に関して内側微小管の外壁に接触するか、（ｉｉ）内側微小管の外壁から外へ半 径方向に延び且つ予め定められた長さに関して外側微小管の内壁に接触するか、 又は（ｉｉｉ）環状中間空間に広がり且つ予め定められた長さに関して内側微小 管の外壁と外側微小管の内壁の両方に接触する１つ以上の中間構造体であって、 内側微小管を機械的に安定させるように置かれる構造体；及び Ｄ．内側微小管の外面に沿って長手方向に続く１つ以上の連絡チャネルであっ て、該連絡チャネルは環状中間空間を延長させ且つ流体が中間構造体と出合った 後それを通して流れ続けることができるチャネル。 好ましい実施例において、本発明は： Ａ．出口端及び出口端開口を有する少なくとも１つの内側微小管、 Ｂ．先端部と結合できるよう適合された出口端及び出口端開口を有する外側微 小管であって、内側微小管が外側微小管の内径より小さい外径を有し、且つ内側 微小管が外側微小管の内部に且つそれに囲まれて配置され、その間に環状中間空 間が形成されるようにし、各微小管の出口端がネブライザー・アセンブリの同じ 端部に位置するようにした外側微小管、 Ｃ．外側微小管の出口端表面と結合する先端部であって、それにより、微小管 群の出口端近くに、流体の流れがその内部で安定化できる領域を形成する先端部 から成り； 外側微小管の内径がその長さの予め定められた部分に関して狭められて、環状中 間空間が１つ以上の流体連絡チャネルに縮小されるようにしたことを特徴とする ネブライザー・アセンブリを提供する。 一実施例において、２つ以上の内側微小管が装置即ちネブライザー・アセンブ リに包含され、流体流のための多重中間空間が形成される。 本発明は、制御可能なサイズと分布をもった均一な微小液滴を再現性よく作り 出すネブライザーのような装置を提供する。さらに、本発明は、シース流体によ って経験される開口が制御可能な装置を提供する。また、本発明は、内側微小管 又はニードルが機械的に安定化されるもので且つ当該安定化要素が、実質上、外 側微小管におけるシース流体の流れを妨害しない装置を提供する。さらに、ここ に教示された装置は、その流路が十分に短く且つ滑らかであって、液体の液滴生 成に関連したエネルギーの減少が、実質的には、噴霧化点又はその近くで起こる ようなシース流体の流路を提供する。 上述の装置は、同装置で作られた液滴を分析できるようにするために任意の分 析システムに結合してよい。好ましい実施例では、同装置は質量分析計に結合さ れる。本発明は、液体試料を分析するべく、例えば、電気噴霧イオン化法（ｅｌ ｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）（ＥＳＩ）又は大気圧化学イオ ン化法（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｉｏｎ ｉｚａｔｉｏｎ）（ＡＰＣＩ）を用いる質量分析計のインタフェースの一部とし て特に有用である。図面の簡単な説明 図１Ａ〜Ｃは、本発明によるネブライザー・アセンブリを略図的に図解する。 図１Ａは、ネブライザーの内部安定化部分の拡大略図であり； 図１Ｂは、軸ＡＡに沿った図１Ａのネブライザーの断面であり；そして 図１Ｃは、図１Ａのネブライザー・アセンブリの先端部の拡大図である。 図２は、ここに教示された本発明の実施例の先端部及び外側微小管の構成成分 を図解する。 図３Ａ〜Ｄは、２つの内側微小管と１つの外側微小管を用いる本発明の実施例 を図解する。 図４は、内側微小管の中心軸と内側微小管の外壁上の面取り（ｃｈａｍｆｅｒ ）に正接して引かれた線との交差で形成される角度αを示す。 図５Ａ及びＢは、それぞれ、本発明の代替実施例（制御される非対称流）及び その端部断面を示す。 図６は、本発明の代替実施例（液体シース流を使うＣＥ／ＭＳ拡張ニードル） を略図的に示す。 図７は、従来のＡＰＣＩ条件下で図１のネブライザーによって得ることができ る典型的な結果を示す。