JP2013174487A - Sample gas collection method - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently collecting sample gas on an electrode by electrostatic spraying in the sample gas.SOLUTION: In the method for collecting sample gas by using an electrostatic spraying device 100, a collection electrode part 107 having a needle-shaped hollow structure 110 facing a counter electrode part 106 across a slit is used.

Description

本発明は、静電噴霧装置を利用した試料気体収集方法に関するものである。   The present invention relates to a sample gas collection method using an electrostatic spraying device.

本発明は、試料気体中を静電噴霧によって電極上へ効率的に収集する方法に関する。ＤＮＡや抗体、たんぱく質などの各種化学物質を含む微量溶液を基板上へ堆積するために、静電噴霧を利用することは広く知られている（特許文献１）。   The present invention relates to a method for efficiently collecting a sample gas onto an electrode by electrostatic spraying. It is widely known that electrostatic spraying is used to deposit a trace amount solution containing various chemical substances such as DNA, antibodies, and proteins on a substrate (Patent Document 1).

たとえば、特許文献１に示された従来の静電噴霧装置は、不揮発性の希薄生体分子溶液を基板表面上でスポットまたはフィルム状にする装置である（特許文献２）。   For example, a conventional electrostatic spraying device disclosed in Patent Document 1 is a device that forms a nonvolatile dilute biomolecule solution in a spot or film form on a substrate surface (Patent Document 2).

たんぱく質溶液で満たされた毛管と誘電体層との間に数ｋＶの高電圧を印加することで、毛管の先端からたんぱく質溶液のミストが基板に向かって噴霧される（特許文献３）。   By applying a high voltage of several kV between the capillary filled with the protein solution and the dielectric layer, the mist of the protein solution is sprayed from the tip of the capillary toward the substrate (Patent Document 3).

静電噴霧装置は、基板上に設けられた誘電体層の導電性を制御、もしくは誘電体層に孔を設けることで、局所的な電界を作り、所望の位置に物質溶液を堆積していた（特許文献４）。   The electrostatic spraying device created a local electric field by controlling the conductivity of the dielectric layer provided on the substrate or by providing a hole in the dielectric layer, and deposited the substance solution at a desired position. (Patent Document 4).

この方法は、ＤＮＡやたんぱく質をスポット状あるいはフィルム状に基板へ配列した、いわゆるＤＮＡチップやプロテインチップを製造するには一定の効果が得られる（特許文献５）。   This method has a certain effect for producing a so-called DNA chip or protein chip in which DNA or protein is arranged on a substrate in the form of spots or films (Patent Document 5).

特表２００２−５１１７９２号公報（第７８頁、図９、その他第３１頁 第１２〜１３行目、図３、図４、図１９）JP-T-2002-511792 (page 78, FIG. 9, others, page 31, lines 12-13, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 19) 特許第３９５２０５２号公報Japanese Patent No. 3952052 特開平０７−１９０９９０号公報（特に図３）Japanese Patent Laid-Open No. 07-190990 (particularly FIG. 3) 特開平０７−２７０２８５号公報（特に段落番号０００１、０００８）JP 07-270285 A (particularly paragraph numbers 0001 and 0008) 米国特許出願公開第２００４／０２１０１５４号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0210154

しかしながら、従来方法のように収集側の電極が平面状の基板であると、静電噴霧された溶液は当該電極上で全面に広がってしまうという課題があった。   However, when the collecting-side electrode is a planar substrate as in the conventional method, there is a problem that the electrostatically sprayed solution spreads over the entire surface of the electrode.

前記従来の課題を解決する本発明は、静電噴霧装置を用いて試料気体を収集する方法であって、前記静電噴霧装置は、閉鎖可能な容器と、前記容器の一端に設けられた試料気体の注入口と、前記容器の他端に設けられた試料気体の排出口と、前記容器の内部に設けられた霧化電極部と、前記霧化電極部の近傍に設けられた第一冷却部と、前記容器の内部に設けられた対向電極部と、前記スリットを間に挟んで前記対向電極部と対向する針状で中空構造を有する収集電極部と、前記収集電極部を冷却する第二冷却部とを備え、前記方法は、前記試料気体を前記注入口から前記容器へ注入する注入工程と、前記第一冷却部により前記霧化電極部を冷却する第一冷却工程と、前記霧化電極部の外周面で前記試料気体を第一凝縮液にする第一凝縮工程と、前記第一凝縮液を静電噴霧により帯電微粒子にする帯電微粒子化工程と、前記対向電極部に対して前記収集電極部へ電圧を印加する電圧印加工程と、前記第二冷却部により前記収集電極部を冷却する第二冷却工程と、前記収集電極部で前記帯電微粒子を第二凝縮液にする第二凝縮工程と、前記収集電極部が前記中空構造を通して第二凝縮液を回収する回収工程とを順に包含する。   The present invention for solving the conventional problem is a method of collecting a sample gas using an electrostatic spraying device, wherein the electrostatic spraying device includes a closable container and a sample provided at one end of the container. A gas inlet, a sample gas outlet provided at the other end of the container, an atomization electrode provided in the container, and a first cooling provided in the vicinity of the atomization electrode A counter electrode part provided inside the container, a collecting electrode part having a needle-like hollow structure facing the counter electrode part with the slit interposed therebetween, and a first electrode for cooling the collector electrode part Two cooling units, and the method includes an injection step of injecting the sample gas from the injection port into the container, a first cooling step of cooling the atomizing electrode unit by the first cooling unit, and the fog A first condensing step for converting the sample gas into a first condensate on the outer peripheral surface of the electrode section The first condensate is formed into charged fine particles by electrostatic spraying, the voltage application step of applying a voltage to the collecting electrode portion with respect to the counter electrode portion, and the collection by the second cooling portion. A second cooling step for cooling the electrode portion, a second condensing step for converting the charged fine particles into a second condensate at the collecting electrode portion, and a collecting step for collecting the second condensate through the hollow structure by the collecting electrode portion. Are included in order.

なお、前記注入工程は、少なくとも前記帯電微粒子化工程を開始するまでに終了することが好ましい。   In addition, it is preferable that the said injection | pouring process is complete | finished by the time of starting the said charged fine particle formation process at least.

また、前記収集電極部の先端は下方を向いていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the front-end | tip of the said collection electrode part has faced the downward direction.

さらに、前記収集電極部は、前記第二冷却部により水蒸気の結露点以下に冷却されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the said collection electrode part is cooled by the said 2nd cooling part below to the dew point of water vapor | steam.

また、前記第二冷却部は、熱電素子であることが好ましい。   The second cooling part is preferably a thermoelectric element.

さらに、前記熱電素子に印加する直流電圧の極性を反転させることで、前記第二冷却部の冷却面を発熱面に変えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to change the cooling surface of the second cooling unit to a heat generating surface by reversing the polarity of the DC voltage applied to the thermoelectric element.

また、前記収集電極部を加熱して、第二凝縮液を蒸発させることが好ましい。   Moreover, it is preferable to heat the said collection electrode part and to evaporate a 2nd condensate.

さらに、前記対向電極部は水蒸気の結露点以上であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the counter electrode part has a dew point of water vapor or higher.

また、前記帯電微粒子は水および前記試料気体の成分を含むことが好ましい。   The charged fine particles preferably include water and a component of the sample gas.

さらに、前記試料気体の成分は揮発性有機化合物であることが好ましい。   Furthermore, the component of the sample gas is preferably a volatile organic compound.

さらに、前記揮発性有機化合物の分子量は１５以上５００以下であることが好ましい。   Furthermore, the molecular weight of the volatile organic compound is preferably 15 or more and 500 or less.

また、前記収集電極部は、前記帯電微粒子により帯電する電荷を除去する機構を有することが好ましい。   The collecting electrode section preferably has a mechanism for removing charges charged by the charged fine particles.

さらに、前記収集電極部は、接地可能であることが好ましい。   Further, it is preferable that the collecting electrode part can be grounded.

さらに、前記収集電極部の先端に、化学物質検出部を備えていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a chemical substance detection unit is provided at the tip of the collection electrode unit.

