專利名稱：試料氣體收集方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將試料氣體通過靜電噴霧高效地收集于電極上的方法。
背景技術：
為了將包含DNA、抗體、蛋白質等各種化學物質的微量溶液堆積于基板上而利用靜 電噴霧，這一方案已廣為人知。例如，專利文獻1中公開的現有的靜電噴霧裝置，為將不揮發(fā)性的稀薄生物分子 溶液在基板表面上形成點狀或薄膜狀的裝置。圖14表示現有的靜電噴霧裝置。通過在裝 滿蛋白質溶液的毛細管505與電介質層504之間施加數kV的高電壓，將蛋白質溶液的氣霧 從毛細管505的前端向基板502進行噴霧。圖14所示的靜電噴霧裝置，通過控制設置于基板502上的電介質層504的導電 性，或者通過在電介質層504設置孔，生成局部的電場，將物質溶液堆積于期望的位置。對 制造將DNA、蛋白質呈點狀或薄膜狀地向基板配置而得到的所謂的DNA片(chip)、蛋白質片 而言，該方法能夠獲得一定的效果。專利文獻1 日本特表2002-511792號公報(第78頁、圖9、其他第31頁第12 13行、圖3、圖4、圖19)專利文獻2 日本發(fā)明第3952052號公報專利文獻3 日本特開平07-190990號公報(特別是圖3)專利文獻4 日本特開平07-270285號公報(特別是0001、0008段)專利文獻5 美國發(fā)明申請公開第2004/0210154號說明書(特別是0054段)

發(fā)明內容
然而，在如現有方法那樣收集側的電極為平面狀的基板時，存在被被進行靜電噴 霧的溶液在該電極上擴散于整個面的問題。為了解決上述現有的問題而完成的本發(fā)明，為使用靜電噴霧裝置來收集試料氣 體的方法，上述靜電噴霧裝置包括能夠封閉的容器；設置于上述容器的一端的試料氣體 的注入口 ；設置于上述容器的另一端的試料氣體的排出口 ；設置于上述容器的內部的霧化 電極部；設置于上述霧化電極部的附近的第一冷卻部；設置于上述容器的內部的對置電極 部；設置于上述對置電極的附近的針狀的收集電極部；和設置于上述收集電極部的附近的 第二冷卻部，上述方法依次包含將上述試料氣體從上述注入口向上述容器注入的注入工 序；通過上述第一冷卻部對上述霧化電極部進行冷卻的第一冷卻工序；在上述霧化電極部 的外周面使上述試料氣體成為第一冷凝液的第一冷凝工序；通過靜電噴霧使上述第一凝視 液成為帶電微粒的帶電微粒化工序；相對于上述對置電極部向上述收集電極部施加電壓的 電壓施加工序；和通過上述第二冷卻部對上述收集電極部進行冷卻的第二冷卻工序；和在 上述收集電極部的前端附近使上述帶電粒子成為第二冷凝液的第二冷凝工序。另外，上述注入工序優(yōu)選至少在開始上述帶電微?；ば蛑敖Y束。
此外，上述收集電極部的前端優(yōu)選朝向下方。進一步，上述收集電極部優(yōu)選被上述第二冷卻部冷卻在水蒸氣的結露點以下。此外，上述第二冷卻部優(yōu)選為熱電元件。進一步，通過使施加于上述熱電元件的直流電壓的極性反轉，將上述第二冷卻部 的冷卻面變成發(fā)熱面。此外，優(yōu)選加熱上述收集電極部，使第二冷凝液蒸發(fā)。進一步，上述對置電極部優(yōu)選為水蒸氣的結露點以上。此外，上述帶電微粒優(yōu)選包含水和上述試料氣體的成分。進一步，上述試料氣體的成分優(yōu)選為揮發(fā)性有機化合物。進一步，上述揮發(fā)性有機化合物的分子量優(yōu)選為15以上500以下。此外，上述收集電極部優(yōu)選具有除去通過上述帶電微粒而帶電的電荷的機構。進一步，上述收集電極部優(yōu)選能夠接地。此外，在上述收集電極部的前端優(yōu)選具備保持上述第二冷凝液的貯存部。進一步，在上述收集電極部的前端優(yōu)選具備化學物質檢測部。此外，生物分子分析裝置優(yōu)選使用記載于權利要求1中的試料氣體收集方法。本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征和有點，將通過參照附圖對以下的優(yōu)選實施方 式進行詳細說明而變得明確。根據本發(fā)明的試料氣體收集方法，使被進行靜電噴霧的溶液集中于針狀的收集電 極部的前端附近，因此能夠抑制被進行靜電噴霧的溶液擴散到收集電極部的整個面。此外， 在對收集電極部施加電壓之后冷卻收集電極部，因此能夠抑制被進行靜電噴霧的溶液擴散 到收集電極部的整個面。


圖1為本發(fā)明的實施方式1的靜電噴霧裝置的示意圖。圖2為表示本發(fā)明的實施方式1的試料氣體的收集方法的說明圖。圖3為表示本發(fā)明的實施方式1的試料氣體的收集方法的說明圖。圖4為表示本發(fā)明的實施方式1的試料氣體的收集方法的說明圖。圖5為表示本發(fā)明的實施方式2的試料氣體的收集方法的說明圖。圖6為表示本發(fā)明的實施方式2的試料氣體的收集方法的說明圖。圖7為表示本發(fā)明的實施方式2的試料氣體的收集方法的說明圖。圖8為表示本發(fā)明的實施方式3的試料氣體的收集方法的說明圖。圖9為表示本發(fā)明的實施方式3的試料氣體的收集方法的說明圖。圖10為表示本發(fā)明的實施方式3的試料氣體的收集方法的說明圖。圖11為對泰勒圓錐(Taylor cone)和帶電微粒的生成進行說明的圖。圖12為表示第二冷凝工序的收集電極部107的狀態(tài)的說明圖和光學顯微鏡照片。圖13為表示第二冷凝液的分析結果的圖。圖14為現有的靜電噴霧裝置的示意圖。附圖標記100靜電噴霧裝置
101容器
102注入口
103排出口
104霧化電極部
105第一冷卻部
106對置電極部
106a狹縫
107收集電極部
108第二冷卻部
109a、109b閥
201水
202a、202b化學物質
203試料氣體
204第一冷凝液
205帶電微粒
206第二冷凝液
301泰勒圓錐
302第一冷凝液
303帶電微粒
401第二冷凝液
501X-Y 級(stage)
502基板
503蛋白質點(spot)
504電介質層
505毛細管
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1為本發(fā)明的實施方式1的靜電噴霧裝置的示意圖。在本實施方式中，靜電噴霧裝置100為以下結構。容器101由隔壁與外部分隔，不能夠通過隔壁與外部進行物質的進出。容器101的 形狀可以為長方體，也可以為多面體、紡錘形、球形、流路狀。此外，就容器101的尺寸而言， 容器101的容積優(yōu)選與試料氣體的總流入量相比非常小。例如，在試料氣體的總流入量為 300cc的情況下，容器的容積優(yōu)選為6cc以下。進一步，容器101的材料優(yōu)選為吸附氣體、內 含氣體較少的材料。最優(yōu)選不銹鋼、鋁等金屬，但是也可以采用玻璃、硅等其他的無機材料， 并且也可以采用丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、特氟隆(注冊商標)等塑料。此外，也可以將 它們組合來構成容器。另外，容器101優(yōu)選為堅固的結構，但是也可以為如氣袋(air bag)、 球形管、軟管(flexible tube)、注射器等那樣的柔軟或具有可動性的結構。注入口 102設置于容器101的一端。注入口 102用于向容器101注入試料氣體。
