JPS6171340A

JPS6171340A - 分析用噴霧器

Info

Publication number: JPS6171340A
Application number: JP60199666A
Authority: JP
Inventors: ジヨセフ・エフ・カーニツキ; ルーイス・テイー・ジツトリー
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-04-12
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0833339B2; EP0174862B1; CA1268111A; US4582654A; DE3580725D1; EP0174862A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は一般的に噴霧器に関し、特に分析装置に連結し
て使用する噴霧器に関するものである。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点分析の目
的とする噴霧器は従来よシ知られている。例えば、以下
の分献を参照。アナリティカル・ケミストリー、Ｗｆ、
４４巻１９７２年２月、ｐｐ　２４１　Ｎ（デントン等
による）、アナリティカル巾ケミストリー、第５２巻　
１９８０年９月　ｐｐ　６３８　ｆｆ及び１６２１ｆｆ
（チェスターによる）、米国特許第３．８６６，８３１
号（ヂントンによる）、同第夷１０Ｃ４８６３号（オル
ソン等による）、同第４，３６１，４０１号（スミス、
ジーニア等による）。これらの噴霧器は、液体、例えば
液体クロマトグラフの流出物をフレーム光度計のような
ガスタイグ検出器に供給されるエアゾルに変換する。噴
霧器の従来の一般的なタイプは、噴霧化される液体がオ
リフィスを通って流出する超音速のガスによって液滴に
細く粉砕される空気式噴霧器である。そのオリフィスは
、液体をベルヌーイ効果により噴霧化領域に吸い込むペ
ンチエリ−タイプのものとし得る。他の例としては、オ
リアイスは、液体を噴霧化オリフィルを横切るように吸
い出すバクピングトンタイプの・　ものとし得る。他の
従来の噴霧器は、液体の体積が噴霧器内に維持され、噴
霧化が液体表面で発生する超音波パス（ｂａｔｈ）噴霧
器である１１史に従来の噴霧器は、液体が振動面上に流
出するフロー（ｆｌｏｗ）噴霧器である。従来の他のタ
イプの噴霧器は、噴霧化される液体が振動する毛細管を
通って吸い出される一滴発生器を含むものである。フロ
ー噴霧器は金属製で縦長の若しくは可撓性の振動体、若
しくはオルソン等によって開示された圧電結晶を覆うガ
ラス面、又は液体媒体によシ超音波励振を行わせること
によって作動するガラス若しくはグラスチック製振動板
によるものである。

超音波噴霧器とは対照的に空気式噴霧器は、さまざまの
液滴の大きさを含むエアゾルを発生する。

いくらかの液滴は比較的大きな直径を有する。空気式噴
霧器は、ガスが毎分１０リツトルのオーダで、液体が毎
分１立方センチのオーダの比較的高ガス及び液流となっ
て作動する。典型的な分析器はこの噴霧化により生ずる
エアゾルを十分に取り扱うことができない。空気式噴霧
器は、噴霧器の設計に際し、毎分１１ｊツトル以下の分
析器にガス流を供給するようにすると、生産及び整合に
非常に不都合な問題が生じる。空気式噴霧器のエアゾル
生成効率は比較的低く、その発生する霧は低密度の液滴
となる。

パスタイプの超音波噴霧器は、比較的容積の大きな運搬
液体を有し、その結果液体クロマトグラフ・カラム又は
流液噴射分析器の出力の分解能に許容しがたい損失が生
じる。この許容しがたい分解能の損失又は幅の広がりが
、ほぼ毎分１立方センチに等しいか又はそれ以下の液体
の流速に対して生じる。

平坦な圧電結晶を有する超音波噴霧器は比較的多くの電
力、すなわち約５０ワツトを浪費する。

このことは、このような噴霧器の圧電結晶を駆動するの
に必要な周波数発生源のための増幅器を設計するのに費
用がかかり、複雑となり困難がともなうことから望まし
くない。典型的な従来の平坦な結晶を有する超音波噴霧
器において、最小の混合容積は噴霧化の前の一液滴の容
積すなわち約２０マイクロリットルである。一方、金属
製共振器には、ｌ　０１）　Ｋｌｌｚ以上の周波数では
機械的な問題が現われてくる。液滴の大きさは、発振周
波数に関連し、周波数が増大すると液滴の大きさが減少
するので、このような装置は、多くのガス分析器に対し
て非常に大きな液滴を生成する。このような液滴の直径
は典型的には５０ミクロンのオーダである。

一液滴発生器もまた比較的大きな直径のエアゾル液滴を
発生し、従って多くのガス分析器に適合しない。更に、
−液滴発生器はゾラギングをする必要のある毛細管を使
用し、従って維持に費用がかかる。

噴霧器用の多くの分析装置において、液体クロ　′マド
グラフ・カラムから導出され、毎分１０乃至２００マイ
クロリットルの流速で流れる液体から一様で且つ小さな
液滴の濃密なエアゾルを生成することが望ましい。小さ
く一様な大きさの液滴は、毎分３０−の低流速のキャリ
アガスと混合することが可能でなければならない。噴霧
器がマイクロ液体クロマトグラフφカラムの流出物から
エアゾルを供給するために使用することができるように
噴霧器の混合容積が１マイクロリットルのオーダである
ことが好適である。このよりなカラムの内径は典型的に
は１ミリである。低キャリアガス流はいろいろな効率の
噴霧器と組み合せて、エアゾルをフレーム光度計フレー
ムイオン化検出器又は質料分析装置のイオン源のような
典型的なＩスクロマトグラフ検出器に供給することが可
能である。

噴霧器のコストを最小にするために、圧電結晶に供給さ
れるｌ（ｐ’　ハワーを数ワットに最小化することが望
ましい。このことは、このような・母ワーを供給する増
幅器を比較的低コストにし、単純な構造にすることがで
きる。

電波を圧力波変換器、例えば圧電結晶に利用する従来の
噴霧器が有する他の問題点は、このような変換器が周囲
の条件の関数で共振特性を変化する傾向を有することで
ある。特に、温度が変化すると、圧電結晶の共振周波数
が変化する。

