JP2007117850A - Sample spraying device for mass spectrometry - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize, without incompatibility, a combination of reduction of the temperature loss of the spray gas and enhancement of the degree of freedom of designing, enabling a reduction in power consumption of the electric heater for heating the spray gas to a predetermined temperature and stable and high-precision control of temperature, miniaturization of the whole body of the device and improvement of the maintenance characteristics, for a sample spray device for mass spectrometry which sprays an analyte sample at a predetermined temperature to ionize. <P>SOLUTION: The device has an insulated container 31 containing liquid nitrogen 32 for cooling, a heat exchanger 36 arranged close to a spray nozzle 51, insulation piping 35 guiding the liquid nitrogen 32 in the insulated container 31 to the cooling passage of the heat exchanger 36, a gas-supplying mechanism 21 supplying a spray gas to the cooling passage of the heat exchanger 36 and a variable heating mechanism 40 heating the gas having been cooled in the cooling passage to a predetermined temperature immediately before the spray nozzle 51. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被験試料を質量分析にかけるために利用する質量分析用試料スプレー装置に関し、とくにエレクトロスプレーイオン化装置に適用して有効なものに関する。   The present invention relates to a sample spray apparatus for mass spectrometry used for subjecting a test sample to mass spectrometry, and particularly to an apparatus that is effective when applied to an electrospray ionization apparatus.

質量分析用試料スプレー装置は、スプレーノズルに、冷却と加温によって乾燥および温度調節されたスプレー用ガスを供給することにより、スプレーノズルに導入された被験試料を所定温度で噴霧してイオン化させるものであって、たとえば蛋白質、核酸などの生体高分子などの被験試料を破壊することなく質量分析にかける場合に用いられる(たとえば特許文献1参照)。   The sample spray device for mass spectrometry is to spray and ionize the test sample introduced into the spray nozzle at a predetermined temperature by supplying the spray nozzle with a spray gas dried and temperature-controlled by cooling and heating. For example, it is used when mass spectrometry is performed without destroying a test sample such as a biopolymer such as protein and nucleic acid (see, for example, Patent Document 1).

図5は、従来の質量分析用試料スプレー装置201の概略を示す。同図に示す装置201は、スプレー用ガス供給源21、真空断熱容器(デュアービン)31、熱交換器26、温度調節装置40、スプレーノズル51などによって構成されている。   FIG. 5 schematically shows a conventional mass spectrometry sample spray apparatus 201. A device 201 shown in FIG. 1 includes a spray gas supply source 21, a vacuum heat insulating container (Dewar bin) 31, a heat exchanger 26, a temperature adjusting device 40, a spray nozzle 51, and the like.

スプレー用ガス供給源21はスプレー用ガス(ネブライジングガス)として高圧の窒素ガスを発生する。このスプレー用ガスは流量制御弁22を介して熱交換器26の被冷却路に供給される。   The spray gas supply source 21 generates high-pressure nitrogen gas as a spray gas (nebulizing gas). This spray gas is supplied to the cooling path of the heat exchanger 26 via the flow control valve 22.

真空断熱容器31は冷却媒体である液体窒素32を収容する。熱交換器26はコイル状の導管で構成され、液体窒素32中に浸漬されている。スプレー用ガス供給源21から供給されたスプレー用ガスは、熱交換器26のコイル状導管内を通過させられることにより極低温まで冷却される。   The vacuum heat insulating container 31 stores liquid nitrogen 32 as a cooling medium. The heat exchanger 26 is composed of a coiled conduit and is immersed in liquid nitrogen 32. The spray gas supplied from the spray gas supply source 21 is cooled to a very low temperature by being passed through the coiled conduit of the heat exchanger 26.

冷却されたスプレー用ガスは、ガス導管261を通って温度調節装置40まで運ばれた後、そこで所定温度に加温されてスプレーノズル51に供給される。温度調節装置40は、温度制御装置41、電熱ヒータ42、および温度センサ43を有し、スプレーノズル51に供給されるガスが所定温度となるような温度フィードバック制御を行いながら加温する。   The cooled spraying gas is conveyed to the temperature control device 40 through the gas conduit 261, where it is heated to a predetermined temperature and supplied to the spray nozzle 51. The temperature adjustment device 40 includes a temperature control device 41, an electric heater 42, and a temperature sensor 43, and heats the temperature while performing temperature feedback control so that the gas supplied to the spray nozzle 51 becomes a predetermined temperature.

高圧のスプレー用ガスは、上述した冷却手段と加温手段によって所定の設定温度に調温されるとともに乾燥されてスプレーノズル51に供給される。スプレーノズル51には、図示を省略するが、高圧電界が印加されているとともに、試料供給源60から試料溶液が供給されるようになっている。この試料溶液はスプレー用ガス流とともにスプレーノズル51から噴霧される。この噴霧の過程で試料がイオン化されて質量分析装置10に導入される。   The high-pressure spraying gas is adjusted to a predetermined set temperature by the cooling means and the heating means described above, dried, and supplied to the spray nozzle 51. Although not shown, the spray nozzle 51 is supplied with a high-voltage electric field and a sample solution from a sample supply source 60. The sample solution is sprayed from the spray nozzle 51 together with the spray gas flow. During the spraying process, the sample is ionized and introduced into the mass spectrometer 10.

特開2003−157793JP 2003-157793 A

上述した従来の装置は次のような問題のあることが本発明者らによってあきらかとされた。すなわち、
(a)スプレー用ガスは液体窒素32中の熱交換器26によっていったん極低温に冷却されるが、冷却したガスは断熱容器31を出た瞬間から外気(環境温度)で温められる。この温度損失(冷熱損失)の大きさは、断熱容器31とスプレーノズル51間のガス輸送距離が長いほど大きくなる。したがって、温度損失を小さくするためには、断熱容器31をスプレーノズル51にできるだけ近接させて設置することが望ましい。
It has been clarified by the present inventors that the above-described conventional apparatus has the following problems. That is,
(A) The spray gas is once cooled to a very low temperature by the heat exchanger 26 in the liquid nitrogen 32, but the cooled gas is warmed by the outside air (environment temperature) from the moment of leaving the heat insulating container 31. The magnitude of this temperature loss (cooling heat loss) increases as the gas transport distance between the heat insulating container 31 and the spray nozzle 51 increases. Therefore, in order to reduce the temperature loss, it is desirable to install the heat insulating container 31 as close to the spray nozzle 51 as possible.

