JP2002228637A - ガスクロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でもって、カラム取り外し時のイ
オン化室への空気の流入の阻止と、分析時の過剰な溶媒
成分の除去によるイオン化室の汚染の防止とを達成す
る。 【解決手段】 カラム１２と試料導入管２１とを継合す
る継合管２３に補助流路２４を接続し、その補助流路２
４に切替弁２５を介してＨｅガス供給源２７と吸気ポン
プ２９とを接続する。カラム取り外し時には、それに先
立ってＨｅガス供給源２７を補助流路２４に接続し、補
助流路２４を介して継合管２３にＨｅガスを供給する。
これによりカラムを外しても継合管２３内に外気が入ら
ず、試料導入管２１を通してイオン化室３３には不活性
なＨｅガスを送給することができる。また、分析時には
予めカラムから溶媒成分が流出する期間を設定しておく
と、その期間だけ吸気ポンプ２９と補助流路２４とが接
続され、溶媒成分を多量に含む試料ガスは試料導入管２
１へと入らない。

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
質量分析装置に関し、更に詳しくは、ガスクロマトグラ
フ部と質量分析部とを接続するインタフェース部に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフ質量分析装置（以下
「ＧＣ／ＭＳ」という）は、ガスクロマトグラフ部（以
下「ＧＣ部」という）のカラムにて成分分離した試料ガ
スをインタフェース部を介して質量分析部（以下「ＭＳ
部」という）に導入する構成を有する。ＧＣ部のカラム
に充填カラムやワイドボアカラムなどの内径の大きなカ
ラムを用いている場合には、カラム流量が大きいので、
カラムから溶出した試料ガスの全量をそのままＭＳ部に
導入してしまうと、ＭＳ部の真空容器内の真空度を保つ
ことが困難である。そこで、図８に示すようなインタフ
ェース部が従来より用いられている（例えば特開平６−
１４８１６２号公報の記載参照）。

【０００３】ＧＣ部１０とＭＳ部３０との間にはインタ
フェース部２０が設けられ、そのインタフェース部２０
の構成の一部として、ＧＣ部１０のカラム出口に繋がる
接続管２０１とＭＳ部３０のイオン化室に連通する試料
導入管２１とを挟んでセパレータ２０２が設けられてい
る。セパレータ２０２は接続管２０１の端面開口と試料
導入管２１の端面開口との間の間隙部からガスを吸引す
る吸気ポンプ２０３を含み、試料成分よりも遙かに軽い
キャリアガス分子を分離して吸引する。分析中、吸気ポ
ンプ２０３は常時作動し、セパレータ２０２においてキ
ャリアガスを排気している。これにより、試料導入管２
１を経てＭＳ部３０に導入される試料ガスの流量は減少
するとともに、試料成分の濃度を高めることができる。

【０００４】また、ＧＣ部１０でマイクロシリンジ等を
用いて試料が導入された場合には、試料の殆どが溶媒で
あるため、多量の溶媒をそのままＭＳ部３０のイオン化
室へと導入するとイオン化室を汚染するおそれがある。
そこで、インタフェース部２０にあっては、接続管２０
１に分岐した排気管路２０５が設けられ、排気管路２０
５は開閉弁２０４を介して吸気ポンプ２０３に接続され
ている。通常、ＧＣ分析では溶媒成分は他の目的成分よ
りも早くカラムを通過してその末端に達する。そこで、
分析開始後、カラムからの溶媒の溶出が終了するまでは
開閉弁２０４を開放し、排気管路２０５を通して試料ガ
スを排気する。そのあと溶媒がほぼ溶出し終えたら開閉
弁２０４を閉鎖し、遅れてカラムから溶出する各種目的
成分をセパレータ２０２を介して試料導入管２１からＭ
Ｓ部３０へと送るようにする。これにより、分析に不要
で逆に悪影響を与える溶媒を除去することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＧＣ部１０のカラムに
内径の小さなキャピラリカラムを用いた場合には、カラ
ム流量が格段に小さいので、上述したようなセパレータ
２０２を用いる必要はなく、カラム出口を試料導入管２
１に直結する方法が採られている。しかしながら、上述
したような多量の溶媒がＭＳ部３０に導入されることに
よる不都合はキャピラリカラムを使用した場合でも同様
であって、溶媒を多量に含む試料ガスを排出する構成を
設けることが望ましい。

【０００６】また、ＧＣ分析では、分析の際にカラムを
寸法の異なるもの等に交換することがよくある。ＭＳ部
３０が真空状態で且つ高温になっている状態でカラムが
取り外されると、空気が試料導入管２１を通してＭＳ部
３０に流入し、各部の酸化等の損傷を生じるおそれがあ
る。これを防ぐには、ＭＳ部３０の温度を常温近くまで
下げ、そのあとＭＳ部３０を大気圧に戻すようにすれば
よいが、一旦温度を下げると再び温度を元に戻す迄に長
い時間を要し、分析効率が大幅に低下する。

