JP2000009613A - ヘッドスペース試料導入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドスペース容器に自動的に常に所定量の
試料液を採取する。 【解決手段】 容器１が空の状態で容器１と圧力計１４
とが接続されるように六方バルブ１０、１１を切り替え
る。そしてバルブ６、７、１５を閉鎖し容器１を密閉状
態にして、送液ポンプ３により容器１内に試料液を送給
する。試料液位Ｌが上昇するに従い容器１内の上部空間
の容積が減少するから、圧力計１４による検出ガス圧は
次第に増加する。制御部３０は設定された採取液量に対
応する液位を算出し、該液位に対応した目標ガス圧を求
める。そして、検出ガス圧が目標ガス圧に達したときに
バルブ２を切り替えて試料液の容器１への注入を停止す
る。これにより、非接触で正確に所定量の試料液を採取
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体試料や固体試
料から揮発した気体試料をヘッドスペース法により採取
してガスクロマトグラフ装置等へ導入するヘッドスペー
ス試料導入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドスペース分析法は、容器内に収容
した液体試料又は固体試料を一定温度に一定時間加熱す
ることにより比較的沸点の低い成分を揮発させ、容器内
の上部空間からそれら成分を含むガスを一定量採取して
ガスクロマトグラフ装置等に導入して分析を行うもので
ある。こうした方法を利用したクロマトグラフ分析は、
例えば、食品中の香料の測定、水中の揮発性有機化合物
の測定等に適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のヘッドスペース
分析用ガスクロマトグラフ装置では、予め専用容器に一
定量の液体試料を収容しておき、これを装置にセットし
て分析を開始するという、いわゆるバッチ処理による分
析が一般的である。しかしながら、例えば、工場からの
排水に含まれる有機化合物の監視等を行う場合には、所
定時間毎に（昼夜を問わず）排水を採取して分析を繰り
返し行う必要があるため、バッチ処理では自動分析が行
えない。そこで、こうした用途に対応するために、ヘッ
ドスペース容器に一定量の液体試料を自動的に採取し、
容器内の上部空間から取り出したガスをガスクロマトグ
ラフ装置に導入する試料導入装置が要望されている。

【０００４】このようなヘッドスペース試料導入装置で
は、ヘッドスペース容器に正確に一定量の液体試料を量
り取ることが必要である。本発明はこのような点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、ヘッ
ドスペース容器に注入された試料液面の高さを非接触で
且つ簡単な構成で検出することにより、常に一定量の液
体試料を該容器に採取することができるヘッドスペース
試料導入装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料注入管を介して容器内に液体
試料を貯留し、該容器の上部に接続されたガス採取管を
介して該容器内の液面の上部空間から試料ガスを採取し
分析装置に送出するヘッドスペース試料導入装置におい
て、 a)試料注入管を介して液体試料を容器内に送給する送給
手段と、 b)ガス圧を測定する圧力測定手段と、 c)ガス採取管上に設けられ、前記容器に対して前記圧力
測定手段と試料ガス送給先とを選択的に接続する流路切
替手段と、 d)該流路切替手段により容器と圧力測定手段とを接続し
た状態で、該圧力測定手段の測定結果に基づいて前記送
給手段を制御する送給制御手段と、を備えることを特徴
としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に係るヘッドスペース試料
導入装置では、容器が空である状態から該容器内に液体
試料を注入する際に、流路切替手段により容器と圧力測
定手段とを接続する。なお、試料注入管及びガス採取管
以外に、他の管路、例えば液体試料排出管やガス排出管
等が容器に連結されている場合には、これらの管路を介
して容器から液体試料やガスが逃げないようにバルブ等
により閉塞しておく。

【０００７】送給手段は例えばポンプを含んで構成され
ており、所定流量でもって容器内に液体試料を送り込
む。液体試料が容器内に溜まり始めると、容器内の上部
空間の容積は減少する。容器内に始めに存在していたガ
スの流出路は絶たれているから、容器内の上部空間のガ
ス圧は該上部空間の容積の減少分に応じて増加する。そ
こで送給制御手段は、圧力測定手段により測定されたガ
ス圧が予め定めた値になるように送給手段の動作を制御
する。これにより、液体試料の更新毎に容器内に注入さ
れた液体試料の液面の高さが常に一定になり、容器内に
は一定量の液体試料が貯留される。このように液体試料
を容器内に貯留し、更に試料成分を揮発させた後に流路
切替手段により容器と試料ガス送給先（例えば分析装
置）とを接続し、該送給先へ試料ガスを送出する。

