JPS63252244A - Method and device for introducing effluent to mass spectrophotometer and other gaseous phase or particle detector - Google Patents

Method and device for introducing effluent to mass spectrophotometer and other gaseous phase or particle detector

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JPS63252244A
JPS63252244A JP63049926A JP4992688A JPS63252244A JP S63252244 A JPS63252244 A JP S63252244A JP 63049926 A JP63049926 A JP 63049926A JP 4992688 A JP4992688 A JP 4992688A JP S63252244 A JPS63252244 A JP S63252244A
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、流出液を質量分光光度計またはその他の気相
もしくは粒子の検出器に導入するための方法および装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for introducing an effluent into a mass spectrophotometer or other gas phase or particle detector.

[従来の技術] 気相もしくは粒子の検出器に対する好適な液体試料導入
は、液体流と検出器との間のインターフェースに依存す
る。気相検出器に関する連続的液体試料導入と正常操作
の要求との共存は適合性の問題を生ずる。液体流から検
出器中への物質流動を順応させるには、しばしば困難性
が生ずる。ざらに、気相検出に先立つ蒸発工程の際に、
熱不安定性試料成分の分解が生じうる。たとえば検出を
減圧下で行なう質量分光光度計のような気相検出器の場
合、減圧ロック及びポンピングが考慮すべき要件となる
。液体流と気相検出器との間のインターフェースに関す
る一般的要件は次の通りである:(1)試料を検出前に
蒸発させねばならない;(2)試料蒸発工程の際に最小
の熱分解しか生じてはならない:(3)試料の輸送効率
は充分な感度を厳守するよう充分高くせねばならない:
(4)試料導入に際し検出器の正常操作条件を維持せね
ばならない;(5)インターフェースに対し輸送されて
いる際に試料の組成を維持せねばならない(たとえば最
小のクロマトグラフ帯幅)。
BACKGROUND OF THE INVENTION Suitable liquid sample introduction to gas phase or particle detectors depends on the interface between the liquid stream and the detector. The coexistence of continuous liquid sample introduction and normal operating requirements for gas phase detectors creates compatibility issues. Difficulties often arise in accommodating material flow from the liquid stream into the detector. Roughly speaking, during the evaporation process prior to gas phase detection,
Decomposition of thermolabile sample components may occur. For example, in the case of gas phase detectors, such as mass spectrophotometers, where detection is performed under reduced pressure, vacuum locking and pumping are requirements to be considered. General requirements for the interface between the liquid stream and the gas phase detector are: (1) the sample must be evaporated before detection; (2) there should be minimal thermal decomposition during the sample evaporation process. (3) The sample transport efficiency must be high enough to adhere to sufficient sensitivity:
(4) normal operating conditions of the detector must be maintained during sample introduction; (5) the composition of the sample must be maintained (eg, minimum chromatographic bandwidth) while being transported to the interface.

気相検出器に対し液体流をインターフェースする成功率
は、どの程度良好に前記要求が満たされるかどうかに依
存する。
The success rate of interfacing a liquid stream to a gas phase detector depends on how well the above requirements are met.

液体流を気相検出するための本発明による装置の主たる
用途は、液体クロマトグラフからの流出液を質量分光光
度計に導入することである。液体クロマトグラフィー(
LC)と質量分光光度法(MS)との間のインターフェ
ースはLC−MSと呼ばれる。本発明は気相もしくは粒
子の検出器に対する液体試料導入の一般的分野に関する
が、この分野における殆んどの従来の研究はLC−MS
に集中している。何故なら、これがインターフェース設
計に対する著しい障害になっているからである。したが
って、この従来技術の検問はLC−MSに集中する。
The main application of the device according to the invention for gas phase detection of liquid streams is the introduction of the effluent from a liquid chromatograph into a mass spectrophotometer. Liquid chromatography (
The interface between LC) and mass spectrophotometry (MS) is called LC-MS. Although the present invention relates to the general field of liquid sample introduction to gas phase or particle detectors, most previous work in this field has focused on LC-MS.
is concentrated on. This is because this poses a significant obstacle to interface design. Therefore, this prior art interrogation focuses on LC-MS.

複雑な気相検出器(すなわち質量分光光度計)は、各種
のメカニズムで形成された気相イオンを検出する。電子
衝撃(El)イオン化および化学的イオン化(cI)が
最も一般的に実施される方法である。Elイオン化を用
いる場合、10−3〜10−8トールの試料ガスに充分
なエネルギー(一般に70eV)の電子を衝突させて、
試料分子の電子エネルギーレベルをイオン化電位よりも
高く励起させ、電子を試料分子から除去してこれを陽イ
オンにする。El方式における試料イオンの形成に際し
、衝突電子から試料分子に加えられる過剰エネルギーは
、結合の開裂または断片化を生せしめる。分子#IS造
を示唆するEl断片化の特徴的かつ再現性の性質量、未
知組成を有する試料の分析に関し幅広い用途を有する技
術を提供する。これに対し、CI方式はEl方式に対比
してより高い圧力で操作され(!Q型的には1トール)
、シたがってイオン化は試料分子と試薬のガスイオンと
の衝突によって生ずる。CIの分析用途は、一般に分子
量情報が存在する際に見られる。CIの場合、試料分子
の制限されかつ再現性のない断片化が主たる欠点となる
。イオン化工程は最終的に質量分光光度計で得られた定
性的情報を決定することを強調すべきである。他のイオ
ン化技術は760トールにおける大気圧イオン化(AP
 I )および10−4トールにおける電界イオン化で
ある。
Complex gas phase detectors (ie, mass spectrophotometers) detect gas phase ions formed by various mechanisms. Electron impact (El) ionization and chemical ionization (cI) are the most commonly practiced methods. When using El ionization, a sample gas of 10-3 to 10-8 Torr is bombarded with electrons of sufficient energy (generally 70 eV),
The electron energy level of the sample molecule is excited above the ionization potential, removing electrons from the sample molecule and turning it into a positive ion. During the formation of sample ions in the El mode, excess energy applied to sample molecules from impinging electrons causes bond cleavage or fragmentation. The present invention provides a technique that has a wide range of applications for the analysis of samples with a characteristic and reproducible mass of El fragmentation suggesting molecular #IS structure and an unknown composition. On the other hand, the CI system is operated at a higher pressure (!1 Torr for the Q type) compared to the El system.
, thus ionization occurs due to collisions between sample molecules and reagent gas ions. Analytical applications of CI are generally found when molecular weight information is present. In the case of CI, the limited and irreproducible fragmentation of sample molecules is a major drawback. It should be emphasized that the ionization step ultimately determines the qualitative information obtained with the mass spectrophotometer. Another ionization technique is atmospheric pressure ionization (AP) at 760 Torr.
I) and field ionization at 10-4 Torr.

所定の試料につき最大の情報を得るには、ElおよびC
Iを含め各種のイオン化技術を用いるのが好ましい。さ
らに、イオン化条件に対し制限を与えるLC−MS技術
は、所定の分析につき得られる試料情報にのみ制限され
る。
To obtain maximum information for a given sample, El and C
Preferably, various ionization techniques are used, including I. Additionally, LC-MS techniques that impose limitations on ionization conditions are limited only to the sample information that can be obtained for a given analysis.

多くの化合物(一般にE1条件下でイオン化される化合
物)の質量スペクトルは大組のコンピユータ化されたデ
ータベースの保存物として編集されており、これらを未
知組成の試料から得られたスペクトル(断片イオン)と
その後に比較する。
The mass spectra of many compounds (compounds that are generally ionized under E1 conditions) are compiled in large computerized database archives, and these are combined into spectra (fragment ions) obtained from samples of unknown composition. and then compare.

したがって、コンピュータ比較は数秒間で行ないうるの
で、この種のスペクトル保存物を利用することがLC−
MS装置の顕著な利点である。したがって広範に使用す
るには、LC−MS装置につきEIイオン化六方式用い
る必要がある。残念ながら、数少ない従来技術の装置し
か熱不安定性かつ/または不揮発性の化合物のEIスペ
クトルを発生させる能力を持たないと報告されている。
Therefore, the use of this type of spectral archive is advantageous since computer comparisons can be made in seconds.
This is a significant advantage of MS devices. Therefore, for widespread use, it is necessary to use the EI ionization method for LC-MS instruments. Unfortunately, only a few prior art devices are reported to have the ability to generate EI spectra of thermally unstable and/or non-volatile compounds.

液体クロマトグラフまたは液体工程流のいずれかからの
流出液は、質量分光光度調インターフェース技術によっ
て処理せねばならない。上記したように、イオン化用の
圧力要求はイオン化の方式に依存し、かつ質量分光光度
調のイオン化領域に対する物質流動および質量分光光度
調のポンプ能力によって制限される。1〜2d/min
で流動する液体の蒸発は標準状態で毎分111程度の気
体試料を発生することができ、この吊は10−5トール
(すなわちE1条件)にて毎分1082のガスに相当し
、これは従来の質量分光光度計のポンプ能力をずっと越
えている。たとえばCIのような1mmトールもしくは
それ以上の圧ノコで生ずるイオン化技術はにり低いポン
プ能力しか必要としないが、一般に顕著なイオン−分子
反応化学の問題を生じ、これは少ない構造断片化の情報
をもたらす。
Effluents from either liquid chromatographs or liquid process streams must be processed by mass spectrophotometric interface techniques. As mentioned above, the pressure requirements for ionization depend on the mode of ionization and are limited by the mass flow to the ionization region of the mass spectrophotometer and the pumping power of the mass spectrophotometer. 1~2d/min
The evaporation of a flowing liquid can generate about 111 gas samples per minute under standard conditions, which corresponds to 1082 gas samples per minute at 10-5 Torr (i.e. E1 conditions), which is higher than conventional far exceeds the pumping power of mass spectrophotometers. Ionization techniques such as those produced by 1 mm tor or greater pressure saws, such as CI, require much lower pumping power, but generally pose significant ion-molecule reaction chemistry problems, which result in less structural fragmentation information. bring about.

EIイオン化に関する低圧力の要求により、液体クロマ
トグラフからの液体の連続流の直接的導入は、たとえば
極低温ポンピングのような極めて大きい能ツノのポンプ
系を用いないと達成困難である。
Due to the low pressure requirements for EI ionization, direct introduction of a continuous flow of liquid from a liquid chromatograph is difficult to achieve without the use of extremely large and capable pumping systems, such as cryogenic pumping.

試料をガスに変換する蒸発もしくは脱着工程も、初期の
試料分子の熱減成(熱分解)、反応もしくは転位をもた
らしうる。これらの試料損失は、一般に液体クロマトグ
ラフィーにより分離される熱不安定性および/または不
揮発性である試料成分の場合に最も大きい。これらの熱
敏感および/または不揮発性の分子の質量分析は、一般
にこれら化合物の完全な気相イオンを発生ずる能力が無
いことにより制限される。したがって、分析物の最小の
分解もしくは損失により試料を気化させるLCとMSと
の間のインターフェースの開発が重要である。
Evaporation or desorption steps that convert the sample to a gas can also result in thermal degradation (pyrolysis), reactions, or rearrangements of the initial sample molecules. These sample losses are greatest for thermally labile and/or non-volatile sample components that are typically separated by liquid chromatography. Mass spectrometry of these thermally sensitive and/or non-volatile molecules is generally limited by the inability to generate complete gas phase ions of these compounds. Therefore, it is important to develop an interface between LC and MS that vaporizes the sample with minimal degradation or loss of analyte.

LCをMSとインターフェースする各種の方法が存在し
、この研究は広範に検討されている(後記の文献1.2
.3.4)。全てのインターフェース技術の共通目的は
、気相試料イオンの発生における効率である。
Various methods exist for interfacing LC with MS, and this work has been extensively reviewed (see Reference 1.2 below).
.. 3.4). A common goal of all interface technologies is efficiency in the generation of gas phase sample ions.

LCをMSとインターフェースするには、直接的液体導
入(DLI)が最も簡単な方法の1つである。DLIの
場合、液体クロマトグラフからの流出液は、3〜10庫
の程度の直径を有する小さい円形開孔部もしくはデユー
プを流過する。高速度の円筒状液体ジェットをこのイオ
ン化室に指向させる。この方法を用いた多くの種類の設
計が存在し、これらは全て同じ基本配置を有する(文献
5および6において検討されている)。ジェットはイオ
ン化領域に流入する前に加熱された脱溶剤領域を通過し
て、溶剤蒸発を促進することができる。典型的には、こ
の技術は毎分100d以下の微小孔のLC流速に制限さ
れていた。イオン源中への液体の直接的導入を行なうに
は、極低温ポンプが用いられて過剰の試料をイオン源の
外側の冷表面にトラップする。通常のLC流速、すなわ
ち1〜2m/m111の場合、流出液は分断されて質量
分光光度計中ヘサンプリングすべき試料の1部のみを残
す。DLI技術の他の制限は、得られたスペクトルが僅
かなCIデータしか与えないことである。すなわち、E
Iと対比して殆んどまたは仝<#In情報が得られない
。ざらに、質量分析器の圧力を充分低く維持するには、
コストの高い差動ポンプが必要とされる。実際上、DL
Iは微小寸法のオリフィスが反復して閉塞し、この方法
を面倒にすると共に顕著に遅延ざμるという問題を有す
る。微小寸法の液体ジェットにおける整合および不安定
性も、得られるデータにノイズが多くかつ非再現性であ
る点において、DLIを実験上困難にする。しかしなが
ら、この技術の利点は熱不安定性化合物を分板する際に
熱分解が生じないことである。ざらに、この技術の検討
については、1976年12月14日付けの米国特許第
3.997.298Mおよび1983年9月6日付けの
米国特許第4.403.147号公報に見ることができ
る。
Direct liquid introduction (DLI) is one of the simplest ways to interface LC with MS. In the case of DLI, the effluent from the liquid chromatograph flows through small circular apertures or dupes having a diameter on the order of 3 to 10 chambers. A high velocity cylindrical liquid jet is directed into this ionization chamber. There are many types of designs using this method, all of which have the same basic arrangement (discussed in references 5 and 6). The jet may pass through a heated desolvation zone to facilitate solvent evaporation before entering the ionization zone. Typically, this technique has been limited to micropore LC flow rates of less than 100 d/min. For direct introduction of liquid into the ion source, a cryo-pump is used to trap excess sample on the outside cold surface of the ion source. For normal LC flow rates, ie 1-2 m/m111, the effluent is split leaving only a portion of the sample to be sampled into the mass spectrophotometer. Another limitation of the DLI technique is that the resulting spectra provide little CI data. That is, E
In contrast to I, little or no information is obtained. In general, to keep the mass spectrometer pressure low enough,
A costly differential pump is required. Actually, DL
I have the problem that the small size orifices repeatedly become occluded, making the process cumbersome and significantly delayed. Coherence and instabilities in liquid jets of small dimensions also make DLI experimentally difficult in that the data obtained is noisy and non-reproducible. However, the advantage of this technique is that thermal decomposition does not occur when partitioning thermolabile compounds. A general discussion of this technology can be found in U.S. Pat. .

