JP2000131303A - ガスクロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレカラムと複数のメインカラムとの連結及
び分岐部分での吸着を防止し、分析精度を高める。 【解決手段】 プレカラム１１と二本のメインカラム１
２、１３との連結部を一個のＴ字状ジョイント２１と二
個の直線状ジョイント２２、２３で構成し、各ジョイン
トの中央部をヒータ２５を付設した保温ブロック２４に
内設する。各ジョイントの下端部はカラムオーブン１６
内に露出するようにすると共に、上端部は保温ブロック
２４を覆うように設けられた保温カバー２６で周囲を囲
まれた配管室２７内に露出している。これにより、カラ
ムオーブン１６の温度とは無関係に上記連結部を高沸点
成分の沸点以上の高温に維持することができるので、連
結部の流路中での成分の吸着が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスクロマトグラフ
装置に関し、更に詳しくは、複数のカラムに試料ガスを
分岐して又は選択的に流すマルチカラム式のガスクロマ
トグラフ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフ装置（以下「ＧＣ」
と称す）ではカラム入口に試料気化室を備え、試料気化
室内で気化させた試料をキャリアガスに乗せてカラム内
へ送り込み、カラムを通過する際に時間方向に分離され
る各試料成分をカラム出口に設けた検出器により検出す
る構成を有している。カラムでの分離はカラム寸法など
に依存する分離能により異なるため、多数の試料成分を
含む試料ガスを分析する際には、異なる分解能を有する
複数のカラムに同一の試料ガスを分岐して又は選択的に
送り込むマルチカラム式の構成が有益である。

【０００３】図４は従来のデュアルカラム式ＧＣの流路
構成図である。液体試料を気化するための試料気化室１
０にはプレカラム１１が接続されており、プレカラム１
１の出口端に接続された三方ジョイント５０を介してガ
スは二方向へ分岐される。三方ジョイント５０に接続さ
れた二本の導管５３、５４にはそれぞれ三方ジョイント
５１、５２が接続されており、プレカラム１１は三方ジ
ョイント５０、導管５３、５４及び三方ジョイント５
１、５２を介して第一、第二メインカラム１２、１３に
接続されている。その第一、第二メインカラム１２、１
３の出口端にはそれぞれ第一、第二検出器１４、１５が
設けられている。また、三方ジョイント５１、５２の残
りの一端にはパージガス供給管５５、５６が接続されて
おり、パージガス供給管５５、５６を通して送り込むパ
ージガスの流量をそれぞれ変えることによって三方ジョ
イント５１、５２の流路交点でのガス圧を変化させ、三
方ジョイント５０から導管５３、５４に分岐される試料
ガスの流れ状態を変えることができるようになってい
る。プレカラム１１の入口端からメインカラム１２、１
３の出口端に至るまでのガス流路全体はカラムオーブン
１６内部に設置されており、所定の温度範囲で温度の調
節が可能となっている。

【０００４】上記ＧＣにおける分析時の動作の一例は次
の通りである。まず、一定流量のキャリアガスを試料気
化室１０を介してプレカラム１１に流しておき、試料溶
液を試料気化室１０へ注入する。このとき、第二メイン
カラム１３側のパージガス供給管５６には第一メインカ
ラム１２側のパージガス供給管５５よりも多くの流量の
パージガスを流しておく。試料気化室１０内で気化した
試料はキャリアガス流に乗ってプレカラム１１へ送り込
まれ、プレカラム１１内を通過する間に適度に分離され
る。上述のように流量差をもって供給されるパージガス
によって導管５４側のガス圧は導管５３側よりも高くな
っているため、試料ガスは三方ジョイント５０を介して
導管５３へ流れ、第一メインカラム１２を通って第一検
出器１４に至る。プレカラム１１によって粗く分離され
た各成分を含む試料ガスは、第一メインカラム１２を通
過する間に細かく成分毎に分離される。

