JP2001165830A - ヘッドスペースサンプラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱サイクルによりガスタイト形シリンジの気密
性が損なわれることを防止し、以てシリンジ洗浄効果の
高いヘッドスペースサンプラーを提供する。 【解決手段】プランジャ４の先端に設けたチップ５がバ
レル２の内壁に嵌合しながら摺動するシリンジ１を備え
るヘッドスペースサンプラーであって、チップ５がバレ
ル２の内壁と嵌合しないチップの待機位置を設定し、ガ
スパージによりシリンジ１の内部を洗浄する際はバレル
２の温度を高めると共にチップ５をこの待機位置に置く
ようにした。さらに具体的には、バレル２の一部に内径
の大きい部分（空洞部７）を設けてこの部分を待機位置
とし、または、シリンジ１のバレル２の外に待機位置を
設定するようにした。従って、この位置ではチップ５は
温度の上昇に伴い自由に膨張し、温度を元に戻せば元の
寸法、形状に戻り、歪みが残ることはない。

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
フィにおけるヘッドスペースサンプラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフィにおける分析手法
の一つにヘッドスペースガス分析法がある。これは、液
体または固体試料をセプタム蓋付きの試料ビンに上部に
若干の空間を残した状態で封入し、これを所定温度で所
定時間保持した後、上部空間（ヘッドスペース）の気体
をシリンジで採取して分析することにより、試料中の揮
発性成分を定性または定量する方法である。このヘッド
スペースガス分析法を自動的に行うようにしたガスクロ
マトグラフ用のサンプリング装置がヘッドスペースサン
プラーである。

【０００３】図３は、従来のヘッドスペースサンプラー
の要部であるガスタイト形シリンジの構造とその動作を
説明する図である。図において、シリンジ１の管状の胴
部（バレル２）の先端（図では下端）に金属製のニード
ル３が取り付けられ、またバレル２の内部にはプランジ
ャ４が進退自在に挿入されており、プランジャ４の先端
には気密性を保ちながらバレル２の内面を摺動するため
のチップ５が取り付けられている。チップ５の材質とし
ては、耐熱性、化学的不活性、低摩擦係数、適度の弾性
等の点でフッ素系樹脂が多く用いられる。シリンジ１は
ヘッドスペースサンプラー内にあっては、温度調節され
たジャケット（図示しない）に包まれて保温され、また
図示しないシリンジ駆動機構に把持されて上下に移動
し、下方に置かれた試料ビン８等のセプタム９または１
１にニードル３を刺通することができる。さらにプラン
ジャ４も、図示しないプランジャ駆動機構によりバレル
２内を上下に動き、試料ガスを吸入・吐出する動作をす
ることができる。

【０００４】一般にシリンジに試料ガスを吸入すると、
これを吐出した後も試料ガスの一部はバレルやニードル
の内壁に残留し、引き続き別の試料を分析する場合の妨
害となる。クロスコンタミネーションと呼ばれるこの現
象を防ぐために、次のサンプリングを行う前にバレルを
加熱しながら窒素など清浄なガスをシリンジ内に送入し
て洗浄するガスパージという操作を行うが、このための
パージガス導入口６がバレル２の後部（図では上部）に
設けられている。

【０００５】このようなシリンジ１を用いたヘッドスペ
ースサンプラーにおけるサンプリングは以下のように３
行程で行われる。 （ａ）試料採取行程 図３（ａ）のように、プランジャ４を押し下げ、次いで
シリンジ１を降下させて直下に置かれた試料ビン８のセ
プタム９にニードル３を刺通させる。次に、プランジャ
４を引き上げることにより試料ビン８内のガス試料を吸
入した後、同図（ｂ）のようにシリンジ１を上昇させ
る。 （ｂ）注入行程 図示しない試料ビン送り機構によって試料ビン８を待避
させた後、その下に位置するガスクロマトグラフの試料
注入口１０までシリンジ１を降下させ、ニードル３を試
料注入口１０のセプタム１１に刺通させ、続いて、プラ
ンジャ４を押し下げることにより試料を注入することで
分析が開始される。 （ｃ）パージ行程 シリンジ１を上昇させて試料注入口１０から抜針すると
ともに、同図（ｃ）のように、チップ５がパージガス導
入口６よりも上に来るまでプランジャ４を引き上げ、図
示しないパージガス供給源からパージガス導入口６を経
由してパージガスを流し、バレル２やニードル３の内部
から残留試料を追い出す。

