JP2002181798A

JP2002181798A - ガスクロマトグラフィ装置

Info

Publication number: JP2002181798A
Application number: JP2000378799A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Oya; 勉大家
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】低沸点成分から高沸点成分までの広範囲の成
分を同時にしかも連続的に精度よく分析することができ
るガスクロマトグラフィ装置を提供すること。【解決手段】サンプルガスを濃縮管１４内に導入して
特定成分を吸着させた後、前記濃縮管１４を加熱して特
定成分を離脱させ、キャリアガスに保持させて濃縮サン
プルガスとし、この濃縮サンプルガスを、流路切換手段
１に接続された二つのカラム２１，２４に通してさらに
特定成分のみを分離して検出器２６に導入し、ガスクロ
マトグラムを得るようにしたガスクロマトグラフィ装置
において、前記二つのカラム２１，２４の間に、第２の
流路切換手段４７を介して第３のカラム４８および第２
の検出器４９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば大気中に
含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどの特定成分
を分析するためのガスクロマトグラフィ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のガスクロマトグラフィ装
置の一例を示すもので、この図において、１は流路切換
手段で、例えば１０個のポート（図中、時計まわりに付
した符号ａ〜ｊで示す）を備えた公知の十方弁よりな
る。この流路切換手段１は、例えばオンのとき、図にお
いて仮想線で示すようにポート間が接続し、オフのと
き、実線で示すようにポート間が連通する。

【０００３】２はサンプル導入手段としての吸引シリン
ダで、その一端が三方電磁弁３を備えた接続管４を介し
て十方弁１のポートａに接続され、その他端が三方電磁
弁５を備えた流路６に接続されている。そして、この流
路６の他端側は、フィルタ７を備えた駆動用空気導入口
８に接続されており、五方電磁弁９が接続されている。

【０００４】１０はサンプルガスの導入口で、フィルタ
１１および三方電磁弁１２を備えたサンプルガスライン
１３を介して十方弁１のポートｂに接続されている。

【０００５】１４は濃縮管で、接続管１５，１６を介し
て十方弁１のポートｃ，ｊと接続されている。この濃縮
管１４は、その管自体が通電されることによって、発熱
昇温できるように構成され、その内部には、特定成分を
吸着させるための濃縮用充填剤（吸着剤）が設けられて
いる。そして、この濃縮管１４には、フィルタ１７、フ
ローセンサ１８およびポンプ１９を備えた流路２０が接
続されている。

【０００６】２１は第１のカラムで、接続管２２，２３
を介して十方弁１のポートｄ，ｈに接続されている。２
４は第２のカラムで、その一端が接続管２５を介して十
方弁１のポートｇと接続され、他端が例えば水素炎イオ
ン化検出器（ＦＩＤ）などの検出器２６に接続されてい
る。そして、この検出器２６の他端は、排ガスライン２
７を介して排出口２８に接続されている。

【０００７】そして、十方弁１のポートｅは、ニードル
弁２９を備えたバックフラッシュライン３０を介して排
ガスライン２７の検出器２６と排出口２８との間の点２
７ａにおいて接続されている。また、十方弁１のポート
ｆは、ニードル３１および圧力調整弁３２を備えたキャ
リアガスライン３３に接続されており、このキャリアガ
スライン３３は、フィルタ３４を備えたキャリアガス
（例えばＮ₂ガス）導入口３５に接続されている。さら
に、十方弁１のポートｉは、接続管３６を介してキャリ
アガスライン３３のニードル３１と圧力調整弁３２との
間の点３３ａに接続されている。

【０００８】３７はサンプルガスライン１３と排ガスラ
イン２７との間を接続するバイパスラインで、一端が三
方電磁弁１２に接続され、他端が排ガスライン２７の接
続点２７ａと排出口２８との間の点２７ｂに接続されて
おり、フローセンサ３８を備えている。

【０００９】３９はサンプルガスライン１３とバイパス
ライン３７との間を接続するオーバーフローラインで、
一端がサンプルガスライン１３のポートｂと三方電磁弁
１２との間の点１３ａに接続され、他端がバイパスライ
ン３７の三方電磁弁１２とフローセンサ３８との間の点
３７ａに接続されており、三方電磁弁４０および吸引ポ
ンプ４１を備えている。