しかし、スプレーノズル51は、質量分析装置に付属する形で設置されて使用されるものであるため、そのスプレーノズル51の周辺はスペース制約が厳しく、液体窒素32と熱交換器26を収容するような断熱容器31を設置するスペース余裕はほとんどない。このため、断熱容器31をスプレーノズル51に近接して配置すると、断熱容器31の形状やサイズに大きな制約が生じてしまう。つまり、スプレー用ガスの温度損失を低減させようとすると、設計の自由度が著しく阻害されてしまうという背反する問題が生じる。   However, since the spray nozzle 51 is installed and used in a form attached to the mass spectrometer, the space around the spray nozzle 51 is severely limited, so that the liquid nitrogen 32 and the heat exchanger 26 are accommodated. There is almost no room to install a heat insulating container 31. For this reason, if the heat insulation container 31 is disposed close to the spray nozzle 51, the shape and size of the heat insulation container 31 are greatly restricted. That is, when trying to reduce the temperature loss of the spray gas, there arises a contradictory problem that the degree of freedom of design is significantly hindered.

(b)スプレーノズルから噴霧されるガスの温度は被験試料のイオン化効率に大きく影響する。そのガスの最適温度は試料ごとに異なる。このため、スプレー用ガスの温度は、スプレーノズル51の手前で試料に応じた最適温度に加温調節される。この加温調節は電熱ヒータ42と温度センサ43を用いて行われる。   (B) The temperature of the gas sprayed from the spray nozzle greatly affects the ionization efficiency of the test sample. The optimum temperature of the gas varies from sample to sample. For this reason, the temperature of the spray gas is adjusted to an optimum temperature according to the sample before the spray nozzle 51. This heating adjustment is performed using an electric heater 42 and a temperature sensor 43.

この加温調節を確実に行わせるためには、ガス輸送中での温度損失の大きさおよび温度変動を見込んでスプレー用ガスの冷却を行う必要がある。スプレー用ガスの冷却は、上述したように、液体窒素32中で行われる、その冷却量は、ガス流量、配管の熱伝導率、熱交換効率などによって決定されるが、これらのパラメータを可変操作して冷却量を制御することは、極めて困難である。   In order to reliably perform this heating adjustment, it is necessary to cool the spray gas in consideration of the magnitude of temperature loss and temperature fluctuation during gas transportation. As described above, the cooling of the spray gas is performed in the liquid nitrogen 32. The amount of cooling is determined by the gas flow rate, the thermal conductivity of the pipe, the heat exchange efficiency, etc. Therefore, it is extremely difficult to control the cooling amount.

このため、スプレー用ガスの温度制御は、スプレーノズル51手前の加温調節で行うしかない。この加温調節を確実に行わせるためには、加温調節される前のスプレー用ガスが設定温度よりも常に低温となるように冷却されていなければならない。   For this reason, the temperature control of the spray gas can only be performed by adjusting the temperature before the spray nozzle 51. In order to ensure the warming adjustment, the spray gas before the warming adjustment must be cooled so that it is always lower than the set temperature.

このため、熱交換器26でのガス冷却は、ガス輸送中の不確定な温度損失および設定温度の変更等を見込んで、どのような場合でも常に過剰となるように行われる。このため、設定温度よりも著しく過剰に冷却されたガスを加温調節しなければならない場合が生じる。この場合は、加温負荷が著しく増大し、電熱ヒータの消費電力が大きくなるとともに、安定かつ高精度な温度制御が困難になるといった問題が生じる。   For this reason, the gas cooling in the heat exchanger 26 is performed so as to be always excessive in any case in anticipation of indeterminate temperature loss during gas transportation, a change in the set temperature, and the like. For this reason, there are cases where it is necessary to adjust the temperature of the gas that has been cooled excessively more than the set temperature. In this case, the heating load is remarkably increased, the power consumption of the electric heater is increased, and stable and highly accurate temperature control becomes difficult.

(c)熱交換器26は、上記のような過剰冷却を行うために十分に大きな冷却容量を持つ必要がある。このために、熱交換器26が大型化し、これ伴って断熱容器31も大型化して、装置全体のサイズが大規模化してしまうという問題もあった。   (C) The heat exchanger 26 needs to have a sufficiently large cooling capacity in order to perform overcooling as described above. For this reason, there is a problem that the heat exchanger 26 is increased in size, and the heat insulating container 31 is increased in size, and the size of the entire apparatus is increased.

(d)スプレー用ガスには通常、窒素ガスが使用されるが、使用量が多いことから、一般的には窒素ガス発生装置が使用される。この場合のガス純度は99%程度であり、露天が十分に低くない場合は、液体窒素32中の熱交換器26内配管を通過中に水分が凝結・凍結して配管内に蓄積されることよりガスの流れが妨害され、安定動作が困難となる。この場合、凍結した水分を除去しなければならない。   (D) Nitrogen gas is normally used as the spray gas, but since a large amount is used, a nitrogen gas generator is generally used. In this case, the gas purity is about 99%, and when the open air is not sufficiently low, moisture condenses and freezes while passing through the pipe in the heat exchanger 26 in the liquid nitrogen 32 and accumulates in the pipe. Further, the gas flow is obstructed and stable operation becomes difficult. In this case, the frozen water must be removed.

しかし、その除去作業は、液体窒素32が入った断熱容器31から熱交換器26を含むすべての配管を取り出すか、あるいは断熱容器31内の液体窒素32をすべて除去しないと行うことができないので、非常に面倒であるとともに、その作業のために装置の稼動を長時間停止させなければならなかった。つまり、熱交換器26の保守性が悪いという問題があった。   However, the removal operation cannot be performed unless all the piping including the heat exchanger 26 is taken out from the heat insulating container 31 containing the liquid nitrogen 32 or all the liquid nitrogen 32 in the heat insulating container 31 is removed. It was very troublesome and the operation of the apparatus had to be stopped for a long time for the work. That is, there is a problem that the maintainability of the heat exchanger 26 is poor.

