JP5121853B2 - Chemical substance concentration method - Google Patents

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Description

本発明は、試料気体中に含まれる種々の化学物質を効率的に濃縮する化学物質濃縮方法に関する。   The present invention relates to a chemical substance concentration method for efficiently concentrating various chemical substances contained in a sample gas.

近年、大気圧イオン化法(API ; Atmospheric pressure ionization)の登場により超微量分析が可能になった。大気圧イオン化法には主に2種類ある。   In recent years, the introduction of atmospheric pressure ionization (API) has enabled ultra-trace analysis. There are two main types of atmospheric pressure ionization.

一つはエレクトロスプレー法(ESI; Electrosprayionization)である。エレクトロスプレー法では、まず数kVの高電圧を印加したキャピラリへ試料溶液を導入する。そしてキャピラリの外側にネブライザガスを流すことにより、キャピラリ先端から試料溶液を噴霧する。このとき試料溶液は多数の帯電液滴になる。噴霧された帯電液滴は、溶媒蒸発と分裂を繰り返す。その結果として試料イオンが気相中に放出され、多くの場合ではその試料イオンを質量分析する。   One is the electrospray method (ESI). In the electrospray method, first, a sample solution is introduced into a capillary to which a high voltage of several kV is applied. A sample solution is sprayed from the tip of the capillary by flowing nebulizer gas outside the capillary. At this time, the sample solution becomes a large number of charged droplets. The sprayed charged droplets repeat solvent evaporation and splitting. As a result, sample ions are released into the gas phase, and in many cases the sample ions are mass analyzed.

もう一つは大気圧化学イオン化法(APCI; Atmospheric pressure chemical ionization)である。大気圧化学イオン化法では、まずヒータ中でネブライザガスにより試料溶液を噴霧する。そして溶媒と試料分子を気化する。次に試料分子はコロナ放電によりイオン化され、反応イオンとなる。この反応イオンと試料分子の間でプロトン授受が起こり、試料分子はプロトン付加あるいはプロトン脱離を起こしイオンとなる。   The other is atmospheric pressure chemical ionization (APCI). In the atmospheric pressure chemical ionization method, a sample solution is first sprayed with a nebulizer gas in a heater. The solvent and sample molecules are then vaporized. Next, the sample molecules are ionized by corona discharge to become reactive ions. Proton exchange occurs between the reaction ion and the sample molecule, and the sample molecule is ionized by proton addition or proton desorption.

例えば、大気圧イオン化法を用いた質量分析装置として、質量分析装置(APIMS)がある(特許文献1)。図19は特許文献1に開示されている大気圧イオン化質量分析装置を表す。   For example, as a mass spectrometer using the atmospheric pressure ionization method, there is a mass spectrometer (APIMS) (Patent Document 1). FIG. 19 shows an atmospheric pressure ionization mass spectrometer disclosed in Patent Document 1.

イオン発生部15に一次イオン発生用Arガス1が導入され、針電極19でイオン化されてNOを含まない一次イオンが生成される。一次イオンは一次イオン発生用ガスと共に混合部30に導入され、試料ガス2である乾燥空気と混合される。混合部30で乾燥空気は一次イオンによるイオン−分子反応でイオン化される。イオン化された試料ガス2は質量分析部11に導入され分析される。APIMS10により、大気や呼気に含まれるNOを分析する。 Is introduced into the ion generating section 15 is the primary ion generation Ar gas 1, primary ion free of NO x in the needle electrode 19 is ionized is generated. The primary ions are introduced into the mixing unit 30 together with the primary ion generating gas and mixed with the dry air as the sample gas 2. In the mixing unit 30, the dry air is ionized by an ion-molecule reaction caused by primary ions. The ionized sample gas 2 is introduced into the mass analyzer 11 and analyzed. By APIMS10, it analyzes the NO x contained in the air and exhalation.

従来の大気圧イオン化法は、ネブライザガスや一次イオン発生用ガスを必要とする。そのため、大気圧イオン化装置が大型になり、かつ操作が煩雑であった。そこで、大気圧イオン化装置を小型にし、かつ操作を簡便にするため、ネブライザガスや一次イオン発生用ガスを用いずに、試料分子を大気圧でイオン化する方法が考案された(特許文献2、特許文献3)。   Conventional atmospheric pressure ionization methods require a nebulizer gas and a primary ion generating gas. For this reason, the atmospheric pressure ionizer becomes large and the operation is complicated. Therefore, in order to make the atmospheric pressure ionization apparatus small and simplify the operation, a method of ionizing sample molecules at atmospheric pressure without using a nebulizer gas or a primary ion generating gas has been devised (Patent Document 2, Patent). Reference 3).

ネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスを用いない大気圧イオン化装置が、特許文献2において開示されている。この装置は、不揮発性の希薄生体分子溶液を静電噴霧することにより、ミスト中の溶媒を気化するものである。特許文献2では、静電噴霧法により基板上へ生体分子を堆積することで、希薄生体分子溶液の微量濃縮の手段として、この方法を利用できることが開示されている。   Patent Document 2 discloses an atmospheric pressure ionization apparatus that does not use a nebulizer gas and a primary ion generating gas. This device vaporizes the solvent in the mist by electrostatically spraying a nonvolatile dilute biomolecule solution. Patent Document 2 discloses that this method can be used as a means for micro-concentration of a diluted biomolecule solution by depositing biomolecules on a substrate by electrostatic spraying.

さらに、ネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスを用いない大気圧イオン化装置が、特許文献3において開示されている。放電極と、放電極に対向して位置する対向電極と、放電極に水を供給する供給手段とを備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電極に保持される水を霧化させる静電霧化装置において、水供給手段を、空気中の水分を基に放電極部分において水を生成させる水生成手段としている。   Furthermore, Patent Document 3 discloses an atmospheric pressure ionizer that does not use a nebulizer gas and a primary ion generating gas. A discharge electrode, a counter electrode positioned opposite the discharge electrode, and a supply means for supplying water to the discharge electrode are held by the discharge electrode by applying a high voltage between the discharge electrode and the counter electrode. In the electrostatic atomizer for atomizing water, the water supply means is water generation means for generating water at the discharge electrode portion based on the moisture in the air.

特開平11−273615公報(第8頁、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 11-273615 (page 8, FIG. 1) 特表2002−511792公報(第78頁、図9)JP-T-2002-511792 (page 78, FIG. 9) 特開2005−296753公報(第10頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-296753 (page 10, FIG. 1)

特許文献2および特許文献3に記載の従来装置はいずれも、ネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスを用いない大気圧イオン化装置としては優れている。しかし、試料気体中の化学物質の濃縮に従来装置を適用した場合、化学物質によっては十分な濃縮効率が得られないことがあった。特に、揮発性の化学物質において、その現象が顕著であった。   Both of the conventional apparatuses described in Patent Document 2 and Patent Document 3 are excellent as an atmospheric pressure ionization apparatus that does not use a nebulizer gas and a primary ion generating gas. However, when a conventional apparatus is applied to the concentration of a chemical substance in a sample gas, a sufficient concentration efficiency may not be obtained depending on the chemical substance. In particular, the phenomenon is remarkable in volatile chemical substances.

本発明は、上記従来技術の課題を解決し、ネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスを用いることなく、静電噴霧により、簡便かつ効率的に、試料気体中の化学物質を濃縮する方法を提供する。   The present invention solves the above-described problems of the prior art and provides a method for concentrating chemical substances in a sample gas simply and efficiently by electrostatic spraying without using a nebulizer gas and a primary ion generating gas. .

前記従来の課題を解決する本発明は、静電噴霧装置を用いた化学物質濃縮方法であって、前記静電噴霧装置は、容器と、前記容器に連通する試料気体の注入口と、前記容器の一端に設けられた冷却部と、前記冷却部の一端に設けられた霧化電極部と、前記容器の内部に設けられた対向電極部と、前記容器の他端に設けられた化学物質回収部と、前記容器に連通するドーパントの供給口とを備え、前記試料気体は水蒸気と化学物質を含み、前記水蒸気の露点温度以下において、前記化学物質は前記水蒸気とともに凝縮液を形成する物質であって、前記ドーパントは前記凝縮液へ溶解する物質であって、前記ドーパントの電気親和力は水の電子親和力よりも大きく、前記方法は、前記注入口から前記試料気体を前記容器へ注入する注入工程と、前記冷却部により前記霧化電極部を冷却して、前記霧化電極部の外周面において前記試料気体を第1凝縮液にする第1凝縮液生成工程と、前記供給口から前記ドーパントを前記容器へ供給する供給工程と、前記ドーパントを前記霧化電極部の外周面において冷却するドーパント冷却工程と、前記第1凝縮液へ前記ドーパントを溶解する溶解工程と、前記第1凝縮液を帯電微粒子にする帯電微粒子化工程と、前記帯電微粒子を前記化学物質回収部へ回収する回収工程とを包含する。   The present invention for solving the conventional problems is a chemical substance concentration method using an electrostatic spraying device, the electrostatic spraying device comprising a container, a sample gas inlet communicating with the container, and the container A cooling part provided at one end of the cooling part, an atomizing electrode part provided at one end of the cooling part, a counter electrode part provided inside the container, and a chemical substance recovery provided at the other end of the container And a dopant supply port communicating with the container, the sample gas includes water vapor and a chemical substance, and the chemical substance is a substance that forms a condensate together with the water vapor at a dew point temperature of the water vapor or lower. The dopant is a substance that dissolves in the condensate, and the electric affinity of the dopant is larger than the electron affinity of water, and the method includes an injection step of injecting the sample gas from the injection port into the container. ,Previous A first condensate generating step of cooling the atomizing electrode unit by a cooling unit to convert the sample gas into a first condensate on the outer peripheral surface of the atomizing electrode unit; and supplying the dopant from the supply port to the container A supplying step for supplying, a dopant cooling step for cooling the dopant on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion, a dissolving step for dissolving the dopant in the first condensate, and making the first condensate into charged fine particles. It includes a charged fine particle forming step and a recovery step of recovering the charged fine particle to the chemical substance recovery unit.

本発明において、前記ドーパントは極性有機化合物であることが好ましい。   In the present invention, the dopant is preferably a polar organic compound.

本発明において、前記ドーパントは有機酸であることが好ましい。   In the present invention, the dopant is preferably an organic acid.

本発明において、前記ドーパントは酢酸であることが好ましい。   In the present invention, the dopant is preferably acetic acid.

本発明において、前記ドーパントは酸素であることが好ましい。   In the present invention, the dopant is preferably oxygen.

本発明において、前記第1凝縮液中の前記ドーパントの濃度は、前記第1凝縮液中の前記化学物質の濃度よりも高いことが好ましい。   In the present invention, the concentration of the dopant in the first condensate is preferably higher than the concentration of the chemical substance in the first condensate.

本発明において、前記容器には試料気体が衝突する位置に障壁を設けることが好ましい。   In the present invention, the container is preferably provided with a barrier at a position where the sample gas collides.

本発明において、前記試料気体は極性有機溶媒を含むことが好ましい。   In the present invention, the sample gas preferably contains a polar organic solvent.

本発明において、前記化学物質は極性有機化合物であることが好ましい。   In the present invention, the chemical substance is preferably a polar organic compound.

本発明において、前記化学物質は揮発性有機化合物であることが好ましい。   In the present invention, the chemical substance is preferably a volatile organic compound.

本発明において、前記帯電微粒子を赤外光により加熱することが好ましい。   In the present invention, the charged fine particles are preferably heated by infrared light.

本発明において、前記容器は光導波路を備えることが好ましい。   In the present invention, the container preferably includes an optical waveguide.

本発明において、前記静電噴霧装置に化学物質検出部を設けることが好ましい。   In this invention, it is preferable to provide a chemical substance detection part in the said electrostatic spraying apparatus.

本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。   The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

本発明の化学物質濃縮方法によれば、従来の大気圧イオン化法において必要不可欠であったネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスが不要になる。なぜなら、冷却した霧化電極部の外周面上に試料気体を凝縮させ、その凝縮液を静電噴霧するからである。なぜなら、噴霧された帯電微粒子を一次イオンとして、一次イオンと試料気体を混合することにより、試料気体を二次イオン化するからである。   According to the chemical substance concentration method of the present invention, the nebulizer gas and the primary ion generating gas that are indispensable in the conventional atmospheric pressure ionization method become unnecessary. This is because the sample gas is condensed on the outer peripheral surface of the cooled atomizing electrode portion, and the condensed liquid is electrostatically sprayed. This is because the sample gas is secondary ionized by mixing the primary ions and the sample gas using the sprayed charged fine particles as primary ions.

また、一次イオンと二次イオンの両方を化学物質回収部へ回収するので、効率的に化学物質を濃縮できる。さらに、試料気体へドーパントを混合するので、帯電微粒子の生成が促進される。その結果として効率的に化学物質を濃縮できる。したがって、本発明の化学物質濃縮方法によれば、簡便かつ効率的に、静電噴霧装置を用いて化学物質を濃縮できる。   Moreover, since both the primary ions and the secondary ions are recovered to the chemical substance recovery unit, the chemical substances can be efficiently concentrated. Further, since the dopant is mixed into the sample gas, the generation of charged fine particles is promoted. As a result, chemical substances can be concentrated efficiently. Therefore, according to the chemical substance concentration method of the present invention, a chemical substance can be concentrated easily and efficiently using an electrostatic spraying device.

図1は、実施の形態1の静電噴霧装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment. 図2(a)は、実施の形態1の静電噴霧装置における注入工程を示す説明図であり、図2(b)は、実施の形態1の静電噴霧装置における第1凝縮液生成工程を示す説明図である。FIG. 2A is an explanatory diagram showing an injection process in the electrostatic spraying device of the first embodiment, and FIG. 2B shows a first condensate production process in the electrostatic spraying device of the first embodiment. It is explanatory drawing shown. 図3(a)は、実施の形態1の静電噴霧装置における供給工程を示す説明図であり、図3(b)は、実施の形態1の静電噴霧装置におけるドーパント冷却工程を示す説明図である。FIG. 3A is an explanatory diagram showing a supply process in the electrostatic spraying device of the first embodiment, and FIG. 3B is an explanatory diagram showing a dopant cooling process in the electrostatic spraying device of the first embodiment. It is. 図4(a)は、実施の形態1の静電噴霧装置における溶解工程を示す説明図であり、図4(b)は、実施の形態1の静電噴霧装置における帯電微粒子化工程を示す説明図である。FIG. 4A is an explanatory view showing a dissolving step in the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, and FIG. 4B is an explanation showing a charged fine particle forming process in the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment. FIG. 図5は、実施の形態1の静電噴霧装置における回収工程を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a recovery process in the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment. 図6は、実施の形態2の静電噴霧装置の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of the electrostatic spraying apparatus of the second embodiment. 図7(a)は、実施の形態2の静電噴霧装置における注入工程を示す説明図であり、図7(b)は、実施の形態2の静電噴霧装置における第1凝縮液生成工程を示す説明図である。Fig.7 (a) is explanatory drawing which shows the injection | pouring process in the electrostatic spraying apparatus of Embodiment 2, FIG.7 (b) shows the 1st condensate production | generation process in the electrostatic spraying apparatus of Embodiment 2. FIG. It is explanatory drawing shown. 図8(a)は、実施の形態2の静電噴霧装置における供給工程を示す説明図であり、図8(b)は、実施の形態2の静電噴霧装置におけるドーパント冷却工程を示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram showing a supply process in the electrostatic spraying device of the second embodiment, and FIG. 8B is an explanatory diagram showing a dopant cooling process in the electrostatic spraying device of the second embodiment. It is. 図9(a)は、実施の形態2の静電噴霧装置における溶解工程を示す説明図であり、図9(b)は、実施の形態2の静電噴霧装置における第1帯電微粒子化工程を示す説明図である。FIG. 9A is an explanatory view showing a dissolving step in the electrostatic spraying device of the second embodiment, and FIG. 9B shows a first charged particle forming step in the electrostatic spraying device of the second embodiment. It is explanatory drawing shown. 図10(a)は、実施の形態2の静電噴霧装置における第2帯電微粒子化工程を示す説明図であり、図10(b)は、実施の形態2の静電噴霧装置における回収工程を示す説明図である。FIG. 10A is an explanatory view showing a second charged fine particle forming step in the electrostatic spraying device of the second embodiment, and FIG. 10B shows a recovery step in the electrostatic spraying device of the second embodiment. It is explanatory drawing shown. 図11は、実施の形態3の静電噴霧装置の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of the electrostatic spraying device of the third embodiment. 図12は、実施の形態4の静電噴霧装置の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of the electrostatic spraying device of the fourth embodiment. 図13は、実施例1において霧化電極部の外周面に第1凝縮液が形成された様子を撮影したマイクロスコープ写真である。FIG. 13 is a microscope photograph of a state in which the first condensate is formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode part in Example 1. 図14(a)は、実施例1において霧化電極部の先端に形成されたテーラーコーンを撮影したマイクロスコープ写真であり、図14(b)は、図14(a)のマイクロスコープ写真をトレースして模式化した図である。FIG. 14A is a microscope photograph obtained by photographing the tailor cone formed at the tip of the atomizing electrode portion in Example 1, and FIG. 14B is a trace of the microscope photograph of FIG. FIG. 図15は、実施例1において化学物質回収部の外周面を撮影したマイクロスコープ写真である。FIG. 15 is a microscope photograph of the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit in Example 1. 図16は、実施例1の回収液の分析結果を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the analysis result of the collected liquid of Example 1. 図17は、図16の一部を拡大した図である。FIG. 17 is an enlarged view of a part of FIG. 図18は、実施例2の回収液の分析結果を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing the analysis result of the collected liquid of Example 2. 図19は、従来の大気圧イオン化質量分析装置の模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram of a conventional atmospheric pressure ionization mass spectrometer.

以下本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1の静電噴霧装置の模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment.

なお、本実施の形態において試料気体の静電噴霧方法は、本願と同一の発明者によって出願された特願2008−024667および特願2007−279875に記載の方法とほぼ同様に行なう。   In this embodiment, the method of electrostatic spraying of the sample gas is performed in substantially the same manner as the method described in Japanese Patent Application Nos. 2008-024667 and 2007-279875 filed by the same inventors as the present application.

特願2008−024667および特願2007−279875に記載の方法と最も異なる点は、凝縮液へドーパントを加えることである。   The most different point from the method described in Japanese Patent Application Nos. 2008-024667 and 2007-279875 is that a dopant is added to the condensate.

ドーパントは凝縮液の帯電微粒子化を促進するために加えられる。ドーパントを加えることにより試料気体を効率的に濃縮できる。ドーパントの電子親和力は、水の電子親和力よりも大きい。なおここで言う電子親和力とは中性原子あるいは中性分子へ電子を加えた時に放出されるエネルギーである。したがってドーパントは水よりも電子を得やすい。その結果、ドーパントを含む凝縮液は容易に帯電微粒子化される。   The dopant is added in order to promote the formation of charged fine particles in the condensate. The sample gas can be efficiently concentrated by adding the dopant. The electron affinity of the dopant is greater than the electron affinity of water. The electron affinity mentioned here is the energy released when an electron is added to a neutral atom or neutral molecule. Therefore, the dopant is easier to obtain electrons than water. As a result, the condensate containing the dopant is easily made into charged fine particles.

以下に、凝縮液へドーパントを加える機構を有する静電噴霧装置100の説明をする。なお、静電噴霧装置100の詳細は、特願2008−024667および特願2007−279875に記載されている。   Below, the electrostatic spray apparatus 100 which has a mechanism which adds a dopant to a condensed liquid is demonstrated. Details of the electrostatic spraying apparatus 100 are described in Japanese Patent Application Nos. 2008-024667 and 2007-279875.

容器101は隔壁によって外部と仕切られる。隔壁を通じて外部との物質の出入りは行なわれない。容器101の形状は直方体でも良いし、多面体、紡錘形、球形、流路状でも良い。容器101の一部に試料気体が滞留しないことが好ましい。容器101の容積は、10pL以上100mL以下が好ましい。容器101の容積は、1mL以上30mL以下がより好ましい。   The container 101 is partitioned from the outside by a partition wall. No material enters or exits through the bulkhead. The shape of the container 101 may be a rectangular parallelepiped, or may be a polyhedron, a spindle shape, a spherical shape, or a flow path shape. It is preferable that the sample gas does not stay in a part of the container 101. The volume of the container 101 is preferably 10 pL or more and 100 mL or less. The volume of the container 101 is more preferably 1 mL or more and 30 mL or less.

容器101の材料は吸着ガスや内蔵ガスの少ないものが望ましい。容器101の材料は金属であることが最も好ましい。金属はステンレスであることが好ましいが、アルミ、真ちゅう、黄銅などでも良い。   The material of the container 101 is preferably a material with little adsorbed gas or built-in gas. Most preferably, the material of the container 101 is a metal. The metal is preferably stainless steel, but may be aluminum, brass, brass or the like.

容器101の材料は無機材料でもよい。容器101の材料は、ガラス、シリコン、アルミナ、サファイア、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、窒化シリコン、アルミナ、シリコンカーバイドなどでも良い。容器101の材料は、シリコン基板に二酸化シリコンまたは窒化シリコンまたは酸化タンタルを被覆したものでも良い。   The material of the container 101 may be an inorganic material. The material of the container 101 may be glass, silicon, alumina, sapphire, quartz glass, borosilicate glass, silicon nitride, alumina, silicon carbide, or the like. The material of the container 101 may be a silicon substrate coated with silicon dioxide, silicon nitride, or tantalum oxide.

容器101の材料は有機材料でも良い。容器101の材料は、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン、PEEK(登録商標)、テフロン(登録商標)などでも良い。容器101の材料に有機材料を用いる場合、容器101の外周面には金属薄膜をコーティングすることがより好ましい。金属薄膜はガスバリア性に優れる材料が好ましい。   The material of the container 101 may be an organic material. The material of the container 101 may be acrylic, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyester, polycarbonate, fluororesin, polydimethylsiloxane, PEEK (registered trademark), Teflon (registered trademark), or the like. When an organic material is used as the material of the container 101, it is more preferable to coat the outer peripheral surface of the container 101 with a metal thin film. The metal thin film is preferably a material having excellent gas barrier properties.