【００１０】４２は校正ガス導入口で、例えばＮ₂ガス
ボンベ（図示していない）が接続され、電磁弁４３およ
びキャピラリ４４を備えた校正ガスライン４５を介して
バイパスライン３７の電磁弁１２と接続点３７ａとの間
の点３７ｂに接続されている。

【００１１】４６は恒温槽で、十方弁１、第１のカラム
２１、第２のカラム２４、検出器２６およびそれらに接
続された管の一部が収容される。

【００１２】そして、上記構成のガスクロマトグラフィ
装置は、図示していないコントローラによって、各部が
所定のシーケンスにしたがって制御され、サンプルガス
として大気を濃縮管１４内に導入して特定成分を吸着さ
せた後、濃縮管１４を加熱して特定成分を離脱させ、キ
ャリアガスに保持させて濃縮サンプルガスとし、この濃
縮サンプルガスを第１のカラム２１や第２のカラム２４
に通してさらに特定成分のみを分離して検出器２６に導
入することにより、ガスクロマトグラムが得られ、大気
中の特定有害物質の分析を行うことができる。

【００１３】そして、三方電磁弁１２を開閉することに
よって、サンプルガスを濃縮管１４に導入するか、ある
いはバイパスライン３７を介して系外に排出させるかを
選択することができ、これにより、サンプルガスを常時
供給し続けることが可能となり、サンプルガスの経時的
な濃度変化をより正確に把握することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガスクロマトグラフィ装置は、二つのカラム２１，
２４と一つの検出器２６とからなるが、そのシステムの
構成上およびカラム２１，２４の分離機構（分離作用）
上、低沸点成分（含むガス成分）および高沸点成分を同
時に分析することができず、このため、大気中汚染物質
（ＶＯＣ）の一部しか測定できなかった。

【００１５】上述の課題を解決する手法として、ガス成
分を分離するために、第２のカラム２４として吸着型カ
ラム（気固クロマトグラフィ）を使用することが考えら
れるが、高沸点成分に対する吸着作用が強すぎて溶出し
てこないといった不都合がある。また、逆に、高沸点成
分を分離するために、第２のカラム２４として分配型カ
ラム（気液クロマトグラフィ）を使用すると、ガス成分
が分離せず、そのまま溶出してしまう。

【００１６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、低沸点成分から高沸点成分まで
の広範囲の成分を同時にしかも連続的に精度よく分析す
ることができるガスクロマトグラフィ装置を提供するこ
とである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１発明では、サンプルガスを濃縮管内に導入して
特定成分を吸着させた後、前記濃縮管を加熱して特定成
分を離脱させ、キャリアガスに保持させて濃縮サンプル
ガスとし、この濃縮サンプルガスを、流路切換手段に接
続された二つのカラムに通してさらに特定成分のみを分
離して検出器に導入し、ガスクロマトグラムを得るよう
にしたガスクロマトグラフィ装置において、前記二つの
カラムの間に、第２の流路切換手段を介して第３のカラ
ムおよび第２の検出器を設けている。

【００１８】そして、第２発明では、サンプルガスを濃
縮管内に導入して特定成分を吸着させた後、前記濃縮管
を加熱して特定成分を離脱させ、キャリアガスに保持さ
せて濃縮サンプルガスとし、この濃縮サンプルガスを、
流路切換手段に接続された二つのカラムに通してさらに
特定成分のみを分離して検出器に導入し、ガスクロマト
グラムを得るようにしたガスクロマトグラフィ装置にお
いて、前記流路切換手段に接続されるバックフラッシュ
ラインに、第３のカラムおよび第２の検出器を設けてい
る。

【００１９】上記いずれの発明においても、低沸点成分
から高沸点成分までの広範囲にわたる成分を同時にしか
も連続的に精度よく分析することができる。そして、自
動かつ連続測定を行うことができるので、サンプルガス
に含まれる各種の成分を効率よく分析することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１は、第１発明のガスクロマ
トグラフィ装置の基本的な構成の一例を概略的に示すも
ので、この図において図８に示した符号と同一のものは
同一物を示している。

【００２１】第１発明のガスクロマトグラフィ装置にお
いては、第１のカラム２１および第２のカラム２４の間
に、第２の流路切換手段４７を介して第３のカラム４８
および第２の検出器４９を設けている。