機械的輸送(MT)は、LCからの流出液をたとえば電
線もしくはベルトのような移動表面上に付着させるLC
−MS法である。熱を試料に加えツタを介し’tR量分
光光度計の低圧イオン源に機械輸送する。ElおよびC
Iの両質吊分光光度計が、この技術によって1qられて
いる。この技術の限界は、試料をイオン化前に移動表面
から蒸発させまたは脱着させる必要があることである。
Mechanical transport (MT) is an LC where the effluent from the LC is deposited onto a moving surface such as a wire or belt.
- MS method. Heat is applied to the sample and mechanically transported through the ivy to the low pressure ion source of the 'tR quantity spectrophotometer. El and C
1 q of I amphiphilic suspended spectrophotometers have been produced using this technique. A limitation of this technique is that the sample must be evaporated or desorbed from the moving surface before ionization.

熱蒸発工程の間に熱分解が生じうる。機械的輸送装置の
操作は、設削の複雑性および移動部品の障害によりしば
しば面倒となる。試料のクロマトグラフ輪郭は、移動表
面に対する試料の不均一塗布によって劣化しうる。この
方法は、1977年11月1日付の米国特許第4,05
5,987号公報に詳細に説明されている。
Pyrolysis may occur during the thermal evaporation process. The operation of mechanical transport equipment is often complicated by the complexity of machining and the obstruction of moving parts. The chromatographic profile of the sample can be degraded by uneven application of the sample to the moving surface. This method is described in U.S. Pat. No. 4,05, dated November 1, 1977.
It is explained in detail in Japanese Patent No. 5,987.

熱噴霧(TSY)はLC−MSに対し最も広く使用され
ている方法である。LGからの流出液は、熱気化器を介
しMSのイオン源領域における加熱気化室に流入覆る。
Thermal nebulization (TSY) is the most widely used method for LC-MS. The effluent from the LG flows through the thermal vaporizer into the heating vaporization chamber in the ion source region of the MS.

熱気化器は、試料を気化室においてイオン蒸気プラズマ
に変換する。少割合のイオン蒸気を、小さい開孔部を介
し′t4量分光光度計のイオン光学領域にサンプリング
する。1ノ°ンプリング間孔部を介゛して分析物を採取
する効率は極めて低い。イオン蒸気の大部分は、気化室
に接続された雄経路を介して排気される。DLIの場合
と同様に、イオン光学領域と質量分析器領域との間のコ
スト高の差動ポンプが、充分な減圧を維持するための必
要とされる。気化工程は、たとえば水性酢酸アンモニウ
ムのような緩衝溶液が熱気化器を介してポンピングされ
る際に気相の試薬イオンを発生する。熱噴霧イオン化と
して知られるこのイオン化法は、CIと同様なスペクト
ルをもたらす。通常の操作条件下において、熱気化器の
使用により熱分解が観察された。しかしながら、この技
術により最小の分解にて、多数の熱不安定性化合物が分
析されている。TSYは幾つかの限界を有し、特に顕著
にはたとえばElイオン化条骨上で得られるような構造
情報が存在しないことである。種々の化合物の応答は、
分析される物質の化学的性質に依存する。その結果、特
性化の悪い試料に対する応答を予測することがしばしば
困難である。熱噴霧法は、1984年2月14日付はカ
ナダ特許第1,162,331@および1985年8月
30日付は出願の米国特許出願用527.751@およ
びその継続出願に詳細に記載されている。
A thermal vaporizer converts the sample into an ion vapor plasma in a vaporization chamber. A small fraction of the ion vapor is sampled through a small aperture into the ion optical region of the t4 spectrophotometer. The efficiency of collecting analytes through the pores during one sampling is extremely low. Most of the ionic vapor is exhausted via the male path connected to the vaporization chamber. As with DLI, a costly differential pump between the ion optics region and the mass analyzer region is required to maintain sufficient vacuum. The vaporization process generates reagent ions in the gas phase when a buffer solution, such as aqueous ammonium acetate, is pumped through a thermal vaporizer. This ionization method, known as thermal spray ionization, yields spectra similar to CI. Under normal operating conditions, thermal decomposition was observed with the use of a thermal vaporizer. However, a large number of thermolabile compounds have been analyzed with minimal decomposition by this technique. TSY has several limitations, most notably the absence of structural information such as that available on El ionized striae. The response of various compounds is
Depends on the chemical nature of the substance being analyzed. As a result, it is often difficult to predict the response to poorly characterized samples. The thermal spray method is described in detail in Canadian Patent No. 1,162,331, dated February 14, 1984, and U.S. Patent Application No. 527.751, filed August 30, 1985, and its sequels. .

液体クロマトグラフィーと質量分光光度法とを組合せる
ための単分散エアロゾル発生インターフェース(MAG
IC)は、流出液を小さいオリフィスもしくはチューブ
を介しポンピングして安定な液体ジェットを形成させる
LC−MSに対する方法である。液体ジェットは均一寸
法または単分散の液滴に分断される。これら液滴を大気
圧に近い圧力の脱溶剤化室で分散ガスにより分散させ、
この分散ガスは液滴の凝集を防止すると共に液滴に対し
熱エネルギーを導入して急速な脱溶剤化をもたらす。こ
の方法は、効率的な脱溶剤化を可能にするには、大気圧
に近い大直径の脱溶剤化室を必要とする。脱溶剤化室の
圧力を溶剤蒸発速度で低下させる作用は、理論的にはワ
ックスおよびスツゲンにより処理されている(16)。
Monodisperse Aerosol Generation Interface (MAG) for Combining Liquid Chromatography and Mass Spectrophotometry
IC) is a method for LC-MS in which the effluent is pumped through a small orifice or tube to form a stable liquid jet. The liquid jet is broken into droplets of uniform size or monodisperse. These droplets are dispersed by a dispersion gas in a desolvation chamber with a pressure close to atmospheric pressure,
This dispersion gas prevents droplet agglomeration and introduces thermal energy to the droplets, resulting in rapid desolvation. This method requires a large diameter desolvation chamber at near atmospheric pressure to enable efficient desolvation. The effect of lowering the pressure in the desolvation chamber at the rate of solvent evaporation is theoretically handled by waxes and stugenes (16).

液滴の蒸発速度は、圧力の低下と共に顕著に減少する。The evaporation rate of droplets decreases significantly with decreasing pressure.

分散ガスの不存在下において液滴は不充分な熱エネルギ
ーを受けて、その完全な脱溶剤化を妨げる。
In the absence of a dispersing gas, the droplets receive insufficient thermal energy to prevent their complete desolvation.

毎分11よりも多い分散ガスの流速を用いて、脱溶剤化
室内に充分な高圧力を維持する。脱溶剤化の俊、溶剤除
去した溶質粒子をノズルを介し減圧室中に加速して、高
速度のエアロゾルビームを形成させる。より重い溶質粒
子に対比して、より軽い溶剤蒸気おにび分散ガスはエア
ロゾルビームの軸線から外方向に膨服し、ガス成分を含
まない規準された粒子ビームをもたらす。エアロゾルビ
ームのガス成分は、2個の連続する低圧減圧室を分離す
る順次の2個のスキマーに粒子ビームを指向させること
により行なわれる2段階圧力減少工程で除去される。溶
質粒子ビームはスキマーを介しイオン源領域に流入し、
ここで濃縮溶質がイオン源領域における表面から熱脱着
されかつ慣用のCIもしくはElイオン化法によってイ
オン化される。
A flow rate of dispersion gas of greater than 11 per minute is used to maintain a sufficiently high pressure within the desolvation chamber. For quick desolvation, the solute particles from which the solvent has been removed are accelerated into a vacuum chamber through a nozzle to form a high-velocity aerosol beam. In contrast to the heavier solute particles, the lighter solvent vapor and dispersed gas expand outward from the axis of the aerosol beam, resulting in a calibrated particle beam free of gaseous components. The gaseous components of the aerosol beam are removed in a two-step pressure reduction step performed by directing the particle beam through two successive skimmers separating two successive low pressure vacuum chambers. The solute particle beam enters the ion source region through a skimmer;
The concentrated solute is now thermally desorbed from the surface in the ion source region and ionized by conventional CI or El ionization techniques.

LC−MSに対するMAGIC法は、E1条件下で溶質
をイオン化するという利点を有する。しかしながら、大
気圧に近い脱溶剤化の必要性は、質量分光光度計の低圧
イオン源に対する溶質輸送効率を著しく低減させる。高
流速の分散ガスの添加はノズルにおける乱流を乙たらす
と共に、スキマーおよびノズルの表面並びに脱溶剤化室
の壁部に対する衝撃により輸送効率の顕著な低下が観察
される。ざらに、多口のガスの必要性も、粒子ビームの
固体角度膨張を増大させかつ効率の低い2段階分離装置
の使用を伴う傾向を有する。これら条件のため、イオン
源中への溶質の輸送効率は一般に5%程麿である。MA
GI Cの場合、移動相の組成は、敏感な応答のため移
動相添加物を成る場合に必要とするような熱噴霧技術と
同様に、各種の分析物につき応答に影響を与えない。さ
らに、Elイオン化が唯一の用いる方式である場合は、
この技術に関し差動ポンプを必要としない。この技術に
関する詳細はざらに1986年6月23日付でライロウ
ビーおよびブラウナーにより出願された米国特許出願第
623,711@およびその継続出願に記載されている
The MAGIC method for LC-MS has the advantage of ionizing solutes under E1 conditions. However, the need for near-atmospheric desolvation significantly reduces solute transport efficiency for low-pressure ion sources in mass spectrophotometers. Addition of dispersion gas at high flow rates causes turbulence in the nozzle, and a significant reduction in transport efficiency is observed due to impact on the skimmer and nozzle surfaces as well as the walls of the desolvation chamber. Additionally, the need for multiple gas ports also tends to increase the solid angular expansion of the particle beam and involves the use of less efficient two-stage separation devices. Because of these conditions, the efficiency of solute transport into the ion source is typically on the order of 5%. M.A.
In the case of GIC, the composition of the mobile phase does not affect the response for various analytes, as does thermal spray techniques, which would be required if mobile phase additives were used for sensitive responses. Additionally, if El ionization is the only method used,
No differential pumps are required with this technology. Details regarding this technology are generally described in US patent application Ser.

MAGI Cは、粒子ビームの導入技術である考えるこ
とができる。これを検討するには、粒子ビームの導入は
エアロゾルをノズルを介して順次の減圧室中へ加速する
と共にエアロゾル粒子を軸線上でスキミングし、粒子ビ
ームを形成させかつエアロゾルビームのガス成分を軸線
からポンピング除去する技術であると考えられる。この
方法の結果はガス物質からのエアロゾル粒子の効率的分
離であり、粒子はガス分子と比較して粒子のモーメント
がより高いため低圧領域中へ一層効率的に輸送される。
MAGI C can be thought of as a particle beam introduction technology. To examine this, the introduction of a particle beam accelerates the aerosol through a nozzle into successive vacuum chambers and skims the aerosol particles on-axis, forming a particle beam and moving the gas component of the aerosol beam off-axis. It is thought that this is a technique for pumping and removal. The result of this method is the efficient separation of aerosol particles from gaseous substances, which are more efficiently transported into low pressure regions due to their higher moment compared to gas molecules.

質量分光光度法に関する従来の粒子ビーム導入技術は2
つの分野に適用されている=(1)実時間のエアロゾル
監視(文献7〜9);並びに(2)エアロゾル発生工程
が粒子ビーム導入に、先行する液体試料の導入(文献1
0〜14)。
The conventional particle beam introduction technique for mass spectrophotometry is 2
(1) Real-time aerosol monitoring (References 7-9); and (2) Liquid sample introduction where the aerosol generation step precedes the particle beam introduction (Reference 1).
0-14).

MAGIG技術は俊者の例である。ざらに本発明も、質
量分光光度計への試料導入に適用する際の粒子ビーム溶
質濃縮工程を包含する。
MAGIG technology is a brilliant example. In general, the present invention also includes a particle beam solute enrichment step when applied to sample introduction into a mass spectrophotometer.

粒子ビーム導入技術の性能は、エアロゾルの性質に依存
する。粒子ビームの固体角度分散は溶質粒子の寸法、エ
アロゾル源からの圧力、およびノズルの形状に依存する
。イスラエルおよびフリードランダー(文献15)は、
粒子ビーム分散に対するこれらパラメータの関係を実験
的に示した。
The performance of particle beam introduction techniques depends on the nature of the aerosol. The solid angular dispersion of the particle beam depends on the solute particle size, the pressure from the aerosol source, and the nozzle geometry. Israel and Friedlander (Reference 15)
The relationship of these parameters to particle beam dispersion is experimentally demonstrated.

その結果は次のことを示している:(1)粒子ビームの
角度分散はエアロゾル源の圧力と共に増大する;(2)
粒子ビームの角度分散は粒子jJ法の増大と共に低下す
る:(3)粒子ビームの膨張は、収束ノズルに対し毛細
管を使用する場合、粒子寸法の変化につれてより均一と
なる。したがって、カスの流速および圧力としてのエア
ロゾル発生工程の性質並びに粒子寸法および分布は、粒
子ビーム導入の効率を最終的に決定する。
The results show that: (1) the angular dispersion of the particle beam increases with the aerosol source pressure; (2)
The angular dispersion of the particle beam decreases with increasing particle jJ method: (3) The expansion of the particle beam becomes more uniform as the particle size changes when using a capillary tube for the converging nozzle. Therefore, the nature of the aerosol generation process as flow rate and pressure of the scum and particle size and distribution ultimately determine the efficiency of particle beam introduction.

質量分光光度計中への液体試料導入に対する粒子ビーム
の方法については、各種のエアロゾル発生器が用いられ
ている。これらはへルグルンドーリウの単分散エアロゾ
ル発生器(文献8.10〜14)、ウィロウビーブラウ
ナーの単分散エアロゾル発生器(文献14)、並びにデ
ビルビスおよび超音波噴霧器(文献10〜13)を包含
する。
For particle beam methods of liquid sample introduction into mass spectrophotometers, various aerosol generators have been used. These include the monodisperse aerosol generators of Hergrundoliu (refs. 8.10-14), the monodisperse aerosol generators of Willoughby-Browner (refs. 14), and the DeVilbiss and ultrasonic nebulizers (refs. 10-13).

従来の粒子ビームビーズに関する主たる限界は、エアロ
ゾル発生の後のエアロゾル液滴の脱溶剤化における困難
性であった。従来の技術は、液滴から溶剤を除去するた
め脱溶剤化室を必要とするか、或いはガス負荷を増大さ
せた。従来のエアロゾル発生技術に関する直径約101
J!n以上の液滴の発生は、衝撃もしくは沈降過程によ
り脱溶剤化室およびノズルにおける粒子損失をより大に
する傾向がある。本発明のエアロゾル発生法は、液滴1
法、方向性および蒸発速度を包含するエアロゾル特性に
関し正確な制御を可能にするよう設計される。
A major limitation with conventional particle beam beads has been the difficulty in desolventizing the aerosol droplets after aerosol generation. Prior techniques either required a desolvation chamber to remove solvent from the droplets or increased gas loads. Approximately 101 mm in diameter for conventional aerosol generation technology
J! Generation of more than n droplets tends to result in greater particle loss in the desolvation chamber and nozzle due to impact or settling processes. In the aerosol generation method of the present invention, droplets 1
It is designed to allow precise control over aerosol properties including directionality, directionality and evaporation rate.

エアロゾル発生工程および脱溶剤化工程に対する向上し
た制御により、種々の検出器に対する粒子輸送の効率が
増大する。
Improved control over the aerosol generation and desolvation steps increases the efficiency of particle transport to various detectors.