【０００５】試料注入から或る所定時間が経過した時点
で第二メインカラム１３側のパージガス供給管５６へ流
すガス流量を減らして逆に他方のパージガス供給管５５
へのガス流量を増加させる。すると、導管５３側のガス
圧が高くなって、それまで三方ジョイント５０から導管
５３側へ流れていた試料ガスは導管５４へと流れを変え
る。そして試料ガスは、第二メインカラム１３を通る過
程で成分毎に細かく分離されて第二検出器１５に至る。
第一メインカラム１２は試料注入の後に比較的早い時間
にカラムを通り抜ける成分に適したものとし、一方、第
二メインカラム１３は試料注入から比較的遅れてカラム
を通り抜ける成分に適したものとしておけば、試料に含
まれる各種成分をより適切に分離して精度の高い分析を
行うことができる。

【０００６】なお、試料に含まれる成分の種類等に応じ
て、分析の全期間に亘って温度を一定に維持する定温分
析、或いは、分析の途中で温度を上昇させながら分析を
行う昇温分析のいずれかが行われるが、いずれにしても
予め定められた温度プロファイルに従ってカラムオーブ
ン１６は温度制御される。

【０００７】図５は上記流路構成に使用される三方ジョ
イント５０の詳細図であって、（ａ）は側面外観図、
（ｂ）は正面断面図である。他の二個の三方ジョイント
５１、５２も同様の構成を有している。このジョイント
は、ステンレス製の円盤状の基体６０の内側に逆Ｔ字状
の内部流路６１が形成されており、その三方の各端面開
口には、導管５３、５４又はプレカラム１１を嵌挿及び
保持したグラファイト等から成るフェルール６２を介挿
して締込みネジ６３でもって螺合して固定するようにな
っている。導管５３、５４やカラム１１はフェルール６
２への挿入量に応じて端面開口から内部流路６１への突
出量が決まるが、一般には図５（ｂ）に示すように、導
管５３、５４やカラム１１などの配管端部が内部流路６
１の交点付近で互いにごく近接するように取り付けられ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の流路構成では次のような問題がある。すなわち、三
方ジョイントでは内部流路６１に挿入された配管（カラ
ム又は導管）外周側と内部流路６１内壁面との間に形成
されるデッドボリウムの容積が大きいため、この部分に
拡散した試料ガスの置換に時間を要すると共に、この内
部流路６１の内壁面に試料成分が吸着し易い。例えば、
昇温分析を行う際にはカラムオーブン１６内の初期温度
が低い（５０〜１００℃程度）ため、内部流路６１で高
沸点の試料成分の吸着が生じクロマトグラム上でテーリ
ングを生じる。その結果、ピークの分離が悪くなり、分
析精度を劣化させる一因となる。また特に、上記ジョイ
ントの基体６０は熱容量が大きく、昇温分析時にジョイ
ント内部の温度上昇はカラムオーブン１６の温度上昇か
ら時間的に遅延するため、高沸点成分の吸着は一層生じ
易い。

【０００９】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その主たる目的は、プレカラムと
メインカラムとの連結箇所における試料ガスの流通が円
滑であって、分析精度を低下させることがないガスクロ
マトグラフ装置を提供することにある。

【００１０】

【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、試料気化室に接続されたプレカラ
ムの出口側に複数のメインカラムを並列に接続し、プレ
カラムから流出したガスを複数に分岐して又は選択的に
各メインカラムへ導入する流路系を有するガスクロマト
グラフ装置において、プレカラムとメインカラムとを連
結する連結部をユニット化し、プレカラム及びメインカ
ラムを内装するカラムオーブンとは独立に温度調整可能
な温度調整部内に設けることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態及び発明の効果】カラムオーブンは
分析対象の試料の種類などによって一定温度に維持され
る場合と所定のプロファイルに従って昇温制御される場
合とがある。これに対し温度調整部は、分析の開始時点
から終了時点まで一定の高温に維持される。このときの
温度は試料に含まれる高沸点成分の沸点以上又はその近
傍の温度とし、例えば昇温分析の場合には分析終了時点
での到達温度以上とするとよい。分析時に試料気化室か
らプレカラムに送り込まれた試料ガスは、プレカラムを
通過する際にはその内壁への吸着・離脱により成分毎に
粗く分離される。プレカラムから流出した試料ガスは連
結部に流れ込むが、連結部は温度調整部により常に高温
に維持されているので、高沸点の成分であっても内壁等
に吸着されることなく円滑に連結部を通過してメインカ
ラムへと流れ込む。そして、メインカラムを通過する間
に成分毎に細かく分離される。