問題を解決するための手段本発明の噴霧器は中空針の内式を通って流出する液体か
らエアゾルを形成する。その穴の中に供給された液体は
、針の開放端から平坦な面を有する振動板に流出する。

その振動板が作動すると、平坦な面はその平坦な面の法
線方向に高周波で振動する。この振動は低周波数で繰り
返す律動によるものである。

本発明とともに使用されることが望ましい分析装置と一
緒に適正な動作を可能にする微小な混合容積を形成する
ために、針の穴と平坦な面との間に液体の連続したブリ
ッジ（ｂｒｉｄｇｅ　）が存在するように振動板は針の
開口部に対して配置される。

そのブリッジは平坦な面上の液体薄膜の一部である。液
体薄膜は噴霧化され、振動板の振動に応じて平坦な面か
らほぼ９０度をなして流出するエアゾルとなる。、ｌ振
動板及び針は、その振動板及び針が常に相互に離され、
振動板及び／又は針が損傷することを防止する。

平坦な面上に薄膜を維持し、ブリッジに影響を与えない
ようにするためＫ、その平坦な面は、余分の液体が平坦
な面から流れ出ることができるように水平及び垂直方向
からある角度をなすように維持される。好適には、平坦
な面の傾斜角は垂直方向から４５°となる。

液体を平坦な面で容易に流れるようにするために、針は
垂直に向けられている。薄膜のブリッジとするためＫ、
針の先端は、平坦な面と針の穴とのなす角と同じ角度に
傾斜付けられ、これにより針の先端と平坦な面との間に
実質的に一様な間隙が存在する。混合体積を１−２マイ
クロリットルのオーダにするためＫ、針と平坦な面との
間の間隙はほぼ０．００５１ｍ　（０，００２１ｎｃｈ
　）で穴の直径はほぼ０．０１５２ｍ　（０，００６１
ｎｃｈ　）である。

平坦な面から余分な液体を除去するために、平坦な面上
のウィック（ｔｉｃｋ）がその薄膜と接する。

余分の液体を除去することは、針によって平坦面に供給
される液体の最大で３０％が噴霧化するので必要なこと
である。そのウィックは振動板の平坦面の一部を覆うほ
ぼ平坦なスクリーン部分を有し、その中央に切シ抜かれ
た領域があり、その中に針が伸び薄膜及びブリッジが形
成される。そのウィックは平坦な振動板の表面からスク
リーンの一部にある液体を吸い出すための、スクリーン
の一部と接触するコード部分を有する。

振動板を律動させるための作動器は、電波−圧力共振変
換器、好適には圧電結晶を有する。このような変換器は
、周囲の条件の関数となって共振周波数を変化させる傾
向を有する。特に、圧電結晶の共憑周波数は温度の関数
で変化する。従来は、非常に高価で、且つ困難な温度補
償回路が圧電結晶を所望の共振周波数で振動させるため
に使用されていた。

本発明において、このような補償回路の必要性はなくな
シ、その律動は掃引周波数変調の電波を変換器に加える
ことによって成し遂げられる。電波が掃引される帯域内
の周波数の１つによって、変換器はその変換器の周囲状
況に対する共振条件で作動する。変換器が共振周波数で
作動すると、振動板は、印加されたＲＦ駆動・９ワーの
周波数が結晶の共振周波数の近傍である間、その周波数
で振動する。

振動板の高周波数の４辰動を低周波数変調で断続するこ
とが噴霧器の動作に対して予期しない重要性を有してい
ることを見い出した。振動が律動でないとすると、振動
板上の滑らかな液体ブリッジが破壊されエアゾル粒子は
望ましい一様で小さなものとならなくなる。

掃引周波数変調では、結晶振動が原点共振に減衰するこ
とがないことに注目すべきである。結晶は共振周波数以
外の周波数に応答して僅かに振動するが、しかしその振
幅は非常に小さく、実際上ゼロと考えることができる。

少なくとも、維持されるべき液体膜に対しては十分に小
さいといえる。

電波圧力波変換器として利用される圧電結晶の共振周波
数は結晶厚の関数である。噴霧器によって形成されたエ
アゾルの液体粒子の大きさは、振動板振動周波数を決定
する振動板上に入射する圧力波の周波数の関数である。

振動板振動周波数が増大すると、エアゾルの液滴の直径
は減少する。

所望のエアゾル液滴の直径、例えば４ミクロンを形成す
るために必要な厚さを有する圧電結晶は、機械的に不安
定となる薄い厚さを有し、容易に破壊する傾向を有する
。

所望の機械的特性を有する圧電結晶とし、振動板を高周
波数、例えば、約３ＭＨｚで作動させて、所望の小さな
直径のエアゾルを形成するために、結晶は、低調波動作
周波数、すなわち振動板を駆動する周波数である基本共
振周波数を有するように選択される。特定の実施におい
て、基本結晶共振周波数は振動板作動周波数の十である
。結晶は第３高調波モードで振動する。

変換器を駆動するために必要な電力を最少化し、これに
より低出力ＲＦ発生弾に応答して比較的高出力の高価で
且つ複雑なＲＦ増幅器用の装置を不要とするために、圧
力波は、圧力波発生源、すなわち圧電結晶と振動板との
間に効率よく結合される。特Ｋ、圧力波発生源は、振動
板から離れて配置され、圧力波と振動板との間にある液
体媒体により集束化された圧力波を振動板上に向けるよ
うに形状付けられる。この好適実施例において、集束化
される圧力発生源は、集束波が導出される凹状表面を有
する球面の一部の形状をした結晶である。効率を最大に
するために、振動板の反対側の面から反射される圧力波
により干渉して弱め合う傾向は、振動板を通って進行す
る波動の周波数の十波長となるように振動板の厚さを設
計することにより実質的に消去される。従って、振動板
は圧力波の半波モードで機械的に共振する。

