JP2005249691A - Gas chromatograph unit and exhaust gas analytical method - Google Patents

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Fumiko Ogawara
文子 大河原
Masami Yamamoto
正美 山本
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    • G01N30/02Column chromatography
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas chromatograph unit and an exhaust gas analytical method of high speed and high sensitivity capable of injecting all the quantity of an exhaust gas sample to obtain a data collectively. <P>SOLUTION: This gas chromatograph unit/exhaust gas analytical method is provided with a water removing part provided with a precolumn A having performance for capturing hydrocarbons having 5 or more of carbon number, a precolumn B having performance for capturing water and a switch valve, and for introducing the gas sample passed through the precolumn A into the precolumn B to remove the water from only the gas sample containing hydrocarbons having 4 or less of carbon number in the gas sample, and an analytical part provided with a hydrocarbon trapping part 21 provided with an enrichment column 22, a cooling means and a heating means, for depositing analyte components in the gas sample passed through the water removing part onto the enrichment column by cooling the enrichment column by the cooing means, and for eliminating the deposited components from the enrichment column by heating the enrichment column by the heating means, so as to enrich the gas sample, and an analytical part provided with a separation column for introducing the gas sample passed through the water removing part and the hydrocarbon trapping part, and a detector 31 for detecting the hydrocarbons. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、自動車、燃焼装置等から排出される排ガスやその他の試料ガスの成分を迅速且つ高感度に分析するためのガスクロマトグラフ装置及び排ガス分析方法、特に自動車の排ガス分析のためのガスクロマトグラフ装置及び排ガス分析方法に関する。   The present invention relates to a gas chromatograph apparatus and an exhaust gas analysis method for quickly and highly sensitively analyzing exhaust gas and other sample gas components discharged from automobiles, combustion apparatuses, etc., and more particularly to a gas chromatograph apparatus for analyzing automobile exhaust gas And an exhaust gas analysis method.

例えば自動車の排ガスは、炭素数の異なる広範な種類の化合物を含み、全成分を一つのガスクロマトグラフ装置で測定することは極めて困難であった。そこで従来の排ガス分析法では、予めガス成分を分子量に応じて分割した後(例えば、炭素数5以下の炭化水素と炭素数6以上の炭化水素とに分離する。)、個別に分析を行わなければならなかった(例えば、特許文献1参照。)。このような分析方法では、分割した数に対応した分離カラム及び検出器が必要であり、複数台のガスクロマトグラフ装置を要するか、あるいは1つの複雑なシステムとなる。また、複数の検出器から得られるデータを一元化する煩雑なデータ処理も必要となり、操作が非常に煩雑であった。   For example, automobile exhaust gas contains a wide variety of compounds having different carbon numbers, and it has been extremely difficult to measure all components with a single gas chromatograph. Therefore, in the conventional exhaust gas analysis method, the gas components are divided in advance according to the molecular weight (for example, separated into hydrocarbons having 5 or less carbon atoms and hydrocarbons having 6 or more carbon atoms), and then analysis must be performed individually. (For example, refer to Patent Document 1). Such an analysis method requires separation columns and detectors corresponding to the number of divisions, and requires a plurality of gas chromatograph apparatuses or a complicated system. Moreover, complicated data processing for unifying data obtained from a plurality of detectors is also required, and the operation is very complicated.

一方、自動車の排ガス中の多量の水分は、クロマトグラム上のノイズとなり、且つ分離カラムの保持時間を変動させていることが報告された(例えば、非特許文献1参照。)。水分を除去した排ガスの分析においても、分子量によるガス成分の分割は必須であり、2系統以上のカラム及び検出器を必要としていた。   On the other hand, it has been reported that a large amount of water in the exhaust gas from automobiles causes noise on the chromatogram and fluctuates the retention time of the separation column (see, for example, Non-Patent Document 1). Even in the analysis of exhaust gas from which moisture has been removed, the division of gas components by molecular weight is essential, and two or more columns and detectors are required.

ガス成分をカラムで詳細に分離したのち個々に測定することは、非常に時間を要し、測定できる試料数に限界があるだけでなく、試料の変質も懸念される。近年の排気規制強化や車両開発の効率化に伴い、排気分析の高感度化と迅速化とが求められ、単一カラムで排気ガスを一斉に分析する方法の確立が求められている。本発明者らは、直接ガスクロマトグラフ装置に排出ガスを導入し、単一カラムで分析する方法を提示してきた(例えば、非特許文献2参照。)が、分析時間が1試料に約50分程かかり、定量下限が500ppb程度であったため、実用には迅速さと高感度化とを改善する必要があった。
特開平6−222048号公報 秋山、坂本;「大容量計量管を用いた自動車排出ガス中のHC分析法の開発」分析化学 vol.43(1994年)p785−789 山本、伊藤、大嶋;日本分析化学会・第57回分析化学討論会要旨集、「自動車排出ガス中炭化水素類の分析法の開発(その1)直接導入−GC法による全組成分析」(1996年)p61−62
It is very time-consuming to measure gas components in detail after separating them in detail with a column. Not only is there a limit to the number of samples that can be measured, but there is also concern about sample deterioration. With the recent tightening of exhaust regulations and more efficient vehicle development, there is a demand for higher sensitivity and speed of exhaust analysis, and the establishment of a method for analyzing exhaust gases simultaneously in a single column. The present inventors have proposed a method of introducing exhaust gas directly into a gas chromatograph apparatus and analyzing it with a single column (see, for example, Non-Patent Document 2), but the analysis time is about 50 minutes per sample. Therefore, since the lower limit of quantification was about 500 ppb, it was necessary to improve the speed and sensitivity in practical use.
JP-A-6-222048 Akiyama, Sakamoto; "Development of HC analysis method in automobile exhaust gas using large-capacity measuring tube" analytical chemistry vol. 43 (1994) p785-789 Yamamoto, Ito, Oshima; Abstracts of the 57th Analytical Chemistry Conference of the Analytical Society of Japan, “Development of Analytical Methods for Hydrocarbons in Automobile Exhaust Gas (Part 1) Direct Introduction-Total Composition Analysis by GC Method” (1996) P) 61-62

本発明の目的は、排ガス試料を全量注入して一括したデータを得ることができ、且つ、迅速で高感度なガスクロマトグラフ装置及び排ガス分析方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas chromatograph apparatus and an exhaust gas analysis method which can inject a whole amount of an exhaust gas sample to obtain collective data and which are quick and highly sensitive.

本発明の目的は、以下のガスクロマトグラフ装置及び排ガス分析方法によって達成された。
<1> 排ガス中、炭素数5以上の炭化水素と炭素数4以下の炭化水素とを分離する工程と、
炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスから水を除去する工程と、
水が除去された炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスと、炭素数5以上の炭化水素を含む排ガスとを濃縮、気化する工程と、
濃縮、気化された炭化水素を分離カラムに通過させる工程と、
分離カラムを通過した炭化水素を検出器で検出する工程と、
を含むことを特徴とする排ガス分析方法。
The object of the present invention has been achieved by the following gas chromatograph apparatus and exhaust gas analysis method.
<1> a step of separating hydrocarbons having 5 or more carbon atoms and hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in exhaust gas;
Removing water from exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms;
A step of concentrating and vaporizing an exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms from which water has been removed and an exhaust gas containing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms;
Passing the concentrated and vaporized hydrocarbons through a separation column;
Detecting hydrocarbons that have passed through the separation column with a detector;
An exhaust gas analysis method comprising:

<2> 炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有するプレカラム(A)、水を捕捉する性能を有するプレカラム(B)、及びガス流路を切り替える切替バルブを備え、プレカラム(A)を通過した試料ガスが、プレカラム(B)に導入され、試料ガス中炭素数4以下の炭化水素を含む試料ガスのみ水が除去される水除去部と、
濃縮カラム、冷却手段及び加熱手段を備え、濃縮カラムを冷却手段で冷却することにより水除去部を通過した試料ガス中の分析対象成分を濃縮カラムに付着させ、濃縮カラムを加熱手段で加熱することにより付着した成分を濃縮カラムから脱離させて、試料ガスを濃縮する炭化水素トラップ部と、
前記水除去部と前記炭化水素トラップ部とを通過した試料ガスが導入される分離カラム及び炭化水素を検出する検出器を備える分析部と、
を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
<3> 前記プレカラム(A)が、充填剤を含む充填カラム又はキャピラリーカラムであることを特徴とする前記<2>に記載のガスクロマトグラフ装置。
<4> 前記プレカラム(B)が、充填剤を含む充填カラムであることを特徴とする前記<2>又は<3>に記載のガスクロマトグラフ装置。
<5> 前記分析部において、前記分離カラムが1本からなり、前記検出器が1つからなることを特徴とする前記<2>〜<4>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<6> 前記水除去部が、更に計量管を備えることを特徴とする前記<2>〜<5>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<7> 前記水除去部の切替バルブが、前記プレカラム(A)、前記プレカラム(B)、及び前記計量管、それぞれに設けられることを特徴とする前記<2>〜<6>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<8> 前記水除去部において、プレカラム(A)の切替バルブが四方バルブであり、プレカラム(B)の切替バルブが六方バルブであり、計量管の切替バルブが十方バルブであることを特徴とする前記<7>に記載のガスクロマトグラフ装置。
<2> Precolumn (A) having the capability of capturing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, precolumn (B) having the capability of capturing water, and a switching valve for switching the gas flow path, and passing through the precolumn (A) A sample removing gas is introduced into the precolumn (B), and water is removed only from the sample gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in the sample gas;
A concentration column, a cooling means, and a heating means are provided. By cooling the concentration column with the cooling means, the component to be analyzed in the sample gas that has passed through the water removal unit is attached to the concentration column, and the concentration column is heated with the heating means. A hydrocarbon trap for desorbing the components adhering to the concentration column and concentrating the sample gas;
An analysis unit including a separation column into which a sample gas that has passed through the water removal unit and the hydrocarbon trap unit is introduced and a detector that detects hydrocarbons;
A gas chromatograph apparatus comprising:
<3> The gas chromatograph device according to <2>, wherein the precolumn (A) is a packed column or a capillary column containing a filler.
<4> The gas chromatograph device according to <2> or <3>, wherein the precolumn (B) is a packed column containing a packing material.
<5> The gas chromatograph device according to any one of <2> to <4>, wherein the analysis unit includes one separation column and one detector.
<6> The gas chromatograph device according to any one of <2> to <5>, wherein the water removing unit further includes a measuring tube.
<7> The switching valve of the water removal unit is provided in each of the pre-column (A), the pre-column (B), and the measuring tube, and any one of the items <2> to <6> The gas chromatograph apparatus described.
<8> The water removal unit is characterized in that the switching valve of the precolumn (A) is a four-way valve, the switching valve of the precolumn (B) is a six-way valve, and the switching valve of the measuring pipe is a ten-way valve. The gas chromatograph device according to <7>.

<9> 前記炭化水素トラップ部が、前記冷却手段及び前記加熱手段の他に、更に第二の冷却手段及び第二の加熱手段を備えることを特徴とする前記<2>〜<8>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<10> 前記分離カラムが、0.2mm以下の内径を有するキャピラリーカラムであることを特徴とする前記<2>〜<9>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<11> 前記分離カラムが、0.18mm以下の内径を有するキャピラリーカラムであることを特徴とする前記<2>〜<9>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<12> 前記切替バルブの切り替えタイミングを制御し、前記冷却手段と前記加熱手段との作動を制御する制御部を更に備えることを特徴とする前記<2>〜<11>のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置。
<13> 前記分析部の検出器が、水素炎イオン検出器及び質量検出器の少なくとも一方であることを特徴とする前記<2>〜<12>のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。
<9> The <2> to <8>, wherein the hydrocarbon trap part further includes a second cooling unit and a second heating unit in addition to the cooling unit and the heating unit. A gas chromatograph apparatus according to claim 1.
<10> The gas chromatograph device according to any one of <2> to <9>, wherein the separation column is a capillary column having an inner diameter of 0.2 mm or less.
<11> The gas chromatograph device according to any one of <2> to <9>, wherein the separation column is a capillary column having an inner diameter of 0.18 mm or less.
<12> The control unit according to any one of <2> to <11>, further comprising a control unit that controls switching timing of the switching valve and controls operation of the cooling unit and the heating unit. Gas chromatograph device.
<13> The gas chromatograph device according to any one of <2> to <12>, wherein the detector of the analysis unit is at least one of a flame ion detector and a mass detector.

本発明により、排ガス試料を全量注入して一括したデータを得ることができ、且つ、迅速で高感度なガスクロマトグラフ装置及び排ガス分析方法が提供される。 According to the present invention, a gas chromatograph apparatus and an exhaust gas analysis method that can inject a whole amount of an exhaust gas sample and obtain batch data and that are quick and highly sensitive are provided.

発明者らは、排ガス試料を全量注入して分析を行なう際に、検出限界及び分析精度を阻害する因子について検討を行なった。詳細な解析の結果、図1に示すように低炭素数成分、特に炭素数4以下の炭化水素に対して、排ガス中の水分が大きく影響を与えていることが分かった。多量の水分により、低炭素数成分の保持時間が遅れ、ピークが重なっていることも明らかとなった。
そこで、迅速処理を考慮し、炭素数4以下の炭化水素のみ水分を除去する排ガス分析方法を発明するに至った。本発明の排ガス分析方法は、排ガス中、炭素数5以上の炭化水素と炭素数4以下の炭化水素とを分離する工程と、炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスから水を除去する工程と、水が除去された炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスと、炭素数5以上の炭化水素を含む排ガスとを濃縮、気化する工程と、濃縮、気化された炭化水素を分離カラムに通過させる工程と、分離カラムを通過した炭化水素を検出器で検出する工程とを含むことを特徴とする。
The inventors examined the detection limit and factors that hinder the analysis accuracy when the exhaust gas sample was injected and analyzed. As a result of detailed analysis, as shown in FIG. 1, it was found that moisture in the exhaust gas has a large influence on low carbon number components, particularly hydrocarbons having 4 or less carbon atoms. It became clear that the retention time of the low carbon number component was delayed and the peaks overlapped due to a large amount of water.
Therefore, in consideration of rapid processing, the inventors have invented an exhaust gas analysis method that removes moisture only from hydrocarbons having 4 or less carbon atoms. The exhaust gas analysis method of the present invention includes a step of separating hydrocarbons having 5 or more carbon atoms and hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in the exhaust gas, and a step of removing water from the exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms. , A step of concentrating and vaporizing exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms from which water has been removed and exhaust gas containing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms and passing the concentrated and vaporized hydrocarbons through a separation column And a step of detecting hydrocarbons that have passed through the separation column with a detector.