6就設置注入口 102的位置而言，可以是能夠快速將試料氣體注入容器101的內部的部位。例 如在容器101為長方體的情況下，注入口 102更優(yōu)選容器101的面中央部而非角部。另外， 本發(fā)明對注入口 102的形狀、尺寸、材料不進行限定。注入口 102的形狀可以為如圖1所示 的直管狀，也可以是在中途設置有分支的形狀。進一步，注入口 102可以位于一個部位，也 可以位于多個部位。排出口 103設置于容器101的另一端。排出口 103用于將裝滿容器101的試料氣 體中的剩余的試料氣體排出。就設置排出口 103的位置而言，可以是將裝滿容器101的試 料氣體中的剩余的部分從容器101排出的部位。另外，本發(fā)明對排出口 103的形狀、尺寸、 材料不進行限定。排出口 103的形狀可以為如圖1所示的直管狀，也可以是在中途設置有 分支的形狀。進一步，排出口 103可以位于一個部位，也可以位于多個部位。霧化電極部104設置于容器101的內部。霧化電極部104可以位于容器101的內 部的與試料氣體接觸的位置。例如，優(yōu)選如圖1所示的那樣設置在容器101的底部中央。另 外，霧化電極部104與容器101的相接面積越小，越能夠抑制熱傳導，因而優(yōu)選。霧化電極部104的形狀優(yōu)選為針狀。針的長度優(yōu)選為3mm以上IOmm以下。此夕卜， 針的直徑優(yōu)選為0. 5mm以上1. Omm以下。針的直徑可以為從前端到根部均相同，也可以為 前端比根部細。針的數量優(yōu)選為1個，但是也可以為多個。進一步，霧化電極部104的材料優(yōu)選為導熱好的材料，最優(yōu)選為金屬。具體而言， 可以為銅、黃銅、鋁、鎳、鎢等單體金屬，也可以為將兩種以上的上述的單體金屬組合而成的 不銹鋼這樣的合金、金屬間化合物。進一步，為了保護這些霧化電極部104的表面，可以以 金、白金等化學上穩(wěn)定的金屬薄膜、其他的導熱好的材料覆蓋。第一冷卻部105設置于霧化電極部104的附近。通過第一冷卻部105冷卻霧化電 極部104。另外，第一冷卻部105最優(yōu)選為熱電元件，但是也可以為使用水這樣的制冷劑的 熱管，也可以為空氣熱交換元件，也可以為冷卻風扇。第一冷卻部105的冷卻面的表面面積 越大越能夠效率良好地冷卻霧化電極部104。從而，可以使第一冷卻部105的大小為與霧化 電極部104的接觸面積最大的大小，也可以對第一冷卻部105的冷卻面的外周面實施凹凸 加工，也可以在第一冷卻部105的冷卻面的外周面設置多孔體。第一冷卻部105可以為一 個，也可以為多個。另外，第一冷卻部105優(yōu)選與霧化電極部104直接接觸，也可以使它們經由熱傳導 性片、熱傳導性樹脂、金屬板、潤滑脂(grease)等導熱體接觸。此外，第一冷卻部105和霧 化電極部104優(yōu)選總是接觸，但是也可以適當地進行物理或熱分離。對置電極部106與霧化電極部104相對地設置。對置電極部106與霧化電極部 104構成對而用于靜電噴霧。對置電極部106與霧化電極部104的前端的距離優(yōu)選3mm以 上4mm以下。對置電極部106的形狀最優(yōu)選圓環(huán)狀。在圖1中，圓環(huán)狀的對置電極部106 以截面來表示。最優(yōu)選在針狀的霧化電極部104的延長線上具有圓環(huán)狀的對置電極部106 的中心。另外，對置電極部106的形狀可以為長方形、梯形等多角形，只要開有如帶電微粒 通過的貫通孔那樣的狹縫106a即可。另外，在本發(fā)明中，對對置電極部106的厚度不限定。 進一步，在本發(fā)明中，貫通孔的截面面積、形狀、數量不限定。對置電極部106的材料優(yōu)選為金屬。具體而言，可以為鐵、銅、鋅、鉻、鋁、鎳、鎢等 單體金屬，也可以為將兩種以上的上述的單體金屬組合而成的不銹鋼或黃銅這樣的合金、金屬間化合物。進一步，為了保護該對置電極部106的表面，可以以金、白金等化學上穩(wěn)定 的金屬薄膜、其他的導熱好的材料覆蓋。收集電極部107設置于對置電極部106的附近。此外，優(yōu)選在收集電極部107與霧 化電極部104之間設置有對置電極部106。進一步，收集電極部107、對置電極部106的貫 通孔和霧化電極部104優(yōu)選設置在大致一直線上。收集電極部107優(yōu)選設置于容器101的 頂部，霧化電極部104優(yōu)選設置于101的底部，對置電極部106優(yōu)選設置在收集電極部107 與霧化電極部104之間。收集電極部107用于通過靜電力來收集被進行靜電噴霧的帶電微 粒。收集電極部107的形狀優(yōu)選為針狀。針的長度優(yōu)選為3mm以上IOmm以下。此夕卜， 針的直徑可以為從前端到根部均相同，也可以為前端比根部細。另外，在本發(fā)明中，從收集 電極部107的前端到對置電極部106的距離不限定。進一步，收集電極部107的材料優(yōu)選 為導熱好的材料，最優(yōu)選金屬。具體而言，可以為不銹鋼、銅、黃銅、鋁、鎳、鎢等單體金屬，也 可以為將兩種以上的上述的單體金屬組合而成的合金、金屬間化合物。此外，為了保護這些 收集電極部107的表面，可以以金、白金等化學上穩(wěn)定的金屬薄膜、其他的導熱好的材料覆
至
ΓΤΠ ο另外，收集電極部107的最前端的形狀優(yōu)選為使電場集中的形狀，可以是圓錐形， 也可以是四角錐形，也可以是三角錐形，也可以是其他尖銳的形狀。此外，針狀的收集電極 部107最優(yōu)選實心的，但是也可以如導管那樣為中空的。收集電極部107可以為一個，也可 以為多個。進一步，收集電極部107的前端優(yōu)選朝向下方。通過收集電極部107的前端朝向 下方，被進行靜電噴霧的溶液受到重力而易于向前端移動，因而優(yōu)選。第二冷卻部108設置于收集電極部107的附近。第二冷卻部108用于冷卻收集電 極部107。另外，第二冷卻部108最優(yōu)選熱電元件，但是也可以為使用水這樣的制冷劑的熱 導管，也可以是空氣熱交換元件，也可以是冷卻風扇。第二冷卻部108的冷卻面的面積越大 越能夠效率良好地冷卻收集電極部107。從而，可以使第二冷卻部108的大小為與收集電極 部107的接觸面積最大的大小，也可以對第二冷卻部108的冷卻面的外周面實施凹凸加工， 也可以在第二冷卻部108的冷卻面的外周面設置多孔體。第二冷卻部108可以為一個，也 可以為多個。另外，第二冷卻部108優(yōu)選與收集電極部107直接接觸，也可以使它們經由熱傳導 性片、熱傳導性樹脂、金屬板、潤滑脂(grease)等導熱體接觸。此外，第二冷卻部108和收 集電極部107優(yōu)選總是接觸，但是也可以適當地進行物理或熱分離。此外，第二冷卻部108與第一冷卻部105最優(yōu)選能夠獨立地控制，但是也可以使第 一冷卻部105和第二冷卻部108為一體。第一冷卻部105和第二冷卻部108的大小、種類、 數量可以相同，也可以不同。在注入口 102和排出口 103優(yōu)選設置有閥109a和閥109b。優(yōu)選通過該閥109a和 109b使容器101能夠封閉。另外，在本發(fā)明中，閥109a和109b的材料、位置、種類不限定。 進一步，如果注入口 102和排出口 103的電導(- >夕·夕夕)非常小，則容器101能夠 獲得與封閉大致相同的效果。圖2 圖4為表示本發(fā)明實施方式1的試料氣體的收集方法的說明圖。另外，在