圧力波発生源から振動板へと連結した圧力波は液体の媒
体、好適には圧力波発生源と振動板との間でチェンバ内
で循環する液体を通って伝播する。

循環する液体の媒体は振動板及び圧力発生源を冷却する
。その循環液体はまた、チェンバ内の液体中に形成され
る泡が実質的に消去されるように脱気装腑を通過する。

チェンバ内の泡は圧力波発生源と振動板との間を伝播す
る圧力波に焦点をはずす悪い効果をもたらす。これは、
圧力波が液体媒体と比較してガス媒体において異なる速
度で伝播するからであり、従って波は液体媒体とガス媒
体との間で伝播するときに曲る。

噴霧化された液体を分析器へ最大の移動させるために、
噴霧化されたエアゾルに対してキャリアガスが、針を取
り囲むようにして平坦な面に供給される。この目的のた
めに、キャリアガスの供給源は針が貫通する開口部を有
する管を有する。キャリアガスはその管を通って平坦な
振動板表面に向けて流れ、その結果、そのガスは針から
振動板の平坦面に流れる液体の寸わ９に幕を形成する。

キャリアガスは検出器に普通に供給されるガス供給源の
１つからの流れのものであってもよい。

上述した或いは他の本発明の目的、特徴、利点は特定の
実施例の説明及び添付図面を考慮することＫよって明ら
かになるであろう。

〔実施例〕

第１図において、超音波噴霧器１１が液体クロマトグラ
フ・カラム１２の出力から導出された液体に応答するよ
うに図示されている。そのカラム１２は、好適にはいわ
ゆるマイクロ液体クロマトグラフΦカラムである。クロ
マトグラフ・カラム１２は、典型的に４マイクロリット
ルと３０マイクロリットルの間で抽出ピーク□を有する
。液体クロマトグラフ・カラム１２の出力は、針１３を
通って噴霧器１１の・！ルス発信娠動板（ｄｉａｇｈｒ
ａｍ　）１４に供給される。針１３により振動板１４に
供給される液体の速度は遅いので、噴霧器１１はマイク
ロ噴霧器と考えることもできる。振動板１４はキャリア
ガス源１５、典型的には圧縮空気源から導出されたキャ
リア・ガスによって覆われる。好適実施例において、キ
ャリア・ガスは導管２０及びガス源１５により振動板１
４に毎分３０−２００−の流速で供給される。振動板１
４は、３．３６ＭＨｚのようなＲＦ周波数の圧電結晶１
６の超音波振動で駆動される。

結晶１６は、同中心のコネクタ１７を介してＲＦ増幅器
１８の出力に連結された電極（図示せず）によって電気
的に駆動される。増幅器１８は信号発生器［９のＲＦ比
出力よって、駆動される。増幅器１８により結晶１６に
結合した・ぐワー及びその結晶の後でその増幅器へと反
射される・ぐワーをモニターするために、メータネット
ワーク２１が、増幅器１８からのＲＦ’信号をコネクタ
１７に結合するケーブル２２と直列に接続されている。

信号発生器１９の出力周波数は周波数メータ２３によっ
てモニターされる。

圧電結晶１６け、周囲の状況、特に周囲温度の関数で共
ｍＪ４波数の変化が生ずる電気圧力波動変換器である。

１１ｉ度補償回路を必要としないで、結晶１６をその共
振周波数で周期的に駆動するためＫ、信号発生器１９の
周波数は、結晶の受ける特定の周囲温度に対する結晶１
６の共振周波数をまたがる周波数の範囲にわたって醋引
される。信号発生器１９の周波数の掃引は、毎秒１０乃
至１００回の掃引の範囲の速度、すなわち１０乃至１０
（）Ｈｚの速度で行われる。毎回、信号発生器１９は結
晶１６の共振周波数又はその利用きれる調和周波数を発
生し、結晶は作動され、共捌周波数又は高調波周波数の
圧力波を振動板１４に供給する。

結晶１６が破壊される傾向を最小にし、その結晶を比較
的厚くする一方で、３．３６　ＭＦＩｚのような比較的
高周波数の圧力波を振動板１４に供給できるようにする
ために、発生器１９の出力周波数は結晶１６の基本共振
周波数である。典型的には、発生器１９の出力は、３．
３６ＭＨｚの圧力波に対して結晶１６が１．１２　ＭＨ
ｚで共振し、発生源１９が３、３６　ＭＨｚの正弦波を
発生するように、結晶１６の第３高調波共振である。発
生器１９の出力周波数は±０．１５　Ｍｌｆｚにわたっ
て掃引され、これＫより振動板１４上に入射される圧力
波はいたるところで３．２１ＭＨｚから３．５１　Ｍｔ
Ｔｚまでの範囲にある。

結晶１６を駆動するために必要な・ぐワーを最小にし、
これにより比較的低コストのＲＦ’増幅器１８を提供す
るために、変換器と振動板１４との間で最大のエネルギ
ー移動が行われなければならない。この目的のために、
（１）変換器１６は振動板１４上に集束された波を生成
するように成形され（２）振動板は、振動板上に入射し
た圧力波から、針１３から振動板に流れる液体に移動す
るエネルギーを最大にする厚さを！する。集束された波
を形成するために、結晶１６は、振動板に対して凹状の
球面の一部のように成形される。振動板１４の平行面に
対する結晶１６の位置及び結晶の曲率ば、結晶から導出
される圧力波が振動板上に集束されるように決められる
。言いかえると、結晶１６は結晶の曲率半径にほぼ等し
い距離だけ振動板１４から雌れている。結晶１６から振
動板１４へのエネルギー移動は、振動板１４と結晶１６
との間でチ℃ン・ぐ−２４を通って連続的に循環する流
体の媒体を介して結晶１６から伝播する圧力波により強
化される７゜振動板の厚さを、結晶１６から振動板１４に向けて発射
される圧力波のほぼ十波長となるように選択されること
によシ効率を高めることができる。