排ガス中、炭素数5以上の炭化水素と炭素数4以下の炭化水素とを分離する方法は、充填剤を用いる方法や、キャピラリーカラムを用いる方法が好ましい。充填剤は、固定相液体(液相)と、液相を担持し固定する担体とを有し、キャピラリーカラムは、中空の長い毛細管の内壁に液相をコーティングしたカラムである。液相としては、好ましくはジメチルポリシロキサンである。また、充填剤の担体としては、珪藻土担体、カーボン担体やフッソ樹脂担体等を適宜用いることができる。
また、排ガスから水を除去する方法としては、シリカゲル等の充填剤を用い、充填剤に水を捕捉させる方法や、排ガスをテトラバッグに採取し、水分をバッグ表面に凝縮させガス中の水蒸気濃度を下げる方法や、膜を利用した水分除去や、パーマピュアードライヤーを通して排ガスを乾燥させる方法や、無極性のポーラスポリマーを用いて常温濃縮する方法が挙げられる。好ましくは、シリカゲル等の充填剤を用い、充填剤に水を捕捉させる方法や、膜を利用した水分除去の方法であり、より好ましくは、充填剤に水を捕捉する方法である。
排ガスを濃縮、気化するには、通常、冷却・加熱手段が用いられるが、その他、常温濃縮・減圧気化手段等を用いることもできる。好ましくは、冷却・加熱によって、濃縮・気化させる方法である。冷却・加熱の方法は、いずれの方法も採用できるが、好ましくは、液体窒素による冷却、通電による加熱である。
As a method for separating hydrocarbons having 5 or more carbon atoms and hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in the exhaust gas, a method using a filler or a method using a capillary column is preferable. The filler has a stationary phase liquid (liquid phase) and a carrier that supports and fixes the liquid phase, and the capillary column is a column in which the inner wall of a hollow long capillary is coated with the liquid phase. The liquid phase is preferably dimethylpolysiloxane. As the filler carrier, a diatomaceous earth carrier, a carbon carrier, a fluorine resin carrier, or the like can be used as appropriate.
In addition, as a method for removing water from the exhaust gas, a method such as using a filler such as silica gel to trap water in the filler, or collecting the exhaust gas in a tetra bag and condensing moisture on the bag surface, the water vapor concentration in the gas There are a method of lowering water, a method of removing moisture using a membrane, a method of drying exhaust gas through a perm pure dryer, and a method of concentrating at room temperature using a nonpolar porous polymer. The method is preferably a method in which a filler such as silica gel is used to trap water in the filler, or a method of removing water using a membrane, and more preferably a method in which water is trapped in the filler.
In order to concentrate and vaporize the exhaust gas, cooling / heating means are usually used, but in addition, room temperature concentration / vacuum evaporation means and the like can also be used. A method of concentrating and vaporizing by cooling and heating is preferable. Any method can be adopted as the cooling / heating method, but cooling by liquid nitrogen and heating by energization are preferred.

更に本発明者らは、この排ガス分析方法を実現するためのガスクロマトグラフ装置をも発明した。本発明のガスクロマトグラフ装置は、炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有するプレカラム(A)、水を捕捉する性能を有する(B)、及びガス流路を切り替える切替バルブを備え、プレカラム(A)を通過した試料ガスが、プレカラム(B)に導入され、試料ガス中炭素数4以下の炭化水素を含む試料ガスのみ水が除去される水除去部と、濃縮カラム、冷却手段及び加熱手段を備え、濃縮カラムを冷却手段で冷却することにより水除去部を通過した試料ガス中の分析対象成分を濃縮カラムに付着させ、濃縮カラムを加熱手段で加熱することにより付着した成分を濃縮カラムから脱離させて、試料ガスを濃縮する炭化水素トラップ部と、前記水除去部と前記炭化水素トラップ部とを通過した試料ガスが導入される分離カラム及び炭化水素を検出する検出器を備える分析部とを備えることをを特徴とする
更に、1系統の分析装置とするために切替バルブを設け、ガス流路を切り替えられるよう設計を行なった。これにより、プレカラム(A)に炭素数5以上の炭化水素を捕捉した後、水を含む炭素数4以下の炭化水素をプレカラム(B)に送流し、その後、バルブを切替え、ガス流路をプレカラム(B)のみに変更し、プレカラム(B)で水分除去された炭素数4以下の炭化水素を炭化水素トラップ部に送流後、再びバルブを戻し、プレカラム(A)に捕捉されている炭素数5以上の炭化水素を炭化水素トラップ部に送ることができ、試料ガス中の炭化水素を一斉に検出することが可能となった。
Furthermore, the present inventors also invented a gas chromatograph apparatus for realizing this exhaust gas analysis method. The gas chromatograph apparatus of the present invention includes a precolumn (A) having a performance of capturing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, a performance of capturing water (B), and a switching valve for switching a gas flow path. A sample gas that has passed through A) is introduced into the pre-column (B), and water is removed only from the sample gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in the sample gas, a concentration column, cooling means, and heating means. The component to be analyzed in the sample gas that has passed through the water removal unit is attached to the concentration column by cooling the concentration column with a cooling means, and the attached component is removed from the concentration column by heating the concentration column with a heating means. A hydrocarbon trap part that desorbs and concentrates the sample gas, a separation column into which the sample gas that has passed through the water removal part and the hydrocarbon trap part is introduced, and a hydrocarbon Further characterized in that it comprises an analysis unit comprising a detector for detecting a switching valve provided to one system of the analyzer was performed designed to be switched a gas flow path. Thereby, after capturing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms in the pre-column (A), hydrocarbons having 4 or less carbon atoms including water are sent to the pre-column (B), and then the valve is switched to change the gas flow path to the pre-column. After changing to (B) only, the hydrocarbons having 4 or less carbon atoms, from which moisture was removed by the precolumn (B), were sent to the hydrocarbon trap part, the valve was returned again, and the number of carbons captured by the precolumn (A) Five or more hydrocarbons can be sent to the hydrocarbon trap part, and it becomes possible to simultaneously detect hydrocarbons in the sample gas.

また、クロマトグラムのブロードなピークを鋭いピークとし、ピークどうしの重なりを避けるため、プレカラム(A)(B)を通過した試料ガス中の炭化水素を冷却トラップし、炭化水素を濃縮する炭化水素トラップ部を設けた。プレカラム(A)(B)を通過した試料ガスは、炭化水素トラップ部で混合され、一斉に検出器で検出することも可能となる。   In addition, in order to make the broad peak of the chromatogram a sharp peak and avoid overlapping of the peaks, the hydrocarbon trap in the sample gas that has passed through the precolumns (A) and (B) is cooled and trapped to concentrate the hydrocarbon. Set up a section. The sample gas that has passed through the pre-columns (A) and (B) is mixed in the hydrocarbon trap section and can be detected by the detector all at once.

本発明のガスクロマトグラフ装置は、(1)水除去部、(2)炭化水素トラップ部、及び(3)分析部、を備える。一例として排ガス分析用ガスクロマトグラフ装置を図2〜図4により説明する。
図2、図3に示すように、水除去部11では、プレカラム(A)12とプレカラム(B)13とにより、C2〜C4の炭化水素を含む試料ガス中の水分のみ除去される。炭化水素トラップ部21は、水除去部11と分析部31との間に配置され、各分析対象成分のピークの幅を狭くし、高感度化、高性能化を図るためのものである。炭化水素トラップ部21では、冷却・加熱により試料ガスを濃縮し、試料ガス中における分析対象である炭化水素成分の濃度を上昇させる。分析部31は分離カラムと検出器とにより、濃縮された各試料ガスに含まれる炭化水素を検出する。これらに加え、制御部41を設け、以上各部の動作を実現するために、切替バルブの切り替え、冷却手段や加熱手段の作動の制御を行なう。
The gas chromatograph apparatus of the present invention includes (1) a water removal unit, (2) a hydrocarbon trap unit, and (3) an analysis unit. As an example, a gas chromatograph apparatus for exhaust gas analysis will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 2 and 3, in the water removal unit 11, only the moisture in the sample gas containing C2 to C4 hydrocarbons is removed by the precolumn (A) 12 and the precolumn (B) 13. The hydrocarbon trap unit 21 is disposed between the water removal unit 11 and the analysis unit 31, and is intended to reduce the peak width of each analysis target component so as to achieve high sensitivity and high performance. In the hydrocarbon trap part 21, the sample gas is concentrated by cooling and heating, and the concentration of the hydrocarbon component to be analyzed in the sample gas is increased. The analysis unit 31 detects hydrocarbons contained in each concentrated sample gas using a separation column and a detector. In addition to these, a control unit 41 is provided, and in order to realize the operation of each unit described above, the switching of the switching valve and the operation of the cooling means and the heating means are controlled.