【００１２】したがって、本発明に係るガスクロマトグ
ラフ装置によれば、試料ガスに含まれる各種成分の連結
部での吸着が軽減されるので、クロマトグラム上でのテ
ーリングの発生が回避できる。そのため、ピークの分離
が良好になり、分析精度の向上が図れる。

【００１３】また本発明に係るガスクロマトグラフ装置
では、プレカラム及びメインカラムと前記連結部との各
接続部位はカラムオーブン内空間に露出して設けられて
いることが好ましく、更には、該接続部位に対してプレ
カラム及びメインカラムを同一方向から接続できる構造
であることがより好ましい。すなわち、一般にプレカラ
ムやメインカラムは比較的頻繁に交換又はメンテナンス
する必要があるが、カラムオーブン内空間に接続部位が
露出していれば、これらカラムの取外し及び装着が容易
に行え作業性がよい。また、カラムを破損する恐れも少
なくて済む。

【００１４】また上記連結部は、具体的には、Ｔ字状内
部流路を有する第一の連結部材と筒状に延伸する二個の
第二の連結部材とを含み、第一の連結部材の垂直延伸部
の下端にプレカラムとの接続部位を設けると共に第二の
連結部材の一端にそれぞれメインカラムとの接続部位を
設け、第一の連結部材の両腕の端部と二個の第二の連結
部材の他端とをそれぞれ配管で接続して成り、更に、第
一の連結部材の垂直延伸部の流路の内部及び二個の第二
の連結部材の流路の内部に挿入されたプレカラム及びメ
インカラムの挿入方向に沿って該プレカラム及びメイン
カラムの外周にパージガスを流すようにした構成とする
ことができる。

【００１５】このような構成では、連結部材の内部流路
においてデッドボリウムが少なくなり、デッドボリウム
に入り込んだ試料ガスもパージガスによって速やかに追
い出される。したがって、デッドボリウムによる試料ガ
スの遅延がなくなり、一層の分析精度の向上が図れる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係るガスクロマトグラフ装置
の一実施例を図を参照して詳細に説明する。図１は本実
施例によるデュアルカラム式ＧＣの流路構成図、図２は
このＧＣに用いられる第一ジョイントの断面図、図３は
このＧＣに用いられる第二ジョイントの部分的な断面図
である。

【００１７】図１に示すようにこのＧＣでは、カラムオ
ーブン１６の上部に、その一部がカラムオーブン１６の
断熱部材から成る壁面１７に埋設されるようにジョイン
トユニット２０が設置されている。このジョイントユニ
ット２０は、後述の第一〜第三ジョイント２１〜２３を
内設した金属（例えばアルミニウム）製の保温ブロック
２４と、保温ブロック２４を加熱するためのカートリッ
ジヒータ２５と、保温ブロック２４の上部に配管室２７
となる空間を形成するように該保温ブロック２４を覆う
断熱部材から成る保温カバー２６とを含んで成る。保温
ブロック２４の下部はカラムオーブン１６の壁面１７に
埋設されており、保温カバー２６はネジ等により着脱可
能に取り付けられている。

