JP2002243598A - 分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希釈装置を用いることなく、正確かつスムー
ズな分析が可能であるサンプルの濃度の範囲を広げるこ
とができる分析計を提供する。 【解決手段】 分析部１の上流側に、サンプルＳ中の測
定対象成分が濃縮手段２，３によって濃縮されたのちに
前記分析部１へと至るように構成された低濃度用サンプ
リングライン４と、サンプルＳ中の測定対象成分が直接
前記分析部１へと至るように構成された高濃度用サンプ
リングライン５とを備え、前記二つのサンプリングライ
ン４，５が、択一的に前記分析部１に連通するように構
成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、揮発性有
機化合物を分析するための分析計に関する。

【０００２】

【従来の技術】揮発性有機化合物を分析するための従来
の分析計として、図２に示すものがある。すなわち、こ
の分析計は、分析部１の上流側に、サンプルＳが流れる
流路１５と、この流路１５に入口部１６が面するととも
に、この入口部１６から出口部１７までが減圧手段１８
によって減圧され、さらに、サンプルＳ中の測定対象成
分が透過するように配置されるメンブレン２３，２３を
有したサンプル導入部２４と、このサンプル導入部２４
に一端が接続されるとともに他端が前記分析部１に接続
される導入流路２５とからなるサンプリングライン２６
を有していた。

【０００３】上記の構成からなる分析計では、前記サン
プル導入部２４内の圧力が前記流路１５の圧力よりも低
くなっており、さらに、前記分析部１内の圧力が前記サ
ンプル導入部２４内の圧力よりも低くなるように構成さ
れていたことから、前記流路１５中を流れるサンプルＳ
は、サンプル導入部２４内を経て分析部１へと向かおう
とするのであるが、このとき、前記サンプル導入部２４
内に設けられているメンブレン２３，２３によって、サ
ンプルＳ中の測定対象成分が選択的に前記分析部１へと
送られることになり、これにより、前記測定対象成分の
濃度の低いサンプル（以下、低濃度サンプルという）Ｓ
が前記流路１５を流れている場合でも、分析部１へと送
る前記測定対象成分の濃度を、測定に適した程度にまで
上げることができたのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の分
析計では、前記測定対象成分の濃度が高いサンプル（以
下、高濃度サンプルという）Ｓが不意に前記流路１５を
流れると、前記サンプル導入部２４内に設けられたメン
ブレン２３，２３の下流側における前記測定対象成分が
飽和状態となり、測定値の直線性が保てなくなるという
問題があった。

【０００５】また、高濃度サンプルＳが前記流路１５を
流れると、前記メンブレン２３，２３の下流側における
前記測定対象成分の濃度が非常に高くなり、濃度が高く
なった測定対象成分が前記メンブレン２３，２３の下流
側を汚染するおそれがあった。そして、このような汚染
が生じた場合には、数時間の間、分析計が使用不可能と
なった。

【０００６】すなわち、上記従来の分析計では、希釈装
置を用いなければ高濃度サンプルを正確かつスムーズに
測定することができなかった。

【０００７】本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、希釈装置を用いることなく、正確か
つスムーズな分析が可能であるサンプルの濃度の範囲を
広げることができる分析計を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の分析計は、分析部の上流側に、サンプル中
の測定対象成分が濃縮手段によって濃縮されたのちに前
記分析部へと至るように構成された低濃度用サンプリン
グラインと、サンプル中の測定対象成分が直接前記分析
部へと至るように構成された高濃度用サンプリングライ
ンとを備え、前記二つのサンプリングラインが、択一的
に前記分析部に連通するように構成してある（請求項
１）。

【０００９】また、前記濃縮手段がメンブレンからな
り、また、前記低濃度用サンプリングラインは、サンプ
ルが流れる流路と、この流路に入口部が面するととも
に、この入口部から出口部までが減圧手段によって減圧
され、さらに、サンプル中の測定対象成分が透過するよ
うに配置される前記メンブレンを有したサンプル導入部
と、このサンプル導入部に一端が接続されるとともに他
端が前記分析部に接続される導入流路とからなるとして
もよい（請求項２）。