次に、図3により、本発明のガスクロマトグラフ装置の構造を詳しく説明する。   Next, the structure of the gas chromatograph apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

1.水除去部
水除去部は、少なくとも、炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有するプレカラム(A)12、水を捕捉する性能を有するプレカラム(B)13、及びプレカラム(A)12とプレカラム(B)13のガス流路を切り替える切替バルブとを備える。その他、計量管14やプレッシャーコントローラ(PC1〜PC3)やマスフローコントローラ(MC1〜MC3)などが設けられてもよい。
プレカラム(A)は、充填剤を含む充填カラムであっても、キャピラリーカラムであってもよいが、充填剤を含む充填カラムであることがより好ましい。また、「炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有する充填剤」は、このような性能を有するものであれば特に制限されないが、例えば、アルミナ、ジメチルシリコーンガム、ポーラスポリマービーズ等が挙げられる。好ましくは、ジメチルシリコーンガム、ポーラスポリマービーズであり、より好ましくは、ポーラスポリマービーズである。炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有する充填剤として、具体的には、ジーエルサイエンス社製アクティブアルミナ、ジーエルサイエンス社製OV−1、ジーエルサイエンス社製Tenax GRを挙げることができる。キャピラリーカラムに用いる液相としては、好ましくは、ジメチルポリシロキサンであり、具体的には、キャピラリーカラムはAgilent社製HP−1、J&W社製DB−1を用いることができる。
プレカラム(B)は、充填剤を含む充填カラムであっても、膜を利用した水分除去であってもよいが、充填剤を含む充填カラムであることが好ましい。「水を捕捉する性能を有する充填剤」は、このような性能を有するものであれば特に制限されないが、例えば、活性炭、モレキュラーシーブ、シリカゲル等が挙げられる。好ましくは、モレキュラーシーブ、シリカゲルであり、より好ましくは、シリカゲルである。水を捕捉する性能を有する充填剤として、具体的には、ジーエルサイエンス社製Active Carbon、ジーエルサイエンス社製モレキュラーシーブ5A、ジーエルサイエンス社製Unipack Sを挙げることができる。
1. Water removal unit The water removal unit includes at least a precolumn (A) 12 having the ability to capture hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, a precolumn (B) 13 having the ability to capture water, and the precolumn (A) 12 and the precolumn. (B) a switching valve for switching the 13 gas flow paths. In addition, a measuring tube 14, a pressure controller (PC1 to PC3), a mass flow controller (MC1 to MC3), and the like may be provided.
The precolumn (A) may be a packed column containing a filler or a capillary column, but is more preferably a packed column containing a filler. The “filler having the ability to capture hydrocarbons having 5 or more carbon atoms” is not particularly limited as long as it has such a performance, and examples thereof include alumina, dimethyl silicone gum, porous polymer beads and the like. It is done. Preferred are dimethyl silicone gum and porous polymer beads, and more preferred are porous polymer beads. Specific examples of the filler having the capability of capturing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms include GL Sciences active alumina, GL Sciences OV-1, and GL Sciences Tenax GR. The liquid phase used in the capillary column is preferably dimethylpolysiloxane. Specifically, HP-1 manufactured by Agilent, DB-1 manufactured by J & W can be used as the capillary column.
The precolumn (B) may be a packed column containing a filler or water removal using a membrane, but is preferably a packed column containing a filler. The “filler having the ability to trap water” is not particularly limited as long as it has such a performance, and examples thereof include activated carbon, molecular sieve, silica gel and the like. Molecular sieves and silica gel are preferable, and silica gel is more preferable. Specific examples of the filler having the ability to trap water include GL Sciences Active Carbon, GL Sciences Molecular Sieve 5A, and GL Sciences Unipack S.

水除去部では、ポンプPにより試料導入口15から吸引される試料ガス(自動車等の排ガス等)が計量され、試料導入口15とポンプPとの間に設けられた切替バルブV1を通過した後、C2〜C4の炭化水素を含む試料ガスとC5〜C12の炭化水素を含む試料ガスとをプレカラム(A)12で分離し、C2〜C4の炭化水素を含む試料ガスのみが、プレカラム(B)13に送られる
プレカラム(A)とプレカラム(B)とには、それぞれ切り替えバルブV2、V3が備えられる。プレカラム(A)に捕捉されたC5〜C12の炭化水素を含む試料ガスと、プレカラム(B)で処理された水分除去後のC2〜C4の炭化水素を含む試料ガスとは、切替バルブV1、V2、及びV3の異なる切替タイミングにより、切替バブルV1に戻される。切替バルブのタイミングをずらすことで、煩雑な操作を要することなく、単一のカラムでの分析が可能となる。切替バルブV1は十方バルブであり、試料導入口、ポンプ、計量管両端、キャリアガス、プレカラムAに接続する切替バルブV2、プレカラムBに接続する切替バルブV3、炭化水素トラップ部、パージガス出入口、に接続される。切替バルブV2は四方バルブであり、プレカラムA両端、切替バルブV1、切替バルブV3、に接続される。切替バルブV3は六方バルブであり、切替バルブV1、切替バルブV2、プレカラムB両端、パージガス出入口、に接続される。更に、これらの切替バルブには、マスフローコントローラMC1、プレッシャコントローラPC1が接続されてもよい。この場合には、切替バルブV1は十方バルブ、切替バルブV2は四方バルブ、切替バルブV3は六方バルブとし、切替バルブV1のポートにマスフローコントローラMC1、プレッシャコントローラPC1を接続することが好ましい。また、パージガス用の制御として、切替バルブV1の他のポートにマスフローコントローラMC2、プレッシャーコントローラPC2を、更に、切替バルブV3のポートにマスフローコントローラMC3、プレッシャーコントローラPC3を接続することが好ましい。
In the water removal unit, the sample gas (exhaust gas from an automobile, etc.) sucked from the sample introduction port 15 by the pump P is measured and passed through a switching valve V1 provided between the sample introduction port 15 and the pump P. The sample gas containing the C2-C4 hydrocarbon and the sample gas containing the C5-C12 hydrocarbon are separated by the precolumn (A) 12, and only the sample gas containing the C2-C4 hydrocarbon is pre-column (B). The pre-column (A) and the pre-column (B) sent to 13 are provided with switching valves V2 and V3, respectively. The sample gas containing C5 to C12 hydrocarbons captured in the precolumn (A) and the sample gas containing C2 to C4 hydrocarbons after moisture removal processed in the precolumn (B) are switching valves V1, V2. , And V3 are returned to the switching bubble V1 at different switching timings. By shifting the timing of the switching valve, analysis in a single column is possible without requiring a complicated operation. The switching valve V1 is a ten-way valve, and includes a sample introduction port, a pump, both ends of a measuring tube, a carrier gas, a switching valve V2 connected to the precolumn A, a switching valve V3 connected to the precolumn B, a hydrocarbon trap section, and a purge gas inlet / outlet. Connected. The switching valve V2 is a four-way valve, and is connected to both ends of the pre-column A, the switching valve V1, and the switching valve V3. The switching valve V3 is a six-way valve and is connected to the switching valve V1, the switching valve V2, both ends of the precolumn B, and the purge gas inlet / outlet. Furthermore, a mass flow controller MC1 and a pressure controller PC1 may be connected to these switching valves. In this case, the switching valve V1 is preferably a ten-way valve, the switching valve V2 is a four-way valve, the switching valve V3 is a six-way valve, and the mass flow controller MC1 and the pressure controller PC1 are preferably connected to the ports of the switching valve V1. Further, as control for the purge gas, it is preferable to connect the mass flow controller MC2 and the pressure controller PC2 to the other port of the switching valve V1, and further connect the mass flow controller MC3 and the pressure controller PC3 to the port of the switching valve V3.

