JP2009236586A - 試料ガス捕集装置およびガスクロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度の試料ガスを短時間で排出できる試料ガス捕集装置およびガスクロマトグラフ装置を提供する。
【解決手段】捕集部材１２を有する試料ガス捕集装置１１において、捕集部材１２内に形成された第１捕集領域１２ａと、捕集部材１２内の第１捕集領域１２ａとは異なる領域に形成された第２捕集領域１２ｂと、を有し、そして、第１捕集領域１２ａを高温状態に加熱する第１ヒータ１３と、第２捕集領域１２ｂを高温状態に加熱する第２ヒータ１４と、第１捕集領域１２ａが高温状態になるように前記第１ヒータ１３を制御し且つ第２捕集領域１２ｂが低温状態となるように第２ヒータ１４を制御する第１加熱制御手段５１と、前記第２捕集領域１２ｂが高温状態となるように第２ヒータ１４を制御する第２加熱制御手段５１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料ガスに含まれる検出対象成分を濃縮する試料ガス捕集装置、および、その試料ガス捕集装置を備えるガスクロマトグラフ装置に関する。

ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）は、例えば、家屋内雰囲気等の試料ガスに含まれる揮発性有機化合物等の検出対象成分の検出に用いられる装置であり、該試料ガスに含まれる微量な成分の検出を可能とするため、分離カラムおよび検出センサなどの検出装置のほかに、検出対象成分を捕集して濃縮するための試料ガス捕集装置を備えた構成のものが一般的に用いられている。

例えば、図１４に示される、特許文献１の試料ガス捕集装置１００は、直管状の捕集管１０２を有し、捕集管１０２は不活性コーティングされた内部に吸着剤または樹脂系の捕集剤１０３が充填されている。また、捕集管１０２はその全体を、ペルチェ素子および電気ヒータ（いずれも図示せず）を備えた冷却加熱装置１１１に内包されており、この冷却加熱装置１１１からの伝熱により、検出対象成分の捕集および脱離に応じて、捕集管１０２の全体が冷却および加熱される。そして、脱離された検出対象成分が、キャリアガス源１０８で発生されたキャリアガスによって捕集管１０２から排出され、分析装置１１０（即ち、分離カラム）に導入されることで、成分検出（分析）を行っていた。
特開２００６−３３７１５８

しかしながら、ＧＣ装置を用いた成分検出においては、試料ガスに含まれる成分毎に分離カラムを通過する時間差があることを利用して検出を行うため、検出対象成分を分離カラムに導入するための時間が検出結果に影響しないよう、その導入時間を極力短くしなければならないところ、特許文献１においては、捕集管全体を加熱して、その内部全体に滞留している全ての検出対象成分を分離カラムに導入するので、捕集管から排出する試料ガスの容量が大きくなって試料ガス全てを導入するのに長い時間を要し、そのため、成分検出のピークが鈍ってしまって正確な検出を行うことができないという問題があった。また、試料ガス成分が、捕集管１０２全体に亘って捕集されているため、捕集管から排出する試料ガスの濃度が薄くなってしまうという問題があった。

したがって、本発明の目的は、捕集管から排出する試料ガスの容量を小さくし、高濃度の試料ガスを短時間で排出することができる試料ガス捕集装置およびガスクロマトグラフ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１に記載の試料ガス捕集装置は、図１の基本構成図に示すように、低温状態のときに試料ガス成分を捕集し且つ高温状態のときに前記捕集した試料ガス成分が脱離する捕集領域を備えた捕集部材１２を有し、前記脱離した試料ガス成分が前記捕集部材１２内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置１１であって、前記捕集領域が、前記捕集部材１２内に形成された第１捕集領域１２ａと、前記捕集部材１２内の前記第１捕集領域１２ａとは異なる領域に形成された第２捕集領域１２ｂと、を有し、前記第１捕集領域１２ａを高温状態に加熱する第１ヒータ１３と、前記第２捕集領域１２ｂを高温状態に加熱する第２ヒータ１４と、前記第１捕集領域１２ａに捕集された試料ガス成分が脱離する高温状態となるように前記第１ヒータ１３を制御し、且つ、前記第１捕集領域１２ａから脱離した試料ガス成分が前記パージガスによって前記第２捕集領域１２ｂに搬送されたときに、前記第２捕集領域１２ｂが前記脱離した試料ガス成分を捕集する低温状態となるように前記第２ヒータ１４を制御する第１加熱制御手段５１と、前記第２捕集領域１２ｂに捕集された試料ガス成分が脱離する高温状態となるように前記第２ヒータ１４を制御する第２加熱制御手段５１と、を有することを特徴とするものである。

