JP2005201687A - Flame photometer for gas chromatograph - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ガスクロマトグラフの検出器として使用される炎光光度検出器に関する。 The present invention relates to a flame photometric detector used as a detector for a gas chromatograph.
炎光光度検出器(以下「FPD(=Flame Photometric Detector)」と略記する)は特にイオウ、リンの化合物に選択的に高い感度を有することを特徴とするガスクロマトグラフ用検出器である。図1は従来のFPDの構造の一例を断面図で示したものである。(特許文献1)図1において、1から3はFPDに連結されるガスクロマトグラフ流路である。すなわち、定圧又は定流量に調節されたキャリアガスは、キャリアガス導入部1から導入され、試料注入口2、カラム3を経て検出器(FPDセル4)へと流れる。試料注入口2から注入された試料はこのキャリアガスの流れに乗ってカラム3を通過する間に各成分に分離される。以下、このカラムの末端から流出するキャリアガスと、分離された試料成分の構成ガスをカラム流出ガスと記す。 A flame photometric detector (hereinafter abbreviated as “FPD (= Flame Photometric Detector)”) is a gas chromatograph detector that has a particularly high sensitivity to sulfur and phosphorus compounds. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a conventional FPD. (Patent Document 1) In FIG. 1, reference numerals 1 to 3 are gas chromatograph flow paths connected to the FPD. That is, the carrier gas adjusted to a constant pressure or a constant flow rate is introduced from the carrier gas introduction unit 1 and flows to the detector (FPD cell 4) through the sample inlet 2 and the column 3. The sample injected from the sample injection port 2 is separated into each component while passing through the column 3 on the carrier gas flow. Hereinafter, the carrier gas flowing out from the end of the column and the constituent gas of the separated sample component are referred to as column outflow gas.
FPDセル4には燃料ガスとして水素、助燃ガスとして空気がそれぞれ導管51、61、を経て導入される。導入された燃料ガスは円筒形のFPDセルの中心軸に沿う燃料ガス通路5を通って上方に流れる。燃料ガス通路5の上端は燃料室42に向けて開口するノズル7を形成する。カラムの末端は、FPDセル4の下側から上記の燃料ガス通路5内に挿入され、ナット31、フェルール32で固定される。助燃ガスは燃料ガス通路5を囲むように設けられた助燃ガス通路62を通ってノズルの周囲に配置されノズル近傍に開口する複数の小穴からなる助燃ガス吹出し口6から燃焼室42に向けて吹出される。なお、助燃ガス吹出し口6はノズルを環状に取りまくスリット上の隙間として構成されることもある。燃料ガス、助燃ガスとして水素、空気を用いたが、これ以外のガス種を用いる可能性もある。
Hydrogen as fuel gas and air as auxiliary combustion gas are introduced into the
燃焼室42はセル外筒41に覆われたノズル7上方の空間であって、ここで燃料ガスは助燃ガス中の酸素と反応して燃焼し炎8を形成する。燃焼後の排ガスはセル外筒上部の排気口43から排出させる。
The combustion chamber 42 is a space above the
カラム流出ガスは燃料ガス通路5の中で燃料ガスと合流し、ノズル7から炎8の中へ吹出される。試料中にイオウ、リンを含む成分があれば、高温の炎8の中で特定の波長の光を発する。この光は炎8の側面に設けられた測光部10によりその光度が測定される。このとき、炎8中で試料成分から発光した光は石英窓13を透過して測光部10に入り、さらに特定波長だけを通す干渉フィルタ11をとおってホトマル12で電気信号にかえられ、図示しない外部の測定回路に出力される。
FPDのノズル7では炎8を形成し、炎の中にカラムからの試料成分が導入され、燃焼されて,発光する。このとき発せられる光は拡散光であり、発光の強度が同じであっても、発光位置とホトマルの高さの関係が異なれば、ホトマルへはいる光の強度が異なっている。
図1において、発光位置が点a、bにある場合を比較すると、点bで発光するときのほうが入射効率が良い。
The FPD
In FIG. 1, when the light emission position is at points a and b, the incidence efficiency is better when light is emitted at point b.
ところが、ガスクロマトグラフでは用途によって、異なった様々な条件で分析を行っている。たとえば、分析カラムの内径、キャリアガス流量、測定成分など、分析条件が異なれば、ノズルの高さが同じであっても、試料の発光位置が異なる。具体的には、炎へ導入されるガスの線速度が速ければ,発光する位置は高くなり、発光までに時間のかかる試料を測定する際には発光位置が高くなるなどの可能性が考えられる。
このように分析条件の変更によって、発光位置が最適の位置からはずれてしまい、ホトマルでの検出効率が悪くなる可能性があった。
However, gas chromatographs perform analysis under various conditions depending on the application. For example, if the analysis conditions such as the inner diameter of the analysis column, the carrier gas flow rate, and the measurement component are different, the emission position of the sample is different even if the nozzle height is the same. Specifically, the higher the linear velocity of the gas introduced into the flame, the higher the emission position, and there is a possibility that the emission position will be higher when measuring a sample that takes time to emit light. .
