JP2005156214A - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のガスクロマトグラフにおいてキャリアガス流量を一定にする。
【解決手段】 ２つのキャリアガス供給路が共通の金属基板からなる流路アッセンブリ１４に形成されている。一方のキャリアガス供給路ではキャリアガス入口１６−１から導入されたキャリアガスは流路アッセンブリ１４の基板内部の流路２２−１を経てバルブ２−１に導かれ、そのバルブ２−1から再び基板内部の流路２８−１を経て流量センサ４−１に導かれる。流量センサ４−１を経たキャリアガスは再び基板内部の流路３６−１を経てキャリアガス出口１８−１に導かれる。他方のキャリアガス供給路についても同様である。
【選択図】 図３

Description

本発明は種々の試料中の成分濃度を測定するガスクロマトグラフに関するものである。

ガスクロマトグラフは試料成分分離用のカラム、カラムにキャリアガスを供給するキャリアガス供給部及びカラムからの溶出成分を検出する検出器を備え、カラムの上流に試料をキャリアガスの流れに注入するインジェクタを備えている。

キャリアガス供給部にはバルブと流量センサーを含む流量制御用のフローコントローラ部が設けられており、キャリアガス入口から供給されたキャリアガスは、バルブから流量センサーを通りカラムヘと供給される。
キャリアガス供給部として、金属基板内部にキャリアガス流路を形成したものが提案されている（特許文献１参照。）。その金属基板には１つのキャリアガス流路のみが形成されている。
特開平１１−２１８５２８号公報

カラムとして充填材が充填されたパックドカラムを使用する場合、パックドカラムからのブリード成分が大きいため、昇温分析時（即ちパックドカラムの温度を分析中、昇温する手法）クロマトグラム上のベースラインが大きく変動し、定量の妨げとなる。そのため、通常、同一のパックドカラムを２つ用意し、それぞれ、別個の検出器に接続する。そして、それらの検出器の検出出力の差を求めることにより定量の妨げとなるベ−スラインの変動を相殺する手法が採用されている。

このとき、それぞれのパックドカラムにはそれぞれのキャリアガス供給部からキャリアガスを供給していた。
しかし、通常、ガスクロマトグラフにおいては、室温から４００℃程度の温度を持つカラムオーブン、２５０℃程度の温度を持つ試料気化室のほか、検出器等の発熱部を有する。そのため、２つのキャリアガス供給部のキャリアガス供給路には２〜３℃の温度差が存在していた。

通常、ガスの体積流量が一定であっても、雰囲気温度が１℃変化すると０．６％の質量流量の変化があることが知られている．また、０．４％／℃程度の流量センサーの温度係数が存在する。そのため、２つのキャリアガス供給路より供給されるキャリアガス流量の間には、上述の２〜３℃の温度差により、２〜３％程度の差が生じる。この結果、クロマトグラムにはベースライン変動が生じ、定量の妨げとなっていた。

複数のパックドカラムに供給する複数の流路アッセンブリキヤリアガス供給路より供給されるキャリアガス流量が、上述の流路アッセンブリの温度差により、差が存在してしまい、その結果、分析結果であるクロマトグラムに定量の妨げとなるベースラインシフトが生じていた。

一対の検出器の差を求めてベースライン変動を相殺する場合だけでなく、複数のガスクロマトグラフを同じ条件で使用する場合にもキャリアガス流量を一定にしたい要請がある。
また、カラムもパックドカラムに限らず、キャピラリーカラムにおいても同様の要請はある。
本発明はそれらの複数のガスクロマトグラフにおいてキャリアガス流量を一定にすることを目的とするものである。

本発明のガスクロマトグラフでは、試料成分分離用のカラム、カラムにキャリアガスを供給するキャリアガス供給部及びカラムからの溶出成分を検出する検出器を含む複数組のガスクロマトグラフを備え、各キャリアガス供給部は共通の１つの金属板内部にそれぞれのキャリアガス流路が形成された流路アッセンブリと、この流路アッセンブリ上でそれぞれのキャリアガス流路に接続されたそれぞれの流量制御用のフローコントローラ部とを備えている。