本発明は以上のような問題を鑑みてなされたものであって、その目的は、スプレー用ガスの温度損失を低減させることと設計の自由度を高めることとを両立させること、スプレー用ガスを設定温度に加温調節する電熱ヒータの消費電力低減と安定かつ高精度な温度制御を可能にすること、装置全体のサイズ規模を小型化すること、保守性を高めること、これらを互いに背反することなく、達成することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce both the temperature loss of the spray gas and increase the degree of freedom in design, and to improve the spray gas. Reduce power consumption and stable and highly accurate temperature control of the electric heater that adjusts the temperature to the set temperature, reduce the overall size of the device, improve maintainability, and contradict each other Not to achieve.

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。   Other objects and configurations of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本発明が提供する手段は次のとおりである。   Means provided by the present invention are as follows.

(1)スプレーノズルに、冷却と加温によって乾燥および温度調節されたスプレー用ガスを供給することにより、上記スプレーノズルに導入された被験試料を所定温度で噴霧してイオン化させる質量分析用試料スプレー装置において、冷却用液体窒素を収容する断熱容器と、上記スプレーノズルに近接して設置された熱交換器と、上記断熱容器内の液体窒素を上記熱交換器の冷却流路に導く断熱配管と、上記熱交換器の被冷却流路にスプレー用ガスを供給するガス供給手段と、上記被冷却流路で冷却されたガスを上記スプレーノズルの直前で任意の設定温度に加温する可変加温手段とを備えたことを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (1) A sample spray for mass spectrometry in which a test gas introduced into the spray nozzle is sprayed and ionized at a predetermined temperature by supplying a spray gas dried and temperature-controlled by cooling and heating to the spray nozzle. In the apparatus, a heat insulating container for storing the cooling liquid nitrogen, a heat exchanger installed in the vicinity of the spray nozzle, and a heat insulating pipe for guiding the liquid nitrogen in the heat insulating container to the cooling flow path of the heat exchanger. A gas supplying means for supplying a gas for spraying to the channel to be cooled of the heat exchanger; and variable heating for heating the gas cooled in the channel to be cooled to an arbitrary set temperature just before the spray nozzle. And a sample spray apparatus for mass spectrometry.

(2)上記手段(1)において、上記断熱配管が、液体窒素の輸送管をフレキシブルな外套管で囲んだ真空断熱管を用いて構成されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (2) In the above means (1), a sample spray apparatus for mass spectrometry, wherein the heat insulation pipe is constituted by using a vacuum heat insulation pipe in which a liquid nitrogen transport pipe is surrounded by a flexible outer tube.

(3)上記手段(1)または(2)において、上記熱交換器と上記可変加温手段が構造上一体化されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (3) The sample spray apparatus for mass spectrometry, wherein the heat exchanger and the variable heating means are structurally integrated in the means (1) or (2).

(4)上記手段(1)〜(3)のいずれかにおいて、上記熱交換器と上記可変加温手段が上記スプレーノズルと構造上一体化されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (4) In any one of the means (1) to (3), the heat exchanger and the variable heating means are structurally integrated with the spray nozzle. .

(5)上記手段(1)〜(4)のいずれかにおいて、上記熱交換器での液体窒素流量を制御する流量制御弁を設けたことを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (5) The sample spray apparatus for mass spectrometry according to any one of the means (1) to (4), wherein a flow rate control valve for controlling a flow rate of liquid nitrogen in the heat exchanger is provided.

(6)上記手段(1)〜(5)のいずれかにおいて、上記熱交換器は、内筒と外筒が同軸状に配置されるとともに両筒の間に環状断面流路が形成される多重筒によって形成され、外筒はスプレー用ガスを上記環状断面流路の一端から他端へ通過させるように形成され、内筒は蛇腹状凹凸による放熱部が形成されるとともに上記断熱配管を通して供給された液体窒素を筒内で筒長方向で循環させる導入管および導出管が設けられていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   (6) In any one of the above means (1) to (5), the heat exchanger is a multiplex in which the inner cylinder and the outer cylinder are arranged coaxially and an annular cross-sectional flow path is formed between the two cylinders. The outer cylinder is formed so as to allow the spray gas to pass from one end to the other end of the annular cross-section flow path, and the inner cylinder is supplied through the heat insulating pipe with a heat radiating portion formed by bellows-like irregularities. A sample spray apparatus for mass spectrometry, characterized in that an introduction pipe and a lead-out pipe for circulating liquid nitrogen in the cylinder in the cylinder length direction are provided.

スプレー用ガスの温度損失を低減させることと設計の自由度を高めることとを両立させること、スプレー用ガスを設定温度に加温調節する電熱ヒータの消費電力低減と安定かつ高精度な温度制御を可能にすること、装置全体のサイズ規模を小型化すること、保守性を高めること、これらを互いに背反することなく、達成することができる。   Reducing the temperature loss of the spray gas and increasing the degree of freedom of design, reducing the power consumption of the electric heater that adjusts the temperature of the spray gas to the set temperature, and stable and highly accurate temperature control It can be achieved, the overall size of the apparatus can be reduced, the maintainability can be improved, and these can be achieved without contradicting each other.

これにより、多種多様な被験試料の質量分析を適正かつ効率良く行わせることが可能になり、たとえば質量分析器をクロマトグラフと組合せて使用する場合に、時々刻々変化する試料種別に応じて最適のスプレー条件を連続的に可変設定することも可能になる。   This makes it possible to perform mass analysis of a wide variety of test samples in an appropriate and efficient manner.For example, when a mass analyzer is used in combination with a chromatograph, it is optimal for the sample type that changes from moment to moment. It is also possible to variably set the spray conditions continuously.

上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。  Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

図1は、本発明による質量分析用試料スプレー装置の一実施形態を概略系統図によって示す。   FIG. 1 is a schematic system diagram showing an embodiment of a sample spray apparatus for mass spectrometry according to the present invention.