粒子ビームの固体角度分散は、エアロゾル源の圧力の上
昇と共に増大することが示されている(文献15)。し
たがって、エアロゾル発生もしくは脱溶剤化に関し高い
ガス負荷を必要とする従来の粒子ビーム技術は、より発
散性の粒子ビームを有する傾向を示す。これは、粒子ビ
ーム断面の1部のみを軸線方向のスキマーを介してサン
プリングしうろことを必要とする。何故なら、その後の
チャンバにおける圧力が検出器の上限圧力を越えるから
である。したがって、理論上、より小さい発散性粒子ビ
ームの全断面は同じスキマー直径で回収しうると共に、
同じ検出器圧力を維持することができるであろう。発散
性の低い粒子ビームの結果は、検出器に対する一層効率
的な試おl輸送を可能にする。その結果、本発明による
装置の目的は、エアロゾル発生工程からのガス負荷を低
下させて試料輸送効率を向上させることである。
The solid angular dispersion of a particle beam has been shown to increase with increasing pressure of the aerosol source (Ref. 15). Therefore, conventional particle beam technologies that require high gas loads for aerosol generation or desolvation tend to have more divergent particle beams. This requires that only a portion of the particle beam cross section be sampled via the axial skimmer. This is because the subsequent pressure in the chamber exceeds the upper limit pressure of the detector. Therefore, in theory, the entire cross section of a smaller divergent particle beam could be collected with the same skimmer diameter, and
It would be possible to maintain the same detector pressure. The result of a less divergent particle beam allows for more efficient sample transport to the detector. Consequently, the aim of the device according to the invention is to reduce the gas load from the aerosol generation process and improve sample transport efficiency.

’dfJi分光光度i発光中への試料導入に関する粒子
ビーム技術の使用は、電位衝撃イオン化条件の下でスペ
クトルを発生する能力を示した(文献7〜14)。本発
明による装置の主たる目的は、粒子ビームが質量分光光
度計のイオン源領域に流入した後に、粒子を気化させる
能力を向上する。この目的は粒子に由来する完全な気相
分子種類の物質を形成させることである。従来の粒子ビ
ーム試料導入装置は、加熱表面からの蒸発に際し分子の
熱断片化が生ずるため完全な分子イオンを形成するのが
困難であった(文献8)。粒子気化工程は、粒子に由来
する分子の平衡表面蒸気圧、粒子ビーム回収表面の温度
および材料、並びに粒子マトリックスにおける他の成分
の存在に依存する。これら因子の制御が、本発明による
装置の性能に必須である。
The use of particle beam techniques for sample introduction into the 'dfJi spectrophotometer i emission has shown the ability to generate spectra under potential impact ionization conditions (References 7-14). The main purpose of the device according to the invention is to improve the ability to vaporize particles after the particle beam enters the ion source region of a mass spectrophotometer. The purpose is to form a complete gas phase molecular species derived from the particles. Conventional particle beam sample introduction devices have difficulty forming complete molecular ions due to thermal fragmentation of molecules during evaporation from heated surfaces (Reference 8). The particle vaporization process depends on the equilibrium surface vapor pressure of molecules originating from the particles, the temperature and material of the particle beam collection surface, and the presence of other components in the particle matrix. Control of these factors is essential to the performance of the device according to the invention.

気相もしくは粒子の検出器に対する液体試料導入の他の
用途は光散乱(文献17)、火炎イオン化(文献18)
、原子吸収もしくは放出の分光光度法(文献19)につ
き報告されている。本発明の装置によるエアロゾル発生
、脱溶剤化および溶質濃縮の向上した制御は、各種の検
出器に適用することができる。
Other applications of liquid sample introduction for gas phase or particle detectors are light scattering (Reference 17), flame ionization (Reference 18)
, has been reported on atomic absorption or emission spectrophotometry (Reference 19). The improved control of aerosol generation, desolvation and solute concentration by the device of the present invention can be applied to a variety of detectors.

上記従来技術で示した文献は次の通りである:1、  
P、J、アルピノ、ジャーナル・クロマトグラフィー、
第323巻、第3頁(1985)。
The documents mentioned in the above prior art are as follows: 1.
P, J, Arpino, Journal Chromatography;
Volume 323, page 3 (1985).

2、  D、E、ゲイム、アドバンスト・クロマトグラ
フィー、第21巻、第1頁(1983)3、  C,G
、エドモンド、J、A、マクロスキー、V、A、■ドモ
ンド、パイオームド質吊分発光度法、第10巻、第23
7頁(1983)4、  R,C,ライロウビイ、R,
F、ブラウナー、トレース・アナリシス、第2巻、第6
9頁、J、F、ローレンス編、アカデミツク・プレス社
(1982)。
2, D, E, Geim, Advanced Chromatography, Volume 21, Page 1 (1983) 3, C, G
, Edmond, J.A., McCloskey, V.A., ■Domond, Piomdian suspended spectrophotometry, Vol. 10, No. 23.
7 pages (1983) 4, R.C., R.R.
F. Brauner, Trace Analysis, Volume 2, No. 6
9 pages, edited by J. F. Lawrence, Academic Press (1982).

5、  W、M、A、ニーセン、クロマ1−グラフイア
、第21巻、第5頁(,1986)。
5, W. M. A. Niessen, Chroma 1-Graphia, Vol. 21, p. 5 (, 1986).

6、  W、M、A、ニーセン、クロマトグラフイア、
第21巻、第5頁(1986)。
6, W.M.A., Niessen, Chromatographia;
Volume 21, page 5 (1986).

7、  J、J、ストツフエルス、「空気担持された粒
子の表面イオン化質吊分発光度法に対する直接的空気サ
ンプリング入口」、1976年、カリホルニア州、サン
ジエゴにおけるASMSの第24回年次総会に提出。
7. J. Stotzfels, "Direct Air Sampling Inlet for Surface Ionization Spectroluminescence Methods of Airborne Particles," Presented at the 24th Annual Meeting of the ASMS, San Diego, California, 1976.

8、  M、P、シンハ、c、 Eニゲリフイン、D、
G、ノリスおよびS、に、フリードランダー、[質量分
光光度法によるエアロゾル粒子の分析J 、1980年
、ニューヨーク州、ニューヨークにおけるASMSの第
28回年次総会に提出。
8. M.P., Sinha, C., E.N.G., D.
Norris, G., and Friedlander, S. [Analysis of Aerosol Particles by Mass Spectrophotometry J, Presented at the 28th Annual Meeting of the ASMS, New York, New York, 1980.

9、 J、アレンおよびR,に、ゴウルド、レビュー・
サイエンス、インメツルーメン1−1第52巻、第6号
、1981年6月。
9, J. Allen and R. Gould, review.
Science, Inmetsu Lumens 1-1 Volume 52, No. 6, June 1981.

10、  F、T、グリーン、[粒子衝撃質量分光光度
法J 、1975年テキサス州、ヒユーストンにおける
ASMSの第23回年次総会に提出。
10, F. T. Green, [Particle Impact Mass Spectrophotometry J, Presented to the 23rd Annual Meeting of the ASMS, Hyuston, Texas, 1975.

11、  F、T、グリ−1[粒子衝撃技術により不揮
発性物質および溶液の質量分光光度法J 、1976年
、カリホルニア州、サンジエゴにおけるASMSの第2
4回年次総会に提出。
11, F.T., Gri-1 [Mass Spectrophotometry of Nonvolatile Substances and Solutions by Particle Bombardment Techniques J, 1976, 2nd ASMS, San Diego, California.
Submitted to the 4th Annual General Meeting.

12、  F、T、グリーン、[粒子vfr1撃質串分
光光度発光開発J 、1980年ニューヨーク州、ニュ
ーヨークにおけるASMSの第29同年次総会に提出。
12, F., T. Green, [Particle VFR1 Spectrophotoluminescence Development J. Presented to the 29th Annual Meeting of the ASMS, New York, New York, 1980.

13.  F、T、グリーン、[粒子衝撃質m分光光度
法の現状J 、1981年、ミネソタ州、ミネアポリス
におけるASMSの第29回年次総会に提出。
13. F., T. Green, [Current Status of Particle Impaction Spectrophotometry J, Presented to the 29th Annual Meeting of the ASMS, Minneapolis, MN, 1981.

14、  R,C,ライロウビー、[液体クロマトグラ
フイーと質量分光光度法とのエアロゾル発生インターフ
ェースに関する研究]、ジョージャ工科大学の博士論文
、1983゜15、  G、W、イスラエルおよびS、
に、フリードランダー、ジャーナル・コロイド・インタ
ーフェース・サイエンス、第24巻、第330頁(19
67) 16、  N、A、フックスおよびA、G、スツゲン、
「高分散エアロゾル」、アユ1アル・アーバー・サイエ
ンス、アン・アーバー(1970)。
14. R, C, Lairouby, [Study on the aerosol generation interface between liquid chromatography and mass spectrophotometry], PhD thesis, Gyorja University of Technology, 1983°15, G, W, Israel and S,
Friedlander, Journal Colloid Interface Science, Volume 24, Page 330 (19
67) 16. N. A. Fuchs and A. G. Stugen.
"Highly Dispersible Aerosol", Arbor Science, Ann Arbor (1970).

17、  J、W、ヨルゲンソン、S、t−、スミスお
よびM、ノボトニー、ジャーナル・クロマトグラフィー
、第142巻、第233頁(1977)。
17, J.W., Jorgenson, S.T., Smith and M. Novotny, Journal Chromatography, Vol. 142, p. 233 (1977).

18、  E、ハークティおよび王、ニラカリ、アクタ
・ケミ力・スカンジナビア、第17巻、第2565頁(
1963)。
18, E. Harkti and Wang, Nilakari, Acta Chemi-Riki Scandinavia, Vol. 17, p. 2565 (
1963).

19、  R,F、プラウナーおよびA、W、ポーン、
アナリチカル・ケミストリー、第5677巻、第787
A頁(1984)。
19, R, F, Prowner and A, W, Pawn,
Analytical Chemistry, Volume 5677, No. 787
Page A (1984).

これら文献の開示を参考のためここに引用する。The disclosures of these documents are incorporated herein by reference.

[発明の要点] 本発明は、工程流、液体注入流または液体クロマトグラ
フからの流出液を気相もしくは粒子の検出器に対し分析
装置中に導入する方法および装置である。これは質量分
光光度計、火炎イオン化検出器、光散乱検出器およびそ
の他の気相もしくは粒子状における分析物の性質を決定
するのに適した他の装置に液体試料を導入するために応
用することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method and apparatus for introducing a process stream, liquid inlet stream, or effluent from a liquid chromatograph into an analytical instrument to a gas phase or particle detector. It can be applied to introduce liquid samples into mass spectrophotometers, flame ionization detectors, light scattering detectors and other devices suitable for determining the properties of analytes in gas phase or particulate form. Can be done.

本発明の装置で生ずる基本的過程はエアロゾルの発生お
よび脱溶剤化、溶質の濃縮、並びに適当な気相もしくは
粒子検出器による溶質の検出である。
The basic processes occurring in the device of the invention are aerosol generation and desolvation, concentration of the solute, and detection of the solute by a suitable gas phase or particle detector.

本発明によるエアロゾル発生は、液体流(内側流れ)と
ガス流(外側流れ)との同心流によって得られる。ガス
は熱源(一般にガスを封止する加熱チューブ)との直接
的接触により加熱される。
Aerosol generation according to the invention is obtained by concentric flow of a liquid stream (inner stream) and a gas stream (outer stream). The gas is heated by direct contact with a heat source, typically a heating tube that encloses the gas.

このチューブは、制御されたチューブの抵抗加熱或いは
チューブとカートリッジヒータとの直接的接触によって
加熱される。外側チューブ中へのガスの流動、内側チュ
ーブ中への液体の流動、両チューブの寸法、および熱源
に対する電力を正確にi++1611することにより、
エアロゾルの性質が正確に決定される。熱はガス媒体を
介して導入され、したがってガスの熱伝導性は高いこと
が好ましいくたとえば水素、ヘリウム)。
The tube is heated by controlled resistance heating of the tube or by direct contact of the tube with a cartridge heater. By accurately adjusting the flow of gas into the outer tube, the flow of liquid into the inner tube, the dimensions of both tubes, and the power to the heat source,
The properties of the aerosol are accurately determined. The heat is introduced via a gaseous medium, so the gas preferably has a high thermal conductivity, eg hydrogen, helium.

ガス媒体を介して液体に供給される熱量は、エアロゾル
発生工程の際に生ずる溶剤の脱溶剤化もしくは蒸発の程
度を決定する。ガス供給はエアロゾル発生において2つ
の機能を果す。第1に、これは脱溶剤化に必要な熱を供
給する。第2に、これはエアロゾル粒子を閉込めまたは
封止して、広範囲の分散から粒子を防止すると共に、チ
ャンバ壁部に対し膨張の衝撃を与える。本発明の装置は
、溶剤の蒸発が仝体内にエアロゾル発生器の内側チュー
ブ内で生ずるため脱溶剤化室を必要としない。
The amount of heat supplied to the liquid via the gaseous medium determines the degree of solvent desolvation or evaporation that occurs during the aerosol generation process. The gas supply serves two functions in aerosol generation. First, it provides the heat necessary for desolvation. Second, it confines or seals the aerosol particles, preventing them from widespread dispersion and providing an expansionary shock against the chamber walls. The device of the present invention does not require a desolvation chamber because the evaporation of the solvent occurs within the body and within the inner tube of the aerosol generator.

本発明の装置による制御されたエアロゾル発生および脱
溶剤化は、一般に溶質が溶剤よりも低い揮発性を有する
ため、溶剤を溶質から効果的に分離する。溶剤は気相と
なりかつ溶質量粒子状態に保たれる。
Controlled aerosol generation and desolvation by the apparatus of the present invention effectively separates the solvent from the solute since the solute generally has lower volatility than the solvent. The solvent is in the gas phase and remains in the solute mass particle state.

相分離を行なった後、2種の方法のうち1種により溶質
の濃縮を行なう。溶質濃縮の第1の方法は粒子ビームも
しくはモーメント分離器において溶剤を溶質から分離す
ることであり、ここでより高いモーメントの溶質粒子が
スキマー開孔部により分離された順次の低圧領域中へ効
果的に搬入される。本発明の装置は、1段階または2段
階のいずれかの粒子ビーム圧力低下を利用する。本発明
の装置における粒子ビームの構成は、大部分の溶質を低
圧検出領域に輸送すると共に99%以上の溶剤を除去す
る。溶質濃縮の第2の方法は、ガスに比較した粒子の移
動性【より、溶剤を溶質から分離する。より高い移動性
を有するエアロゾルのガス溶剤成分は冷表面と顕著に相
互作用し、かつ表面上にトラップされる(すなわち極低
温トラップ)。粒子状態の溶質量、たとえばヘリウムも
しくは水素のような凝縮性の低いキャリヤガスによりガ
ス流中で搬送されて、溶剤蒸気を残留させる。
After phase separation, the solute is concentrated by one of two methods. The first method of solute concentration is to separate the solvent from the solute in a particle beam or moment separator, where higher moment solute particles are effectively transferred into successive low pressure regions separated by skimmer apertures. will be transported to. The apparatus of the present invention utilizes either one-step or two-step particle beam pressure reduction. The particle beam configuration in the device of the present invention transports most of the solute to the low pressure detection region while removing over 99% of the solvent. A second method of solute enrichment separates the solvent from the solute due to the mobility of the particles compared to the gas. Gaseous solvent components of the aerosol with higher mobility interact significantly with the cold surface and become trapped on the surface (ie, cryogenic traps). The solute mass in particulate form is carried in the gas stream by a less condensable carrier gas such as helium or hydrogen, leaving behind a solvent vapor.