Ｍ　動板１４上に入射される圧力波が集束されて、その
一部が振動板の平行な面に関して・ちる入射角をもって
摂動板を通って伝播するので、結晶１６から振動板を通
る波の経路の長さは振動板の表面に垂直な波動の経路の
ものよりも長い。そのため振動板の厚さは、それを通っ
て伝播する超音波圧力波の＋波長よりも僅かに短い。も
ちろん、振動板の厚さは、結晶１６と振動板１４との間
の空気又は液体を通るものではなく、ガラスの振動板材
料を通る圧力波の波長に対して選択されなければ゛なら
ない。この振動板１４の厚さにより、振動板１４の平行
な反対側の面から反射される波光同士は相互に干渉して
弱めあい、振動板１４内に形成された共振圧力波を最大
にすることができる。従って、針１３を通って流れる液
体か入射する振動板の面は最大の加速を受ける。

導管２６を通ってチェンバ２４に流れる液体、好適には
水は結晶１６及び振動板１４を冷却する。

循環する液体は、チェ７・９２４に入る前に、開放垂直
！ランチを有する単純なＴ字管でもよい脱気チェンバ２
５内で脱気される。チェンバ２４を通って流れる液体は
導管２７より流出し、ｆ７ノ２８により加圧されて、導
管２９により脱気チェンバ２５に戻る。チェンノ々２４
内で液体を循環させ、脱気させることにより、振動板１
４と結晶１６との間の液体圧力波の伝播媒体において泡
が形成される傾向が事実上なくなる。これにより、結晶
１６からの圧力波の振動板１４における集束が確実に行
われるっ液体クロマトグラフ・カラム１２は在来の方法、例えば
ルーグインノヱクタ３１によって駆動される。そのイン
ゾェクタは、サンプル源３２、並びにポンダ３３及び導
管３４によってルーグインノヱクタ３１に供給される加
圧された液体源を有する。第２図に詳説してるるように
、液体クロマトｌ”う７・カラム１２から針１３を通っ
て流れる液体は、ｆス源からのキャリアガスによって囲
まれるようにして振動板１４上忙流れるうその液体は、
振動板、が毎秒１０乃至１（〕０個の・ぞルスの割合で
作・助する結晶によって付勢されるときに、噴霧化され
る。上述したように、最適な噴霧化は、振動板の振動が
、振動板上で液体の滑らかなブリッジを維持できるよう
に低い割合で断続的に・ぞルス化されるときに成しべげ
られる。噴排化された液体−キャリアガス混合物は輸送
管４１．好適にはステンレススチールによって作られた
ものを通って分析器４２に流れる。針１３を通って流れ
る液体の一部のみが噴霧化され、残りはウィック（ｗｉ
ｅｋ）構造物４３（以下で説明する）により連結された
ドレイン（図示せず）へと除去される。

図示の実施例において、分析器４２はガスクロマトグラ
フ−オープン４５内に配置されたフレーム光度計４４で
ある。典型的Ｋ、オーブン４５は１５’　０　’Ｃの温
度に維持される。フレーム光Ｗ　計４４は電気信号をリ
ード線を介してレコーダ４７に供給する光電子増倍管４
６を有する。

第２及び第３図において、噴霧器ｉｉの構造、特に振動
板１４、針１３及び貫通する導管２０の構造が示されて
いる。第２図において、振動板１４、結晶１６及びＲＦ
入カコネクタ１７は、振動板１４がハウソング５１内の
端部を画成するようにハウソング５１内に固着されてい
る。コネクタ１７は、ハウノング５１の振動板１４によ
り画成される面の反対側の面に固着されている。

チェンバ２４及びハウシング５１（共に円筒状のもの）
は、チェノ・ぐ２４の縦軸を横切る直径を有する整合さ
れた振動板１４及び結晶１６の中心と同中心である。コ
ネクタ１７及びぞれと結晶１６との間を接続するリード
線ｔま円筒状の空気が満きれたチェンバ５：３内に取り
付けられている。整合された縦軸線と等しい直径を有す
るチェンバ２４及び５３は、在来の取付は手段（図示せ
ず）によシハウノング内に固着されている。チェノ・り
２４及び５３内の要素に対して一様な温度を与えるため
に、ハウシング５１は熱絶縁材で作られる。

チェンバ２４は、振動板１４と結晶１６の近傍にそれぞ
れ入口開口５４及び出口開口５５を有している。開口５
４及び５５はそれぞれチェノ・り２４・内に導管２７及
び２６の開口部を画成する。前述の位置に開口５４及び
５５を設けることにより、連続した実質的に層流路がチ
ェンバ２４内の導管２６と２７との間に形成される。こ
のような流路は、チェンバ２４内の結晶１６により発射
され、振動板１４に至る超音波圧力波に対する所望の集
束効果において生ずる歪（泡や乱流が存在すると生ずる
）の発生を防止する。循環する液体（水）は圧電変換器
である結晶１６を一定の温度に維持し、従って共振周波
数を一定に保つ。ハウジング５１は導管２６及び２７が
それぞれ伸長する開口部５７及び５８を有する。

分析される液体、すなわち液体クロマトグラフからの出
力液体は垂直な中空針１３を通って振動板１４に供給さ
れる。針１３の小さな直径は、その成分が輸送中に混合
される液体の体積に制限を加える。

キャリア・ガス、典型的には空気が同中心に針１３を囲
む導管２０を介して噴霧チェンバ内に流れる。導管２０
は針１３が貫通する開口部６３を有する。その開口部６
３の大きさは、その壁面と針１３との間で気密が形成さ
れるように決められる。針は開口部６３を密封するよう
に連結されている。針１３及び穴６２の軸線は、導管２
０により穴６１を通して供給されキャリアガスが針１３
及び針から流出する液体を囲むように同中心となってい
る。液体は振動板１４の外側の平坦な面６４上に入射す
る。振動板１４の内側面６５もまた平坦であり、面６４
と平行な面となって伸ひている。