さらに、前記収集電極部の中空構造の内壁は、親水処理していることが望ましい。

また、生体分子分析装置は請求項１に記載の試料気体収集方法を用いることが好ましい。 Furthermore, it is desirable that the inner wall of the hollow structure of the collecting electrode portion is subjected to a hydrophilic treatment.

The biomolecule analyzer preferably uses the sample gas collection method according to claim 1.

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

本発明の試料気体収集方法によれば、静電噴霧された溶液を針状の収集電極部の先端近傍へ集中させるので、静電噴霧された溶液が収集電極部の全面へ広がるのを抑制でき、さらには、収集電極部の中空から静電噴霧された溶液が随時回収可能であるため、下に垂れ落ちることを防ぐことができる。   According to the sample gas collecting method of the present invention, since the electrostatically sprayed solution is concentrated near the tip of the needle-like collecting electrode part, it is possible to suppress the electrostatically sprayed solution from spreading to the entire surface of the collecting electrode part. In addition, since the solution sprayed electrostatically from the hollow of the collecting electrode portion can be collected at any time, it can be prevented from dripping down.

本発明の実施の形態１における静電噴霧装置の模式図Schematic diagram of electrostatic spraying device in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における試料気体の収集方法を示す説明図Explanatory drawing which shows the collection method of the sample gas in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における試料気体の収集方法を示す説明図Explanatory drawing which shows the collection method of the sample gas in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における試料気体の収集方法を示す説明図Explanatory drawing which shows the collection method of the sample gas in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における収集電極部及び中空構造の様子を表した説明図Explanatory drawing showing the state of the collection electrode part and hollow structure in Embodiment 1 of this invention

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における静電噴霧装置の模式図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of an electrostatic spraying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

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

容器１０１は隔壁によって外部と仕切られ、隔壁を通じて外部との物質の出入りは行なわれない。容器１０１の形状は直方体でも良いし、多面体、紡錘形、球形、流路状でも良い。   The container 101 is partitioned from the outside by a partition, and no material enters or exits through the partition. The shape of the container 101 may be a rectangular parallelepiped, or may be a polyhedron, a spindle shape, a spherical shape, or a flow path shape.

また、容器１０１の寸法について、容器１０１の容積は試料気体の総流入量に比べて十分小さいことが好ましい。たとえば試料気体の総流入量が３００ｃｃの場合には、容器の容積は６ｃｃ以下が好ましい。   Regarding the dimensions of the container 101, the volume of the container 101 is preferably sufficiently smaller than the total inflow amount of the sample gas. For example, when the total inflow amount of the sample gas is 300 cc, the volume of the container is preferably 6 cc or less.

さらに容器１０１の材料は吸着ガスや内蔵ガスの少ないものが望ましい。ステンレスやアルミなどの金属が最も好ましいが、ガラス、シリコンなどの他の無機材料でもよいし、アクリルやポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）などのプラスチックでもよい。   Further, the material of the container 101 is preferably a material with little adsorbed gas or built-in gas. Metals such as stainless steel and aluminum are most preferable, but other inorganic materials such as glass and silicon may be used, and plastics such as acrylic, polyethylene terephthalate, and Teflon (registered trademark) may be used.

また、これらを組み合わせて容器を構成しても良い。なお容器１０１は堅固であることが好ましいが、エアーバック、バルーン、フレキシブルチューブ、シリンジなどのように柔軟もしくは可動性があっても良い。注入口１０２は容器１０１の一端に設けられている。   Moreover, you may comprise a container combining these. The container 101 is preferably rigid, but may be flexible or movable such as an air bag, a balloon, a flexible tube, or a syringe. The injection port 102 is provided at one end of the container 101.

注入口１０２は容器１０１へ試料気体を注入するために用いられる。   The inlet 102 is used to inject a sample gas into the container 101.

注入口１０２を設ける位置について、試料気体が容器１０１の内部へすみやかに注入される場所であれば良い。たとえば容器１０１が直方体の場合には、注入口１０２は容器１０１の隅よりも面中央部が好ましい。   The position where the injection port 102 is provided may be any place where the sample gas is immediately injected into the container 101. For example, when the container 101 is a rectangular parallelepiped, the center of the surface of the inlet 102 is preferable to the corner of the container 101.

なお、本発明は、注入口１０２の形状、寸法、材料を限定しない。   Note that the present invention does not limit the shape, size, and material of the inlet 102.

注入口１０２の形状は図１に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。   The shape of the inlet 102 may be a straight tube as shown in FIG. 1, or a branch may be provided in the middle.

さらに注入口１０２は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。   Furthermore, the injection port 102 may be one place or a plurality of places.

排出口１０３は容器１０１の他端に設けられている。   The discharge port 103 is provided at the other end of the container 101.

排出口１０３は容器１０１を満たした試料気体のうち、余剰な試料気体を排出するために用いられる。   The discharge port 103 is used to discharge surplus sample gas out of the sample gas filling the container 101.

排出口１０３を設ける位置については、容器１０１を満たした試料気体のうち余剰分が容器１０１から排出される場所であれば良い。   The position where the discharge port 103 is provided may be a place where a surplus portion of the sample gas filling the container 101 is discharged from the container 101.

なお本発明は、排出口１０３の形状、寸法、材料を限定しない。排出口１０３の形状は図１に示すように直管状であっても良いし、途中に分岐を設けても良い。   The present invention does not limit the shape, size, and material of the discharge port 103. The shape of the discharge port 103 may be a straight tube as shown in FIG. 1, or a branch may be provided in the middle.

さらに排出口１０３は一箇所であっても良いし、複数箇所でも良い。霧化電極部１０４は、容器１０１の内部に設けられている。   Further, the discharge port 103 may be one place or a plurality of places. The atomization electrode unit 104 is provided inside the container 101.

霧化電極部１０４は、容器１０１の内部にあって試料気体に接触する位置にあれば良い。例えば、図１に示すように容器１０１の底部中央に設けられていることが好ましい。   The atomization electrode part 104 should just exist in the position which exists in the inside of the container 101, and contacts sample gas. For example, as shown in FIG. 1, the container 101 is preferably provided at the bottom center.

なお、霧化電極部１０４と容器１０１との接する面積は小さいほうが熱伝導を抑えられるため好ましい。霧化電極部１０４の形状は針状であることが好ましい。針の長さは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。   In addition, since the one where the area which the atomization electrode part 104 and the container 101 contact | connect is small can suppress heat conduction, it is preferable. The shape of the atomizing electrode portion 104 is preferably a needle shape. The length of the needle is preferably 3 mm or more and 10 mm or less.

また、針の直径は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。   Further, the diameter of the needle is preferably from 0.5 mm to 1.0 mm.

針の直径は先端から根元まで同一でも良いし、根元よりも先端の方が細くなっていてもよい。針の数は１本であることが好ましいが、複数あっても良い。   The diameter of the needle may be the same from the tip to the root, or the tip may be thinner than the root. The number of needles is preferably one, but there may be a plurality of needles.

さらに、霧化電極部１０４の材料は良熱伝導材料が好ましく、金属であることが最も好ましい。具体的には銅、真鍮、アルミ、ニッケル、タングステンなどの単体金属でも良いし、これらを二種類以上組み合わせたステンレスのような合金や金属間化合物であっても良い。   Further, the material of the atomizing electrode portion 104 is preferably a good heat conductive material, and most preferably a metal. Specifically, a single metal such as copper, brass, aluminum, nickel, or tungsten may be used, or an alloy such as stainless steel or an intermetallic compound obtained by combining two or more of these may be used.

さらにこれらの霧化電極部１０４の表面を保護するために、金、白金など化学的に安定な金属薄膜や他の良熱伝導材料で被覆しても良い。   Further, in order to protect the surface of the atomizing electrode portion 104, it may be coated with a chemically stable metal thin film such as gold or platinum or other good heat conductive material.

第一冷却部１０５は、霧化電極部１０４の近傍に設けられている。   The first cooling unit 105 is provided in the vicinity of the atomizing electrode unit 104.

第一冷却部１０５により霧化電極部１０４を冷却する。   The atomization electrode unit 104 is cooled by the first cooling unit 105.