As described above, the change in the analysis conditions may cause the light emission position to deviate from the optimum position, and the detection efficiency at the photomultiplier may deteriorate.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ガスクロマトグラフのFPD検出器において、ノズル本体を交換することなく、分析条件を変更した際でもホトマルの位置に適した高さで試料成分を発光させることができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in the FPD detector of a gas chromatograph, the sample component has a height suitable for the position of the photomultiplier even when the analysis conditions are changed without replacing the nozzle body. The purpose of this is to make it possible to emit light.
本発明は、上記課題を解決するために、「カラム流出ガスと燃料ガスとの混合ガスをノズルの先端より噴出させ、該混合ガスと助燃ガスとを混合して燃焼室内で燃焼させ、その燃焼による炎の中で、カラム流出ガス中の試料成分の発した特定波長の光を検出するように構成したガスクロマトグラフ用炎光光度計検出器において、ノズルの先端開口部に嵌め合い可能なノズルセンターを具備し、かつ該ノズルセンターの光軸に対する高さが変更可能であるガスクロマトグラフ用炎光光度計検出器」を提供するものである。すなわち、ガスクロマトグラフのFPD検出器内部の、カラム流出ガスと燃料ガスとの混合ガスを噴出するノズルの先端部に、嵌め合い可能な別部材であるノズルセンターを設けて、ガスの流出方向に移動可能とし、ノズル先端の高さを変更可能とした。FPD検出器では垂直上方向にガスを流出させることが多いため,本明細書では、ガスの流出方向を高さ方向とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following: “A mixture gas of a column outflow gas and a fuel gas is ejected from the tip of a nozzle, and the mixture gas and an auxiliary combustion gas are mixed and burned in a combustion chamber. In the flame photometer for gas chromatographs configured to detect the light of a specific wavelength emitted from the sample component in the column effluent gas in the flame caused by the nozzle, the nozzle center that can be fitted to the tip opening of the nozzle And a flame photometer detector for gas chromatograph which can change the height with respect to the optical axis of the nozzle center. That is, a nozzle center which is a separate member that can be fitted is provided at the tip of the nozzle that ejects the mixed gas of the column outflow gas and fuel gas inside the FPD detector of the gas chromatograph, and moves in the gas outflow direction. The height of the nozzle tip can be changed. Since the FPD detector often causes the gas to flow out vertically upward, in this specification, the gas outflow direction is defined as the height direction.
分析条件によって、試料成分の発光位置が変わるため、同じ強さの発光が起こっていても、ホトマルで測定される光の強度が異なっている。。発光位置に変化を及ぼす要因は、分析カラムの内径に限られたものではなく、キャリアガス流量、対象成分を変更する等のさまざまな要因が考えられる。 Since the light emission position of the sample component changes depending on the analysis conditions, the light intensity measured by the photomultiplier is different even when light emission of the same intensity occurs. . Factors that change the light emission position are not limited to the inner diameter of the analytical column, and various factors such as changing the carrier gas flow rate and target components are conceivable.
本発明により、分析条件を変更した際でもFPD検出器のノズルセンターの高さを変更することで試料成分の発光高さを変更し、,最適な高さで発光させられるようにすることができる。したがって、ホトマルへ入る光が増え、FPD検出器の感度をよりよくすることができる。 According to the present invention, even when the analysis conditions are changed, the emission height of the sample component can be changed by changing the height of the nozzle center of the FPD detector so that the light can be emitted at the optimum height. . Therefore, the light entering the photomultiplier increases and the sensitivity of the FPD detector can be improved.
本発明の一実施形態を図2(a)に示す。図2(b)は従来用いられているFPD用ノズルである。図2においてはFPD検出器内部のノズル及びその周辺のみを示し、図示しない部分については図1と同様とする。図2において、カラム流出ガスは燃料ガス通路5内で燃料ガスと合流し、ノズルから吹出して燃焼し、炎を形成する。一方、助燃ガスは助燃ガス通路62を通って助燃ガス吹出し口6から吹出し、燃焼に必要な助燃ガスを炎に供給する。 One embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2B shows a conventionally used FPD nozzle. In FIG. 2, only the nozzles in the FPD detector and the periphery thereof are shown, and the portions not shown are the same as those in FIG. In FIG. 2, the column outflow gas merges with the fuel gas in the fuel gas passage 5, blows out from the nozzle, and burns to form a flame. On the other hand, the auxiliary combustion gas is blown from the auxiliary combustion gas outlet 6 through the auxiliary combustion gas passage 62, and the auxiliary combustion gas necessary for combustion is supplied to the flame.