上述したように、平坦な面６４と６５との間のがラス振
動板１４の厚さは、プラス振動板１４を通って伝播する
圧力波の十波長よシ僅かに小さい。

圧力波が振動板１４と結晶１６との間でチェンバ２４内
の液体を通して供給されていない間は、振動板は、緩ん
だ状態にあり、その結果第３図のような状態となる。第
３図において、針１３は、その針を通って流れる液体が
針の先端６６と振動板１４の外側の平坦な而６４との間
にブリッジ６５を形成するように、形状付けられ、外側
面６４に対する配置が決定される。針の先端６６は、先
端６６の周囲全体に針と面６４との間に固定した間隙が
あるように傾斜されている。言い替えれば、針６６の先
端は平坦であるが、針の先端及び面６４が平行であり、
両者が液体が流れる針１３の穴６７の垂直な軸線に関し
て４５°傾くように傾斜付けられている。好適実施例に
おける穴６７は０．０１５２ｃｍ　（０，００６１ｎｃ
ｈ　）の直径を有するが、振動板】４が図示の緩んだ位
置にあるときに面６４と先端６６の間に０．００５１　
ｃｍ　（０，００２１ｎｃｈ）の間隔がある。

振動板１４は振動し、その間隔の平均は同じ値をとる。

１乃至２マイクロリットルの役に立たない体積が存在す
る。すなわち、ブリッジ６５の液体の量はｌ乃至２マイ
クロリットルである。

穴６７を１ｌｌｊって流れ、ブリッジとして存する液体
は平坦な面６４を濡らす。毎回、超音波圧力波が振動板
１４上に入射し、振動板は高周波数で面６４に対して横
方向に振動する。針１３と振動板１４の機械的な完全な
状態を保存するために面６４と先端６６との間に接触が
ないことが重要である。

この好適実施例において、振動板１４上に入射する超音
波の波動場は、約５０ワット／−の・母ワー密度を有す
る。この・９ワーで、振動板１４と針１３との間に接触
があってはならない。

振動する面６４に応じて、ブリッジ又は薄［６５の液体
が面６４に対しは＃ア９０°の角度の方向に振動する。

ブリッジ又は薄膜６４の液体の一部は噴霧化され、すな
わち微細な水滴忙なる。液滴の大ささは、句音波の周波
数の関数で、周波数が増大すると液滴の大きさは減少す
る。穴６７を通って　　流れる液体はＩｌ’ｌｉ　６４
上の超ｉ〒波の焦点に向けられ、その流速は、穴６７の
直径が小さいために非常に遅いが一定の速度となる。噴
霧化された液体は、導管２０を通って面６４上に入射す
るキャリアガスと混合する。振動板１４が緩んだ状態か
ら振動状態へと１０乃至１００　Ｈｚのオーダの周波数
で作動すると、液滴及びキャリアガスの連続したスムー
ズな流れが形成される。

好適にはステンレススチールで作られた輸送管４１は振
動板１４の外側の平坦な面、すなわちチェンバ２４から
離れた面に、結晶１６からの圧力波の振動板上の中心焦
点から離れた領域で固着されている。輸送管４１は振動
板１４の外側面でノ・ウノング５１の共通平面上の適所
に保持されている。

輸送管４１はエアゾルをオープン４２内のフレーム光度
計のような検出器４４に送る。出力信号はワイヤ４８に
よシレコーダ４７に結合される。

ある好適実施例において、噴霧化される液体は毎分１０
乃至２００マイクロリットルの割合で吸い出され、液滴
の直径は約４マイクロメータであシ、キャリアガスによ
って面６４によシ面６４から吹き飛ばされる。振動板１
４上に入射されるＲＦノワーの量を変化することにより
、噴霧化の効率を変化させることができる。例えば、毎
分１００マイクロリットルの流量の１０％のみを噴霧化
するために、ＲＦ−ｆワーは減少させられる。このエア
ノルの低流竜速度は、毎分１０マイクロリットルの液体
エアゾル液滴を許容することが可能な分析器に対して必
要とされる。

穴６７を通って流れる液体の比較的小さな・ぐ−センテ
ーノが噴霧される。典型的には１０チ乃至３０％である
。余分の未噴繕液体を面６４から除去するために、ウィ
ック装置（構造物）４３が設けられている。

ウィック装置ｆ４３はさびることのない金属Ｍ（好適ニ
ハステンレススチール）スクリーン７１を含み、そのス
クリーン７１は面６４上に載置され、スクリーン７１上
にコード７２が載置されている。

スクリーン７１は針１３を取シ囲む中央間ロア３を有し
ている。開ロア３の直径は、ブリッジ６５が開口の周囲
まで伸びる程度のものであり、これにより穴６７からス
クリーン７１まで一定の液体の流れがある。スクリーン
７１によってはじかれた液体は、在来のフィラメントで
ある織物タイグのウィック材によって作られたコード７
２によってスクリーンから引き出される。

本発明の一つの実施例を説明し、図示してきたけれども
、特許請求の範囲で画成される本発明の技術的思想から
逸脱することなくいろいろな変形、変更をなし得ること
は明らかである。例えば、液体クロマトグラフ−カラム
の全出力にかえてそのカラムからの流出物の一部を針１
３を通して振動板１４に供給し得る。また、分析される
溶剤が針。

１３を通して引き出し得るし、また、試料を流量噴出分
析装置によって針に供給し得る。液滴とキャリアガスの
混合から生じたエアゾルは、フレーム若しくはグラズマ
検出器のような適当な分析器に、又は質料分析器のイオ
ン源に供給し得る。検出器に供給される前に、そのキャ
リアガスを接縮し得ることも又はその液滴から溶媒を離
脱させることも可能である。球形の圧電結晶を、チェン
バ２４と同様のチェノ・マ内に占められたカップリング
リキッド内に浸漬されるレンズにより集束される音波を
発生する平坦な結晶で置換することもできる。変換ｉＴ
＋（結晶）を律動し、その共振値を横切るようにその駆
動信号周波数を掃引するかわりに、結晶に対する共振周
波数の周囲条件に対して適切な補償が与えられるならば
、振幅変調されたＲＦ倍信号結晶に与えることもできる
。キャリアゴスはフレーム又はグラズマ分析器に供給さ
れるガスから導出されてもよく、またキャリアガスは凝
縮可能な蒸気でもよい。ハウジング５１の壁とチェンバ
２４との間の領域において、循環する水及び熱絶縁体を
、空気中への放射によって冷却される熱伝導体により覆
われたカップリング液体によって置換することもできる
。