なお、第一冷却部１０５は熱電素子であることが最も好ましいが、水のような冷媒を使ったヒートパイプでも良いし、空気熱交換素子でも良いし、冷却ファンでも良い。   The first cooling unit 105 is most preferably a thermoelectric element, but it may be a heat pipe using a coolant such as water, an air heat exchange element, or a cooling fan.

第一冷却部１０５の冷却面の表面積は、大きいほど効率よく霧化電極部１０４を冷却することができる。   The larger the surface area of the cooling surface of the first cooling unit 105, the more efficiently the atomization electrode unit 104 can be cooled.

したがって、第一冷却部１０５の大きさを霧化電極部１０４との接触面積を最大にするようにしても良いし、第一冷却部１０５の冷却面の外周面に凹凸加工を施しても良いし、第一冷却部１０５の冷却面の外周面に多孔体を設けても良い。   Therefore, the size of the first cooling unit 105 may be maximized so that the contact area with the atomizing electrode unit 104 may be maximized, or the outer peripheral surface of the cooling surface of the first cooling unit 105 may be subjected to uneven processing. In addition, a porous body may be provided on the outer peripheral surface of the cooling surface of the first cooling unit 105.

第一冷却部１０５は、１つでも良いし、複数でも良い。   The first cooling unit 105 may be one or plural.

なお、第一冷却部１０５は霧化電極部１０４に直接接触していることが好ましく、熱伝導性シート、熱伝導性樹脂、金属板、グリースなど熱伝導体を介して接触させても良い。   The first cooling unit 105 is preferably in direct contact with the atomizing electrode unit 104, and may be contacted via a heat conductor such as a heat conductive sheet, a heat conductive resin, a metal plate, or grease.

また第一冷却部１０５と霧化電極部１０４は常時接触していることが好ましいが、適宜、物理的または熱的に分離できても良い。   The first cooling unit 105 and the atomizing electrode unit 104 are preferably always in contact, but may be physically or thermally separated as appropriate.

対向電極部１０６は、霧化電極部１０４に相対するように設けられている。   The counter electrode unit 106 is provided to face the atomizing electrode unit 104.

対向電極部１０６は霧化電極部１０４と対になって静電噴霧するために用いられる。   The counter electrode unit 106 is used for electrostatic spraying in pairs with the atomizing electrode unit 104.

対向電極部１０６と霧化電極部１０４の先端の距離は、３ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。   The distance between the counter electrode portion 106 and the tip of the atomizing electrode portion 104 is preferably 3 mm or more and 4 mm or less.

対向電極部１０６の形状は円環状が最も好ましい。   The shape of the counter electrode portion 106 is most preferably an annular shape.

図１において円環状の対向電極部１０６は断面で表してある。針状の霧化電極部１０４の延長線上に円環状の対向電極部１０６の中心があることが最も好ましい。   In FIG. 1, the annular counter electrode portion 106 is shown in cross section. Most preferably, the center of the annular counter electrode portion 106 is on the extension line of the needle-like atomizing electrode portion 104.

なお、対向電極部１０６の形状は長方形、台形など多角形でも良く、帯電微粒子が通過する貫通孔のようなスリット１０６ａが開いていれば良い。   Note that the shape of the counter electrode portion 106 may be a polygon such as a rectangle or a trapezoid, and it is sufficient that a slit 106a such as a through-hole through which charged fine particles pass is opened.

なお、本発明において対向電極部１０６の厚みは限定しない。   In the present invention, the thickness of the counter electrode portion 106 is not limited.

さらに本発明において、貫通孔の断面積、形状、数は限定しない。対向電極部１０６の材料は金属であることが好ましい。具体的には鉄、銅、亜鉛、クロム、アルミ、ニッケル、タングステンなどの単体金属でも良いし、これらを二種類以上組み合わせたステンレス又は真鍮のような合金、金属間化合物であっても良い。   Furthermore, in the present invention, the cross-sectional area, shape, and number of through holes are not limited. The material of the counter electrode portion 106 is preferably a metal. Specifically, it may be a single metal such as iron, copper, zinc, chromium, aluminum, nickel, tungsten, an alloy such as stainless steel or brass, or an intermetallic compound in which two or more of these are combined.

さらにこの対向電極部１０６の表面を保護するために、金、白金などの化学的に安定な金属薄膜や他の良熱伝導材料で被覆しても良い。   Furthermore, in order to protect the surface of the counter electrode portion 106, it may be coated with a chemically stable metal thin film such as gold or platinum or other good heat conductive material.

収集電極部１０７は対向電極部１０６の近傍に設けられている。   The collection electrode unit 107 is provided in the vicinity of the counter electrode unit 106.

また、収集電極部１０７と霧化電極部１０４の間に対向電極部１０６が設けられていることが好ましい。   Further, it is preferable that the counter electrode unit 106 is provided between the collecting electrode unit 107 and the atomizing electrode unit 104.

さらに、収集電極部１０７と対向電極部１０６の貫通孔と霧化電極部１０４は、ほぼ一直線上に設けられていることが好ましい。対向電極部１０７は容器１０１の天井に設けられていることが好ましく、霧化電極部１０４は容器１０１の底部に設けられていることが好ましく、対向電極部１０６は収集電極部１０７と霧化電極部１０４の間に設けられていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the through-holes of the collecting electrode portion 107 and the counter electrode portion 106 and the atomizing electrode portion 104 are provided substantially in a straight line. The counter electrode part 107 is preferably provided on the ceiling of the container 101, the atomization electrode part 104 is preferably provided on the bottom of the container 101, and the counter electrode part 106 includes the collection electrode part 107 and the atomization electrode. It is preferably provided between the portions 104.

収集電極部１０７は静電噴霧された帯電微粒子を静電気力により収集するために用いられる。   The collecting electrode unit 107 is used for collecting electrostatically sprayed charged fine particles by electrostatic force.

収集電極部１０７の形状は針状であることが好ましい。針の長さは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、針の直径は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。針の直径は、先端から根元まで同一でも良いし、根元よりも先端の方が細くなっていてもよい。   The shape of the collecting electrode portion 107 is preferably a needle shape. The length of the needle is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. Further, the diameter of the needle is preferably from 0.5 mm to 1.0 mm. The diameter of the needle may be the same from the tip to the root, or the tip may be thinner than the root.

なお、本発明において、収集電極部１０７の先端から対向電極部１０６までの距離は限定しない。   In the present invention, the distance from the tip of the collecting electrode portion 107 to the counter electrode portion 106 is not limited.

さらに、収集電極部１０７の材料は良熱伝導材料が好ましく、金属であることが最も好ましい。具体的にはステンレス、銅、真鍮、アルミ、ニッケル、タングステンなどの単体金属でも良いし、これらを二種類以上組み合わせた合金や金属間化合物であっても良い。   Further, the material of the collecting electrode portion 107 is preferably a good heat conductive material, and most preferably a metal. Specifically, it may be a single metal such as stainless steel, copper, brass, aluminum, nickel, tungsten, or may be an alloy or intermetallic compound in which two or more of these are combined.

また、これらの収集電極部１０７の表面を保護するために、金、白金などの化学的に安定な金属薄膜や他の良熱伝導材料で被覆しても良い。   In addition, in order to protect the surface of the collecting electrode portion 107, it may be coated with a chemically stable metal thin film such as gold or platinum or other good heat conductive material.

なお、収集電極部１０７の最先端の形状は電界が集中することが好ましいので、円錐形でも良いし、四角錐形でも良いし、三角錐形でも良いし、他の先鋭な形状でも良い。   Since the electric field is preferably concentrated on the most advanced shape of the collecting electrode portion 107, it may be a conical shape, a quadrangular pyramid shape, a triangular pyramid shape, or another sharp shape.

また、針状の収集電極部１０７は中空構造１１０を有していることが好ましい。   The acicular collecting electrode portion 107 preferably has a hollow structure 110.

収集電極部１０７は１つであっても良いし、複数あっても良い。   There may be one collecting electrode unit 107 or a plurality of collecting electrode units 107.