【００２２】前記第２の流路切換手段４７は、例えば４
個のポート（図中、時計まわりに付した符号ｋ〜ｎで示
す）を備えた公知の四方弁よりなり、例えばオンのと
き、図において仮想線で示すようにポート間が接続し、
オフのとき、実線で示すようにポート間が連通する。そ
して、図８における接続管２５を除去し、前記第２の流
路切換手段４７を次のようにして設けている。

【００２３】すなわち、第２の流路切換手段４７のポー
トｋを、接続管５０を介して第２のカラム２４に接続す
るとともに、ポートｌを、接続管５１を介して流路切換
手段１（以下、第１の流路切換手段１という）のポート
ｇに接続し、さらに、ポートｎを、接続管５２を介して
キャリアガスライン３３の接続点３３ａと圧力調整弁３
２と間の点３３ｂに接続している。

【００２４】また、前記第３のカラム４８は、その一端
側が連結管５３を介して第２の流路切換手段４７のポー
トｍに接続され、他端側に接続管５４を介して第２の検
出器４９に接続されている。この第２の検出器４９は、
検出器２６（以下、第１の検出器２６という）と同様
に、例えばＦＩＤよりなる。

【００２５】そして、前記各カラム２１，２４，４８
は、それぞれ最適な温度条件が設定できるように、各別
に恒温槽（図示していない）内に収容されている。ま
た、各流路切換手段１，４７は、それぞれ、１５０℃〜
２００℃程度に加熱できるように構成されている。さら
に、濃縮管１４は、急速に冷却または加熱できるように
構成された装置５５内に収容されている。そして、サン
プルが通過するラインや管内は、コールドスポットやデ
ッドボリュームがないように形成されている。

【００２６】なお、構成のガスクロマトグラフィ装置
は、図示していないコントローラによって、各部が所定
のシーケンスにしたがって制御されることはいうまでも
ない。

【００２７】次に、上記構成のガスクロマトグラフィ装
置の動作について、図２をも参照しながら説明する。ま
ず、濃縮管１４において吸着・濃縮されたサンプルは、
急速な加熱によって脱着して、図２（Ａ）において符号
５６で示すように、第１のカラム２１方向に移動する。

【００２８】そして、低沸点成分（含ガス成分）が第２
のカラム２４へ移動したとき、第２の流路切換手段４７
をオンにしてポート間の接続を切り換える。このとき、
サンプル中の低沸点成分（含ガス成分）は、図２（Ｂ）
において符号５７で示すように、そのまま第２のカラム
２４へと進み、分離されて、第１の検出器２６において
検出される。一方、サンプル中の高沸点成分は、図２
（Ｂ）において符号５８で示すように、第３のカラム４
８へと進み、分離されて、第２の検出器４９において検
出される。

【００２９】そして、測定対象とする最後の高沸点成分
が、図２（Ｃ）において符号５９で示すように、第３の
カラム４８に移動したとき、バックフラッシュモードと
して、符号６０で示すようにバックフラッシュを行う。

【００３０】上述の動作説明から明らかなように、第１
発明のガスクロマトグラフィ装置においては、低沸点成
分から高沸点成分までの広範囲の成分を同時にしかも連
続的に精度よく分析することができる。そして、特に、
バックフラッシュを行う前に対象とする高沸点成分を検
出することができる。

【００３１】そして、上記基本的なガスクロマトグラフ
ィ装置の構成において、種々のカラムを組み合わせるこ
とにより、（１）ガス成分と低〜中高沸点成分の分離（２）低沸点成分と中高沸点成分の分離（３）無極性成分と極性成分の分離の３種類のシステムを構築できる。以下、これについ
て、図３〜図５を参照しながら説明する。

【００３２】まず、（１）ガス成分と低〜中高沸点成分
の分離を行う場合には、図３に示すように、第１のカラ
ム２１および第３のカラム４８を分配型カラム２１Ａ，
４８Ａとし、第２のカラム２４を吸着型カラム２４Ｂと
する。これにより、サンプル中のガス成分が吸着型カラ
ム（第２のカラム）２４Ｂで吸着・分離され、サンプル
中の低〜中高沸点成分が分配型カラム４８（第３のカラ
ム）４８Ａで分配・分離される。この場合、第１のカラ
ム２１Ａにおいて中高沸点成分の分離を良好に行うこと
ができれば、第３のカラム４８は抵抗であってもよい。