【０００７】そこで、インタフェース部２０にあっては
試料導入管２１に分岐管を設けて不活性ガス（通常はＧ
Ｃ部１０のキャリアガスと同じＨｅガス）を導入するこ
とができるような構成としておき、カラム１２を取り外
す前にカラム１２からの試料ガスの代わりにこの不活性
ガスを試料導入管２１に流すようにして、その状態でカ
ラム１２を取り外すことによって外気が試料導入管２１
に流入しないような方法が採られている。

【０００８】こうした様々な機能をインタフェース部２
０に持たせようとした場合、その構造は複雑になってし
まいコストが高いものとなるおそれがある。本発明はこ
のような点に鑑みて成されたものであり、その目的とす
るところは、簡単な構成でもって、溶媒の除去と、カラ
ム取り外し時のＭＳ部への空気流入阻止を行うことがで
きるガスクロマトグラフ質量分析装置を提供することに
ある。

【０００９】

【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、ガスクロマトグラフ部のカラムで
分離された試料を真空容器内に配設された質量分析部の
イオン化室へ導入するためのインタフェース部を有する
ガスクロマトグラフ質量分析装置に於いて、該インタフ
ェース部は、 a)カラムから出た試料ガスをイオン化室へと導く試料導
入管と、 b)カラム出口と試料導入管との接続部又は該試料導入管
から分岐する給排気流路と、 c)該給排気流路の他端に接続され、給気流路と排気流路
とを選択的に該給排気流路に接続する流路切替弁と、 d)前記給気流路に接続された不活性ガス供給手段と、 e)前記排気流路に接続された吸気手段と、 を備え、第１動作モードでは、前記流路切替弁により給
気流路と給排気流路とを接続し、前記不活性ガス供給手
段から給排気流路を経て試料導入管へと不活性ガスを供
給し、第２動作モードでは、前記流路切替弁により排気
流路と給排気流路とを接続し、カラムから流出して試料
導入管に流れる試料ガスの少なくとも一部を前記吸気手
段により吸引するようにしたことを特徴としている。

【００１０】カラムをインタフェース部から取り外す場
合、それに先立って第１動作モードとすれば、不活性ガ
ス供給手段から供給される不活性ガスが試料導入管へと
流れ込み、カラムを取り外したときに試料導入管からイ
オン化室内へ外気（空気）が流入することを回避でき
る。これにより、高温に加熱されているイオン化部の酸
化等を防止することができる。一方、分析を行う際に
は、カラムから溶媒が溶出する期間、第２動作モードと
すれば、カラムから溶出した試料ガスの少なくとも一部
が排出されるから、試料導入管を経てイオン化室へと導
入される試料ガスの量が減少する。したがって、多量の
溶媒がイオン化室へと流れ込んでＭＳ部内を汚染するこ
とを防止できる。

【００１１】なお、カラムから溶媒が溶出している期間
のみ試料ガスを排出し、それ以降の期間に排出を停止す
るには、吸気手段の動作を制御してもよいが、流路切替
弁と一体に又は別に開閉弁を設け、その開閉弁の開閉動
作により排出・非排出を制御するとよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスクロマト
グラフ質量分析装置の一実施形態について図面を参照し
て説明する。図１は本ＧＣ／ＭＳの全体構成を示す概略
図、図２はインタフェース部を中心とする構成図であ
る。

【００１３】ＧＣ部１０に於いて、カラムオーブン１３
により適度の温度に加熱されたカラム（キャピラリカラ
ム）１２には所定流量のキャリアガス（Ｈｅガス）が供
給され、インジェクタ１１に注入された試料成分は気化
してキャリアガス流に乗ってカラム１２内に送られる。
カラム１２を通過する間に試料ガス中の各成分は時間的
に分離されてその末端に到達し、インタフェース部（以
下「Ｉ／Ｆ部」と称す）２０を介してＭＳ部３０のイオ
ン化室３３に導入される。このイオン化室３３に於いて
電子衝撃法、化学イオン化法等のイオン化法によって成
分分子はイオン化され、イオン化室３３を飛び出したイ
オンはイオンレンズ３４を介して四重極フィルタ（又は
他の質量分離器）３５に導入される。四重極フィルタ３
５には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加さ
れ、該印加電圧に応じた質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有
するイオンのみが四重極フィルタ３５を通過して検出器
３６に到達して検出される。イオン化室３３、イオンレ
ンズ３４、四重極フィルタ３５及び検出器３６は、真空
ポンプ３２により真空吸引される真空容器３１内に配設
されている。