容器101の材料は、上記材料のうちの1種類でも良いし、複数の種類を組み合わせても良い。   The material of the container 101 may be one of the above materials or a combination of a plurality of types.

容器101は堅固であることが好ましいが、エアーバック、バルーン、フレキシブルチューブ、シリンジなどのように柔軟であっても良い。   The container 101 is preferably rigid, but may be flexible such as an air bag, a balloon, a flexible tube, or a syringe.

注入口102は容器101に連通するように設けられている。注入口102は容器101へ試料気体を注入するために用いられる。注入口102は、速やかに容器101へ試料気体を注入できる位置、または均一に容器101へ試料気体を注入できる位置に設けることが好ましい。   The inlet 102 is provided so as to communicate with the container 101. The inlet 102 is used to inject a sample gas into the container 101. The inlet 102 is preferably provided at a position where the sample gas can be quickly injected into the container 101 or at a position where the sample gas can be uniformly injected into the container 101.

注入口102は、均一に容器101へ試料気体を注入できる形状であることが好ましい。注入口102は、エアーシャワーのような多数の孔を備えていても良い。なお本発明では、注入口102の寸法、材料は限定されない。注入口102の形状は、図1に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。また、注入口102は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   The injection port 102 preferably has a shape that allows the sample gas to be uniformly injected into the container 101. The inlet 102 may have a number of holes such as an air shower. In the present invention, the size and material of the inlet 102 are not limited. The shape of the inlet 102 may be a straight tube as shown in FIG. 1, or a branch may be provided in the middle. Moreover, the injection port 102 may be one place or a plurality of places.

排出口103は、容器101の他端に設けられている。排出口103は、容器101を満たした試料気体のうち、余剰な試料気体を排出するために用いられる。排出口103は、容器101を満たした試料気体を、速やかに排出する位置に設けることが好ましい。なお本発明では、排出口103の形状、寸法、材料は限定されない。排出口103の形状は、図1に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。また、排出口103は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   The discharge port 103 is provided at the other end of the container 101. The discharge port 103 is used for discharging excess sample gas out of the sample gas filling the container 101. The discharge port 103 is preferably provided at a position where the sample gas filling the container 101 is quickly discharged. In the present invention, the shape, size, and material of the discharge port 103 are not limited. The shape of the discharge port 103 may be a straight tube as shown in FIG. 1 or may be provided with a branch in the middle. Further, the discharge port 103 may be one place or a plurality of places.

冷却部104は容器101の一端に設けられている。冷却部104により、水蒸気の露点温度以下まで試料気体を冷却できる。冷却部104は熱電素子であることが最も好ましいが、冷媒を使ったヒートパイプでも良いし、空気熱交換素子でも良いし、冷却ファンでも良い。電極を冷却できれば良いので、冷却部104の面積は小さいことが好ましい。また、消費電力を削減する観点からも、冷却部104の面積は小さいことが好ましい。   The cooling unit 104 is provided at one end of the container 101. The cooling unit 104 can cool the sample gas to a temperature equal to or lower than the dew point temperature of water vapor. The cooling unit 104 is most preferably a thermoelectric element, but may be a heat pipe using a refrigerant, an air heat exchange element, or a cooling fan. The area of the cooling unit 104 is preferably small because the electrode can be cooled. Moreover, it is preferable that the area of the cooling unit 104 is small from the viewpoint of reducing power consumption.

電極を効率的に冷却するために、冷却部104の表面に凹凸構造を設けることが好ましい。冷却部104の表面に多孔体を設けても良い。冷却部104の位置は、容器101の底部であることが最も好ましいが、側部や天井部でも良いし、これらを組み合わせて複数の冷却部104を設けても良い。   In order to efficiently cool the electrode, it is preferable to provide an uneven structure on the surface of the cooling unit 104. A porous body may be provided on the surface of the cooling unit 104. The position of the cooling unit 104 is most preferably the bottom of the container 101, but it may be a side or a ceiling, or a plurality of cooling units 104 may be provided by combining them.

熱伝導を抑制するために、冷却部104と容器101の接触面積は小さいことが好ましく、具体的には100μm以上5mm以下であることが好ましい。 In order to suppress heat conduction, the contact area between the cooling unit 104 and the container 101 is preferably small, and specifically, it is preferably 100 μm 2 or more and 5 mm 2 or less.

霧化電極部105は、冷却部104の一端に設けられている。霧化電極部105は冷却部104によって水蒸気の露点温度以下に冷却される。霧化電極部105は冷却部104と直に接触することが好ましいが、熱伝導率の大きい材料を介して接触しても良い。熱伝導率の大きい材料は、熱伝導性シート、熱伝導性樹脂、金属板、グリース、金属ペーストなどが好ましい。   The atomizing electrode unit 105 is provided at one end of the cooling unit 104. The atomizing electrode unit 105 is cooled by the cooling unit 104 to a temperature equal to or lower than the dew point temperature of water vapor. The atomizing electrode unit 105 is preferably in direct contact with the cooling unit 104, but may be in contact with a material having a high thermal conductivity. A material having a high thermal conductivity is preferably a thermal conductive sheet, a thermal conductive resin, a metal plate, grease, a metal paste, or the like.

霧化電極部105は、容器101の底面にあることが最も好ましいが、容器101の側面、天井または底面中央部にあっても良い。また、霧化電極部105は容器101の側面から10mm以上離れていても良い。霧化電極部105の先端は上方を向いていることが好ましい。   The atomizing electrode portion 105 is most preferably on the bottom surface of the container 101, but may be on the side surface, ceiling, or bottom center portion of the container 101. Further, the atomizing electrode portion 105 may be separated from the side surface of the container 101 by 10 mm or more. It is preferable that the tip of the atomizing electrode portion 105 is facing upward.

霧化電極部105の形状は針状であることが好ましい。針の長さは3mm以上10mm以下であることが好ましい。霧化電極部105は中実でも良いし、中空でも良いし、多孔質でも良い。霧化電極部105の表面に凹凸構造または溝構造を設けても良い。霧化電極部105の先端に球状の突起物を設けても良い。霧化電極部105の全体は、水蒸気の露点温度以下に冷却されることが好ましい。   The shape of the atomizing electrode portion 105 is preferably a needle shape. The length of the needle is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. The atomizing electrode portion 105 may be solid, hollow, or porous. An uneven structure or a groove structure may be provided on the surface of the atomizing electrode portion 105. A spherical protrusion may be provided at the tip of the atomizing electrode portion 105. The entire atomizing electrode portion 105 is preferably cooled to a dew point temperature of water vapor or lower.

霧化電極部105の材料は良熱伝導材料であることが好ましく、金属であることが最も好ましい。金属は、銅、アルミ、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、タンタルなどの単体金属であっても良く、単体金属を二種類以上組み合わせた合金や金属間化合物、例えば、ステンレス、銅タングステン、黄銅、真鍮、ハイス、超硬などでも良い。   The material of the atomizing electrode portion 105 is preferably a good heat conductive material, and most preferably a metal. The metal may be a single metal such as copper, aluminum, nickel, tungsten, molybdenum, titanium, or tantalum, and an alloy or intermetallic compound in which two or more single metals are combined, such as stainless steel, copper tungsten, brass, brass, etc. , High speed steel, carbide, etc.

霧化電極部105の材料は無機材料であっても良く、半導体、炭素材料であっても良い。例えば、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、SiC、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトなどを使用しうる。霧化電極部105の材料は、上記材料のうちの一種類でも良いし、複数の種類を組み合わせても良い。 The material of the atomizing electrode portion 105 may be an inorganic material, a semiconductor, or a carbon material. For example, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, SiC, carbon nanotube, graphene, graphite, or the like can be used. The material of the atomizing electrode portion 105 may be one type of the above materials or a combination of a plurality of types.

霧化電極部105の磨耗を抑制するために、霧化電極部105の表面を被覆することが好ましい。霧化電極部105の表面と凝縮液の間で電子の授受を容易にするために、霧化電極部105の表面を被覆することが好ましい。霧化電極部105を被覆する材料は、金属、半導体、無機材料などが好ましい。霧化電極部105を被覆する材料としては、金、白金、アルミ、ニッケル、クロム、半導体、炭素材料、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、SiC、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトなどを使用しうる。霧化電極部105を被覆する材料は、上記材料の単層でも良いし、複数の種類を積層しても良い。 In order to suppress wear of the atomizing electrode part 105, it is preferable to cover the surface of the atomizing electrode part 105. In order to facilitate transfer of electrons between the surface of the atomizing electrode part 105 and the condensate, it is preferable to cover the surface of the atomizing electrode part 105. The material for covering the atomizing electrode portion 105 is preferably a metal, a semiconductor, an inorganic material, or the like. As a material for covering the atomizing electrode part 105, gold, platinum, aluminum, nickel, chromium, semiconductor, carbon material, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, SiC, carbon nanotube, graphene, graphite Etc. can be used. The material for covering the atomizing electrode portion 105 may be a single layer of the above material, or a plurality of types may be laminated.

霧化電極部105は1つでも良いし、複数あっても良い。霧化電極部105を複数個設ける場合には、直線状などのように一次元的に配列しても良いし、円周状、放物線状、楕円周状、正方格子状、斜方格子状、最密充填格子状、放射状、ランダム状などのように二次元的に配列しても良いし、球面状、放物曲面状、楕円曲面状などのように三次元的に配列しても良い。   There may be one atomizing electrode portion 105 or a plurality of atomizing electrode portions 105. When a plurality of atomizing electrode portions 105 are provided, they may be arranged one-dimensionally such as in a straight line shape, a circular shape, a parabolic shape, an elliptical shape, a square lattice shape, an oblique lattice shape, They may be arranged two-dimensionally such as a close-packed lattice, radial, random, or three-dimensionally, such as spherical, parabolic, elliptical.

霧化電極部105の表面は、親水性であることが好ましいが、撥水性であっても良い。   The surface of the atomizing electrode portion 105 is preferably hydrophilic, but may be water repellent.

対向電極部106は、容器101の内部に設けられる。対向電極部106と霧化電極部105の間に高電圧が印加され、凝縮液が噴霧される。対向電極部106の形状は円環状が最も好ましい。対向電極部106が円環状の場合、対向電極部106の外径は、10mm以上30mm以下、対向電極部106の内径は、1mm以上9.8mm以下、対向電極部106の厚みは0.1mm以上5mm以下であることが好ましい。対向電極部106の形状は、長方形、台形など多角形でも良い。   The counter electrode unit 106 is provided inside the container 101. A high voltage is applied between the counter electrode unit 106 and the atomizing electrode unit 105, and the condensate is sprayed. The shape of the counter electrode portion 106 is most preferably an annular shape. When the counter electrode part 106 is annular, the outer diameter of the counter electrode part 106 is 10 mm or more and 30 mm or less, the inner diameter of the counter electrode part 106 is 1 mm or more and 9.8 mm or less, and the thickness of the counter electrode part 106 is 0.1 mm or more. It is preferable that it is 5 mm or less. The shape of the counter electrode 106 may be a polygon such as a rectangle or a trapezoid.

対向電極部106の形状は、平面であることが好ましいが、半球面またはドーム状であっても良い。対向電極部106には、化学物質が通過するスリットや貫通孔が形成されることが好ましい。なお本発明では、対向電極部106の形状は上記に限定されない。   The shape of the counter electrode portion 106 is preferably a flat surface, but may be a hemispherical surface or a dome shape. The counter electrode portion 106 is preferably formed with a slit or a through hole through which a chemical substance passes. In the present invention, the shape of the counter electrode portion 106 is not limited to the above.

対向電極部106と霧化電極部105の距離は、3mm以上10mm以下が好ましい。対向電極部106は容器101に対して可動であっても良い。対向電極部106が円環状の場合、対向電極部106の中心を通り、かつ対向電極部106の平面と垂直に交わる直線上に霧化電極部105を設けることが好ましい。   The distance between the counter electrode portion 106 and the atomizing electrode portion 105 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. The counter electrode unit 106 may be movable with respect to the container 101. In the case where the counter electrode unit 106 is annular, it is preferable to provide the atomizing electrode unit 105 on a straight line that passes through the center of the counter electrode unit 106 and perpendicularly intersects the plane of the counter electrode unit 106.

対向電極部106は容器101と電気的に絶縁されていることが好ましい。   The counter electrode portion 106 is preferably electrically insulated from the container 101.

対向電極部106の材料は導体であることが好ましく、金属であることが最も好ましい。金属は、銅、アルミ、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、タンタルなどの単体金属であることが好ましいが、単体金属を二種類以上組み合わせた合金や金属間化合物、例えば、ステンレス、銅タングステン、黄銅、真鍮、ハイス、超硬などでも良い。   The material of the counter electrode portion 106 is preferably a conductor, and most preferably a metal. The metal is preferably a single metal such as copper, aluminum, nickel, tungsten, molybdenum, titanium, and tantalum, but an alloy or intermetallic compound in which two or more single metals are combined, such as stainless steel, copper tungsten, brass, Brass, high speed steel, carbide, etc. may be used.

対向電極部106の材料は無機材料であっても良く、半導体、炭素材料、絶縁体であっても良い。例えば、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、SiC、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイト、アルミナ、サファイア、酸化シリコン、セラミックス、ガラス、ポリマーなどを使用しうる。対向電極部106の材料は、上記材料のうちの一種類でも良いし、複数の種類を組み合わせても良い。 The material of the counter electrode portion 106 may be an inorganic material, and may be a semiconductor, a carbon material, or an insulator. For example, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, SiC, carbon nanotube, graphene, graphite, alumina, sapphire, silicon oxide, ceramics, glass, polymer, and the like can be used. The material of the counter electrode unit 106 may be one of the above materials or a combination of a plurality of types.

対向電極部106の材料は、良熱伝導体であることが好ましい。対向電極部106の表面に不要な凝縮液が付着しないように、対向電極部106を加熱することが好ましい。対向電極部106は、水蒸気の露点温度以上に加熱することが好ましい。   The material of the counter electrode portion 106 is preferably a good heat conductor. It is preferable to heat the counter electrode unit 106 so that unnecessary condensate does not adhere to the surface of the counter electrode unit 106. The counter electrode part 106 is preferably heated to a temperature equal to or higher than the dew point temperature of water vapor.

対向電極部106の磨耗を抑制するために、対向電極部106の表面を被覆することが好ましい。対向電極部106を被覆する材料は、金属、半導体、無機材料などが好ましい。対向電極部106を被覆する材料としては、金、白金、アルミ、ニッケル、クロム、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトなどを使用しうる。対向電極部106を被覆する材料は、上記材料の単層でも良いし、複数の種類を積層しても良い。 In order to suppress wear of the counter electrode unit 106, it is preferable to cover the surface of the counter electrode unit 106. The material covering the counter electrode portion 106 is preferably a metal, a semiconductor, an inorganic material, or the like. As a material for covering the counter electrode portion 106, gold, platinum, aluminum, nickel, chromium, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, carbon nanotube, graphene, graphite, or the like can be used. The material for covering the counter electrode portion 106 may be a single layer of the above material, or a plurality of types may be laminated.

対向電極部106の表面は、親水性であることが好ましいが、撥水性であっても良い。   The surface of the counter electrode portion 106 is preferably hydrophilic, but may be water repellent.

対向電極部106は1つでも良いし、複数あっても良い。対向電極部106を複数個設ける場合には、直線状などのように一次元的に配列しても良いし、円周状、放物線状、楕円周状、正方格子状、斜方格子状、最密充填格子状、放射状、ランダム状などのように二次元的に配列しても良いし、球面状、放物曲面状、楕円曲面状などのように三次元的に配列しても良い。   There may be one counter electrode unit 106 or a plurality of counter electrode units 106. When a plurality of the counter electrode portions 106 are provided, they may be arranged one-dimensionally, such as a straight line, a circular shape, a parabolic shape, an elliptical shape, a square lattice shape, an oblique lattice shape, They may be arranged two-dimensionally, such as closely packed grid, radial, random, or three-dimensionally, such as spherical, parabolic, elliptical.

化学物質回収部107は、容器101の他端に設けられている。化学物質回収部107は静電噴霧された化学物質を回収するために用いられる。化学物質回収部107は第2冷却部108によって水蒸気の露点温度以下に冷却されることが好ましい。化学物質回収部107は第2冷却部108と直に接触することが好ましいが、熱伝導率の大きい材料を介して接触しても良い。熱伝導率の大きい材料は、熱伝導性シート、熱伝導性樹脂、金属板、グリース、金属ペーストなどが好ましい。   The chemical substance recovery unit 107 is provided at the other end of the container 101. The chemical substance recovery unit 107 is used to recover the chemical substance sprayed electrostatically. The chemical substance recovery unit 107 is preferably cooled to a temperature equal to or lower than the dew point of water vapor by the second cooling unit 108. The chemical substance recovery unit 107 is preferably in direct contact with the second cooling unit 108, but may be in contact with a material having a high thermal conductivity. A material having a high thermal conductivity is preferably a thermal conductive sheet, a thermal conductive resin, a metal plate, grease, a metal paste, or the like.

化学物質回収部107は、容器101の天井にあることが最も好ましいが、容器101の側面、底面または天井中央部にあっても良い。また、化学物質回収部107は容器101の側面から10mm以上離れていても良い。化学物質回収部107の先端は下を向いていることが好ましい。   The chemical substance recovery unit 107 is most preferably on the ceiling of the container 101, but may be on the side surface, bottom surface, or center of the ceiling of the container 101. Further, the chemical substance recovery unit 107 may be separated from the side surface of the container 101 by 10 mm or more. It is preferable that the tip of the chemical substance recovery unit 107 faces downward.

化学物質回収部107の形状は針状であることが好ましい。針の長さは3mm以上10mm以下であることが好ましい。化学物質回収部107の形状は中実でも良いし、中空でも良いし、多孔質でも良い。化学物質回収部107の表面に凹凸構造または溝構造を設けても良い。化学物質回収部107の先端に球状の突起物を設けても良い。化学物質回収部107の全体は、水蒸気の露点温度以下に冷却されることが好ましい。   It is preferable that the chemical substance recovery unit 107 has a needle shape. The length of the needle is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. The shape of the chemical substance recovery unit 107 may be solid, hollow, or porous. An uneven structure or a groove structure may be provided on the surface of the chemical substance recovery unit 107. A spherical protrusion may be provided at the tip of the chemical substance recovery unit 107. The entire chemical substance recovery unit 107 is preferably cooled below the dew point temperature of water vapor.

化学物質回収部107の材料は良熱伝導材料であることが好ましく、金属であることが最も好ましい。金属は、銅、アルミ、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、タンタルなどの単体金属であることが好ましいが、単体金属を二種類以上組み合わせた合金や金属間化合物であっても良い。例えば、ステンレス、銅タングステン、黄銅、真鍮、ハイス、超硬などでも良い。   The material of the chemical substance recovery unit 107 is preferably a good heat conductive material, and most preferably a metal. The metal is preferably a single metal such as copper, aluminum, nickel, tungsten, molybdenum, titanium, or tantalum, but may be an alloy or an intermetallic compound in which two or more single metals are combined. For example, stainless steel, copper tungsten, brass, brass, high speed steel, carbide or the like may be used.

化学物質回収部107の材料は無機材料であっても良く、半導体、炭素材料であってもよい。例えば、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、SiC、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトなどを使用しうる。化学物質回収部107の材料は、上記材料のうちの一種類でも良いし、複数の種類を組み合わせても良い。 The material of the chemical substance recovery unit 107 may be an inorganic material, a semiconductor, or a carbon material. For example, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, SiC, carbon nanotube, graphene, graphite, or the like can be used. The material of the chemical substance recovery unit 107 may be one of the above materials or a combination of a plurality of types.

化学物質回収部107の磨耗を抑制するために、化学物質回収部107の表面を被覆することが好ましい。化学物質回収部107の表面と凝縮液の間で電子の授受を容易にするために、化学物質回収部107の表面を被覆することが好ましい。化学物質回収部107を被覆する材料は、金属、半導体、無機材料、炭素材料などが好ましい。化学物質回収部107を被覆する材料としては、金、白金、アルミ、ニッケル、クロム、LaB、SiC、WC、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトなどを使用しうる。化学物質回収部107を被覆する材料は、上記材料の単層でも良いし、複数の種類を積層しても良い。 In order to suppress wear of the chemical substance recovery unit 107, it is preferable to cover the surface of the chemical substance recovery unit 107. In order to facilitate transfer of electrons between the surface of the chemical substance recovery unit 107 and the condensate, it is preferable to cover the surface of the chemical substance recovery unit 107. The material covering the chemical substance recovery unit 107 is preferably a metal, a semiconductor, an inorganic material, a carbon material, or the like. Gold, platinum, aluminum, nickel, chromium, LaB 6 , SiC, WC, silicon, gallium arsenide, gallium nitride, carbon nanotube, graphene, graphite, or the like can be used as a material for covering the chemical substance recovery unit 107. The material covering the chemical substance recovery unit 107 may be a single layer of the above material or a plurality of types may be laminated.

化学物質回収部107は1つでも良いし、複数あっても良い。化学物質回収部107を複数個設ける場合には、直線状などのように一次元的に配列しても良いし、円周状、放物線状、楕円周状、正方格子状、斜方格子状、最密充填格子状、放射状、ランダム状などのように二次元的に配列しても良い。また、球面状、放物曲面状、楕円曲面状などのように三次元的に配列しても良い。   There may be one chemical substance recovery unit 107 or a plurality of chemical substance recovery parts 107. When a plurality of chemical substance recovery units 107 are provided, they may be arranged one-dimensionally such as in a straight line shape, a circular shape, a parabolic shape, an elliptical shape, a square lattice shape, an oblique lattice shape, They may be arranged two-dimensionally, such as a close-packed grid, a radial pattern, or a random pattern. Further, they may be arranged three-dimensionally such as a spherical shape, a parabolic curved surface shape, an elliptical curved surface shape or the like.