また、プレカラム(A)に捕捉された試料ガスは、加熱により脱離されるが、加熱は、電源H2から電流を流すことにより、又は熱風による加熱等により行なわれる。好ましくは、電流を流すことにより加熱する場合である。加熱温度は、好ましくは、120℃以上350℃以下、より好ましくは、180℃以上200℃以下である。
水除去部には、更にチョークカラム、ダミーカラム等を備えることも可能である。
また、計量管は、試料ガスの吸着及び水分の凝縮を防ぐため、100℃〜250℃に保温され、好ましくは、180℃〜220℃に保温される。プレカラム(B)は、C2〜C4の炭化水素と水とを分離するために、120℃〜200℃に保温され、好ましくは、120℃〜160℃に保温される。計量管及びプレカラム(B)の保温は、電源H1及び電源H3からの通電による加熱、又は熱風による加熱が好ましいが、より好ましくは、電源H1及び電源H3から電流を流すことによる加熱である。
Further, the sample gas trapped in the precolumn (A) is desorbed by heating, but the heating is performed by supplying a current from the power source H2 or by heating with hot air. Preferably, heating is performed by passing an electric current. The heating temperature is preferably 120 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
The water removal unit can further include a chalk column, a dummy column, and the like.
The measuring tube is kept at a temperature of 100 ° C. to 250 ° C., preferably 180 ° C. to 220 ° C., in order to prevent adsorption of sample gas and condensation of moisture. The precolumn (B) is kept at a temperature of 120 ° C. to 200 ° C., preferably 120 ° C. to 160 ° C., in order to separate C2 to C4 hydrocarbons and water. The insulation of the measuring tube and the precolumn (B) is preferably heating by energization from the power source H1 and the power source H3 or heating by hot air, but more preferably heating by flowing current from the power source H1 and the power source H3.

2.炭化水素トラップ部
炭化水素トラップ部21では、冷却により炭化水素ガスが濃縮カラム22でトラップされ、その後、急速加熱によりトラップされた炭化水素が気化し、脱離する。排ガス中の炭化水素は、冷却付着−加熱により濃縮され、クロマトグラフのピーク幅が狭くシャープとなる。冷却手段は、液体窒素、液体ヘリウム、液体酸素等であり、好ましくは、液体窒素による冷却である。加熱手段として好ましくは、電流による加熱、熱風による加熱などであり、より好ましくは、電流による加熱である。
炭化水素トラップ部21の冷却温度は、好ましくは、−190℃〜−100℃、より好ましくは、−160℃〜−100℃、さらに好ましくは、−150℃〜−140℃である。冷却温度が−190℃未満では、試料ガス中の窒素や酸素が凝縮して目詰まり、−100℃を超えると、炭素数2の炭化水素の付着率が低下し、凝縮され難くなる。
急速加熱時の昇温速度は、速ければ速いほど分離カラムでの分離性能が高くなり好ましいが、約0.5℃/秒〜200℃/秒程度である。
好ましい加熱温度は、120℃〜350℃であり、より好ましくは、150℃〜250℃、さらに好ましくは、200℃〜250℃である。加熱温度が、120℃未満では、試料ガス中の高沸点成分の気化が不充分となり、350℃を超えると、充填剤や一部の炭化水素の分解が生じる恐れがある。
2. Hydrocarbon trap part In the hydrocarbon trap part 21, hydrocarbon gas is trapped by the concentration column 22 by cooling, and then the trapped hydrocarbon is vaporized and desorbed by rapid heating. The hydrocarbons in the exhaust gas are concentrated by cooling attachment-heating, and the chromatographic peak width is narrow and sharp. The cooling means is liquid nitrogen, liquid helium, liquid oxygen, or the like, preferably cooling with liquid nitrogen. The heating means is preferably heating by electric current, heating by hot air, etc., more preferably heating by electric current.
The cooling temperature of the hydrocarbon trap part 21 is preferably −190 ° C. to −100 ° C., more preferably −160 ° C. to −100 ° C., and still more preferably −150 ° C. to −140 ° C. When the cooling temperature is lower than −190 ° C., nitrogen and oxygen in the sample gas are condensed and clogged. When the cooling temperature is higher than −100 ° C., the adhesion rate of hydrocarbons having 2 carbon atoms is reduced and it is difficult to condense.
The faster the rate of temperature rise during rapid heating, the higher the separation performance in the separation column, which is preferable, but it is about 0.5 ° C./second to 200 ° C./second.
A preferable heating temperature is 120 ° C to 350 ° C, more preferably 150 ° C to 250 ° C, and further preferably 200 ° C to 250 ° C. If the heating temperature is less than 120 ° C, vaporization of the high boiling point component in the sample gas becomes insufficient, and if it exceeds 350 ° C, the filler and some hydrocarbons may be decomposed.

図3に示すように、炭化水素トラップ部21は、通常の充填剤を充填した濃縮カラム22を有する。充填剤としては、ポーラスポリマービーズ、カーボンモレキュラーシーブが挙げられ、具体的には、ジーエルサイエンス社製Tenax GR、スペルコ社製カーボキセン1000等が挙げられる。、濃縮カラム22は水除去部の切替バルブV1のポートに接続される。
加熱脱着システムとして、例えば、Gerstel社製、CIS4、ジーエルサイエンス社製MF258等が挙げられる。CIS4の場合、液体窒素を流すことにより、カラム22を−150℃程度まで冷却することが可能である。また、0.5〜12℃/秒の任意の昇温速度で、350℃程度まで急速加熱が可能である。
更に、感度、精度を上げるため、冷却−加熱脱着システムを2段以上設けることも好ましい態様である。単一経路で一括したデータを得るガスクロマトグラフィー装置では、感度・精度を上げることは特に重要である。セカンドクライオフォーカス23(2段目の冷却−加熱脱着システム)を設ける場合、セカンドクライオフォーカス23には充填剤を充填したカラムを設けず、分離カラム32の先端の一部であるカラム24の外部から液体窒素等で冷却するだけでもよい。冷却作用により、排ガス中の炭化水素がカラム内壁に付着し、加熱時に内壁からの脱離が速やかに行なわれるため、ピーク幅を狭くすることができる。2段目以降の冷却―加熱脱着システムを設けた場合、好ましい冷却温度、昇温速度、加熱温度は、1段目の冷却―加熱脱着システムと同様である。
As shown in FIG. 3, the hydrocarbon trap part 21 has the concentration column 22 filled with the normal filler. Examples of the filler include porous polymer beads and carbon molecular sieve, and specific examples include Tenax GR manufactured by GL Sciences Corporation and Carboxen 1000 manufactured by Spellco Corporation. The concentration column 22 is connected to the port of the switching valve V1 of the water removal unit.
Examples of the heat desorption system include Gerstel, CIS4, and GL Sciences MF258. In the case of CIS4, it is possible to cool the column 22 to about −150 ° C. by flowing liquid nitrogen. Moreover, rapid heating to about 350 ° C. is possible at an arbitrary temperature increase rate of 0.5 to 12 ° C./second.
Furthermore, in order to increase sensitivity and accuracy, it is also a preferable aspect to provide two or more cooling-heat desorption systems. It is particularly important to increase sensitivity and accuracy in a gas chromatography device that obtains data collectively in a single path. When the second cryofocus 23 (second-stage cooling-heat desorption system) is provided, the second cryofocus 23 is not provided with a column filled with a filler, but from the outside of the column 24 that is a part of the tip of the separation column 32. It may be cooled only with liquid nitrogen or the like. Due to the cooling action, hydrocarbons in the exhaust gas adhere to the inner wall of the column, and desorption from the inner wall is rapidly performed during heating, so that the peak width can be narrowed. When the second-stage cooling-heat desorption system is provided, the preferred cooling temperature, heating rate, and heating temperature are the same as those of the first-stage cooling-heat desorption system.