【００１８】第一〜第三ジョイント２１〜２３はその下
端の配管接続部がいずれも下方向に保温ブロック２４か
ら突出してカラムオーブン１６内に露出しており、カラ
ムオーブン１６内空間からプレカラム１１、第一、第二
メインカラム１２、１３を装着及び離脱することができ
るようになっている。また、第一〜第三ジョイント２１
〜２３の上端の配管接続部はいずれも上方向に保温ブロ
ック２４から突出して配管室２７内に露出している。第
一ジョイント２１の上端はＴ字形状に分岐し、その両端
にそれぞれ配管接続部が形成されており、金属（ステン
レスなど）製の導管２８、２９がそれぞれ接続されてい
る。また、第二、第三ジョイント２２、２３の上端は頭
部に配管接続部が形成されており、それぞれ上方から導
管２８、２９が接続されている。更に、第一〜第三ジョ
イント２１〜２３の途中には、それぞれ保温ブロック２
４の内部を通ってパージガス供給管３０〜３２が接続さ
れるようになっている。

【００１９】第一ジョイント２１は、図２に示すよう
に、金属（ステンレスなど）製の円筒状の中央基体４０
の上端に水平に円筒状の上部基体４１が溶着されて略Ｔ
字形状の流路を形成しており、中央基体４０の下端には
太径円筒状の下部基体４２が嵌挿されて溶着されてい
る。上部基体４１の両端開口には導管２８、２９を嵌挿
したグラファイト製のフェルール４４を介挿してナット
４５が螺着されるようになっており、これにより導管２
８、２９が保持されている。また、下部基体４２の下端
開口にはプレカラム１１を嵌挿したグラファイト製のフ
ェルール４４を介挿してナット４５が螺着されるように
なっており、これによりプレカラム１１はその先端部が
中央基体４０と上部基体４１の接合箇所近傍まで延伸し
て保持されている。したがって、中央基体４０内側の中
空部は内側にプレカラム１１が存在し、その同心外周に
パージガスの流通路が形成された二重円筒体になってい
る。また、中央基体４０の下端近傍には複数の小孔４３
が穿孔されており、この小孔４３を介して中央基体４０
内側と下部基体４２内側とは連通している。更には、中
央基体４０と上部基体４１との接合箇所ではパージガス
の流通路が狭くなっており、上昇するパージガスが確実
にプレカラム１１の外周壁至近に沿って流れるようにし
ている。

【００２０】一方、第二ジョイント２２（第三ジョイン
ト２３も同様）では、中央基体４０の下端に溶着される
下部基体４２の構造は上記第一ジョイント２１と同一で
あるが、中央基体４０上端に溶着される上部基体４６は
図３に示すように上方に直線状に延伸している。上部基
体４６の上端開口には導管２８を嵌挿したフェルール４
４を介挿してナット４５が螺着されており、これによっ
てメインカラム１２と導管２８とは同軸上に配置されて
いる。メインカラム１２の外径が導管２８の内径よりも
細い場合には、図３に示すように、メインカラム１２の
先端部が導管２８の端面よりも内側まで入り込むように
両者の位置を決めるとよい。また、メインカラム１２と
導管２８の径がほぼ同じである場合には、両者の端面を
ごく小さな所定長離間して配置するとよい。

【００２１】なお、図２及び図３に示すように、中央基
体４０の長手方向の殆ど全ての部分は前述の保温ブロッ
ク２４内に配設されているので、密着した保温ブロック
２４を介して直接的に加熱される。

【００２２】上記構成のＧＣにおける分析の手順は次の
通りである。保温ブロック２４はカートリッジヒータ２
５及び保温ブロック２４に付設された図示しない温度セ
ンサにより所定の一定温度に加熱される。このときの温
度は分析対象の試料に含まれる高沸点成分の沸点よりも
高くなるように（通常２００℃以上）設定しておく。第
一〜第三ジョイント２１〜２３は金属製であるため、保
温ブロック２４を通して与えられた熱により第一〜第三
ジョイント２１〜２３全体の温度もほぼ同程度に維持さ
れる。また、配管室２７内も高温に維持されるため、導
管２８、２９も同じように高温に保たれる。