さらに、針状の収集電極部１０７の中空構造１１０は内壁が親水処理されていることが好ましい。   Further, it is preferable that the hollow structure 110 of the needle-like collecting electrode portion 107 has a hydrophilic treatment on the inner wall.

さらには、中空構造１１０の断面形状は、円形でも良いし、四角形でも良いし、三角形でも良いし、他の形状でも良い。   Furthermore, the cross-sectional shape of the hollow structure 110 may be a circle, a rectangle, a triangle, or another shape.

さらには、中空構造１１０の内壁の幅は、１０μｍ〜３００μｍが好ましい。   Furthermore, the width of the inner wall of the hollow structure 110 is preferably 10 μm to 300 μm.

親水処理法はいずれの処理方法でよく、具体的にはプラズマ処理などの物理的処理や界面活性剤などを付着させた科学的処理のいずれか、あるいは両方の組み合わせでも良い。   The hydrophilic treatment method may be any treatment method. Specifically, either a physical treatment such as plasma treatment, a scientific treatment with a surfactant or the like attached thereto, or a combination of both may be used.

さらに、収集電極部１０７の先端は下方を向いていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the tip of the collecting electrode portion 107 is directed downward.

収集電極部１０７の先端を下方へ向けることで、静電噴霧された溶液が重力により先端へ移動し、先端の入り口から中空構造で回収されやすいので好ましい。   Directing the tip of the collecting electrode 107 downward is preferable because the electrostatically sprayed solution moves to the tip by gravity and is easily collected in a hollow structure from the entrance of the tip.

第二冷却部１０８は、収集電極部１０７の近傍に設けられている。   The second cooling unit 108 is provided in the vicinity of the collecting electrode unit 107.

第二冷却部１０８は収集電極部１０７を冷却するために用いられる。   The second cooling unit 108 is used to cool the collecting electrode unit 107.

なお、第二冷却部１０８は熱電素子であることが最も好ましいが、水のような冷媒を使ったヒートパイプでも良いし、空気熱交換素子でも良いし、冷却ファンでも良い。   The second cooling unit 108 is most preferably a thermoelectric element, but may be a heat pipe using a refrigerant such as water, an air heat exchange element, or a cooling fan.

第二冷却部１０８の冷却面の表面積は、大きいほど効率よく収集電極部１０７を冷却することができる。   As the surface area of the cooling surface of the second cooling unit 108 increases, the collecting electrode unit 107 can be efficiently cooled.

したがって第二冷却部１０８の大きさを収集電極部１０７との接触面積を最大にするようにしても良いし、第二冷却部１０８の冷却面の外周面に凹凸加工を施しても良いし、第二冷却部１０８の冷却面の外周面に多孔体を設けても良い。   Therefore, the size of the second cooling unit 108 may be set to maximize the contact area with the collecting electrode unit 107, or the outer peripheral surface of the cooling surface of the second cooling unit 108 may be subjected to uneven processing, A porous body may be provided on the outer peripheral surface of the cooling surface of the second cooling unit 108.

第二冷却部１０８は、１つでも良いし、複数でも良い。なお、第二冷却部１０８は収集電極部１０７に直接接触していることが好ましく、熱伝導性シート、熱伝導性樹脂、金属板、グリースなど熱伝導体を介して接触させても良い。   There may be one second cooling unit 108 or a plurality of second cooling units 108. The second cooling unit 108 is preferably in direct contact with the collecting electrode unit 107, and may be contacted via a heat conductor such as a heat conductive sheet, a heat conductive resin, a metal plate, or grease.

また第二冷却部１０８と収集電極部１０７は常時接触していることが好ましいが、適宜、物理的または熱的に分離できても良い。   The second cooling unit 108 and the collecting electrode unit 107 are preferably in constant contact with each other, but may be physically or thermally separated as appropriate.

また、第二冷却部１０８と第一冷却部１０５は独立に制御できることが最も好ましいが、第一冷却部１０５と第二冷却部１０８をひとつにしても良い。   The second cooling unit 108 and the first cooling unit 105 are most preferably controllable independently, but the first cooling unit 105 and the second cooling unit 108 may be integrated.

第一冷却部１０５と第二冷却部１０８の大きさ、種類、数量は同じでも良いし、異なっていても良い。   The size, type, and quantity of the first cooling unit 105 and the second cooling unit 108 may be the same or different.

注入口１０２および排出口１０３には、バルブ１０９ａおよびバルブ１０９ｂが設けられていることが好ましい。これらのバルブ１０９ａおよび１０９ｂにより容器１０１を閉鎖可能にすることが好ましい。   The injection port 102 and the discharge port 103 are preferably provided with a valve 109a and a valve 109b. It is preferable that the container 101 can be closed by these valves 109a and 109b.

なお、本発明ではバルブ１０９ａおよび１０９ｂの材料、位置、種類を限定しない。   In the present invention, the materials, positions, and types of the valves 109a and 109b are not limited.

さらに、注入口１０２および排出口１０３のコンダクタンスが十分小さければ容器１０１は閉鎖しているのとほぼ同様の効果が得られる。   Furthermore, if the conductance of the inlet 102 and the outlet 103 is sufficiently small, the same effect as that of the container 101 being closed can be obtained.

図２は、本発明の実施の形態１における試料気体の収集方法を示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a sample gas collection method according to Embodiment 1 of the present invention.

なお、図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。   In FIG. 2, the same components as those in FIG.

まず、注入工程では水２０１と化学物質２０２ａ、２０２ｂからなる試料気体２０３が注入口１０２を通じて容器１０１へ注入される。   First, in the injection process, a sample gas 203 composed of water 201 and chemical substances 202 a and 202 b is injected into the container 101 through the injection port 102.

なお容器１０１の内部が試料気体２０３によって満たされたかどうかを判別するために、容器１０１の内部に試料気体検出部を設けても良い。その試料気体検出部は一つでも良いし、複数でも良い。なお、本発明において試料気体検出部の種類、位置は限定しない。   In order to determine whether or not the inside of the container 101 is filled with the sample gas 203, a sample gas detection unit may be provided inside the container 101. There may be one or more sample gas detectors. In the present invention, the type and position of the sample gas detection unit are not limited.

また、注入工程において試料気体２０３の注入手段は、注入口１０２側から加圧して注入することが好ましいが、排出口１０３側を減圧して注入しても良い。   In addition, in the injection process, it is preferable that the injection means for the sample gas 203 is pressurized and injected from the injection port 102 side, but the injection may be performed by reducing the pressure on the discharge port 103 side.

さらに、注入工程において試料気体２０３を容器１０１へ注入する前に、容器１０１の内部には清浄な空気が満たされていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the inside of the container 101 is filled with clean air before the sample gas 203 is injected into the container 101 in the injection step.

なお、容器１０１の内部には乾燥窒素やその他の不活性ガスが満たされていても良いし、試料気体と同程度の湿度を有する標準ガスや、較正用ガスが満たされていても良い。   Note that the inside of the container 101 may be filled with dry nitrogen or other inert gas, or may be filled with a standard gas having the same degree of humidity as the sample gas or a calibration gas.

また、注入工程において余剰な試料気体２０３は排出口１０３から排出される。注入工程における試料気体２０３の注入と排出は、バルブ１０９ａおよびバルブ１０９ｂで制御される。   Further, excessive sample gas 203 is discharged from the discharge port 103 in the injection step. Injection and discharge of the sample gas 203 in the injection process are controlled by the valve 109a and the valve 109b.

また注入口１０２には、容器１０１への異物混入を防ぐためのトラップを設けても良い。   The inlet 102 may be provided with a trap for preventing foreign matter from entering the container 101.

なお、簡便のため図２において化学物質２０２ａ、２０２ｂは２種類だけ記載しているが、試料気体２０３は２種類以上の成分を含んでいても良い。次に、第一冷却工程では、第一冷却部１０５により霧化電極部１０４が冷却される。   For simplicity, only two types of chemical substances 202a and 202b are shown in FIG. 2, but the sample gas 203 may contain two or more types of components. Next, in the first cooling step, the atomizing electrode unit 104 is cooled by the first cooling unit 105.