発明を実施するための形態 本発明は、液体からの液滴のサイズと均一度を再現性よく形成し且つ制御する ための改良型装置を提供する。本発明は、シース流体の流路と出口開口の半径及 び角度の制御を実施し、よって、制御されたシース流体の流れの速度と分布を並 びに結果として得られる液滴のサイズと均一度を作り出す。当該装置は、機械的 に安定化された内側微小管又はニードルを有しており、これは、外側微小管の内 径を狭くするか又は別の方法で内側と外側の微小管の間の環状中間空間を予め定 められた長さに関して狭めることによるようにして、予め定められた固定位置に 内側微小管を締め付けることにより設けられる。このように、内側微小管は、シ ース流体流の摂動を最小にした状態で、中心合わせされたか又はそうでなければ 予め定められた固定位置に締め付けられる。さらに、任意選択の先端部は、外側 微小管の出口端で表面と結合されると、外側微小管からのシース流体の流れが、 その先端部から出て内側微小管から出る液体試料（被検体）と衝突する以前に、 そこで安定する領域をもたらす。 広義には、本発明は、少なくとも１つの内側微小管と１つの外側微小管から成 り、内側微小管は外側微小管の内部にそれに囲まれて配置され、それらの間に管 間の環状中間空間を限定する装置を提供する。好ましくは、内側及び外側微小管 は、共通の中心軸の回りに同心的に配置された状態に置かれる。しかし、内側及 び外側微小管の位置を、図５に図解したように、実質上平行な軸の回りに偏心し た配置に“片寄らせる”こと（ｏｆｆｓｅｔ）は、使用可能であり且つ幾つかの 実施例では望ましいことがある。各微小管は、流体がそれを通して微小管の各々 から流れ出る、出口端と出口端開口を有する。液体試料即ち被検体は、内側微小 管の内部を通って流れ、一方、シース流体は、外側微小管の内部と環状中間空間 内の内側微小管の外部とを通って流れる。少なくとも２つの内側微小管が使われ る時、多重の環状中間空間が形成され、この場合は、少なくとも２つのシース流 体又はメイクアップ流体を用いてよい。 外側微小管は、その長さの少なくとも一部分について、環状中間空間が１つ以 上の流体連絡チャネルに縮小され且つその環状中間空間の残りが１つ以上の中間 構造体を包含するように改造される。内側微小管は、内側微小管と外側微小管の 間に形成された環状中間空間に、中間を安定させる筋かい様（ｂｒａｃｅ−ｌｉ ｋｅ）の、拡張方式の、又は架橋の構造を設けることによって、実質的に固定さ れた半径位置に締め付けられる。中間構造体は、全体的に、流体不浸透性であり 且つ外側微小管の予め定められた長さの部分について拡張し且つ内側微小管に対 する支えを機械的に与えて、内側微小管を固定半径位置に及び任意に固定された 軸上の位置に安定させる。一実施例では、筋かい様の中間構造体が内側に向かっ て延びて、内側微小管の外壁に接触する。あるいは、内側微小管の外壁から半径 方向に外の方へ延ばすことにより、外側微小管の内壁に接触させるか又は密封で きるように隣接させて中間構造体を設けてもよい。さらに別の実施例では、中間 構造体は、環状中間空間を架橋するか又は跨り且つ内側微小管の外壁と外側微小 管の内壁の両方に接触する。環状中間空間はまた、外側微小管の一部分について 長手方向に続く１つ以上の好ましくは実質上平行な、そこを通してシース流体を 流すことができる、流体連絡チャネルを包含する。それらの実施例の何れにおい ても、中間構造体は、内側微小管の半径方向の移動を制限する一方、それと同時 に、安定化中間構造体の何れかの側面上で環状中間空間と連絡する好ましくは実 質上平行なチャネル又はチャネル群の効力でシース流体の流れを可能にする ことにより、内側微小管を安定させるという働きを果たす。少なくとも２つの内 側微小管が用いられる時、一般に、最外側の内側微小管、即ち、外側微小管に最 も近い内側微小管は、機械的に安定化される。 