8圖2 圖4中，對于與圖1相同的結構要素，使用相同的符號，并將其說明省略。首先，在注入工序中，由水201和化學物質202a、202b構成的試料氣體203通過注 入口 102注入到容器101。圖2(a)表示注入工序。另外，為了判斷容器101的內部是否被 試料氣體203充滿，也可以在容器101的內部設置有試料氣體檢測部。該試料氣體檢測部 可以為一個，也可以為多個。另外，在本發(fā)明中，試料氣體檢測部的種類、位置不限定。此外，在注入工序中，試料氣體203的注入方法優(yōu)選通過從注入口 102側加壓來注 入，但是也可以通過將排出口 103側減壓來注入。進一步，在注入工序中，在向容器101注入試料氣體203之前，優(yōu)選在容器101的 內部裝滿潔凈的空氣。另外，在容器101的內部也可以裝滿干燥氮氣、其他的惰性氣體，也 可以裝滿具有與試料氣體相同程度的濕度的標準氣體、校正用氣體。此外，在注入工序中，剩余的試料氣體203從排出口 103排出。注入工序中的試料氣體203的注入和排出，由閥109a和閥109b控制。此外，在注 入口 102可以設置有用于防止異物混入到容器101中的捕集器(trap)。另外，為了簡便，在圖2(a)中僅記載了化學物質202a、202b兩種，但是試料氣體 203也可以包含兩種以上的成分。接著，在第一冷卻工序中，霧化電極部104由第一冷卻部105進行冷卻。圖2 (b) 表示第一冷卻工序。另外，在圖2(b)中，為了表示第一冷卻部105冷卻霧化電極部104的 狀態(tài)，以與第一冷卻部105連接的直流電源進行表示。但是，在本發(fā)明中，第一冷卻工序不 限定為將直流電源連接到第一冷卻部105。通過在上述注入工序之后進行第一冷卻工序，能夠抑制試料氣體以外的冷卻冷 凝。在第一冷卻工序中，優(yōu)選按照霧化電極部104以外的部分例如容器101不會被冷卻的方 式減小熱傳導。為了減小熱傳導，最優(yōu)選縮小霧化電極部104與容器101的接觸面積?；?者，也可以將熱傳導系數較小的材料插入到霧化電極部104與容器101的接觸部。接著，在第一冷凝工序中，被冷卻的霧化電極部104的外周面形成包含水201和化 學物質202a、202b的第一冷凝液204。圖2 (c)表示第一冷凝工序。另外，在該第一冷凝工序中，為了使第一冷凝液204的量不過剩，優(yōu)選通過第一冷 卻部105適當控制霧化電極部104的溫度。接著，在帶電微粒化工序中，從第一冷凝液201形成多個帶電微粒205。圖3 (a)表 示帶電微?；ば颉Ａ硗?，帶電微粒的形態(tài)最優(yōu)選為由數千個分子構成的微粒，但是也可以 由1個 幾百個構成的團(cluster)，也可以是數萬個以上構成的液滴。此外，也可以為將 上述兩種混雜而成。此外，在帶電微粒205中除了電中性的分子之外，也可以包含從化學物質來的離 子或自由基。此外，也可以將它們混雜。帶電微粒205優(yōu)選帶負電，但是也可以帶正電。帶電微?；姆椒?，最優(yōu)選靜電噴霧。這里，對靜電噴霧的原理進行簡單的說明。 通過在霧化電極部104與對置電極部106之間施加電壓，將第一冷凝液204輸送到霧化電 極部104的前端。在庫倫力的作用下，第一冷凝液204的液面向對置電極部106方向呈圓 錐狀地隆起。該隆起的圓錐狀的液體被稱為泰勒圓錐。進一步，當在霧化電極部104的外 周面冷凝進一步發(fā)展時，圓錐狀的第一冷凝液204成長，電荷集中于第一冷凝液204的前端 而庫倫力增大。當該庫倫力超過水的表面張力時，第一冷凝液204分裂、飛散，形成帶電微粒205。以上，為靜電噴霧的原理。在帶電微粒工序中，優(yōu)選在霧化電極部104與對置電極部106之間施加4kV以上 6kV以下的電壓。另外，本發(fā)明不限定帶電微粒205的直徑，但是從帶電微粒的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)， 優(yōu)選2nm以上30nm以下。附加于帶電微粒205的帶電量最優(yōu)選每一個微粒為與基本電荷量(1.6X 10_19C) 為相同的量，但是也可以比基本電荷量大。接著，在電壓施加工序中，相對于對置電極部106對收集電極部107施加電壓。圖 3(b)表示電壓施加工序。本來，直徑為2nm以上30nm左右的帶電微粒205在靜電力的作用 下相斥，因此易于擴散，但是通過使收集電極部107的形狀為針狀，帶電微粒205的大部分 由于靜電力的集中而容易集合于收集電極部107的前端附近。另外，在帶電微粒205帶負 電荷的情況下，優(yōu)選相對于對置電極部106對收集電極部107施加直流正電壓。電壓施加 優(yōu)選為連續(xù)地施加，但是也可以是脈沖電壓。接著，在第二冷卻工序中，由第二冷卻部108來冷卻收集電極部107。圖3(c)表示 第二冷卻工序。通過在上述電壓施加工序之后進行第二冷卻工序，能夠將集中于收集電極 部107的前端附近的帶電微粒205冷卻。接著，在第二冷凝工序中，在收集電極部107的前端附近，大部分帶電微粒205被 冷凝，生成第二冷凝液206。圖4表示第二冷凝工序。第二冷凝工序的結果是能夠抑制第二 冷凝液206擴散在收集電極部107的整個面上。另外，在本發(fā)明的實施方式中，收集電極部107優(yōu)選由第二冷卻部108將其冷卻到 水蒸氣的結露點以下。也可以在收集電極部107的附近設置溫度計來計量收集電極部107 的溫度。此外，也可以控制收集電極部107的溫度。此外，在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選將收集電極部107加熱，使第二冷凝液206蒸 發(fā)。加熱時的收集電極部107的溫度優(yōu)選為水的結露點以上。由此，能夠防止在不需要時 試料氣體冷凝于收集電極部107。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選通過將施加于熱電元件的電壓的極性反轉， 將第二冷卻部108的冷卻面變成發(fā)熱面。由此，能夠加熱收集電極部107，因此能夠簡便地 使第二冷凝液206蒸發(fā)。此外，在本發(fā)明的實施方式中，對置電極部106優(yōu)選為水蒸氣的結露點以上。通過 將對置電極部106保持在水蒸氣的結露點以上，能夠抑制帶電微粒205冷凝于對置電極部 106的外周面。為了將對置電極部106保持在水蒸氣的結露點以上，也可以對對置電極部 106設置加熱機構。帶電微粒205優(yōu)選包含水201和作為試料氣體的成分的化學物質202a、202b。帶 電微粒中的水與試料氣體的成分的重量比率可以與試料氣體中的水與試料氣體的成分的 重量比率相同，也可以不同。此外，在本發(fā)明的實施方式中，試料氣體的成分優(yōu)選為揮發(fā)性有機化合物(特別 是分子量為15以上50以下的揮發(fā)性有機化合物)。揮發(fā)性有機化合物優(yōu)選酮類、胺類、醇 類、芳香族烴類、醛類、酯類、有機酸、硫化氫、甲硫醇、二硫化物等?；蛘撸部梢詾檫@些物 質或烷烴、烯烴、炔烴、二烯、脂環(huán)式烴、丙二烯、醚、羰基、碳負離子、蛋白質、多核芳香族、雜環(huán)、有機衍生物、生物分子、代謝物、異戊二烯、異戊間二烯化合物及其衍生物等。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選對收集電極部107除電。例如在帶電微粒 205帶負電的情況下，隨著試料氣體成分被收集于收集電極部107，收集電極部107帶負電。 在該帶電量過剩的情況下，難以將帶電微粒205收集于收集電極部107的前端附近，因此優(yōu) 選使其能夠進行除電。另外，除電可以為總是進行，也可以適當地進行。此外，在本發(fā)明的實施方式中，收集電極部107優(yōu)選能夠接地。另外，在本發(fā)明中 不限定接地方法。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選在收集電極部107的前端具備保持第二冷 凝液206的貯存部。通過在收集電極部107的前端設置貯存部，能夠抑制第二冷凝液206 擴散于收集電極部107的整個面。作為貯存部，可以在收集電極部107的前端設置凹凸構 造。通過設置凹凸構造，與液體的接觸面積增加，能夠保持第二冷凝液206。此外，貯存部 的形狀可以為球形，可以為紡錘形，也可以為其他的多角體形。在貯存部為球形的情況下， 其直徑優(yōu)選為Imm以上2mm以下。此外，作為貯存部，也可以設置多孔體、納米形態(tài)(少) 7 * — A )、凝膠等吸水物質?；蛘撸部梢詫κ占姌O部107的前端的外周面進行親水處 理。作為親水處理，可以將玻璃、氧化鈦等親水材料成膜，也可以吸附或結合在末端具有硅 烷醇基、羧基、氨基、磷酸基等親水基的有機分子。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選在收集電極部107的前端具備化學物質檢 測部。