極低温トラッピングと粒子ビーム溶質濃縮との組合せが
第3の代案である。
A combination of cryogenic trapping and particle beam solute enrichment is a third alternative.

本発明の装置による濃縮溶質の検出は各種の手段により
行なわれる。本発明の1具体例は粒子ビーム濃縮を用い
て、溶質粒子を貿母分光光度計のイオン化源へ指向させ
る。粒子ビームは、一次イAンビーム、レーザービーム
、放電プラズマ、電子ビーム、電界または磁場を包囲す
る各種の手段と交差する。これらの操作条件下において
、溶質蒸発およびイオン化のエネルギーは飛行の際に溶
質粒子に対し直接供給させる。他の具体例は、標的表面
を用いて溶質粒子を集める。標的表面は一般に制御され
た温度の不活性物質で構成され、かつ熱を粒子に供給し
て急速な溶質気化を得る役v1を演する。溶質が気化さ
れた後、たとえば電子!i撃もしくは化学的イオン化な
どの通常の気相法がイオン化をもたらす。回収した粒子
を有する標的表面には中性イオンもしくは電子ビームを
衝突させて、標的表面から気相イオンを発生させること
ができる。或いは、溶質を標的の加熱前に所定時間にわ
たり冷標的表面に集めて、試料を濃縮することにより検
出限界を減少させる。標的に供給される電力の測定をも
用いて気化熱を決定する。
Detection of concentrated solutes by the device of the present invention can be performed by various means. One embodiment of the invention uses particle beam condensation to direct solute particles to an ionization source of a spectrophotometer. The particle beam intersects with various means of surrounding primary ion beams, laser beams, discharge plasmas, electron beams, electric or magnetic fields. Under these operating conditions, solute evaporation and ionization energy is delivered directly to the solute particles during flight. Other embodiments use target surfaces to collect solute particles. The target surface is generally composed of an inert material at a controlled temperature and serves to supply heat to the particles to obtain rapid solute vaporization v1. After the solute is vaporized, e.g. electrons! Ionization is effected by conventional gas phase methods such as ionic bombardment or chemical ionization. The target surface containing the collected particles can be bombarded with neutral ions or an electron beam to generate gas phase ions from the target surface. Alternatively, solutes are collected on a cold target surface for a period of time before heating the target to concentrate the sample and reduce the detection limit. Measurements of the power delivered to the target are also used to determine the heat of vaporization.

たとえば火炎イオン化検出器(FID)のような他の気
相検出器の使用は、溶質濃縮のための極低温ポンプと噴
霧ガスとしての水素とを必要とする。この具体例は大気
圧または低圧の火炎を用いて操作される。
The use of other gas phase detectors, such as flame ionization detectors (FID), requires cryogenic pumps for solute concentration and hydrogen as the atomizing gas. This embodiment operates with an atmospheric or low pressure flame.

ざらに、粒子ビームの具体例はレーザー散乱または連続
光散乱の測定で用いられ、普遍的な液体クロマ1−グラ
フィー検出器として機能する。
In general, particle beam embodiments are used in laser scattering or continuous light scattering measurements and function as universal liquid chromagraph detectors.

[実施例] 以下、添付図面を参照して本発明を実施例につぎさらに
説明する。
[Examples] Hereinafter, the present invention will be further described by way of examples with reference to the accompanying drawings.

本発明の装置は3種の部品、すなわちエアロゾル発生器
14と溶質濃縮器と溶質回収器もしくは検出器とを備え
る。
The device of the invention comprises three parts: an aerosol generator 14, a solute concentrator, and a solute collector or detector.

これら部品の第1のものであるエアロゾル発生器14に
つき、第1図および第2図を参照して詳細に説明する。
The first of these components, the aerosol generator 14, will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

液体は供給源30から、またガスは供給源31からエア
ロゾル発生器14中へ流入する。ガスはチューブ11を
流過し、かつ液体はチューブ10を流過する。エアロゾ
ル発生器14の操作に対し重要なことは、チューブ10
と11との間の流動ガス媒体を介し熱をチューブ10内
の流動液に対し同軸供給することである。これらチュー
ブの寸法並びにガス、液体および熱の流速は発生するエ
アロゾルの性質を決定する。
Liquid flows into the aerosol generator 14 from a source 30 and gas from a source 31 . Gas flows through tube 11 and liquid flows through tube 10. Important to the operation of the aerosol generator 14 is that the tube 10
and 11 to supply heat coaxially to the flowing liquid in the tube 10 via a flowing gas medium between the tubes 10 and 11. The dimensions of these tubes and the flow rates of gas, liquid and heat determine the nature of the aerosol generated.

本発明によるエアロゾル発生器のための液体供給源30
は液体工程流、液体クロマトグラフまたは液体注入流か
らの流出液(すなわち天然に存在するまたは故意に添加
した揮発性の低い他の成分の他に問題とする溶解した分
析物を含有する流出液)である。融合シリカ毛細管10
は、流出液の流れを閉込めるためのノズルとして機能す
る。チューブ10は液体の流動を#lJ限して、液体流
の線速を増大させると共に単位容積当りの液体と融合シ
リカ毛細管の加熱壁部との表面接触を増大させる。融合
シリカ毛細管10の内径は、所定用途に対する液体の流
速要求によって決定される寸法を有する。チューブ10
の最小内径は、液体供給源30の上限ポンプ圧力によっ
て決定される。チューブ10における液体の流速、長さ
および内径は、液体供給圧力に対し影響を及ばず。毎分
0.1〜2.0dの範囲の液体流動に対する融合シリカ
毛細管の桑型的な寸法は、内径501JIIIかつ外径
250IIIIである。チューブ10の内径寸法は10
M1,25jIllI、50m175珈および100脚
で試験して成功を収めるいる。融合シリカ毛細管の長さ
は、液体流に対し熱移動を可能にするの(充分な長さで
ある。餞型的な長さは20CI11である。
Liquid source 30 for an aerosol generator according to the invention
is an effluent from a liquid process stream, liquid chromatograph, or liquid injection stream (i.e., an effluent containing the dissolved analyte of interest in addition to other less volatile components, either naturally occurring or intentionally added). It is. Fused silica capillary 10
acts as a nozzle to confine the flow of effluent. The tube 10 limits the liquid flow to increase the linear velocity of the liquid flow and the surface contact between the liquid and the heated wall of the fused silica capillary per unit volume. The inner diameter of fused silica capillary 10 has a dimension determined by the liquid flow rate requirements for a given application. tube 10
The minimum inner diameter of is determined by the upper pump pressure of the liquid source 30. The liquid flow rate, length and inner diameter of the tube 10 have no effect on the liquid supply pressure. The mulberry dimensions of the fused silica capillary for liquid flows in the range of 0.1 to 2.0 d/min are 501 JIII inner diameter and 250 III outer diameter. The inner diameter of the tube 10 is 10
M1, 25jIllI, 50m 175mm and 100 legs have been successfully tested. The length of the fused silica capillary is long enough to allow heat transfer to the liquid stream; the capillary length is 20 CI11.

融合シリカ毛細管10の最大長さは、液体ポンプ系の圧
力限界によって決定される。
The maximum length of the fused silica capillary 10 is determined by the pressure limits of the liquid pump system.

エアロゾル発生器14に対するガス供給源31は、伝導
性ガスまたはガス混合物の圧縮されまたは自発性の制御
されたガス源で構成される。同軸の金属毛細管11は融
合シリカチューブ10を封止すると共に、制御されたガ
ス供給源31から供給された噴霧ガスの流れを制限しか
つ精密弁35によって制御される(第3図参照)。金属
毛細管11の内径および供給源31からのガス流速は金
属毛細管31を流過するガスの線速を決定し、その結果
エアロゾル発生工程における同心封止ガス33の線速を
も決定する。同心ガス流は、本発明の装置において2つ
の機能を果す。第1に、融合シリカ毛細管10から流出
するエアロゾルを封止−りる。第2に、加熱された外側
金属毛細管11から内側融合シリカ毛細管10への熱移
動のための伝導性媒体として作用する。
The gas supply 31 to the aerosol generator 14 consists of a compressed or spontaneous controlled gas source of a conductive gas or gas mixture. A coaxial metal capillary tube 11 seals the fused silica tube 10 and restricts the flow of atomizing gas supplied from a controlled gas source 31 and controlled by a precision valve 35 (see FIG. 3). The inner diameter of the metal capillary tube 11 and the gas flow rate from the supply source 31 determine the linear velocity of the gas flowing through the metal capillary tube 31, and thus also the linear velocity of the concentric sealing gas 33 in the aerosol generation process. Concentric gas flows serve two functions in the device of the invention. First, the aerosol exiting the fused silica capillary 10 is sealed off. Second, it acts as a conductive medium for heat transfer from the heated outer metal capillary 11 to the inner fused silica capillary 10.

本発明によるエアロゾル発生器の熱供給は金属毛細管1
1の電気抵抗からなり、これによってチューブを加熱す
る。第1図は、電流を流すことにより熱を供給して毛細
管11の温度を上昇させる手段を示している。チューブ
は加熱回路の抵抗加熱部分である。外側チューブ11の
長さ、組成および肉厚が加熱電力供給源20の電力要求
を決定し、これはヒーター制御器23によって制御され
る。加熱回路は、回路における一定の抵抗を維持して或
いは熱電対フィードバック24により一定温度を維持し
て制御される。加熱外側チューブ11は、好ましくはた
とえばニッケルもしくは白金などの純粋な金属で構成さ
れる。何故なら、温度はこの種の純粋な金属、或いはそ
の伯多くの純粋な金属の抵抗に比例するからである。こ
の関係は、熱電対フィードバック制御の必要なしに、直
接的な抵抗フィードバック測定により熱供給もしくは温
度の制御を可能にする。さらに本発明による装置は、熱
供給制御のための熱電対フィードバックおよび純粋金属
以外の抵抗加熱される合金を用いることもできる。抵抗
加熱回路は、たとえば参照符号12および13で示され
た絶縁体などの適当な手段により地面から電気絶縁され
る。加熱金属毛細管11の内径は、内側融合シリカ毛細
管10の外径よりも僅かに大きい。チューブ11の内径
に対する曲型的範囲は300〜400印である。この範
囲においてガス速度は、位置32にて融合シリカ毛細管
10から生じた液体ジェットもしくはエアロゾルを同伴
するのに充分高くなる。
The heat supply of the aerosol generator according to the invention is provided by a metal capillary tube 1.
1 of electrical resistance, which heats the tube. FIG. 1 shows a means for increasing the temperature of the capillary tube 11 by supplying heat by passing an electric current. The tube is the resistive heating part of the heating circuit. The length, composition and wall thickness of outer tube 11 determines the power requirements of heating power supply 20, which is controlled by heater controller 23. The heating circuit is controlled by maintaining a constant resistance in the circuit or by thermocouple feedback 24 to maintain a constant temperature. The heated outer tube 11 is preferably constructed of pure metal, such as nickel or platinum. This is because temperature is proportional to the resistance of this kind of pure metal, or many pure metals. This relationship allows control of heat supply or temperature by direct resistance feedback measurements without the need for thermocouple feedback control. Furthermore, the device according to the invention can also use thermocouple feedback for heat supply control and resistively heated alloys other than pure metals. The resistive heating circuit is electrically isolated from ground by suitable means, such as, for example, insulators designated by reference numerals 12 and 13. The inner diameter of the heated metal capillary 11 is slightly larger than the outer diameter of the inner fused silica capillary 10. The curved range for the inner diameter of the tube 11 is 300 to 400 marks. In this range, the gas velocity is high enough to entrain the liquid jet or aerosol generated from the fused silica capillary 10 at location 32.

ざらに、間隙の間隔は、融合シリカ毛細管10に対しガ
スを介する効率的、な熱移動を可能にすべく充分小ざく
づる。抵抗加熱された回路の1部でなくかつ電気絶縁ユ
ニオン12によりチューブ11の加熱部分に接続された
毛細管11の部分が存在する。外側金属毛細管11を包
囲する領域は、熱移動速度よりも遅い速度で熱を内側融
合シリカチューブ10へ案内する。その結果、外側チュ
ーブは空気スペース、断熱性物質または減圧によって断
熱され、流動する液体流に対する熱移動を確保する。
In general, the gap spacing is sufficiently small to allow efficient heat transfer through the gas to the fused silica capillary tube 10. There is a section of the capillary tube 11 which is not part of the resistively heated circuit and which is connected to the heated section of the tube 11 by an electrically insulating union 12. The region surrounding the outer metal capillary 11 conducts heat to the inner fused silica tube 10 at a rate slower than the rate of heat transfer. As a result, the outer tube is insulated by air spaces, insulating materials or vacuum to ensure heat transfer to the flowing liquid stream.

第2図は、カートリッジ加熱による金属毛細管11への
熱供給の代替手段を示している。カートリッジヒーター
26は、金属毛細管11に対し熱接触する金属ブロック
に挿入される。カー1〜リツジヒーターを用いる場合、
ヒータ電力供給源20の制御手段は、制御器23に対す
る熱電対フィードバック24である。
FIG. 2 shows an alternative means of supplying heat to the metal capillary tube 11 by cartridge heating. Cartridge heater 26 is inserted into a metal block that is in thermal contact with metal capillary tube 11 . When using car 1 ~ Ritsuji heater,
The control means for heater power supply 20 is thermocouple feedback 24 to controller 23 .

エアロゾル発生器の加熱部分は保護ハウジング28内に
内蔵され、このハウジングはエアロゾル発生器を支持す
ると共に操作員を電圧火傷または電気衝撃から保護する
よう作用する。エアロゾル発生器は、ガスケットもしく
は0−リングシールまたはその両者としうる接続部29
を介してエアロゾル膨脹室に取付けられる。
The heated portion of the aerosol generator is contained within a protective housing 28, which serves to support the aerosol generator and protect the operator from voltage burns or electrical shock. The aerosol generator has a connection 29 which may be a gasket or an O-ring seal or both.
attached to the aerosol expansion chamber via.

本発明の装置によるエアロゾル発生は、正確に制御して
液体とガスと熱との同軸流を組合せることによりjqら
れる。エアロゾルは位置32で発生し、流動方向におけ
る軸線に沿って封止ガス33により閉込められる。流動
する液体に対する同軸熱移動は電気フィードバック回路
および外側加熱金属チューブ11と内側融合シリカ毛細
管10との間のガスの流れによって制御され、このガス
は間隙空間を通過する伝導性媒体である。ガスの熱伝導
性が、内側融合シリカチューブ10に対する熱の移動に
おける臨界パラメータとなる。ガス供給源がたとえば水
素もしくはヘリウムのような高伝導性ガスを構成するの
が好適であるが、伝導性の低い他のガスまたはカス混合
物を排除するものでない。
Aerosol generation by the device of the invention is achieved by combining coaxial flows of liquid, gas, and heat in a precisely controlled manner. The aerosol is generated at location 32 and is trapped by sealing gas 33 along the axis in the direction of flow. Coaxial heat transfer to the flowing liquid is controlled by an electrical feedback circuit and the flow of gas between the outer heated metal tube 11 and the inner fused silica capillary 10, which gas is a conductive medium passing through the interstitial space. The thermal conductivity of the gas is a critical parameter in the transfer of heat to the inner fused silica tube 10. It is preferred that the gas source constitutes a highly conductive gas, such as hydrogen or helium, but this does not exclude other gases or gas mixtures that are less conductive.