本発明を適用するのに適するガスクロマトグラフの種類は、カラムとして充填材が充填されたパックドカラムを使用したものである。
また、本発明を適用するのに適するガスクロマトグラフの使用方法は、ガスクロマトグラフを２組備え、一方のガスクロマトグラフに試料が注入されて両検出器の検出信号の差が求められるようになっているものである。

本発明では、複数のキャリアガス供給路が１つの流路アッセンブリ内に存在するため、複数のキャリアガス供給路間の温度差がなくなり、複数のガスクロマトグラフでキャリアガス流量に差が生じなくなる。
流路アッセンブリを共用化できるため、コストダウンを図ることができる。
また、２つのガスクロマトグラフの検出器の検出信号の差を求めるようにすれば、安定したベースラインを得ることができるため、正確な定量を行うことが可能となる。

図１は一実施例を概略的に表わしたものである。２組のガスクロマトグラフを備えており、一方のガスクロマトグラフのカラム１０−１にインジェクションポート８−１を介してキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部として、キャリアガス入口につながるバルブ２−１と、バルブ２−１の下流に設けられた流量センサ４−１と圧力センサ６−１とを備え、流量センサ４−１の検出信号によりバルブ２−１をフィードバック制御して流量を所定値に制御するものが備えられている。

他方のガスクロマトグラフも同じ構成をしており、カラム１０−２にインジェクションポート８−２を介してキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部として、キャリアガス入口につながるバルブ２−２と、バルブ２−２の下流に設けられた流量センサ４−２と圧力センサ６−２とを備え、流量センサ４−２の検出信号によりバルブ２−２をフィードバック制御して流量を所定値に制御するものが備えられている。

２つのキャリアガス供給部のキャリアガス供給路は、熱伝導の良い金属からなる１つの共通の基板内部にそれぞれのキャリアガス流路が形成された流路アッセンブリ１４を構成している。バルブ２−１，２−２、流量センサ４−１，４−２及び圧力センサ６−１，６−２はこの流路アッセンブリ１４の金属基板上に取り付けられてそれぞれのキャリアガス流路に接続されている。
図１では省略されているが、それぞれのカラム１０−１，１０−２の下流には溶出成分を検出するそれぞれの検出器が接続されている。

このガスクロマトグラフは、２つのガスクロマトグラフをそれぞれ独立したガスクロマトグラフとして使用することもできる。また、ベースラインの変動を抑えるために一方を参照側として使用する場合には、試料は一方のインジェクションポート８−１又は８−２のみから注入し、両検出器の検出信号の差を求めるように使用する。

図２から図４はこの実施例におけるキャリアガス供給部を具体的に示したものである。
図２は平面図であり、流路アッセンブリ１４の金属基板上にキャリアガス入口コネクタ１６−１，１６−２、バルブ２−１，２−２、流路センサ４−１，４−２及び圧力センサ６−１，６−２が配置されて固定されている。１８−１ａ，１８−２ａはそれぞれのキャリアガス供給部のキャリアガス出口を表わしている。キャリアガス出口１８−１ａ，１８−２ａの配列の両側に設けられている２つの穴３８は、キャリアガスを下流へ導入するブロック（図示されていない）を取り付けるための穴である。

キャリアガス流路は、図３に破線で示されるように、流路アッセンブリ１４の金属基板内に形成されており、基板表面にあけられた出入口の穴を経て基板上に固定されたキャリアガス入口コネクタ１６−１，１６−２、バルブ２−１，２−２、流路センサ４−１，４−２及び圧力センサ６−１，６−２と接続されている。一方のキャリアガス流路は、キャリアガス入口コネクタ１６−１からバルブ２−１を経て流路センサ４−１を通り、キャリアガス出口１８−１につながっており、そのキャリアガス流路の途中に圧力センサ６−１が接続されている。他方のキャリアガス流路も同様であり、キャリアガス入口コネクタ１６−２からバルブ２−２を経て流路センサ４−２を通り、キャリアガス出口１８−２につながっており、そのキャリアガス流路の途中に圧力センサ６−２が接続されている。