另外，化學物質檢測部可以是氣相色譜儀，也可以是其他的化學物質檢測器。例如，可 以是MOSFET (金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)、ISFET (離子感應型場效應晶體管)、 雙極晶體管、有機薄膜晶體管、光極(optode)、金屬氧化物半導體傳感器、石英微天平分析 儀(QCM)、表面彈性波(SAW)元件、固體電解質氣體傳感器、電化學電池傳感器、表面波等離 子體共振(SPR)、LB膜傳感器等傳感器?；蛘?，也可以是高速液體色譜儀、質量分析裝置、核 磁共振裝置、LC-IT-TOFMS、SHIFT-MS等。此外，化學物質檢測部可以在一個部位，也可以在 多個部位。進一步，在設置有多個化學物質檢測部的情況下，該化學物質檢測部可以為相同 種類，也可以為多個種類組合。另外，在收集電極部107與化學物質檢測部之間也可以設置 有用于輸送第二冷凝液206的機構。此外，在本發(fā)明的實施方式中，也可以將試料氣體收集方法用于生物分子分析裝 置。生物分子優(yōu)選酮類、胺類、醇類、芳香族烴類、醛類、酯類、有機酸、硫化氫、甲硫醇、二硫 化物等?；蛘?，也可以為這些物質或烷烴、烯烴、炔烴、二烯、脂環(huán)式烴、丙二烯、醚、羰基、碳 負離子、蛋白質、多核芳香族、雜環(huán)、有機衍生物、生物分子、代謝物、異戊二烯、異戊間二烯 化合物及其衍生物等，也可以為來自生物的有機化合物。在本發(fā)明的實施方式中，以冷凝液不在收集側的電極擴散的方式，在利用電壓施 加工序使帶電微粒205向針狀的收集電極部107的前端附近集中之后進行第二冷卻工序， 能夠在第二冷凝工序中得到第二冷凝液206。通過在電壓施加工序之后進行第二冷卻工序， 與在第二冷卻工序之后進行電壓施加工序的情況相比，能夠提高第二冷凝液206的濃度。另外，本發(fā)明的實施方式與利用靜電噴霧的現有的負離子霧發(fā)生裝置的方式有較 大不同。即，現有的負離子霧發(fā)生裝置的帶電微粒的直徑為幾nm 幾十nm，非常小。因此， 納米大小的帶電微粒具有如下的性質(1)在空氣中浮游10分鐘左右，浮游時間較長；(2) 擴散性高。在適用于針對皮膚和頭發(fā)的保濕器、除臭器的情況下，這些負離子霧的性質成為
11較大的優(yōu)點。然而，在本發(fā)明的目的即化學物質收集的情況下，這些性質則變成缺點。因此， 通常不會產生為了收集化學物質而利用生成納米大小的帶電微粒的靜電噴霧法的想法。然 而，如果使用記載于本實施方式中的方法，即使納米大小的帶電微粒具有浮游性、擴散性， 也能夠高效地收集化學物質。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，在將塑料用于容器101的材料的情況下，最優(yōu)選 特氟隆(注冊商標)，也可以是丙烯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯(Polyester)、氟 樹脂、PDMS等。此外，在將塑料用于容器101的材料的情況下，更優(yōu)選將金屬薄膜涂敷于容 器101的內壁。金屬薄膜最優(yōu)選低價且阻氣性(gas barrier)優(yōu)異的鋁薄膜，但是也可以 為其他的金屬薄膜。此外，也可以將兩種以上進行組合。此外，在本發(fā)明的實施方式中，在將無機材料用于容器101的材料的情況下，可以 是石英玻璃、硼硅玻璃、氮化硅、氧化鋁、碳化硅等無機物，也可以使用在硅表面形成有二氧 化硅、碳化硅、氧化鉭等的絕緣體薄膜的無機材料。此外，也可以將上述的兩種以上進行組
I=I O進一步，設置于注入口 102和排出口 103的閥109a和閥109b可以設定為對試料 氣體的流動進行控制的控制閥，控制閥可以為止回閥(單向閥)，也可以為閉路閥(Stop valve)ο此外，在注入口 102和排出口 103可以設置對試料氣體的流量進行測定的計測儀 器。計測儀器可以為累計流量計，可以為質量流量計，也可以使用其他的流量計測儀器。進一步，在注入工序中，在對注入口 102 —側加壓的情況下，可以使用隔膜泵 (diaphragm pump)、 動栗(peristaltic pump)、注身寸栗(syringe pump)等電動栗來注人， 也可以使用注射器、吸水管(spuit)手動地注入。此外，在注入工序中，在對排出口 103 —側減壓的情況下，可以使用隔膜泵 (diaphragm pump)、 動栗(peristaltic pump)、注身寸栗(syringe pump)等電動栗來注人， 也可以使用注射器手動地注入。進一步，也可以在第一冷卻部105和第二冷卻部108的散熱部設置散熱風扇。或 者可以對散熱部進行水冷，可以進行空氣冷卻，也可以使用其他的冷卻方法。此外，也可以 將上述的兩種以上進行組合。此外，對霧化電極部104最優(yōu)選使用金屬，但是也可以使用其他的表現為導電性 良好、熱傳導性良好的材料。進一步，在本發(fā)明的實施方式中，霧化電極部104可以為一個，也可以為多個。在 設置有多個霧化電極部104的情況下，可以如直線狀等那樣一維地配列，也可以如圓周狀、 拋物線狀、橢圓狀、正方格子狀、斜方格子狀、最密填充格子狀、放射狀、隨機形狀等那樣二 維地配列，也可以如球面狀、拋物曲面狀、橢圓曲面狀等那樣三維地配列。此外，對收集電極部107最優(yōu)選使用金屬，但是也可以使用其他的表現為導電性 良好、熱傳導性良好的材料。此外，在本發(fā)明的實施方式中，收集電極部107可以為一個，也可以為多個。在設 置有多個收集電極部107的情況下，可以如直線狀等那樣一維地配列，也可以如圓周狀、拋 物線狀、橢圓狀、正方格子狀、斜方格子狀、最密填充格子狀、放射狀、隨機形狀等那樣二維 地配列，也可以如球面狀、拋物曲面狀、橢圓曲面狀等那樣三維地配列。
(實施方式2)圖5 圖7為表示本發(fā)明的實施方式2的試料氣體的收集方法的說明圖。在圖 5 圖7中，對與圖1 圖4相同的結構要素使用相同的符號，并省略其說明。首先，在注入工序中，由水201和化學物質202a、202b構成的試料氣體203通過注 入口 102向容器101注入。圖5(a)表示注入工序。另外，為了判斷容器101的內部是否被 試料氣體203填滿，可以在容器101的內部設置試料氣體檢測部。該試料氣體檢測部可以 為一個，也可以為多個。另外，在本發(fā)明中，試料氣體檢測部的種類、位置不限定。此外，在注入工序中，試料氣體203的注入方法優(yōu)選從注入口 102—側加壓來注 入，也可以對排出口 103進行減壓來注入。進一步，在注入工序中，在將試料氣體203向容器101注入之前，優(yōu)選容器101的 內部由干凈的空氣填滿。另外，容器101的內部可以由干燥的氮氣、其他惰性氣體填滿，也 可以由具有與試料氣體同等程度的濕度的標準氣體、校正用氣體填滿。此外，在注入工序中剩余的試料氣體203從排出口 103被排出。注入工序中的試料氣體203的注入、排出由閥109a、閥109b控制。此外，在注入口 102也可以設置用于防止異物混入容器101的捕集器(trap)。另外，為簡便起見，在圖5(a)中，化學物質202a、202b僅記載有兩種，但是試料氣 體203也可以包含兩種以上的成分。接著，在第一冷卻工序中，通過第一冷卻部105對霧化電極部104進行冷卻。圖 5(b)表示第一冷卻工序。另外，在上述注入工序之后，通過第一冷卻工序能夠抑制試料氣體 以外的冷卻冷凝。在第一冷卻工序中優(yōu)選，霧化電極部104以外的部分例如容器101熱傳 導小，以使其不被冷卻。為了降低熱傳導，最優(yōu)選減小霧化電極部104與容器101的接觸面 積?；蛘咭部梢允篃醾鲗禂递^小的材料介于霧化電極部104與容器101的接觸部之間。