化学物質回収部107の表面は、親水性であることが好ましいが、撥水性であっても良い。   The surface of the chemical substance recovery unit 107 is preferably hydrophilic, but may be water repellent.

第2冷却部108は、化学物質回収部107の一端に設けられることが好ましい。第2冷却部108により、試料気体に含まれる水蒸気の露点温度以下まで冷却できる。第2冷却部108は熱電素子であることが最も好ましいが、冷媒を使ったヒートパイプ、空気熱交換素子または冷却ファンであっても良い。電極を冷却できれば良いので、第2冷却部108の面積は小さいことが好ましい。消費電力を削減する観点からも、第2冷却部108の面積は小さいことが好ましい。   The second cooling unit 108 is preferably provided at one end of the chemical substance recovery unit 107. The second cooling unit 108 can cool to the dew point temperature or lower of the water vapor contained in the sample gas. The second cooling unit 108 is most preferably a thermoelectric element, but may be a heat pipe using a refrigerant, an air heat exchange element, or a cooling fan. Since the electrode only needs to be cooled, the area of the second cooling unit 108 is preferably small. Also from the viewpoint of reducing power consumption, the area of the second cooling unit 108 is preferably small.

電極を効率的に冷却するために、第2冷却部108の表面に凹凸構造または多孔体を設けても良い。第2冷却部108の位置は、容器101の天井部であることが最も好ましいが、側部や底部でも良いし、これらを組み合わせて複数の第2冷却部108を設けても良い。   In order to efficiently cool the electrode, an uneven structure or a porous body may be provided on the surface of the second cooling unit 108. The position of the second cooling part 108 is most preferably the ceiling part of the container 101, but it may be a side part or a bottom part, or a plurality of second cooling parts 108 may be provided in combination.

熱伝導を抑制するために、第2冷却部108と容器101の接触面積は小さいことが好ましく、具体的には、100μm以上5mm以下であることが好ましい。 In order to suppress heat conduction, the contact area between the second cooling unit 108 and the container 101 is preferably small, and specifically, it is preferably 100 μm 2 or more and 5 mm 2 or less.

容器101にはドーパントの供給口109が設けられている。図1では、供給口109は注入口102に連通するように設けられている。供給口109は、速やかに試料気体へドーパントを混合できる位置、または均一に試料気体へドーパントを混合できる位置に、設けることが好ましい。   The container 101 is provided with a dopant supply port 109. In FIG. 1, the supply port 109 is provided so as to communicate with the injection port 102. The supply port 109 is preferably provided at a position where the dopant can be quickly mixed with the sample gas, or at a position where the dopant can be uniformly mixed with the sample gas.

本発明では、供給口109の寸法、材料は限定されないが、供給口109は、均一に試料気体へドーパントを注入できる形状であることが好ましい。供給口109は、エアーシャワーのような多数の孔を備えていても良い。供給口109の形状は、図1に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。供給口109は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   In the present invention, the size and material of the supply port 109 are not limited, but the supply port 109 preferably has a shape that allows the dopant to be uniformly injected into the sample gas. The supply port 109 may have a number of holes such as an air shower. The shape of the supply port 109 may be a straight tube as shown in FIG. 1, or a branch may be provided in the middle. The supply port 109 may be one place or a plurality of places.

供給口109にはバルブ110が設けられている。バルブ110はドーパントの注入量、注入速度などを制御するために用いられる。バルブ110はゲートバルブ、ボールバルブ、チャッキバルブ、ストップバルブ、ダイアフラムバルブ、ニードルバルブなどでも良い。   A valve 110 is provided at the supply port 109. The valve 110 is used to control the dopant injection amount, the injection speed, and the like. The valve 110 may be a gate valve, a ball valve, a check valve, a stop valve, a diaphragm valve, a needle valve, or the like.

供給口109にはミキサー111が設けられている。ミキサー111はドーパントを試料気体へ混合するために用いられる。ミキサー111はステータチューブミキサー、スパイラルミキサー、ディフューザなどのスタティックミキサーでも良く、回転式ミキサー、高周波式ミキサーなどのアクティブミキサーでも良い。   A mixer 111 is provided at the supply port 109. The mixer 111 is used to mix the dopant into the sample gas. The mixer 111 may be a static mixer such as a stator tube mixer, a spiral mixer, or a diffuser, or may be an active mixer such as a rotary mixer or a high-frequency mixer.

本発明では、バルブ112aおよび112bの材料、位置、種類は限定されないが、注入口102および排出口103には、バルブ112aおよびバルブ112bがそれぞれ設けられていることが好ましい。バルブ112aおよび112bにより容器101を閉鎖可能にすることが好ましい。注入口102および排出口103のコンダクタンスが小さければ容器101は閉鎖しているのとほぼ同様の効果が得られるので、その場合にはバルブ112aおよび112bを用いなくても良い。   In the present invention, the material, position, and type of the valves 112a and 112b are not limited, but the inlet 112 and the outlet 103 are preferably provided with the valve 112a and the valve 112b, respectively. It is preferable that the container 101 can be closed by the valves 112a and 112b. If the conductance of the inlet 102 and the outlet 103 is small, the effect similar to that of the container 101 being closed can be obtained. In this case, the valves 112a and 112b need not be used.

バルブ112aおよびバルブ112bは、試料気体の流れを制御するバルブであっても良い。バルブ112aおよびバルブ112bは逆止弁でも良く、ストップバルブでも良い。   The valves 112a and 112b may be valves that control the flow of the sample gas. The valves 112a and 112b may be check valves or stop valves.

図2〜図5は、本発明の実施の形態1における静電噴霧装置の動作を示す説明図である。図2〜図5において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。   2-5 is explanatory drawing which shows operation | movement of the electrostatic spraying apparatus in Embodiment 1 of this invention. 2 to 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

<注入工程>
注入工程では、水蒸気201と化学物質202を含む試料気体203が、注入口103を通じて、容器101へ注入される。図2(a)は注入工程を表す。図2(a)では化学物質202を化学物質202a、202bの2種類のみ記載したが、1種類でも良いし、3種類以上でも良い。試料気体203の相対湿度は50%以上100%以下が好ましく、80%以上100%以下がより好ましい。注入工程では、試料気体203へ水蒸気201を新たに追加しても良い。なお本発明では、化学物質202の種類、濃度は限定されないが、試料気体203は、アセトニトリル、イソプロパノール、ギ酸、酢酸などの極性有機溶媒を含むことが好ましい。
<Injection process>
In the injection step, a sample gas 203 containing water vapor 201 and a chemical substance 202 is injected into the container 101 through the injection port 103. FIG. 2 (a) shows the injection process. In FIG. 2 (a), only two types of chemical substances 202, namely the chemical substances 202a and 202b, are shown, but there may be one type or three or more types. The relative humidity of the sample gas 203 is preferably 50% or more and 100% or less, and more preferably 80% or more and 100% or less. In the injection step, water vapor 201 may be newly added to the sample gas 203. In the present invention, the type and concentration of the chemical substance 202 are not limited, but the sample gas 203 preferably contains a polar organic solvent such as acetonitrile, isopropanol, formic acid, and acetic acid.

試料気体203を容器101の内壁、対向電極部106または化学物質回収部107へ衝突させても良い。   The sample gas 203 may collide with the inner wall of the container 101, the counter electrode unit 106, or the chemical substance recovery unit 107.

容器101へ試料気体203を大流量で注入することが好ましい。試料気体203の注入速度は、10sccm以上1000sccm以下が好ましく、100sccm以上500sccm以下がより好ましい。試料気体203の注入速度は、一定であることが好ましいが、注入速度が変化しても良い。なお、ここでいうsccmとはstandard cc/minを意味する。   It is preferable to inject the sample gas 203 into the container 101 at a large flow rate. The injection speed of the sample gas 203 is preferably 10 sccm or more and 1000 sccm or less, and more preferably 100 sccm or more and 500 sccm or less. The injection speed of the sample gas 203 is preferably constant, but the injection speed may vary. In addition, sccm here means standard cc / min.

容器101へ10mL以上3000mL以下の試料気体203を注入することが好ましく、100mL以上1000mL以下の試料気体203を注入することがより好ましい。   Preferably, 10 mL or more and 3000 mL or less of the sample gas 203 is injected into the container 101, and more preferably 100 mL or more and 1000 mL or less of the sample gas 203 is injected.

容器101へ室温の試料気体203を注入しても良く、加温した試料気体203を注入しても良い。試料気体203の温度は、20℃以上100℃以下が好ましく、25℃以上40℃以下がより好ましい。   A room temperature sample gas 203 may be injected into the container 101, or a heated sample gas 203 may be injected. The temperature of the sample gas 203 is preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.

注入口102側を加圧することにより、試料気体203を注入しても良く、排出口103側を減圧することにより、試料気体203を注入しても良い。   The sample gas 203 may be injected by pressurizing the inlet 102 side, or the sample gas 203 may be injected by reducing the pressure on the outlet 103 side.

バルブ112aとバルブ112bを開けることが好ましいが、バルブ112aとバルブ112bを適宜開閉することにより、試料気体203の流入量を調整しても良い。   Although it is preferable to open the valves 112a and 112b, the inflow amount of the sample gas 203 may be adjusted by opening and closing the valves 112a and 112b as appropriate.

試料気体203を容器101へ注入する前に、容器101の内部を清浄な空気、乾燥窒素、不活性ガス、試料気体203と同程度の相対湿度を有する標準ガスまたは較正用ガスで満たすことが好ましい。   Before injecting the sample gas 203 into the container 101, it is preferable to fill the inside of the container 101 with clean air, dry nitrogen, an inert gas, a standard gas having a relative humidity similar to that of the sample gas 203 or a calibration gas. .

余剰な試料気体203は排出口103から排出されることが好ましい。   Excess sample gas 203 is preferably discharged from the discharge port 103.

容器101の内部の圧力は大気圧であることが最も好ましいが、容器101を減圧しても良いし、加圧してもよい。本発明では、容器101内の圧力は限定されない。   The pressure inside the container 101 is most preferably atmospheric pressure, but the container 101 may be depressurized or pressurized. In the present invention, the pressure in the container 101 is not limited.

注入工程以降の工程では、試料気体203が結露しないように、容器101および注入口102、排出口103、対向電極部106の温度を水蒸気の露点温度以上に保持することが好ましい。   In the steps after the injection step, it is preferable to keep the temperature of the container 101, the injection port 102, the discharge port 103, and the counter electrode unit 106 at or above the dew point temperature of water vapor so that the sample gas 203 is not condensed.

<第1凝縮液生成工程>
次に、第1凝縮液生成工程では、冷却部104により霧化電極部105が水蒸気201の露点温度以下に冷却される。霧化電極部105の外周面において、水蒸気201と化学物質202を含む第1凝縮液204が形成される。図2(b)は第1凝縮液生成工程を表す。第1凝縮液生成工程の初期段階では、霧化電極部105の外周面において、第1凝縮液204が液滴状になる。第1凝縮液生成工程の進行段階では、霧化電極部105の外周面が第1凝縮液204により覆われる。
<First condensate production step>
Next, in the first condensate generation step, the atomizing electrode unit 105 is cooled to a dew point temperature of the water vapor 201 or lower by the cooling unit 104. A first condensate 204 containing water vapor 201 and chemical substance 202 is formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. FIG. 2B shows the first condensate production step. In the initial stage of the first condensate production step, the first condensate 204 is in the form of droplets on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. In the progress stage of the first condensate generation process, the outer peripheral surface of the atomizing electrode part 105 is covered with the first condensate 204.

第1凝縮液204の量が過剰にならないよう、冷却部104の温度を制御することが好ましい。霧化電極部105の温度は第1凝縮液204の凝固点以上であることが好ましい。   It is preferable to control the temperature of the cooling unit 104 so that the amount of the first condensate 204 does not become excessive. It is preferable that the temperature of the atomization electrode part 105 is equal to or higher than the freezing point of the first condensate 204.

霧化電極部105の温度は0℃以上20℃以下が好ましく、0℃以上15℃以下がより好ましい。   The temperature of the atomizing electrode part 105 is preferably 0 ° C. or higher and 20 ° C. or lower, and more preferably 0 ° C. or higher and 15 ° C. or lower.

試料気体203を継続して注入することが好ましいが、試料気体203の注入を停止しても良い。   The sample gas 203 is preferably continuously injected, but the injection of the sample gas 203 may be stopped.

<供給工程>
供給工程では、ドーパント205を容器101へ供給する。図3(a)は供給工程を表す。ドーパント205は供給口109を通じて容器101へ供給する。ドーパント205は注入口102を通じて容器101へ供給する。
<Supply process>
In the supply step, the dopant 205 is supplied to the container 101. FIG. 3A shows the supply process. The dopant 205 is supplied to the container 101 through the supply port 109. The dopant 205 is supplied to the container 101 through the inlet 102.

ドーパント205は第1凝縮液204へ溶解する物質である。ドーパント205の電子親和力は水の電子親和力よりも大きい。   The dopant 205 is a substance that dissolves in the first condensate 204. The electron affinity of the dopant 205 is greater than that of water.

ドーパント205は有機化合物であることが好ましく、極性有機化合物、水溶性有機化合物または生体分子である有機化合物であることがより好ましい。   The dopant 205 is preferably an organic compound, more preferably a polar organic compound, a water-soluble organic compound, or an organic compound that is a biomolecule.

ドーパント205は有機酸であることが好ましい。ドーパント205は酢酸であることがより好ましいが、ギ酸、クエン酸、シュウ酸などであっても良い。   The dopant 205 is preferably an organic acid. The dopant 205 is more preferably acetic acid, but may be formic acid, citric acid, oxalic acid, or the like.

ドーパント205は低級アルコールであることが好ましいが、高級アルコールでも良い。低級アルコールとしては、エタノールが最も好ましいが、メタノール、2−プロパノール、ブタノールなどであっても良い。   The dopant 205 is preferably a lower alcohol, but may be a higher alcohol. As the lower alcohol, ethanol is most preferable, but methanol, 2-propanol, butanol and the like may be used.

ドーパント205は脂肪族炭化水素であっても良く、芳香族炭化水素であっても良い。ドーパント205としては、アセトン、アセトアルデヒド、クロロホルム、四塩化炭素、ブタジエン、テトラシアノエチレン、ホルムアルデヒド、アズレン、アセトフェノン、アニソール、アニリン、9,10−アントラキノン、o−キシレン、クロロベンゼン、1,2,3,5−テトラメチルベンゼン、トリフェニレン、トルエン、ナフタレン、ビフェニル、ピレン、フェノール、フルオロベンゼン、ヘキサメチルベンゼン、ベンゼン、ベンゾキノン、ペンタセン、無水フタル酸などを使用しうる。   The dopant 205 may be an aliphatic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon. As the dopant 205, acetone, acetaldehyde, chloroform, carbon tetrachloride, butadiene, tetracyanoethylene, formaldehyde, azulene, acetophenone, anisole, aniline, 9,10-anthraquinone, o-xylene, chlorobenzene, 1,2,3,5 -Tetramethylbenzene, triphenylene, toluene, naphthalene, biphenyl, pyrene, phenol, fluorobenzene, hexamethylbenzene, benzene, benzoquinone, pentacene, phthalic anhydride, etc. can be used.

ドーパント205は、エステル類、ケトン類、セスキテルペン類、テルペン類、芳香族アルデヒド類、モノテルペン類、ラクトン類などの芳香分子であっても良い。ドーパント205としては、サリチル酸メチル、メントール、スクラレオールが好ましいが、酢酸リナリル、リモネン、リナロールなども使用しうる。   The dopant 205 may be an aromatic molecule such as esters, ketones, sesquiterpenes, terpenes, aromatic aldehydes, monoterpenes, and lactones. The dopant 205 is preferably methyl salicylate, menthol, or sclareol, but linalyl acetate, limonene, linalool, and the like can also be used.

ドーパント205は揮発性有機化合物であってもよく、その分子量は16以上300以下が好ましい。   The dopant 205 may be a volatile organic compound, and the molecular weight is preferably 16 or more and 300 or less.

ドーパント205は酸素、二酸化窒素、一酸化窒素または二酸化炭素であっても良い。   The dopant 205 may be oxygen, nitrogen dioxide, nitric oxide or carbon dioxide.

試料気体203におけるドーパント205の濃度は、0.03%以上3%以下が好ましく、0.3%以上1%以下がより好ましい。   The concentration of the dopant 205 in the sample gas 203 is preferably 0.03% or more and 3% or less, and more preferably 0.3% or more and 1% or less.

ドーパント205の温度は、20℃以上100℃以下が好ましく、25℃以上40℃以下がより好ましい。ドーパント205の温度は試料気体203の温度と同じであることが最も好ましいが、試料気体203の温度よりも低くても良く、高くても良い。   The temperature of the dopant 205 is preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. The temperature of the dopant 205 is most preferably the same as the temperature of the sample gas 203, but may be lower or higher than the temperature of the sample gas 203.

ドーパント205の供給速度は、0.01sccm以上1000sccm以下が好ましく、0.1sccm以上5sccm以下がより好ましい。ドーパント205の注入速度は、一定であることが好ましいが、注入速度が変化しても良い。   The supply rate of the dopant 205 is preferably 0.01 sccm or more and 1000 sccm or less, and more preferably 0.1 sccm or more and 5 sccm or less. The implantation rate of the dopant 205 is preferably constant, but the implantation rate may vary.

<ドーパント冷却工程>
ドーパント冷却工程では、ドーパント205を霧化電極部105の外周面において冷却する。図3(b)はドーパント冷却工程を表す。ドーパント205は霧化電極部105により冷却することが好ましいが、冷却器により冷却しても良い。ドーパント205の温度は0℃以上20℃以下が好ましく、温度は0℃以上15℃以下がより好ましい。ドーパント205は試料気体203と同時に冷却することが好ましい。
<Dopant cooling step>
In the dopant cooling step, the dopant 205 is cooled on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. FIG. 3B shows a dopant cooling step. The dopant 205 is preferably cooled by the atomizing electrode unit 105, but may be cooled by a cooler. The temperature of the dopant 205 is preferably 0 ° C. or higher and 20 ° C. or lower, and the temperature is more preferably 0 ° C. or higher and 15 ° C. or lower. The dopant 205 is preferably cooled simultaneously with the sample gas 203.

<溶解工程>
溶解工程では、第1凝縮液204へドーパント205が溶解する。図4(a)は溶解工程を表す。第1凝縮液204へ冷却されたドーパント205が溶解することが好ましい。ドーパント205は水溶性であることが好ましい。第1凝縮液204中のドーパント205の濃度は、第1凝縮液204中の化学物質202の濃度よりも高いことが好ましい。第1凝縮液204中のドーパント205の濃度は、0.1ppm以上3%以下が好ましい。
<Dissolution process>
In the dissolving step, the dopant 205 is dissolved in the first condensate 204. FIG. 4A shows the dissolution process. It is preferable that the cooled dopant 205 is dissolved in the first condensate 204. The dopant 205 is preferably water-soluble. The concentration of the dopant 205 in the first condensate 204 is preferably higher than the concentration of the chemical substance 202 in the first condensate 204. The concentration of the dopant 205 in the first condensate 204 is preferably 0.1 ppm or more and 3% or less.

溶解工程では、第1凝縮液204へドーパント205を均一に溶解することが好ましいが、第1凝縮液204へドーパント205を混合しても良い。第1凝縮液204は霧化電極部105の外周面を移動することが好ましい。第1凝縮液204へドーパント205を溶解し易いように、第1凝縮液204の表面積は大きいことが好ましい。第1凝縮液204は液滴状または水膜状であることが好ましい。   In the dissolving step, it is preferable to uniformly dissolve the dopant 205 in the first condensate 204, but the dopant 205 may be mixed into the first condensate 204. It is preferable that the first condensate 204 moves on the outer peripheral surface of the atomizing electrode unit 105. The surface area of the first condensate 204 is preferably large so that the dopant 205 can be easily dissolved in the first condensate 204. The first condensate 204 is preferably in the form of droplets or a water film.

<帯電微粒子化工程>
次に、帯電微粒子化工程では、第1凝縮液204から多数の第1帯電微粒子206が形成される。図4(b)は帯電微粒子化工程を表す。第1帯電微粒子206は、分子1個〜数十個からなるクラスタであっても良いし、分子数十〜数百個からなる微粒子であっても良いし、数百個以上からなる液滴であっても良い。またはこれらの2種類以上が混在していても良い。
<Charged fine particle process>
Next, in the charged fine particle forming step, a large number of first charged fine particles 206 are formed from the first condensate 204. FIG. 4B shows a charged fine particle forming step. The first charged fine particle 206 may be a cluster composed of one molecule to several tens of molecules, a fine particle composed of several tens to several hundred molecules, or a droplet composed of several hundred or more. There may be. Or these two or more types may be mixed.

第1帯電微粒子206には、電気的に中性な分子、試料気体203に由来するイオンまたはラジカルなどが含まれていても良い。   The first charged fine particles 206 may contain electrically neutral molecules, ions or radicals derived from the sample gas 203, or the like.

第1帯電微粒子206はマイナスに荷電していることが好ましい。第1帯電微粒子206がマイナスに荷電する場合、化学物質202の電子親和力は水の電子親和力よりも大きいことが好ましい。また、ドーパント205の電子親和力は水および化学物質202の電子親和力よりも大きいことが好ましい。   The first charged fine particles 206 are preferably negatively charged. When the first charged fine particles 206 are negatively charged, it is preferable that the electron affinity of the chemical substance 202 is greater than the electron affinity of water. The electron affinity of the dopant 205 is preferably larger than that of water and the chemical substance 202.

第1帯電微粒子206はプラスに荷電していても良い。第1帯電微粒子206がプラスに荷電する場合、化学物質202のイオン化エネルギーは水のイオン化エネルギーよりも小さいことが好ましい。また、ドーパント205のイオン化エネルギーは水および化学物質202のイオン化エネルギーよりも小さいことが好ましい。   The first charged fine particles 206 may be positively charged. When the first charged fine particles 206 are positively charged, the ionization energy of the chemical substance 202 is preferably smaller than the ionization energy of water. The ionization energy of the dopant 205 is preferably smaller than the ionization energy of water and the chemical substance 202.