【００１０】上記の構成により、希釈装置を用いること
なく、正確かつスムーズな分析が可能であるサンプルの
濃度の範囲を広げることができる分析計を提供すること
が可能となる。

【００１１】さらに、前記サンプル導入部の入口部およ
び出口部のいずれか一方または両方に前記メンブレンが
設けられているとした場合には（請求項３）、メンブレ
ンの取り付けや取り替え作業を、前記入口部および出口
部の開口側から簡単に行うことができるという効果が得
られる

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照しながら説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施例
に係る分析計Ｄの構成を概略的に示す説明図である。分
析計Ｄは、分析部１の上流側に、サンプルＳ中の測定対
象成分が濃縮手段としてのメンブレン２，３を透過して
濃縮されたのちに前記分析部１へと至るように構成され
た低濃度用サンプリングライン４と、サンプルＳ中の測
定対象成分がメンブレンを透過する（濃縮される）こと
なく直接前記分析部１へと至るように構成された高濃度
用サンプリングライン５とを備え、前記二つのサンプリ
ングライン４，５は、択一的に前記分析部１に連通する
ように構成されている。

【００１３】なお、前記分析計Ｄは、例えば、揮発性有
機化合物（Volatile Organic Compound ：ＶＯＣ）を測
定対象成分とする可搬形の質量分析計であり、前記サン
プルＳ中の測定対象成分をイオン化し、各質量ごとに分
離・検出する前記分析部１と、この分析部１に前記サン
プルＳを導入するためのサンプリングライン４，５と、
前記分析部１において検出された信号を高速に処理する
信号処理部（図示せず）と、前記分析部１の後述する各
電極１１，１２に高電圧を供給する電源（図示せず）と
から主としてなる。

【００１４】前記測定対象成分となる揮発性有機化合物
としては、例えば、ベンゼン，トリクロロエチレン，テ
トラクロロエチレン，ジクロロメタン，四塩化炭素，ジ
クロロエタン，トリクロロエタン，トリクロロエチレ
ン，ジクロロプロペンなどが挙げられる。

【００１５】前記分析部１は、例えば、測定対象成分を
イオン化した後、一定エネルギーを与え、加速・飛行さ
せた際にそれぞれのイオンの質量の違いから生ずる飛行
速度の違い（言い換えれば、一定エネルギーで加速され
たイオンの飛行速度は質量の平方根に反比例し、イオン
がイオン源６から検出器１４に到達するまでの時間はイ
オンの質量の平方根に比例するという関係）を利用し
て、測定対象成分の物質種を特定する飛行時間型のもの
である。

【００１６】そして、前記分析部１は、サンプルＳ中の
測定対象成分をイオン化するイオン源６と、このイオン
源６の後段に配置された飛行部７とからなる。なお、前
記イオン源６および飛行部７は、真空ポンプ６Ｐ，７Ｐ
によって、それぞれ高真空状態（例えば約１０^-6〜１０
^-5Ｐａ程度）となっている。

【００１７】前記イオン源６には、イオン源６内におい
て電子ビーム８を発生するためのフィラメント９および
エレクトロンコレクタ１０が設けられており、イオン源
６内に供給されたサンプルＳ中の測定対象成分の原子や
分子に電子ビーム８が当たることによってこれがイオン
化するように構成されている。

【００１８】また、前記イオン源６には、それぞれイオ
ン化した測定対象成分を移動させる電界を形成するイオ
ン加速電極１１および電極１２が設けられている。前記
イオン加速電極１１は、前記電子ビーム８の透過窓１１
ａ，１１ｂを有しているとともに、図示しない絶縁物を
介して電極１２に固定されている。前記電極１２は、そ
の中心位置にピンホール孔１２ａを有している。

【００１９】すなわち、前記イオン加速電極１１および
電極１２は、透過窓１１ａ，１１ｂ、ピンホール孔１２
ａを除いて閉ざされた空間Ａを形成することができ、そ
の内圧を高くすることができる。また、イオン加速電極
１１は凹部を形成するように湾曲した３次曲面を形成す
るので、両電極１１，１２に電圧をかけることにより、
前記空間Ａ内に、湾曲した等電位面を有する電界を形成
することができる。そして、この電界は各部で発生した
イオンを前記ピンホール孔１２ａに収束させるような形
状である。