在第一冷凝工序中，在被冷卻后的霧化電極部104的外周面形成包含水201和化 學物質202a、202b的第一冷凝液204。圖5 (c)表示第一冷凝工序。另外，在該第一冷凝工序中，為了不使第一冷凝液204的量過剩，優(yōu)選通過第一冷 卻部105對霧化電極部104的溫度適當地進行控制。在本實施方式中，當通過第一冷凝工序充分地形成第一冷凝液204時，關閉閥 109a和閥109b。然后，在容器101與外部之間沒有氣體進出。因此，能夠抑制容器101內 的氣流。接著，在帶電微?；ば蛑?，從第一冷凝液204形成多個帶電微粒205。圖6 (a)表 示帶電微?；ば颉Ａ硗?，帶電微粒的形態(tài)最優(yōu)選由幾千個分子構成的微粒，但是也可以為 1個 幾百個構成的團(cluster)，幾萬個以上構成的液滴。此外，也可以將上述的兩種以 上進行混合。在圖6(a)中，將閥109a和閥109b涂黑是表示其關閉。此外，在帶電微粒205中除了電中性的分子之外，也可以包含從化學物質來的離 子或自由基。此外，也可以將它們混合。帶電微粒205更優(yōu)選負帶電，但是也可以正帶電。在帶電微?；ば蛑?，在霧化電極部104與對置電極部106之間優(yōu)選施加4kV以 上6kV以下的電壓。另外，本發(fā)明不限定帶電微粒205的直徑，但是從穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，帶電微粒的
13直徑優(yōu)選為2nm以上30nm以下。附加于帶電微粒205的帶電量最優(yōu)選每一個微粒為與基本電荷量(1.6X 10_19C) 相同的量，但是也可以大于基本電荷量。接著，在電壓施加工序中，相對于對置電極部106向收集電極部107施加電壓。圖 6(b)表示電壓施加工序。本來，直徑2nm以上30nm左右的帶電微粒205由于被靜電力排斥 而擴散，但是通過使收集電極部107的形狀為針狀，帶電微粒205的大部分被靜電力集中而 易于向收集電極部107的前端附近集合。另外，在帶電微粒205帶負電荷的情況下，優(yōu)選相 對于對置電極部106向收集電極部107施加直流正電壓。電壓施加優(yōu)選連續(xù)施加，但是也 可以為脈沖的方式。接著，在第二冷卻工序中，通過第二冷卻部108對收集電極部107進行冷卻。圖 6 (c)表示第二冷卻工序。在上述的電壓施加工序之后，通過進行第二冷卻工序，能夠冷卻向 收集電極部107的前端附近集中的帶電微粒205。在第二冷凝工序中，在收集電極部107的前端附近，大部分帶電微粒205被冷凝， 生成第二冷凝液206。圖7表示第二冷凝工序。第二冷凝工序的結果是，能夠抑制第二冷凝 液206在收集電極部107的整個面上擴散。另外，在本實施方式中，在帶電微?；ば蛞院?，將容器101封閉。從而，防止帶電 微粒205的運動被試料氣體203流入時所產生的氣流擾亂。這是因為，帶電微粒205優(yōu)選 主要在靜電力的作用下運動。其結果是，使得帶電微粒205容易向收集電極部107的前端
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朱口 ο(實施方式3)圖8 圖10為表示本發(fā)明的實施方式3的試料氣體的收集方法的說明圖。在圖 8 圖10中，對與圖1 圖4相同的結構要素使用相同的符號，并省略其說明。首先，在注入工序中，由水201和化學物質202a、202b構成的試料氣體203通過注 入口 102向容器101注入。圖8(a)表示注入工序。另外，為了判斷容器101的內部是否被 試料氣體203填滿，也可以在容器101的內部設置試料氣體檢測部。該試料氣體檢測部可 以為一個，也可以為多個。另外，在本發(fā)明中，試料氣體檢測部的種類、位置不限定。此外，在注入工序中，試料氣體203的注入方法優(yōu)選從注入口 102 —側進行加壓來 注入，但是也可以對排出口 103 —側進行減壓來注入。進一步，在注入工序中，在將試料氣體203向容器101注入之前，優(yōu)選容器101的 內部由干凈的空氣填滿。另外，容器101的內部也可以由干燥的氮氣、其他惰性氣體填滿， 也可以由具有與試料氣體同等程度的濕度的標準氣體、校正用氣體填滿。此外，在注入工序中剩余的試料氣體203從排出口 103被排出。注入工序中的試料氣體203的注入、排出由閥109a、閥109b控制。此外，在注入口 102也可以設置用于防止異物混入容器101的捕集器(trap)。另外，為簡便起見，在圖8(a)中，化學物質202a、202b僅記載有兩種，但是試料氣 體203也可以包含兩種以上的成分。在本實施方式中，通過注入工序使試料氣體203均勻地填滿容器101后，關閉閥 109a和閥109b。由此，在容器101與外部之間沒有氣體進出。接著，在第一冷卻工序中，通過第一冷卻部105對霧化電極部104進行冷卻。圖8(b)表示第一冷卻工序。另外，在上述的注入工序之后，通過進行第一冷卻工序能夠抑制 試料氣體以外的冷卻冷凝。在第一冷卻工序中優(yōu)選，霧化電極部104以外的部分例如容器 101熱傳導小，以使其不被冷卻。為了降低熱傳導，最優(yōu)選減小霧化電極部104與容器101 的接觸面積?；蛘咭部梢允篃醾鲗禂递^小的材料介于霧化電極部104與容器101的接觸 部之間。在第一冷凝工序中，在被冷卻后的霧化電極部104的外周面形成包含水201和化 學物質202a、202b的第一冷凝液204。圖8 (c)表示第一冷凝工序。另外，在該第一冷凝工序中，為了不使第一冷凝液204的量過剩，優(yōu)選通過第一冷 卻部105對霧化電極部104的溫度適當地進行控制。接著，在帶電微?；ば蛑校瑥牡谝焕淠?04形成多個帶電微粒205。圖9 (a)表 示帶電微?；ば?。另外，帶電微粒的形態(tài)最優(yōu)選由幾千個分子構成的微粒，但是也可以為 1個 幾百個構成的團(cluster)，幾萬個以上構成的液滴。此外，也可以將上述的兩種以 上進行混合。此外，在帶電微粒205中除了電中性的分子之外，也可以包含從化學物質來的離 子或自由基。此外，也可以將它們混合。帶電微粒205更優(yōu)選負帶電，但是也可以正帶電。在帶電微粒化工序中，在霧化電極部104與對置電極部106之間優(yōu)選施加4kV以 上6kV以下的電壓。另外，本發(fā)明不限定帶電微粒205的直徑，但是從穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，帶電微粒的 直徑優(yōu)選為2nm以上30nm以下。附加于帶電微粒205的帶電量最優(yōu)選每一個微粒為與基本電荷量(1.6X 10_19C) 相同的量，但是也可以大于基本電荷量。另外，在本實施方式中，在第一冷卻工序以后，將容器101封閉。從而，帶電微粒 205不會向容器101的外部流失。接著，在電壓施加工序中，相對于對置電極部106向收集電極部107施加電壓。圖 9(b)表示電壓施加工序。本來，直徑2nm以上30nm左右的帶電微粒205由于被靜電力排斥 而容易擴散，但是通過將收集電極部107的形狀設定為針狀，帶電微粒205的大部分被靜電 力集中而易于向收集電極部107的前端附近集合。另外，在帶電微粒205帶負電荷的情況 下，優(yōu)選相對于對置電極部106向收集電極部107施加直流正電壓。電壓施加優(yōu)選連續(xù)施 加，但是也可以為脈沖的方式。接著，在第二冷卻工序中，通過第二冷卻部108對收集電極部107進行冷卻。圖 9 (c)表示第二冷卻工序。在上述的電壓施加工序之后，通過進行第二冷卻工序，能夠冷卻向 收集電極部107的前端附近集中的帶電微粒205。在第二冷凝工序中，在收集電極部107的前端附近，大部分帶電微粒205被冷凝， 生成第二冷凝液206。圖10表示第二冷凝工序。第二冷凝工序的結果是，能夠抑制第二冷 凝液206在收集電極部107的整個面上擴散。另外，試料氣體203為電中性，因此不僅在針狀的收集電極部107的前端，還在側 面也不進行帶電微粒化而是直接成為冷凝液。但是，在本發(fā)明的實施方式中，在第一冷卻工 序以后，將容器101封閉，因此不會有新的試料氣體203流入。從而，試料氣體203直接在 收集電極部107上成為冷凝液的比例較少，能夠抑制在收集電極部107的整個面上擴散。