【００１４】カラム１２の温度は目的成分の種類等に応
じて（主として目的成分の沸点に応じて）、通常１００
〜３００℃程度の範囲内で適宜に設定される。カラム１
２の末端に達した試料ガスの温度が下がると、該ガスの
流通が悪化して分析精度の劣化等の原因となる。そのた
め、Ｉ／Ｆ部２０では、カラム１２の出口に接続した試
料導入管２１の周囲に配設したヒータ２２により、試料
導入管２１をカラム１２の最高温度とほぼ同程度の温度
に維持するように加熱している。これにより、試料ガス
はスムーズにイオン化室３３へと導入される。なお、イ
オン化室３３もイオン化を安定的に行なうために適度な
温度、例えばＩ／Ｆ部２０よりも数十℃程度低い温度に
加熱される。

【００１５】図２に示すように、カラム１２の末端はＩ
／Ｆ部２０の継合管２３内に挿入され、継合管２３内で
試料導入管２１の端面と所定の間隙をもって対向するよ
うになっている。継合管２３の側方には補助流路２４の
一端が接続されており、この補助流路２４の他端は切替
弁２５の共通流路口２５３に接続されている。切替弁２
５は２つの流路の切替えとその流路を開閉する機能とを
有している。切替弁２５の第１選択口２５１にはＨｅガ
ス供給源２７に至る給気流路２６が接続され、第２選択
口２５２には吸気ポンプ２９の吸引口に至る排気流路２
８が接続されている。切替弁２５の切替え及び開閉動作
は、操作部４１からの操作を受け付ける制御部４０によ
り制御されるようになっている。

【００１６】次いで、上記Ｉ／Ｆ部２０の特徴的な動作
について図３〜図５を参照して説明する。

【００１７】（１）カラム取り外し時の動作（図３参
照） このＧＣ／ＭＳに於いて、例えば或る分析を行ったあと
カラム１２を交換して引き続き分析を行う場合には次の
ようにする。まずカラム１２の取り外し作業に先立っ
て、操作部４１で所定の操作を行うと、制御部４０の指
示により切替弁２５は給気流路２６と補助流路２４とを
接続するように流路を切り替えて流路を開放する。する
と、Ｈｅガス供給源２７から供給されたＨｅガスが給気
流路２６、補助流路２４を経て継合管２３に流れ込んで
充満する。この状態で、作業者はカラム１２を取り外
す。図３に示すようにカラム１２が外されると、カラム
１２からのＨｅガスの流れ込みはなくなるが、その代わ
り補助流路２４を経て継合管２３へ流入するＨｅガスが
試料導入管２１へと流れ込み、また、カラム挿入のため
のガイド穴２３１からもＨｅガスが漏れ出る。したがっ
て、カラム１２を取り外してもガイド穴２３１から外気
が入って試料導入管２１へと流れ込むことがなく、イオ
ン化室３３や真空容器３１内部は空気による汚染を生じ
ない。作業者はガイド穴２３１に他のカラムを装着し、
そのカラムからＨｅガスを送り込める状態になったなら
ば、操作部４１で所定の操作を行う。これに応じて制御
部４０は、切替弁２５に於いて流路を閉鎖して補助流路
２４からのＨｅガスの供給を停止する。

【００１８】（２）溶媒成分除去時の動作（図４参照） 作業者は分析に関する各種パラメータを設定する際に、
溶媒除去期間を試料注入時からの経過時間として入力し
ておく。すなわち、インジェクタ１１に注入される試料
液の中で試料成分に比較して溶媒の量が格段に多い場合
には、クロマトグラムは図５に示すようになり、試料注
入後にまず溶媒成分が流出して大きなピークが出現し、
そのあとに本来の分析対象である目的成分のピークが順
番に現れる。この溶媒成分によるピークが出現する保持
時間を推定し、例えば、図５中の期間Ｔ（つまりｔ１か
らｔ２までの間）を溶媒除去期間として設定しておくと
よい。

【００１９】分析が開始されると、制御部４０はまず切
替弁２５で流路が閉鎖するように制御し、試料注入から
ｔ１が経過したときに、切替弁２５で排気流路２８と補
助流路２４とを接続するように流路を切り替えて該流路
を開放するとともに、吸気ポンプ２９を作動させる。こ
のとき、ちょうど溶媒成分がカラム１２から流出してＩ
／Ｆ部２０へと到達し始めるから、この多量の溶媒成分
を含む試料ガスの多くは継合管２３から補助流路２４、
排気流路２８を経て吸気ポンプ２９に吸引される。した
がって、試料導入管２１を通してイオン化室３３へと導
入される試料ガスはごく僅かになる。そして、試料注入
からｔ２が経過すると、制御部４０の指示の下に切替弁
２５は流路を閉鎖し、吸気ポンプ２９は停止する。する
と、カラム１２から出た試料ガスはその全量が試料導入
管２１へと流れ込むようになり、以降はＭＳ部３０にお
いて通常の分析が行える。これにより、分析には不要で
あるどころか分析に悪影響を及ぼすおそれさえある溶媒
成分のみを除去し、目的成分に対しては精度の高い分析
を行うことができる。

