分析用ネブライザー

ネブライザーという一般的な用語は、液体を微細な霧に変換する装置を指します。ノズルも液体を微細な霧に変換しますが、これは小さな穴を通して圧力をかけることによって行います。ネブライザーは一般にガスの流れを利用して霧を送ります。最も一般的なネブライザーは、喘息用吸入器やペイントスプレー缶などの医療機器です。分析用ネブライザーは、元素分析のために分光計に微細な霧を送ることを目的とした特別なカテゴリです。これらは、誘導結合プラズマ発光分光法( ICP-AES )、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)、および原子吸光分光法(AAS) に必要な部品です。

分析用ネブライザーは微量元素分析に使用されます。このタイプの作業は、製薬および臨床研究、生物学、環境および農業評価、石油試験の分野で重要な役割を果たします。また、原子力用途にも使用されます。

ほとんどの分析用空気圧式ネブライザーは、液体を霧化するために同じ基本原理 (誘導)を使用しています。高圧のガスが小さな穴 (オリフィス) から低圧のガスに出るときに、低圧ゾーンにガスジェットが形成され、低圧ガスがオリフィスから押し出されます。これにより、低圧ガスゾーンに流れが生成され、低圧ガスの一部が高圧ガスジェットに引き込まれます。オリフィスでは、低圧ガスの引き込みによってかなりの吸引力が生成されます。その程度は、差圧、オリフィスのサイズ、オリフィスと周囲の装置の形状によって異なります。すべての空気圧誘導式ネブライザーでは、オリフィス付近の吸引力を利用して液体をガスジェットに引き込みます。このプロセスで液体は小さな液滴に分解されます。

現在の誘導空気圧ネブライザーの設計は、次の 5 つのカテゴリに分類されます。1. 同心: ガス流に囲まれた液体流、または液体流に囲まれたガス流。2. クロスフロー: 液体流に対して直角のガス流。3. エントレインメント: ガスと液体がシステム内で混合され、複合流として放出されます。4. バビントンおよび V 溝: 液体は表面張力を下げるために表面に広げられ、ガスオリフィスを通過します。5. 平行パス: 液体はガスオリフィスの横に供給され、誘導によって液体がガス流に引き込まれます。

新しい非誘導ネブライザーには、さらに 3 つのカテゴリがあります: 6. 強化並列パス: 液体はガス オリフィスの横に供給され、表面張力によって注ぎ口に沿ってガス ストリームに引き込まれます。7: フロー ブラー: 液体は圧力によってガス ストリームに注入されます。8. 振動メッシュ: 液体は振動する超音波プレートによって小さな穴に押し出されます。

同心円ネブライザーには、液体が入った中央毛細管とガスが入った外側毛細管があります。ガスは誘導によって液体をガス流に引き込み、液体はガス流に移動するときに細かい霧に分解されます。理論上は、ガスを中央に、液体を外側毛細管に入れ替えることができますが、一般的にはガスを外側、液体を内側に入れた方がうまく機能します。^[1]カナダで最初の同心円特許は、1873 年 4 月 18 日のカナダ特許 #2405 です。バーナーにオイルをよりよく噴霧するように設計されました。設計はより大型ですが、基本的には現代の分析用ネブライザーと同じです。分光計用に開発された最初のものは、1973 年にカリフォルニアのマインハルト博士が開発したガラス設計でした。^[2]彼の設計により、初期の ICP ユーザーは一貫したサンプル導入ネブライザーを使用できましたが、すぐに詰まりました。今日では多くの企業がガラス同心円を製造しており、1997 年以降はテフロン同心円も利用可能になりました。

クロスフローネブライザーには、液体毛細管に対して直角にガス毛細管が設置されています。ガスは液体毛細管を横切って吹き付けられ、これにより低圧が発生し、液体がガス流に引き込まれます。一般的に、吸引力は同心ネブライザーで生成されるものと似ています。クロスフローの利点は、液体毛細管の内径が大きいため、ネブライザーを詰まらせることなく、より多くの粒子が通過できることです。欠点は、通常、霧がそれほど細かくなく、一貫性がないことです。^[3]

現在、この技術を使用している分析用ネブライザーはありませんが、一部の石油バーナーでは使用されています。新しい同心円状およびクロスフローの方がはるかに優れており、製造も簡単なため、主にかなり古い設計で使用されています。

V 溝ネブライザーは、液体がガス毛細管に対して直角に毛細管で供給されるという点でクロスフローに似ていますが、液体はガスオリフィスを通り過ぎて流れる垂直方向の溝に注がれます。ガスは液体をガス流に引き込み、細かい霧を形成します。これにより、非常に大きな ID の液体毛細管が可能になりますが、吸引力がなく、液体をデバイスに送るにはポンプが必要です。正しい方向に向けないと、液体がガス流を通り過ぎません。また、そのミストは通常​​、同心円またはクロスフローよりも大きな液滴を生成します。

この設計は、Burgener Research Inc. の John Burgener 氏によって開発されました。ここでは、ガス流とサンプルが並列の毛細管を通ってネブライザーを通過します。ネブライザーの先端で、液体がガス流に引き込まれ、その後、ミストとしてチャンバー内に拡散されます。