進一步，在本發(fā)明的實施方式中，帶電微粒205不從容器101流出。此時，容器101 中的帶電微粒205的數量增多，因此第二冷凝液206集中于收集電極部107的前端。其結 果是，能夠抑制在收集電極部107的整個面上擴散。(實施例1)容器101由厚度為0. 5謹的透明丙烯樹脂制作。令容器101為32謹X 17謹X 12謹 的長方體。以透明體制作容器101是為了能夠觀察冷凝液的形成過程，因此更優(yōu)選。此外， 容器101也可以為一體成型。注入口 102在容器101的一端形成直徑為3mm的貫通孔，連接有外徑為3mm的硅膠 管(silicone tube)。另外，在本發(fā)明中，注入口 102的形成方法并不限定。也可以在將容 器101—體成型時同時地形成，也可以通過切削加工來形成，也可以使用干蝕刻、熱壓花、 納米壓印等其他的一般的形成方法。排出口 103在容器101的另一端形成直徑為3mm的貫通孔，連接有外徑為3mm的 硅膠管。另外，在本發(fā)明中，排出口 103的形成方法并不限定。也可以在將容器101—體成 型時同時地形成，也可以通過切削加工來形成，也可以使用干蝕刻、熱壓花、納米壓印等其 他的一般的形成方法。作為霧化電極部104，將不銹鋼制針設置在容器101的內部。不銹鋼制針的長度為 3mm，直徑最粗的部分為0. 79mm，最細的部分為0. 5mm。此外，在不銹鋼制針的前端設置有直 徑為0. 72mm的球，使得能夠穩(wěn)定地進行帶電微?；ば颉＿M一步，在球的最前端設置有直 徑為IOOym的半球狀的突起。霧化電極部104的一端連接有電壓施加用的導線。另外，霧 化電極部104設置在容器101的底部。此外，霧化電極部104的前端部設置為朝向上方。作為第一冷卻部105，將熱電元件設置在霧化電極部104的附近。熱電元件的大小 為14mmX 14mmX 1mm。使用最大吸熱為0. 9W，最大溫度差為69°C的熱電元件。熱電元件的 冷卻面被陶瓷材料覆蓋。陶瓷材料在表面具有微細的凹凸、多孔體構造，因此能夠高效地冷 卻接觸的物體。另外，第一冷卻部105與霧化電極部104經由熱傳導性膏連接。對置電極部106設置在與霧化電極部104的前端離開3mm的部位。對置電極部 106使用形狀為外徑12mm、內徑8mm、厚度0. 47mm的圓環(huán)狀的不銹鋼板。在對置電極部106 的一端連接有電壓施加用的導線。作為收集電極部107，將不銹鋼制針設置在對置電極部106的附近。不銹鋼制針的 長度為長度為3mm，直徑最粗的部分為0. 79mm，最細的部分為0. 5mm。此外，在不銹鋼制針的 前端設置有直徑為0. 72mm的球。進一步，在球的最前端設置有直徑為100 μ m的半球狀的 突起。另外，收集電極部107的前端設置為朝向下方。收集電極部107的一端連接有電壓 施加用的導線。作為第二冷卻部108，將熱電元件設置在收集電極部107的附近。熱電元件的大小 為14mmX 14mmX 1mm。使用最大吸熱為0. 9W，最大溫度差為69°C的熱電元件。熱電元件的 冷卻面被陶瓷材料覆蓋。陶瓷材料在表面具有微細的凹凸、多孔體構造，因此能夠高效地冷 卻接觸的物體。另外，第二冷卻部108與收集電極部107經由熱傳導性膏連接。接著，對靜電噴霧裝置的操作步驟進行說明。在注入工序中，將試料氣體從注入口 102注入容器101。在本實施例中，容器101 的容積為6. 5mL,以500mL/分的流速注入試料氣體。
另外，在本實施例中，作為試料氣體，使用將干燥氮氣氣體依次導入水和醋酸 0. 3%水溶液、氣泡后所得到的氣體。在注入工序中，在將試料氣體注入容器101之前，干燥氮氣氣體充滿容器101的內部。此外，在注入工序中，剩余的試料氣體通過排出口 103排出。接著，作為第一冷卻工序，通過熱電元件冷卻霧化電極部104。霧化電極部104的 溫度在動作之前為26°C，30秒后降低到15°C。另外，霧化電極部104的溫度測定是使用K 型的熱電偶來進行的。霧化電極部104的溫度優(yōu)選冷卻到水的結露點以下。然后，在第一冷凝工序中，在熱電元件動作開始5秒后，在霧化電極部104的外周 面開始形成第一冷凝液204。在第一冷凝液204的形成初始階段時直徑為10 μ m以下的液 滴，但是隨著時間的經過，液滴成長，在熱電元件動作開始10秒后獲得充分的液量。另外， 霧化電極部104中的第一冷凝液204的形成使用顯微鏡(KEYENCE公司制，VH-6300)進行 觀察。接著，作為帶電微?；ば?，使第一冷凝液204為多個帶電微粒205。帶電微粒化 205利用靜電噴霧進行。另外，也如在上述的實施方式1中所述的那樣，在靜電噴霧的初始 階段產生電暈放電，但是本發(fā)明的帶電微?；ば蛑幸部梢园撾姇灧烹?。從帶電微粒205的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，帶電微粒205的直徑優(yōu)選為2nm以上30nm 以下。帶電微粒205優(yōu)選每1個單獨地存在，但是也可以多個接合。在帶電微?；ば蛑?，在霧化電極部104與對置電極部106之間施加有DC5kV。此 時，使霧化電極部104為陰極，對置電極部106為陽極。即使以霧化電極部104為陽極，對 置電極部106為陰極，也能夠得到相同的效果，但是帶電微粒工序比較不穩(wěn)定。在帶電微?；ば蛑校陟F化電極部104的前端形成有被稱為泰勒圓錐的圓錐形 的水柱，從該水柱的前端釋放包含化學物質的多個帶電微粒。圖11是對泰勒圓錐和帶電微 粒的生成進行說明的圖。形成泰勒圓錐301的第一冷凝液302被依次向霧化電極部104的 前端方向輸送。從泰勒圓錐301的最前端即電場集中的部位形成有帶電微粒303。另外，在帶電微?；ば蛑校瑢α鹘涭F化電極部104與對置電極部106之間的電流 進行計測。在過剩的電流流動的情況下，中斷霧化電極部104與對置電極部106之間的電 壓施加或使施加電壓減少。接著，在電壓施加工序中，在對置電極部106與收集電極部107之間施加DC500V。 通過電壓施加工序，能夠通過靜電力將帶電微粒205向收集電極部107的前端附近手機。 另外，在本實施例中，相對于對置電極部106向收集電極部107施加正電壓。施加在對置電 極部106與收集電極部107之間的電壓的大小優(yōu)選OV以上5kV以下，進一步優(yōu)選OV以上 500V以下。另外，在帶電微粒205帶負電的情況下，最優(yōu)選向收集電極部107施加正電壓。接著，作為第二冷卻工序，利用第二冷卻部108冷卻收集電極部107。收集電極部 107的溫度在動作之前為26°C，30秒后降低到15°C。另外，收集電極部107的溫度測定是 使用K型的熱電偶來進行的。收集電極部107的溫度優(yōu)選冷卻到水的結露點以下。通過在 電壓施加工序之后進行第二冷卻工序，能夠在收集電極部107的前端附近冷卻大部分帶電 微粒205。在第二冷凝工序中，使帶電微粒205向收集電極部107的前端附近冷凝，得到第二冷凝液206。另外，收集電極部107的溫度優(yōu)選根據第二冷凝液206的生成量來適當地進行 控制。此外，從帶電微粒205的壽命的觀點出發(fā)，優(yōu)選最遲在帶電微粒工序開始10分后，開