図１に描かれているように、本発明による好ましいネブライザー・アセンブリ は、第一出口端開口を有する内側微小管１２と、内側微小管１２を囲む外側微小 管１４とを包含し、それらの間に管間の環状中間空間２４Ａを限定する。外側微 小管１４は、ネブライザー・アセンブリの同じ端部に且つ好ましくは内側微小管 １２の第一出口端開口と同じ場所の周りに第二出口端開口を有する。外側微小管 １４は、好ましくは第二出口端開口から約１．１ｍｍ未満伸びる外側微小管の長 手部分１６に関して、１つ以上の流体連絡チャネル（図１Ｂ、１８）への環状中 間空間の変形を呈する。環状中間空間の変形は、外側微小管１４の内壁から拡張 する実質上不浸透性の１つ以上の中間構造体２０によって形成される。中間構造 体又は拡張体２０は、予め定められた長さに関して内側微小管１２の外壁に接触 し且つその内側微小管１２を半径方向の位置に機械的に固定するべく機能する。 チャネル１８は、内側微小管の外部に沿って長手方向に連続するシース流体を通 過させる唯一の手段を提供し、且つ外側微小管１４と内側微小管１２の間に連続 した環状中間空間を設け、それを通して、シース流体が、環状中間空間を効果的 に狭める中間構造体又は拡張体２０と出合った後、連続して流れることができる 。 １つの好ましい実施例において、本発明は、さらに、先端部を設け、これは、 外側微小管の出口端で表面と結合される時に、（中間構造体間の連絡チャネルに 限定された）外側微小管からのシース流体の流れがその中に拡がることができ且 つ安定な流体の流動をその中に確立することができる領域を与える（この場合、 ガスと液体は両方とも、本発明の目的の流体と呼ばれる）。このような先端部の 使用は、次の理由で望ましい。中間構造体に出合う以前の環状中間空間内のシー ス流体の流れは、好ましくは、層流である。シース流体が連絡チャネル（群）を 通過する際に乱流が生ずることがある。せん断力を噴霧化することは、もしシー ス流体の流れが層流でなかったとしたら、逆影響を受けたであろう。それ故、先 端部は、外側微小管の出口端で表面と結合される時に、シース流体がそこに流れ 込んで且つ噴霧化に先立ち層流を再確立する領域をもたらす。安定な（層流の） シース流体の流れは、噴霧化の点で、シース流体分子のエネルギーを、微小管内 部の摩擦で消費されるよりもむしろ、液体に通過させ且つ液滴生成に帰着させる ことにより、効率的な液滴生成に寄与する。先端部は、外側微小管の出口端で表 面と結合すると、内側微小管を取り囲み且つ好ましくは、外側微小管の第一部分 のそれと同様、環状中間空間の約１．０ｍｍの長さを規定し、よって、シース流 体の流れが先端オリフィスを出る以前にその中で再安定化できる緩衝空間をもた らす。 図１に図解したように、挿入可能キャップ又は先端部２２は、外側微小管１４ の出口端で表面に圧着し、内側微小管１２を取り囲み、そして約１．０ｍｍの長 さについて先端部２２の内壁と内側微小管１２の外壁の間に環状中間空間２４Ｂ を形成する。先端部２２は、安定化流体（ガス又は液体）の流動に従う諸状態、 流体の流れが先端オリフィス２６の先端部を通して外に出る以前にその中で安定 もしくは最適化できる効果的“緩衝”領域、を設定する。図２は、挿入可能先端 部２２を受けるべく適合できるよう形造られた外側微小管１４の受け端末２８を 図解したものである。あるいは、先端部は、外側微小管１４の上か上方及び周り にマウントするキャップ又は延長スリーブ（図示せず）のように形造ってもよい 。しかし、図２に示した挿入可能先端部は、製造目的には好ましい。 内側微小管の出口端は、外側微小管の出口端を越えて（図６に示すように）突 き出させるか、それに端と端を揃え（面一にす）るか、又は（図１に示したよう に）それに関して引っ込ませてよい。ＡＰＣＩ−ＭＳの適用で典型的に経験され るような、高流量の液体試料に対しては、内側微小管の出口端は、好ましくは、 外側微小管の出口端に関して引っ込ませる。ＣＥ−ＭＳ及びある種のＥＳＩ−Ｍ Ｓの適用で典型的に経験されるような、低流量の液体試料に対しては、内側微小 管の出口端は、好ましくは、外側微小管と揃えるか又はそれから突き出させ る。