第1凝縮液204を帯電微粒子化する方法は、静電噴霧が最も好ましい。静電噴霧の原理は次のとおりである。霧化電極部105と対向電極部106の間に印加された電圧によって霧化電極部105の先端へ第1凝縮液204が搬送される。クーロン引力により第1凝縮液204の液面が対向電極部106方向へ円錐状に盛り上がる。さらに霧化電極部105の外周面で凝縮が進むと、円錐状の第1凝縮液204が成長する。その後、第1凝縮液204の先端に電荷が集中してクーロン力が増大する。このクーロン力が水の表面張力を超えると第1凝縮液204が分裂、飛散して、第1帯電微粒子206を形成する。   The method of turning the first condensate 204 into charged fine particles is most preferably electrostatic spraying. The principle of electrostatic spraying is as follows. The first condensate 204 is conveyed to the tip of the atomization electrode unit 105 by a voltage applied between the atomization electrode unit 105 and the counter electrode unit 106. The liquid level of the first condensate 204 rises in a conical shape toward the counter electrode 106 due to the Coulomb attractive force. When condensation further proceeds on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105, a conical first condensate 204 grows. Thereafter, the electric charge concentrates on the tip of the first condensate 204 and the Coulomb force increases. When the Coulomb force exceeds the surface tension of water, the first condensate 204 is split and scattered to form the first charged fine particles 206.

第1帯電微粒子206の安定性の観点から、第1帯電微粒子206の直径は、1nm以上30nm以下が好ましい。   From the viewpoint of the stability of the first charged fine particles 206, the diameter of the first charged fine particles 206 is preferably 1 nm or more and 30 nm or less.

第1帯電微粒子206に付加される帯電量は、微粒子1個あたり電荷素量(1.6x10−19C)と同量以上10倍以下であることが好ましい。 The charge amount added to the first charged fine particles 206 is preferably the same amount or more and 10 times or less as the elementary charge amount (1.6 × 10 −19 C) per fine particle.

第1帯電微粒子206中の水蒸気201に対する化学物質202の比率は、試料気体203中の水蒸気201に対する化学物質202の比率よりも高いことが好ましい。第1帯電微粒子206中の水蒸気201に対する化学物質202の比率は、化学物質回収部107へ向かうまでに変化しても良いが、化学物質回収部107へ向かうまでに高くなることが好ましい。   The ratio of the chemical substance 202 to the water vapor 201 in the first charged fine particles 206 is preferably higher than the ratio of the chemical substance 202 to the water vapor 201 in the sample gas 203. The ratio of the chemical substance 202 to the water vapor 201 in the first charged fine particles 206 may change before going to the chemical substance recovery unit 107, but it is preferable that the ratio becomes higher before going to the chemical substance recovery part 107.

霧化電極部105と対向電極部106の間に直流電圧を印加する、すなわち霧化電極部105と対向電極部106の間に電位差を設けることが最も好ましい。霧化電極部105と対向電極部106の間には、コロナ放電が発生しない電圧を印加することが好ましく、具体的には、4kV以上6kV以下の直流電圧を印加することが好ましい。   Most preferably, a DC voltage is applied between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106, that is, a potential difference is provided between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106. A voltage that does not generate corona discharge is preferably applied between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106, and specifically, a DC voltage of 4 kV to 6 kV is preferably applied.

帯電微粒子化工程では、対向電極部106に対して霧化電極部105へ負電圧を印加することが最も好ましいが、正電圧を印加してもよい。対向電極部106はGND電極であることが最も好ましい。帯電微粒子化工程では、霧化電極部105と対向電極部106の間に交流電圧を印加しても良い。また、霧化電極部105と対向電極部106の間にパルス電圧を印加しても良い。   In the charged fine particle forming step, it is most preferable to apply a negative voltage to the atomizing electrode unit 105 with respect to the counter electrode unit 106, but a positive voltage may be applied. The counter electrode portion 106 is most preferably a GND electrode. In the charged fine particle forming step, an AC voltage may be applied between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106. Further, a pulse voltage may be applied between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106.

霧化電極部105と対向電極部106の間に印加する直流電圧は、固定値であっても良いし、可変値でも良い。可変値は帯電微粒子化の状況に応じて制御されることが好ましい。帯電微粒子化の状況は、霧化電極部105と対向電極部106の間を流れる電流値をモニターしても良く、専用の電極対を設けて電流値をモニターしても良い。   The DC voltage applied between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106 may be a fixed value or a variable value. The variable value is preferably controlled according to the state of charged fine particles. The state of the charged fine particles may be monitored by monitoring the current value flowing between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106, or monitoring the current value by providing a dedicated electrode pair.

<回収工程>
回収工程では、第1帯電微粒子206を化学物質回収部107へ回収する。図5は回収工程を表す。回収工程では、化学物質回収部107へ直接試料気体203を回収しても良い。化学物質回収部107へ直接回収される試料気体203の量は少ないことが好ましい。また、回収工程中は、注入工程を停止することが好ましい。
<Recovery process>
In the recovery step, the first charged fine particles 206 are recovered to the chemical substance recovery unit 107. FIG. 5 shows the recovery process. In the recovery step, the sample gas 203 may be recovered directly to the chemical substance recovery unit 107. It is preferable that the amount of the sample gas 203 recovered directly to the chemical substance recovery unit 107 is small. Moreover, it is preferable to stop an injection | pouring process during a collection | recovery process.

第1帯電微粒子206は、電磁気力または静電気力により回収することが好ましい。回収工程では、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ直流電圧を印加する、すなわち、対向電極部106と化学物質回収部107との間に電位差を設けることが好ましい。直流電圧は0.01kV以上6kV以下であることが好ましく、0.01kV以上0.6kV以下であることがより好ましい。   The first charged fine particles 206 are preferably collected by electromagnetic force or electrostatic force. In the recovery step, it is preferable to apply a DC voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106, that is, to provide a potential difference between the counter electrode unit 106 and the chemical substance recovery unit 107. The DC voltage is preferably from 0.01 kV to 6 kV, and more preferably from 0.01 kV to 0.6 kV.

第1帯電微粒子206がマイナスの電荷を持つ場合、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ正電圧を印加することが好ましい。一方、第1帯電微粒子206がプラスの電荷を持つ場合、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ負電圧を印加することが好ましい。電圧印加は連続的であることが好ましいが、パルス的でも良い。   When the first charged fine particles 206 have a negative charge, it is preferable to apply a positive voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. On the other hand, when the first charged fine particles 206 have a positive charge, it is preferable to apply a negative voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The voltage application is preferably continuous, but may be pulsed.

対向電極部106はGND電極にすることが最も好ましい。化学物質回収部107と対向電極部106の間には交流電圧を印加することが好ましいが、パルス電圧を印加しても良い。   The counter electrode portion 106 is most preferably a GND electrode. An AC voltage is preferably applied between the chemical substance recovery unit 107 and the counter electrode unit 106, but a pulse voltage may be applied.

化学物質回収部107は、水蒸気201の露点温度以下に冷却することが好ましい。化学物質回収部107の外周面において、第1帯電微粒子206を回収液207にすることが好ましい。回収工程の初期段階では、化学物質回収部107の外周面において、回収液207が液滴状になることが好ましい。回収工程の進行段階では、化学物質回収部107の外周面が回収液207により覆われることが好ましい。化学物質回収部107は針状であることが好ましく、回収液207は化学物質回収部107の先端に回収することが好ましい。化学物質回収部107の外周面は親水性であることが好ましいが、撥水性であっても良い。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably cooled below the dew point temperature of the water vapor 201. The first charged fine particles 206 are preferably used as the recovery liquid 207 on the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107. In the initial stage of the recovery process, it is preferable that the recovery liquid 207 is in the form of droplets on the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107. In the progress stage of the recovery process, it is preferable that the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107 is covered with the recovery liquid 207. The chemical substance recovery unit 107 is preferably needle-shaped, and the recovery liquid 207 is preferably recovered at the tip of the chemical substance recovery unit 107. The outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107 is preferably hydrophilic, but may be water repellent.

化学物質回収部107は、下方に向いていることが好ましい。図5に示すように、重力により回収液207を化学物質回収部107の先端に回収することが好ましい。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably directed downward. As shown in FIG. 5, it is preferable to collect the recovery liquid 207 at the tip of the chemical substance recovery unit 107 by gravity.

図5に示すように、静電気力により回収液207を化学物質回収部107の先端に回収することも好ましい。化学物質回収部107の先端は、電界が集中する形状であることが好ましく、針状であることが最も好ましい。化学物質回収部107の外周面において、回収液207は静電気力により化学物質回収部107の先端へ移動することが好ましい。回収液207には極性有機化合物または水が含まれていることが好ましい。   As shown in FIG. 5, it is also preferable to collect the recovery liquid 207 at the tip of the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force. The tip of the chemical substance recovery unit 107 preferably has a shape in which the electric field concentrates, and most preferably has a needle shape. On the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107, the recovery liquid 207 preferably moves to the tip of the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force. The recovered liquid 207 preferably contains a polar organic compound or water.

化学物質回収部107は除電されることが好ましい。化学物質回収部107の除電は常時行なっても良いし、適宜行なっても良い。化学物質回収部107の除電は接地することにより行っても良く、イオナイザーを用いて行っても良い。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably neutralized. The neutralization of the chemical substance recovery unit 107 may be performed constantly or appropriately. The neutralization of the chemical substance recovery unit 107 may be performed by grounding or may be performed using an ionizer.

対向電極部106に対して化学物質回収部107へ電圧を印加した後、化学物質回収部107を冷却することが最も好ましい。対向電極部106に対して化学物質回収部107へ電圧を印加すると同時に、化学物質回収部107を冷却しても良い。また、化学物質回収部107において試料気体203を直接凝縮してもよい。   It is most preferable to cool the chemical substance recovery unit 107 after applying a voltage to the chemical substance recovery part 107 with respect to the counter electrode part 106. The chemical substance recovery unit 107 may be cooled at the same time as a voltage is applied to the chemical substance recovery part 107 with respect to the counter electrode part 106. Further, the sample gas 203 may be directly condensed in the chemical substance recovery unit 107.

回収液207に含まれる水蒸気201や検出対象物質以外の妨害物質を除去しても良い。回収液207から妨害物質を除去するために、フィルタまたは吸着材を用いても良いし、その他の除去方法を用いても良い。   Interfering substances other than the water vapor 201 and the detection target substance contained in the recovered liquid 207 may be removed. In order to remove interfering substances from the recovered liquid 207, a filter or an adsorbent may be used, or other removal methods may be used.

本実施の形態において、上述の注入工程から回収工程までの少なくとも2つ以上の工程は同時に行なわれてもよい。すなわち、例えば注入工程と第1凝縮液生成工程が同時に行なわれても良い。またはそれぞれの工程を順序立てて行なっても良い。   In the present embodiment, at least two steps from the injection step to the recovery step described above may be performed simultaneously. That is, for example, the injection step and the first condensate generation step may be performed simultaneously. Or you may perform each process in order.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における静電噴霧装置の模式図である。図6において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram of an electrostatic spraying apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG.

本実施の形態と実施の形態1の最も異なる点は、容器101自身にミキサー111の機能を付加することである。すなわち、容器101の内部で試料気体203とドーパント205を混合することである。そのために、供給口109が容器101に直接接続されている。容器101において試料気体203とドーパント205が混合される。   The most different point between the present embodiment and the first embodiment is that the function of the mixer 111 is added to the container 101 itself. That is, the sample gas 203 and the dopant 205 are mixed inside the container 101. For this purpose, the supply port 109 is directly connected to the container 101. In the container 101, the sample gas 203 and the dopant 205 are mixed.

本実施の形態において、静電噴霧装置100は以下の構成からなる。   In the present embodiment, the electrostatic spraying device 100 has the following configuration.

容器101は堅固であることが好ましいが、エアーバック、バルーン、フレキシブルチューブ、シリンジなどのように柔軟であっても良い。メンテナンスの観点から、容器101は蝶番301により開閉可能であることが好ましいが、その他の方法で開閉可能であっても良い。   The container 101 is preferably rigid, but may be flexible such as an air bag, a balloon, a flexible tube, or a syringe. From the viewpoint of maintenance, the container 101 is preferably openable and closable by a hinge 301, but may be openable and closable by other methods.

容器101の内部には、試料気体が乱流や螺旋流や渦流などを生じるように、障壁302を供給部109の近傍に設けることが好ましい。容器101の内部には、試料気体が乱流や螺旋流や渦流などを生じるように、迷路を設けることも好ましい。   A barrier 302 is preferably provided in the vicinity of the supply unit 109 in the container 101 so that the sample gas generates a turbulent flow, a spiral flow, a vortex flow, or the like. It is also preferable to provide a maze inside the container 101 so that the sample gas generates turbulent flow, spiral flow, vortex flow, or the like.

注入口102は容器101に連通するように設けられている。注入口102は容器101へ試料気体を注入するために用いられる。注入口102は、速やかに容器101へ試料気体を注入できる位置および/または均一に容器101へ試料気体を注入できる位置に、設けることが好ましい。試料気体が乱流や螺旋流や渦流などを発生する位置に、注入口102を設けることが好ましい。例えば、容器101が直方体の場合には、注入口102は隅に設けることが好ましい。   The inlet 102 is provided so as to communicate with the container 101. The inlet 102 is used to inject a sample gas into the container 101. The inlet 102 is preferably provided at a position where the sample gas can be quickly injected into the container 101 and / or at a position where the sample gas can be uniformly injected into the container 101. The inlet 102 is preferably provided at a position where the sample gas generates a turbulent flow, a spiral flow, a vortex flow, or the like. For example, when the container 101 is a rectangular parallelepiped, the inlet 102 is preferably provided at a corner.

本発明では、注入口102の寸法、材料は限定されないが、均一に容器101へ試料気体を注入できる形状であることが好ましい。注入口102は、エアーシャワーのような多数の孔を備えていても良い。容器101の内部において試料気体が螺旋流を発生するように、注入口102の先端の方向を容器101の壁面に対して傾斜させても良い。試料気体が螺旋流を発生させるように、注入口102の先端を細くして、ベンチュリー効果を利用しても良い。注入口102の形状は、図6に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。注入口102は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   In the present invention, the size and material of the injection port 102 are not limited, but it is preferable that the sample gas is uniformly injected into the container 101. The inlet 102 may have a number of holes such as an air shower. The direction of the tip of the injection port 102 may be inclined with respect to the wall surface of the container 101 so that the sample gas generates a spiral flow inside the container 101. The venturi effect may be used by narrowing the tip of the inlet 102 so that the sample gas generates a spiral flow. The shape of the inlet 102 may be a straight tube as shown in FIG. 6, or a branch may be provided in the middle. The inlet 102 may be one place or a plurality of places.

排出口103は、容器101の他端に設けられている。排出口103は、容器101を満たした試料気体のうち、余剰な試料気体を排出するために用いられる。排出口103は、容器101を満たした試料気体を、速やかに排出する位置に設けることが好ましい。排出口103は、試料気体が乱流や螺旋流や渦流などを発生する位置に設けても良く、図6に示すように、注入口102と排出口103を異なる高さに設けても良い。注入口103と排出口104は、容器101の対角に設けることが好ましい。   The discharge port 103 is provided at the other end of the container 101. The discharge port 103 is used for discharging excess sample gas out of the sample gas filling the container 101. The discharge port 103 is preferably provided at a position where the sample gas filling the container 101 is quickly discharged. The discharge port 103 may be provided at a position where the sample gas generates a turbulent flow, a spiral flow, a vortex flow, or the like. As shown in FIG. 6, the injection port 102 and the discharge port 103 may be provided at different heights. The inlet 103 and the outlet 104 are preferably provided at the diagonal of the container 101.

なお本発明では、排出口103の形状、寸法、材料は限定されない。排出口103の形状は、図6に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。排出口103は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   In the present invention, the shape, size, and material of the discharge port 103 are not limited. The shape of the discharge port 103 may be a straight tube as shown in FIG. 6, or a branch may be provided in the middle. The discharge port 103 may be one place or a plurality of places.

冷却部104には放熱部303を設けることが好ましい。冷却部104として熱電素子を用いる場合、冷却面の裏は発熱面である。放熱部303は発熱面から熱を逃すために用いられる。発熱面から熱を逃すことにより、熱電素子を効率的に動作できる。放熱部303はフィンであることが好ましく、フィンに冷却ファンを付属させることがより好ましい。また、放熱部303は水冷機構でも良い。放熱部303は熱伝導性の大きい材料で形成されることが好ましい。放熱部303の材料は金属、半導体などであることが好ましい。   The cooling unit 104 is preferably provided with a heat dissipation unit 303. When a thermoelectric element is used as the cooling unit 104, the back of the cooling surface is a heat generating surface. The heat radiation part 303 is used for releasing heat from the heat generating surface. By releasing heat from the heat generating surface, the thermoelectric element can be operated efficiently. The heat radiation part 303 is preferably a fin, and more preferably a cooling fan is attached to the fin. Further, the heat radiation part 303 may be a water cooling mechanism. The heat dissipating part 303 is preferably formed of a material having high thermal conductivity. The material of the heat dissipation part 303 is preferably a metal, a semiconductor, or the like.

冷却部104には断熱部304を設けることが好ましい。断熱部304を設けることにより、霧化電極部105以外の部位は冷却されない。断熱部304は熱伝導率の小さい材料が好ましい。断熱部304の材料は、ゴム、セラミックス、ガラスなどが好ましいが、エアーギャップでも良い。エアーギャップの内容物は空気、窒素などであることが好ましい。断熱部304は不導体であることが好ましい。   The cooling unit 104 is preferably provided with a heat insulating unit 304. By providing the heat insulating portion 304, portions other than the atomizing electrode portion 105 are not cooled. The heat insulating part 304 is preferably made of a material having a low thermal conductivity. The material of the heat insulating portion 304 is preferably rubber, ceramics, glass or the like, but may be an air gap. The contents of the air gap are preferably air, nitrogen or the like. The heat insulating part 304 is preferably a non-conductor.

熱伝導を抑制する観点から、霧化電極部105と断熱部304との接触面積は小さいことが好ましく、具体的には、10μm以上10mm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing heat conduction, the contact area between the atomizing electrode portion 105 and the heat insulating portion 304 is preferably small, and specifically, it is preferably 10 μm 2 or more and 10 mm 2 or less.

霧化電極部105には絶縁部305を設けることが好ましい。絶縁部305は霧化電極部105と容器101を電気的に絶縁する。絶縁部305の材料はテフロン(登録商標)、デルリン(登録商標)、PEEK(登録商標)などの絶縁体であることが好ましい。余剰な凝縮液を留めておくために、絶縁部305に貯留部を設けることが好ましい。貯留部は溝構造、凹凸構造、吸収体などであることが好ましい。なお本発明では、絶縁部305の形状、材質、位置は限定されない。   The atomizing electrode part 105 is preferably provided with an insulating part 305. The insulating unit 305 electrically insulates the atomizing electrode unit 105 and the container 101. The material of the insulating portion 305 is preferably an insulator such as Teflon (registered trademark), Delrin (registered trademark), or PEEK (registered trademark). In order to keep an excess condensate, it is preferable to provide a storage part in the insulating part 305. The reservoir is preferably a groove structure, an uneven structure, an absorber, or the like. In the present invention, the shape, material, and position of the insulating portion 305 are not limited.

熱伝導を抑制する観点から、霧化電極部105と絶縁部305との接触面積は小さいことが好ましく、具体的には、10μm以上10mm以下であることが好ましい。水蒸気の結露を抑制するために、絶縁部305には熱伝導率の小さい材料を用いたり、熱伝導を抑制する構造を備えることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing heat conduction, the contact area between the atomizing electrode portion 105 and the insulating portion 305 is preferably small, and specifically, it is preferably 10 μm 2 or more and 10 mm 2 or less. In order to suppress dew condensation of water vapor, it is preferable to use a material with low thermal conductivity for the insulating portion 305 or to have a structure for suppressing heat conduction.

対向電極部106は、試料気体203とドーパント205を混合する位置に設けることが好ましい。対向電極部106は、注入口102と供給口109の近傍にあることが好ましい。   The counter electrode unit 106 is preferably provided at a position where the sample gas 203 and the dopant 205 are mixed. The counter electrode unit 106 is preferably in the vicinity of the inlet 102 and the supply port 109.

化学物質回収部107は、試料気体203とドーパント205の直接的な凝縮を抑制する位置に設けられることが好ましい。注入口102と化学物質回収部107の距離は、注入口102と霧化電極部105の距離よりも大きいことが好ましい。供給口109と化学物質回収部107の距離は、供給口109と霧化電極部105の距離よりも大きいことが好ましい。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably provided at a position where direct condensation of the sample gas 203 and the dopant 205 is suppressed. The distance between the injection port 102 and the chemical substance recovery unit 107 is preferably larger than the distance between the injection port 102 and the atomization electrode unit 105. The distance between the supply port 109 and the chemical substance recovery unit 107 is preferably larger than the distance between the supply port 109 and the atomization electrode unit 105.

化学物質回収部107には第2絶縁部306を設けることが好ましい。第2絶縁部306は化学物質回収部107と容器101を電気的に絶縁する。第2絶縁部306の材料はテフロン(登録商標)、デルリン(登録商標)、PEEK(登録商標)などの絶縁体であることが好ましい。余剰な凝縮液を留めておくために、第2絶縁部306に貯留部を設けることが好ましい。貯留部は溝構造、凹凸構造、吸収体などであることが好ましい。なお本発明では、第2絶縁部306の形状、材質、位置は限定されない。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably provided with a second insulating unit 306. The second insulating unit 306 electrically insulates the chemical substance recovery unit 107 and the container 101. The material of the second insulating portion 306 is preferably an insulator such as Teflon (registered trademark), Delrin (registered trademark), or PEEK (registered trademark). In order to keep the excess condensate, it is preferable to provide a storage part in the second insulating part 306. The reservoir is preferably a groove structure, an uneven structure, an absorber, or the like. In the present invention, the shape, material, and position of the second insulating portion 306 are not limited.