【０００６】上記の動作は全て予め設定されたプログラ
ムに従って自動的に行われ、プランジャ４の引き上げ幅
（チップ５の停止位置）なども試料採取量に応じて任意
に設定できる。また、試料ビン８やシリンジ１（特にバ
レル２）の保温温度も、試料の沸点等を勘案してプログ
ラム上で任意に設定することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ガスパージによりバレ
ル２の内壁に吸着した物質を除去するには、吸着が起こ
った温度、即ち試料の採取／注入時の温度より高い温度
にバレル２を加熱しながらガスパージをするとよい。し
かし、フッ素系樹脂はガラスよりも熱膨張係数が大きい
ために、バレル２を加熱したときその内面に嵌合してい
る円筒形のチップ５は、円筒の半径方向への膨張を抑え
られるので、熱による体積の増加は円筒の軸方向への膨
張となって現れる。即ち、半径方向よりも軸方向により
大きく膨張することになり、チップ５に変形（歪み）が
生じる。ガスパージを終えて温度を下げるときは変形し
たチップ５には半径方向、軸方向共に熱膨張率に見合う
収縮が起こる、つまり変形したまま収縮するので、変形
は復元されない。この結果、元の温度に戻った後は、チ
ップの外径は温度を上げる前よりも小さくなり、バレル
の内壁との間に隙間が生じるので、気密を保つことがで
きなくなる。

【０００８】僅かな変形であればチップ材質の弾性がこ
れを補うこともあるので、直ちにガス漏れが起こるとは
限らないが、ガスパージは１分析ごとに行われるもので
あるから、パージ時に温度を上げ、次の試料採取の前に
元の温度に戻すという熱サイクルが短い周期で繰り返さ
れることになるので、いずれ短期間のうちにチップの気
密性は失われ、シリンジは使用不能となる。

【０００９】この対策として、チップ５の材質としてガ
ラスと同程度の熱膨張率を有する材料を選択して使用す
ることも考えられるが、耐熱性を有すると共に加熱時に
揮発性有機物を発生しないこと、試料成分を吸着しない
こと、適度の弾性を有すること等の条件を満たす材料は
フッ素系樹脂以外にはないのが現状である。

【００１０】従って、効率よくガスパージを行わんとし
てガスパージの際にシリンジの温度を一時的に高くする
ことは、これまで不可能とされてきた。本発明は、この
ような事情に鑑みてなされたものであり、熱サイクルに
よりシリンジの気密性が損なわれることを防止し、以て
シリンジ洗浄効果の高いヘッドスペースサンプラーを提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のヘッドスペース
サンプラーにおいては、上記課題を解決するために、チ
ップがバレル内壁と嵌合しないチップの待機位置を設
け、ガスパージの際はバレルの設定温度を高めると共に
チップをこの待機位置に置くようにしたもので、さらに
具体的には、シリンジのバレルの一部に内径の大きい部
分を設けてこの部分を待機位置とし、または、シリンジ
のバレル外に前記待機位置を設定するようにした。

【００１２】このように構成したことにより、シリンジ
の気密性を損なうことなくガスパージ時にバレルの温度
を上げることが可能となり、効率よく残留試料を除去で
きるヘッドスペースサンプラーを提供することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示し
たもので、ヘッドスペースサンプラーの要部であるシリ
ンジのみを抜き出して示したものである。同図（ａ）に
おいて、バレル２、ニードル３、プランジャ４、チップ
５、パージガス導入口６等からなる基本的構成は図３に
示す従来のものと同様であるが、バレル２の一部分の内
径をチップの熱膨張に見合う分以上に大きくした空洞部
７を設けた。

【００１４】このシリンジ１を用いた場合のガスパージ
は以下のように行われる。なお、試料採取と注入の行程
は先述した従来の場合と同じであるから、説明は省く。
ガスパージに先立って、同図（ｂ）に示すように、プラ
ンジャ４を引き上げチップ５を空洞部７に収め、パージ
ガス導入口６からパージガスを流すとともに、パージ効
果を高めるためにバレル２の温度を上げる。先述のよう
に、バレル２は図示しない加熱ジャケットに囲われてお
り、その設定温度はプログラムにより変えることができ
る。