同図に示す質量分析用試料スプレー装置20は、スプレーノズル51に、冷却と加温によって乾燥および温度調節されたスプレー用ガスを供給することにより、スプレーノズル51に導入された被験試料を所定温度で噴霧してイオン化させるものであって、たとえば蛋白質、核酸などの生体高分子などの被験試料を破壊することなく質量分析にかける場合に用いられる。   The mass spectrometric sample spray apparatus 20 shown in FIG. 1 supplies the spray nozzle 51 with a spray gas dried and temperature-controlled by cooling and warming, so that the test sample introduced into the spray nozzle 51 is heated to a predetermined temperature. And is used for mass spectrometry without destroying a test sample such as a biopolymer such as protein or nucleic acid.

この実施形態の質量分析用試料スプレー装置20はエレクトロスプレーイオン化装置として構成され、スプレー用ガス供給源21、真空断熱容器(デュアービン)31、真空断熱配管35、熱交換器36、温度調節装置40、スプレーノズル51などにより構成されている。
スプレー用ガス供給源21には窒素ガス発生装置が使用されている。このガス供給源21から高圧の窒素ガスが流量制御弁22および熱交換器36を介してスプレーノズル51にスプレー用ガス(ネブライジングガス)として供給されるようになっている。
The sample spray apparatus 20 for mass spectrometry of this embodiment is configured as an electrospray ionization apparatus, and includes a gas supply source 21 for spraying, a vacuum heat insulating container (Durbin) 31, a vacuum heat insulating pipe 35, a heat exchanger 36, a temperature control device 40, It consists of a spray nozzle 51 and the like.
A nitrogen gas generator is used as the spray gas supply source 21. High-pressure nitrogen gas is supplied as a spray gas (nebulizing gas) from the gas supply source 21 to the spray nozzle 51 through the flow control valve 22 and the heat exchanger 36.

真空断熱容器31には液体窒素32が収容され、この液体窒素32には真空断熱配管35の輸送管33が挿入されている。真空断熱配管35は、液体窒素32の輸送管(可撓チューブ)33をフレキシブルな外套管34で囲んだ二重管構造であって、両管33,34の間は真空断熱されている。この真空断熱配管35によって容器31内の液体窒素32を熱交換器36へ輸送する。   Liquid nitrogen 32 is accommodated in the vacuum heat insulation container 31, and a transport pipe 33 of a vacuum heat insulation pipe 35 is inserted into the liquid nitrogen 32. The vacuum heat insulating pipe 35 has a double pipe structure in which a transport pipe (flexible tube) 33 for liquid nitrogen 32 is surrounded by a flexible outer tube 34, and the two pipes 33 and 34 are vacuum insulated. The liquid nitrogen 32 in the container 31 is transported to the heat exchanger 36 by the vacuum insulation pipe 35.

熱交換器36は温度調節装置40と同一のケーシングあるいはベース部材に設置されて構造上一体化された状態で、スプレーノズル51の直前に近接設置されている。この熱交換器36は、液体窒素とスプレー用ガス間での熱交換を行わせるための冷却流路と被冷却流路を有する。   The heat exchanger 36 is installed on the same casing or base member as that of the temperature control device 40 and is structurally integrated, and is installed close to the spray nozzle 51. The heat exchanger 36 has a cooling channel and a channel to be cooled for performing heat exchange between the liquid nitrogen and the spray gas.

熱交換器36の冷却流路は、流入側が断熱配管35に接続され、流出側がガス流量制御弁37を介して吸引ポンプ38に接続されていて、真空断熱容器31内の液体窒素32が断熱配管35を介して所定流量で流れるようになっている。冷却媒体である液体窒素は熱交換により気化し、ガス流量制御弁37を介して吸引ポンプ38により吸引・排気される。液体窒素の流量すなわち冷却量は、ガス流量制御弁37での流量調節により可変制御することができる。   The cooling channel of the heat exchanger 36 has an inflow side connected to the heat insulation pipe 35, and an outflow side connected to the suction pump 38 via the gas flow rate control valve 37, so that the liquid nitrogen 32 in the vacuum heat insulation container 31 is insulated from the heat insulation pipe 31. It flows through a predetermined flow rate through 35. Liquid nitrogen as a cooling medium is vaporized by heat exchange, and is sucked and exhausted by a suction pump 38 through a gas flow rate control valve 37. The flow rate of the liquid nitrogen, that is, the cooling amount can be variably controlled by adjusting the flow rate at the gas flow rate control valve 37.

熱交換器36の被冷却流路には、スプレー用ガス供給源21から発生されるスプレー用ガス(乾燥窒素ガス)がガス流量制御弁22を介して導入される。導入されたガスは、冷却流路の液体窒素と熱交換されることにより冷却される。冷却されたスプレー用ガスは直ちに、温度調節装置40によって設定温度に加温調節される。   A spray gas (dry nitrogen gas) generated from the spray gas supply source 21 is introduced into the channel to be cooled of the heat exchanger 36 via the gas flow rate control valve 22. The introduced gas is cooled by exchanging heat with liquid nitrogen in the cooling channel. The cooled spray gas is immediately heated to the set temperature by the temperature adjusting device 40.

温度調節装置40は可変加温手段をなすものであって、温度制御装置41、電熱ヒータ42、および温度センサ43を有し、スプレーノズル51に供給されるガスが設定温度となるような温度フィードバック制御を行いながら加温する。   The temperature adjusting device 40 constitutes a variable heating means, and includes a temperature control device 41, an electric heater 42, and a temperature sensor 43, and temperature feedback such that the gas supplied to the spray nozzle 51 becomes a set temperature. Warm while controlling.