幾つかの実施例では、先端部の外表面、内側微小管（群）の出口端、及び外 側微小管の出口端の全て、幾つか、又は１つは、好ましくは、面取りするか、角 度付けするか、又はさもなければテーパ付けする。内側微小管をテーパ付けする ことは、ＣＥ−ＭＳで経験されるような、低流量の液体試料に関しては特に重要 である。例えば、ＣＥ−ＭＳの適用では、内側微小管をテーパ付けすることは、 発生される電界の焦点合せを支援し、従って液体試料の低流量における感度と安 定度を改善する。幾つかの他の実施例では、内側微小管の位置は、外側微小管に 対して半径方向に固定される一方、ねじ切りした継手のような調整手段を設ける ことによってその長手方向に沿って調節可能である。 幾つかの実施例では、少なくとも２つの内側微小管を用いてもよい。図３（Ａ 〜Ｄ）に示した実施例では、ネブライザーは、２つの内側微小管から成る。第一 の内側微小管３０は、第二の内側微小管３２の内部に置かれ且つそれによって囲 まれ、従って、それらの間に第一の管間環状中間空間３４を限定する。第二の内 側微小管３２は、外側微小管３６の内部に置かれ且つそれによって囲まれ、従っ て、それらの間に第二の管間環状中間空間３８Ａと３８Ｂを限定し且つ４つの半 径方向連絡チャネル４４を含む。各微小管は、流体が微小管の各々からそれを通 して流れ出る、出口端と出口端開口をもつ。液体試料即ち被検体は、第一の内側 微小管３０の内部を通って流れ、一方、シース流体又はメイクアップ流体は、第 一の環状中間空間３４の範囲内の第二の内側微小管３２の内部と第一の内側微小 管３０の外部を流れる。シース流体は、第二の環状中間空間３８Ａ及び３８Ｂの 範囲内の外側微小管３６の内部と第二の内側微小管３２の外部を流れる。図３に 示した実施例はまた、前述したように、中間構造体４０及び先端部４２も包含す る。 図３Ｂは、ネブライザーの出口端の拡大図を示す。第一及び第二の内側微小管 ３０及び３２は、電気噴霧された液体試料のテイラー（Ｔａｙｌｏｒ）コーン形 成を支援できるよう先端部４２での電界勾配を高めるべくテーパにしてある。第 一の環状中間空間３４が、第一及び第二の内側微小管３０及び３２の出口端での テーパ付けの詳細と同様、図示されている。図３Ｃは、より簡単な組立て、アセ ンブリ公差の緩和、及び安定度の改善ができるよう、第一及び第二の内側微小管 ３０及び３２に対して異なったテーパ形状を用いる代替実施例の拡大図を示す。 第一内の側微小管３０は、テイラーコーンの開始を支援し且つ信号の不安定さを 防ぐため第二の内側微小管３２の出口端から突き出ている。好ましい実施例では 、第一の内側微小管はガラスから作られ、第二の内側微小管は、ステンレス鋼の ような金属から作られ且つターミネートＣＥ電極として働く。低流量の液体試料 を使うＣＥでは、もし第一の内側微小管が第二の内側微小管の中に引っ込められ たとしたら、ＣＥ電流がバブル生成を引き起こし、望ましくない信号の不安定さ を招来する。逆に、第二の内側微小管を通過した第一の内側微小管の最大許容突 出は、所望の液体試料の流量において完全に形成されるテイラーコーンの側面の 境界で制限される。 図３に図解した実施例は、例えば、ＣＥ−ＭＳにおいて特に有用であり、この 場合、メイクアップ流体、典型的には液体が、第一の環状中間空間３４に使われ 、そしてシース流体、典型的にはガスが、第二の環状中間空間３８Ａ及び３８Ｂ に用いられる。前述したように、先端部の外表面、内側微小管（群）の出口端、 及び外側微小管の出口端の全て、幾つか、又は１つは、有利に、テーパにする。 現在実行されている任意のマイクロネブライザーに一般に適している微小管は 、本発明に適合させることができる。例えば、好ましい実施例において、外側微 小管は、一端が約１．６ｍｍの内径で約１２ｍｍの深さまで穴を開けられた元々 固体のステンレス鋼製ロッドから成る。