【０００８】

【発明の効果】このように本発明に係るヘッドスペース
試料導入装置では、常に正確に所定量の液体試料をヘッ
ドスペース容器に採取することができる。従って、この
試料導入装置をガスクロマトグラフ分析に用いれば、分
析の精度や再現性を高めることができる。また、例えば
フロータのように液体試料に接触して液面の高さを測定
する構成では、フロータ等から不所望の成分が液体試料
に溶出したり、逆に、液体試料に腐食性成分を含んでい
る場合にはフロータ等を腐食させたりする恐れがある
が、本発明に係るヘッドスペース試料導入装置では非接
触で液面の高さを測定しているので、そのような問題が
生じない。また、構成が簡単であるので、コストが安価
であり、故障の発生も少ない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係るヘッドスペース試料導入
装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１は本実
施例のヘッドスペース試料導入装置の要部の構成図であ
る。このヘッドスペース試料導入装置の後段にはガスク
ロマトグラフ装置が接続されており、図１ではガスクロ
マトグラフ装置の一部であるカラム４０も記載してい
る。

【００１０】まず、図１によりこの装置の構成を説明す
る。上下に狭口開口を有するヘッドスペース容器（以
下、単に「容器」と記す）１の下部開口には、三方バル
ブ２を介して送液ポンプ３の吐出口が接続されるととも
に、バルブ５が接続されている。送液ポンプ３の吸引口
は、外部から試料液が供給される試料液供給口４に接続
されている。一方、容器１の上部開口には、キャリアガ
ス供給口８に連なるバルブ６が接続されるとともにガス
排出用のバルブ７が接続されている。また、この上部開
口には、第１六方バルブ（６ポート２ポジションバル
ブ）１０のポートｄに至るガス採取管９も接続されてい
る。

【００１１】第１六方バルブ１０のポートｅは第２六方
バルブ（６ポート２ポジションバルブ）１１のポートｄ
に接続されており、第２六方バルブ１１のポートｅ、ｆ
間にはガス計量管１２（例えば所定の内容積を有するル
ープ管）が接続されている。第２六方バルブ１１のポー
トｃは、バルブ１５を介して真空ポンプ１６に接続され
るとともに圧力計１４に接続されている。また、第２六
方バルブ１１のポートｂはこの試料導入装置の試料ガス
出口となっており、ガスクロマトグラフ装置のカラム４
０に接続されている。

【００１２】第１六方バルブ１０のポートｂは、バルブ
１７を介してキャリアガス供給口１８に接続されてい
る。また、第１六方バルブ１０のポートｃは、第３六方
バルブ（６ポート２ポジションバルブ）１９のポートｄ
に接続されており、第３六方バルブ１９のポートｅ、ｆ
間には所定容量のガス保持管２０が接続されている。更
に、第３六方バルブ１９のポートａはキャリアガス供給
口２１に接続されている。なお、第１〜第３六方バルブ
１０、１１、１９の他のポートは全て閉鎖栓により閉塞
されている。

【００１３】上記容器１や第１〜第３六方バルブ１０、
１１、１９等は恒温槽２２内に設置されており、所定温
度に維持可能になっている。一方、ガスクロマトグラフ
装置のカラム４０は恒温槽２２とは独立に温度制御が可
能なカラムオーブン４１内に設置されている。また、制
御部３０はマイクロコンピュータ等を含んで構成されて
おり、付設された操作部３１を介して与えられる各種設
定や指示に応じて所定のプログラムを実行し、後述のよ
うに上記各バルブの切替動作やポンプの動作を制御す
る。

【００１４】次に、上記構成において、試料液を容器１
内に貯留し、該試料液から揮発する試料ガスを採取して
カラム４０へ送出するまでの一連の動作を説明する。以
前測定した試料液が容器１内に残留している場合には、
まず、バルブ５を開放して残留試料液を排出した後に、
一旦バルブ５を閉鎖し、送液ポンプ３を駆動して試料液
を三方バルブ２を介して容器１内に送給する。そして、
適宜量の試料液が容器１内に溜まったならば、三方バル
ブ２を切り替えるとともにバルブ５を開放して、容器１
内の試料液を廃棄する。必要に応じてこのような動作を
複数回繰り返すことにより、容器１内を新たな（つま
り、これから測定しようとする）試料液でもって洗浄す
る。その後、バルブ７を閉鎖した状態でバルブ６を開放
することにより容器１内にキャリアガスを導入し、容器
１内に残る試料液の液滴をキャリアガスとともにバルブ
５を介して排出する。これにより、容器１内にはキャリ
アガスが充満する。