毎分ｌＯマイクロリットル以下の液体流速を取シ扱うの
であれば、高い周波数で駆動することができ、装置をよ
り小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従った噴霧器とフレーム光度計とを
組み込んだ液体クロマトグラフ装置の略示ブロック図で
ある。第２図は、本発明の好適実施に従ったマイクロ噴霧器の
略示側面図である。第３図は、ウィックが振動板の平坦な表面上の薄膜を取
り囲んで示された本発明に従うマイクロ噴霧器の拡大側
面図である。〔主要符号の説明〕１１・・・噴霧器　　　　　１３・・・針１４・・・振
動板　　　　　１５・−・ガス発生源１６・−圧電結晶
　　　　２４・・チェンバ４３・・・ウィック構造物（
装置）５７．５８．６３・・・開口部６４・・・平坦な表面　　　６５・・・ブリッジ６６・
・針の先端　　　　６７・・・穴７３・・・中央開口

Claims

【特許請求の範囲】１、エアゾルを形成するために液体を噴霧化するための
噴霧器であって、ａ）内穴を有し、該内穴内に供給された液体を流出させ
る開口部を有する針と、ｂ）液体を前記穴の中に供給する手段と、ｃ）前記開口部に面した平坦な表面を有する振動板と、ｄ）該振動板を作動し、前記平坦な表面を高周波数で振
動させる手段と、から成り、その振動は低周波数の振幅変調され、前記振動板は、前記針に接触することなく、前記穴の液
体の内側と前記平坦な表面との間に液体の連続したブリ
ッジを維持するように、前記針の開口部から離され、前記ブリッジは、前記平坦な表面が振動しないときに前
記平坦な表面上の液体薄膜の一部であり、前記液体の薄膜は、前記平坦な表面が流動するキャリア
ガスとともにエアゾルを形成するために振動したときに
、少なくとも一部が噴霧化される、ところの噴霧器。２、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であって
、前記開口部を取り囲む針の先端は、該先端と前記平坦な
表面との間の間隙が実質的に一様となるように前記平坦
な表面と平行な平面内にあるところの噴霧器。３、特許請求の範囲第２項に記載された噴霧器であって
、前記針の穴は、前記平坦な表面に対する垂線からある角
度をもってずらされているところの噴霧器。４、特許請求の範囲第３項に記載された噴霧器であって
、前記角度が３０°乃至９０°の範囲内であるところの噴
霧器。５、特許請求の範囲第２項に記載された噴霧器であって
、前記液体の薄膜の混合容積を最小にするために前記間隙
が０．００２５４ｃｍと０．０１０２ｃｍの間にあり、
前記穴の直径が０．００７６ｃｍと０．０３０５ｃｍの
間であるところの噴霧器。６、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であって
、前記振動板は、４ミクロンのオーダの直径を有するエア
ゾル液滴を形成させる周波数を有する律動された搬送波
によって振動されるところの噴霧器。７、特許請求の範囲第２項に記載された噴霧器であって
、前記間隙及び穴の寸法は、液体薄膜に約１マイクロリッ
トルの混合容積があるように決められるところの噴霧器
。８、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であって
、前記振動板を作動する手段は、圧電変換器から成るとこ
ろの噴霧器。９、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であって
、エアゾルを形成しない余分な液体を前記薄膜から除去す
るための、前記薄膜と接し、前記平坦な表面上にあるウ
ィックを更に含むところの噴霧器。１０、特許請求の範囲第９項に記載された噴霧器であっ
て、前記ウィックは、前記振動板の平坦な表面の一部を覆う
ほぼ平坦な部分を有するところの噴霧器。１１、特許請求の範囲第１０項に記載された噴霧器であ
って、前記ほぼ平坦なウィック部分は、薄膜及びブリッジを内
存する中央切抜き領域を含むところの噴霧器。１２、特許請求の範囲第１１項に記載された噴霧器であ
って、前記針は前記中央切抜き領域内に伸びるところの噴霧器
。１３、特許請求の範囲第１０項に記載された噴霧器であ
って、前記ウィックは、前記平坦な部分内の液体を前記平坦な
表面から吸い出すための、前記平坦な部分に接触するコ
ード部分を含むところの噴霧器。１４、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であっ
て、前記作動手段は、共振電波−圧力波変換器、及び周波数
変調された電波を前記変換器に印加する手段を含み、その電波が周波数帯域を横切るように掃引され、周囲条件の範囲に対する前記変換器の共振周波数が前記
帯域内に含まれ、これにより、前記振動板は前記変換器の共振周波全体に
わたって周波数が掃引されたときに律動的に振動する、ところの噴霧器。１５、特許請求の範囲第１４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器は圧電結晶であるところの噴霧器。１６、特許請求の範囲第１５項に記載された噴霧器であ
って、前記結晶は、前記共振周波数の低調波である基本共振周
波数を有するところの噴霧器。１７、特許請求の範囲第１４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器は前記振動板から離して配置され、前記変換
器と前記振動板との間に存する流体媒体を経て前記振動
板上に集束された圧力波を向けるために、形状付けられ
ているところの噴霧器。１８、特許請求の範囲第１７項に記載された噴霧器であ
って、前記振動板と前記変換器の間にある液体を循環する手段
を更に含み、その循環する液体は前記流体媒体である、ところの噴霧器。１９、特許請求の範囲第１７項に記載された噴霧器であ
って、前記結晶は、集中された圧力波が導出される凹状表面を
有する球面の一部分となるように形状付けられていると
ころの噴霧器。２０、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であっ
て、前記作動手段は、前記振動板から離して配置され、前記
変換器と前記振動板との間に存する流体媒体を経て前記
振動板に集束された圧力波を向けるように形状付けられ
た圧力波発生源を含むところの噴霧器。２１、特許請求の範囲第２０項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波は予め定められた周波数を有し、前記振動板