ロッドの他端は、ほぼ同じ内径で約１ｍ ｍの深さに穴を開ける。中間の固体ロッド部分の残り（約１．６ｍｍ）について は、内側微小管を十分収容できる直径の中央穴を開け；例えば、３つ又は４つの 、半径方向に延びる多重チャネルを、任意にそれぞれ他から等距離で、ドリル加 工するか、さもなくば機械加工する。そのような形状は、平衡シース流体流を助 長し、並びにネブライザーの外側微小管にニードル様の内側微小管を容易且 つ確実に挿入できるように、選択してよい。放射状の開口（例えば、図１Ｂ参照 ）は、内側微小管又はニードルを中央穴に直に通す以外はどこにも通させないよ うに開口の幅が十分狭められている。適切に洗練されたマイクロドリル加工技術 はどれも十分であるかも知れないか、微細ワイヤ電気放電加工（ＥＤＭ）が好ま しい。あるいは、プランジ・クイル（ｐｌｕｎｇｅ ｑｕｉｌｌ）技術を用いて もよいが、比較的時間が掛かり且つコスト高である。 本発明は、外側微小管をドリル加工することにより形成される中間安定化構造 に限定されるものではない。内部ニードル又は微小管の外壁から突出を形成する ように内部ニードル又は微小管を適合させることも可能である。これらの突出は 、中間構造と機械的安定をもたらし且つここに教示した本発明の十分考究された 代替実施例である。構成されたどんな手段によるにしろ管間の環状中間空間に中 間安定化構造を有する微小管類は、本明細書で請求される本発明の範囲内である と考えられる。 好ましい実施例における内側微小管は、所望の長さにカットされ且つ自由端の 先端部の外表面が面取りされるか、角度付けされるか、又はさもなければテーパ 付けされたニードルゲージステンレス鋼又は融解石英から成る。１つの好ましい 実施例では、内側微小管は、例えば、３３ゲージニードルであるか又は約０．０ ０４インチ（０．１ｍｍ）の内径を有するその他の微小管デバイスである。図４ に示すような面取り、角度付け、又はテーパ付けは、ケミカルエッチングで達成 することができる。９０度未満又は約９０度の角度又は半径はどれも、シース流 体の流れを出口端開口に向ける上で役立つとはいえ、約３０度の角度は、好まし い実施例において十分機能する。角度αは、内側微小管の中心軸と内側微小管の 外壁上の面取り、角度付け、又はテーパ付けに正接して引かれた線との交差で形 成される角度によって測定される。 挿入可能な先端部（例えば、図１Ｃ参照）はまた、好ましくは、外側微小管の 出口端開口に圧着するのに十分な外径をもつように、例えば、約０．８０ｍｍ〜 約０．８９ｍｍ）好ましくは約０．８４ｍｍの内径にドリル加工されたステンレ ス鋼製であり、また出口オリフィスである。先端部は、手で挿入するか又はピン 万力とＶブロックを用いてよく；ダイ及びアーバプレス（ｄｉｅ ａｎｄ ａｒ ｂｏｒ ｐｒｅｓｓ）は、アセンブリ製造に好まれる。挿入されると、接点は流 体を通さないよう密封され、従ってガスもしくは液体は、そのように接合された 先端部と微小管表面の間を通過できない。 ここに使われる全てのディメンションは示唆的であり且つ限定しようとするも のではない。適切な開口のサイズは、噴霧化に有用な流量に一般的に対応するも のであれば、どれであってもよい。相対的長さ（微小管、中間構造、先端部）は 、経験的に決められている。一般に、ネブライザーの長さは、中間構造体を通っ て連絡チャネル（群）を出た後不活性シース流体の流れを安定させるのに十分な 先端部の長さに対して、効果が上がる程の短さであるべきである。中間構造体の 長さ即ち外側微小管の外径が狭められる長さは、動作条件下で内側微小管の適切 な安定化を実現するには、好ましくは、内側微小管の直径の約４〜１０倍である 。 動作中、液体試料即ち被検体は、内側微小管の内部を通って流れ、一方、シー ス流体は、外側微小管の内部と環状中間空間の中の内側微小管の外部を流れる。 少なくとも２つの内側微小管が用いられる時、多重環状中間空間が形成され、こ の場合、少なくとも２つのシース流体又はメイクアップ流体を採用してよい。