【００１５】その後、次のようにして試料液の計量を行
う。まず、第１六方バルブ１０を図１の実線の接続状
態、第２六方バルブ１１を点線の接続状態とする。これ
により、容器１は、第１六方バルブ１０のポートｄ、
ｅ、第２六方バルブ１１のポートｄ、ｃを介して圧力計
１４に接続される。バルブ５、６、７、１５を閉鎖する
一方、三方バルブ２を容器１側に接続して送液ポンプ３
を駆動し、所定流量でもって試料液を容器１内に送給す
る。試料液が容器１内に溜まってゆき液位Ｌが上昇する
と、容器１内の上部空間の容積は減少する。上述のよう
に、上部空間に連通した管路は全てバルブにより閉塞さ
れているので、この空間は密閉空間である。従って、液
位Ｌが上昇するに伴い、圧力計１４により検出されるガ
ス圧は増加する。

【００１６】図２は、液位Ｌと検出ガス圧Ｐとの関係の
一例を示すグラフである。上部空間内に存在しているキ
ャリアガスが試料液に溶け込む量はきわめて微量である
ため、液位Ｌと検出ガス圧Ｐとはほぼ比例する。このよ
うな関係は予め実験等により測定しておくことができる
から、その測定結果を基にして制御部３０内のメモリに
図２のような対応関係を格納しておく。使用者が操作部
３１より試料液採取量を指定すると、制御部３０はその
量から液位Ｌ1を算出し（容器１の寸法等に依存してい
る）、更にメモリに格納されている上記対応関係に基づ
いて液位Ｌ1からガス圧Ｐ1を取得する。そして、このガ
ス圧Ｐ1を制御目標値とする。

【００１７】制御部３０は、上述のように増加する検出
ガス圧を制御目標値と比較し、検出ガス圧が制御目標値
に達したときに三方バルブ２を切り替えて、容器１内へ
の試料液の送給を停止する。その後、送液ポンプ３を停
止する。これにより、容器１内には使用者により指定さ
れた量の試料液が溜まる。なお、試料液の採取量の精度
を高めるには、検出ガス圧が制御目標値に近付いたなら
ば、送液ポンプ３による送液量を減少させて液位Ｌの上
昇速度を小さくするとよい。

【００１８】このようにして所定量の試料液を容器１に
採取した後、容器１内の上部空間から試料ガスを取り出
すには次のようにする。まず、恒温槽２２を所定温度に
上昇させて一定に維持し、容器１内の試料液からの試料
成分の揮発を促進させる。また、第１六方バルブ１０を
点線の接続状態に、第２六方バルブ１１を実線の接続状
態に切り替えるとともにバルブ１７を閉鎖する。そし
て、バルブ１５を開放して真空ポンプ１６を駆動させ
る。すると、第１六方バルブ１０のポートｅからガス計
量管１２を介して真空ポンプ１６に連なる管路内が真空
状態になる。

【００１９】試料液からの試料成分の揮発が充分になさ
れて容器１内の上部空間に溜まった後に、第１六方バル
ブ１０を実線の接続状態に切り替えると、容器１内の上
部空間にある試料ガスが真空状態になっている管路内に
吸引される。これにより、ガス計量管１２内に試料ガス
が充満する。そして、第２六方バルブ１１を点線の接続
状態に切り替えると、キャリアガス供給口１３から第２
六方バルブ１１のポートａに供給されたキャリアガスに
よりガス計量管１２から試料ガスが押し出され、カラム
４０に導入される。

【００２０】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨に沿って適宜変形や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るヘッドスペース試料導入装置の
一実施例の要部の構成図。

【図２】 ヘッドスペース容器内の試料液位Ｌと検出ガ
ス圧Ｐとの関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ヘッドスペース容器 ２…三方バルブ ３…送液ポンプ ４…試料液供給口 ５、６、７、１５、１７…バルブ １０、１１、１９…六方バルブ ８、１３、１８、２１…キャリアガス供給口 １２…ガス計量管 １４…圧力計 ３０…制御部 ３１…操作部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料注入管を介して容器内に液体試料を
   貯留し、該容器の上部に接続されたガス採取管を介して
   該容器内の液面の上部空間から試料ガスを採取し分析装
   置に送出するヘッドスペース試料導入装置において、 a)試料注入管を介して液体試料を容器内に送給する送給
   手段と、 b)ガス圧を測定する圧力測定手段と、 c)ガス採取管上に設けられ、前記容器に対して前記圧力
   測定手段と試料ガス送給先とを選択的に接続する流路切
   替手段と、 d)該流路切替手段により容器と圧力測定手段とを接続し
   た状態で、該圧力測定手段の測定結果に基づいて前記送
   給手段を制御する送給制御手段と、 を備えることを特徴とするヘッドスペース試料導入装
   置。