熱伝導を抑制する観点から、化学物質回収部107と第2絶縁部306との接触面積は小さいことが好ましく、具体的には、10μm以上10mm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing heat conduction, the contact area between the chemical substance recovery unit 107 and the second insulating unit 306 is preferably small, and specifically, it is preferably 10 μm 2 or more and 10 mm 2 or less.

第2冷却部108には第2放熱部307を設けることが好ましい。第2冷却部108として熱電素子を用いる場合、冷却面の裏は発熱面である。第2放熱部307は発熱面から熱を逃すために用いられる。発熱面から熱を逃すことにより、熱電素子を効率的に動作できる。第2放熱部307はフィンであることが好ましく、フィンには冷却ファンを付属させることがより好ましい。第2放熱部307は水冷機構でも良い。第2放熱部307は熱伝導性の大きい材料で形成されることが好ましい。第2放熱部307の材料は金属、半導体などであることが好ましい。   The second cooling part 108 is preferably provided with a second heat radiating part 307. When a thermoelectric element is used as the second cooling unit 108, the back of the cooling surface is a heat generating surface. The second heat radiating portion 307 is used for releasing heat from the heat generating surface. By releasing heat from the heat generating surface, the thermoelectric element can be operated efficiently. The second heat radiation part 307 is preferably a fin, and more preferably a fin is attached to the fin. The second heat radiating unit 307 may be a water cooling mechanism. The second heat radiating part 307 is preferably formed of a material having high thermal conductivity. The material of the second heat radiation part 307 is preferably a metal, a semiconductor, or the like.

第2冷却部307には第2断熱部308を設けることが好ましい。第2断熱部308を設けることにより、化学物質回収部107以外の部位は冷却されない。第2断熱部308はゴム、セラミックス、ガラスなどの熱伝導率の小さい材料が好ましい。第2断熱部308はエアーギャップでも良い。エアーギャップの内容物は空気、窒素などであることが好ましい。   The second cooling part 307 is preferably provided with a second heat insulating part 308. By providing the second heat insulating part 308, the parts other than the chemical substance recovery part 107 are not cooled. The second heat insulating portion 308 is preferably made of a material having a low thermal conductivity such as rubber, ceramics, or glass. The second heat insulating part 308 may be an air gap. The contents of the air gap are preferably air, nitrogen or the like.

熱伝導を抑制する観点から、化学物質回収部107と第2断熱部308との接触面積は小さいことが好ましく、具体的には、10μm以上10mm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing heat conduction, the contact area between the chemical substance recovery unit 107 and the second heat insulating unit 308 is preferably small, and specifically 10 μm 2 or more and 10 mm 2 or less.

化学物質回収部107の近傍には化学物質搬送部309と化学物質検出部310を設けることが好ましい。化学物質搬送部309は化学物質回収部107で回収された化学物質を化学物質検出部310へ搬送するために用いられる。化学物質搬送部309は、シリンジ、キャピラリ、チューブ、多孔質体などでも良く、ポンプを備えていても良い。化学物質回収部107に高電圧を印加するので、化学物質搬送部309は化学物質回収部107と電気的に絶縁することが好ましい。   It is preferable to provide a chemical substance transport unit 309 and a chemical substance detection unit 310 in the vicinity of the chemical substance recovery unit 107. The chemical substance transport unit 309 is used to transport the chemical substance recovered by the chemical substance recovery unit 107 to the chemical substance detection unit 310. The chemical substance transport unit 309 may be a syringe, capillary, tube, porous body, or the like, and may include a pump. Since a high voltage is applied to the chemical substance recovery unit 107, the chemical substance transport unit 309 is preferably electrically insulated from the chemical substance recovery unit 107.

化学物質搬送部309は可動であることが好ましく、X方向、Y方向、Z方向の少なくとも一方向へ可動することが好ましい。なお、ここで言うX方向とは図6の化学物質搬送部309の長手方向を意味する。Y方向、Z方向はそれぞれX方向と直交する。化学物質搬送部309はθ方向へ可動することが好ましい。なお、ここで言うθ方向とは、化学物質搬送部309を容器101に固定する箇所を支点として、化学物質搬送部309を上下方向へ回転する方向である。なお、化学物質搬送部309を容器101に固定する箇所を支点として、水平方向へ回転しても良い。   The chemical substance transport unit 309 is preferably movable, and is preferably movable in at least one of the X direction, the Y direction, and the Z direction. In addition, the X direction said here means the longitudinal direction of the chemical substance conveyance part 309 of FIG. The Y direction and the Z direction are each orthogonal to the X direction. The chemical substance transport unit 309 is preferably movable in the θ direction. The θ direction referred to here is a direction in which the chemical substance transport unit 309 is rotated in the vertical direction with a place where the chemical substance transport unit 309 is fixed to the container 101 as a fulcrum. In addition, you may rotate to a horizontal direction by using the location which fixes the chemical substance conveyance part 309 to the container 101 as a fulcrum.

化学物質搬送部309は容器101の内部にあっても良く、化学物質回収部107の一端にあっても良く、容器101の外部にあっても良い。   The chemical substance transport unit 309 may be inside the container 101, may be at one end of the chemical substance recovery unit 107, or may be outside the container 101.

化学物質検出部310は、化学センサ、生物センサなどが好ましいが、MOSFET(金属―酸化物―半導体電界効果トランジスタ)、ISFET(イオン感応型電界効果トランジスタ),バイポーラトランジスタ、有機薄膜トランジスタ、オプトード、金属酸化物半導体センサ、水晶マイクロバランス(QCM)、表面弾性波(SAW)素子、固体電解質ガスセンサ、電気化学電池センサ、表面波プラズモン共鳴(SPR)、ラングミュアブロジェット膜(LB膜)センサ、AFM、DNAセンサ、プロテインセンサ、免疫センサ、微生物センサなどでも良い。また、化学物質検出部310は、ガスクロマトグラフ(GC)、GC−MS、GC−TOF/MS,高速液体クロマトグラフ(LC)、HPLC、HPLC/IC、LC−TOF/MS、MALDI、核磁気共鳴装置(NMR)、SIMS、ICP質量分析装置などでも良い。化学物質検出部310は図6に示すように1箇所でも良いし、複数箇所でも良い。複数の化学物質検出部310を設ける場合、同一種類でも良いし、複数種類でも良い。   The chemical substance detection unit 310 is preferably a chemical sensor, a biological sensor, etc., but MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor), ISFET (ion-sensitive field effect transistor), bipolar transistor, organic thin film transistor, optode, metal oxide Semiconductor sensor, quartz microbalance (QCM), surface acoustic wave (SAW) element, solid electrolyte gas sensor, electrochemical cell sensor, surface wave plasmon resonance (SPR), Langmuir-Blodgett film (LB film) sensor, AFM, DNA sensor A protein sensor, an immune sensor, a microorganism sensor, or the like may be used. Moreover, the chemical substance detection part 310 is gas chromatograph (GC), GC-MS, GC-TOF / MS, a high performance liquid chromatograph (LC), HPLC, HPLC / IC, LC-TOF / MS, MALDI, nuclear magnetic resonance. An apparatus (NMR), SIMS, ICP mass spectrometer, etc. may be used. The chemical substance detection unit 310 may be provided at one place as shown in FIG. When providing the some chemical substance detection part 310, the same kind may be sufficient and multiple types may be sufficient.

化学物質検出部310は容器101の外部にあっても良く、容器101の内部にあっても良く、化学物質回収部107の一端にあっても良い。   The chemical substance detection unit 310 may be outside the container 101, inside the container 101, or at one end of the chemical substance recovery unit 107.

図7〜図10は、実施の形態2の静電噴霧装置の動作を示す説明図である。図7〜図10において、図6と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。   7-10 is explanatory drawing which shows operation | movement of the electrostatic spraying apparatus of Embodiment 2. FIG. 7 to 10, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

<注入工程>
注入工程では、水蒸気201と化学物質202を含む試料気体203が、注入口102を通じて、容器101へ注入される。図7(a)は注入工程を表す。図7(a)では化学物質202を化学物質202a、202bの2種類のみ記載したが、1種類でも良いし、3種類以上でも良い。試料気体203での相対湿度は50%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。注入工程では、試料気体203へ水蒸気201を追加しても良い。なお本発明では、化学物質202の種類、濃度は限定されない。試料気体203は、極性有機溶媒を含むことが好ましい。なお本発明では、極性有機溶媒の種類、濃度は限定されない。
<Injection process>
In the injection step, a sample gas 203 containing water vapor 201 and a chemical substance 202 is injected into the container 101 through the injection port 102. FIG. 7A shows an injection process. In FIG. 7A, only two types of chemical substances 202, ie, chemical substances 202a and 202b are shown, but one kind may be used, or three or more kinds may be used. The relative humidity in the sample gas 203 is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. In the injection step, water vapor 201 may be added to the sample gas 203. In the present invention, the type and concentration of the chemical substance 202 are not limited. The sample gas 203 preferably contains a polar organic solvent. In the present invention, the type and concentration of the polar organic solvent are not limited.

試料気体203は、容器101の内壁、対向電極部106または化学物質回収部107へ衝突させても良い。また、容器101の内部に設けた障壁302や迷路などへ、試料気体203を衝突させても良い。   The sample gas 203 may collide with the inner wall of the container 101, the counter electrode unit 106, or the chemical substance recovery unit 107. Alternatively, the sample gas 203 may collide with a barrier 302 or a maze provided inside the container 101.

容器101の内部が試料気体203によって満たされたことを判別するために、化学物質検出部310を用いても良く、化学物質検出部310とは別の化学物質検出部を用いても良い。また、化学物質検出部310は一つでも良いし、複数でも良い。   In order to determine that the inside of the container 101 is filled with the sample gas 203, the chemical substance detection unit 310 may be used, or a chemical substance detection unit different from the chemical substance detection unit 310 may be used. Further, the chemical substance detection unit 310 may be one or plural.

<第1凝縮液生成工程>
次に、第1凝縮液生成工程では、冷却部104により霧化電極部105が水蒸気201の露点温度以下に冷却される。霧化電極部105の外周面において、水蒸気201と化学物質202を含む第1凝縮液204が形成される。図7(b)は第1凝縮液生成工程を表す。
<First condensate production step>
Next, in the first condensate generation step, the atomizing electrode unit 105 is cooled to a dew point temperature of the water vapor 201 or lower by the cooling unit 104. A first condensate 204 containing water vapor 201 and chemical substance 202 is formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. FIG. 7B shows the first condensate production step.

<供給工程>
供給工程では、ドーパント205を容器101へ供給する。図8(a)は供給工程を表す。ドーパント205は供給口109を通じて容器101へ供給する。ドーパント205は障壁302へ衝突させることが好ましい。
<Supply process>
In the supply step, the dopant 205 is supplied to the container 101. FIG. 8A shows the supply process. The dopant 205 is supplied to the container 101 through the supply port 109. The dopant 205 is preferably impacted against the barrier 302.

<ドーパント冷却工程>
ドーパント冷却工程では、ドーパント205を霧化電極部105の外周面において冷却する。図8(b)はドーパント冷却工程を表す。
<Dopant cooling step>
In the dopant cooling step, the dopant 205 is cooled on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. FIG. 8B shows a dopant cooling step.

<溶解工程>
溶解工程では、第1凝縮液204へドーパント205が溶解する。図9(a)は溶解工程を表す。
<Dissolution process>
In the dissolving step, the dopant 205 is dissolved in the first condensate 204. FIG. 9A shows the dissolution process.

<第1帯電微粒子化工程>
次に、第1帯電微粒子化工程では、第1凝縮液204から多数の第1帯電微粒子206を形成する。図9(b)は第1帯電微粒子化工程を表す。第1帯電微粒子206は、分子1個〜数十個からなるクラスタであっても良いし、分子数十〜数百個からなる微粒子であっても良いし、数百個以上からなる液滴であっても良い。またはこれらの2種類以上が混在していても良い。
<First charged fine particle forming step>
Next, in the first charged fine particle forming step, a large number of first charged fine particles 206 are formed from the first condensate 204. FIG. 9B shows the first charged fine particle forming step. The first charged fine particle 206 may be a cluster composed of one molecule to several tens of molecules, a fine particle composed of several tens to several hundred molecules, or a droplet composed of several hundred or more. There may be. Or these two or more types may be mixed.

第1帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206に、電気的に中性な分子、試料気体203に由来するイオンまたはラジカルが含まれていても良い。   In the first charged fine particle forming step, the first charged fine particle 206 may contain electrically neutral molecules, ions or radicals derived from the sample gas 203.

第1帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206はマイナスに荷電していることが好ましい。第1帯電微粒子206がマイナスに荷電する場合、化学物質202の電子親和力は水の電子親和力よりも大きいことが好ましい。第1帯電微粒子206がマイナスに荷電する場合、ドーパント205の電子親和力は水および化学物質202の電子親和力よりも大きいことが好ましい。   In the first charged fine particle forming step, the first charged fine particle 206 is preferably negatively charged. When the first charged fine particles 206 are negatively charged, it is preferable that the electron affinity of the chemical substance 202 is greater than the electron affinity of water. When the first charged fine particles 206 are negatively charged, the electron affinity of the dopant 205 is preferably larger than the electron affinity of water and the chemical substance 202.

第1帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206はプラスに荷電していても良い。第1帯電微粒子206がプラスに荷電する場合、化学物質202のイオン化エネルギーは水のイオン化エネルギーよりも小さいことが好ましい。第1帯電微粒子206がプラスに荷電する場合、ドーパント205のイオン化エネルギーは水および化学物質202のイオン化エネルギーよりも小さいことが好ましい。   In the first charged fine particle forming step, the first charged fine particle 206 may be positively charged. When the first charged fine particles 206 are positively charged, the ionization energy of the chemical substance 202 is preferably smaller than the ionization energy of water. When the first charged fine particles 206 are positively charged, the ionization energy of the dopant 205 is preferably smaller than the ionization energy of water and the chemical substance 202.

第1凝縮液204を帯電微粒子化する方法は、静電噴霧が最も好ましい。静電噴霧の原理は次のとおりである。霧化電極部105と対向電極部106の間に印加された電圧によって霧化電極部105の先端へ第1凝縮液204が搬送される。クーロン引力により第1凝縮液204の液面が対向電極部106方向へ円錐状に盛り上がる。さらに霧化電極部105の外周面で凝縮が進むと、円錐状の第1凝縮液204が成長する。その後、第1凝縮液204の先端に電荷が集中してクーロン力が増大する。このクーロン力が水の表面張力を超えると第1凝縮液204が分裂、飛散して、第1帯電微粒子206を形成する。   The method of turning the first condensate 204 into charged fine particles is most preferably electrostatic spraying. The principle of electrostatic spraying is as follows. The first condensate 204 is conveyed to the tip of the atomization electrode unit 105 by a voltage applied between the atomization electrode unit 105 and the counter electrode unit 106. The liquid level of the first condensate 204 rises in a conical shape toward the counter electrode 106 due to the Coulomb attractive force. When condensation further proceeds on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105, a conical first condensate 204 grows. Thereafter, the electric charge concentrates on the tip of the first condensate 204 and the Coulomb force increases. When the Coulomb force exceeds the surface tension of water, the first condensate 204 is split and scattered to form the first charged fine particles 206.

第1帯電微粒子化工程では、霧化電極部105と対向電極部106の間に直流電圧を印加することが最も好ましい。コロナ放電が発生しない電圧を印加することが好ましく、具体的には4kV以上6kV以下の直流電圧であることが好ましい。対向電極部106に対して霧化電極部105へ負電圧を印加することが最も好ましいが、正電圧を印加してもよい。対向電極部106はGND電極にすることが最も好ましい。   In the first charged fine particle forming step, it is most preferable to apply a DC voltage between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106. It is preferable to apply a voltage at which corona discharge does not occur. Specifically, a DC voltage of 4 kV to 6 kV is preferable. Although it is most preferable to apply a negative voltage to the atomizing electrode unit 105 with respect to the counter electrode unit 106, a positive voltage may be applied. The counter electrode portion 106 is most preferably a GND electrode.

霧化電極部105と対向電極部106の間に交流電圧を印加しても良く、パルス電圧を印加しても良い。   An alternating voltage may be applied between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106, or a pulse voltage may be applied.

<第2帯電微粒子化工程>
次に、第2帯電微粒子化工程では、容器101において、第1帯電微粒子206と試料気体203を混合して第2帯電微粒子311にしても良い。図10(a)は第2帯電微粒子化工程を表す。第1帯電微粒子206と試料気体203を混合することにより、試料気体203を帯電できる。第1帯電微粒子206と試料気体203の混合を効率的に行なうため、試料気体203が乱流、螺旋流、渦流などを生じることが好ましい。第1帯電微粒子206の流れ方向と試料気体203の流れ方向は直交させても良く、カウンター流としても良い。容器101は十字流路またはT字流路であることが好ましい。第2帯電微粒子311を試料気体203と混合して第3帯電微粒子としても良い。
<Second charged fine particle forming step>
Next, in the second charged fine particle forming step, the first charged fine particles 206 and the sample gas 203 may be mixed into the second charged fine particles 311 in the container 101. FIG. 10A shows the second charged fine particle forming step. The sample gas 203 can be charged by mixing the first charged fine particles 206 and the sample gas 203. In order to efficiently mix the first charged fine particles 206 and the sample gas 203, the sample gas 203 preferably generates turbulent flow, spiral flow, vortex flow, and the like. The flow direction of the first charged fine particles 206 and the flow direction of the sample gas 203 may be orthogonal to each other, or may be a counter flow. The container 101 is preferably a cross channel or a T-shaped channel. The second charged fine particles 311 may be mixed with the sample gas 203 to form third charged fine particles.

<第2帯電微粒子化工程>
第2帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206の大部分は、霧化電極部105から対向電極部106を経由して化学物質回収部107へ移動する。したがって、霧化電極部105と化学物質回収部107の間に向かって試料気体203を注入する位置に、注入口102を設けることが好ましい。霧化電極部105と対向電極部106の間に向かって試料気体203を注入する位置に、注入口102を設けることが好ましいが、対向電極部106と化学物質回収部107の間に向かって試料気体203を注入する位置に、注入口102を設けることもできる。試料気体203は第1帯電微粒子206の経路にフォーカスしても良い。
<Second charged fine particle forming step>
In the second charged fine particle forming step, most of the first charged fine particles 206 move from the atomizing electrode portion 105 to the chemical substance recovery portion 107 via the counter electrode portion 106. Therefore, it is preferable to provide the injection port 102 at a position where the sample gas 203 is injected between the atomizing electrode unit 105 and the chemical substance recovery unit 107. The injection port 102 is preferably provided at a position where the sample gas 203 is injected between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106, but the sample is positioned between the counter electrode unit 106 and the chemical substance recovery unit 107. The injection port 102 can be provided at a position where the gas 203 is injected. The sample gas 203 may be focused on the path of the first charged fine particles 206.

第2帯電微粒子311の直径は、第1帯電微粒子206の直径よりも大きいことが好ましい。第2帯電微粒子311の安定性の観点から、第2帯電微粒子311の直径は、1nm以上30nm以下が好ましい。第2帯電微粒子311は、分子1個〜数十個からなるクラスタであっても良いし、分子数十〜数百個からなる微粒子であっても良いし、数百個以上からなる液滴であっても良い。またはこれらの2種類以上が混在していても良い。   The diameter of the second charged fine particle 311 is preferably larger than the diameter of the first charged fine particle 206. From the viewpoint of the stability of the second charged fine particles 311, the diameter of the second charged fine particles 311 is preferably 1 nm or more and 30 nm or less. The second charged fine particle 311 may be a cluster composed of one molecule to several tens of molecules, a fine particle composed of several tens to several hundred molecules, or a droplet composed of several hundreds or more. There may be. Or these two or more types may be mixed.

第2帯電微粒子311に、電気的に中性な分子、イオン、ラジカルなどが含まれていても良い。第2帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311の電荷の符号は同じであることが好ましいが、第2帯電微粒子311はマイナスに荷電していても良く、プラスに荷電していても良い。   The second charged fine particles 311 may contain electrically neutral molecules, ions, radicals, and the like. In the second charged fine particle forming step, it is preferable that the charge signs of the first charged fine particle 206 and the second charged fine particle 311 are the same. However, the second charged fine particle 311 may be negatively charged or positively charged. You may do it.

第2帯電微粒子311の帯電量は、第1帯電微粒子206と同じであることが好ましい。第2帯電微粒子311の帯電量は、微粒子1個あたり電荷素量(1.6×10−19C)と同量以上10倍以下であることが好ましい。 The charge amount of the second charged fine particles 311 is preferably the same as that of the first charged fine particles 206. The charge amount of the second charged fine particles 311 is preferably the same amount or more and 10 times or less as the elementary charge amount (1.6 × 10 −19 C) per fine particle.

<回収工程>
最後に、回収工程では、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311を化学物質回収部107へ回収する。図10(b)は回収工程を表す。回収工程では、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311を同時に化学物質回収部107へ回収することが好ましい。なお本発明では、化学物質回収部107へ回収される、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311の比率は限定されない。回収工程では、化学物質回収部107へ直接試料気体203を回収しても良い。化学物質回収部107へ直接回収される試料気体203の量は少ないことが好ましい。回収工程中は、注入工程を停止することが好ましい。
<Recovery process>
Finally, in the recovery step, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 are recovered to the chemical substance recovery unit 107. FIG. 10B shows the recovery process. In the recovery step, it is preferable that the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 are simultaneously recovered to the chemical substance recovery unit 107. In the present invention, the ratio of the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 collected by the chemical substance collecting unit 107 is not limited. In the recovery step, the sample gas 203 may be recovered directly to the chemical substance recovery unit 107. It is preferable that the amount of the sample gas 203 recovered directly to the chemical substance recovery unit 107 is small. During the recovery process, the injection process is preferably stopped.