第一冷却工程では第一冷却部１０５が霧化電極部１０４を冷却する様子を表すために、第一冷却部１０５に接続される直流電源で表示した。   In the first cooling step, the direct current power source connected to the first cooling unit 105 is used to indicate that the first cooling unit 105 cools the atomizing electrode unit 104.

しかし本発明では、第一冷却工程は第一冷却部１０５へ直流電源が接続されることに限定しない。前記注入工程の後で第一冷却工程を行うことにより、試料気体以外の冷却凝縮を抑えることができる。   However, in the present invention, the first cooling step is not limited to connecting a DC power source to the first cooling unit 105. By performing the first cooling step after the injection step, cooling condensation other than the sample gas can be suppressed.

第一冷却工程では霧化電極部１０４以外の部分、たとえば容器１０１も冷却されないよう、熱伝導を小さくすることが好ましい。   In the first cooling step, it is preferable to reduce heat conduction so that portions other than the atomizing electrode portion 104, for example, the container 101 are not cooled.

熱伝導を小さくするために、霧化電極部１０４と容器１０１との接触面積を小さくすることが最も好ましい。   In order to reduce heat conduction, it is most preferable to reduce the contact area between the atomizing electrode portion 104 and the container 101.

あるいは霧化電極部１０４と容器１０１との接触部に熱伝導係数の小さい材料を介在させても良い。次に第一凝縮工程では、冷却された霧化電極部１０４の外周面において、水２０１と化学物質２０２ａと化学物質２０２ｂを含む第一凝縮液２０４が形成される。   Or you may interpose the material with a small heat conductivity coefficient in the contact part of the atomization electrode part 104 and the container 101. FIG. Next, in the first condensing step, a first condensate 204 containing water 201, chemical substance 202 a, and chemical substance 202 b is formed on the outer peripheral surface of the cooled atomizing electrode portion 104.

図２（ｃ）は第一凝縮工程を表す。   FIG. 2 (c) represents the first condensation step.

なお、この第一凝縮工程では、第一凝縮液２０４の量が過剰にならないよう、第一冷却部１０５により霧化電極部１０４の温度を適宜制御することが好ましい。   In the first condensing step, it is preferable to appropriately control the temperature of the atomizing electrode unit 104 by the first cooling unit 105 so that the amount of the first condensate 204 does not become excessive.

また、第一凝縮工程により第一凝縮液２０４が十分形成されたときには、バルブ１０９ａおよびバルブ１０９ｂを閉じてもよい。この場合、これ以降、容器１０１と外部との間で気体は出入りしないため、容器１０１内の気流は抑えられる。   Further, when the first condensate 204 is sufficiently formed by the first condensing step, the valve 109a and the valve 109b may be closed. In this case, since no gas enters and leaves between the container 101 and the outside thereafter, the air flow in the container 101 is suppressed.

次に帯電微粒子化工程では、第一凝縮液２０４から多数の帯電微粒子２０５を形成する。   Next, in the charged fine particle forming step, a large number of charged fine particles 205 are formed from the first condensate 204.

図３（ａ）は帯電微粒子化工程を表す。   FIG. 3A shows a charged fine particle forming step.

なお帯電微粒子の形態は、分子が数千個からなる微粒子であることが最も好ましいが、１個〜数百個からなるクラスタであっても良いし、数万個以上からなる液滴であっても良い。   The form of the charged fine particles is most preferably a fine particle consisting of several thousand molecules, but may be a cluster consisting of one to several hundreds, or a droplet consisting of tens of thousands or more. Also good.

またはこれらの２種類以上が混在していても良い。   Or these two or more types may be mixed.

また、帯電微粒子２０５には、電気的に中性な分子の他に、化学物質由来のイオンまたはラジカルが含まれていても良い。またはこれらが混在していても良い。   Further, the charged fine particles 205 may contain ions or radicals derived from a chemical substance in addition to electrically neutral molecules. Or these may be mixed.

帯電微粒子２０５は負に帯電していることがより好ましいが、正に帯電していても良い。帯電微粒子化する方法は、静電噴霧が最も好ましい。   The charged fine particles 205 are more preferably negatively charged, but may be positively charged. As a method for forming charged fine particles, electrostatic spraying is most preferable.

ここで、静電噴霧の原理を簡単に説明しておく。霧化電極部１０４と対向電極部１０６の間に印加された電圧によって霧化電極部１０４先端へ第一凝縮液２０４が搬送される。   Here, the principle of electrostatic spraying will be briefly described. The first condensate 204 is conveyed to the tip of the atomizing electrode unit 104 by the voltage applied between the atomizing electrode unit 104 and the counter electrode unit 106.

クーロン引力により第一凝縮液２０４の液面が対向電極部１０６方向へ円錐状に盛り上がる。この盛り上がった円錐状の液体はテーラーコーンと呼ばれている。   The liquid level of the first condensate 204 rises in a conical shape toward the counter electrode 106 due to the Coulomb attractive force. This raised conical liquid is called a tailor cone.

さらに霧化電極部１０４の外周面で凝縮が進むと、円錐状の第一凝縮液２０４が成長して、第一凝縮液２０４の先端に電荷が集中してクーロン力が増大する。   When condensation further proceeds on the outer peripheral surface of the atomizing electrode portion 104, a conical first condensate 204 grows, and electric charges concentrate on the tip of the first condensate 204, thereby increasing the Coulomb force.

このクーロン力が水の表面張力を超えると第一凝縮液２０４が***、飛散して、帯電微粒子２０５を形成する。   When the Coulomb force exceeds the surface tension of water, the first condensate 204 is split and scattered to form charged fine particles 205.

以上が静電噴霧の原理である。帯電微粒子化工程において、霧化電極部１０４と対向電極部１０６の間には４ｋＶ以上６ｋＶ以下の電圧が印加されることが好ましい。   The above is the principle of electrostatic spraying. In the charged fine particle forming step, a voltage of 4 kV or more and 6 kV or less is preferably applied between the atomizing electrode unit 104 and the counter electrode unit 106.

なお、本発明は帯電微粒子２０５の直径を限定しないが、帯電微粒子の安定性の観点から２ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。   In the present invention, the diameter of the charged fine particles 205 is not limited, but is preferably 2 nm or more and 30 nm or less from the viewpoint of the stability of the charged fine particles.

帯電微粒子２０５に付加される帯電量は、微粒子１個あたり電荷素量（１．６ｘ１０−１９Ｃ）と同量であることが最も好ましいが、電荷素量より大きくても良い。   The charge amount added to the charged fine particles 205 is most preferably the same as the elementary charge amount (1.6 × 10-19C) per fine particle, but may be larger than the elementary charge amount.

帯電微粒子化工程では、霧化電極部１０４の先端にテーラーコーンと呼ばれる円錐形の水柱が形成され、その水柱の先端から化学物質を含む多数の帯電微粒子が放出される。   In the charged fine particle forming step, a conical water column called a tailor cone is formed at the tip of the atomizing electrode portion 104, and a large number of charged fine particles including a chemical substance are released from the tip of the water column.

次に電圧印加工程では、対向電極部１０６に対して収集電極部１０７へ電圧を印加する。   Next, in the voltage application step, a voltage is applied to the collection electrode unit 107 with respect to the counter electrode unit 106.

図３（ｂ）は電圧印加工程を表す。元来、直径２ｎｍ以上３０ｎｍ程度の帯電微粒子２０５は静電気力により反発するため拡散しやすいが、収集電極部１０７の形状を針状にすることで、帯電微粒子２０５の大半は静電気力の集中により収集電極部１０７の先端近傍へ容易に集まる。   FIG. 3B shows a voltage application process. Originally, charged fine particles 205 having a diameter of 2 nm or more and about 30 nm are easily diffused because they repel due to electrostatic force. However, most of the charged fine particles 205 are collected by concentration of electrostatic force by making the shape of the collecting electrode portion 107 into a needle shape. It easily gathers near the tip of the electrode part 107.