高圧のスプレー用ガスは、上述した冷却手段と加温手段によって所定の設定温度に調温されるとともに乾燥されてスプレーノズル51に供給される。スプレーノズル51には、図示を省略するが、高圧電界が印加されているとともに、試料供給源60から試料溶液が供給されるようになっている。この試料溶液はスプレー用ガス流とともにスプレーノズル51から噴霧される。この噴霧の過程で試料の溶媒が気化・分離されるとともに、試料がイオン化されて質量分析装置10に導入される。   The high-pressure spraying gas is adjusted to a predetermined set temperature by the cooling means and the heating means described above, dried, and supplied to the spray nozzle 51. Although not shown, the spray nozzle 51 is supplied with a high-voltage electric field and a sample solution from a sample supply source 60. The sample solution is sprayed from the spray nozzle 51 together with the spray gas flow. During the spraying process, the solvent of the sample is vaporized and separated, and the sample is ionized and introduced into the mass spectrometer 10.

上述した装置20では、熱交換器36が、液体窒素32が入った断熱容器31内ではなく、スプレーノズル51に近接して設置されているが、これにより、液体窒素で冷却されたスプレー用ガスが外気(環境温度)で温められることによる温度損失および温度変動を従来よりも大幅に小さくすることができる。   In the apparatus 20 described above, the heat exchanger 36 is installed not in the heat insulating container 31 containing the liquid nitrogen 32 but in the vicinity of the spray nozzle 51, so that the spray gas cooled by the liquid nitrogen can be obtained. The temperature loss and temperature fluctuation caused by being heated by the outside air (environmental temperature) can be made much smaller than before.

断熱容器31内の液体窒素32は真空断熱管35によって熱交換器36の冷却流路に導かれるため、その断熱容器31は熱交換器36に近接して配置する必要がなく、任意位置に設置することができる。これにより、断熱容器31の形状やサイズに制約が生ぜず、スプレー用ガスの温度損失を低減させることと設計の自由度を高めることとを両立して達成させることが可能になっている。   Since the liquid nitrogen 32 in the heat insulating container 31 is guided to the cooling flow path of the heat exchanger 36 by the vacuum heat insulating pipe 35, the heat insulating container 31 does not need to be disposed close to the heat exchanger 36 and is installed at an arbitrary position. can do. Thereby, there is no restriction on the shape and size of the heat insulating container 31, and it is possible to achieve both the reduction of the temperature loss of the spray gas and the increase in the degree of freedom of design.

スプレー用ガスは、いったん冷却したガスを加温することによって被験試料に応じた設定温度に調節されるが、上記のように、本発明では冷却後の温度損失および温度変動を小さくすることができるので、過剰冷却量を従来よりも大幅に小さくすることができる。これにより、加温負荷が軽減されて、電熱ヒータの消費電力を低減させることができるとともに、温度制御を安定かつ高精度に行わせることができるようになる。   The spray gas is adjusted to a set temperature according to the test sample by heating the gas once cooled. However, as described above, the temperature loss and temperature fluctuation after cooling can be reduced in the present invention. Therefore, the amount of excessive cooling can be significantly reduced as compared with the conventional case. Thereby, the heating load is reduced, the power consumption of the electric heater can be reduced, and the temperature control can be performed stably and with high accuracy.

上記により、加温調節前の温度と設定温度との間の温度幅を小さくできるが、これにより、その設定温度に加温調節されるまでの制御応答性を向上させることができる。さらに、上記実施形態では、熱交換器36での液体窒素流量を制御する流量制御弁37を設けてあるが、この流量制御弁37の制御流量を温度調節制御に連動する形で可変制御することにより、冷却量を簡単かつ迅速に可変制御することが可能になる。   As described above, the temperature range between the temperature before the temperature adjustment and the set temperature can be reduced, but this makes it possible to improve the control response until the temperature is adjusted to the set temperature. Furthermore, in the above embodiment, the flow control valve 37 for controlling the flow rate of liquid nitrogen in the heat exchanger 36 is provided. However, the control flow rate of the flow control valve 37 is variably controlled in conjunction with the temperature adjustment control. This makes it possible to variably control the cooling amount easily and quickly.

これにより、設定温度の可変範囲(ダイナミックレンジ)を拡大できるとともに、どの設定温度でも円滑かつ迅速に温度調節を行わせることが可能になる。したがって、たとえば質量分析器をクロマトグラフと組合せて使用する場合に、時々刻々変化する試料種別に応じて最適のスプレー条件を連続的に可変設定することが可能になる、という効果が得られる。   As a result, the variable range (dynamic range) of the set temperature can be expanded, and the temperature can be adjusted smoothly and quickly at any set temperature. Therefore, for example, when a mass spectrometer is used in combination with a chromatograph, it is possible to obtain an effect that the optimum spray conditions can be continuously variably set according to the sample type that changes every moment.

また、上記により、熱交換器36の冷却容量は従来よりも大幅に小さくすることができる。これにより、熱交換器36の小型化および構造の単純化が可能になり、装置全体のサイズ規模も小型化することができる。   In addition, due to the above, the cooling capacity of the heat exchanger 36 can be significantly reduced as compared with the conventional case. As a result, the heat exchanger 36 can be downsized and the structure thereof can be simplified, and the overall size of the apparatus can be reduced.

熱交換器36内にはスプレー用ガスの水分が凝結・凍結するが、本発明の装置では、上記のように、熱交換器36の小型化および構造の単純化により、凍結によるガス流の妨げは従来よりも低頻度にすることができる。   The moisture of the spray gas condenses and freezes in the heat exchanger 36. However, in the apparatus of the present invention, as described above, the heat exchanger 36 is miniaturized and the structure is simplified, thereby preventing the gas flow due to freezing. Can be made less frequent than before.

凍結によるガス流障害が生じた場合でも、液体窒素32の供給を止めることにより、除去作業は簡単かつ短時間に行わせることができる。つまり、保守性にすぐれている。   Even when a gas flow failure occurs due to freezing, the removal operation can be performed easily and in a short time by stopping the supply of the liquid nitrogen 32. In other words, it has excellent maintainability.