【００２０】前記飛行部７には、前記ピンホール孔１２
ａから出射されたイオンに作用する電界を加えるイオン
ビーム収束用の電極１３が設けられており、この電極１
３に電圧をかけることにより、飛行部７内のイオンビー
ムを検出器（電子倍増管）１４に収束させることができ
る。

【００２１】上記の構成からなる分析部１では、イオン
源６内で生成したイオンがピンホール孔１２ａに収束す
るので、電極１２に開設された小さなピンホール孔１２
ａを除いて、イオン源６と飛行部７を完全に分離でき、
イオン源６の気密性を高めることができる。すなわち、
飛行部７を高真空にした状態で、イオン源６に多くの測
定対象成分を流入させることができる。

【００２２】また、イオン源６に多くの測定対象成分を
挿入できるので、イオン源６内において、測定対象成分
の原子または分子に電子ビーム８が衝突する確率を上げ
ることができ、イオン化効率を引き上げることができ
る。そして、飛行部７が高真空であるので、飛行部７に
出射したイオンが他の原子や分子に衝突することで生じ
る感度低下を抑えることができる。

【００２３】なお、前記イオン加速電極１１の形状を、
イオン源６内の空間Ａで生成したイオンを一点に収束さ
せるような電界を形成できる３次曲面であるとしている
が、このような構成に限るものではなく、イオン加速電
極１１の形状を、例えば２次曲面を有するものであり、
その電極１２にスリット状の孔を形成し、このスリット
状の孔にイオンを収束させるようにしてもよい。

【００２４】上記のように、イオン加速電極１１を２次
曲面とすることにより、その製造時に導電体からなる平
板を湾曲させるだけでよいので容易に形成でき、製造コ
ストを引き下げることができる。

【００２５】上記分析部１の種類は、飛行時間型質量分
析部に限るものではなく、磁場型，四重極型などの質量
分析部としてもよい。

【００２６】前記メンブレン２，３は、例えば、シリコ
ンからなる。

【００２７】前記低濃度用サンプリングライン４は、サ
ンプルＳが流れる流路１５と、この流路１５に入口部１
６が面するとともに、この入口部１６から出口部１７ま
でが減圧手段１８によって減圧され、さらに、サンプル
Ｓ中の測定対象成分が透過するように配置されるメンブ
レン２，３を有したサンプル導入部１９と、このサンプ
ル導入部１９に一端が接続されるとともに他端が前記分
析部１に接続される導入流路２０とからなる。

【００２８】前記流路１５は、サンプルＳを導入するた
めの導入口１５ａと、サンプルＳを導出するための導出
口１５ｂと、前記導入口１５ａから流路１５内へと導入
されたサンプルＳを導出口１５ｂに向けて流すポンプ１
５ｃとを有している。

【００２９】前記入口部１６は、前記流路１５内を流れ
るサンプルＳをサンプル導入部１９内へと導入できるよ
うに形成されている。

【００３０】前記減圧手段１８は、例えば真空ポンプか
らなり、この減圧手段１８によって前記サンプル導入部
１９内の圧力が、前記流路１５内の圧力よりも低く、か
つ前記分析部１内の圧力よりも高くなる（例えば、１０
０Ｐａ程度）ように構成されている。

【００３１】前記サンプル導入部１９の入口部１６およ
び出口部１７には、それぞれ前記メンブレン２，３が設
けられている。なお、サンプル導入部１９に設けるメン
ブレンの数は、二つに限るものではなく、例えば、一つ
でもよいし、三つ以上でもよい。また、メンブレン２，
３を設ける位置を、サンプル導入部１９の入口部１６お
よび出口部１７のいずれか一方または両方とした場合に
は、メンブレン２，３の取り付けや取り替え作業を、前
記入口部１６および出口部１７の開口側から簡単に行う
ことができるという効果が得られるが、メンブレン２，
３を設ける位置は、入口部１６および出口部１７に限る
ものではなく、前記サンプル導入部１９の内部であれば
よい。