本発明によるエアロゾル発生器の好適な操作条件は、所
定用途に対する所要のエアロゾル特性に依存する。エア
ロゾル特性の範囲は、比較的大きい直径の液滴を有する
空気圧噴霧された溶剤リッチなエアロゾルから、比較的
小さい直径の液滴を有する熱噴霧された溶剤除去エアロ
ゾルまで変化する。空気圧法と熱噴霧法との組合せは、
液滴1法の変動、液滴の脱溶剤化の程度および発生した
エアロゾルの流動方向が調節されたエアロゾルをもたら
し、これは上記したように溶剤除去された溶質粒子を生
成するよう機能する。
Suitable operating conditions for an aerosol generator according to the invention depend on the required aerosol characteristics for a given application. The range of aerosol properties varies from pneumatically atomized solvent-rich aerosols with relatively large diameter droplets to thermally atomized solvent-stripped aerosols with relatively small diameter droplets. The combination of pneumatic method and thermal spray method is
Variations in the droplet 1 method, the degree of desolvation of the droplets and the direction of flow of the generated aerosol result in a controlled aerosol, which functions to produce desolventized solute particles as described above.

本発明の装置により発生したエアロゾルは、比較的多量
の溶剤の存在によって溶質の検出が悪化するような具体
例においては溶質濃縮工程を必要とする。本発明による
装置は、特に一般的には溶質が関連溶剤もしくは溶解液
よりも揮発性の低いような流出液に適用される。溶剤と
溶質との間の揮発性の差は、エアロゾルの粒子部分に主
として存在する溶質と、エアロゾルの蒸気部分に主とし
て存在する溶剤とをもたらす。第3図〜第5図はエアロ
ゾル発生、粒子ビーム溶質濃縮および質量分光光度検出
による本発明の実施例を示している。
Aerosols generated by the apparatus of the present invention require a solute concentration step in embodiments where solute detection is impaired by the presence of relatively large amounts of solvent. The device according to the invention is particularly applicable to effluents in which the solute is generally less volatile than the associated solvent or solution. Differences in volatility between solvent and solute result in the solute being primarily present in the particle portion of the aerosol and the solvent being primarily present in the vapor portion of the aerosol. Figures 3-5 illustrate embodiments of the invention with aerosol generation, particle beam solute enrichment, and mass spectrophotometric detection.

第6図はエアロゾル発生、溶質濃縮のための溶剤極低温
トラッピングおよび火炎イオン化検出に関する本発明の
実施例を示している。エアロゾル発生、溶質濃縮および
他の検出方式による検出のための本発明による装置の使
用については図示しないが、これを行なうのに必要な改
変は気相もしくは粒子検出器中への液体試料導入の技術
分野における当業者にはここに開示した実施例から明ら
かとなるであろう。
FIG. 6 illustrates an embodiment of the present invention for aerosol generation, solvent cryogenic trapping for solute concentration, and flame ionization detection. Although the use of the device according to the invention for detection by aerosol generation, solute enrichment and other detection methods is not illustrated, the modifications necessary to do this are in the gas phase or in the technique of liquid sample introduction into the particle detector. It will be apparent to those skilled in the art from the embodiments disclosed herein.

第3図は、1段階の粒子ビーム溶質濃縮に関する本発明
の実施例を示している。この装置は質量分光光度h1の
イオン源チャンバ60に対し7ランジ減圧ジヨイント6
2を介して取付けられる。上記のエアロゾル発生器は、
封止ジヨイント29によりエアロゾル膨脹室40に8着
される。膨脹室40は位置32で発生した高速エアロゾ
ルに充分な空間を形成して、粘性流動範囲まで低速化さ
せると共に破線および矢印で示された方向に進行させる
。膨脹室における圧力は大気圧近くから1トールまで変
化することができ、これはエアロゾル発生器からの物質
流速に依存する。溶質粒子および溶剤蒸気はノズル42
中で加速されて、高速エアロゾルビームをノズル42と
スキマー43との間の長手軸線に沿って形成する。膨脹
室40と減圧室41との間の圧力低下により、ビームが
形成される。減圧室41はポンプ44により減圧され、
一般にたとえば40ON/minの回転ポンプのような
大ぎいポンプ能力を有する機械ポンプである。
FIG. 3 shows an embodiment of the invention for a single stage particle beam solute enrichment. This device has a seven-lung vacuum joint 6 for an ion source chamber 60 with mass spectrophotometry h1.
Attached via 2. The above aerosol generator is
8 are attached to the aerosol expansion chamber 40 by the sealing joint 29. Expansion chamber 40 provides sufficient space for the high velocity aerosol generated at location 32 to slow down to the viscous flow range and travel in the direction indicated by the dashed lines and arrows. The pressure in the expansion chamber can vary from near atmospheric to 1 Torr, depending on the material flow rate from the aerosol generator. The solute particles and solvent vapor are transferred to the nozzle 42.
is accelerated therein to form a high velocity aerosol beam along the longitudinal axis between the nozzle 42 and the skimmer 43. The pressure drop between the expansion chamber 40 and the vacuum chamber 41 forms a beam. The decompression chamber 41 is depressurized by the pump 44,
Generally, it is a mechanical pump having a large pumping capacity, such as a rotary pump of 40 ON/min.

軸線方向に整列したノズル42とスキマー43との間の
領域で、エアロゾルからの溶剤蒸気と伝導性ガスとは溶
質粒子よりもずっと急速に膨張する。
In the region between the axially aligned nozzle 42 and skimmer 43, the solvent vapor from the aerosol and the conductive gas expand much more rapidly than the solute particles.

ガスと粒子との膨張差の結果、粒子が膨張エアロゾルビ
ームの軸線にて高度に濃縮される。濃縮された溶質粒子
を、スキマー43を介し質量分光光度計のイオン源チャ
ンバにサンプリングする。濃縮された溶質粒子ビームは
、スキマーから質量分光光度計のイオン化領域61まで
形成される。エアロゾルビームがノズル42にて形成さ
れる箇所とイオン化領域との間の距離は最小に保つべき
であり、一般に5〜’lQcmである。
As a result of the differential expansion of the gas and particles, the particles become highly concentrated along the axis of the expanded aerosol beam. The concentrated solute particles are sampled via skimmer 43 into the ion source chamber of the mass spectrophotometer. A concentrated solute particle beam is formed from the skimmer to the ionization region 61 of the mass spectrophotometer. The distance between the point where the aerosol beam is formed at nozzle 42 and the ionization region should be kept to a minimum, typically between 5 and 1Q cm.

第4図は、2段階の溶質ビーム濃縮に関する本発明の実
施例を示している。第3図に関し説明したように、この
装置は貿m分光光度計のイオン源チャンバ60にフラン
ジジヨイント62を介して取付けられる。エアロゾル発
生器は、封止ジヨイント29によりエアロゾル膨脹室4
0に装着される。エアロゾルは位置32にてエアロゾル
発生器から軸線方向に膨張すると共に、破線および矢印
で示された方向で膨脹室の軸線を下流に進行する。
FIG. 4 shows an embodiment of the invention for two-stage solute beam concentration. As described with respect to FIG. 3, this device is attached to the ion source chamber 60 of a commercial spectrophotometer via a flange joint 62. The aerosol generator has an aerosol expansion chamber 4 via a sealing joint 29.
0. The aerosol expands axially from the aerosol generator at location 32 and travels downstream along the axis of the expansion chamber in the direction indicated by the dashed lines and arrows.

エアロゾルはノズノに42中で加速されて、ノズル42
とスキマー43との間で高速エアロゾルビームを形成す
る。このエアロゾルビームは、膨脹室40と第1減圧室
41との間の圧力低下によって形成される。第2減圧室
46は、スキマー43とスキマー49との間の領域にて
ざらに溶剤蒸気をポンプ除去することにより一層高度の
溶質濃縮をもたらす。第1減圧室41はポンプ44によ
り減圧され、かつ第2減圧室はポンプ45によって減圧
される。ポンプ44および45は、エアロゾル発生器に
より導入された溶剤蒸気の大部分を除去するのに充分な
ポンプ能力を有する。ノズル42並びにスキマー43お
よび4つは前記と同様に軸線方向に整列して漸次低下す
る圧力領域中への濃縮溶質粒子のサンプリングを可能に
する。エアロゾルビームが形成されるノズル42とイオ
ン化領域61との間の距離を最小にして、溶質粒子の移
動効率を確保する。この距離は一般に1〜’lQcmで
ある。
The aerosol is accelerated in the nozzle 42 and
and the skimmer 43 to form a high-speed aerosol beam. This aerosol beam is formed by the pressure drop between the expansion chamber 40 and the first vacuum chamber 41 . The second vacuum chamber 46 provides a higher degree of solute concentration by roughly pumping away solvent vapor in the region between skimmer 43 and skimmer 49. The first decompression chamber 41 is depressurized by the pump 44, and the second decompression chamber is depressurized by the pump 45. Pumps 44 and 45 have sufficient pumping capacity to remove most of the solvent vapor introduced by the aerosol generator. Nozzle 42 and skimmers 43 and 4 are axially aligned as before to permit sampling of concentrated solute particles into a region of progressively decreasing pressure. The distance between the nozzle 42 where the aerosol beam is formed and the ionization region 61 is minimized to ensure the efficiency of solute particle movement. This distance is typically between 1 and 1Q cm.

第5図は、第4図に示した実施例の代案である2段階の
溶質粒子ビーム濃縮に関する本発明の実施例を示してい
る。この装置は、標準ゲート弁64を介し質量分光光度
計のイオン源チャンバ60から着脱自在である。この装
置の挿入プローブ部分65はゲーI・弁64(これは自
動開閉する)中へ挿入されて、質Q分光光度計のイオン
化領域61に対し軸線方向に整列する。エアロゾル発生
器は、封止ジヨイント29の箇所でエアロゾル膨脹室4
0に装着される。エアロゾルは位置32にてエアロゾル
発生器から軸線方向に膨張し、かつ破線および矢印で示
された方向に膨脹室40の軸線を下流に進行する。エア
ロゾルはノズル42中で加速されて、ノズル42とスキ
マー43との間で高速エアロゾルビームを形成する。こ
のエアロゾルビームは、膨脹室40と第1減圧室41と
の間の圧力低下によって形成される。第2減圧室46は
、スキマー43とスキマー49との間の領域にてさらに
溶剤蒸気をポンプ除去することにより一層高程度の溶質
濃縮をもたらす。第1減圧室41はポンプ44により減
圧され、かつ第2減圧室はポンプ45により減圧される
。ポンプ44および45は、エアロゾル発生器により導
入された溶剤蒸気および伝導性ガスの大部分を除去する
のに充分なポンプ能力を有する。ノズル42並びにスキ
マー435よび49は上記と同様に軸線方向に整列して
、漸次低下する圧力領域への濃縮溶質粒子のサンプリン
グを可能にする。エアロゾルビームが形成されるノズル
42とイオン化領域61との間の距離を最小にして、溶
質粒子の輸送効率を確保する。しかしながら、この実施
例の場合、介在するプローブ65のための追加長さが必
要とされる。この距離は一般に20〜4Qcmの範囲で
ある。
FIG. 5 shows an embodiment of the invention for two-stage solute particle beam concentration, which is an alternative to the embodiment shown in FIG. This device is removable from the ion source chamber 60 of the mass spectrophotometer through a standard gate valve 64. The insertion probe portion 65 of the device is inserted into a gate I valve 64 (which opens and closes automatically) and is axially aligned with the ionization region 61 of the Q spectrophotometer. The aerosol generator opens the aerosol expansion chamber 4 at the sealing joint 29.
0. The aerosol expands axially from the aerosol generator at location 32 and travels downstream along the axis of expansion chamber 40 in the direction indicated by the dashed lines and arrows. The aerosol is accelerated in the nozzle 42 to form a high velocity aerosol beam between the nozzle 42 and the skimmer 43. This aerosol beam is formed by the pressure drop between the expansion chamber 40 and the first vacuum chamber 41 . A second vacuum chamber 46 provides a higher degree of solute concentration by pumping away more solvent vapor in the region between skimmer 43 and skimmer 49. The first decompression chamber 41 is depressurized by a pump 44, and the second decompression chamber is depressurized by a pump 45. Pumps 44 and 45 have sufficient pumping capacity to remove most of the solvent vapor and conductive gas introduced by the aerosol generator. Nozzle 42 and skimmers 435 and 49 are axially aligned as above to allow sampling of concentrated solute particles into a region of progressively decreasing pressure. The distance between the nozzle 42 where the aerosol beam is formed and the ionization region 61 is minimized to ensure solute particle transport efficiency. However, with this embodiment, additional length for the intervening probe 65 is required. This distance generally ranges from 20 to 4 Qcm.

さらに第5図は、特殊目的のためのイオン化領域61に
近接しかつこれを包囲するイオン室60に導入しうる任
意の取付部67を示している。たとえば、取付は部67
はレーデ−とすることができ、これによりレーザービー
ムを標的61の表面に集中させ、ビームを光イオン化お
よびレーザー脱着分析にかけることができる。ざらに、
取付部67は、化学イオン化のための電子源、或いは高
電圧源を構成して放電または電界イオン化により粒子お
よび分子をイオン化することもできる。
Additionally, FIG. 5 shows an optional attachment 67 that may be introduced into the ion chamber 60 adjacent to and surrounding the special purpose ionization region 61. For example, the installation is done in part 67.
can be a radar, which allows the laser beam to be focused on the surface of target 61 and subject the beam to photoionization and laser desorption analysis. Roughly,
The attachment portion 67 can also constitute an electron source for chemical ionization or a high voltage source to ionize particles and molecules by discharge or electric field ionization.

しかもさらに、取付部67は溶剤蒸気を冷表面上に回収
すると共に溶質粒子を後の検出のために冷トラップに通
過させるための極低温トラップで構成することもできる
。他の取付部67の形態は、粒子ビームの軸線を横断す
る光学領域を設けてビームにつき光散乱測定を行なうた
めの装置である。
Still further, the mounting 67 may be configured with a cryogenic trap for collecting the solvent vapor onto a cold surface and passing the solute particles to a cold trap for subsequent detection. Another form of mounting 67 is a device for providing an optical region transverse to the axis of the particle beam to perform light scattering measurements on the beam.