以上のように、上述した実施形態の質量分析用試料スプレー装置20は、冷却用液体窒素32を収容する断熱容器31、スプレーノズル51に近接して設置された熱交換器36、断熱容器31内の液体窒素32を熱交換器36の冷却流路に導く断熱配管35、熱交換器36の被冷却流路にスプレー用ガスを供給するガス供給源21、熱交換器36の被冷却流路で冷却されたガスをスプレーノズル51の直前で任意の設定温度に加温する温度調節装置40により、スプレー用ガスの温度損失を低減させることと設計の自由度を高めることとを両立させること、スプレー用ガスを設定温度に加温調節する電熱ヒータの消費電力低減と安定かつ高精度な温度制御を可能にすること、装置全体のサイズ規模を小型化すること、保守性を高めること、これらを互いに背反することなく、達成することができる。   As described above, the sample spray device for mass spectrometry 20 according to the above-described embodiment includes the heat insulating container 31 that stores the cooling liquid nitrogen 32, the heat exchanger 36 that is installed in the vicinity of the spray nozzle 51, and the heat insulating container 31. In the heat insulating pipe 35 that leads the liquid nitrogen 32 to the cooling flow path of the heat exchanger 36, the gas supply source 21 that supplies the spray gas to the cooled flow path of the heat exchanger 36, and the cooled flow path of the heat exchanger 36. The temperature adjustment device 40 that heats the cooled gas to an arbitrary set temperature immediately before the spray nozzle 51 makes it possible to reduce both the temperature loss of the spray gas and increase the degree of design freedom. To reduce the power consumption and stable and highly accurate temperature control of the electric heater that adjusts the temperature of the working gas to the set temperature, to reduce the overall size of the device, to improve maintainability, Without contradictory Luo each other, it can be achieved.

これにより、多種多様な被験試料の質量分析を適正かつ効率良く行わせることが可能になり、たとえば質量分析器をクロマトグラフと組合せて使用する場合に、時々刻々変化する試料種別に応じて最適のスプレー条件を連続的に可変設定することができる。   This makes it possible to perform mass analysis of a wide variety of test samples in an appropriate and efficient manner.For example, when a mass analyzer is used in combination with a chromatograph, it is optimal for the sample type that changes from moment to moment. Spray conditions can be continuously variably set.

また、断熱配管35として、液体窒素の輸送管33をフレキシブルな外套管34で囲んだ真空断熱管を用いることにより、断熱容器31と熱交換器36間の距離が離れていても、熱交換器36での冷却に必要な液体窒素を無駄なく供給することができる。   Moreover, even if the distance between the heat insulation container 31 and the heat exchanger 36 is separated by using a vacuum heat insulation pipe in which the liquid nitrogen transport pipe 33 is surrounded by a flexible outer tube 34 as the heat insulation pipe 35, the heat exchanger Liquid nitrogen required for cooling at 36 can be supplied without waste.

熱交換器36での液体窒素流量を制御する流量制御弁37を設けたことにより、冷却量の可変制御を円滑かつ迅速に行うことができる。流量制御弁37を温度調節装置40の制御に連動させれば、冷却量と加温量の最適化制御により、液体窒素の消費量と電熱ヒータの消費電力を共に最小化するとともに、温度調節の設定範囲を大幅に拡大することができる。   By providing the flow rate control valve 37 for controlling the liquid nitrogen flow rate in the heat exchanger 36, variable control of the cooling amount can be performed smoothly and quickly. If the flow control valve 37 is linked to the control of the temperature control device 40, the amount of liquid nitrogen and the power consumption of the electric heater are both minimized by the optimization control of the cooling amount and the heating amount. The setting range can be greatly expanded.

さらに、熱交換器36と温度調節装置40とが構造上一体化されることにより、熱交換器36で冷却されたスプレー用ガスが外気によって暖められる温度損失を最小限に抑えることができ、これにより、上記効果をさらに高めることができる。   Furthermore, since the heat exchanger 36 and the temperature control device 40 are structurally integrated, the temperature loss at which the spray gas cooled by the heat exchanger 36 is heated by the outside air can be minimized. Thus, the above effect can be further enhanced.

図2は、熱交換器36と温度調節装置40とスプレーノズル51を構造上一体化した実施形態を示す。同図に模式的に示すように、熱交換器36と温度調節装置40とスプレーノズル51は、同一のケーシングに集約して構造上一体化されることができる。   FIG. 2 shows an embodiment in which the heat exchanger 36, the temperature adjusting device 40, and the spray nozzle 51 are structurally integrated. As schematically shown in the figure, the heat exchanger 36, the temperature control device 40, and the spray nozzle 51 can be integrated into a single casing in a structural manner.

上記の構成によれば、スプレー用ガスの温度損失をさらに低減させるとともに、その温度調節の制御精度および応答性も一層向上させることができる。   According to the above configuration, the temperature loss of the spray gas can be further reduced, and the control accuracy and responsiveness of the temperature adjustment can be further improved.

図3は、上記熱交換器36の具体的実施例を示す。同図に示す熱交換器36は、内筒362と外筒361からなり、外筒361の先端に細径筒部が軸方向に延長され、この延長筒部の外側に電熱ヒータ42が環状に取り巻く形で設けられている。   FIG. 3 shows a specific embodiment of the heat exchanger 36. The heat exchanger 36 shown in the figure is composed of an inner cylinder 362 and an outer cylinder 361. A small-diameter cylinder portion is extended in the axial direction at the tip of the outer cylinder 361, and an electric heater 42 is annularly formed outside the extension cylinder portion. It is provided in a surrounding form.

内筒362と外筒361は同軸状に配置されて多重(二重)筒を形成する。両筒362,361の間には環状断面の流路が形成されている。外筒361はスプレー用ガスを環状断面流路の一端から他端へ通過させるように形成されている。内筒362は蛇腹状凹凸による放熱部が形成されるとともに、上記断熱配管35を通して供給された液体窒素を筒362内で筒長方向に循環させる導入管363および導出管364が設けられている。   The inner cylinder 362 and the outer cylinder 361 are arranged coaxially to form a multiple (double) cylinder. Between both the cylinders 362 and 361, a channel having an annular cross section is formed. The outer cylinder 361 is formed so as to allow the spray gas to pass from one end of the annular cross-section flow path to the other end. The inner cylinder 362 is provided with a heat radiating portion having bellows-like irregularities, and provided with an introduction pipe 363 and an outlet pipe 364 for circulating liquid nitrogen supplied through the heat insulating pipe 35 in the cylinder 362 in the cylinder length direction.