回収工程では、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311を電磁気力により回収することが好ましいが、静電気力により回収しても良い。対向電極部106に対して化学物質回収部107へ直流電圧を印加することが好ましい。直流電圧は0.01kV以上6kV以下であることが好ましく、0.01kV以上0.5kV以下であることがより好ましい。   In the recovery step, it is preferable to recover the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 by electromagnetic force, but they may be recovered by electrostatic force. It is preferable to apply a DC voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The DC voltage is preferably from 0.01 kV to 6 kV, and more preferably from 0.01 kV to 0.5 kV.

第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311が負の電荷を持つ場合、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ正電圧を印加することが最も好ましい。第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311が正の電荷を持つ場合、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ負電圧を印加することが好ましい。電圧印加は連続的であることが好ましいが、パルス的でも良い。対向電極部106はGND電極にすることが最も好ましい。化学物質回収部107と対向電極部106の間に交流電圧を印加することが好ましいが、パルス電圧を印加しても良い。   When the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 have negative charges, it is most preferable to apply a positive voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. When the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 have a positive charge, it is preferable to apply a negative voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The voltage application is preferably continuous, but may be pulsed. The counter electrode portion 106 is most preferably a GND electrode. An AC voltage is preferably applied between the chemical substance recovery unit 107 and the counter electrode unit 106, but a pulse voltage may be applied.

化学物質回収部107は水蒸気201の露点温度以下に冷却することが好ましい。化学物質回収部107の外周面において、第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311を回収液207にすることが好ましい。回収工程の初期段階では、化学物質回収部107の外周面において、回収液207が液滴状になることが好ましい。回収工程の進行段階では、化学物質回収部107の外周面が回収液207により覆われることが好ましい。化学物質回収部107は針状であることが好ましく、回収液207は化学物質回収部107の先端に回収することが好ましい。化学物質回収部107の外周面は親水性であることが好ましいが、撥水性であっても良い。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably cooled below the dew point temperature of the water vapor 201. It is preferable that the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 are used as the recovered liquid 207 on the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107. In the initial stage of the recovery process, it is preferable that the recovery liquid 207 is in the form of droplets on the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107. In the progress stage of the recovery process, it is preferable that the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107 is covered with the recovery liquid 207. The chemical substance recovery unit 107 is preferably needle-shaped, and the recovery liquid 207 is preferably recovered at the tip of the chemical substance recovery unit 107. The outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107 is preferably hydrophilic, but may be water repellent.

化学物質回収部107は第2冷却部108により冷却されることが好ましい。第2冷却部108により、水蒸気の露点温度以下まで化学物質回収部107を冷却できる。回収工程では、回収液207の量が過剰にならないよう、第2冷却部108の温度を制御することが好ましい。化学物質回収部107の温度は、回収液207の凝固点以上であっても良く、回収液207の凝固点以下であっても良い。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably cooled by the second cooling unit 108. The chemical substance recovery unit 107 can be cooled to a temperature equal to or lower than the dew point temperature of water vapor by the second cooling unit 108. In the recovery step, it is preferable to control the temperature of the second cooling unit 108 so that the amount of the recovery liquid 207 does not become excessive. The temperature of the chemical substance recovery unit 107 may be equal to or higher than the freezing point of the recovery liquid 207 or may be equal to or lower than the freezing point of the recovery liquid 207.

化学物質回収部107は、下方に向いていることが好ましい。図6に示すように、重力により回収液207を化学物質回収部107の先端に回収することが好ましい。   The chemical substance recovery unit 107 is preferably directed downward. As shown in FIG. 6, it is preferable to collect the recovery liquid 207 at the tip of the chemical substance recovery unit 107 by gravity.

回収工程では、図10(b)に示すように、静電気力により回収液207を化学物質回収部107の先端に回収することが好ましい。化学物質回収部107の先端は、電界が集中する形状であることが好ましい。化学物質回収部107は、針状であることが最も好ましい。化学物質回収部107の外周面において、回収液207は静電気力により化学物質回収部107の先端へ移動することが好ましい。回収液207には極性有機化合物および/または水が含まれていることが好ましい。   In the recovery step, it is preferable to recover the recovery liquid 207 at the tip of the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force as shown in FIG. The tip of the chemical substance recovery unit 107 is preferably shaped to concentrate the electric field. The chemical substance recovery unit 107 is most preferably needle-shaped. On the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107, the recovery liquid 207 preferably moves to the tip of the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force. The recovered liquid 207 preferably contains a polar organic compound and / or water.

回収工程では、化学物質搬送部309により回収液207を化学物質検出部310へ搬送することが好ましい。回収液207の搬送するために、シリンジ、キャピラリ、チューブ、多孔質体などを用いても良い。回収液207の搬送の駆動には、ポンプ、毛細管力などを用いても良い。化学物質搬送部309の温度は室温であることが好ましいが、水蒸気の露点温度以下に冷却しても良い。   In the recovery step, it is preferable that the recovery liquid 207 is transferred to the chemical substance detection unit 310 by the chemical substance transfer unit 309. In order to transport the recovered liquid 207, a syringe, capillary, tube, porous body, or the like may be used. A pump, capillary force, or the like may be used to drive the recovery liquid 207. The temperature of the chemical transport unit 309 is preferably room temperature, but may be cooled below the dew point temperature of water vapor.

対向電極部106に対して化学物質回収部107へ電圧を印加する間、化学物質搬送部309は化学物質回収部107から分離されていることが好ましく、物理的に分離されていることが最も好ましい。化学物質回収部107から化学物質搬送部309を分離するために、化学物質搬送部309を可動にすることが好ましい。回収工程では、対向電極部106に対して化学物質回収部107へ電圧を印加する間、化学物質搬送部309は化学物質回収部107から電気的に分離されていても良い。   While applying a voltage to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106, the chemical substance transport unit 309 is preferably separated from the chemical substance recovery unit 107, and most preferably physically separated. . In order to separate the chemical substance transport unit 309 from the chemical substance recovery unit 107, the chemical substance transport unit 309 is preferably movable. In the recovery step, the chemical substance transport unit 309 may be electrically separated from the chemical substance recovery unit 107 while a voltage is applied to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106.

回収液207に含まれる化学物質202は、化学物質検出部310により検出することが好ましい。検出する化学物質202は1種類でも良いし、2種類以上でも良い。化学物質202は、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、硫化水素、メチルメルカプタン、ジスルフィドなどが好ましく、アルカン、アルケン、アルキン、ジエン、脂環式炭化水素、アレン、エーテル、カルボニル、カルバニオ、タンパク、多核芳香族、複素環、有機誘導体、核酸、リボ核酸、抗体、生物分子、代謝物、イソプレン、イソプレノイドおよびその誘導体なども好ましい。回収工程では、化学物質検出部310により化学物質202の定量を行なうことが好ましいが、化学物質202の存在のみを検出しても良い。   The chemical substance 202 contained in the recovered liquid 207 is preferably detected by the chemical substance detection unit 310. The chemical substance 202 to be detected may be one type or two or more types. The chemical substance 202 is preferably ketones, amines, alcohols, aromatic hydrocarbons, aldehydes, esters, organic acids, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, disulfide, and the like, and alkane, alkene, alkyne, diene, alicyclic ring. Also preferred are formula hydrocarbons, allenes, ethers, carbonyls, carbanio, proteins, polynuclear aromatics, heterocycles, organic derivatives, nucleic acids, ribonucleic acids, antibodies, biomolecules, metabolites, isoprene, isoprenoids and derivatives thereof. In the recovery process, it is preferable that the chemical substance 202 is quantified by the chemical substance detection unit 310, but only the presence of the chemical substance 202 may be detected.

回収液207に含まれる水蒸気201や検出対象物質以外の妨害物質を除去しても良い。回収液207から妨害物質を除去するために、フィルタまたは吸着材を用いても良いし、そのほかの除去方法を用いても良い。   Interfering substances other than the water vapor 201 and the detection target substance contained in the recovered liquid 207 may be removed. In order to remove interfering substances from the recovered liquid 207, a filter or an adsorbent may be used, or other removal methods may be used.

本実施の形態において、上述の注入工程から回収工程までの少なくとも2つ以上の工程は同時に行なわれてもよい。すなわち、例えば注入工程と第1凝縮液生成工程が同時に行なわれても良い。またはそれぞれの工程を順序立てて行なっても良い。   In the present embodiment, at least two steps from the injection step to the recovery step described above may be performed simultaneously. That is, for example, the injection step and the first condensate generation step may be performed simultaneously. Or you may perform each process in order.

本実施の形態において、第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱しても良い。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱することにより、化学物質202の濃度を高めても良い。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱するために、赤外光を用いることが好ましい。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を赤外光により加熱する場合、水の吸収ピークの波長を用いることが好ましい。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱するための赤外光は、霧化電極部105および化学物質回収部107へ照射しないことが好ましい。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱するための赤外光は、フォーカスすることが好ましい。   In the present embodiment, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 may be heated. The concentration of the chemical substance 202 may be increased by heating the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311. In order to heat the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311, it is preferable to use infrared light. When the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 are heated by infrared light, it is preferable to use the wavelength of the water absorption peak. It is preferable that infrared light for heating the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 is not irradiated to the atomizing electrode unit 105 and the chemical substance recovery unit 107. Infrared light for heating the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 is preferably focused.

第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱するための赤外光は、容器101内を導波することも好ましく、その場合には、容器101に光導波路を設けることが好ましい。容器101の一部に赤外光の窓を設けることも好ましい。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を加熱するためにヒータを用いても良い。   Infrared light for heating the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 is preferably guided in the container 101. In that case, it is preferable to provide an optical waveguide in the container 101. It is also preferable to provide an infrared light window in a part of the container 101. A heater may be used to heat the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311.

化学物質回収部107、化学物質搬送部309または化学物質検出部310は、容器101から分離可能であることが好ましい。化学物質回収部107、化学物質搬送部309または化学物質検出部310は洗浄可能であることが好ましいが、ディスポーザブルであっても良い。   The chemical substance recovery unit 107, the chemical substance transport unit 309, or the chemical substance detection unit 310 is preferably separable from the container 101. The chemical substance recovery unit 107, the chemical substance transport unit 309, or the chemical substance detection unit 310 is preferably washable, but may be disposable.

第1帯電微粒子化工程および/または第2帯電微粒子化工程ではコロナ放電を用いても良いが、静電噴霧を用いることが最も好ましい。しかし、試料気体203中の相対湿度が低い場合や、霧化電極部105の外周面に十分な第1凝縮液204が生成されていない場合は、静電噴霧にコロナ放電を伴う場合もある。したがって本発明では、第1帯電微粒子化工程および/または第2帯電微粒子化工程は静電噴霧に限定されない。   Corona discharge may be used in the first charged fine particle forming step and / or the second charged fine particle forming step, but electrostatic spraying is most preferably used. However, when the relative humidity in the sample gas 203 is low, or when the sufficient first condensate 204 is not generated on the outer peripheral surface of the atomizing electrode unit 105, the electrostatic spray may be accompanied by corona discharge. Therefore, in the present invention, the first charged fine particle forming step and / or the second charged fine particle forming step is not limited to electrostatic spraying.

第1帯電微粒子化工程および/または第2帯電微粒子化工程では、霧化電極部105と対向電極部106の間を流れる電流に応じて、霧化電極部105と対向電極部106との間の電圧印加を制御することが好ましい。霧化電極部105と対向電極部106の間に閾値以上の電流が流れる時、霧化電極部105と対向電極部106との間の電圧印加を中断することが好ましいが、印加電圧を小さくしても良い。また、霧化電極部105と対向電極部106の間に流れる電流が閾値以下になった時、電圧印加を再開しても良い。   In the first charged fine particle forming step and / or the second charged fine particle forming step, according to the current flowing between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106, between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106. It is preferable to control the voltage application. When a current of a threshold value or more flows between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106, it is preferable to interrupt the voltage application between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106, but the applied voltage is reduced. May be. Further, the voltage application may be resumed when the current flowing between the atomizing electrode unit 105 and the counter electrode unit 106 becomes equal to or less than the threshold value.

霧化電極部105から水蒸気201、化学物質202またはドーパント205を除去するために、霧化電極部105を加熱することが好ましい。霧化電極部105を加熱する時、容器101の中へ清浄ガスを注入することが好ましい。清浄ガスは水蒸気201、化学物質202、ドーパント205を含まないことが好ましい。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202, or the dopant 205 from the atomizing electrode unit 105, it is preferable to heat the atomizing electrode unit 105. When the atomizing electrode unit 105 is heated, it is preferable to inject clean gas into the container 101. The clean gas preferably does not contain water vapor 201, chemical substance 202, or dopant 205.

霧化電極部105を加熱することにより、水蒸気201、化学物質202またはドーパント205を除去するには、熱電素子を用いることも好ましい。熱電素子は冷却部104が好ましい。熱電素子を使えば冷却面と加熱面を容易に反転できるので便利である。また、凝縮工程と水蒸気201除去、化学物質202除去またはドーパント205除去のために同一の熱電素子を使えば、分析装置の小型化にも寄与できる。水蒸気201、化学物質202またはドーパント205が除去されたことを検出するには、化学物質検出部310を用いることが好ましいが、化学物質検出部310とは別の化学物質検出部を用いても良い。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202 or the dopant 205 by heating the atomizing electrode part 105, it is also preferable to use a thermoelectric element. The thermoelectric element is preferably the cooling unit 104. Use of a thermoelectric element is convenient because the cooling surface and the heating surface can be easily reversed. Further, if the same thermoelectric element is used for the condensation step and the removal of water vapor 201, the removal of chemical substance 202 or the removal of dopant 205, it can contribute to the miniaturization of the analyzer. In order to detect the removal of the water vapor 201, the chemical substance 202 or the dopant 205, it is preferable to use the chemical substance detection part 310, but a chemical substance detection part different from the chemical substance detection part 310 may be used. .

対向電極部106から水蒸気201、化学物質202、ドーパント205を除去するために、対向電極部106を加熱することも好ましい。対向電極部106を加熱する時、容器101の中へ清浄ガスを注入することが好ましい。清浄ガスは水蒸気201、化学物質202、ドーパント205を含まないことが好ましい。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202, and the dopant 205 from the counter electrode unit 106, it is also preferable to heat the counter electrode unit 106. When heating the counter electrode portion 106, it is preferable to inject a clean gas into the container 101. The clean gas preferably does not contain water vapor 201, chemical substance 202, or dopant 205.

対向電極部106を加熱することにより水蒸気201、化学物質202またはドーパント205を除去するには、熱電素子を用いることが好ましい。熱電素子を使えば冷却面と加熱面を容易に反転できるので便利である。水蒸気201、化学物質202またはドーパント205が除去されたことを検出するには、化学物質検出部310を用いることが好ましいが、化学物質検出部310とは別の化学物質検出部を用いても良い。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202, or the dopant 205 by heating the counter electrode portion 106, it is preferable to use a thermoelectric element. Use of a thermoelectric element is convenient because the cooling surface and the heating surface can be easily reversed. In order to detect the removal of the water vapor 201, the chemical substance 202 or the dopant 205, it is preferable to use the chemical substance detection part 310, but a chemical substance detection part different from the chemical substance detection part 310 may be used. .

化学物質回収部107から水蒸気201、化学物質202またはドーパント205を除去するために、化学物質回収部107を加熱することも好ましい。化学物質回収部107を加熱する時、容器101の中へ清浄ガスを注入することが好ましい。清浄ガスは水蒸気201、化学物質202、ドーパント205を含まないことが好ましい。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202, or the dopant 205 from the chemical substance recovery unit 107, it is also preferable to heat the chemical substance recovery part 107. When the chemical substance recovery unit 107 is heated, it is preferable to inject a clean gas into the container 101. The clean gas preferably does not contain water vapor 201, chemical substance 202, or dopant 205.

化学物質回収部107を加熱することにより水蒸気201、化学物質202、ドーパント205を除去するには、熱電素子を用いることが好ましい。熱電素子は第2冷却部108であることが好ましい。熱電素子を使えば冷却面と加熱面を容易に反転できるので便利である。また、回収工程と水蒸気201除去、化学物質202除去またはドーパント205除去のために同一の熱電素子を使えば、分析装置の小型化にも寄与できる。水蒸気201、化学物質202またはドーパント205が除去されたことを検出するには、化学物質検出部117を用いることが好ましいが、化学物質検出部310とは別の化学物質検出部を用いても良い。   In order to remove the water vapor 201, the chemical substance 202, and the dopant 205 by heating the chemical substance recovery unit 107, it is preferable to use a thermoelectric element. The thermoelectric element is preferably the second cooling unit 108. Use of a thermoelectric element is convenient because the cooling surface and the heating surface can be easily reversed. In addition, if the same thermoelectric element is used for the recovery process and the removal of water vapor 201, the removal of chemical substance 202 or the removal of dopant 205, it can contribute to the downsizing of the analyzer. In order to detect the removal of the water vapor 201, the chemical substance 202 or the dopant 205, it is preferable to use the chemical substance detection unit 117, but a chemical substance detection unit different from the chemical substance detection unit 310 may be used. .

(実施の形態3)
図11は、本発明の実施の形態3における静電噴霧装置の模式図である。図11において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a schematic diagram of an electrostatic spraying apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 11, the same components as those in FIG.

本実施の形態が実施の形態1と相違する点は、霧化電極部105の近傍に供給口109を設けることである。供給口109から、第1凝縮液204へドーパント205を直接的に添加しても良い。液状のドーパント205を第1凝縮液204へ供給しても良い。冷却されたドーパント205を供給しても良い。   The present embodiment is different from the first embodiment in that a supply port 109 is provided in the vicinity of the atomizing electrode unit 105. The dopant 205 may be added directly to the first condensate 204 from the supply port 109. The liquid dopant 205 may be supplied to the first condensate 204. A cooled dopant 205 may be supplied.

(実施の形態4)
図12は、本発明の実施の形態4における静電噴霧装置の模式図である。図12において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 12 is a schematic diagram of an electrostatic spraying device according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 12, the same components as those in FIG.

本実施の形態が実施の形態1と相違する点は、試料気体発生部312に供給口109を設けることである。ドーパント205は、試料気体発生部312の上流側から供給される。ドーパント205は試料気体203とともに容器101へ注入される。試料気体発生部312はバブラーでも良いし、サンプルバッグでも良いし、生体の呼吸器や循環器などでも良い。   The present embodiment is different from the first embodiment in that a supply port 109 is provided in the sample gas generation unit 312. The dopant 205 is supplied from the upstream side of the sample gas generation unit 312. The dopant 205 is injected into the container 101 together with the sample gas 203. The sample gas generator 312 may be a bubbler, a sample bag, a living body respiratory device or a circulator.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、以下の実施例は例示の目的にのみ用いられ、本発明を限定するために用いられてはならない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are used only for illustrative purposes and should not be used to limit the present invention.

[実施例1]
容器101は、切削加工により厚み4mmのアルミ板を用いて作製した。容器101は38mm×38mm×18mmの直方体とした。容器101の一部は、アクリル樹脂板で置き換え可能にした。容器の一部を透明材料とすることにより、凝縮液の形成過程などが観察できるためより好ましい。容器101の内壁は平滑に研磨し、ガス吸着を抑制するようにした。
[Example 1]
The container 101 was manufactured by cutting an aluminum plate having a thickness of 4 mm. The container 101 was a cuboid of 38 mm × 38 mm × 18 mm. A part of the container 101 can be replaced with an acrylic resin plate. It is more preferable to use a transparent material for a part of the container because the formation process of the condensate can be observed. The inner wall of the container 101 was polished smoothly to suppress gas adsorption.

容器101は、蝶番301で開閉可能にした。   The container 101 can be opened and closed with a hinge 301.

注入口102を容器101に連通するように設けた。注入口102は外径1/8インチ、長さ50mmのステンレス管を用いた。注入口102は容器101の底面から10mmの位置に、容器101の底面に対して水平に設けた。   An inlet 102 was provided so as to communicate with the container 101. The injection port 102 was a stainless steel tube having an outer diameter of 1/8 inch and a length of 50 mm. The injection port 102 was provided horizontally at a position 10 mm from the bottom surface of the container 101 with respect to the bottom surface of the container 101.

排出口103を容器101の他端に設けた。排出口103は外径1/8インチ、長さ50mmのステンレス管を用いた。排出口103は容器101の底面から4mmの位置に、容器101の底面に対して水平に設けた。   A discharge port 103 was provided at the other end of the container 101. The discharge port 103 was a stainless steel tube having an outer diameter of 1/8 inch and a length of 50 mm. The discharge port 103 was provided horizontally at a position 4 mm from the bottom surface of the container 101 with respect to the bottom surface of the container 101.

冷却部104として熱電素子を容器101の一端に設けた。冷却部104を容器101に一箇所設けた。冷却部104の大きさは14mm×14mm×1mmであった。冷却部104の最大吸熱は0.9W、最大温度差は69℃であった。冷却部104の冷却面は、セラミックス材で被覆した。セラミックス材はその表面に微細な凹凸や多孔体構造を有するため、接触する物体を効率的に冷却することができる。   A thermoelectric element was provided at one end of the container 101 as the cooling unit 104. One cooling part 104 is provided in the container 101. The size of the cooling unit 104 was 14 mm × 14 mm × 1 mm. The maximum heat absorption of the cooling unit 104 was 0.9 W, and the maximum temperature difference was 69 ° C. The cooling surface of the cooling unit 104 was covered with a ceramic material. Since the ceramic material has fine irregularities and a porous structure on the surface thereof, it is possible to efficiently cool the contacting object.

冷却部104には放熱部303として放熱フィンを設けた。放熱部303の放熱フィンは切削加工によりアルミで作製し、フィンの枚数は6枚、フィンの大きさは16mm×15mm×1mmであった。放熱部303の近傍に、放熱を促すための冷却ファン(KD1208PTB2−6,SUNON)を設けた。   The cooling unit 104 is provided with heat radiation fins as the heat radiation unit 303. The heat radiating fins of the heat radiating portion 303 were made of aluminum by cutting, the number of fins was 6, and the size of the fins was 16 mm × 15 mm × 1 mm. A cooling fan (KD1208PTB2-6, SUNON) for promoting heat dissipation was provided in the vicinity of the heat dissipation part 303.