【００２３】試料注入以前に、試料気化室１０を介して
一定流量のキャリアガスがプレカラム１１に流される。
また、それぞれ所定流量のパージガス（ガス成分はキャ
リアガスと同一）が各パージガス供給管３０〜３２に供
給される。パージガスは保温ブロック２４の内部を通過
する際に暖められ、その後に第一〜第三ジョイント２１
〜２３の流路内へ導入されるので、冷たいパージガスに
よりジョイント２１〜２３の温度が低下することを防止
できる。いずれのジョイント２１〜２３においてもパー
ジガスは、図２に示すように下部基体４２から小孔４３
を介して中央基体４０内側に導入され、中央基体４０内
壁とプレカラム１１外周壁との間を上昇するように流れ
る。第一ジョイント２１においては、そのように流れる
パージガスはプレカラム１１を通ってきたキャリアガス
と一緒になって導管２８、２９又はその一方に流れ込
む。キャリアガスの流れる方向（又は分岐して流れる割
合）は、パージガス供給管３１、３２に供給されるガス
流量（つまりガス圧力）に依存している。

【００２４】昇温分析の場合、カラムオーブン１６内の
初期温度は低く設定されている。所定量の試料溶液が試
料気化室１０内に注入されると、気化した試料はキャリ
アガス流に乗ってプレカラム１１の中に送り込まれ、プ
レカラム１１を通過して図２に示した第一ジョイント２
１内のプレカラム１１先端部から流出する。プレカラム
１１先端部の周囲には上述のように同一方向にパージガ
スが流れているので、流出した試料ガスは下方に戻るこ
となく上部基体４１内の流路に進み、導管２８、２９又
はその一方へと流れ込む。導管２８、２９の外周壁と上
部基体４１内の流路内壁との間にはデッドボリウムが存
在するが、このデッドボリウムには常にパージガスが送
り込まれるので、デッドボリウムに入り込んだ試料ガス
も長く滞留することなく導管２８、２９へと送られる。

【００２５】導管２８、２９又はその一方を通った試料
ガスは図３に示したように第二、第三ジョイント２２、
２３の上方から導入され、下方から流れてくるパージガ
スと混合されて第一、第二メインカラム１２、１３へと
送り込まれる。第一〜第三ジョイント２１〜２３、導管
２８、２９は共に高温に維持されているので、高沸点の
成分であっても流路内壁面に吸着しにくく、これらジョ
イントユニット２０内の流路を円滑に通過して第一、第
二メインカラム１２、１３へと送り込まれる。

【００２６】上述のように第一、第二メインカラム１
２、１３への試料ガスの流通はパージガス供給管３１、
３２へ供給するガス流量によって切り替えることができ
るから、分析対象の試料や分析目的に応じて第一、第二
メインカラム１２、１３への試料ガスの流れを制御し、
各メインカラム１２、１３でもって分離した試料成分を
第一、第二検出器１４、１５で順次検出する。

【００２７】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるデュアルカラム式ガ
スクロマトグラフ装置の流路構成図。

【図２】 本実施例に使用される第一ジョイントの断面
図。

【図３】 本実施例に使用される第二ジョイントの部分
的な断面図。

【図４】 従来のデュアルカラム式ガスクロマトグラフ
装置の流路構成図。

【図５】 従来の三方ジョイントの側面外観図（ａ）、
正面断面図（ｂ）。

【符号の説明】

１０…試料気化室 １１…プレカラム １２、１３…メインカラム １４、１５…検出器 １６…カラムオーブン １７…壁面（断熱部材） ２０…ジョイントユニット ２１〜２３…ジョイント ２４…保温ブロック ２５…カートリッジヒータ ２６…保温カバー ２７…配管室 ２８、２９…導管 ３０〜３２…パージガス供給管 ４０…中央基体 ４１…上部基体 ４２…下部基体 ４３…小孔 ４４…フェルール ４５…ナット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料気化室に接続されたプレカラムの出
   口側に複数のメインカラムを並列に接続し、プレカラム
   から流出したガスを複数に分岐して又は選択的に各メイ
   ンカラムへ導入する流路系を有するガスクロマトグラフ
   装置において、プレカラムとメインカラムとを連結する
   連結部をユニット化し、プレカラム及びメインカラムを
   内装するカラムオーブンとは独立に温度調整可能な温度
   調整部内に設けることを特徴とするガスクロトグラフ装
   置。