なお、帯電微粒子２０５が負の電荷を持つ場合、対向電極部１０６に対して収集電極部１０７に直流正電圧を印加することが好ましい。電圧印加は連続的であることが好ましいが、パルス的でも良い。   When the charged fine particles 205 have a negative charge, it is preferable to apply a positive DC voltage to the collecting electrode unit 107 with respect to the counter electrode unit 106. The voltage application is preferably continuous, but may be pulsed.

次に第二冷却工程では、第二冷却部１０８により収集電極部１０７が冷却される。図３（ｃ）は第二冷却工程を表す。   Next, in the second cooling step, the collecting electrode unit 107 is cooled by the second cooling unit 108. FIG. 3C shows the second cooling step.

前記電圧印加工程の後で第二冷却工程を行うことにより、収集電極部１０７の先端近傍へ集中する帯電微粒子２０５を冷却することができる。   By performing the second cooling step after the voltage applying step, the charged fine particles 205 concentrated near the tip of the collecting electrode portion 107 can be cooled.

次に第二凝縮工程では、収集電極部１０７の先端近傍で大半の帯電微粒子２０５が凝縮され、第二凝縮液２０６が生成される。第二凝縮液２０６が大量にある場合でも網目状シート１１０により下に垂れることがなく保持することができる。   Next, in the second condensing step, most of the charged fine particles 205 are condensed in the vicinity of the tip of the collecting electrode portion 107 to generate a second condensate liquid 206. Even when the second condensate liquid 206 is in a large amount, it can be held by the mesh sheet 110 without dripping down.

図４は第二凝縮工程を表す。   FIG. 4 shows the second condensation step.

第二凝縮工程の結果、第二凝縮液２０６が収集電極部１０７の全面に広がるのを抑制できると同時に第二凝縮液２０６が収集電極部１０７の中空構造１１０から随時回収することが可能であるため、収集電極部１０７から下に垂れ落ちることがなく、装置内を汚染することを防ぐことができる。   As a result of the second condensing step, it is possible to suppress the second condensate liquid 206 from spreading over the entire surface of the collecting electrode part 107, and at the same time, the second condensate liquid 206 can be recovered from the hollow structure 110 of the collecting electrode part 107 as needed. Therefore, the inside of the apparatus can be prevented from being contaminated without dripping down from the collecting electrode portion 107.

なお、本発明の実施の形態において、収集電極部１０７は、第二冷却部１０８によって水蒸気の結露点以下に冷却されることが好ましい。   In the embodiment of the present invention, it is preferable that the collecting electrode unit 107 is cooled below the dew point of water vapor by the second cooling unit 108.

収集電極部１０７の近傍に温度計を設けて、収集電極部１０７の温度を計測しても良い。   A thermometer may be provided in the vicinity of the collecting electrode unit 107 to measure the temperature of the collecting electrode unit 107.

また収集電極部１０７の温度を制御しても良い。また、本発明の実施の形態において、収集電極部１０７を加熱して、第二凝縮液２０６を蒸発させることが好ましい。   Further, the temperature of the collecting electrode unit 107 may be controlled. In the embodiment of the present invention, it is preferable to heat the collecting electrode unit 107 to evaporate the second condensate liquid 206.

加熱時の収集電極部１０７の温度は、水の結露点以上が好ましい。   The temperature of the collecting electrode unit 107 during heating is preferably equal to or higher than the dew point of water.

これにより、不要時に試料気体が収集電極部１０７へ凝縮するのを防止できる。   Thereby, it can prevent that sample gas condenses to the collection electrode part 107 when unnecessary.

さらに、本発明の実施の形態において、熱電素子に印加する電圧の極性を反転させることで、第二冷却部１０８の冷却面を発熱面に変えることが好ましい。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, it is preferable to change the cooling surface of the second cooling unit 108 to a heat generating surface by reversing the polarity of the voltage applied to the thermoelectric element.

これにより、収集電極部１０７を加熱することができるため、第二凝縮液２０６を簡便に蒸発させることができる。   Thereby, since the collection electrode part 107 can be heated, the 2nd condensate liquid 206 can be evaporated easily.

また、本発明の実施の形態において、対向電極部１０６は水蒸気の結露点以上であることが好ましい。   In the embodiment of the present invention, it is preferable that the counter electrode portion 106 has a dew point of water vapor or higher.

対向電極部１０６を水蒸気の結露点以上に保つことにより、対向電極部１０６の外周面に帯電微粒子２０５が凝縮されるのを抑制できる。   By keeping the counter electrode unit 106 at or above the dew point of water vapor, it is possible to prevent the charged fine particles 205 from condensing on the outer peripheral surface of the counter electrode unit 106.

対向電極部１０６を水蒸気の結露点以上に保つため、対向電極部１０６に加熱機構を設けても良い。帯電微粒子２０５は、水２０１および試料気体の成分である化学物質２０２ａ、２０２ｂを含んでいることが好ましい。   In order to keep the counter electrode unit 106 at or above the dew point of water vapor, the counter electrode unit 106 may be provided with a heating mechanism. The charged fine particles 205 preferably include water 201 and chemical substances 202a and 202b which are components of the sample gas.

帯電微粒子中の水と試料気体の成分の重量比率は、試料気体中の水と試料気体の成分の重量比率と同じでも良いし、異なっていても良い。   The weight ratio of the water and sample gas components in the charged fine particles may be the same as or different from the weight ratio of the water and sample gas components in the sample gas.

また、本実施の形態において、試料気体の成分は揮発性有機化合物（特に、分子量１５以上５００以下の揮発性有機化合物）であることが好ましい。揮発性有機化合物は、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、硫化水素、メチルメルカプタン、ジスルフィドなどが好ましい。あるいは、これらの物質またはアルカン、アルケン、アルキン、ジエン、脂環式炭化水素、アレン、エーテル、カルボニル、カルバニオ、タンパク、多核芳香族、複素環、有機誘導体、生物分子、代謝物、イソプレン、イソプレノイドおよびその誘導体などでも良い。   Moreover, in this Embodiment, it is preferable that the component of sample gas is a volatile organic compound (especially volatile organic compound of molecular weight 15-500). The volatile organic compounds are preferably ketones, amines, alcohols, aromatic hydrocarbons, aldehydes, esters, organic acids, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, disulfide and the like. Alternatively, these substances or alkanes, alkenes, alkynes, dienes, cycloaliphatic hydrocarbons, allenes, ethers, carbonyls, carbanio, proteins, polynuclear aromatics, heterocycles, organic derivatives, biomolecules, metabolites, isoprene, isoprenoids and A derivative thereof may be used.

さらに、本発明の実施の形態において、収集電極部１０７は、除電されることが好ましい。たとえば帯電微粒子２０５が負に帯電している場合、収集電極部１０７へ試料気体成分が収集されるにつれ、収集電極部１０７は負に帯電する。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, it is preferable that the collecting electrode unit 107 is neutralized. For example, when the charged fine particles 205 are negatively charged, the collection electrode unit 107 is negatively charged as the sample gas component is collected by the collection electrode unit 107.

この帯電量が過剰な場合、収集電極部１０７の先端付近に帯電微粒子２０５を収集するのに困難を生じるので、除電できるようにすることが好ましい。   If this amount of charge is excessive, it will be difficult to collect the charged fine particles 205 near the tip of the collecting electrode section 107, so it is preferable to be able to remove the charge.

なお、除電は、常時行なっても良いし、適宜行なっても良い。   It should be noted that the charge removal may be performed constantly or appropriately.

また、本発明の実施の形態において、収集電極部１０７は、接地可能であることが好ましい。   In the embodiment of the present invention, it is preferable that the collecting electrode unit 107 can be grounded.

なお、本発明では接地方法を限定しない。   In the present invention, the grounding method is not limited.