典 型的流量は、その用途に依存する。例えば、ＥＳＩ−ＭＳ及びＡＰＣＩ−ＭＳで は、内側微小管の内部での典型的な液体試料の流量は、約１マイクロリットル／ 分〜約２，０００マイクロリットル／分を含めた範囲にあり；前述の諸用途にお けるシース流体の流量は、典型的に、約２リットル／分〜約６リットル／分を含 めた範囲にある。ＣＥ−ＭＳにおいては、内側微小管の内部での典型的な液体試 料の流量は、約１マイクロリットル／分未満であるか又は等しく、例えば、約５ ００ナノリットル／分〜約１マイクロリットル／分を含めた範囲にある。しかし 、しばしば、ＣＥ−ＭＳの用途では、少なくとも２つの環状中間空間を、即ち、 第一の環状中間空間はメイクアップ流体（典型的には液体）の流れ用として 及び第二の環状中間空間はシース流体（典型的にはガス）の流れ用として、設け た少なくとも２つの内側微小管を包含するネブライザーを用いるであろう。そう した用途では、液体試料とメイクアップ流体の複合流量は、典型的に約２リット ル／分〜約６リットル／分を含めた範囲にあるような用途のシース流体の流量に 対して、典型的に、約１マイクロリットル／分未満であるか又は等しいであろう 。 図５は、ここに教示した本発明の、“制御非対称”（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）と呼ばれる代替実施例を図解する。幾つかの用途では、全 部の試料よりむしろ一部分の溶離液だけが分析される。そのような用途では、制 御部分の生成液滴だけが微細である必要があるが、再現できるほどに微細な分析 用の液滴を制御できるように作り出すことは望ましい。図５Ｂは、非対称に穴を 開けた出口開口２８と内部安定化要素（図示せず）の端面図を示す。動作時、ガ スの速度は、開口２９の最も広いギャップ部分で最高であり、そしてそこでシー スガスがその液体をせん断変形させて超微細な液滴を生成することになる。その 出口プルーム（ｐｌｕｍｅ）側にある液滴が分析用として選択され、そしてその 他の全ての液滴は素通りする。 図６は、ここに教示した本発明の代替実施例、即ち、ＣＥ／ＭＳに有用な形状 配置を示す。ＣＥ／ＭＳでは、外側微小管は、他のほとんどのネブライザーの応 用におけるようなシースガスではなくて、シース液体を導く。内側微小管は、非 導電性材料から作る。外側微小管１４におけるシース液体は、出口端開口で被検 体液に出会い、ここでシース液体が被検体液に対して電気接触を完了し且つその 被検体を内側微小管から外へそしてシース液体中へ移させる。移された被検体を 包含しているシース液体は、テイラーコーンを形成する。前述のＣＥ／ＭＳの実 施例では、本発明によって付与される機械的安定性は、先端部の前後に安定な液 体流を実現し且つ安定なテイラーコーンの形成を来す。流れにおける及び／又は テイラーコーンにおける不安定性は、性能を損ない、遊走性の信号、信号ドロッ プアウト、雑音、又は性能上の任意に組合わされた諸問題を生ずる。図６では、 突出した内部ニードル１３部分が描かれてる。ニードルの突出は、ＣＥ／ＭＳに は必須ではないが、テイラーコーンの形成を支援する上で有用である。 図７は、ＡＰＣＩの応用においてここに教示した本発明によって得ることがで きた結果を表す。液滴サイズを示す線７２は、従来技術のネブライザーの性能７ ０を上回る改善を示している。産業上の応用性 上述の装置は、同装置で生成された液滴を分析できるようにするために任意の 分析システムに結合してよい。本発明の装置は、液体試料を直接分析できない、 質量分析（ＭＳ）、原子吸光（ＡＡ）、又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のよう な諸技術に基づく分析システムに対する有用なインタフェースを実現する。好ま しい実施例において、同装置は質量分析計と結合される。適当な任意の質量分析 計、例えば、四極又は多極、磁気的又は電気的セクタ、フーリェ変換、イオント ラップ、及び飛行時間型の質量分析計を用いてよい。