【００３３】次に、（２）低沸点成分と中高沸点成分の
分離をを行う場合には、図４に示すように、全てのカラ
ム２１，２４，４８を分配型カラム２１Ａ，２４Ａ，４
８Ａとする。これにより、サンプル中の低沸点成分（含
ガス成分）が分配型カラム２４Ａで分配・分離され、サ
ンプル中の低〜中高沸点成分が分配型カラム４８Ａで分
配・分離される。

【００３４】そして、（３）無極性成分と極性成分の分
離を行う場合には、図５に示すように、第１のカラム２
１および第３のカラム４８を無極性カラム２１Ｃ，４８
Ｃで構成し、第２のカラム２４を極性カラム２４Ｄで構
成するのである。今、サンプルに、図５（Ａ）に示すよ
うに、多種の無極性化合物Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅおよび極性化
合物Ｃ，Ｆが含まれているものとする。

【００３５】第１の流路切換手段１からのサンプル
が第１のカラム（無極性カラム）２１Ｃを通過する際、
化合物Ａ〜Ｆが、図５（Ａ）に示すように、およそ沸点
順に溶出する。

【００３６】極性成分群Ｆが第２のカラム（極性カ
ラム）２４Ｄに移動したとき、第１の流路切換手段１お
よび第２の流路切換手段４７をオンしてポートの接続を
切り換える。これにより、無極性成分Ｄ，Ｅは第３のカ
ラム（無極性カラム）４８Ｃに移動し、第２の検出器４
９によって検出される（図５（Ｂ）参照）。一方、第２
のカラム（極性カラム）２４Ｄに移動した極性成分群Ｆ
（極性成分Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃よりなる）は、第２のカラ
ムを移動しながら分離し、第１の検出器２６によって検
出される（図５（Ｂ）参照）。

【００３７】極性成分群Ｃ（極性成分Ｃ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃よりなる）の第１のカラム（無極性カラム）２１Ｃ
における溶出タイミングを見計らって、第１の流路切換
手段１および第２の流路切換手段４７を切り換えると、
極性成分群Ｃは第２のカラム（極性カラム）２４Ｄに移
動し、分離されて、第１の検出器２６によって検出され
る（図５（Ｃ）参照）。

【００３８】無極性成分Ａ，Ｂの第１のカラム（無
極性カラム）２１Ｃにおける溶出タイミングを見計らっ
て、第１の流路切換手段１および第２の流路切換手段４
７を切り換えると、無極性成分Ａ，Ｂは第３のカラム
（無極性カラム）４８Ｃに移動し、第２の検出器４９に
よって検出される（図５（Ｄ）参照）。

【００３９】以上のように、マトリックス（成分）に応
じて、前記〜の操作を繰り返すことにより、サンプ
ルに含まれる極性成分および無極性成分の全てを分離、
分析することができる。

【００４０】なお、上記実施の形態において、第３のカ
ラム４８を無極性カラムとしているが、これに代えて、
抵抗を設けてもよい。

【００４１】次に、図６は、第２発明のガスクロマトグ
ラフィ装置の構成の一例を概略的に示すもので、この図
において図８に示した符号と同一のものは同一物を示し
ている。

【００４２】第２発明のガスクロマトグラフィ装置にお
いては、図８に示した構成におけるバックフラッシュラ
イン３０に、第３のカラム４８および第２の検出器４９
を設けた点が、図８におけるガスクロマトグラフィ装置
の構成と異なる。そして、この第２の発明のガスクロマ
トグラフィ装置においても、各カラム２１，２４，４８
は、それぞれ最適な温度条件が設定できるように、各別
に恒温槽（図示していない）内に収容されている。ま
た、流路切換手段１は、１５０℃〜２００℃程度に加熱
できるように構成されている。さらに、濃縮管１４は、
急速に冷却または加熱できるように構成された装置５５
内に収容されている。そして、サンプルが通過するライ
ンや管内は、コールドスポットやデッドボリュームがな
いように形成されている。

【００４３】次に、上記構成のガスクロマトグラフィ装
置の動作について、図７をも参照しながら説明する。ま
ず、図７（Ａ）において符号６１で示すサンプルは、濃
縮管１４においてトラップされ、この濃縮管１４の加熱
によって吸着されていたサンプルは第１のカラム２１へ
と移動する。