【００１５】導入されたパージガスの大部分はバレル２
内を下方に向かって流れ、ニードル３内を通ってその先
端から大気中に排出される。パージガスの一部はパージ
ガス導入口６から上方に向かい、チップ５の周囲を洗っ
てプランジャ４とバレル２の内壁の間隙を通ってバレル
２の後端から外部に排出される。こうしてバレル２やニ
ードル３の内壁、及びチップ５の表面に残留していた前
回サンプリングした試料が洗い流される。ガスパージが
終わると、温度を採取／注入時の温度にまで下げ、パー
ジガスを止め、プランジャ４を押し下げれば、図３
（ａ）に相当する状態となり、以後、試料の採取、注入
等のサイクルが実行できる。

【００１６】この実施形態では、空洞部７の内径がバレ
ル２の他の部分よりも大きくなっているので、この位置
ではチップ５は周囲の内壁面と嵌合していない。従っ
て、この位置ではチップ５は温度の上昇に伴い自由に膨
張し、温度を元に戻せば元の寸法、形状に戻り、歪みが
残ることはない。また、空洞部７に置かれたチップ５は
バレル２の内壁に密着していないので、バレル２からの
熱伝達も少なく温度上昇も小さいので、熱による歪みの
抑止効果はさらに大きい。

【００１７】従来と比較して本実施形態の他の利点は、
チップ５の表面（摺動面）の洗浄ができることである。
従来は、チップ５の摺動面とバレル２の内壁との間に噛
み込まれた汚染物質はガスパージで洗い流すことは困難
であったが、本実施形態においては、上述のように、チ
ップ５の摺動面をガスが洗いながら流れる構造であるか
ら、バレル２やニードル３の内壁と同時に摺動面も洗浄
され、洗浄効果が大きい。

【００１８】図２は、本発明の他の実施形態を示したも
ので、同図（ａ）はチップの待機位置をバレル２の外に
設定した例であって、チップ５が待機位置に置かれた状
態を図示したものである。即ち、チップ５全体がバレル
２の外にあり、しかもパージガスが上方にのみ逃げてし
まうことを防ぐために、チップ５が軽くバレル２の後端
に当たる位置を待機位置として設定したものである。こ
の場合、待機位置の設定が異なるのみで、シリンジ１の
構造は図３に示す従来のものと変わらないので、従来に
比べてコストが上がることはない。のみならず、ガスパ
ージ時にチップ５がバレル２の外に出ているので、チッ
プ５の温度上昇は小さく、熱サイクルによるチップ５の
歪みを防ぐ効果が大きい。

【００１９】図２（ｂ）はさらに別の実施形態におい
て、チップ５を待機位置に置いた状態を示すもので、パ
ージガス導入口６を省き、ガスパージの際はニードル３
をパージガス供給源（洗浄ポート１２）のセプタム１３
に刺通することにより、パージガスをニードル３から導
入するように構成したものである。この場合、パージガ
スはバレル２の後端（図では上端）から排出される。従
って、チップ５の待機位置はバレル２の後端から少し離
れた位置に設定すればよいので、同図（ａ）の場合のよ
うに、チップ５がバレル２の後端に軽く当たるように微
妙に位置設定をする必要がない。その上、パージガス導
入口６を持たない極く一般的なシリンジを用いることが
できるので、シリンジのコストが従来よりも安いという
利点もある。なお、本発明は上記に例示したいくつかの
実施形態に限定されるものではない。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は熱サイク
ルによるチップの歪みを防止するように構成したので、
ガスパージ時にバレルの温度を上げることができ、効率
よく残留試料を除去することが可能となる。また、従来
は困難であったチップの摺動面に残留する試料の除去も
促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図である。

【図２】本発明の別の実施形態を示す図である。

【図３】従来の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…シリンジ ２…バレル ３…ニードル ４…プランジャ ５…チップ ６…パージガス導入口 ７…空洞部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バレルに進退自在に挿入されたプランジャ
   の先端に設けたチップがバレルの内壁に嵌合しながら摺
   動するシリンジを備えると共に、そのバレルは可変温度
   に温度調節されており、且つガスパージによりシリンジ
   の内部を洗浄する行程を持つヘッドスペースサンプラー
   において、前記チップがバレル内壁と嵌合しないチップ
   の待機位置を設定し、ガスパージの際はバレルの設定温
   度を高めると共にチップを前記待機位置に置くようにプ
   ログラムされたヘッドスペースサンプラー。
2. 【請求項２】前記シリンジのバレルの一部に内径の大き
   い部分を設け、この部分に前記チップの待機位置を設定
   した請求項１に記載のヘッドスペースサンプラー。
3. 【請求項３】前記シリンジのバレル外に前記チップの待
   機位置を設定した請求項１に記載のヘッドスペースサン
   プラー。