本発明は、液体試料を分析 するために、例えば、電気噴霧イオン化法（ＥＳＩ）又は大気圧化学イオン化法 （ＡＰＣＩ）を用いる質量分析計のインタフェースの一部として特に有用である 。 幾つかの実施例を参照して本発明を説明してきたが、本発明についての種々の 変更並びに置換は、先の説明を読み且つ諸図面を吟味すれば熟練した当業者には 明らかになるであろうと予想される。それ故、本発明の範囲は以下の添付請求の 範囲によって決定されるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＤＥ，ＧＢ，ＪＰ (72)発明者 ゴウルレイ・ダレル・エル アメリカ合衆国カリフォルニア州94127 サン・フランシスコ サン ベニト ウエ イ 389 (72)発明者 ルークス・ハーベイ・ディー・ジュニア アメリカ合衆国カリフォルニア州94020 ラホンダ，ボックス 332 スター・ルー ト ２ (72)発明者 ジンマーマン・ハンス・ピーター ドイツ国カースルーエ76135 ソフィエン ストラーセ 125

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ネブライザー・アセンブリであって： Ａ．出口端と出口端開口を有する少なくとも１つの内側微小管と、 Ｂ．先端部と結合できるように適合された出口端と出口端開口を有する外側 微小管であって、内側微小管が外側微小管の内径より小さい外径を有し、且つ内 側微小管が外側微小管の内部に且つそれに囲まれて配置され、その間に環状中間 空間が形成されるようにし、各微小管の出口端がネブライザー・アセンブリの同 じ端部に位置するようにした外側微小管と、 Ｃ．外側微小管の出口端で表面と結合する先端部であって、それにより、微 小管群の出口端近くに、流体の流れがその内部で安定化する領域を形成する先端 部と、 を含んで成り； 外側微小管の内径がその長さの予め定められた部分に関して狭められて、環状中 間空間が１つ以上の流体連絡チャネルに縮小されるようにしたことを特徴とする ネブライザー。 ２．外側微小管と内側微小管とが共通の中心軸に沿って同心的に配置されるこ とを特徴とする請求項１記載のネブライザー。 ３．外側微小管と内側微小管とが、実質上平行な軸に沿って偏心的に配置され ることを特徴とする請求項１記載のネブライザー。 ４．外側微小管の内径がその間で狭められる長さが、内側微小管の外径の約４ 〜約１０倍の長さの間であることを特徴とする請求項１記載のネブライザー。 ５．先端部が、長さ約１ｍｍで且つ約０．８０ｍｍ〜約０．８９ｍｍの内径を 有するキャップ様挿入物から成ることを特徴とする請求項４記載のネブライザー 。 ６．内側微小管は、その出口端で面取りされるか、角度付けされるか、又はそ れとは違ってテーパ付けされる外表面を有し、出口端の外表面が９０度未満又は 約９０度の角度で終わるようにしたことを特徴とする請求項４記載のネブライザ ー。 ７．内側微小管、外側微小管、及び先端部が、各々、面取りされるか、角度付 けされるか、又はテーパ付けされる外表面を有することを特徴とする請求項４記 載のネブライザー。 ８．液体から液滴を生成する装置であって： Ａ．外壁、出口端、及び出口端開口を有する少なくとも１つの内側微小管と 、 Ｂ．内壁、出口端、及び出口端開口を有する外側微小管であって、内側微小 管が外側微小管の内径より小さい外径を有し、且つ内側微小管が外側微小管の内 部に且つそれに囲まれて配置され、その間に環状中間空間が形成されるようにし 、各微小管の出口端が装置の同じ端部に位置するようにした外側微小管と、 Ｃ．（ｉ）外側微小管の内壁から内へ半径方向に延び且つ予め定められた長 さに関して内側微小管の外壁に接触するか、（ｉｉ）内側微小管の外壁から外へ 半径方向に延び且つ予め定められた長さに関して外側微小管の内壁に接触するか 、又は（ｉｉｉ）環状中間空間に広がり且つ予め定められた長さに関して内側微 小管の外壁と外側微小管の内壁の両方に接触する、中間構造体であって、 内側微小管を機械的に安定させるように置かれる１つ以上の中間構造体と、 Ｄ．