また、本発明の実施の形態において、試料気体収集方法を生体分子分析装置に用いても良い。生体分子はケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、硫化水素、メチルメルカプタン、ジスルフィドなどが好ましい。あるいは、これらの物質またはアルカン、アルケン、アルキン、ジエン、脂環式炭化水素、アレン、エーテル、カルボニル、カルバニオ、タンパク、多核芳香族、複素環、有機誘導体、生物分子、代謝物、イソプレン、イソプレノイドおよびその誘導体などでも良いし、その他の生体由来の有機化合物でも良い。   In the embodiment of the present invention, the sample gas collection method may be used in a biomolecule analyzer. The biomolecules are preferably ketones, amines, alcohols, aromatic hydrocarbons, aldehydes, esters, organic acids, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, disulfide and the like. Alternatively, these substances or alkanes, alkenes, alkynes, dienes, cycloaliphatic hydrocarbons, allenes, ethers, carbonyls, carbanio, proteins, polynuclear aromatics, heterocycles, organic derivatives, biomolecules, metabolites, isoprene, isoprenoids and The derivative | guide_body etc. may be sufficient and the organic compound derived from another biological body may be sufficient.

本発明の実施の形態では、収集側の電極で凝縮液が広がらないように、電圧印加工程により針状の収集電極部１０７の先端近傍へ帯電微粒子２０５を集中させた後、第二冷却工程を行なうことで、第二凝縮工程において第二凝縮液２０６を得ることができる。電圧印加工程の後に第二冷却工程を行なうことで、第二冷却工程の後に電圧印加工程を行なう場合よりも、第二凝縮液２０６の濃度を高めることができる。   In the embodiment of the present invention, the charged fine particles 205 are concentrated in the vicinity of the tip of the needle-like collection electrode portion 107 by the voltage application process so that the condensate does not spread at the collection-side electrode, and then the second cooling process is performed. By performing, the 2nd condensate liquid 206 can be obtained in a 2nd condensation process. By performing the second cooling step after the voltage application step, the concentration of the second condensate 206 can be increased as compared with the case where the voltage application step is performed after the second cooling step.

なお、本発明の実施の形態は、静電噴霧を利用した従来のマイナスイオンミスト発生装置の形態とは大きく異なる。   The embodiment of the present invention is greatly different from the conventional negative ion mist generator using electrostatic spraying.

すなわち、従来のマイナスイオンミスト発生装置は、帯電微粒子の直径が数ｎｍ〜数十ｎｍと非常に小さい。   That is, in the conventional negative ion mist generator, the diameter of the charged fine particles is very small, from several nm to several tens of nm.

そのためナノメータサイズの帯電微粒子は（１）空気中に１０分間程度と比較的長時間浮遊する、（２）拡散性が高い、という性質を持つ。   Therefore, nanometer-sized charged fine particles have the properties of (1) floating in air for a relatively long time of about 10 minutes, and (2) high diffusibility.

これらのマイナスイオンミストの性質は肌や毛髪の保湿器、脱臭器へ適用するには大きな利点となる。   The properties of these negative ion mists are a great advantage when applied to skin and hair moisturizers and deodorizers.

しかし、これらの性質は本発明の目的である化学物質の収集には欠点となる。   However, these properties are disadvantageous for the collection of chemicals that is the object of the present invention.

したがって通常は、化学物質を収集するために、ナノメータサイズの帯電微粒子を生成する静電噴霧法を利用するという発想は生まれない。   Therefore, the idea of using an electrostatic spray method that generates nanometer-sized charged fine particles to collect chemical substances usually does not arise.

しかし、本実施の形態に記載した方法を用いれば、たとえナノメータサイズの帯電微粒子が浮遊性や拡散性を有していても、効率的に化学物質を収集することができる。   However, if the method described in this embodiment is used, chemical substances can be efficiently collected even if nanometer-sized charged fine particles have buoyancy and diffusibility.

さらに、本発明の実施の形態において、容器１０１の材料にプラスチックを用いる場合、テフロン（登録商標）が最も好ましく、アクリル樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、フッ素樹脂、ＰＤＭＳなどでも良い。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, when plastic is used as the material of the container 101, Teflon (registered trademark) is most preferable, and acrylic resin, polyethylene terephthalate (PET), polyester, fluororesin, PDMS, or the like may be used.

また、容器１０１の材料にプラスチックを用いる場合、容器１０１の内壁には金属薄膜をコーティングすることがより好ましい。金属薄膜はアルミ薄膜が安価でガスバリア性に優れるため最も好ましいが、他の金属薄膜でも良い。またはこれらを２種類以上組み合わせても良い。   Further, when plastic is used as the material of the container 101, it is more preferable to coat the inner wall of the container 101 with a metal thin film. The metal thin film is most preferable because the aluminum thin film is inexpensive and has excellent gas barrier properties, but other metal thin films may be used. Or two or more of these may be combined.

また、本発明の実施の形態において、容器１０１の材料に無機材料を用いる場合、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、窒化シリコン、アルミナ、シリコンカーバイドなどの無機物でも良いし、シリコン表面に二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタルなどの絶縁体薄膜を形成したものを用いても良い。またはこれらを２種類以上組み合わせても良い。   In the embodiment of the present invention, when an inorganic material is used as the material of the container 101, it may be an inorganic material such as quartz glass, borosilicate glass, silicon nitride, alumina, silicon carbide, or silicon dioxide or silicon nitride on the silicon surface. Alternatively, an insulating thin film such as tantalum oxide may be used. Or two or more of these may be combined.

さらに、注入口１０２および排出口１０３に設けたバルブ１０９ａおよびバルブ１０９ｂは、試料気体の流れを制御する制御弁を設けても良いし、制御弁は逆止弁でも良いし、ストップバルブでも良い。   Further, the valve 109a and the valve 109b provided at the inlet 102 and the outlet 103 may be provided with a control valve for controlling the flow of the sample gas, and the control valve may be a check valve or a stop valve.

また、注入口１０２および排出口１０３には試料気体の流量を計測する計測器を設けても良い。計測器は積算流量計でも良いし、マスフローメータでも良いし、他の流量計測器を用いても良い。   The inlet 102 and the outlet 103 may be provided with a measuring instrument that measures the flow rate of the sample gas. The measuring device may be an integrating flow meter, a mass flow meter, or another flow measuring device.

さらに、注入工程では、注入口１０２側を加圧する場合、ダイアフラムポンプやペリスタティックポンプやシリンジポンプなど電動ポンプを用いて注入しても良いし、シリンジやスポイドを使って手動で注入しても良い。   Furthermore, in the injection process, when pressurizing the injection port 102 side, the injection may be performed using an electric pump such as a diaphragm pump, a peristatic pump, or a syringe pump, or may be performed manually using a syringe or a spoid. .

また、注入工程では、排出口１０３側を減圧する場合、ダイアフラムポンプやペリスタティックポンプやシリンジポンプなど電動ポンプを用いて注入しても良いし、シリンジを使って手動で注入しても良い。   In the injection step, when the pressure on the discharge port 103 side is reduced, injection may be performed using an electric pump such as a diaphragm pump, a peristatic pump, or a syringe pump, or may be performed manually using a syringe.

さらに、第一冷却部１０５および第二冷却部１０８の放熱部には放熱フィンを設けても良い。あるいは放熱部を水冷しても良いし、空冷しても良いし、熱電素子で冷却しても良いし、他の冷却方法を用いても良い。   Furthermore, heat radiating fins may be provided in the heat radiating portions of the first cooling portion 105 and the second cooling portion 108. Alternatively, the heat radiation part may be water-cooled, air-cooled, cooled by a thermoelectric element, or another cooling method may be used.

またこれらを２種類以上組み合わせても良い。また、霧化電極部１０４には金属を用いることが最も好ましいが、他の良電気伝導性、良熱伝導性を示す材料でも良い。   Two or more of these may be combined. Moreover, although it is most preferable to use a metal for the atomizing electrode portion 104, other materials exhibiting good electrical conductivity and good thermal conductivity may be used.

さらに、本発明の実施の形態において、霧化電極部１０４は１つでも良いし、複数あっても良い。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, the atomizing electrode unit 104 may be one or plural.

霧化電極部１０４を複数個設ける場合には、直線状などのように一次元的に配列しても良いし、円周状、放物線状、楕円周状、正方格子状、斜方格子状、最密充填格子状、放射状、ランダム状などのように二次元的に配列しても良いし、球面状、放物曲面状、楕円曲面状などのように三次元的に配列しても良い。   In the case where a plurality of atomizing electrode portions 104 are provided, they may be arranged one-dimensionally such as in a straight line shape, a circular shape, a parabolic shape, an elliptical shape, a square lattice shape, an oblique lattice shape, They may be arranged two-dimensionally such as a close-packed lattice, radial, random, or three-dimensionally, such as spherical, parabolic, elliptical.