は、前記振動板の向い合った面での圧力波の入射波と反
射波との干渉により弱め合うような厚さを有する、ところの噴霧器。２２、特許請求の範囲第２１項に記載された噴霧器であ
って、前記振動板の向い合った面の間の厚さは、所定の周波数
の圧力波が振動板を通過して伝播する際の波長の約１／
２であるところの噴霧器。２３、特許請求の範囲第２２項に記載された噴霧器であ
って、前記厚さは、圧力波の集束現象を補償するための量だけ
前記波長の１／２よりも僅かに短いところの噴霧器。２４、特許請求の範囲第２０項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波発生源は、集束された圧力波が導出される凹
状表面を有する球面の一部分となるように形状付けられ
るところの噴霧器。２５、特許請求の範囲第２０項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波発生源は圧電結晶から成るところの噴霧器。２６、特許請求の範囲第２０項に記載された噴霧器であ
って、前記振動板と前記発生源との間の液体を循環する手段を
更に含み、その循環する液体が流体媒体である、ところの噴霧器。２７、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であっ
て、その噴霧器が、噴霧化されたエアゾルのためのキャリア
ガス、及び該ガスが針を取り囲むように前記平坦な表面
の近傍にキャリアガスを供給する手段を含むクロマトグ
ラフ装置の一部であるところの噴霧器。２８、特許請求の範囲第２７項に記載された噴霧器であ
って、前記キャリアガス供給手段は管手段を有し、該管手段は
、キャリアガスが針から振動板の平坦な表面に流れる液
体のまわりに幕を形成するように、針が貫通し、キャリ
アガスが前記平坦な振動板の表面へと流出する開口部を
有する、ところの噴霧器。２９、特許請求の範囲第１項に記載された噴霧器であっ
て、前記作動手段は、前記振動板から離された圧力波発生源
、該圧力波発生源と前記振動板との間に位置するチェン
バ、並びに前記振動板及び前記圧力波発生源を冷却し、
圧力波を発生源から振動板に結合する液体を前記チェン
バの中に満し、その中で循環させる手段を有するところ
の噴霧器。３０、特許請求の範囲第２９項に記載された噴霧器であ
って、前記液体を満し、循環させる手段は、冷却し、圧力波を
結合する液体を再循環させる手段、及び再循環液体から
ガスを除去する手段を有するところの噴霧器。３１、液体を噴霧化し、エアゾルを形成する噴霧器であ
って、ａ）振動板と、ｂ）液体を前記振動板の表面に供給する手段と、ｃ）前
記振動板表面に供給された液体を噴霧化するために前記
振動板を振動させる手段と、ｄ）エアゾルを形成しない
余分な液体を除去する、前記振動板上にあるウィックと
、から成る噴霧器。３２、特許請求の範囲第３１項に記載された噴霧器であ
って、前記ウィックは、前記振動板の平坦な表面の一部を覆う
ほぼ平坦な部分を有するところの噴霧器。３３、特許請求の範囲第３２項に記載された噴霧器であ
って、前記ほぼ平坦なウィック部分は中央の切抜き領域を有し
、前記供給手段は液体を前記振動板の切抜き領域に収容す
る、ところの噴霧器。３４、特許請求の範囲第３３項に記載された噴霧器であ
って、前記供給手段は内穴及び該穴に開口部を有する先端を含
み、液体が前記穴及び前記開口部を通って前記振動板へと流
れる、ところの噴霧器。３５、特許請求の範囲第３２項に記載された噴霧器であ
って、前記ウィックは前記平坦な部分内の液体を前記平坦な表
面から吸い出すための、前記平坦な部分に接触している
コード部分を含むところの噴霧器。３６、特許請求の範囲第３５項に記載された噴霧器であ
って、前記振動板の表面は、水平方向からある角度をつけて傾
けられ、前記ウィックのコード部分は、液体が前記振動板に収容
される領域の下方に位置する、ところの噴霧器。３７、特許請求の範囲第３１項に記載された噴霧器であ
って、前記作動手段は、共振周波数が周囲条件の関数で変化す
る傾向を有する共振電波−圧力波変換器、及び周波数変
調された電波を前記変換器に供給する手段を有し、電波が周波数の帯域を横切るように掃引され、その周波
数の１つで、前記変換器が変換器の周囲条件に対して共
振し、その変換器の共振により、変換器が共振しないときに振
動板が占める緩んだ位置から振動状態に前記振動板を駆
動させる、ところの噴霧器。３８、特許請求の範囲第３７項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器は、前記振動板から離れて配置され、前記変
換器と前記振動板との間に存する流体媒体を経て前記振
動板上に集束された圧力波を向けるように形状付けられ
ているところの噴霧器。３９、特許請求の範囲第３１項に記載された噴霧器であ
って、前記作動手段は前記振動板から離して配置され、前記変
換器と前記振動板との間に存する流体媒体を経て前記振
動板に集束された圧力波を向けるように形状付けられた
圧力波発生源を含み、前記振動板は、前記振動板の向い合った面での圧力波の
入射波との干渉により弱め合うような厚さを有する、ところの噴霧器。４０、特許請求の範囲第３９項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波は予め定められた周波数を有し、前記振動板
の向い合った面の間の厚さは、所定の周波数の圧力波が
振動板を通過して伝播する際の波長の約１／２である、ところの噴霧器。４１、特許請求の範囲第４０項に記載された噴霧器であ
って、前記厚さは圧力波の集束現象を補償するための量だけ前
記波長の１／２よりも僅かに短いところの噴霧器。４２、特許請求の範囲第３１項に記載された噴霧器であ
って、その噴霧器が噴霧化されたエアゾルのためのキャリアガ
ス、及び該ガスが針を取り囲むように前記平坦な表面の
近傍にキャリアガスを供給する手段を含むクロマトグラ
フ装置の一部であるところの噴霧器。４３、特許請求の範囲第４２項に記載された噴霧器であ
って、前記キャリアガス供給手段は管手段を有し、該管手段は
、キャリアガスが針から振動板の平坦な表面に流れる液
体のまわりに幕を形成するように、針が貫通し、キャリ
アガスが前記平坦な振動板の表面へと流出する開口部を
有する、ところの噴霧器。４４、エアゾルを形成するために液体を噴霧化するため
