ネブライザーとは、液体を微細な霧に変換する装置の総称です。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で行われます。ネブライザーは一般的にガス流を利用して霧を送り出します。最も一般的なネブライザーは、喘息用吸入器や塗装用スプレー缶などの医療機器です。分析用ネブライザーは、元素分析用の分光分析装置に微細な霧を送ることを目的とした特殊なカテゴリーです。これらは、誘導結合プラズマ発光分光分析法（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分析法（AAS）に不可欠な部品です。
アプリケーション
分析用ネブライザーは微量元素分析に使用されます。この種の作業は、医薬品・臨床研究、生物学、環境、農業評価、石油試験などの分野で重要な役割を果たしています。また、原子力分野でも利用されています。
ネブライザーの設計
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)を利用しています。高圧のガスが小さな穴 (オリフィス) から低圧のガスに排出されると、低圧ゾーンにガスジェットが形成され、低圧の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じ、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じます。吸引力の程度は、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。すべての空気圧式誘導ネブライザーでは、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。この過程で、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: 液体の流れがガスの流れに囲まれている、またはガスの流れが液体の流れに囲まれている。2. クロスフロー: 液体の流れに対して直角のガスの流れ。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、複合フローとして放出される。4. バビントンおよび V 溝: 液体は表面上に広げられて表面張力が低下し、ガス オリフィスを通過します。5. 平行パス: 液体はガス オリフィスの横に送られ、誘導によって液体がガス ストリームに引き込まれます。
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 オリフィスの横に送られ、注ぎ口に沿った表面張力によってガス 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。
誘導ネブライザー
同心円状ネブライザー
同心円ネブライザーは、液体が入った中央の毛細管と、ガスが入った外側の毛細管を備えています。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際に細かい霧状に分解されます。理論上は、ガスを中央、液体を外側の毛細管に入れ替えることが可能ですが、一般的にはガスを外側、液体を内側に入れた方がより効果的に機能します。[1]カナダで初めて取得された同心円ネブライザーの特許は、1873年4月18日のカナダ特許第2405号です。これは、バーナーに油をより効率的に噴霧するために設計されました。この設計は大型ですが、本質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同心円ネブライザーは、1973年にカリフォルニアのマインハルト博士によって開発されたガラス製の設計でした。[2]彼の設計により、初期のICPユーザーは安定したサンプル導入ネブライザーを使用できましたが、詰まりやすかったです。今日では多くの企業がガラス製の同心円ネブライザーを製造しており、1997年以降はテフロン製の同心円ネブライザーも入手可能になりました。
クロスフローネブライザー
クロスフローネブライザーは、ガスキャピラリーが液体キャピラリーに対して直角に配置されています。ガスは液体キャピラリーを横切って吹き出され、低圧が発生して液体がガス流に引き込まれます。一般的に、吸引力は同心円型ネブライザーと同等です。クロスフローの利点は、液体キャピラリー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、より多くの粒子を通過できることです。欠点は、霧が通常、同心円型ネブライザーほど細かくなく、均一ではないことです。[3]
エントレインメントネブライザー
現在、この技術を採用した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採用されています。新しい同心円状のネブライザーやクロスフロー式ネブライザーの方がはるかに優れており、製造も容易であるため、主に古い設計で使用されています。
V溝ネブライザー
V溝ネブライザーは、液体がガスキャピラリーに対して直角にキャピラリー内を流れるという点でクロスフローネブライザーに似ていますが、液体は垂直方向の溝を流れ落ち、ガスオリフィスを通過します。ガスが液体をガス流に引き込み、微細なミストを形成します。このネブライザーでは、非常に大きな内径の液体キャピラリーを使用できますが、吸引力がなく、液体を装置に供給するにはポンプが必要です。正しい方向に設置しないと、液体がガス流を通過できません。また、このネブライザーで生成されるミストは通常、同心円状やクロスフローネブライザーよりも大きな液滴となります。
パラレルパスネブライザー
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内を流れます。ネブライザーの先端で、液体がガス流に引き込まれ、ミストとしてチャンバー内に拡散します。
非誘導ネブライザー
強化されたパラレルパスネブライザー
この設計は、Burgener Research Inc.のジョン・バーゲナー氏によって開発されました。[4]この設計では、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内を流れます。ネブライザーの先端では、ガス流に浸漬する噴出口に沿って、表面張力によって液体が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、ガス流速が最も高いガス流の中心部で液体が相互作用します。これにより、ガスから液体へのエネルギー伝達が向上し、より微細な液滴が生成されます。Burgener Mira Mistネブライザーは、Enhanced Parallel Path方式を採用した主力製品です。