この実施例の熱交換器36は、スプレー用ガスの流れ方向が筒軸方向にほぼ一定なのでガスの流れが円滑であり、また、内筒362の蛇腹状凹凸によって広い放熱面積(熱伝導面積)が確保されているので熱交換効率も良好であるという利点を有する。さらに、構造が単純なので、水分の凍結によるガス流の阻害が生じにくく、仮に生じたとしても簡単に除去できる。いわゆる保守性が良好である。   In the heat exchanger 36 of this embodiment, the flow direction of the spray gas is substantially constant in the cylinder axis direction, so that the gas flow is smooth, and the heat radiation area (heat conduction area) is wide due to the bellows-like irregularities of the inner cylinder 362. Has the advantage that the heat exchange efficiency is also good. Furthermore, since the structure is simple, the gas flow is hardly inhibited by freezing of moisture, and even if it occurs, it can be easily removed. So-called maintainability is good.

図4は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、ガスの冷却および加温機構が2系統設けられている。第1の系統ではスプレーノズル51へ設定温度のスプレー用ガスを供給し、第2の系統ではイオン導入チューブ71の導入口部分に必要な乾燥ガスを供給する。イオン導入チューブ71は電熱ヒータ72と温度センサ73を用いて所定温度にフィードバック温度制御されるようになっている。スプレーノズル51から噴霧された試料は、イオン導入チューブ71を介して後続機器である質量分析装置10に導入される。   FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, two systems for gas cooling and heating are provided. In the first system, a spray gas having a set temperature is supplied to the spray nozzle 51, and in the second system, a necessary dry gas is supplied to the introduction port portion of the ion introduction tube 71. The ion introduction tube 71 is feedback-controlled to a predetermined temperature using an electric heater 72 and a temperature sensor 73. The sample sprayed from the spray nozzle 51 is introduced into the mass spectrometer 10 as a subsequent device via the ion introduction tube 71.

第1の系統は、前述した実施形態と同様、スプレー用ガス供給源21、ガス流量制御弁22A、真空断熱容器(デュアービン)31、真空断熱配管35A、熱交換器36A、ガス流量制御弁36A、吸引ポンプ38、温度調節装置40Aを有し、冷却と加温によって温度調節されたガスをスプレーノズル51に供給する。   As in the above-described embodiment, the first system includes a spray gas supply source 21, a gas flow rate control valve 22A, a vacuum heat insulation container (Duerbin) 31, a vacuum heat insulation pipe 35A, a heat exchanger 36A, a gas flow rate control valve 36A, It has a suction pump 38 and a temperature adjusting device 40A, and supplies the gas whose temperature is adjusted by cooling and heating to the spray nozzle 51.

第2の系統は、スプレー用ガス供給源21、真空断熱容器31および吸引ポンプ38を第1の系統と共通に使用し、これにガス流量制御弁22B、真空断熱配管35B、熱交換器36B、ガス流量制御弁36B、温度調節装置40Bを設けることにより、所定温度の乾燥ガスをイオン導入チューブ71の導入口部分に供給する。   The second system uses the spray gas supply source 21, the vacuum insulation container 31 and the suction pump 38 in common with the first system, and includes a gas flow rate control valve 22B, a vacuum insulation pipe 35B, a heat exchanger 36B, By providing the gas flow rate control valve 36 </ b> B and the temperature adjustment device 40 </ b> B, a dry gas having a predetermined temperature is supplied to the introduction port portion of the ion introduction tube 71.

上記装置でも、スプレー用ガス、乾燥ガス共に、−150℃付近から+200℃程度の広い範囲で高安定の温度制御が可能である。また、コールドスプレー等の低温使用後は、イオン導入口付近に吸着された不純物を、イオン導入用チューブ71に装着されたヒータ72で加熱することにより除去させることができる。この加熱処理の後、イオン導入用チューブ71は極低温の乾燥ガスを供給することにより急速に冷却させることができるので、次の測定を迅速に行わせることが可能である。   Even in the above apparatus, highly stable temperature control is possible over a wide range from about −150 ° C. to about + 200 ° C. for both the spraying gas and the drying gas. In addition, after low temperature use such as cold spraying, impurities adsorbed near the ion introduction port can be removed by heating with a heater 72 attached to the ion introduction tube 71. After this heat treatment, the ion introduction tube 71 can be rapidly cooled by supplying a cryogenic drying gas, so that the next measurement can be performed quickly.

このように、本発明の装置20は、液体窒素32が入った真空断熱容器31および吸引ポンプ38を共通に使用して、複数系統のガス供給系統を構築することが可能である。   Thus, the apparatus 20 of the present invention can construct a plurality of gas supply systems by using the vacuum heat insulating container 31 containing the liquid nitrogen 32 and the suction pump 38 in common.

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、スプレー用ガスは窒素ガス以外の不活性ガスであってもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the typical Example, this invention can have various aspects other than having mentioned above. For example, the spray gas may be an inert gas other than nitrogen gas.

被験試料を所定温度で噴霧してイオン化させる質量分析用試料スプレー装置において、スプレー用ガスの温度損失を低減させることと設計の自由度を高めることとを両立させること、スプレー用ガスを設定温度に加温調節する電熱ヒータの消費電力低減と安定かつ高精度な温度制御を可能にすること、装置全体のサイズ規模を小型化すること、保守性を高めること、これらを互いに背反することなく、達成することができる。   In a sample spray apparatus for mass spectrometry that sprays and ionizes a test sample at a predetermined temperature, reducing both the temperature loss of the spray gas and increasing the degree of design freedom, and setting the spray gas to the set temperature Achieved reduction in power consumption and stable and highly accurate temperature control of the electric heater that controls heating, downsizing of the overall size of the device, improvement of maintainability, without contradicting each other can do.