始第二冷凝工序。圖12(a)是表示第二冷凝工序中的收集電極部107的狀態(tài)的說明圖，圖12(b)是 最前端部的光學顯微鏡照片。如圖12(a)和圖12(b)所示，能夠將第二冷凝液401收集在 收集電極部107的前端附近。另外，靜電力也施加于第二冷凝液401自身，能夠抑制液滴擴 散。進一步，收集電極部107的前端向著下方設置，因此重力施加于第二冷凝液401、能夠抑 制液滴擴散。在第二冷凝工序之后，在收集電極部107的前端附近能夠蓄積大約1 μ L的第二冷 凝液206。從注入工序到第二冷凝工序為止所需時間為2分鐘。另外，為了確認在第二冷凝液206中包含醋酸，用注射器提取第二冷凝液206，進 行氣體色譜分析。在分析中，使用GL sciences公司生產的GC-4000。圖13是第二冷凝液206的分析結果。縱軸表示醋酸的氣體色譜的峰面積，峰面積 越大意味著包含在第二冷凝液206中的醋酸濃度越高。橫軸是相當于對置電極部106對收 集電極部107施加的電壓Vc。另外，收集電壓Vc的符號在以對置電極部為陰極、收集電極 部為陽極的情況下為正。如圖13所示，在第二冷凝液206中包含醋酸。此外，隨收集電壓Vc增大，第二冷 凝液206中的醋酸的濃度具有增大的傾向，將Vc = OV與Vc = 500V相比，第二冷凝液206 中的醋酸濃度變成大約兩倍，根據本發(fā)明，也可知具有使進行靜電噴霧后的溶液被濃縮等 從屬的效果。根據圖13的結果，表現為在電壓施加工序之后更高效地進行第二冷卻工序。在Vc =500V時的結果與電壓施加工序之后進行第二冷卻工序的情況對應。在Vc = OV時的結 果與第二冷卻工序之后進行電壓施加工序的情況對應。在電壓施加工序之后進行第二冷卻 工序的情況，相比于在第二冷卻工序之后進行電壓施加工序的情況，第二冷凝液206的濃 度較高。因此，優(yōu)選電壓施加工序之后進行第二冷卻工序。另外，分析條件如下所述。在分析柱(column)中使用毛細柱。毛細柱的內徑為 0. 53mm，長度為30m。載氣是氦氣。爐溫度是160°C。注入溫度和氫火焰離子化檢測器(FID) 溫度分別為250°C。分析之后，從容器101取下收集電極部107，用甲醇清洗。此外，為了將附著于收集電極部107的第二冷凝液206除去，對收集電極部107進 行加熱。為了加熱收集電極部107，使用熱電元件。另外，該熱電元件使用與在第二冷卻工 序中冷卻收集電極部107時相同種類的熱電元件。在加熱收集電極部107時，施加于熱電 元件的電壓的極性與冷卻收集電極部107時翻轉。進一步，在帶電微?；ば蚧螂妷菏┘庸ば蛑?，進行收集電極部107的除電。除電 通過將收集電極部107接地來進行。此外，從注入工序起至第二冷凝工序為止，對置電極部106的溫度保持在水的結 露點以上。由此，不能看到在對置電極部106的外周面生成冷凝液的現象。(實施例2)省略關于與實施例1相同的結構要素的說明，僅對靜電噴霧裝置的操作步驟進行說明。在注入工序中，將試料氣體從注入口 102向容器101注入。在本實施例中，容器 101的容積為6. 5mL,以500mL/分的流速注入試料氣體。另外，在本實施例中，作為試料氣體，使用將干燥的氮氣依次導入水和醋酸0.3% 水溶液并氣泡后所得到的氣體。在注入工序中，將試料氣體注入容器101之前，在容器101的內部充滿干燥的氮氣。此外，在注入工序中，剩余的試料氣體通過排出口 103排出。接著，作為第一冷卻工序，通過熱電元件對霧化電極部104進行冷卻。霧化電極部 104的溫度在動作之前是26°C，但是30秒之后降低到15°C。另外，霧化電極部104的溫度 測量使用K型的熱電偶來進行。霧化電極部104的溫度優(yōu)選被冷卻到水的結露點以下。然后，在第一冷凝工序中，熱電元件動作開始5秒之后在霧化電極部104的外周面 開始形成第一冷凝液204。在第一冷凝液204的形成初始階段是直徑10 μ m以下的液滴，但 是隨著時間的經過液滴成長，熱電元件動作開始10秒之后得到充分的液量。另外，霧化電 極部104中的第一冷凝液204的形成使用顯微鏡(KEYENCE公司制，VH-6300)進行觀察。在開始帶電微?；ば蛑?，將設置于注入口 102和排出口 103的閥109a和109b 關閉。由此，向容器101注入試料氣體203的注入工序結束。接著，作為帶電微?；ば?，使第一冷凝液204為大量帶電微粒205。帶電微?；?205利用靜電噴霧進行。另外，也如在上述的實施方式1中所述的那樣，在靜電噴霧的初始 階段，產生電暈放電，但是其也可包含在本發(fā)明的帶電微?；ば蛑?。從帶電微粒205的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，優(yōu)選帶電微粒205的直徑為2nm以上30nm 以下。帶電微粒205優(yōu)選每1個單獨存在，但是也可以由多個結合而成。另外，在帶電微?；ば蛑校陟F化電極部104與對置電極部106之間施加有 DC5kV。此時，霧化電極部104為陰極，對置電極部106為陽極。在帶電微粒化工序中，在霧化電極部104的前端形成被稱為泰勒圓錐的圓錐形的 水柱，從該水柱的前端釋放出包含化學物質的大量的帶電微粒。另外，在帶電微?；ば蛑?，對在霧化電極部104與對置電極部106之間流動的電 流進行測量。在流動有過剩電流的情況下，中斷在霧化電極部104與對置電極部106之間 的電壓施加，或減少施加電壓。接著，在電壓施加工序中，在對置電極部106與收集電極部107之間施加DC500V。 通過電壓施加工序，能夠通過靜電力將帶電微粒205收集到收集電極部107的前端附近。 另外，在本實施例中，相對于對置電極部106對收集電極部107施加正電壓。在對置電極部 106與收集電極部107之間施加的電壓的大小優(yōu)選為OV以上5kV以下，更優(yōu)選OV以上500V 以下。另外，在帶電微粒205帶負電的情況下，最優(yōu)選向收集電極部107施加正電壓。接著，使用第二冷卻部108對收集電極部107進行冷卻。收集電極部107的溫度 在動作之前為26°C，30秒后降低到15°C。另外，收集電極部107的溫度測定是使用K型的 熱電偶來進行的。收集電極部107的溫度優(yōu)選冷卻到水的結露點以下。在第二冷凝工序中，使帶電微粒205冷凝在收集電極部107的前端附近，得到第二 冷凝液206。另外，收集電極部107的溫度優(yōu)選根據第二冷凝液206的生成量進行適當控制。此外，從帶電微粒205的壽命的觀點出發(fā)，優(yōu)選最遲到帶電微粒工序開始10分鐘為止
開始第二冷凝工序。在第二冷凝工序之后，在收集電極部107的前端附近能夠蓄積大約1 μ L的第二冷 凝液206。(實施例3)省略關于與實施例1相同的結構要素的說明，僅對靜電噴霧裝置的操作步驟進行 說明。在注入工序中，將試料氣體從注入口 102向容器101注入。在本實施例中，容器 101的容積為6. 5mL,以500mL/分的流速注入試料氣體。另外，在本實施例中，作為試料氣體，使用將干燥的氮氣依次導入水和醋酸0.3% 水溶液并氣泡后所得到的氣體。在注入工序中，將試料氣體注入容器101之前，在容器101的內部充滿干燥的氮氣。此外，在注入工序中，剩余的試料氣體通過排出口 103排出。在開始第一冷卻工序之前，將分別設置于注入口 102和排出口 103的閥109a和 109b關閉。由此，向容器101注入試料氣體203的注入工序結束。接著，作為第一冷卻工序，通過熱電元件對霧化電極部104進行冷卻。霧化電極部 104的溫度在動作之前是26°C，但是30秒之后降低到15°C。另外，霧化電極部104的溫度 測量使用K型的熱電偶來進行。霧化電極部104的溫度優(yōu)選被冷卻到水的結露點以下。然后，在第一冷凝工序中，熱電元件動作開始5秒之后在霧化電極部104的外周面 開始形成第一冷凝液204。在第一冷凝液204的形成初始階段是直徑10 μ m以下的液滴，但 是隨著時間的經過液滴成長，熱電元件動作開始10秒之后得到充分的液量。另外，霧化電 極部104中的第一冷凝液204的形成使用顯微鏡(KEYENCE公司制，VH-6300)進行觀察。接著，作為帶電微?；ば?