3.分析部
分析部には、分離カラム32及び検出器33が設けられている。分離カラム32は、充填カラム、キャピラリーカラムいずれを用いても良いが、迅速性と高精度・高感度を達成するためにキャピラリーカラムを用いることが好ましい。キャピラリーカラムの場合、一本のカラムで一斉に分離するためには、カラムの内径は、0.2mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.18mm以下、更に好ましくは、0.10mm以下である。検出器としては一般的には水素炎イオン検出器(FID)を用いるが、その他、熱伝導度型検出器(TCD)、電子捕獲型検出器(ECD)、炎熱イオン検出器(FTD)、炎光光度検出器(FPD)、光イオン化検出器(PID)、質量検出器(MSD)等を用いてもよい。これらの検出器を組み合わせて使用することも可能である。分離カラムにおける各成分の保持時間と分離能には、温度が大きな影響を与えるため、温度制御することが好ましい。分離カラムの温度は、−60℃〜350℃に保たれることが好ましく、より好ましくは、−55℃〜250℃の場合である。分離カラムの温度も以下に記載する制御部により制御されることが好ましい。その他、分析部には、複数の検出器(例えば、FIDとMSD)による同時検出をするためのスプリッター等を設けることもできる。
3. Analysis Unit The analysis unit is provided with a separation column 32 and a detector 33. The separation column 32 may be either a packed column or a capillary column, but it is preferable to use a capillary column in order to achieve rapidity, high accuracy, and high sensitivity. In the case of a capillary column, the inner diameter of the column is preferably 0.2 mm or less, more preferably 0.18 mm or less, and even more preferably 0.10 mm or less in order to perform separation simultaneously with one column. . As a detector, a flame ion detector (FID) is generally used, but in addition, a thermal conductivity type detector (TCD), an electron capture type detector (ECD), a flame thermal ion detector (FTD), a flame A photometric detector (FPD), a photoionization detector (PID), a mass detector (MSD), or the like may be used. A combination of these detectors is also possible. It is preferable to control the temperature because the temperature greatly affects the retention time and resolution of each component in the separation column. The temperature of the separation column is preferably maintained at −60 ° C. to 350 ° C., more preferably −55 ° C. to 250 ° C. It is preferable that the temperature of the separation column is also controlled by the controller described below. In addition, the analyzer can be provided with a splitter or the like for simultaneous detection by a plurality of detectors (for example, FID and MSD).

4.制御部
図4に示すように、制御部41は上記のポンプP、切替バルブV1〜V3、液体窒素バルブNV2〜NV4、電源H1〜H5、更にはプレッシャコントローラPC1〜PC3、マスフローコントローラMC1〜MC3等に接続され、それらを後述の各タイミングで駆動する。制御部41はマイコンにより構成してもよいし、シーケンサとリレーにより構成してもよい。
4). As shown in FIG. 4, the control unit 41 includes the pump P, the switching valves V1 to V3, the liquid nitrogen valves NV2 to NV4, the power supplies H1 to H5, the pressure controllers PC1 to PC3, the mass flow controllers MC1 to MC3, and the like. And are driven at each timing described later. The control unit 41 may be configured by a microcomputer, or may be configured by a sequencer and a relay.

次に、本発明のガスクロマトグラフ装置による排ガスの分析の操作手順を説明する。   Next, the operation procedure of the exhaust gas analysis by the gas chromatograph apparatus of the present invention will be described.

(1)計量
最初に切替バルブV1の流路を図3の黒く塗りつぶした位置にしておく。導入口14から吸入された試料ガス(自動車の排ガス等)は、切替バルブV1−計量管(14)−ポンプPにより排出される。
(1) Weighing First, the flow path of the switching valve V1 is set to the position shown in black in FIG. The sample gas (such as automobile exhaust gas) sucked from the inlet 14 is discharged by the switching valve V1-metering pipe (14) -pump P.

試料ガスが電源H1によって保温されている計量管14に充分導入された時点で制御部41は切替バルブV1を36°回転して流路を白く塗った位置にし、マスフローコントローラMC1を起動してキャリヤガスを切り替え、バルブV1に送給する。これにより、マスフローコントローラMC1−切替バルブV1−計量管14−切替バルブV1−切替バルブV2の流路が構成され、計量管14内に蓄えられている所定量(例えば50ml)の試料ガスは、マスフローコントローラMC1からのキャリヤガスに押されて切替バルブV2に送られる。切替バルブV2に送られた試料ガスは、プレカラム(A)を通過する。プレカラム(A)では、C5〜C12の炭化水素を含む試料ガスが捕捉される。残りのC2〜C4の炭化水素を含む試料ガス全てがプレカラム(A)を通過した時点で、切替バルブV2を90°回転して切替バルブV2の流路を黒く塗った位置にし、C5〜C12の炭化水素を含む試料ガスをプレカラム(A)に留める。この間、C2〜C4の炭化水素を含む試料ガスは、切替バルブV3を通過し、電源H3によって保温されているプレカラム(B)に送られる。プレカラム(B)では、C2〜C4の炭化水素と水とが分離される。プレカラム(B)からC2〜C4の炭化水素全てが通過した時点で切替バルブV3を60°回転して切替バルブV3の流路を黒く塗った位置にする。マスフローコントローラMC3を起動してバージガスを流し、プレカラム(B)内に残っている水を排除する。この間、プレカラムを通過したC2〜C4の炭化水素は、再び切替バルブV3に送られ、切替バルブV1に戻る。その後、炭化水素トラップ部に送られる。
一方、C2〜C4の炭化水素が全て炭化水素トラップ部に送られた後、切替バルブV2を白く塗った位置に90°戻す。その後、プレカラム(A)に捕捉されたC5〜C12の炭化水素を含む試料ガスを脱離させるための加熱を行なう。加熱は、電源H2から電流を流すことにより、又は熱風による加熱等により行なわれる。脱離した試料ガスは、切替バルブV2−切替バルブV3−切替バルブV1の流路により、切替バルブV1に戻り、炭化水素トラップ部に送られる。その後、切替バルブV1の回転を36°戻して、切替バルブV1の流路を黒く塗った位置にする。マスフローコントローラMC2を起動してパージガスを流し、プレカラム(A)をエージングする。
When the sample gas is sufficiently introduced into the measuring tube 14 that is kept warm by the power source H1, the control unit 41 rotates the switching valve V1 by 36 ° to bring the flow path to the white position, and activates the mass flow controller MC1 to activate the carrier. Switch gas and feed to valve V1. Thereby, the flow path of mass flow controller MC1-switching valve V1-metering pipe 14-switching valve V1-switching valve V2 is comprised, and predetermined amount (for example, 50 ml) sample gas stored in metering pipe 14 is mass flow. It is pushed by the carrier gas from the controller MC1 and sent to the switching valve V2. The sample gas sent to the switching valve V2 passes through the precolumn (A). In the precolumn (A), a sample gas containing C5 to C12 hydrocarbons is captured. When all the sample gases containing the remaining C2-C4 hydrocarbons have passed through the pre-column (A), the switching valve V2 is rotated by 90 ° so that the flow path of the switching valve V2 is painted black. A sample gas containing hydrocarbon is retained in the precolumn (A). During this time, the sample gas containing C2-C4 hydrocarbons passes through the switching valve V3 and is sent to the precolumn (B) that is kept warm by the power source H3. In the precolumn (B), C2 to C4 hydrocarbons and water are separated. When all the C2 to C4 hydrocarbons pass from the pre-column (B), the switching valve V3 is rotated by 60 ° so that the flow path of the switching valve V3 is painted black. The mass flow controller MC3 is activated to flow barge gas, and water remaining in the precolumn (B) is removed. During this time, the C2 to C4 hydrocarbons that have passed through the precolumn are sent again to the switching valve V3 and returned to the switching valve V1. Then, it is sent to the hydrocarbon trap part.
On the other hand, after all the C2 to C4 hydrocarbons are sent to the hydrocarbon trap portion, the switching valve V2 is returned to the position where it is painted white by 90 °. Thereafter, heating is performed to desorb the sample gas containing C5 to C12 hydrocarbons captured by the precolumn (A). Heating is performed by supplying a current from the power source H2 or by heating with hot air. The desorbed sample gas returns to the switching valve V1 through the flow path of the switching valve V2-switching valve V3-switching valve V1, and is sent to the hydrocarbon trap section. Thereafter, the rotation of the switching valve V1 is returned by 36 °, and the flow path of the switching valve V1 is set to the position painted black. The mass flow controller MC2 is activated to flow purge gas, and the precolumn (A) is aged.