この設計は、Burgener Research Inc. の John Burgener 氏によって開発されました。^[4]ここでは、ガス流とサンプルが並列の毛細管を通ってネブライザーを通過します。ネブライザーの先端では、表面張力によって液体がガス流に浸る注ぎ口に沿ってガス流に引き込まれます。これにより、ガスが液体に衝突し、ガス流の速度が最も速いガス流の中心で液体が相互作用し、ガスから液体へのエネルギー伝達が改善され、より細かい液滴サイズが生成されます。Burgener Mira Mist ネブライザーは、Enhanced Parallel Path 方式を採用した主な製品です。

これは、サンプルとガスを混合するために誘導を使用しない新しいタイプのネブライザーです。代わりに、ここでは空気圧霧化が採用されており、還流セルを使用して流体のマイクロ混合が行われます。^[5]これは、液体とガスの乱流混合があることを意味し、その結果、優れた感度と非常に効率的な結果が得られます。OneNeb は、この種の唯一の例です。

2011 年以降、この超音波ネブライザーのバリエーションが利用可能になりました。振動膜には微細な穴が開いています。サンプルは背面から入り、膜が振動すると穴に押し出されます。これにより、穴のサイズに比例した液滴サイズの微細なミストが生成されます。この方法はガスの流れを必要とせず、チャンバーと組み合わせて使用​​されます。液滴が 5μm 未満の場合、チャンバーの壁に付着するには小さすぎるため、サンプルの 90～100% がトーチに到達するまでチャンバーは乾燥したままになります。

医療用ネブライザーの初期の歴史については、こちらで読むことができます。ICP / ICP-MSの導入以降の分析用ネブライザーの発展は以下の通りです。^[6]

1970年代 調整可能なクロスフロー（米国特許番号4,344,574）^[7]

1974 マインハルト コンセントリック

1978 V溝（サッデンドルフとボイヤー）（米国特許番号4,206,160）^[8]

1980 柱と柱（ガルバリーノとテイラー著）

1983 GMK ネブライザー: ガラス バビントン V 溝

1983 マインハルト C型ネブライザー

1983 精密ガラス吹き（マインハードA型に類似）

1983 ジャレル アッシュ (サーモ) サファイア V 溝

1983 メディングスのMAK: ガラス固定クロスフロー

1984 マインハルト K タイプ: 凹型内部毛細管

1984年 グラスエクスパンション社がICPガラス製品の製造を開始

1985年 Burgener-Legere – 最初の商用テフロンネブライザー – V溝 – 調整可能な部品なし

1986 ファッセル、ライス＆ローレンスによる直接注入マイクロネブライザー（米国特許番号4,575,609）^[9]

1986 ヒルデブランド グリッドネブライザー

1980年代後半のパーキンエルマー ジェムチップ クロスフロー

1988 CETAC 超音波ネブ

1980年代のサイクロンチャンバー

1987 グラ​​スエクスパンションの最初のネブ - VeeSpray（セラミックV溝）

1989 ガラス拡張の最初の同心円 - コニカル（吹きガラスではなく機械加工）

1989 年 Noordermeer ガラス V 溝 (米国特許第 4,880,164 号) ^[10]

1992 ガラス拡張 – 非塩分シースプレー

1993 改良型リヒテガラス V溝

1993年 バーゲナーBTF – 最初のパラレルパスネブ（米国特許番号5,411,208）^[11]

1994–1995 メインバーゲナーパラレルパスネブ – BTS 50、BTN、T2002

1990 年代中期 Perkin Elmer GemCone: ミニチュア V 溝

ICP-MS が研究室に導入されたことにより、より少量のサンプルをより低流量で送液するためのマイクロネブライザーの開発が優先課題となりました。

1993 年、Meinhard HEN (高効率ネブライザー) が製造されました。このネブライザーは、非常に低い流量に対応しますが、その結果、塩分が付着しやすく、詰まりやすくなりました。(標準的な Meinhard の 25 分の 1 のサンプル量)

1997 Cetac マイクロ同心ネブライザー – 最初のテフロン同心 50、100、200、または 400 μL/分

1997 マインハルト ダイレクトインジェクションHEN（DIHEN）（米国特許番号6,166,379）^[12]

1999 エレメンタル サイエンティフィック – PFA 同心ネブ 20、50、100、または 400 μL/分

1999年 バーゲナーマイクロ1：パラレルパス

2000 バーゲナー マイクロ 3: パラレル パス

2001年 ブルゲナーミラミスト：初の強化型パラレルパスネブライザー（米国特許番号6,634,572）^[13]

2004 エポンド タイフーン: ガラス同心円

2005 Ingeniatrics OneNeb: フローブラーリング技術

2010 エポンド ルシーダ: テフロン マイクロ コンセントリック

2012 Burgener PFA 250: PFA マイクロフロー強化パラレルパスネブライザー

2010 – 2013 マインハルトとガラスの拡張: ガラス同心円のアタッチメントとデザインが大幅に改善されました。

• https://web.archive.org/web/20131002010344/http://www.icpnebulizers.com/selection.html