(57)【要約】【課題】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。【解決手段】静電噴霧装置を用いて試料気体を収集する方法において、容器の内部に設けられた対向電極部の間に設置された網目状シートを用いて、収集電極部で帯電微粒子から得られた第二凝縮液を当該網目状シートに溜める。【選択図】図１
2013170965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記対向電極部間に設置された網目状シートと、
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の収集電極部と、
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、
前記第二凝縮液を対向電極間に設置した網目状シートに溜める工程と
を順に包含する試料気体収集方法。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
前記網目状シートが、絶縁性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。
【請求項１７】
前記網目状シートの目開きサイズが０．１μｍ〜３００μｍ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）。
【０００５】
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）。
【０００６】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】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）
【特許文献２】特許第３９５２０５２号公報
【特許文献３】特開平０７−１９０９９０号公報（特に図３）
【特許文献４】特開平０７−２７０２８５号公報（特に段落番号０００１、０００８）
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０２１０１５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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り、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記対向電極部間に設置された網目状シートと、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の収集電極部と、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第二凝縮液を対向電極間に設置した網目状シートに溜める工程とを順に包含する。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、前記第二冷却部は、熱電素子であることが好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
さらに、前記網目状シートが、絶縁性を有することが好ましい。
【００２４】
さらに、前記網目状シートの目開きサイズが０．１μｍ〜３００μｍであることが好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における静電噴霧装置の模式図
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】本発明の実施の形態１における対向電極部及び対向電極部間に設置された網目状シートの様子を表した説明図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
なお、本発明は、注入口１０２の形状、寸法、材料を限定しない。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
排出口１０３は容器１０１の他端に設けられている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、針の直径は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
第一冷却部１０５は、霧化電極部１０４の近傍に設けられている。
【００５３】
第一冷却部１０５により霧化電極部１０４を冷却する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
第一冷却部１０５は、１つでも良いし、複数でも良い。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
対向電極部１０６の形状は円環状が最も好ましい。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、本発明において対向電極部１０６の厚みは限定しない。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
この対向電極部１０６間に網目状シート１１０が設けられている。
【００７０】
網目状シート１１０が、絶縁性を有することが好ましい。
【００７１】
具体的にはプラスティック、ガラス、酸化金属などでも良いし、これらを二種類以上組み合わせた化合物であっても良い。
【００７２】
網目状シート１１０の目開きサイズは、霧化電極部から静電霧化された水滴が対向電極部に向かう際に妨害しないサイズであればよく、０．１μｍ〜３００μｍであることが好ましい。
【００７３】
収集電極部１０７は対向電極部１０６の近傍に設けられている。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
また、針状の収集電極部１０７は中実であることが最も好ましいが、パイプのように中空であっても良い。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。
【００８３】
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。
【００８４】
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やすいので好ましい。
【００８５】
第二冷却部１０８は、収集電極部１０７の近傍に設けられている。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
図２（ｃ）は第一凝縮工程を表す。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
図３（ａ）は帯電微粒子化工程を表す。
【０１１７】
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。
【０１１８】
またはこれらの２種類以上が混在していても良い。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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が分裂、飛散して、帯電微粒子２０５を形成する。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
図４は第二凝縮工程を表す。
【０１３６】
第二凝縮工程後、大量の第二凝縮液２０６が収集電極部１０７の全面に広がるのを抑制できる。さらには、第二凝縮液２０６が収集電極部１０７から下に垂れ落ちて対向電極部１０６の内側に設置した網目状シート１１０に貯まる。
【０１３７】
このことにより、大量の第二凝縮液２０６を採取できると同時に装置内を汚染することを防ぐことができる。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
なお、除電は、常時行なっても良いし、適宜行なっても良い。
【０１５３】
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。
【０１５４】
なお、本発明では接地方法を限定しない。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
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。
【符号の説明】
【０１７８】
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  網目状シート
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
【図１】
2013170965.tif 000003
【図２】
2013170965.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013170965.tif 000006
【図５】
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