これにより、多種多様な被験試料の質量分析を適正かつ効率良く行わせることが可能になり、たとえば質量分析器をクロマトグラフと組合せて使用する場合に、時々刻々変化する試料種別に応じて最適のスプレー条件を連続的に可変設定することも可能になる。   This makes it possible to perform mass analysis of a wide variety of test samples in an appropriate and efficient manner.For example, when a mass analyzer is used in combination with a chromatograph, it is optimal for the sample type that changes from moment to moment. It is also possible to variably set the spray conditions continuously.

本発明による質量分析用試料スプレー装置の一実施形態を示す概略系統図である。1 is a schematic system diagram showing an embodiment of a sample spray apparatus for mass spectrometry according to the present invention. 本発明に係る熱交換器と温度調節器とスプレーノズルの構成例を示す模式化図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the heat exchanger which concerns on this invention, a temperature regulator, and a spray nozzle. 本発明に係る熱交換器の構成例を示す省略断面図である。It is an abbreviated sectional view showing an example of composition of a heat exchanger concerning the present invention. 本発明による質量分析用試料スプレー装置の一実施形態を示す概略系統図である。1 is a schematic system diagram showing an embodiment of a sample spray apparatus for mass spectrometry according to the present invention. 従来の質量分析用試料スプレー装置の構成を示す概略系統図である。It is a schematic system diagram which shows the structure of the conventional sample spray apparatus for mass spectrometry.

符号の説明Explanation of symbols

10 質量分析装置
20 質量分析用試料スプレー装置
21 スプレー用ガス供給源
22 ガス流量制御弁
31 真空断熱容器(デュアービン)
32 液体窒素
33 輸送管
34 外套管
35 真空断熱配管
36 熱交換器
361 外筒
362 内筒
363 導入管
364 導出管
37 ガス流量制御弁
38 吸引ポンプ
40 温度調節装置(可変加温手段)
41 温度制御装置
42 電熱ヒータ
43 温度センサ
51 エレクトロスプレー
60 試料供給源
71 イオン導入チューブ
72 電熱ヒータ
73 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mass spectrometer 20 Sample spray apparatus for mass spectrometry 21 Gas supply source for spray 22 Gas flow control valve 31 Vacuum insulated container (Durbin)
32 Liquid nitrogen 33 Transport pipe 34 Outer tube 35 Vacuum heat insulation pipe 36 Heat exchanger 361 Outer cylinder 362 Inner cylinder 363 Introduction pipe 364 Outlet pipe 37 Gas flow control valve 38 Suction pump 40 Temperature control device (variable heating means)
41 Temperature Controller 42 Electric Heater 43 Temperature Sensor 51 Electrospray 60 Sample Supply Source 71 Iontophoresis Tube 72 Electric Heater 73 Temperature Sensor

Claims (6)

スプレーノズルに、冷却と加温によって乾燥および温度調節されたスプレー用ガスを供給することにより、上記スプレーノズルに導入された被験試料を所定温度で噴霧してイオン化させる質量分析用試料スプレー装置において、冷却用液体窒素を収容する断熱容器と、上記スプレーノズルに近接して設置された熱交換器と、上記断熱容器内の液体窒素を上記熱交換器の冷却流路に導く断熱配管と、上記熱交換器の被冷却流路にスプレー用ガスを供給するガス供給手段と、上記被冷却流路で冷却されたガスを上記スプレーノズルの直前で任意の設定温度に加温する可変加温手段とを備えたことを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   In the sample spray apparatus for mass spectrometry, spraying the test sample introduced into the spray nozzle at a predetermined temperature and ionizing the spray nozzle by supplying a spray gas dried and temperature-controlled by cooling and heating to the spray nozzle. A heat insulating container for storing liquid nitrogen for cooling; a heat exchanger installed close to the spray nozzle; a heat insulating pipe for guiding the liquid nitrogen in the heat insulating container to a cooling flow path of the heat exchanger; and the heat. A gas supply means for supplying a gas for spraying to the cooled flow path of the exchanger; and a variable heating means for heating the gas cooled in the cooled flow path to an arbitrary set temperature immediately before the spray nozzle. A sample spray device for mass spectrometry, comprising: 請求項1において、上記断熱配管が、液体窒素の輸送管をフレキシブルな外套管で囲んだ真空断熱管を用いて構成されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   2. The sample spray apparatus for mass spectrometry according to claim 1, wherein the heat insulation pipe is configured using a vacuum heat insulation pipe in which a liquid nitrogen transport pipe is surrounded by a flexible outer tube. 請求項1または2において、上記熱交換器と上記可変加温手段が構造上一体化されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   3. The sample spray apparatus for mass spectrometry according to claim 1 or 2, wherein the heat exchanger and the variable heating means are structurally integrated. 請求項1〜3のいずれかにおいて、上記熱交換器と上記可変加温手段が上記スプレーノズルと構造上一体化されていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   The sample spray apparatus for mass spectrometry according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat exchanger and the variable heating means are structurally integrated with the spray nozzle. 請求項1〜4のいずれかにおいて、上記熱交換器での液体窒素流量を制御する流量制御弁を設けたことを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   The sample spray apparatus for mass spectrometry according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flow rate control valve for controlling a flow rate of liquid nitrogen in the heat exchanger. 請求項1〜4のいずれかにおいて、上記熱交換器は、内筒と外筒が同軸状に配置されるとともに両筒の間に環状断面流路が形成される多重筒によって形成され、外筒はスプレー用ガスを上記環状断面流路の一端から他端へ通過させるように形成され、内筒は蛇腹状凹凸による放熱部が形成されるとともに上記断熱配管を通して供給された液体窒素を筒内で筒長方向で循環させる導入管および導出管が設けられていることを特徴とする質量分析用試料スプレー装置。   5. The heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is formed by a multiple cylinder in which an inner cylinder and an outer cylinder are arranged coaxially and an annular cross-sectional flow path is formed between the two cylinders. Is formed so as to allow the gas for spray to pass from one end to the other end of the annular cross-section flow path, and the inner cylinder is formed with a heat radiating portion by bellows-like irregularities and liquid nitrogen supplied through the heat insulating pipe is formed inside the cylinder. A sample spray device for mass spectrometry, characterized in that an introduction tube and a discharge tube that are circulated in a cylinder length direction are provided.
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