冷却部104と容器101の間に断熱部304を設けた。断熱部304として、厚み1mmのラバーフィルムを用いた。ラバーフィルムの一部には霧化電極部105を貫通させるための孔を設けた。孔の直径は1mmであった。   A heat insulating part 304 was provided between the cooling part 104 and the container 101. A rubber film having a thickness of 1 mm was used as the heat insulating part 304. A part of the rubber film was provided with a hole for penetrating the atomizing electrode part 105. The diameter of the hole was 1 mm.

霧化電極部105を冷却部104の一端に設けた。容器101の内部に、霧化電極部105としてステンレス製針を設けた。ステンレス製針の長さは3mm、直径は最も太い部分で0.79mm、最も細い部分で0.5mmであった。またステンレス製針の先端には直径0.72mmの球を設け、安定して第1帯電微粒子化工程を行なえるようにした。霧化電極部105と冷却部104の間には熱伝導グリース(SCH−20、サンハヤト)を塗布した。   An atomizing electrode unit 105 was provided at one end of the cooling unit 104. Inside the container 101, a stainless needle was provided as the atomizing electrode portion 105. The length of the stainless needle was 3 mm, and the diameter was 0.79 mm at the thickest part and 0.5 mm at the thinnest part. In addition, a sphere having a diameter of 0.72 mm was provided at the tip of the stainless needle so that the first charged fine particle forming step could be performed stably. Thermal conduction grease (SCH-20, Sunhayato) was applied between the atomizing electrode part 105 and the cooling part 104.

霧化電極部105には、絶縁部305として、直径10mm、厚み3mmのテフロン(登録商標)製の円板を設けた。絶縁部305の中心部には、直径4mm、深さ1mmの凹構造を設けた。   The atomizing electrode portion 105 was provided with a Teflon (registered trademark) disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm as the insulating portion 305. A concave structure having a diameter of 4 mm and a depth of 1 mm was provided at the center of the insulating part 305.

対向電極部106は、霧化電極部105の先端から3mm離れたところに設けた。対向電極部106として、外径12mm、内径8mm、厚さ0.5mmの円環状のステンレス板を用いた。   The counter electrode portion 106 was provided at a position 3 mm away from the tip of the atomizing electrode portion 105. As the counter electrode portion 106, an annular stainless steel plate having an outer diameter of 12 mm, an inner diameter of 8 mm, and a thickness of 0.5 mm was used.

化学物質回収部107を容器101の他端に設けた。容器101の内部に、化学物質回収部107としてステンレス製針を設けた。ステンレス製針の長さは3mm、直径は最も太い部分で0.79mm、最も細い部分で0.5mmであった。またステンレス製針の先端を先鋭に研磨して、化学物質の回収を効率的に行なえるようにした。   A chemical substance recovery unit 107 was provided at the other end of the container 101. A stainless needle was provided as a chemical substance recovery unit 107 inside the container 101. The length of the stainless needle was 3 mm, and the diameter was 0.79 mm at the thickest part and 0.5 mm at the thinnest part. In addition, the tip of the stainless steel needle is sharply polished so that chemicals can be collected efficiently.

化学物質回収部107には第2絶縁部306として、直径10mm、厚み3mmのテフロン(登録商標)製の円板を設けた。第2絶縁部306の中心部には、直径4mm、深さ1mmの凹構造を設けた。   The chemical substance recovery unit 107 was provided with a Teflon (registered trademark) disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm as the second insulating unit 306. A concave structure having a diameter of 4 mm and a depth of 1 mm was provided at the center of the second insulating portion 306.

化学物質回収部107の一端には第2冷却部108を設けた。第2冷却部108の大きさは14mm×14mm×1mmであった。第2冷却部108の最大吸熱は0.9W、最大温度差は69℃であった。第2冷却部108の冷却面は、セラミックス材で被覆した。セラミックス材はその表面に微細な凹凸や多孔体構造を有するため、接触する物体を効率的に冷却することができる。   A second cooling unit 108 is provided at one end of the chemical substance recovery unit 107. The size of the second cooling unit 108 was 14 mm × 14 mm × 1 mm. The maximum heat absorption of the second cooling unit 108 was 0.9 W, and the maximum temperature difference was 69 ° C. The cooling surface of the second cooling unit 108 was covered with a ceramic material. Since the ceramic material has fine irregularities and a porous structure on the surface thereof, it is possible to efficiently cool the contacting object.

第2冷却部108には第2放熱部307として放熱フィンを設けた。第2放熱部307の放熱フィンは切削加工によりアルミで作製し、フィンの枚数は6枚、フィンの大きさは16mm×15mm×1mmであった。第2放熱部114の近傍に、放熱を促すために、冷却ファン(KD1208PTB2−6,SUNON)を設けた。   The second cooling unit 108 is provided with heat radiation fins as the second heat radiation unit 307. The heat radiating fins of the second heat radiating portion 307 were made of aluminum by cutting, the number of fins was 6, and the size of the fins was 16 mm × 15 mm × 1 mm. A cooling fan (KD1208PTB2-6, SUNON) was provided in the vicinity of the second heat radiating portion 114 to promote heat radiation.

第2冷却部108と容器101の間に、第2断熱部308として厚み1mmのラバーフィルムを設けた。ラバーフィルムの一部には霧化電極部105を貫通させるための孔を設けた。孔の直径は1mmであった。   A rubber film having a thickness of 1 mm was provided as the second heat insulating part 308 between the second cooling part 108 and the container 101. A part of the rubber film was provided with a hole for penetrating the atomizing electrode part 105. The diameter of the hole was 1 mm.

化学物質回収部107と第2冷却部108の間には熱伝導グリース(SCH−20、サンハヤト)を塗布した。   Thermal conductive grease (SCH-20, Sunhayato) was applied between the chemical substance recovery unit 107 and the second cooling unit 108.

なお、注入口102および排出口103には、それぞれバルブ112aおよびバルブ112bを設けた。   In addition, the inlet 112 and the outlet 103 were provided with a valve 112a and a valve 112b, respectively.

次に静電噴霧装置100の操作手順を説明する。   Next, the operation procedure of the electrostatic spraying apparatus 100 will be described.

注入工程では、試料気体203を注入口102から容器101へ注入した。試料気体203として、マウス尿からの揮発性成分を含む窒素ガスを用いた。試料気体203の調製方法は以下の通りである。   In the injection step, the sample gas 203 was injected into the container 101 from the injection port 102. As the sample gas 203, nitrogen gas containing volatile components from mouse urine was used. The method for preparing the sample gas 203 is as follows.

まず、マウス尿0.2mLを1mLのガラス製バイアル瓶に充填する。そしてバイアル瓶には窒素ガス導入口と排出口を設けた。窒素ガス導入口から窒素ガス(純度99.99%)を導入し、マウス尿へ吹き付けた。窒素ガスは純水100mLのバブラーを通過したものを用いた。マウス尿中の揮発性成分を含んだ窒素ガスを排出口から取り出し、試料気体203とした。ドーパント205として、0.3%酢酸(特級、Cat−No.017−00256、和光純薬)をマウス尿へ混合した。   First, 0.2 mL of mouse urine is filled into a 1 mL glass vial. The vial was provided with a nitrogen gas inlet and outlet. Nitrogen gas (purity 99.99%) was introduced from the nitrogen gas inlet and sprayed onto the mouse urine. Nitrogen gas used was passed through a 100 mL bubbler of pure water. Nitrogen gas containing volatile components in mouse urine was taken out from the outlet and used as sample gas 203. As a dopant 205, 0.3% acetic acid (special grade, Cat-No. 017-00256, Wako Pure Chemical Industries) was mixed into mouse urine.

試料気体203の容器101への注入速度は500sccmであった。試料気体203の温度は室温(22℃)であった。   The injection speed of the sample gas 203 into the container 101 was 500 sccm. The temperature of the sample gas 203 was room temperature (22 ° C.).

注入工程において試料気体203を容器101へ注入する前には、容器101の内部には乾燥窒素ガスを満たしておいた。   Before the sample gas 203 was injected into the container 101 in the injection step, the inside of the container 101 was filled with dry nitrogen gas.

注入工程において、余剰な試料気体203は排出口103を通じて排出した。   In the injection step, excess sample gas 203 was discharged through the discharge port 103.

注入工程において、容器101の内部は大気圧とした。   In the injection process, the inside of the container 101 was set to atmospheric pressure.

第1凝縮液生成工程では、熱電素子により霧化電極部105を15℃に冷却した。   In the first condensate production step, the atomizing electrode portion 105 was cooled to 15 ° C. by a thermoelectric element.

霧化電極部105の外周面には、熱電素子を動作した5秒後に、第1凝縮液204が形成された。第1凝縮液204の形成初期段階では直径10μm以下の液滴であった。時間の経過とともに液滴は成長し、第1凝縮液204により霧化電極部105の全面が覆われた。霧化電極部105の外周面における第1凝縮液204の形成は、マイクロスコープ(KEYENCE社製、VH−6300)を用いて観察した。図13は霧化電極部105の外周面に、第1凝縮液204が形成された様子を示す写真である。第1凝縮液生成工程において、図13に示すように、霧化電極部105の外周面に第1凝縮液の液滴401が形成された。   A first condensate 204 was formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105 after 5 seconds from the operation of the thermoelectric element. In the initial stage of formation of the first condensate 204, the droplets had a diameter of 10 μm or less. The droplets grew with the passage of time, and the entire surface of the atomizing electrode portion 105 was covered with the first condensate 204. Formation of the 1st condensate 204 in the outer peripheral surface of the atomization electrode part 105 was observed using the microscope (the KEYENCE company make, VH-6300). FIG. 13 is a photograph showing a state in which the first condensate 204 is formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105. In the first condensate generation step, as shown in FIG. 13, droplets 401 of the first condensate were formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105.

次に、第1帯電微粒子化工程では、第1凝縮液204を多数の第1帯電微粒子206にした。第1帯電微粒子化工程は静電噴霧により行なった。なお、前述の実施の形態1でも述べたように、静電噴霧の初期段階でコロナ放電が発生するが、本発明の第1帯電微粒子化工程にはこれも含めても良い。   Next, in the first charged fine particle forming step, the first condensate 204 was made into a large number of first charged fine particles 206. The first charged fine particle forming step was performed by electrostatic spraying. As described in the first embodiment, corona discharge occurs at the initial stage of electrostatic spraying, but this may be included in the first charged fine particle forming step of the present invention.

第1帯電微粒子206の直径は、帯電微粒子の安定性の観点から、2nm以上30nm以下であることが好ましい。第1帯電微粒子206は1個ずつ単独で存在することが好ましいが、複数個が結合していても良い。なお本発明では、第1帯電微粒子206の形状は限定されない。球形であっても良いし、扁平形であっても良いし、紡錘形であっても良い。   The diameter of the first charged fine particles 206 is preferably 2 nm or more and 30 nm or less from the viewpoint of the stability of the charged fine particles. The first charged fine particles 206 are preferably present one by one, but a plurality may be bonded. In the present invention, the shape of the first charged fine particles 206 is not limited. A spherical shape, a flat shape, or a spindle shape may be used.

霧化電極部105と対向電極部106の間にはDC5kVを印加した。霧化電極部105を陰極、対向電極部106をGND電極とした。霧化電極部105を陽極、対向電極部106をGND電極としても同様の効果が得られるが、この場合には第1帯電微粒子化工程は比較的不安定であった。   DC 5 kV was applied between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106. The atomizing electrode portion 105 is a cathode, and the counter electrode portion 106 is a GND electrode. The same effect can be obtained by using the atomizing electrode portion 105 as an anode and the counter electrode portion 106 as a GND electrode. In this case, the first charged fine particle forming step is relatively unstable.

第1帯電微粒子化工程では、霧化電極部105の先端にテーラーコーンと呼ばれる円錐形の水柱が形成された。テーラーコーンの先端から、化学物質202を含む多数の第1帯電微粒子206が放出された。図14は、テーラーコーン402および第1帯電微粒子206の生成を説明する図である。第1凝縮液204は、霧化電極部105の先端方向へと順次搬送された。図14(a)に示すように、テーラーコーン402は霧化電極部105の先端に形成された。図14(b)は、図14(a)のマイクロスコープ写真をトレースしたものである。テーラーコーン402の最先端すなわち電界が集中する場所から第1帯電微粒子206が放出された。本実施例では試料気体203を注入し始めてから7秒後にはテーラーコーン402が形成された。   In the first charged fine particle forming step, a conical water column called a tailor cone was formed at the tip of the atomizing electrode portion 105. A number of first charged fine particles 206 including the chemical substance 202 were released from the tip of the tailor cone. FIG. 14 is a diagram for explaining the generation of the tailor cone 402 and the first charged fine particles 206. The first condensate 204 was sequentially conveyed toward the tip of the atomizing electrode unit 105. As shown in FIG. 14 (a), the tailor cone 402 was formed at the tip of the atomizing electrode portion 105. FIG.14 (b) traces the microscope photograph of Fig.14 (a). The first charged fine particles 206 were emitted from the tip of the tailor cone 402, that is, the place where the electric field is concentrated. In this embodiment, the tailor cone 402 was formed 7 seconds after the start of the injection of the sample gas 203.

第1帯電微粒子化工程では、霧化電極部105と対向電極部106の間に流れる電流をモニターした。過剰な電流が流れた場合には、霧化電極部105と対向電極部106との間の電圧印加を中断または印加電圧を減少させた。   In the first charged fine particle forming step, the current flowing between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106 was monitored. When excessive current flowed, the voltage application between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106 was interrupted or the applied voltage was reduced.

第2帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206と試料気体203を混合した。第2帯電微粒子化工程を行なうために、対向電極部106および容器101の内壁に向けて、試料気体203を衝突させた。対向電極部106および容器101の内壁へ試料気体203を衝突させることにより、第1帯電微粒子206と試料気体203を効率的に混合できる。試料気体203の容器101への注入速度は500sccmであった。   In the second charged fine particle forming step, the first charged fine particle 206 and the sample gas 203 were mixed. In order to perform the second charged fine particle forming step, the sample gas 203 was collided toward the counter electrode portion 106 and the inner wall of the container 101. By causing the sample gas 203 to collide with the counter electrode unit 106 and the inner wall of the container 101, the first charged fine particles 206 and the sample gas 203 can be mixed efficiently. The injection speed of the sample gas 203 into the container 101 was 500 sccm.

回収工程では、化学物質回収部107へ、第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を静電気力により回収した。対向電極部106に対して化学物質回収部107へ、+500Vの電圧を印加した。回収工程は、注入工程、第1凝縮液生成工程、第1帯電微粒子化工程、第2帯電微粒子化工程と並行して行なった。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311の寿命の観点から、第1帯電微粒子化工程と第2帯電微粒子化工程を開始後、遅くとも10分以内に回収工程を行なうことが好ましい。   In the recovery step, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 were recovered to the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force. A voltage of +500 V was applied to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The recovery process was performed in parallel with the injection process, the first condensate generation process, the first charged fine particle forming process, and the second charged fine particle forming process. From the viewpoint of the lifetime of the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311, it is preferable to perform the recovery step within 10 minutes at the latest after the start of the first charged fine particle step and the second charged fine particle step.

回収工程では、化学物質回収部107において、第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を冷却凝縮した。化学物質回収部107の温度は15℃であった。注入工程を開始後6分後には、化学物質回収部107において1.5μLの回収液207を得た。なお、回収した帯電微粒子は、液状にすることが最も好ましいが、霧状のままでもよい。第1帯電微粒子206と第2帯電微粒子311は、水溶液やゲルに溶解しても良い。   In the recovery process, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 were cooled and condensed in the chemical substance recovery unit 107. The temperature of the chemical substance recovery unit 107 was 15 ° C. Six minutes after the injection process was started, 1.5 μL of recovery liquid 207 was obtained in the chemical substance recovery unit 107. The collected charged fine particles are most preferably liquefied, but may be in a mist state. The first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 may be dissolved in an aqueous solution or gel.

図15は、化学物質回収部107における回収液207のマイクロスコープ写真である。化学物質回収部107の外周面に、回収液207の液滴を観察できた。   FIG. 15 is a microscope photograph of the recovery liquid 207 in the chemical substance recovery unit 107. Droplets of the recovered liquid 207 could be observed on the outer peripheral surface of the chemical substance recovery unit 107.

回収工程では、得られた回収液207をハミルトンシリンジ(802N 25μL HAMILTON)により1μL採取した。採取した回収液207をガスクロマトグラフィ装置へ導入し、化学物質202の分析を行なった。   In the recovery step, 1 μL of the recovered liquid 207 obtained was collected with a Hamilton syringe (802N 25 μL HAMILTON). The collected recovered liquid 207 was introduced into a gas chromatography apparatus, and the chemical substance 202 was analyzed.

ガスクロマトグラフィ装置はGC−4000(ジーエルサイエンス)を用いた。分析カラムにはキャピラリカラム(Inert Cap Pure WAX)を用いた。キャピラリカラムの内径は0.25mm、長さは30m、dfは0.25μmであった。キャリアガスはヘリウムであった。オーブン温度は開始温度40℃、昇温速度4℃/分、最終温度200℃とした。インジェクション温度および水素炎イオン化検出器(FID)温度はそれぞれ250℃とした。   The gas chromatography apparatus used was GC-4000 (GL Science). A capillary column (Inert Cap Pure WAX) was used as the analytical column. The capillary column had an inner diameter of 0.25 mm, a length of 30 m, and a df of 0.25 μm. The carrier gas was helium. The oven temperature was a starting temperature of 40 ° C., a heating rate of 4 ° C./min, and a final temperature of 200 ° C. The injection temperature and the flame ionization detector (FID) temperature were 250 ° C., respectively.

図16は、回収液207を分析した結果を示す。図16において、濃縮前と記載されたクロマトグラムは、25μLの試料気体203を分析した結果である。図16において、濃縮後(ドーパントなし)と記載されたクロマトグラムは、ドーパント205を試料気体203に混合せずに、静電噴霧装置100を動作させて得た1μLの回収液207を分析した結果である。図16において、濃縮後(ドーパントあり)と記載されたクロマトグラムは、ドーパント205を試料気体203へ混合して、静電噴霧装置100を動作させて得た1μLの回収液207を分析した結果である。図16において、濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(ドーパントなし)のクロマトグラムのピークの方が大きい場合があった。この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。図16において、濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(ドーパントなし)のクロマトグラムのピークの方が大きかった。この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。図16において、濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(ドーパントあり)のクロマトグラムのピークの方が大きかった。この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。試料気体203へドーパント205を加えた場合は、試料気体203へドーパント205を加えない場合に比べて、より濃縮される化学物質202があった。   FIG. 16 shows the result of analyzing the collected liquid 207. In FIG. 16, the chromatogram described as before concentration is the result of analyzing 25 μL of the sample gas 203. In FIG. 16, the chromatogram described after concentration (no dopant) is the result of analyzing 1 μL of the recovered liquid 207 obtained by operating the electrostatic spraying apparatus 100 without mixing the dopant 205 with the sample gas 203. It is. In FIG. 16, the chromatogram described after concentration (with dopant) is the result of analyzing 1 μL of the recovered liquid 207 obtained by mixing the dopant 205 with the sample gas 203 and operating the electrostatic spraying device 100. is there. In FIG. 16, the peak of the chromatogram after concentration (no dopant) may be larger than the peak of the chromatogram before concentration. This result indicates that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. In FIG. 16, the peak of the chromatogram after concentration (no dopant) was larger than the peak of the chromatogram before concentration. This result indicates that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. In FIG. 16, the peak of the chromatogram after concentration (with dopant) was larger than the peak of the chromatogram before concentration. This result indicates that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. When the dopant 205 was added to the sample gas 203, there was a chemical substance 202 that was more concentrated than when the dopant 205 was not added to the sample gas 203.

また、図17は図16の分析結果の一部を拡大した図である。図17には、ドーパント205のクロマトグラムをリファレンスとして記載した。静電噴霧装置100により、試料気体203中の化学物質202を濃縮した。試料気体203へドーパント205を混合することにより、試料気体203中の化学物質202をより効率的に濃縮した。試料気体203へドーパント205を混合した場合、試料気体203の化学物質202を1250倍に濃縮した。   FIG. 17 is an enlarged view of a part of the analysis result of FIG. In FIG. 17, the chromatogram of the dopant 205 is shown as a reference. The chemical substance 202 in the sample gas 203 was concentrated by the electrostatic spraying apparatus 100. By mixing the dopant 205 with the sample gas 203, the chemical substance 202 in the sample gas 203 was more efficiently concentrated. When the dopant 205 was mixed with the sample gas 203, the chemical substance 202 of the sample gas 203 was concentrated 1250 times.

回収工程では、化学物質回収部107を容器101から取り外した。取り外した化学物質回収部107をメタノールで洗浄した。   In the recovery process, the chemical substance recovery unit 107 was removed from the container 101. The removed chemical substance recovery unit 107 was washed with methanol.

回収工程では、化学物質202を除去するために、霧化電極部105を加熱した。霧化電極部105の加熱には、熱電素子を用いた。なお、この熱電素子は第1凝縮液生成工程において霧化電極部105を冷却した時と同一のものを用いた。霧化電極部105を加熱する時、熱電素子に加える電圧の極性は、霧化電極部105を冷却した時と反転した。   In the recovery step, the atomizing electrode unit 105 was heated to remove the chemical substance 202. A thermoelectric element was used for heating the atomizing electrode portion 105. In addition, this thermoelectric element used the same thing as when the atomization electrode part 105 was cooled in the 1st condensate production | generation process. When the atomizing electrode part 105 was heated, the polarity of the voltage applied to the thermoelectric element was reversed from that when the atomizing electrode part 105 was cooled.