【００３２】また、前記サンプル導入部１９には、開閉
弁１９ａが設けられており、この開閉弁１９ａを閉じる
ことにより、サンプル導入部１９内から分析部１へのサ
ンプルＳ（測定対象成分）の供給を停止させることがで
きる。なお、図１（Ａ）では、前記開閉弁１９ａをサン
プル導入部１９の出口部１７の上流側に設けたものを示
しているが、前記開閉弁１９ａを設ける位置は、上記の
箇所に限るものではない。

【００３３】前記高濃度用サンプリングライン５は、例
えば、サンプルＳが付着しないまたは付着しにくい不活
性材料（例えば、フューズドシリカなど）からなるキャ
ピラリなどの細い配管によって形成されている。そし
て、その下流端が、三方電磁弁２１を介して前記低濃度
用サンプリングライン４の導入流路２０と合流してい
る。なお、高濃度用サンプリングライン５を形成する管
は、その径が大きすぎると前記分析部１内の高真空状態
の維持に支障を来たすため、このような支障を生じさせ
ない程度の細さとする必要がある。すなわち、前記高濃
度用サンプリングライン５を、キャピラリなどの細い配
管によって形成していることにより、前記分析部１内の
高真空状態をより確実に維持することができるのであ
る。

【００３４】上記の構成からなる分析計Ｄでは、前記三
方電磁弁２１を切り換えることにより、前記二つのサン
プリングライン４，５は、択一的に前記分析部１に連通
するように構成されている。

【００３５】前記三方電磁弁２１の切り換えにより、前
記低濃度用サンプリングライン４が前記分析部１に連通
した状態となったときには、前記流路１５中を流れるサ
ンプルＳの一部が、サンプル導入部１９内を経て分析部
１へと向かおうとするのであるが、このとき、前記サン
プル導入部１９内に設けられている二つのメンブレン
２，３によって、サンプルＳ中の測定対象成分が選択的
に前記分析部１へと送られることになる。そのため、前
記測定対象成分の濃度の低いサンプルＳが前記流路１５
を流れている場合でも、分析部１へと送る前記測定対象
成分の濃度を、測定に適した程度にまで上げることがで
きる。

【００３６】また、前記三方電磁弁２１の切り換えによ
り、前記高濃度用サンプリングライン５が前記分析部１
に連通した状態となったときには、前記サンプルＳ中の
測定対象成分はメンブレンを透過することなく直接分析
部１へと送られる。

【００３７】前記サンプルＳ中の測定対象成分の濃度が
低い場合に、サンプルＳを高濃度用サンプリングライン
５から分析部１へと送ると、感度不足によって正確な分
析を行えないおそれがある。そのため、サンプルＳ中の
測定対象成分の濃度が低い場合には、サンプルＳを低濃
度用サンプリングライン４から分析部１へと送ればよ
い。

【００３８】また、前記サンプルＳ中の測定対象成分の
濃度が高い場合に、サンプルＳを低濃度用サンプリング
ライン４から分析部１へと送ると、前記サンプル導入部
１９内に設けられた前記メンブレン２，３の下流側にお
いて、前記測定対象成分の濃度が非常に高くなり、これ
によって、メンブレン２，３の下流側における前記測定
対象成分が飽和状態となり、測定値の直線性が保てなく
なる。また、前記メンブレン２，３の下流側における前
記測定対象成分の濃度が非常に高くなると、サンプル導
入管１９や導入流路２０の内壁に測定対象成分が付着す
る汚染が生じて正確な分析が行えなくなるおそれがあ
る。そして、このような汚染が生じた場合には、数時間
の間、分析計が使用不可能となる。そのため、サンプル
Ｓ中の測定対象成分の濃度が高い場合には、サンプルＳ
を高濃度用サンプリングライン５から分析部１へと送れ
ばよい。

【００３９】なお、前記サンプルＳ中の測定対象成分の
濃度が不明である場合には、まず、サンプルＳを前記高
濃度用サンプリングライン５から分析部１に送り、感度
不足と認められれば、三方電磁弁２１を切り換えて低濃
度用サンプリングライン４からサンプルＳを分析部１に
送ればよい。