内側微小管の外面に沿って長手方向に続く１つ以上の連絡チャネルであ って、該連絡チャネルは環状中間空間を延長させ且つ流体が中間構造体と出合っ た後それを通して流れ続けることができることを特徴とする１つ以上のチャネル と、 を包含することを特徴とする装置。 ９．さらに、 Ｅ．外側微小管の出口端で表面と結合する先端部であって、それにより、微 小管群の出口端近くに、流体の流れがその内部で安定化できる領域を形成する先 端部 を含む請求項８記載の装置。 １０．外側微小管と内側微小管とが共通の中心軸に沿って同心的に配置される ことを特徴とする請求項８記載の装置。 １１．外側微小管と内側微小管とが、実質的に平行な軸に沿って偏心的に配置 されることを特徴とする請求項８記載の装置。 １２．外側微小管の内径がその間で狭められる長さが、内側微小管の外径の約 ４〜約１０倍の長さであることを特徴とする請求項８記載の装置。 １３．内側微小管は、その出口端で面取りされるか、角度付けされるか、又は それとは違ってテーパ付けされる外表面を有し、出口端の外表面が９０度未満又 は約９０度の角度で終わるようにしたことを特徴とする請求項１２記載の装置。 １４．内側微小管、外側微小管、及び先端部が、各々、面取りされるか、角度 付けされるか、又はテーパ付けされる外表面を有することを特徴とする請求項９ 記載の装置。 １５．３つの連絡チャネルから成り、チャネルの各々が他のそれぞれから半径 方向に等距離にあり且つ実質的に内側微小管に平行であることを特徴とする請求 項１２記載の装置。 １６．内側微小管の出口端が外側微小管の出口端に関して引っ込めて配置され ることを特徴とする請求項８記載の装置。 １７．内側微小管の出口端が外側微小管の出口端に関して面一に配置されるこ とを特徴とする請求項８記載の装置。 １８．内側微小管の出口端が外側微小管の出口端を越えて突き出ることを特徴 とする請求項８記載の装置。 １９．ネブライザー・アセンブリであって： Ａ．出口端と出口端開口を有する第一の内側微小管と、 Ｂ．出口端と出口端開口を有する第二の内側微小管であって、第一の内側微 小管が第二の内側微小管の内径より小さい外径を有し、且つ第一の内側微小管が 第二の内側微小管の内部に且つそれに囲まれて配置され、その間に第一の環状中 間空間が形成されるようにした第二の内側微小管と、 Ｃ．先端部と結合できるよう適合された出口端及び出口端開口を有する外側 微小管であって、第二の内側微小管が外側微小管の内径より小さい外径を有し、 且つ第二の内側微小管が外側微小管の内部に且つそれに囲まれて配置され、その 間に第二の環状中間空間が形成されるようにし、各微小管の出口端がネブライザ ー・アセンブリの同じ端部に位置するようにした外側微小管と、 Ｄ．外側微小管の出口端で表面と結合する先端部であって、それにより、微 小管群の出口端近くに、流体の流れがその内部で安定化できる領域を形成する先 端部と を含んで成り； 外側微小管の内径がその長さの予め定められた部分に関して狭められて、第二の 環状中間空間が１つ以上の流体連絡チャネルに縮小されるようにしたことを特徴 とするネブライザー。 ２０．第一の内側微小管、第二の内側微小管、外側微小管、及び先端部の少な くとも１つが、面取りされるか、角度付けされるか、又はテーパ付けされる外表 面を有することを特徴とする請求項１９記載のネブライザー。 ２１．第一の内側微小管、第二の内側微小管、及び外側微小管が、各々、面取 りされるか、角度付けされるか、又はテーパ付けされる外表面を有することを特 徴とする請求項１９記載のネブライザー。 ２２．請求項１のネブライザーを包含する質量分析計システム。 ２３．請求項８の装置を包含する質量分析計システム。 ２４．請求項１９のネブライザーを包含する質量分析計システム。