本実施例と従来のノズルは、先端付近の構造が異なる。従来のノズルの先端7は燃料ガス通路の上端を狭めるように形成されており、高さは一定である。本実施例のノズルの先端70は内周にねじ部が形成されており、図3に示すように、別部材であるノズルセンター72を備えている。該ノズルセンター72は外周にねじ部71を持ち、ノズル先端70内周のねじ部と嵌合によりガス流出方向に移動可能な構造をもっている。このねじ部の締め具合によって、ノズルセンター72の高さは変更可能である(図3(a)、(b))。このノズルセンターの高さの変化に伴い, カラム流出ガス中の試料成分の発光位置が変化する。
This embodiment differs from the conventional nozzle in the structure near the tip. The
例えば分析カラムの内径が異なる場合,流出ガスの線速度が異なるため、試料成分の発光位置は大きく異なる。例えば、パックドカラムを使用する際はねじ部をあまり締めず,ノズルセンターを上げ(図3(a))、カラム流出ガス中の試料成分の発光位置を上げる。キャピラリカラムを用いる際はねじを奥まで締めることでノズルセンターを下げ(図3(b))、発光位置を下げることができる。 For example, when the inner diameter of the analytical column is different, the emission position of the sample component is greatly different because the linear velocity of the outflow gas is different. For example, when using a packed column, the screw part is not tightened so much, the nozzle center is raised (FIG. 3A), and the emission position of the sample component in the column outflow gas is raised. When a capillary column is used, the nozzle center can be lowered by tightening the screw to the back (FIG. 3B), and the light emission position can be lowered.
このように、ねじの締め方により, カラム流出ガス中の試料成分の発光位置を最適な高さに調整することが可能である。この調整方法は, ねじ式に限定されたものではなく、例えばはめ込み式や、自動で高さ方向に移動できる構成等にしても良い。また、内径の異なるノズルセンターを具備すれば、本発明によって高さを変更すると同時に、ノズルの内径についても変更することなども可能である。また、ノズルセンターを石英製のもので形成し、試料の吸着を防ぐこともできる。 Thus, the light emission position of the sample component in the column effluent gas can be adjusted to an optimum height by tightening the screws. This adjustment method is not limited to the screw type, and may be a fitting type or a configuration that can automatically move in the height direction. If nozzle centers having different inner diameters are provided, the height can be changed simultaneously with the present invention, and the inner diameter of the nozzle can also be changed. In addition, the nozzle center can be made of quartz to prevent sample adsorption.
ガスクロマトグラフ用FPD検出器には,図4に示すような構造をもつものがあり、本発明の効果はさらに顕著である。図4におけるFPD検出器の詳細は特開平11−237340に開示されている。簡単には、炎8とホトマル12の間に凸レンズ15をそなえ、炎中の試料成分から発せられる拡散光を、コリメートし、ホトマルの入射面に略垂直な光として入射する。また、炎をはさんでホトマルの反対側には、凹面鏡16を配設し,該凹面鏡16で反射した光も前記凸レンズ15で略垂直な光としてホトマル12で検出されるというものである。このような構造をもつたFPD検出器によれば炎中で発光した光の大部分がホトマルへ到達されることとなるが、凸レンズ及び凹レンズは、ある一点で焦点17を結ぶように設計されていて、その焦点位置17でもっとも強く発光することが望ましい。従来はノズル先端の高さは固定であったため,分析条件を変更した際,試料成分の発光位置とこの焦点がずれてしまい,ホトマルへの到達効率が悪くなることがあった。図5のようにノズル位置を変更することでノズル先端と発光位置の距離を(a)から(c)などのように変更し、発光位置を焦点17に近づけることができる。図5(a)は、線速度が速い場合などに、ノズルセンターを下げた図であり、図5(c)は線速度が遅いなどの場合にノズルセンターを上げた図である。本発明を適用すれば,分析条件によって測定したい試料成分の発光位置が前記焦点にできるだけ近くなるようにノズルセンターの位置を調整することで,ホトマルに到達する光量を増大させ,検出感度を上げることができる
Some FPD detectors for gas chromatographs have a structure as shown in FIG. 4, and the effect of the present invention is more remarkable. Details of the FPD detector in FIG. 4 are disclosed in JP-A-11-237340. Briefly, a
1 …キャリアガス導入部
2 …試料注入口
3 …カラム
31…ナット
32…フェルール
4 …FPDセル
41…セル外筒
42…燃焼室
43…排気口
5 …燃料ガス通路
51…燃料ガス導管
6 …助燃ガス吹出し口
61…助燃ガス導管
62…助燃ガス通路
7 …従来のノズルの先端
70…本発明のノズルの先端
71…ねじ部
72…ノズルセンター
8 …炎
9 …遮光リング
10…測光部
11…干渉フィルタ
12…ホトマル
13…石英窓
14…石英筒
15…凸レンズ
16…凹面鏡
17…光学設計上の焦点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carrier gas introduction part 2 ... Sample injection port 3 ... Column 31 ... Nut 32 ...
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