の噴霧器であって、ａ）振動板と、ｂ）液体も前記振動板の表面に供給する手段と、ｃ）前
記振動板に供給された液体を噴霧化しエアゾルにするた
めに前記振動板を作動させる手段であって、共振周波数が周囲条件の関数で変化する傾向を有する共振圧力波変換器を含む、ところの作動手段と、ｄ）周波数変調された電波を前記変換器に供給する手段
と、から成り、電波が周波数帯域を横切るように掃引され、その周波数
の１つで、前記変換器の周囲条件に対して前記変換器が
共振する、ところの噴霧器。４５、特許請求の範囲第４４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器と前記振動板は、変換器の共振により変換器
が共振しないときに振動板の占める緩んだ位置から振動
状態に前記振動板を運動させるように配置されていると
ころの噴霧器。４６、特許請求の範囲第４４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器は圧電結晶であるところの噴霧器。４７、特許請求の範囲第４６項に記載された噴霧器であ
って、前記圧電結晶は、前記結晶を共振する前記１つの周波数
の低調波である基本共振周波数を有するところの噴霧器
。４８、特許請求の範囲第４４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器は、前記振動板から離して配置され、前記変
換器と前記振動板との間に存する流体媒体を経て前記振
動板上に集束された圧力波を向けるように形状付けられ
ているところの噴霧器。４９、特許請求の範囲第４８項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器と前記振動板との間の流体を循環する手段を
更に含み、その循環する液体が前記流体媒体である、ところの噴霧器。５０、特許請求の範囲第４８項に記載された噴霧器であ
って、前記結晶は、集束された圧力波が導出される凹状表面を
有する球面の一部となるように形状付けられるところの
噴霧器。５１、エアゾルを形成するために液体を噴霧化するため
の噴霧器であって、ａ）振動板と、ｂ）液体を前記振動板の表面に供給する手段と、ｃ）前
記振動板に供給された液体を噴霧化しエアゾルにするた
めに前記振動板を振動させる手段と、から成り、前記振動手段が、前記振動板から離して配置され、集束
された圧力波を前記変換器と前記振動板との間に存する
流体媒体を経て前記振動板に向けるように形状付けられ
た圧力波発生源を有し、前記振動板が、その振動板の向い合った面での圧力波の
入射波と反射波との干渉により弱め合うような厚さを有
する、ところの噴霧器。５２、特許請求の範囲第５１項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波は予め定められた周波数を有し、前記振動板
の向い合った面の間の厚さは、所定の周波数の圧力波が
振動板を通過して伝播する際の波長の約１／２であると
ころの噴霧器。５３、特許請求の範囲第５２項に記載された噴霧器であ
って、前記厚さは圧力波の集束現象を補償するための量だけ前
記波長の１／２よりも僅かに短いところの噴霧器。５４、特許請求の範囲第５１項に記載された噴霧器であ
って、前記圧力波発生源は、集束された圧力波が導出される凹
状表面を有する球面の一部となるように形状付けられる
ところの噴霧器。５５、特許請求の範囲第５４項に記載された噴霧器であ
って、前記変換器と前記振動板との間の液体を循環する手段を
更に含み、その循環する液体が前記流体媒体である、ところの噴霧器。５６、エアゾルを形成するために液体を噴霧化するため
の噴霧器であって、ａ）内穴を有し、該内穴内に供給される液体を流出させ
る開口部を有する針と、ｂ）液体を前記穴の中に供給する手段と、前記開口部に面した平坦な表面を有する振動板と、ｃ）該振動板から離して配置された圧力波発生源を含む
作動手段と、ｄ）該圧力波発生源と前記振動板との間に設けられるチ
ェンバと、ｅ）前記振動板及び前記圧力波発生源を冷却し、圧力波
を前記発生源から前記振動板へと結合する流体を、前記
チェンバ内に満し、そのチェンバ内で循環させる手段と
、から成る噴霧器。５７、特許請求の範囲第５６項に記載された噴霧器であ
って、前記流体を満し、循環させる手段は、冷却し、圧力波を
結合する流体を再循環させる手段、及び再循環流体から
ガスを除去する手段を有するところの噴霧器。５８、噴霧化されたエアゾル及びキャリアガスをクロマ
トグラフ装置に供給する装置であって、ａ）内穴を有し
、該内穴内に供給された流体を流出させる開口部を有す
る針、前記開口部に面した平坦な表面を有する振動板、
及び該振動板を振動させる手段からなる、液体サンプル
用の噴霧器と、ｂ）キャリアガスが前記針を取り囲むように前記平坦な
表面近傍にキャリアガスを供給する手段と、からなる装置。５９、特許請求の範囲第５８項に記載された装置であっ
て、前記ガス供給源は管手段を有し、該管手段は、キャリアガスが針から振動板の平坦な表面
に流れる流体のまわりに幕を形成するように、針が貫通
し、キャリアガスが前記平坦な振動板の表面へと流出す
る開口部を有するところの装置。６０、エアゾルを形成するために液体を噴霧化するため
の噴霧器であって、ａ）液体が供給される内穴を有し、内穴に供給された液
体を流出させる開口部を有する針とｂ）前記開口部を通
って流れる液体を収容するための前記針の開口部に面し
た平坦な表面を有する振動板と、ｃ）前記平坦な表面に高周波数の不連続な振動を生じさ
せるために前記振動板を作動する手段と、ｄ）形成されたエアゾルを前記平坦な表面に移送するた
めに流動キャリアガスを前記平坦な表面に供給する手段
と、から成り、前記振動板は、前記針に接触することなく、前記穴の液
体側と前記平坦な表面との間に液体の連続したブリッジ
を維持するように、前記針の開口部から離され、前記ブリッジは、前記平坦な表面が振動しないときに前
記平坦な表面上の液体薄膜の一部であり、前記液体の薄膜は、前記平坦な表面がエアゾルを形成す
るために振動したときに、少なくとも一部が噴霧化され
る、ところの噴霧器。６１、特許請求の範囲第６０項に記載された噴霧器であ
って、エアゾルを形成しない余分な液体を前記薄膜から除去す
るための手段を更に含むところの噴霧器。６２、特許請求の範囲第６０項に記載された噴霧器であ
って、前記除去手段が前記薄膜と接触する、前記平坦な表面上
にあるウィックを含むところの噴霧器。