(2)濃縮
プレカラム(A)、プレカラム(B)を経由した試料ガスは、切替バルブV1を経由し、炭化水素トラップ部に送られる。試料ガスは、液体窒素により冷却されたカラム22中を通過し、その間、試料ガス中の炭化水素成分は低温となった充填剤の表面に付着される。
(2) Concentration The sample gas that has passed through the precolumn (A) and the precolumn (B) is sent to the hydrocarbon trap section through the switching valve V1. The sample gas passes through the column 22 cooled by liquid nitrogen, and during that time, the hydrocarbon component in the sample gas adheres to the surface of the packing material at a low temperature.

次に、電源H4からカラム22に電流を流してカラム22を加熱し、付着した試料ガスを脱離する。冷却付着−加熱システムが1段の場合には、脱離した試料ガスは、分析部に送られる。冷却付着−加熱システムを2段設ける場合には、カラム22に引き続き、セカンドクライオフォーカス23を設ける。冷却−加熱を繰り返すことで、試料ガスのバンド幅が狭くなる。ここで、セカンドクライオフォーカス23には、充填剤を充填したカラムを設けず、分離カラムの一端の部分であるカラム24の外部から液体窒素等で冷却するのみであっても良い。セカンドクライオフォーカス23又はカラム24を液体窒素で低温に冷却しておき、その中に試料ガスを通すと、試料ガス中の分析対象成分がセカンドクライオフォーカス23又はカラム24の内壁に付着される。その後、セカンドクライオフォーカス23又はカラム24を加熱することにより、付着された成分を高速で脱着させることができる。セカンドクライオフォーカス23又はカラム24で脱離した試料ガスは、分析部に送られる。   Next, a current is supplied from the power source H4 to the column 22 to heat the column 22 and desorb the attached sample gas. When the cooling attachment-heating system has one stage, the desorbed sample gas is sent to the analysis unit. In the case of providing two stages of the cooling adhesion-heating system, the second cryofocus 23 is provided following the column 22. By repeating cooling and heating, the band width of the sample gas becomes narrow. Here, the second cryofocus 23 may not be provided with a column packed with a packing material, but may only be cooled with liquid nitrogen or the like from the outside of the column 24 which is one end portion of the separation column. When the second cryofocus 23 or the column 24 is cooled to a low temperature with liquid nitrogen and the sample gas is passed therethrough, the analysis target component in the sample gas is attached to the inner wall of the second cryofocus 23 or the column 24. Thereafter, by heating the second cryofocus 23 or the column 24, the attached components can be desorbed at a high speed. The sample gas desorbed by the second cryofocus 23 or the column 24 is sent to the analysis unit.

(3)分析
炭化水素トラップ部を通過し濃縮された試料ガスは、分離カラム32を通過し、そこで各成分が分離される。検出器33では、分離された成分C2〜C12の炭素数成分が一斉に高感度に測定され、分析が行なわれる。また、一本のカラムで一斉に分析できるため、煩雑なデータ処理は不要である。
(3) Analysis The sample gas concentrated through the hydrocarbon trap section passes through the separation column 32, where each component is separated. In the detector 33, the carbon number components of the separated components C2 to C12 are simultaneously measured with high sensitivity and analyzed. Moreover, since it can analyze all at once with one column, complicated data processing is unnecessary.

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

本発明の一実施例であるガスクロマトグラフ装置の概略構成図を図5に示した。
水除去部において、プレカラム(A)の充填剤はジーエルサイエンス社製Unipak Sを用い、プレカラム(B)の充填剤は、ジーエルサイエンス社製Tenax GRを用いた。キャリアガスとして、Heガスを100ml/分の速度で流した。
炭化水素トラップ部において、第1の冷却−脱着システムとして、Tenaxを充填剤とするGerstel社製CIS4を用いた。更に第2の冷却−脱着システムとして、セカンドクライオ24を備えた。冷却温度−190℃、加熱による脱着は、液体窒素冷却を停止後、ガスクロマトブラフの恒温槽の温度上昇により行なった。
分析部において、分離カラムは、長さ40m、内径0.18mmのナローボアカラムを用いた。
このようなガスクロマトグラフ装置に、排ガス10mlを全量注入した。
A schematic diagram of a gas chromatograph apparatus according to an embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the water removal unit, unipack S manufactured by GL Sciences was used as the filler for the precolumn (A), and Tenax GR manufactured by GL Sciences was used as the filler for the precolumn (B). As a carrier gas, He gas was flowed at a rate of 100 ml / min.
In the hydrocarbon trap part, CIS4 manufactured by Gerstel Co. using Tenax as a filler was used as the first cooling-desorption system. Furthermore, a second cryo 24 was provided as a second cooling-desorption system. The desorption by heating at a cooling temperature of −190 ° C. was performed by increasing the temperature of the thermostat bath of the gas chromatograph bluff after stopping the cooling of liquid nitrogen.
In the analysis part, a narrow bore column having a length of 40 m and an inner diameter of 0.18 mm was used as the separation column.
A total amount of 10 ml of exhaust gas was injected into such a gas chromatograph apparatus.

一方、比較例として、従来法のガスクロマトグラフ装置の概略構成図を図6に示す。試料ガスの導入は、島津製作所製保温ガスサンプラーを用いた。ガスクロマトグラフとして、ヒューレットパッカード製GC5890を用いた。分離カラムは、長さ60m、内径0.25mmのキャピラリーカラムを用いた。
この比較例のガスクロマトグラフ装置に、排ガス5mlをスプリット比:1/35で注入した。
On the other hand, FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of a conventional gas chromatograph apparatus as a comparative example. The sample gas was introduced using a thermal gas sampler manufactured by Shimadzu Corporation. GC5890 manufactured by Hewlett-Packard was used as the gas chromatograph. As the separation column, a capillary column having a length of 60 m and an inner diameter of 0.25 mm was used.
The gas chromatograph of this comparative example was injected with 5 ml of exhaust gas at a split ratio of 1/35.

上記本発明の装置におけるクロマトグラフ及び比較例の装置におけるクロマトグラフを図7に示す。
本発明のガスクロマトグラフ装置では、分析時間が10分であり、従来のガスクロマトグラフ装置である比較例と比べ、約1/5の時間に短縮できた。また、定量下限は、5ppbであり、比較例の1/100であった。
The chromatograph in the apparatus of the said invention and the apparatus in the apparatus of a comparative example are shown in FIG.
In the gas chromatograph apparatus of the present invention, the analysis time is 10 minutes, which can be shortened to about 1/5 time as compared with the comparative example which is a conventional gas chromatograph apparatus. Moreover, the lower limit of quantification was 5 ppb, which was 1/100 of the comparative example.