流路アッセンブリ１４を図４により説明する。
この流路アッセンブリ１４は上板１４ａ、中板１４ｂ及び下板１４ｃの３枚の金属板からなり、中板１４ｂを間に挟んで上板１４ａが上側、下板１４ｃが下側になるように配置され、一体になるように接合される。

中板１４ｂには２つのキャリアガス流路が板を厚さ方向に貫通する溝により形成されている。一方のキャリアガス流路は３つの流路溝２２−１，２８−１，３６−１を備えている。流路溝２２−１の一端は入口穴２０−１ｂとなる。流路溝２２−１の他端２４−１ｂは流路溝２８−１の一端２６−１ｂに隣接し、その２つの端部２４−１ｂと２６−１ｂの間にバルブ２−１が接続される。流路溝２８−１の他端３０−１ｂと途中から分岐した流路の端３４−１ｂは流路溝３６−１の一端３２−１ｂに隣接し、それらの３つの端部３０−１ｂ、３２−１ｂ及び３４−１ｂの間に流路センサ４−１が接続される。流路溝３６−１の他端はキャリアガス出口１８−１ｂとなる。流路溝２８−１の分岐した溝の端２９−１ｂには圧力センサ６−１が接続される。

他方のキャリアガス流路も同様にして３つの流路溝２２−２，２８−２，３６−２を備えている。流路溝２２−２の一端は入口穴２０−２ｂとなる。流路溝２２−２の他端２４−２ｂは流路溝２８−２の一端２６−２ｂに隣接し、その２つの端部２４−２ｂと２６−２ｂの間にバルブ２−２が接続される。流路溝２８−２の他端３０−２ｂと途中から分岐した流路の端３４−２ｂは流路溝３６−２の一端３２−２ｂに隣接し、それらの３つの端部３０−２ｂ、３２−２ｂ及び３４−２ｂの間に流路センサ４−２が接続される。流路溝３６−２の他端はキャリアガス出口１８−２ｂとなる。流路溝２８−２の分岐した溝の端２９−２ｂには圧力センサ６−２が接続される。

中板１４ｂの上面に重ねられる上板１４ａには、上板１４ａを中板１４ｂ上に位置決めして重ねたとき、中板１４ｂの流路溝の端部２０−１ｂ，２０−２ｂ，２４−１ｂ，２４−２ｂ，３０−１ｂ，３０−２ｂ，３２−１ｂ，３２−２ｂ，１８−１ｂ，１８−２ｂ，２９−１ｂ，２９−２ｂ，３４−１ｂ，３４−２ｂに対応する位置にそれぞれ貫通穴２０−１ａ，２０−２ａ，２４−１ａ，２４−２ａ，３０−１ａ，３０−２ａ，３２−１ａ，３２−２ａ，１８−１ａ，１８−２ａ，２９−１ａ，２９−２ａ，３４−１ａ，３４−２ａがあけられている。

中板１４ｂの下面に重ねられる下板１４ｃは、中板１４ｂの流路溝の下面側を閉じるように、中板１４ｂの流路溝に対応する位置には貫通穴は開けられていない。
上板１４ａ、中板１４ｂ及び下板１４ｃには、、入口コネクタ１６−１，１６−２、バルブ２−１，２−２、流量センサ４−１，４−２、圧力センサ６−１，６−２及び図示されていないがキャリアガスを下流へ導入するブロックを取り付けるための貫通穴３８a，３８b，３８cがあけられており、それらの貫通穴３８a，３８b，３８cは上板１４ａ、中板１４ｂ及び下板１４ｃを位置決めして重ねたとき互いに一致する位置に設けられている。

図４の上板１４ａ、中板１４ｂ及び下板１４ｃを位置決めして重ね、接合して一体の基板として内部に流路をもつ流路アセンブリ１４とした後、上板１４ａ上に入口コネクタ１６−１，１６−２、バルブ２−１，２−２、流量センサ４−１，４−２及び圧力センサ６−１，６−２を取り付けると、キャリアガス供給部となる。