また、収集電極部１０７には金属を用いることが最も好ましいが、他の良電気伝導性、良熱伝導性を示す材料でも良い。   In addition, it is most preferable to use a metal for the collecting electrode portion 107, but other materials exhibiting good electrical conductivity and good thermal conductivity may be used.

また、本発明の実施の形態において、収集電極部１０７は１つでも良いし、複数あっても良い。収集電極部１０７を複数個設ける場合には、直線状などのように一次元的に配列しても良いし、円周状、放物線状、楕円周状、正方格子状、斜方格子状、最密充填格子状、放射状、ランダム状などのように二次元的に配列しても良いし、球面状、放物曲面状、楕円曲面状などのように三次元的に配列しても良い。   In the embodiment of the present invention, there may be one collecting electrode unit 107 or a plurality of collecting electrode units 107. When a plurality of collecting electrode portions 107 are provided, they may be arranged one-dimensionally, such as in a straight line shape, a circular shape, a parabolic shape, an elliptical shape, a square lattice shape, an oblique lattice shape, They may be arranged two-dimensionally, such as closely packed grid, radial, random, or three-dimensionally, such as spherical, parabolic, elliptical.

本発明にかかる試料気体収集方法は、収集電極上において静電噴霧された溶液が広がるのを抑制でき、さらには、先端近傍に集中して収集された溶液が下に垂れ落ちることを防ぐことができるため、試料気体中の微量な成分を分析しなければならない用途に適している。たとえば、大気汚染や水質汚濁のモニタリング装置や、バイオマーカ分析装置などであって、環境分野、化学工業分野、食品分野、医療分野などへ応用することができる。   The sample gas collecting method according to the present invention can suppress the spread of the electrostatically sprayed solution on the collecting electrode, and can further prevent the collected solution from concentrating near the tip from dripping down. Therefore, it is suitable for applications in which trace components in the sample gas must be analyzed. For example, a monitoring device for air pollution and water pollution, a biomarker analysis device, and the like can be applied to the environmental field, the chemical industry field, the food field, the medical field, and the like.

１００ 静電噴霧装置
１０１ 容器
１０２ 注入口
１０３ 排出口
１０４ 霧化電極部
１０５ 第一冷却部
１０６ 対向電極部
１０６ａ スリット
１０７ 収集電極部
１０８ 第二冷却部
１０９ａ、１０９ｂ バルブ
１１０ 中空構造
２０１ 水
２０２ａ、２０２ｂ 化学物質
２０３ 試料気体
２０４ 第一凝縮液
２０５ 帯電微粒子
２０６ 第二凝縮液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electrostatic spray apparatus 101 Container 102 Inlet 103 Outlet 104 Atomization electrode part 105 1st cooling part 106 Opposite electrode part 106a Slit 107 Collection electrode part 108 Second cooling part 109a, 109b Valve 110 Hollow structure 201 Water 202a, 202b Chemical Substance 203 Sample Gas 204 First Condensate 205 Charged Fine Particle 206 Second Condensate

Claims (16)

静電噴霧装置を用いて試料気体を収集する方法であって、
前記静電噴霧装置は、
閉鎖可能な容器と、
前記容器の一端に設けられた試料気体の注入口と、
前記容器の他端に設けられた試料気体の排出口と、
前記容器の内部に設けられた霧化電極部と、
前記霧化電極部を冷却する第一冷却部と、
前記容器の内部に設けられ、
スリットを有する対向電極部と、
前記スリットを間に挟んで前記対向電極部と対向する針状で中空構造を有する収集電極部と、
前記収集電極部を冷却する第二冷却部とを備え、
前記方法は、
前記試料気体を前記注入口から前記容器へ注入する注入工程と、
前記第一冷却部により前記霧化電極部を冷却する第一冷却工程と、
前記霧化電極部の外周面で前記試料気体を第一凝縮液にする第一凝縮工程と、
前記第一凝縮液を静電噴霧により帯電微粒子にする帯電微粒子化工程と、
前記対向電極部に対して前記収集電極部へ電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第二冷却部により前記収集電極部を冷却する第二冷却工程と、
前記収集電極部で前記帯電微粒子を第二凝縮液にする第二凝縮工程と、
前記収集電極部が前記中空構造を通して第二凝縮液を回収する回収工程と、
を順に包含する試料気体収集方法。 A method for collecting a sample gas using an electrostatic spraying device,
The electrostatic spraying device
A closable container,
A sample gas inlet provided at one end of the container;
A sample gas outlet provided at the other end of the container;
An atomizing electrode provided inside the container;
A first cooling section for cooling the atomizing electrode section;
Provided inside the container,
A counter electrode part having a slit;
A collecting electrode portion having a hollow structure in the shape of a needle facing the counter electrode portion with the slit interposed therebetween;
A second cooling part for cooling the collecting electrode part,
The method
An injection step of injecting the sample gas into the container from the injection port;
A first cooling step for cooling the atomizing electrode portion by the first cooling portion;
A first condensing step that turns the sample gas into a first condensate on the outer peripheral surface of the atomizing electrode section;
A charged fine particle forming step of making the first condensate into charged fine particles by electrostatic spraying;
A voltage application step of applying a voltage to the collecting electrode portion with respect to the counter electrode portion;
A second cooling step of cooling the collecting electrode part by the second cooling part;
A second condensing step for converting the charged fine particles into a second condensate at the collecting electrode part;
A collecting step in which the collecting electrode portion collects the second condensate through the hollow structure;
A sample gas collecting method. 前記注入工程は、少なくとも前記帯電微粒子化工程を開始するまでに終了することを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the injection step is completed at least before the charged fine particle forming step is started. 前記収集電極部の先端は下方を向いていることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein a tip of the collecting electrode portion faces downward. 前記収集電極部は、前記第二冷却部により水蒸気の結露点以下に冷却されることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the collecting electrode part is cooled to a dew point of water vapor or lower by the second cooling part. 前記第二冷却部は、熱電素子であることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the second cooling unit is a thermoelectric element. 前記熱電素子に印加する直流電圧の極性を反転させることで、前記第二冷却部の冷却面を発熱面に変えることを特徴とする請求項５に記載の試料気体収集方法。   6. The sample gas collecting method according to claim 5, wherein the cooling surface of the second cooling unit is changed to a heat generating surface by reversing the polarity of the DC voltage applied to the thermoelectric element. 前記収集電極部を加熱して、第二凝縮液を蒸発させることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the collecting electrode section is heated to evaporate the second condensate. 前記対向電極部は水蒸気の結露点以上であることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the counter electrode part has a dew point of water vapor or higher. 前記帯電微粒子は水および前記試料気体の成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collection method according to claim 1, wherein the charged fine particles include water and a component of the sample gas. 前記試料気体の成分は揮発性有機化合物であることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the component of the sample gas is a volatile organic compound. 前記揮発性有機化合物の分子量は、１５以上５００以下であることを特徴とする請求項１０に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collection method according to claim 10, wherein the molecular weight of the volatile organic compound is 15 or more and 500 or less. 前記収集電極部は、前記帯電微粒子により帯電する電荷を除去する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the collecting electrode unit has a mechanism for removing electric charges charged by the charged fine particles. 前記収集電極部は、接地可能であることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the collecting electrode unit can be grounded. 前記収集電極部の先端に、前記第二凝縮液を保持する貯留部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, further comprising a storage unit that holds the second condensate at a tip of the collecting electrode unit. 前記収集電極部の先端に、化学物質検出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, further comprising a chemical substance detection unit at a tip of the collection electrode unit. 前記中空構造の内壁が、親水性処理を施していることを特徴とする請求項１に記載の試料気体収集方法。   The sample gas collecting method according to claim 1, wherein the inner wall of the hollow structure is subjected to a hydrophilic treatment.

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