排ガス中の水分の影響を示すガスクロマトグラム。Gas chromatogram showing the effect of moisture in the exhaust gas. 本発明の排ガス分析用迅速・高感度ガスクロマトグラフ装置の概略構成図。The schematic block diagram of the rapid and highly sensitive gas chromatograph apparatus for exhaust gas analysis of this invention. 本発明のガスクロマトグラフ装置の概略構成図。The schematic block diagram of the gas chromatograph apparatus of this invention. 本発明のガスクロマトグラフ装置の制御系統図。The control system figure of the gas chromatograph apparatus of this invention. 実施例のガスクロマトグラフ装置の概略構成図。The schematic block diagram of the gas chromatograph apparatus of an Example. 比較例のガスクロマトグラフ装置の概略構成図。The schematic block diagram of the gas chromatograph apparatus of a comparative example. 実施例と比較例とのガスクロマトグラフ装置により作成される自動車の排ガスのクロマトグラム。The chromatogram of the exhaust gas of the motor vehicle produced by the gas chromatograph apparatus of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

11 水除去部
12 カラム(A)
13 カラム(B)
14 計量管
15 試料導入口
21 炭化水素トラップ部
22 濃縮カラム
23 セカンドクライオフォーカス
24 カラム(分離カラムの先端)
31 分析部
32 分離カラム
33 検出器
H1、H2、H3、H4、H5 ヒータ用電源
MC1、MC2、MC3 マスフローコントローラ
NV2、NV3、NV4 液体窒素バルブ
P ポンプ
PC1、PC2、PC3 プレッシャコントローラ
V1、V2、V3 切替バルブ
V1の1〜10、V2の1〜4、V3の1〜6 各切替バルブのポート番号
11 Water removal part 12 Column (A)
13 Column (B)
14 Metering tube 15 Sample inlet 21 Hydrocarbon trap 22 Concentration column 23 Second cryofocus 24 Column (tip of separation column)
31 Analyzing unit 32 Separation column 33 Detectors H1, H2, H3, H4, H5 Heater power supply MC1, MC2, MC3 Mass flow controller NV2, NV3, NV4 Liquid nitrogen valve P Pump PC1, PC2, PC3 Pressure controller V1, V2, V3 1 to 10 of switching valve V1, 1 to 4 of V2, 1 to 6 of V3 Port number of each switching valve

Claims (13)

排ガス中、炭素数5以上の炭化水素と炭素数4以下の炭化水素とを分離する工程と、
炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスから水を除去する工程と、
水が除去された炭素数4以下の炭化水素を含む排ガスと、炭素数5以上の炭化水素を含む排ガスとを濃縮、気化する工程と、
濃縮、気化された炭化水素を分離カラムに通過させる工程と、
分離カラムを通過した炭化水素を検出器で検出する工程と、
を含むことを特徴とする排ガス分析方法。
Separating the hydrocarbon having 5 or more carbon atoms and the hydrocarbon having 4 or less carbon atoms in the exhaust gas;
Removing water from exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms;
A step of concentrating and vaporizing an exhaust gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms from which water has been removed and an exhaust gas containing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms;
Passing the concentrated and vaporized hydrocarbons through a separation column;
Detecting hydrocarbons that have passed through the separation column with a detector;
An exhaust gas analysis method comprising:
炭素数5以上の炭化水素を捕捉する性能を有するプレカラム(A)、水を捕捉する性能を有するプレカラム(B)、及びガス流路を切り替える切替バルブを備え、プレカラム(A)を通過した試料ガスが、プレカラム(B)に導入され、試料ガス中炭素数4以下の炭化水素を含む試料ガスのみ水が除去される水除去部と、
濃縮カラム、冷却手段及び加熱手段を備え、濃縮カラムを冷却手段で冷却することにより水除去部を通過した試料ガス中の分析対象成分を濃縮カラムに付着させ、濃縮カラムを加熱手段で加熱することにより付着した成分を濃縮カラムから脱離させて、試料ガスを濃縮する炭化水素トラップ部と、
前記水除去部と前記炭化水素トラップ部とを通過した試料ガスが導入される分離カラム及び炭化水素を検出する検出器を備える分析部と、
を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
A pre-column (A) having the capability of capturing hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, a pre-column (B) having the capability of capturing water, and a switching gas for switching the gas flow path, and a sample gas that has passed through the pre-column (A) Is introduced into the pre-column (B), and the water removing unit removes water only from the sample gas containing hydrocarbons having 4 or less carbon atoms in the sample gas;
A concentration column, a cooling means, and a heating means are provided. By cooling the concentration column with the cooling means, the component to be analyzed in the sample gas that has passed through the water removal unit is attached to the concentration column, and the concentration column is heated with the heating means. A hydrocarbon trap for desorbing the components adhering to the concentration column and concentrating the sample gas;
An analysis unit including a separation column into which a sample gas that has passed through the water removal unit and the hydrocarbon trap unit is introduced and a detector that detects hydrocarbons;
A gas chromatograph apparatus comprising:
前記プレカラム(A)が、充填剤を含む充填カラム又はキャピラリーカラムであることを特徴とする請求項2に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph according to claim 2, wherein the precolumn (A) is a packed column or a capillary column containing a packing material. 前記プレカラム(B)が、充填剤を含む充填カラムであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph apparatus according to claim 2 or 3, wherein the pre-column (B) is a packed column containing a packing material. 前記分析部において、前記分離カラムが1本からなり、前記検出器が1つからなることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   5. The gas chromatograph device according to claim 2, wherein the analysis unit includes a single separation column and a single detector. 6. 前記水除去部が、更に計量管を備えることを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph according to any one of claims 2 to 5, wherein the water removing unit further includes a measuring tube. 前記水除去部の切替バルブが、前記プレカラム(A)、前記プレカラム(B)、及び前記計量管、それぞれに設けられることを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The switching valve of the said water removal part is provided in the said precolumn (A), the said precolumn (B), and the said measuring tube, respectively, The any one of Claims 2-6 characterized by the above-mentioned. Gas chromatograph device. 前記水除去部において、プレカラム(A)の切替バルブが四方バルブであり、プレカラム(B)の切替バルブが六方バルブであり、計量管の切替バルブが十方バルブであることを特徴とする請求項7に記載のガスクロマトグラフ装置。   The switching valve of the pre-column (A) is a four-way valve, the switching valve of the pre-column (B) is a six-way valve, and the switching valve of the measuring pipe is a ten-way valve in the water removal unit. 8. The gas chromatograph apparatus according to 7. 前記炭化水素トラップ部が、前記冷却手段及び前記加熱手段の他に、更に第二の冷却手段及び第二の加熱手段を備えることを特徴とする請求項2〜請求項8のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The hydrocarbon trap section further includes a second cooling unit and a second heating unit in addition to the cooling unit and the heating unit, according to any one of claims 2 to 8. The gas chromatograph apparatus described. 前記分離カラムが、0.2mm以下の内径を有するキャピラリーカラムであることを特徴とする請求項2〜請求項9のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the separation column is a capillary column having an inner diameter of 0.2 mm or less. 前記分離カラムが、0.18mm以下の内径を有するキャピラリーカラムであることを特徴とする請求項2〜請求項9のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the separation column is a capillary column having an inner diameter of 0.18 mm or less. 前記切替バルブの切り替えタイミングを制御し、前記冷却手段と前記加熱手段との作動を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項2〜請求項11のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph according to any one of claims 2 to 11, further comprising a control unit that controls switching timing of the switching valve and controls operation of the cooling unit and the heating unit. apparatus. 前記分析部の検出器が、水素炎イオン検出器及び質量検出器の少なくとも一方であることを特徴とする請求項2〜請求項12のいずれか1項に記載のガスクロマトグラフ装置。   The gas chromatograph device according to any one of claims 2 to 12, wherein the detector of the analysis unit is at least one of a flame ion detector and a mass detector.
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