【００２０】図６は他の実施形態によるガスクロマトグ
ラフ質量分析装置のインタフェース部を中心とする構成
図である。基本的な構成は図２に示したものと同様であ
るが、継合管２３内に圧力センサ４２を配置し、制御部
４０は圧力センサ４２による検出圧力値を判断して、そ
の結果に応じて切替弁２５を制御する。図７は時間経過
に伴う検出圧力の変化の一例を示す図である。定常時に
はＧＣ部１０において一定流量でキャリアガスが流れる
ように入口ガス圧又はガス流量が制御されているため、
圧力センサ４２による検出圧力はほぼ一定のＰ０に維持
される。カラム１２が取り外されると、継合管２３内の
ガス圧はほぼ大気圧にまで低下する。制御部４０は検出
圧力が所定圧Ｐ１以下になると、カラム１２の取り外し
状態であると判断して上記（１）で説明したような制御
を実行する。一方、試料注入後に溶媒成分が継合管２３
に到達すると、ガス圧が一時的に上昇する。制御部４０
は試料注入後に検出圧力が所定圧Ｐ２以上になると、溶
媒成分によるピークであると判断して上記（２）で説明
したような制御を実行する。これにより、作業者が特別
な設定を行うことなく、自動的に必要に応じて補助流路
２４からのＨｅガスの供給又は補助流路２４を通した排
気を行うことができる。

【００２１】なお、上記実施形態は単に一例であって、
本発明の趣旨の範囲で適宜修正や変更を行えることは明
らかである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
クロマトグラフ質量分析装置では、簡単な構成で、且つ
切替弁の制御によって、カラム取り外し時のイオン化室
への空気の流入の阻止と、分析時の過剰な溶媒成分の除
去によるイオン化室の汚染の防止とを達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態によるガスクロマトグラ
フ質量分析装置の全体構成図。

【図２】 本ガスクロマトグラフ質量分析装置における
インタフェース部を中心とする構成図。

【図３】 図２のインタフェース部の動作の一状態を示
す略構成図。

【図４】 図２のインタフェース部の動作の一状態を示
す略構成図。

【図５】 分析時のクロマトグラムの一例を示す図。

【図６】 他の実施形態によるガスクロマトグラフ質量
分析装置におけるインタフェース部を中心とする構成
図。

【図７】 図６のインタフェース部の動作の説明するた
めの図。

【図８】 従来のガスクロマトグラフ質量分析装置の概
略構成図。

【符号の説明】

１０…ガスクロマトグラフ部（ＧＣ部） １１…インジェクタ １２…カラム ２０…インタフェース部（Ｉ／Ｆ部） ２１…試料導入管 ２２…ヒータ ２３…継合管 ２４…補助流路 ２５…切替弁 ２６…給気流路 ２７…Ｈｅガス供給源 ２８…排気流路 ２９…吸気ポンプ ３０…質量分析部（ＭＳ部） ３１…真空容器 ３３…イオン化室 ４０…制御部 ４２…圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスクロマトグラフ部のカラムで分離さ
   れた試料を真空容器内に配設された質量分析部のイオン
   化室へ導入するためのインタフェース部を有するガスク
   ロマトグラフ質量分析装置に於いて、該インタフェース
   部は、 a)カラムから出た試料ガスをイオン化室へと導く試料導
   入管と、 b)カラム出口と試料導入管との接続部又は該試料導入管
   から分岐する給排気流路と、 c)該給排気流路の他端に接続され、給気流路と排気流路
   とを選択的に該給排気流路に接続する流路切替弁と、 d)前記給気流路に接続された不活性ガス供給手段と、 e)前記排気流路に接続された吸気手段と、 を備え、 第１動作モードでは、前記流路切替弁により給気流路と
   給排気流路とを接続し、前記不活性ガス供給手段から給
   排気流路を経て試料導入管へと不活性ガスを供給し、第
   ２動作モードでは、前記流路切替弁により排気流路と給
   排気流路とを接続し、カラムから流出して試料導入管に
   流れる試料ガスの少なくとも一部を前記吸気手段により
   吸引するようにしたことを特徴とするガスクロマトグラ
   フ質量分析装置。