【００４０】上記の構成からなる分析計Ｄでは、測定対
象成分の濃度が低いサンプルＳは、低濃度用サンプリン
グライン４から分析部１へと送ることによって正確に分
析することができ、測定対象成分の濃度が高いサンプル
Ｓは、高濃度用サンプリングライン５から分析部１へと
送ることによって正確な分析ができる。また、従来の分
析計とは異なり、測定対象成分の濃度が高いサンプルＳ
を測定するときに汚染が生じることはなく、スムーズに
測定することができる。すなわち、前記分析計Ｄでは、
希釈装置を用いることなく、正確かつスムーズな分析が
可能であるサンプルＳの濃度の範囲を広げることができ
るのである。

【００４１】また、上記の構成からなる分析計Ｄでは、
前記高濃度用サンプリングライン５を形成する配管の径
を小さくしてあり、ひいてはその配管全体の容量が小さ
くなっていることから、加熱などによって行われる高濃
度用サンプリングライン５のクリーニングの所要時間を
短縮することができる。

【００４２】さらに、上記の構成からなる分析計Ｄで
は、サンプルＳを分析部１に短時間で導入するサンプリ
ングライン（高濃度用サンプリングライン５）を設けて
いることから、この高濃度サンプリングライン５に市販
のガスクロカラム（図示せず）を接続して利用すること
ができる。

【００４３】なお、上記の構成からなる分析計Ｄでは、
前記高濃度用サンプリングライン５からのサンプルＳ
は、分析部１の高温となる前記イオン源６付近に導入さ
れることから、サンプルＳ中の高濃度の測定対象成分が
分析部１の内部に付着して汚染が生じるおそれは少な
い。

【００４４】上記の構成からなる分析計Ｄでは、前記高
濃度用サンプリングライン５と低濃度用サンプリングラ
イン４とを三方電磁弁２１を介して接続し、前記三方電
磁弁２１を切り換えることによって前記二つのサンプリ
ングライン４，５が択一的に分析部１に連通するように
構成しているが、このような構成に限るものではない。
すなわち、図１（Ｂ）に示すように、前記低濃度用サン
プリングライン４と高濃度用サンプリングライン５とを
別々に分析部１のイオン源６に接続し、前記高濃度用サ
ンプリングライン５に開閉弁２２を設け、この開閉弁２
２と、前記低濃度用サンプリングライン４のサンプル導
入部１９に設けられた開閉弁１９ａとを、常に一方は閉
状態となるように制御するように構成してもよい。この
ような構成によっても、前記二つのサンプリングライン
４，５が択一的に分析部１に連通することになる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
希釈装置を用いることなく、正確かつスムーズな分析が
可能であるサンプルの濃度の範囲を広げることができる
分析計を提供することができる。従って、サンプル中の
測定対象成分が低濃度から高濃度にわたり、しかもオン
サイト分析やフィールド分析などサンプルの濃度調整を
できない場合に特に有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例およ
びその変形例に係る分析計の構成を概略的に示す説明図
である。

【図２】従来の分析計の構成を概略的に示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…分析部、２，３…メンブレン、４…低濃度用サンプ
リングライン、５…高濃度用サンプリングライン、Ｄ…
分析計、Ｓ…サンプル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析部の上流側に、サンプル中の測定対
   象成分が濃縮手段によって濃縮されたのちに前記分析部
   へと至るように構成された低濃度用サンプリングライン
   と、サンプル中の測定対象成分が直接前記分析部へと至
   るように構成された高濃度用サンプリングラインとを備
   え、前記二つのサンプリングラインが、択一的に前記分
   析部に連通するように構成してあることを特徴とする分
   析計。
2. 【請求項２】 前記濃縮手段がメンブレンからなり、ま
   た、前記低濃度用サンプリングラインは、サンプルが流
   れる流路と、この流路に入口部が面するとともに、この
   入口部から出口部までが減圧手段によって減圧され、さ
   らに、サンプル中の測定対象成分が透過するように配置
   される前記メンブレンを有したサンプル導入部と、この
   サンプル導入部に一端が接続されるとともに他端が前記
   分析部に接続される導入流路とからなる請求項１に記載
   の分析計。
3. 【請求項３】 前記サンプル導入部の入口部および出口
   部のいずれか一方または両方に前記メンブレンが設けら
   れている請求項２に記載の分析計。