取付部67はざらに移動標的のための支持体くすなわち
破線で示したベルト68)で構成することもでき、これ
は時間の関数として溶質粒子を回収すると共に、取付部
67に組込んだ装置(すなわち別途の装置)はたとえば
SIMS、赤外、X線、紫外線もしくは可視分光光度走
査のような表面測定、或いはたとえば反射もしくは透過
測定技術によって受入れられたクロマトグラフ輪郭を位
置決定しかつ分析する。ざらに、ベルト68はその後の
構造分析のために高度精製された溶質結晶を回収するこ
ともできる。ベルト68またはその均等物(たとえば円
盤もしくは移動帯)を加熱して、オンラインの連続熱分
析を行なうこともできる。
The mounting 67 can also consist of a support for a roughly moving target (i.e. a belt 68 shown in dashed lines), which collects solute particles as a function of time and also supports a device incorporated into the mounting 67. (i.e. a separate device) locates and analyzes the received chromatographic profile by surface measurements, such as SIMS, infrared, X-ray, ultraviolet or visible spectrophotometric scanning, or by, for example, reflection or transmission measurement techniques. In addition, belt 68 can also collect highly purified solute crystals for subsequent structural analysis. The belt 68 or its equivalent (eg, disk or moving band) can also be heated to perform on-line continuous thermal analysis.

この場合、取付部67はざらに標的を加熱し、この熱を
制御しかつ標的からの溶質の蒸発もしくは脱着により消
費された熱エネルギーを正確に測定するための手段を備
えることもできる。
In this case, the attachment 67 may also include means for coarsely heating the target, controlling this heat, and accurately measuring the thermal energy consumed by evaporation or desorption of solutes from the target.

取付部67は、ビームにおける粒子の表面を帯電させか
つこれによりクーロン析力でイオン脱着または粒子開裂
を増大させるのに充分なエネルギーを有する高エネルギ
ー放電を発生するための装置を構成することができる。
The attachment 67 may constitute a device for generating a high-energy discharge having sufficient energy to charge the surfaces of particles in the beam and thereby increase ion desorption or particle fragmentation with Coulombic forces. .

取付部67は組込み式とすることができ、或いは好まし
くは容易に着脱自在とし、複数の取付部67を標的およ
び領域61に操作上近接させてチャンバ60内に配置す
ることができ、かくしてこれらは単独でまたは所望に応
じ組合せて使用することができる。
Attachments 67 can be built-in, or preferably easily removable, and a plurality of attachments 67 can be placed within chamber 60 in operational proximity to target and region 61, such that they are They can be used alone or in combination as desired.

第3図〜第5図に示した実施例により発生した濃縮粒子
ビームは、溶質粒子を同様に気相イオンに変換する。こ
れら各装置の場合、溶質粒子は標的表面50上に回収さ
れる。標的表面50は抵抗加熱された表面であって、熱
エネルギーを微小な溶質粒子に供給することにより溶質
分子を気化させる。標的はゲート弁63中へ挿入されて
溶質の気化を質量分光光度計のイオン化領域61で生ず
るようにする。標的表面50の温度は、熱電対フィード
バック53と電力供給源51とを備えた制御器52によ
り制御される。回収された溶質粒子は、感熱性化合物に
ついては低温度でまた不揮発性物質および噴霧について
は高温度で加熱される。
The concentrated particle beam generated by the embodiment shown in FIGS. 3-5 similarly converts solute particles into gas phase ions. In each of these devices, solute particles are collected onto a target surface 50. Target surface 50 is a resistively heated surface that vaporizes solute molecules by delivering thermal energy to tiny solute particles. The target is inserted into the gate valve 63 to cause vaporization of the solute to occur in the ionization region 61 of the mass spectrophotometer. The temperature of the target surface 50 is controlled by a controller 52 with thermocouple feedback 53 and a power supply 51 . The recovered solute particles are heated at low temperatures for heat-sensitive compounds and at high temperatures for non-volatile substances and sprays.

標的表面50の操作温度範囲は一般に100℃〜300
℃の範囲である。気相溶質分子のイオン化は、たとえば
電子衝撃または化学的イオン化のような慣用のイオン化
法によって行なわれる。
The operating temperature range of target surface 50 is typically 100°C to 300°C.
℃ range. Ionization of gas phase solute molecules is effected by conventional ionization methods, such as electron bombardment or chemical ionization.

第3図〜第5図を参照して説明した装置で生ずるイオン
化工程は、気相イオン化のみに限定されない。溶質粒子
ビームはさらに標的表面50上に回収されて、たとえば
急速原子衝突、二次イオン質量分光光度法、電界脱着、
熱イオン化、プラズマIB2着および第5図を参照して
説明したようなレーザー脱着などの慣用の表面イオン化
技術でイオン化させる。これらの技術は、標的表面に代
替エネルギー源を導入することを必要とする。表面イオ
ン化法の他に、本発明による装置はざらにイオン化前の
表面に対する粒子の回収なしに直接に溶質粒子ビームへ
エネルギーを導入することができる。この実施例によれ
ば、標的表面50は存在する必要がない。飛行している
際、溶質粒子ビームは一次イオンビーム、一次原子ビー
ム、レーザービームまたは高電界領域と交差する。
The ionization process that occurs in the apparatus described with reference to FIGS. 3-5 is not limited to gas phase ionization only. The solute particle beam is further collected onto a target surface 50, such as by rapid atom bombardment, secondary ion mass spectrometry, field desorption,
Ionization is accomplished by conventional surface ionization techniques such as thermal ionization, plasma IB2 deposition, and laser desorption as described with reference to FIG. These techniques require the introduction of alternative energy sources to the target surface. In addition to surface ionization methods, the device according to the invention allows for the introduction of energy directly into the solute particle beam without the need to retrieve the particles from the surface prior to ionization. According to this embodiment, target surface 50 need not be present. During flight, the solute particle beam intersects with a primary ion beam, primary atomic beam, laser beam or high electric field region.

第6図は溶質粒子濃縮を与える溶剤極低温トラッピング
による本発明の実施例を示している。エアロゾル発生器
は、封止ジヨイント29にてエアロゾル膨脹室40に取
付けられる。この実施例によるエアロゾル発生のために
使用される伝導性ガスは水素ガスである。エアロゾルは
エアロゾル発生器から位置32にて軸線方向に膨張し、
かつ破線および矢印で示された方向に膨脹室の軸線を下
流方向に進行する。膨脹室40の壁部は極低温冷却され
て溶剤蒸気をトラップする。溶質粒子および水素ガスは
、溶剤蒸気よりも効率的に膨脹室を通過する。濃縮した
溶質粒子および水素ガスは入ロア0を介しバーナー室7
1中へ導入される。ここで、粒子は水素火炎で燃焼され
かつ生成した火炎中のイオンが電極グリッド73上に回
収される。
FIG. 6 illustrates an embodiment of the invention with solvent cryogenic trapping providing solute particle concentration. The aerosol generator is attached to the aerosol expansion chamber 40 at a sealing joint 29. The conductive gas used for aerosol generation according to this example is hydrogen gas. The aerosol expands axially from the aerosol generator at location 32;
and proceed downstream along the axis of the expansion chamber in the direction indicated by the dashed line and arrow. The walls of the expansion chamber 40 are cryogenically cooled to trap solvent vapors. Solute particles and hydrogen gas pass through the expansion chamber more efficiently than solvent vapor. The concentrated solute particles and hydrogen gas enter the burner chamber 7 through the inlet lower 0.
It will be introduced into 1. Here, the particles are burned in a hydrogen flame and the generated ions in the flame are collected on the electrode grid 73.

空気または酸素はバーナー室71中へ入ロア2を介し導
入される。
Air or oxygen is introduced into the burner chamber 71 via the entry lower 2 .

以上、本発明を特定実施例につき当業者が容易に理解し
うるよう説明したが、これは不必要な限定を意味するも
のと理解ずべきでない。引用した従来技術の特許、文献
および特許出願は当業者が本発明を理解するのに役立て
るためであり、決して本発明を制限するものでない。
Although the present invention has been described in terms of specific embodiments that will be readily understood by those skilled in the art, this should not be construed as an unnecessary limitation. The cited prior art patents, documents, and patent applications are provided to assist those skilled in the art in understanding the invention and are not intended to limit the invention in any way.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は伝導性エアロゾル発生ガスの抵抗加熱を用いる
熱同心エアロゾル発生装置の略断面図であり、 第2図は伝導性エアロゾル発生ガスのカートリッジ加熱
を用いる熱同心エアロゾル発生装置の略断面図であり、 第3図は慣用の質ω分光光度計のイオン源チャンバフラ
ンジに対しインターフェースする熱同心エアロゾル発生
装置および1段階の粒子ビーム溶質濃縮の略断面図であ
り、 第4図は開用の質量分光光度計のイオン源チャンバフラ
ンジに対しインターフェースする熱同心エアロゾル発生
装置および2段階粒子ビーム溶質濃縮の略断面図であり
、 第5図は潰用の質量分光光度計のイオン源ヂャンバゲー
ト弁に対しインターフェースする熱同心エアロゾル発生
装置および2段階粒子ビーム溶質濃縮の代案の略断面図
であり、 第6図は火炎イオン化検出器に対しインタースニースす
る熱同心エアロゾル発生装置および溶剤極低温トラッピ
ング溶質濃縮の略図である。 10・・・内側融合シリカ毛細管 11・・・外側金属毛細管 14・・・エアロゾル発生器 40・・・膨脹室41・
・・第1減圧室    46・・・第2減圧室52・・
・制御室
Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a thermal concentric aerosol generator using resistance heating of conductive aerosol generating gas, and Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a thermal concentric aerosol generator using cartridge heating of conductive aerosol generating gas. Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a thermal concentric aerosol generator and one-stage particle beam solute concentration interfaced to the source chamber flange of a conventional quality omega spectrophotometer; 5 is a schematic cross-sectional view of a thermal concentric aerosol generator and two-stage particle beam solute concentrator interfaced to the ion source chamber flange of a spectrophotometer; FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a thermal concentric aerosol generator and an alternative two-stage particle beam solute concentration; FIG. It is. 10... Inner fused silica capillary 11... Outer metal capillary 14... Aerosol generator 40... Expansion chamber 41.
...First decompression chamber 46...Second decompression chamber 52...
・Control room