回収工程では、化学物質202を除去するために、霧化電極部105は乾燥窒素ガスの気流下で行った。これにより迅速に霧化電極部105から化学物質202の除去を行なうことができた。乾燥窒素ガスは注入口103から導入した。   In the recovery step, the atomizing electrode unit 105 was performed under a stream of dry nitrogen gas in order to remove the chemical substance 202. As a result, the chemical substance 202 can be quickly removed from the atomizing electrode portion 105. Dry nitrogen gas was introduced from the inlet 103.

回収工程では、化学物質回収部107の除電を行なった。除電は化学物質回収部107を接地することで行なった。   In the recovery step, the chemical substance recovery unit 107 was neutralized. Static elimination was performed by grounding the chemical substance recovery unit 107.

第1帯電微粒子化工程および第2帯電微粒子化工程において、霧化電極部105と対向電極部106の間に流れる電流をモニターした。過剰な電流が流れた時には、霧化電極部105と対向電極部106の間の電圧印加を中断した。   In the first charged fine particle forming step and the second charged fine particle forming step, the current flowing between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106 was monitored. When an excessive current flowed, the voltage application between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106 was interrupted.

なお、容器101を設けた場合と、容器101を設けない場合を比較したところ、容器101を設けた方がより効率的に試料気体203を濃縮できた。   In addition, when the case where the container 101 was provided and the case where the container 101 was not provided were compared, the sample gas 203 was more efficiently concentrated when the container 101 was provided.

本実施例に示すように、ネブライザガスおよび一次イオン発生用ガスを用いずとも、静電噴霧装置により、簡便かつ効率的に化学物質を濃縮できた。   As shown in the present example, the chemical substance could be easily and efficiently concentrated by the electrostatic spraying device without using the nebulizer gas and the primary ion generating gas.

(実施例2)
本実施例では、実施例1と同じ構成要素については説明を省略する。
(Example 2)
In this embodiment, the description of the same components as those in Embodiment 1 is omitted.

本実施例において実施例1と相違する点は、ドーパント205の種類が異なる点である。本実施例において、酢酸よりも電子親和力が大きいとされる酸素をドーパント205として用いた。また、本実施例において実施例1と相違する点は、試料気体203へのドーパント205の混合方法である。試料気体203へドーパント205を混合するために、ドーパント容器を用いた。   This embodiment is different from the first embodiment in that the kind of the dopant 205 is different. In this example, oxygen having an electron affinity higher than that of acetic acid was used as the dopant 205. Further, the present embodiment is different from the first embodiment in a method of mixing the dopant 205 into the sample gas 203. A dopant container was used to mix the dopant 205 with the sample gas 203.

次に静電噴霧装置100の操作手順を説明する。   Next, the operation procedure of the electrostatic spraying apparatus 100 will be described.

注入工程では、試料気体203を注入口102から容器101へ注入した。試料気体203として、マウス尿からの揮発性成分を含む窒素ガスを用いた。試料気体203の調製方法は以下の通りである。まず、マウス尿0.2mLを1mLのガラス製バイアル瓶に充填する。そしてバイアル瓶には窒素ガス導入口と排出口を設けた。窒素ガス導入口から窒素ガス(純度99.99%)を導入し、マウス尿へ吹き付けた。窒素ガスは純水100mLのバブラーを通過したものを用いた。窒素ガスの流速は495sccmであった。マウス尿中の揮発性成分を含んだ窒素ガスを排出口から取り出し、試料気体203とした。   In the injection step, the sample gas 203 was injected into the container 101 from the injection port 102. As the sample gas 203, nitrogen gas containing volatile components from mouse urine was used. The method for preparing the sample gas 203 is as follows. First, 0.2 mL of mouse urine is filled into a 1 mL glass vial. The vial was provided with a nitrogen gas inlet and outlet. Nitrogen gas (purity 99.99%) was introduced from the nitrogen gas inlet and sprayed onto the mouse urine. Nitrogen gas used was passed through a 100 mL bubbler of pure water. The flow rate of nitrogen gas was 495 sccm. Nitrogen gas containing volatile components in mouse urine was taken out from the outlet and used as sample gas 203.

ドーパント容器により酸素ガスを試料気体203へ混合した。酸素ガスの流量は5sccmであった。   Oxygen gas was mixed into the sample gas 203 using a dopant container. The flow rate of oxygen gas was 5 sccm.

試料気体203およびドーパント205の温度は室温(22℃)であった。   The temperature of the sample gas 203 and the dopant 205 was room temperature (22 ° C.).

注入工程において試料気体203を容器101へ注入する前には、容器101の内部には乾燥窒素ガスを満たしておいた。   Before the sample gas 203 was injected into the container 101 in the injection step, the inside of the container 101 was filled with dry nitrogen gas.

注入工程において、余剰な試料気体203は排出口103を通じて排出した。   In the injection step, excess sample gas 203 was discharged through the discharge port 103.

注入工程において、容器101の内部は大気圧とした。   In the injection process, the inside of the container 101 was set to atmospheric pressure.

第1凝縮液生成工程では、熱電素子により霧化電極部105を15℃に冷却した。   In the first condensate production step, the atomizing electrode portion 105 was cooled to 15 ° C. by a thermoelectric element.

霧化電極部105の外周面には、熱電素子を動作した5秒後に、第1凝縮液204が形成された。第1凝縮液204の形成初期段階では直径10μm以下の液滴であった。時間の経過とともに液滴は成長し、第1凝縮液204により霧化電極部105の全面が覆われた。   A first condensate 204 was formed on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 105 after 5 seconds from the operation of the thermoelectric element. In the initial stage of formation of the first condensate 204, the droplets had a diameter of 10 μm or less. The droplets grew with the passage of time, and the entire surface of the atomizing electrode portion 105 was covered with the first condensate 204.

次に、第1帯電微粒子化工程では、第1凝縮液204を多数の第1帯電微粒子206にした。第1帯電微粒子化工程は静電噴霧により行なった。なお、前述の実施の形態1でも述べたように、静電噴霧の初期段階で、コロナ放電が発生するが、本発明の第1帯電微粒子化工程にはこれも含めても良い。   Next, in the first charged fine particle forming step, the first condensate 204 was made into a large number of first charged fine particles 206. The first charged fine particle forming step was performed by electrostatic spraying. As described in the first embodiment, corona discharge is generated in the initial stage of electrostatic spraying, but this may be included in the first charged fine particle forming step of the present invention.

第1帯電微粒子206の直径は、帯電微粒子の安定性の観点から、2nm以上30nm以下であることが好ましい。第1帯電微粒子206は1個ずつ単独で存在することが好ましいが、複数個が結合していても良い。なお本発明では、第1帯電微粒子206の形状を限定しない。球形であっても良いし、扁平形であっても良いし、紡錘形であっても良い。   The diameter of the first charged fine particles 206 is preferably 2 nm or more and 30 nm or less from the viewpoint of the stability of the charged fine particles. The first charged fine particles 206 are preferably present one by one, but a plurality may be bonded. In the present invention, the shape of the first charged fine particles 206 is not limited. A spherical shape, a flat shape, or a spindle shape may be used.

霧化電極部105と対向電極部106の間にはDC5kVを印加した。霧化電極部105を陰極、対向電極部106をGND電極とした。霧化電極部105を陽極、対向電極部106をGND電極としても同様の効果が得られるが、この場合には第1帯電微粒子化工程は比較的不安定であった。   DC 5 kV was applied between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106. The atomizing electrode portion 105 is a cathode, and the counter electrode portion 106 is a GND electrode. The same effect can be obtained by using the atomizing electrode portion 105 as an anode and the counter electrode portion 106 as a GND electrode. In this case, the first charged fine particle forming step is relatively unstable.

第1帯電微粒子化工程では、霧化電極部105の先端にテーラーコーンと呼ばれる円錐形の水柱が形成された。テーラーコーンの先端から、化学物質202を含む多数の第1帯電微粒子206が放出された。テーラーコーン402の最先端すなわち電界が集中する場所から第1帯電微粒子206が放出された。本実施例では試料気体203を注入し始めてから7秒後にはテーラーコーン402が形成された。   In the first charged fine particle forming step, a conical water column called a tailor cone was formed at the tip of the atomizing electrode portion 105. A number of first charged fine particles 206 including the chemical substance 202 were released from the tip of the tailor cone. The first charged fine particles 206 were emitted from the tip of the tailor cone 402, that is, the place where the electric field is concentrated. In this embodiment, the tailor cone 402 was formed 7 seconds after the start of the injection of the sample gas 203.

第1帯電微粒子化工程では、霧化電極部105と対向電極部106の間に流れる電流をモニターした。過剰な電流が流れた場合には、霧化電極部105と対向電極部106との間の電圧印加を中断または印加電圧を減少させた。   In the first charged fine particle forming step, the current flowing between the atomizing electrode portion 105 and the counter electrode portion 106 was monitored. When excessive current flowed, the voltage application between the atomizing electrode part 105 and the counter electrode part 106 was interrupted or the applied voltage was reduced.

第2帯電微粒子化工程では、第1帯電微粒子206と試料気体203を混合した。第2帯電微粒子化工程を行なうために、対向電極部106および容器101の内壁に向けて、試料気体203を衝突させた。対向電極部106および容器101の内壁へ試料気体203を衝突させることにより、第1帯電微粒子206と試料気体203を効率的に混合できる。試料気体203の容器101への注入速度は500sccmであった。   In the second charged fine particle forming step, the first charged fine particle 206 and the sample gas 203 were mixed. In order to perform the second charged fine particle forming step, the sample gas 203 was collided toward the counter electrode portion 106 and the inner wall of the container 101. By causing the sample gas 203 to collide with the counter electrode unit 106 and the inner wall of the container 101, the first charged fine particles 206 and the sample gas 203 can be mixed efficiently. The injection speed of the sample gas 203 into the container 101 was 500 sccm.

回収工程では、化学物質回収部107へ、第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を静電気力により回収した。対向電極部106に対して化学物質回収部107へ+500Vの電圧を印加した。回収工程は、注入工程、第1凝縮液生成工程、第1帯電微粒子化工程、第2帯電微粒子化工程と並行して行なった。第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311の寿命の観点から、第1帯電微粒子化工程と第2帯電微粒子化工程を開始後、遅くとも10分以内に回収工程を行なうことが好ましい。   In the recovery step, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 were recovered to the chemical substance recovery unit 107 by electrostatic force. A voltage of +500 V was applied to the chemical substance recovery unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The recovery process was performed in parallel with the injection process, the first condensate generation process, the first charged fine particle forming process, and the second charged fine particle forming process. From the viewpoint of the lifetime of the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311, it is preferable to perform the recovery step within 10 minutes at the latest after the start of the first charged fine particle step and the second charged fine particle step.

回収工程では、化学物質回収部107において、第1帯電微粒子206および第2帯電微粒子311を冷却凝縮した。化学物質回収部107の温度は15℃であった。注入工程を開始後6分後には、化学物質回収部107において1.5μLの回収液207を得た。なお、回収した帯電微粒子は、液状にすることが最も好ましいが、霧状のままでもよい。液体状にするには、帯電微粒子を冷却凝縮しても良いし、水溶液やゲルに溶解しても良い。   In the recovery process, the first charged fine particles 206 and the second charged fine particles 311 were cooled and condensed in the chemical substance recovery unit 107. The temperature of the chemical substance recovery unit 107 was 15 ° C. Six minutes after the injection process was started, 1.5 μL of recovery liquid 207 was obtained in the chemical substance recovery unit 107. The collected charged fine particles are most preferably liquefied, but may be in a mist state. In order to obtain a liquid state, the charged fine particles may be cooled and condensed, or dissolved in an aqueous solution or gel.

回収工程では、得られた回収液207をハミルトンシリンジ(802N 25μL HAMILTON)により1μL採取した。採取した回収液207をガスクロマトグラフィ装置へ導入し、化学物質202の分析を行なった。   In the recovery step, 1 μL of the recovered liquid 207 obtained was collected with a Hamilton syringe (802N 25 μL HAMILTON). The collected recovered liquid 207 was introduced into a gas chromatography apparatus, and the chemical substance 202 was analyzed.

ガスクロマトグラフィ装置はGC−4000(ジーエルサイエンス)を用いた。分析カラムにはキャピラリカラム(Inert Cap Pure WAX)を用いた。キャピラリカラムの内径は0.25mm、長さは30m、dfは0.25μmであった。キャリアガスはヘリウムであった。オーブン温度は開始温度40℃、昇温速度4℃/分、最終温度200℃とした。インジェクション温度および水素炎イオン化検出器(FID)温度はそれぞれ250℃とした。   The gas chromatography apparatus used was GC-4000 (GL Science). A capillary column (Inert Cap Pure WAX) was used as the analytical column. The capillary column had an inner diameter of 0.25 mm, a length of 30 m, and a df of 0.25 μm. The carrier gas was helium. The oven temperature was a starting temperature of 40 ° C., a heating rate of 4 ° C./min, and a final temperature of 200 ° C. The injection temperature and the flame ionization detector (FID) temperature were 250 ° C., respectively.

回収液207を分析した結果を図18に示す。図18において、濃縮前と記載されたクロマトグラムは、25μLの試料気体203を分析した結果であり、濃縮後(窒素100%)と記載されたクロマトグラムは、ドーパント205を試料気体203に混合せずに、静電噴霧装置100を動作させて得た1μLの回収液207を分析した結果である。また、図18において、濃縮後(窒素:酸素=99:1)と記載されたクロマトグラムは、ドーパント205を試料気体203へ混合して、静電噴霧装置100を動作させて得た1μLの回収液207を分析した結果である。   The result of analyzing the recovered liquid 207 is shown in FIG. In FIG. 18, the chromatogram described as before concentration is the result of analyzing 25 μL of the sample gas 203, and the chromatogram described as after concentration (nitrogen 100%) is obtained by mixing the dopant 205 with the sample gas 203. 1 is a result of analyzing 1 μL of the recovered liquid 207 obtained by operating the electrostatic spraying device 100. Further, in FIG. 18, the chromatogram described after concentration (nitrogen: oxygen = 99: 1) is a 1 μL recovery obtained by mixing the dopant 205 with the sample gas 203 and operating the electrostatic spraying apparatus 100. It is the result of analyzing the liquid 207.

図18において、濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(窒素100%)のクロマトグラムのピークの方が大きい場合があった。この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(窒素100%)のクロマトグラムのピークの方が大きかったが、この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。また、濃縮前のクロマトグラムのピークよりも濃縮後(窒素:酸素=99:1)のクロマトグラムのピークの方が大きかったが、この結果は、試料気体203に含まれる化学物質202が濃縮されていることを表している。   In FIG. 18, the peak of the chromatogram after concentration (nitrogen 100%) may be larger than the peak of the chromatogram before concentration. This result indicates that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. The peak of the chromatogram after concentration (100% nitrogen) was larger than the peak of the chromatogram before concentration, but this result indicates that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. Yes. Moreover, the peak of the chromatogram after concentration (nitrogen: oxygen = 99: 1) was larger than the peak of the chromatogram before concentration, but this result shows that the chemical substance 202 contained in the sample gas 203 is concentrated. It represents that.

試料気体203へドーパント205を加えた場合は、試料気体203へドーパント205を加えない場合に比べて、より濃縮される化学物質202があった。試料気体203へドーパント205を混合した場合、試料気体203の化学物質202を1700倍に濃縮した。   When the dopant 205 was added to the sample gas 203, there was a chemical substance 202 that was more concentrated than when the dopant 205 was not added to the sample gas 203. When the dopant 205 was mixed with the sample gas 203, the chemical substance 202 of the sample gas 203 was concentrated 1700 times.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明にかかる試料気体濃縮方法は、簡便で効率的な極微量分析が可能な質量分析装置へ適用可能である。生体分子分析装置、大気汚染物質分析装置など環境、食品、住宅、自動車、警備分野などへ利用することができる。呼気診断装置、ストレス計測器などの医療分野、ヘルスケア分野などへ利用することができる。   The sample gas concentration method according to the present invention can be applied to a mass spectrometer capable of simple and efficient trace analysis. It can be used in the environment such as biomolecule analyzers and air pollutant analyzers, food, housing, automobiles, and security fields. It can be used in the medical field such as a breath diagnosis apparatus and a stress measuring instrument, and in the health care field.

1 一次イオン発生用Arガス
2 試料ガス
10 APIMS
11 質量分析部
15 イオン発生部
19 針電極
30 混合部
100 静電噴霧装置
101 容器
102 注入口
103 排出口
104 冷却部
105 霧化電極部
106 対向電極部
107 化学物質回収部
108 第2冷却部
109 供給部
110 バルブ
111 ミキサー
112a、112b バルブ
201 水蒸気
202、202a、202b 化学物質
203 試料気体
204 第1凝縮液
205 ドーパント
206 第1帯電微粒子
207 回収液
301 蝶番
302 障壁
303 放熱部
304 断熱部
305 絶縁部
306 第2絶縁部
307 第2放熱部
308 第2断熱部
309 化学物質搬送部
310 化学物質検出部
311 第2帯電微粒子
312 試料気体発生部
401 液滴
402 テーラーコーン
1 Ar gas for generating primary ions 2 Sample gas 10 APIMS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Mass spectrometry part 15 Ion generation part 19 Needle electrode 30 Mixing part 100 Electrostatic spray apparatus 101 Container 102 Inlet 103 Outlet 104 Cooling part 105 Atomization electrode part 106 Counter electrode part 107 Chemical substance recovery part 108 2nd cooling part 109 Supply unit 110 Valve 111 Mixer 112a, 112b Valve 201 Water vapor 202, 202a, 202b Chemical substance 203 Sample gas 204 First condensate 205 Dopant 206 First charged fine particle 207 Collected liquid 301 Hinge 302 Barrier 303 Heat dissipating unit 304 Heat insulating unit 305 Insulating unit 306 Second insulating unit 307 Second heat radiating unit 308 Second heat insulating unit 309 Chemical substance transport unit 310 Chemical substance detection unit 311 Second charged fine particle 312 Sample gas generating unit 401 Liquid droplet 402 Tailor cone

Claims (13)

静電噴霧装置を用いた化学物質濃縮方法であって、
前記静電噴霧装置は、
容器と、
前記容器に連通する試料気体の注入口と、
前記容器の一端に設けられた冷却部と、
前記冷却部の一端に設けられた霧化電極部と、
前記容器の内部に設けられた対向電極部と、
前記容器の他端に設けられた化学物質回収部と、
前記容器に連通するドーパントの供給口とを備え、
前記試料気体は水蒸気と化学物質を含み、
前記水蒸気の露点温度以下において、前記化学物質は前記水蒸気とともに凝縮液を形成する物質であって、
前記ドーパントは前記凝縮液へ溶解する物質であって、
前記ドーパントの電気親和力は水の電子親和力よりも大きく、
前記方法は、
前記注入口から前記試料気体を前記容器へ注入する注入工程と、
前記冷却部により前記霧化電極部を冷却して、前記霧化電極部の外周面において前記試料気体を第1凝縮液にする第1凝縮液生成工程と、
前記供給口から前記ドーパントを前記容器へ供給する供給工程と、
前記ドーパントを前記霧化電極部の外周面において冷却するドーパント冷却工程と、
前記第1凝縮液へ前記ドーパントを溶解する溶解工程と、
前記霧化電極部と前記対向電極部との間に電圧を印加して、前記第1凝縮液を帯電微粒子にする帯電微粒子化工程と、
前記対向電極部と前記化学物質回収部との間に電圧を印加して、前記帯電微粒子を前記化学物質回収部へ回収する回収工程と
を包含する化学物質濃縮方法。
A chemical substance concentration method using an electrostatic spraying device,
The electrostatic spraying device
A container,
A sample gas inlet communicating with the container;
A cooling part provided at one end of the container;
An atomizing electrode part provided at one end of the cooling part;
A counter electrode provided inside the container;
A chemical substance recovery unit provided at the other end of the container;
A dopant supply port communicating with the container;
The sample gas includes water vapor and a chemical substance,
Below the dew point temperature of the water vapor, the chemical substance is a substance that forms a condensate with the water vapor,
The dopant is a substance that dissolves in the condensate,
The electric affinity of the dopant is greater than the electron affinity of water,
The method
An injection step of injecting the sample gas into the container from the injection port;
A first condensate producing step of cooling the atomizing electrode part by the cooling part and turning the sample gas into a first condensate on the outer peripheral surface of the atomizing electrode part;
Supplying the dopant from the supply port to the container;
A dopant cooling step for cooling the dopant on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion;
A dissolution step of dissolving the dopant in the first condensate;
A charged fine particle forming step of applying a voltage between the atomizing electrode portion and the counter electrode portion to make the first condensate charged fine particles,
A chemical substance concentration method including a recovery step of applying a voltage between the counter electrode part and the chemical substance recovery part to recover the charged fine particles to the chemical substance recovery part.
前記ドーパントは極性有機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  2. The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the dopant is a polar organic compound. 前記ドーパントは有機酸であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  2. The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the dopant is an organic acid. 前記ドーパントは酢酸であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The method of claim 1, wherein the dopant is acetic acid. 前記ドーパントは酸素であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the dopant is oxygen. 前記第1凝縮液中の前記ドーパントの濃度は、前記第1凝縮液中の前記化学物質の濃度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  2. The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein a concentration of the dopant in the first condensate is higher than a concentration of the chemical substance in the first condensate. 前記容器は試料気体が衝突する位置に障壁を備えることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the container includes a barrier at a position where the sample gas collides. 前記試料気体は極性有機溶媒を含むことを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the sample gas contains a polar organic solvent. 前記化学物質は極性有機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the chemical substance is a polar organic compound. 前記化学物質は揮発性有機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the chemical substance is a volatile organic compound. 前記帯電微粒子を赤外光により加熱することを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein the charged fine particles are heated by infrared light. 前記容器は光導波路を備えることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical container concentration method according to claim 1, wherein the container includes an optical waveguide. 前記静電噴霧装置に化学物質検出部を設けることを特徴とする請求項1に記載の化学物質濃縮方法。  The chemical substance concentration method according to claim 1, wherein a chemical substance detection unit is provided in the electrostatic spraying device.
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