フローブラーネブライザー
これは、サンプルとガスの混合に誘導を用いない新しいタイプのネブライザーです。代わりに空気圧による霧化が採用されており、還流セルを用いて流体を微量に混合します。[5]つまり、液体とガスが乱流混合されるため、優れた感度と効率が得られます。OneNebはこの種のネブライザーの唯一の例です。
圧電振動メッシュ
2011年以降、超音波ネブライザーのこのバリエーションが販売されています。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、膜の振動によって穴から押し出されます。これにより、穴のサイズに比例した液滴サイズの微細ミストが生成されます。この方法はガスフローを必要とせず、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%がトーチに到達している間、チャンバーは乾燥した状態を保ちます。
分析用ネブライザー開発の年表
医療用ネブライザーの初期の歴史については、こちらをご覧ください。ICP/ICP-MS導入以降の分析用ネブライザーの発展については、以下をご覧ください。[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年 ピラー・アンド・ポスト（ガルバリノとテイラー作）
1983年 GMK ネブライザー：ガラス製バビントンV溝
1983年 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年 マインハルトK型：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 ブルゲナー・レジェール – 最初の商用テフロンネブライザー – V溝 – 調整部品なし
1986年 ファッセル・ライス＆ローレンス社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年 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年 グラス・エクスパンション社初のネブ - VeeSpray（セラミックV溝）
1989年 ガラス拡張の最初の同心円ガラス - コニカル（吹きガラスの代わりに機械加工）
1989 年 Noordermeer ガラス V 溝 (米国特許第 4,880,164 号) [10]
1992年 ガラス拡張 – 非塩分シースプレー
1993年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年代半ばのパーキンエルマー ジェムコーン：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出するためのマイクロネブライザーの作成が優先課題となりました。
1993年 マインハルトHEN（高効率ネブライザー）が製造されました。これは非常に低い流量を処理できますが、その結果、塩分が付着しやすく、詰まりやすくなりました。（標準的なマインハルトよりも25倍少ないサンプル）
1997年 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400μL/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・ミクロ 1: パラレルパス
2000年 バーゲナー・マイクロ3：パラレルパス
2001年 バーゲナー・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 アンド グラスの拡張: ガラス同心円管のアタッチメントと設計が大幅に改善されました。
参考文献
- ^ 「ガラス同心ネブライザー」 。 2013年3月8日閲覧。
- ^ コールマン、ジェフ. 「私たちの歴史」. マインハルト. 2013年3月5日閲覧。
- ^ ロビンソン、ジェームズ他 (2005). 学部生向け機器分析法 第6版. ニューヨーク: マルセル・デッカー. p. 493. ISBN 9780849306501。
- ^ Burgener, John. 「Enhanced Parallel Path」 . 2016年3月5日閲覧。
- ^ Ingeniatrics Tecnologías. 「Flow Blurring Technology」 . 2013年3月5日閲覧。
- ^ Burgener, John. 「ネブライザーの歴史 2013」(PDF) . Burgener Research Inc. 2013年3月5日閲覧。
- ^ Basil Meddings、Heinz Kaiser「クロスフローネブライザー」米国特許4,344,574、発行日：1982年8月17日
- ^ ロナルド・F・サッデンドルフ、ケネス・W・ボイヤー「微細に分散したエアロゾルを生成する機械装置」米国特許4,206,160、発行日：1980年6月3日
- ^ Velmer A. Fassel、Gary W. Rice、Kimberly E. Lawrence「直接サンプル挿入用同心マイクロネブライザー」米国特許4,575,609、発行日：1986年3月11日
- ^ Michael NA Noordermeer「一体型高固形分ネブライザー」米国特許4,880,164、発行日：1989年11月14日
- ^ John A. Burgener「並列経路誘導空気圧ネブライザー」米国特許5,411,208、発行日：1995年5月2日
- ^ Akbar Montaser、John A. McLean、Jerold M. Kacsir「分析分光法用直接注入高効率ネブライザー」米国特許6,166,379、発行日：2000年12月26日
- ^ John A. Burgener「広範囲の流量に対応する強化型パラレルパスネブライザー」米国特許6,634,572、発行日：2003年10月21日
外部リンク
- https://web.archive.org/web/20131002010344/http://www.icpnebulizers.com/selection.html