【００４４】そして、前記サンプル中の低沸点成分（含
ガス成分）が第２のカラム２４へ移動したとき、第１の
流路切換手段１をオンにしてポート間の接続を切り換
え、バックフラッシュモードにする。このとき、前記低
沸点成分（含ガス成分）は、図７（Ａ）において符号６
１Ａで示すように、そのまま第２のカラム２４へと進
み、これを通過して成分ごとに分離されて、第１の検出
器２６において検出される。一方、サンプル中の高沸点
成分（含フタール酸エステル）は、前記バックフラッシ
ュによって、図７（Ｂ）において符号６１Ｂで示すよう
に、逆方向に移動し、元の分離されていない成分の一員
となるが、第３のカラム４８によって再び成分ごとに分
離されて、第２の検出器４９において検出される。

【００４５】上述の動作説明から明らかなように、第２
発明のガスクロマトグラフィ装置においても、低沸点成
分から高沸点成分までの広範囲の成分を同時にしかも連
続的に精度よく分析することができる。

【００４６】そして、大気中にごく微量含まれるフター
ル酸エステルの分析は、従来においては、フィルタ捕集
→溶媒抽出→液体クロマトグラフィ分析といった手法に
行われていたが、上記構成のガスクロマトグラフィ装置
によれば、簡単にしかも短時間に行うことができるよう
になる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、上記第１および第
２の発明のいずれにおいても、低沸点成分から高沸点成
分までの広範囲にわたる成分を同時にしかも連続的に精
度よく分析することができる。そして、自動かつ連続測
定を行うことができるので、サンプルガスに含まれる各
種の成分を効率よく分析することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明のガスクロマトグラフィ装置の構成の
一例を概略的に示す図である。

【図２】前記ガスクロマトグラフィ装置の基本的動作を
説明すための図である。

【図３】前記ガスクロマトグラフィ装置を用いてガス成
分と低〜中高沸点成分の分離を行う動作を説明するため
の図である。

【図４】前記ガスクロマトグラフィ装置を用いて低沸点
成分と中高沸点成分の分離を行う動作を説明するための
図である。

【図５】前記ガスクロマトグラフィ装置を用いて無極性
成分と極性成分の分離を行う動作を説明するための図で
ある。

【図６】第２発明のガスクロマトグラフィ装置の構成の
一例を概略的に示す図である。

【図７】前記ガスクロマトグラフィ装置の基本的動作を
説明すための図である。

【図８】従来技術のガスクロマトグラフィ装置を概略的
に示す図である。

【符号の説明】

１…第１の流路切換手段、１４…濃縮管、２１，２１
Ａ，２１Ｃ…第１のカラム、２４，２４Ａ，２４Ｂ，２
４Ｄ…第２のカラム、２６…第１の検出器、３０…バッ
クフラッシュライン、４７…第２の流路切換手段、４
８，４８Ａ，４８Ｃ…第３のカラム、４９…第２の検出
器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプルガスを濃縮管内に導入して特定
成分を吸着させた後、前記濃縮管を加熱して特定成分を
離脱させ、キャリアガスに保持させて濃縮サンプルガス
とし、この濃縮サンプルガスを、流路切換手段に接続さ
れた二つのカラムに通してさらに特定成分のみを分離し
て検出器に導入し、ガスクロマトグラムを得るようにし
たガスクロマトグラフィ装置において、前記二つのカラ
ムの間に、第２の流路切換手段を介して第３のカラムお
よび第２の検出器を設けたことを特徴とするガスクロマ
トグラフィ装置。
【請求項２】サンプルガスを濃縮管内に導入して特定
成分を吸着させた後、前記濃縮管を加熱して特定成分を
離脱させ、キャリアガスに保持させて濃縮サンプルガス
とし、この濃縮サンプルガスを、流路切換手段に接続さ
れた二つのカラムに通してさらに特定成分のみを分離し
て検出器に導入し、ガスクロマトグラムを得るようにし
たガスクロマトグラフィ装置において、前記流路切換手
段に接続されるバックフラッシュラインに、第３のカラ
ムおよび第２の検出器を設けたことを特徴とするガスク
ロマトグラフィ装置。