，使第一冷凝液204為大量的帶電微粒205。帶電微粒 化205利用靜電噴霧進行。另外，也如在上述的實施方式1中所述的那樣，在靜電噴霧的初 始階段，產生電暈放電，但是其也可包含在本發(fā)明的帶電微粒化工序中。從帶電微粒205的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，優(yōu)選帶電微粒205的直徑為2nm以上30nm 以下。帶電微粒205優(yōu)選每1個單獨存在，但是也可以由多個結合而成。另外，在帶電微?；ば蛑校陟F化電極部104與對置電極部106之間施加有 DC5kV。此時，令霧化電極部104為陰極，對置電極部106為陽極。在帶電微?；ば蛑校陟F化電極部104的前端形成被稱為泰勒圓錐的圓錐形的 水柱，從該水柱的前端釋放出包含化學物質的大量的帶電微粒。另外，在帶電微?；ば蛑?，對在霧化電極部104與對置電極部106之間流動的電 流進行測量。在流動有過剩電流的情況下，中斷在霧化電極部104與對置電極部106之間 的電壓施加，或減少施加電壓。接著，在電壓施加工序中，在對置電極部106與收集電極部107之間施加DC500V。 通過電壓施加工序，能夠通過靜電力將帶電微粒205收集到收集電極部107的前端附近。 另外，在本實施例中，相對于對置電極部106對收集電極部107施加正電壓。在對置電極部 106與收集電極部107之間施加的電壓的大小優(yōu)選為OV以上5kV以下，更優(yōu)選OV以上500V以下。另外，在帶電微粒205帶負電的情況下，最優(yōu)選向收集電極部107施加正電壓。接著，使用第二冷卻部108對收集電極部107進行冷卻。收集電極部107的溫度 在動作之前為26°C，30秒后降低到15°C。另外，收集電極部107的溫度測定是使用K型的 熱電偶來進行的。收集電極部107的溫度優(yōu)選冷卻到水的結露點以下。在第二冷凝工序中，使帶電微粒205冷凝在收集電極部107的前端附近，得到第二 冷凝液206。另外，收集電極部107的溫度優(yōu)選根據第二冷凝液206的生成量進行適當控 制。此外，從帶電微粒205的壽命的觀點出發(fā)，優(yōu)選最遲到帶電微粒工序開始10分鐘為止 開始第二冷凝工序。在第二冷凝工序之后，在收集電極部107的前端附近能夠蓄積大約1 μ L的第二冷 凝液206?；谏鲜稣f明，對本領域的技術人員而言，能夠了解到本發(fā)明的眾多改良、其他實 施方式。因此，上述說明僅應當被解釋為例示，是以告知本領域的技術人員實現本發(fā)明的最 佳的方式為目的而提供的。能夠不脫離本發(fā)明的宗旨地、對該構造和/或功能的詳細內容 進行實質性變更。本發(fā)明的試料氣體的收集方法適用于為了能夠抑制靜電噴霧后的溶液在收集電 極上擴散而必須對試料氣體中的微量的成分進行分析的用途。例如，監(jiān)控大氣污染、水質污 濁的監(jiān)測裝置或生物標志物(〃 〃 * 7—力)分析裝置等，能夠應用于環(huán)境領域、化學工業(yè) 領域、食品領域、醫(yī)療領域等。
權利要求
一種試料氣體收集方法，使用靜電噴霧裝置來收集試料氣體，其特征在于所述靜電噴霧裝置包括能夠封閉的容器；設置于所述容器的一端的試料氣體的注入口；設置于所述容器的另一端的試料氣體的排出口；設置于所述容器的內部的霧化電極部；對所述霧化電極部進行冷卻的第一冷卻部；設置于所述容器的內部、并具有狹縫的對置電極部；夾著所述狹縫與所述對置電極相對的針狀的收集電極部；和對所述收集電極部進行冷卻的的第二冷卻部，所述試料氣體收集方法依次包括將所述試料氣體從所述注入口向所述容器注入的注入工序；通過所述第一冷卻部對所述霧化電極部進行冷卻的第一冷卻工序；在所述霧化電極部的外周面使所述試料氣體成為第一冷凝液的第一冷凝工序；通過靜電噴霧使所述第一凝視液成為帶電微粒的帶電微?；ば?；相對于所述對置電極部向所述收集電極部施加電壓的電壓施加工序；通過所述第二冷卻部對所述收集電極部進行冷卻的第二冷卻工序；和在所述收集電極部的前端附近使所述帶電微粒成為第二冷凝液的第二冷凝工序。
2.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述注入工序至少在開始所述帶電微粒化工序之前結束。
3.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述收集電極部的前端朝向下方。
4.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于所述收集電極部通過所述第二冷卻部冷卻到水蒸氣的結露點以下。
5.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述第二冷卻部優(yōu)選為熱電元件。
6.如權利要求5所述的試料氣體收集方法，其特征在于通過使施加于所述熱電元件的直流電壓的極性翻轉，將所述第二冷卻部的冷卻面變成 發(fā)熱面。
7.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 加熱所述收集電極部，使第二冷凝液蒸發(fā)。
8.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述對置電極部為水蒸氣的結露點以上。
9.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述帶電微粒包含水和所述試料氣體的成分。
10.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述試料氣體的成分為揮發(fā)性有機化合物。
11.如權利要求10所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述揮發(fā)性有機化合物的分子量為15以上500以下。
12.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于所述收集電極部具有除去通過所述帶電微粒而帶電的電荷的機構。
13.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 所述收集電極部能夠接地。
14.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 在所述收集電極部的前端具備保持所述第二冷凝液的貯存部。
15.如權利要求1所述的試料氣體收集方法，其特征在于 在所述收集電極部的前端具備化學物質檢測部。
16.一種生物分子分析裝置，其特征在于使用如權利要求1所述的試料氣體收集方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種試料氣體收集方法，靜電噴霧裝置包括能夠封閉的容器(101)；設置于上述容器的一端的試料氣體的注入口(102)；設置于上述容器的另一端的試料氣體的排出口(103)；設置于上述容器的內部的霧化電極部(104)；設置于上述霧化電極部的附近的第一冷卻部(105)；設置于上述容器的內部的對置電極部(106)；設置于上述對置電極的附近的針狀的收集電極部(107)；和設置于上述收集電極部的附近的第二冷卻部(108)。將上述試料氣體冷卻冷凝后，使其變成帶電微粒。被帶電微?；脑嚵蠚怏w在通過靜電力而收集于上述收集電極部107之后，被冷卻冷凝。通過以上的方法，能夠抑制溶液在收集電極上擴散。
文檔編號G01N1/22GK101932923SQ20098010399
公開日2010年12月29日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權日2008年2月5日
發(fā)明者岡弘章, 沖明男 申請人:松下電器產業(yè)株式會社