Claims (57)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ミクロンおよびサブミクロンの寸法を有する溶剤
除去した溶質粒子を、揮発性溶剤と揮発性の低い溶質と
を含有する液体試料から充分規定された方向で得るため
の熱同心エアロゾル発生装置において: (a)液体を高速液体ジェット中へ輸送するための内側
の融合シリカ毛細管と、 (b)前記融合シリカ毛細管に対し同軸であって熱伝導
性ガスを輸送するための外 側の金属毛細管と、 (c)前記外側の金属毛細管を加熱する手段と、 (d)液体およびガスの供給源を同軸の噴霧器配列に接
続するためのティーユニオ ンと、 (e)前記内側毛細管に充分な流速および圧力にて液体
を供給する手段と、 (f)前記外側金属毛細管から前記内側の融合シリカ毛
細管への熱エネルギーの輸 送および液体流動を高めるための、限 定はしないがヘリウムもしくは水素を 包含する熱伝導性ガスの供給源と、 (g)前記ガスを充分な流速および圧力にて前記外側の
金属毛細管へ供給する手段 と、 (h)前記外側金属毛細管を加熱するためのエネルギー
を供給する手段と、 (i)前記外側金属毛細管に対する熱の供給を制御する
手段と からなり、エアロゾル発生工程の際に溶剤を蒸発させて
、高度に濃縮した溶質粒子を高速流の熱伝導性ガスに同
伴させることを特徴とする熱同心エアロゾル発生装置。
(1) In a thermal concentric aerosol generator for obtaining solvent-free solute particles with micron and submicron dimensions in a well-defined direction from a liquid sample containing a volatile solvent and a less volatile solute: (a) an inner fused silica capillary for transporting liquid into a high velocity liquid jet; (b) an outer metal capillary coaxial to the fused silica capillary for transporting a thermally conductive gas; c) means for heating said outer metal capillary tube; (d) a tee union for connecting a source of liquid and gas to a coaxial atomizer arrangement; and (e) at a sufficient flow rate and pressure in said inner capillary tube. (f) a means for supplying a liquid; (f) a thermally conductive gas, including but not limited to helium or hydrogen, for enhancing thermal energy transport and liquid flow from the outer metal capillary to the inner fused silica capillary; (g) means for supplying said gas at a sufficient flow rate and pressure to said outer metal capillary; (h) means for supplying energy to heat said outer metal capillary; (i) means for controlling the supply of heat to the outer metal capillary, characterized in that during the aerosol generation step the solvent is evaporated and highly concentrated solute particles are entrained in the high velocity flow of the thermally conductive gas. Thermal concentric aerosol generator.
(2)前記外側金属毛細管へ熱を供給する前記手段が電
気回路を備えると共に、前記外側金属毛細管が前記回路
の加熱部材であり、前記外側金属毛細管を温度と抵抗と
の間に比較的高い直線関係を有する高純度の金属で構成
してなる請求項1記載の熱同心エアロゾル発生装置。
(2) said means for supplying heat to said outer metal capillary comprises an electrical circuit, said outer metal capillary being a heating member of said circuit, and said outer metal capillary being connected to a relatively high straight line between temperature and resistance; 2. The thermal concentric aerosol generator according to claim 1, wherein the thermal concentric aerosol generator is made of a high-purity metal having the following properties.
(3)外側金属毛細管へ熱を供給する前記手段が、前記
外側金属毛細管と充分に熱接触する標準的カートリッジ
ヒータを加熱部材として備えた電気回路からなる請求項
1記載の熱同心エアロゾル発生装置。
3. The thermal concentric aerosol generator of claim 1, wherein said means for supplying heat to said outer metal capillary tube comprises an electrical circuit having as a heating member a standard cartridge heater in substantial thermal contact with said outer metal capillary tube.
(4)前記融合シリカ毛細管からの流れに対し同軸であ
る膨脹室を備えて高速度のガスと粒子とに対し充分な空
間を形成し、粒子衝撃もしくは沈降による顕著な試料の
損失なしに内部で速度を減少させる請求項1記載の熱同
心エアロゾル発生装置。
(4) an expansion chamber that is coaxial with the flow from the fused silica capillary to provide sufficient space for high velocity gas and particles to allow internal flow without significant sample loss due to particle bombardment or sedimentation; 2. The thermal concentric aerosol generator of claim 1, wherein the thermal concentric aerosol generator reduces velocity.
(5)前記膨脹室を加熱するための供給手段と前記供給
手段を制御するための制御手段と、前記膨脹室の温度を
監視するための検知手段とをさらに備える請求項4記載
の熱同心エアロゾル発生装置。
(5) The thermal concentric aerosol according to claim 4, further comprising a supply means for heating the expansion chamber, a control means for controlling the supply means, and a detection means for monitoring the temperature of the expansion chamber. Generator.
(6)前記膨脹室の下流側にてエアロゾル発生器の流れ
に対し同軸であるノズル制限部をさらに備え、そこから
の前記エアロゾルの流れを前記ノズル中で加速して高速
度の粒子ビームを形成させる請求項5記載の熱同心エア
ロゾル発生装置。
(6) further comprising a nozzle restriction coaxial with the flow of the aerosol generator downstream of the expansion chamber, the aerosol flow therefrom being accelerated in the nozzle to form a high-velocity particle beam; The thermal concentric aerosol generator according to claim 5.
(7)前記ノズルから下流に低圧室をさらに備え、前記
ノズルから放出されるエアロゾルの流れを前記ノズルの
軸線から外方向に膨脹させ、前記低圧室を高速回転機械
ポンプもしくはその他のポンプ手段によりポンピングし
て、前記低圧室内に充分な低圧を維持する請求項6記載
の熱同心エアロゾル発生装置。
(7) further comprising a low pressure chamber downstream from the nozzle, the flow of aerosol discharged from the nozzle expanding outward from the axis of the nozzle, and the low pressure chamber being pumped by a high speed rotating mechanical pump or other pumping means; 7. The thermal concentric aerosol generator according to claim 6, wherein a sufficiently low pressure is maintained within the low pressure chamber.
(8)前記ノズルに対し軸線方向に整列した前記チャン
バに位置するスキマーをさらに備え、前記スキマーによ
り溶質粒子を溶剤および伝導性ガス蒸気と比較して優先
的にサンプリングする請求項7記載の熱同心エアロゾル
発生装置。
8. The thermal concentric of claim 7, further comprising a skimmer located in the chamber axially aligned with the nozzle, the skimmer preferentially sampling solute particles compared to solvent and conductive gas vapor. Aerosol generator.
(9)前記スキマーから放出される前記溶質粒子ビーム
に対し軸線方向に整列した質量分光光度計のイオン源領
域をさらに備える請求項8記載の熱同心エアロゾル発生
装置。
9. The thermal concentric aerosol generation device of claim 8, further comprising a mass spectrophotometer ion source region axially aligned with the solute particle beam emitted from the skimmer.
(10)前記スキマーから下流に第2の低圧室をさらに
備え、この第2低圧室を高速回転機械ポンプまたはその
他のポンプ手段によりポンピングして、前記低圧室内に
充分低い圧力を維持する請求項8記載の熱同心エアロゾ
ル発生装置。
(10) further comprising a second low pressure chamber downstream from the skimmer, the second low pressure chamber being pumped by a high speed rotary mechanical pump or other pumping means to maintain a sufficiently low pressure within the low pressure chamber. The thermal concentric aerosol generator described.
(11)前記第1スキマーに対し軸線方向に整列した前
記第2低圧室に位置する第2のスキマーをさらに備え、
溶剤および伝導性ガス蒸気に対比して前記スキマーによ
り優先的に溶質粒子をサンプリングする請求項10記載
の熱同心エアロゾル発生装置。
(11) further comprising a second skimmer located in the second low pressure chamber aligned in the axial direction with respect to the first skimmer;
11. The thermal concentric aerosol generation device of claim 10, wherein solute particles are preferentially sampled by the skimmer versus solvent and conductive gas vapor.
(12)前記スキマーから放出される溶質粒子ビームに
対し軸線方向に整列した質量分光光度計のイオン源領域
をさらに備える請求項11記載の熱同心エアロゾル発生
装置。
12. The thermal concentric aerosol generation device of claim 11, further comprising a mass spectrophotometer ion source region axially aligned with respect to the solute particle beam emitted from the skimmer.
(13)質量分光光度計のハウジングに直接固定するた
めの手段を備える請求項9または12記載の熱同心エア
ロゾル発生装置。
(13) The thermal concentric aerosol generator according to claim 9 or 12, comprising means for directly fixing to the housing of the mass spectrophotometer.
(14)質量分光光度計インターフェースと組合せて、
減圧インターロックを介し前記質量分光光度計のイオン
源領域から容易に着脱しうる挿入プローブを備える請求
項9または12記載の熱同心エアロゾル発生装置。
(14) In combination with a mass spectrophotometer interface,
13. The thermal concentric aerosol generation device according to claim 9 or 12, comprising an insertion probe that can be easily attached and detached from the ion source region of the mass spectrophotometer via a vacuum interlock.
(15)溶質粒子ビームに対し軸線方向に整列した加熱
標的をさらに備え、この標的は回収された溶質粒子を急
速に蒸発させまたはフラッシュ脱着させる請求項9、1
2、13または14記載の熱同心エアロゾル発生装置。
(15) further comprising a heated target axially aligned with the solute particle beam, the target rapidly vaporizing or flash desorbing the recovered solute particles;
15. The thermal concentric aerosol generator according to 2, 13 or 14.
(16)前記加熱標的からの溶質の脱着および/または
蒸発を制御するための制御手段をさらに備え: (a)回収した溶質粒子を電子衝撃もしくは化学的イオ
ン化工程によるイオン化の 前に完全な分子状物質として脱着させ または蒸発させ、 (b)回収した溶質粒子を完全な分子イオンとして表面
から熱イオン化させ、また は (c)回収した溶質粒子を標的の表面上で熱分解させて
気相の熱断片を形成した後、 たとえば電子衝撃もしくは化学的イオ ン化などの常法によりイオン化させ、 かつ 前記標的から溶質を制御除去するよう標的温度を調節自
在にしてなる請求項15記載の熱同心エアロゾル発生装
置。
(16) further comprising control means for controlling the desorption and/or evaporation of solutes from the heated target: (a) converting the recovered solute particles into complete molecular forms before ionization by an electron bombardment or chemical ionization step; (b) the recovered solute particles are thermally ionized from the surface as intact molecular ions, or (c) the recovered solute particles are pyrolyzed on the target surface to form thermal fragments in the gas phase. 16. The thermal concentric aerosol generator according to claim 15, wherein the solute is formed and then ionized by conventional methods such as electron bombardment or chemical ionization, and the target temperature is adjustable to control the controlled removal of solute from the target.
(17)一次イオンビームを前記標的の表面上へ指向さ
せる手段をさらに備え、回収した溶質分子を前記標的の
表面からスパッタリングすることにより気相の溶質イオ
ンを形成させる請求項13または14記載の熱同心エア
ロゾル発生装置。
(17) The heat according to claim 13 or 14, further comprising means for directing a primary ion beam onto the surface of the target, and forming gas phase solute ions by sputtering recovered solute molecules from the surface of the target. Concentric aerosol generator.
(18)レーザーを前記標的の表面上に集中させる手段
をさらに備えて、レーザー脱着もしくは光イオン化工程
を生ぜしめる請求項15記載の熱同心エアロゾル発生装
置。
18. The thermal concentric aerosol generation device of claim 15, further comprising means for focusing a laser onto the surface of the target to effect a laser desorption or photoionization process.
(19)化学的イオン化工程のための電子源としての高
い陰電圧放電と、電界イオン化により粒子および分子を
イオン化させる手段としての高い陽電圧放電とをさらに
含む請求項9、12、13、14または15記載の熱同
心エアロゾル発生装置。
(19) Claim 9, 12, 13, 14 or 14 further comprising a high negative voltage discharge as an electron source for the chemical ionization process and a high positive voltage discharge as a means for ionizing particles and molecules by field ionization. 16. The thermal concentric aerosol generator according to 15.
(20)溶剤蒸気を冷表面上に集めると共に溶質粒子を
後の検出のため冷トラップに通過させる手段をさらに備
えた請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱同心エアロ
ゾル発生装置。
20. The thermal concentric aerosol generator of claim 1, further comprising means for collecting solvent vapor on a cold surface and passing solute particles to a cold trap for subsequent detection.
(21)粒子ビームの軸線を横断する光学領域をさらに
備えて、前記粒子ビームにつき光散乱測定を行なう請求
項1〜7のいずれか一項に記載の熱同心エアロゾル発生
装置。
(21) The thermal concentric aerosol generation device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an optical region that crosses the axis of the particle beam, and performs light scattering measurement on the particle beam.
(22)粒子ビームに対し軸線方向に整列した扁平な標
的をさらに備えて、粒子を表面に対し狭い範囲で衝突さ
せる請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱同心エアロ
ゾル発生装置。
(22) The thermal concentric aerosol generator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a flat target aligned in the axial direction with respect to the particle beam, so that the particles collide with the surface in a narrow range.
(23)粒子ビームの軸線を横断してラスターすると共
に溶質粒子を時間の関数として回収する移動標的をさら
に備え、クロマトグラフ輪郭を有する標的を後に処理し
かつSIMS、走査赤外、紫外もしくは可視分光光度法
などの表面測定技術により分析しうる請求項22記載の
熱同心エアロゾル発生装置。
(23) further comprising a moving target for rastering across the axis of the particle beam and collecting solute particles as a function of time, for subsequent processing of the target with a chromatographic profile and for SIMS, scanning infrared, ultraviolet or visible spectroscopy; 23. The thermal concentric aerosol generator of claim 22, which can be analyzed by surface measurement techniques such as photometry.
(24)後に結晶構造を分析するための高度精製された
溶質結晶を回収する標的をさらに備えた請求項23記載
の熱同心エアロゾル発生装置。
(24) The thermal concentric aerosol generator according to claim 23, further comprising a target for collecting highly purified solute crystals for later crystal structure analysis.
(25)オンライン熱分析のための試料を回収する加熱
標的をさらに備え、 (a)前記標的に熱を供給する手段と、 (b)前記標的に対する熱の供給を制御する手段と、 (c)標的に対する熱の供給を測定する手段と を備え、前記標的からの溶質の蒸発もしくは脱着により
消費された熱エネルギーを正確に測定する請求項23記
載の熱同心エアロゾル発生装置。
(25) further comprising a heated target for collecting a sample for online thermal analysis, (a) means for supplying heat to the target; (b) means for controlling supply of heat to the target; (c) 24. The thermal concentric aerosol generation device according to claim 23, further comprising means for measuring heat supply to the target, to accurately measure thermal energy consumed by evaporation or desorption of solute from the target.
(26)低揮発性の溶質を含有する溶液から高分散エア
ロゾルを発生させかつ輸送して検出装置中へ試料を導入
し、溶質を濃縮しまたは溶質を精製するための方法にお
いて: (a)液体流およびガス流の同心流れを導入してガスを
液体流の外側に流し、 (b)前記液体流を封止する高伝導性の気体媒体を介し
て熱を内側液体流に導き、 (c)(i)前記液体流を幅狭チューブ中で加速させて
前記流れの線速度およ び運動エネルギーを増大させ、 (ii)前記液体流中へ伝導性ガス媒体 を介して熱エネルギーを導入し、 かつ (iii)前記液体流中へ前記伝導性ガス 流から機械的エネルギーを導入す る ことにより前記液体流を噴霧化して、 液体流に加えられる各エネルギー源の 量を制御することにより発生エアロゾ ルの性質を変化させ、 (d)(i)前記伝導性ガス媒体に対する熱の供給を制
御し、 (ii)外側流動領域に対する伝導性ガ スの流れを制御し、かつ (iii)エアロゾル発生器のノズルに対 する液体の流速を制御する ことにより、エアロゾル発生工程に向 けられるエネルギーの供給を制御する ことを特徴とする高分散エアロゾルの発生および輸送方
法。
(26) In a method for generating and transporting a highly dispersed aerosol from a solution containing a low volatility solute to introduce a sample into a detection device to concentrate the solute or purify the solute: (a) Liquid (b) directing heat into the inner liquid stream through a highly conductive gaseous medium sealing the liquid stream; (c) (i) accelerating the liquid stream in a narrow tube to increase the linear velocity and kinetic energy of the stream; (ii) introducing thermal energy into the liquid stream via a conductive gas medium; and ( iii) atomizing the liquid stream by introducing mechanical energy from the conductive gas stream into the liquid stream to change the properties of the generated aerosol by controlling the amount of each energy source added to the liquid stream; (d) (i) controlling the supply of heat to the conductive gas medium; (ii) controlling the flow of conductive gas to the outer flow region; and (iii) controlling the flow rate of the liquid to the nozzle of the aerosol generator; A method for generating and transporting a highly dispersed aerosol, which comprises controlling the supply of energy directed to an aerosol generation process by controlling.
(27)蒸気の極低温トラッピングにより溶剤蒸気をエ
アロゾルから除去しかつ乾燥溶質粒子をその後の検出の
ため移送する分離工程をさらに含む請求項26記載の高
分散エアロゾルの発生方法。
27. The method of claim 26, further comprising a separation step of removing solvent vapor from the aerosol by cryogenic trapping of the vapor and transporting dry solute particles for subsequent detection.
(28)エアロゾルをノズル中で加速してノズルに対し
軸線方向に整列した高速度の溶質粒子ビームを形成させ
、かつ溶剤蒸気を非軸線方向にポンピングすることによ
り、前記溶剤蒸気をエアロゾルから除去する分離工程を
さらに含む請求項26記載の高分散エアロゾルの発生方
法。
(28) removing solvent vapor from the aerosol by accelerating the aerosol in a nozzle to form a high velocity solute particle beam aligned axially with respect to the nozzle and pumping the solvent vapor non-axially; 27. The method for generating highly dispersed aerosol according to claim 26, further comprising a separation step.