この実施例のキャリアガス供給部によれば、第１のキャリアガス供給路ではキャリアガス入口１６−１から導入されたキャリアガスは流路アッセンブリ１４の基板内部の流路２２−１を経てバルブ２−１に導かれ、そのバルブ２−1から再び基板内部の流路２８−１を経て流量センサ４−１に導かれる。流量センサ４−１を経たキャリアガスは再び基板内部の流路３６−１を経てキャリアガス出口１８−１に導かれ、そこからインジェクションポート８−１に供給される。また、流路２８−１の途中から圧力センサ６−１にも導かれ、圧力が検出される。

第２のキャリアガス供給路についても同様であり、キャリアガス入口１６−２から導入されたキャリアガスは基板内部の流路２２−２を経てバルブ２−２に導かれ、そのバルブ２−２から再び基板内部の流路２８−２を経て流量センサ４−２に導かれる。流量センサ４−２を経たキャリアガスは再び基板内部の流路３６−２を経てキャリアガス出口１８−２に導かれ、そこからインジェクションポート８−２に供給される。また、流路２８−２の途中から圧力センサ６−２にも導かれ、圧力が検出される。

それぞれのキャリアガス供給路において、それぞれ流量センサ４−１，４−２により流量が測定され、所定の流量になるようにそれぞれのバルブ２−１，２−２がフィードバック制御される。

第１と第２のキャリアガス流路は流路アッセンブリ１４の共通の金属基板の内部に形成されているので、両キャリアガス流路の温度は常に等しくなる。その結果、一方のガスクロマトグラフのインジェクションポートから試料を注入し、他方のガスクロマトグラフには試料を注入しないで分析を行ない、両ガスクロマトグラフの検出器の差を求めることによってベースラインの変動を抑えることができる。

流路アッセンブリ１４を製造する方法について説明する。
金属板１４ａ，１４ｂ，１４ｃは熱伝導の良い金属からなり、その材質としてはステンレスや鉄が適当であり、厚さは０.２〜１ｍｍが適当である。
金属板１４ａ，１４ｂ，１４ｃにはエッチング又は打ち抜き加工にて流路溝及び貫通穴を成形する。金属板１４ａ，１４ｂ，１４ｃの接合は圧接により行なう。圧接とは具体的には８００℃以上の高温雰囲気の下で１０ＭＰａ程度の圧力で押し付けて一体に溶接するものである。

実施例は２つのガスクロマトグラフのキャリアガス流路を共通の流路アッセンブリにより形成しているが、３つ以上のガスクロマトグラフのキャリアガス流路を共通の流路アッセンブリにより形成することもできる。

本発明のガスクロマトグラフは、化学、生化学、環境、医療などの種々の分野において、試料中の成分濃度を定量するのに利用することができる。

一実施例を概略的に示す流路図である。 同実施例におけるキャリアガス供給部を示す平面図である。 同キャリアガス供給部におけるバルブ等の素子と基板内部の流路との位置関係を示す平面図である。 同キャリアガス供給部における流路アッセンブリを構成する金属板を示す平面図である。

符号の説明

２−１，２−２ バルブ
４−１，４−２ 流量センサ
６−１，６−２ 圧力センサ
８−１，８−２ インジェクションポート
１０−１，１０−２ カラム
１４ 流路アッセンブリ
１６−１，１６−２ キャリアガス入口コネクタ
１８−１，１８−２ キャリアガス出口
２２−１，２２−２，２８−１，２８−２，３６−１，３６−２ 基板内部流路

Claims (3)

1. 試料成分分離用のカラム、カラムにキャリアガスを供給するキャリアガス供給部及びカラムからの溶出成分を検出する検出器を含む複数組のガスクロマトグラフを備え、
   前記各キャリアガス供給部は共通の１つの金属板内部にそれぞれのキャリアガス流路が形成された流路アッセンブリと、この流路アッセンブリ上でそれぞれのキャリアガス流路に接続されたそれぞれの流量制御用のフローコントローラ部とを備えているガスクロマトグラフ。
2. 前記カラムは充填材が充填されたパックドカラムである請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
3. ガスクロマトグラフは２組備えられ、一方のガスクロマトグラフに試料が注入されて両検出器の検出信号の差が求められるようになっている請求項１又は２に記載のガスクロマトグラフ。
   

Images