(29)複数の差動ポンプ室を分離する少なくとも2個
のスキマー中へ軸線方向の粒子ビームを指向させる減圧
工程をさらに含む請求項28記載の高分散エアロゾルの
発生方法。
29. The method of claim 28, further comprising the step of: directing the axial particle beam into at least two skimmers separating the plurality of differential pump chambers.
(30)溶剤除去した溶質粒子を標的表面上へ後の分析
のため回収する工程をさらに含み、前記分析は次の工程
: (a)質量分光光度分析のための蒸発およびイオン化、 (b)X線回折分析またはその他の結晶もしくは固体粒
子の検査技術、または (c)任意適当な波長、フィルタもしくはモノクロメー
タを用いる赤外反射もしく は透過またはその他の光学技術などの 光学的分析 のうち選択された1つもしくはそれ以上の工程を含む請
求項28記載の高分散エアロゾルの発生方法。
(30) further comprising collecting the solvent-stripped solute particles onto a target surface for subsequent analysis, the analysis comprising: (a) evaporation and ionization for mass spectrophotometric analysis; (b) (c) an optical analysis such as infrared reflection or transmission or other optical technique using any suitable wavelength, filter or monochromator; 29. The method of generating a highly dispersed aerosol according to claim 28, comprising one or more steps.
(31)粒子流の火炎イオン化検出をさらに含み、伝導
性エアロゾル発生ガスが火炎イオン化検出に必要とされ
る水素である請求項27記載の高分散エアロゾルの発生
方法。
(31) The method for generating a highly dispersed aerosol according to claim 27, further comprising flame ionization detection of the particle stream, and wherein the conductive aerosol generating gas is hydrogen required for flame ionization detection.
(32)請求項29記載の粒子ビームを、粒子の表面に
帯電させてクーロン析力によりイオン脱着もしくは粒子
分断を増大させるのに充分なエネルギーを有する高エネ
ルギー放電に指向させる、濃縮溶質粒子の気化方法。
(32) Vaporization of concentrated solute particles by directing the particle beam of claim 29 into a high-energy discharge having sufficient energy to charge the surface of the particles and increase ion desorption or particle fragmentation by Coulombic precipitation. Method.
(33)請求項29記載の粒子ビームを、このビームを
回収するのに充分な表面積を有しかつ溶質を蒸発させる
のに充分な熱エネルギーの供給を有する加熱表面に指向
させる、濃縮溶質粒子の気化方法。
(33) directing the particle beam of claim 29 to a heated surface having a surface area sufficient to collect the beam and a supply of thermal energy sufficient to vaporize the solute; Vaporization method.
(34)請求項29記載の粒子ビームを、このビームを
回収するのに充分な表面積と蒸発を生ぜしめるための別
のエネルギー源とを備えた加熱表面に指向させ、前記エ
ネルギー源が (a)レーザー脱着として知られた工程を用いて溶質分
子を回収器表面から脱着さ せるレーザー、または (b)イオンスパッタリングとして知られた工程を用い
て溶質分子を回収器表面か ら脱着させるイオンビーム、または (c)溶質分子を回収器表面から脱着させる高電圧の電
界 のうち選択された1つもしくはそれ以上からなる、濃縮
溶質粒子の気化方法。
(34) directing the particle beam of claim 29 onto a heated surface having a surface area sufficient to collect the beam and another energy source to cause vaporization; (b) a laser that desorbs solute molecules from the collector surface using a process known as laser desorption; or (b) an ion beam that desorbs solute molecules from the collector surface using a process known as ion sputtering; or (c) ) A method of vaporizing concentrated solute particles comprising selected one or more of high voltage electric fields that desorb solute molecules from a collector surface.
(35)ミクロンもしくはサブミクロンの寸法と充分規
定された方向とを有する溶剤除去された溶質粒子を、揮
発性溶剤と揮発性の低い溶質とを含有する液体試料から
得るための熱エアロゾル発生装置において、 (a)液体を高速液体ジェット中へ輸送する毛細管と、 (b)充分な流速および圧力にて液体を前記毛細管へ供
給する手段と、 (c)熱を前記毛細管へ供給する手段と、 (d)前記毛細管に対する熱の供給を制御する手段と、 (e)高速粒子を貯蔵する膨脹室と、 (f)高速エアロゾルビームを形成させるための減圧チ
ャンバに対するノズル制限 部と、 (g)溶剤蒸気を溶質粒子ビームの軸線から離間ポンピ
ングするための少なくとも 1つの段階と、 (h)濃縮溶質粒子を軸線方向にサンプリングするため
の複数のポンピング段階を 分離する少なくとも1個のスキマーと からなり、濃縮溶質を回収しまたは検出することを特徴
とする熱エアロゾル発生装置。
(35) In a thermal aerosol generation device for obtaining solvent-free solute particles having micron or submicron dimensions and well-defined orientation from a liquid sample containing a volatile solvent and a less volatile solute. (a) a capillary tube for transporting liquid into a high-velocity liquid jet; (b) means for supplying liquid to said capillary tube at a sufficient flow rate and pressure; (c) means for supplying heat to said capillary tube; d) means for controlling the supply of heat to said capillary; (e) an expansion chamber for storing high velocity particles; (f) a nozzle restriction to a vacuum chamber for forming a high velocity aerosol beam; and (g) a solvent vapor. (h) at least one skimmer separating the plurality of pumping stages for axially sampling the concentrated solute particles; A thermal aerosol generator characterized by collecting or detecting.
(36)毛細管へ熱を供給する手段が電気回路を備え、
外側毛細管を回路の加熱部材として設け、前記外側毛細
管を温度と抵抗との間の比較的高い直線関係を有する高
純度の金属で構成してなる請求項35記載の熱エアロゾ
ル発生装置。
(36) the means for supplying heat to the capillary tube comprises an electric circuit;
36. The thermal aerosol generation device of claim 35, wherein an outer capillary tube is provided as a heating element of the circuit, and wherein the outer capillary tube is constructed of a high purity metal having a relatively high linear relationship between temperature and resistance.
(37)外側金属毛細管へ熱を供給する手段が電気回路
を備え、加熱部材が前記外側金属毛細管と充分に熱接触
してこの毛細管を均一に加熱する標準カートリッジヒー
タである請求項35記載の熱エアロゾル発生装置。
37. The heat of claim 35, wherein the means for supplying heat to the outer metal capillary comprises an electrical circuit, and the heating member is a standard cartridge heater in sufficient thermal contact with the outer metal capillary to uniformly heat the capillary. Aerosol generator.
(38)膨脹室を加熱する供給手段と、前記供給手段を
制御する制御手段と、膨脹室の温度を監視する検知手段
とをさらに備える請求項35記載の熱エアロゾル発生装
置。
(38) The thermal aerosol generation device according to claim 35, further comprising a supply means for heating the expansion chamber, a control means for controlling the supply means, and a detection means for monitoring the temperature of the expansion chamber.
(39)質量分光光度計インターフェースと組合せて、
質量分光光度計のハウジングに直接固定することにより
溶質粒子ビームの輸送効率を粒子ビーム長さの減縮によ
り増大させる請求項35記載の熱エアロゾル発生装置。
(39) In combination with a mass spectrophotometer interface,
36. The thermal aerosol generation device of claim 35, wherein the thermal aerosol generation device is affixed directly to the housing of a mass spectrophotometer to increase transport efficiency of the solute particle beam by reducing particle beam length.
(40)質量分光光度計インターフェースと組合せて、
減圧インターロックを介し質量分光光度計のイオン源領
域に対し容易に着脱しうる挿入プローブを備えた請求項
35記載の熱エアロゾル発生装置。
(40) in combination with a mass spectrophotometer interface;
36. The thermal aerosol generation device according to claim 35, further comprising an insertion probe that can be easily attached to and detached from the ion source region of the mass spectrophotometer via a vacuum interlock.
(41)溶質粒子ビームに対し軸線方向に整列した加熱
標的をさらに備え、前記標的は回収された溶質粒子を急
速蒸発させまたはフラッシュ脱着させる請求項39また
は40記載の熱エアロゾル発生装置。
(41) The thermal aerosol generation device of claim 39 or 40, further comprising a heating target aligned axially with respect to the solute particle beam, the target causing rapid evaporation or flash desorption of the collected solute particles.
(42)加熱標的からの溶質の脱着および/または蒸発
を制御する制御手段をさらに備え、(a)電子衝撃また
は化学的イオン化工程によるイオン化の前に、回収溶質
粒子を 完全な分子状物質として脱着させもし くは蒸発させ、または (b)回収溶質粒子を標的の表面上で熱分解してイオン
化前に気相の熱断片を形成 させる際、回収溶質粒子を表面から完 全な分子イオンとして熱イオン化させ る ことにより、溶質を前記標的から制御除去すべく標的温
度を調整しうる請求項41記載の熱エアロゾル発生装置
(42) further comprising a control means for controlling the desorption and/or evaporation of the solute from the heated target, wherein: (a) the recovered solute particles are desorbed as intact molecular material prior to ionization by an electron bombardment or chemical ionization step; or (b) thermally ionizing the recovered solute particles from the surface as complete molecular ions when the recovered solute particles are thermally decomposed on the surface of the target to form gas phase thermal fragments prior to ionization. 42. The thermal aerosol generation device of claim 41, wherein the target temperature is adjustable for controlled removal of solutes from the target.
(43)一次イオンビームを標的の表面上へ指向させる
手段をさらに備えて、回収溶質分子を標的の表面からス
パッタリングすることにより気相の溶質イオンを形成さ
せる請求項41または42記載の熱エアロゾル発生装置
(43) The thermal aerosol generation according to claim 41 or 42, further comprising means for directing the primary ion beam onto the surface of the target, and forming gas phase solute ions by sputtering recovered solute molecules from the surface of the target. Device.
(44)高電力レーザーを標的の表面中へ集中させてレ
ーザー脱着または光イオン化工程を生ぜしめる手段をさ
らに備える請求項41または42記載の熱エアロゾル発
生装置。
44. The thermal aerosol generation device of claim 41 or 42, further comprising means for focusing a high power laser into the surface of the target to produce the laser desorption or photoionization process.
(45)イオン化源として高電圧放電をさらに含む請求
項35〜40のいずれか一項に記載の熱エアロゾル発生
装置。
(45) The thermal aerosol generation device according to any one of claims 35 to 40, further comprising a high voltage discharge as an ionization source.
(46)ミクロンもしくはサブミクロンの寸法と充分規
定された方向とを有する溶剤除去した溶質粒子を、揮発
性溶剤と揮発性の低い溶質とを含有する液体試料から得
るための熱エアロゾル発生装置において、 (a)液体を高速液体ジェット中へ輸送する毛細管と、 (b)充分な流速および圧力にて前記毛細管へ液体を供
給する手段と、 (c)前記毛細管へ熱を供給する手段と、 (d)前記毛細管に対する熱の供給を制御する手段と、 (e)高速粒子を発生させる膨脹室と、 (f)溶剤蒸気を冷表面上に回収すると共に溶質粒子を
冷トラップに通過させて、 1個もしくはそれ以上のイオン化検出 器、すなわち火炎吸収、放出もしくは 蛍光分光光度計、およびプラズマ原子 放出分光光度計により選択的に検出す る手段と を備えたことを特徴とする熱エアロゾル発生装置。
(46) In a thermal aerosol generation device for obtaining solvent-free solute particles with micron or submicron dimensions and well-defined orientation from a liquid sample containing a volatile solvent and a less volatile solute, (a) a capillary for transporting liquid into a high velocity liquid jet; (b) means for supplying liquid to said capillary at a sufficient flow rate and pressure; (c) means for supplying heat to said capillary; ) means for controlling the supply of heat to said capillary; (e) an expansion chamber for generating high velocity particles; (f) for collecting solvent vapor onto a cold surface and passing solute particles through a cold trap; or more ionization detectors, namely flame absorption, emission or fluorescence spectrophotometers, and means for selective detection by means of plasma atomic emission spectrophotometers.
(47)粒子ビームの軸線を切断する光学領域をさらに
備えて、粒子ビームにつき光散乱測定を行ないうる請求
項35〜40のいずれか一項に記載の熱エアロゾル発生
装置。
(47) The thermal aerosol generation device according to any one of claims 35 to 40, further comprising an optical region for cutting the axis of the particle beam, and capable of performing light scattering measurement on the particle beam.
(48)粒子ビームに対し軸線方向に整列した扁平な標
的をさらに備えて、粒子ビームを狭い範囲で表面に衝突
させる請求項35〜40のいずれか一項に記載の熱エア
ロゾル発生装置。
(48) The thermal aerosol generation device according to any one of claims 35 to 40, further comprising a flat target aligned in the axial direction with respect to the particle beam, so that the particle beam impinges on a surface in a narrow range.
(49)粒子ビームの軸線を横断してラスターすると共
に溶質粒子を時間の関数として回収する移動標的をさら
に備え、クロマトグラフ輪郭を有する標的をその後にS
IMS、走査赤外、紫外もしくは可視分光光度法などの
表面測定技術により処理しかつ分析しうる請求項40記
載の熱エアロゾル発生装置。
(49) further comprising a moving target that raster across the axis of the particle beam and collect solute particles as a function of time, with the target having a chromatographic contour followed by S
41. The thermal aerosol generating device of claim 40, which can be processed and analyzed by surface measurement techniques such as IMS, scanning infrared, ultraviolet or visible spectrophotometry.
(50)オンライン熱分析のため試料を回収する加熱標
的をさらに備え、この標的が (a)熱を前記標的へ供給する手段と、 (b)前記標的に対する熱の供給を制御する手段と、 (c)標的に対する熱の供給を測定するための手段と を備えて、標的からの溶質の蒸発もしくは脱着により消
費された熱エネルギーを正確に測定しかつ濃度に関連さ
せる請求項48記載の熱エアロゾル発生装置。
(50) further comprising a heated target for collecting a sample for on-line thermal analysis, the target comprising: (a) means for supplying heat to the target; (b) means for controlling supply of heat to the target; c) means for measuring the supply of heat to the target to accurately measure and relate to concentration the thermal energy expended by evaporation or desorption of the solute from the target. Device.
(51)溶剤蒸気を極低温トラッピングしかつ乾燥溶質
粒子をその後の検出に移送することにより、溶剤蒸気を
エアロゾルから除去する分離工程を含む高分散エアロゾ
ルの熱発生方法。
(51) A method for heat generation of highly dispersed aerosols comprising a separation step in which solvent vapor is removed from the aerosol by cryogenic trapping of the solvent vapor and transporting dry solute particles for subsequent detection.
(52)エアロゾルをノズル中で加速させて高速溶質粒
子ビームを形成させ、これをノズルに対し軸線方向に整
列させると共に非軸線方向のポンピングで溶剤蒸気を除
去することにより、エアロゾルから溶剤蒸気を除去する
分離工程を含む高分散エアロゾルの熱発生方法。
(52) Solvent vapors are removed from the aerosol by accelerating the aerosol in a nozzle to form a high-velocity solute particle beam that is axially aligned with the nozzle and non-axially pumped to remove the solvent vapor. A method for generating heat from highly dispersed aerosols, including a separation step.
(53)複数の差動ポンプ室を分離する少なくとも2個
のスキマー中へ前記軸線方向の粒子ビームを指向させる
減圧工程をさらに含む請求項52記載の高分散エアロゾ
ルの熱発生方法。
53. The method of claim 52, further comprising a depressurizing step of directing the axial particle beam into at least two skimmers separating a plurality of differential pump chambers.
(54)溶剤除去した溶質粒子を後の分析のため前記エ
アロゾルから標的表面上へ回収する工程をさらに含み、
前記分析は選択的に (a)質量分光光度分析のための気化およびイオン化、
または (b)X線回折分析またはその他の結晶もしくは固体粒
子の検査技術、または (c)適当な波長、フィルタもしくモノクロメータを用
いる赤外反射もしくは透過 またはその他の光学技術などの光学的 分析 を含む請求項52記載の高分散エアロゾルの熱発生方法
(54) further comprising collecting solvent-removed solute particles from the aerosol onto a target surface for subsequent analysis;
The analysis may optionally include (a) vaporization and ionization for mass spectrophotometric analysis;
or (b) X-ray diffraction analysis or other crystal or solid particle examination techniques; or (c) optical analysis such as infrared reflection or transmission or other optical techniques using appropriate wavelengths, filters or monochromators. 53. The method of generating heat from a highly dispersed aerosol according to claim 52.
(55)粒子流のイオン化検出をさらに含む請求項51
記載の高分散エアロゾルの熱発生方法。
(55) Claim 51 further comprising ionization detection of the particle flow.
A method for generating heat from a highly dispersed aerosol as described.
(56)請求項53記載の粒子ビームを、このビームを
回収するのに充分な表面積と溶質を蒸発させるのに充分
な熱エネルギー供給源とを備えた加熱表面に指向させる
、濃縮溶質粒子の気化方法。
(56) Vaporization of concentrated solute particles by directing the particle beam of claim 53 onto a heated surface having a surface area sufficient to collect the beam and a source of thermal energy sufficient to vaporize the solute. Method.
(57)請求項53記載の粒子ビームを、このビームを
回収するのに充分な表面積と蒸発を生ぜしめるための別
のエネルギー源とを備えた加熱表面に指向させ、前記別
のエネルギー源は選択的に (a)レーザー脱着として知られた工程を用いて溶質分
子を回収器表面から脱着さ せるレーザー、または (b)イオンスパッタリングとして知られた工程を用い
て溶質分子を回収器表面か ら脱着させるビーム、または (c)回収器表面から溶質分子を脱着させる高電圧の電
界 からなる、濃縮溶質粒子の気化方法。
(57) directing the particle beam of claim 53 to a heated surface having a surface area sufficient to collect the beam and a separate energy source to cause vaporization, the separate energy source being selected; (a) a laser that desorbs solute molecules from the collector surface using a process known as laser desorption; or (b) a beam that desorbs solute molecules from the collector surface using a process known as ion sputtering. or (c) a method of vaporizing concentrated solute particles consisting of a high voltage electric field that desorbs solute molecules from the collector surface.
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