請求項２に記載の試料ガス捕集装置は、図１の基本構成図に示すように、請求項１に記載の試料ガス捕集装置１１において、前記第２捕集領域１２ｂが、前記第１捕集領域１２ａより小さい領域であることを特徴とするものである。

請求項３に記載のガスクロマトグラフ装置は、請求項１または２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置から排出された試料ガス成分が導入される検出手段と、を有することを特徴とするものである。

請求項１に記載した本発明の試料ガス捕集装置によれば、第１捕集領域に捕集された試料ガス成分を脱離させて第２捕集領域で再度捕集することから、第１捕集領域において捕集された試料ガス成分を第２捕集領域に集約してその濃度を高めることができ、また、第２捕集領域は捕集部材内に形成されているため、即ち、捕集部材全長に対してより短く形成されているため、捕集部材から排出する試料ガスの容量が小さくなり、より短い時間で試料ガスを排出することができる。よって、高濃度の試料ガスを短時間で排出することが可能となり、成分検出のピークが鈍ることを防ぎ、正確な成分検出を行うことができる。

請求項２に記載した本発明の試料ガス捕集装置によれば、第２捕集領域が、第１捕集領域より小さい領域であることから、第２捕集領域に捕集される試料ガス成分の濃度をさらに高めることができ、且つ、第２捕集領域の長さがより短いので、試料ガスの容量がより小さくなり、さらに短い時間で全ての試料ガスを排出することができる。よって、より高濃度の試料ガスをより短時間で排出することが可能となり、より正確な成分検出を行うことができる。

請求項３に記載した本発明のガスクロマトグラフ装置によれば、請求項１または２に記載の試料ガス捕集装置を有することから、高濃度の試料ガスを短時間で排出することが可能となり、成分検出のピークが鈍ることを防ぎ、正確な成分検出を行うことができる。

以下、本発明に係る試料ガス捕集装置の一実施形態について、図２を参照して説明する。

試料ガス捕集装置１１は、図２に示すように、捕集管１２と、捕集管１２内に形成された第１捕集領域１２ａおよび第２捕集領域１２ｂと、捕集管１２の周囲に配設された第１調温体１３および第２調温体１４と、第１調温体１３の加熱制御を行う第１加熱制御手段および第２調温体１４の加熱制御を行う第２加熱制御手段として動作する制御装置５１と、を備えている。

捕集管１２は、請求項の捕集部材に相当し、例えば、内径５ｍｍ程度、長さ２０〜３０ｃｍ程度のガラス管の内部に、耐熱性樹脂またはカーボンブラックなどの検出対象成分に対応した捕集剤を充填したものである。捕集管１２は、捕集剤への捕集（濃縮）が促進されるように低温状態に冷却されたあとに、試料ガスが導入されて試料ガス成分を捕集し、そして、試料ガス成分を捕集剤から脱離させるために高温状態に加熱されたあとにパージガスが導入されて、脱離した試料ガス成分が捕集管１２外に排出される。なお、本実施形態においては、試料ガスは図２右側の端部１２ｃより導入され、パージガスは図２左側の端部１２ｄより導入される。また、捕集管１２は、捕集管１２内部の捕集剤が充填されている領域が２つに分けられており、一方が第１捕集領域１２ａ、他方が第２捕集領域１２ｂとして形成されている。

第１捕集領域１２ａは、捕集剤が充填された領域の９割程度を占める領域であり、パージガスが導入される側（端部１２ｄ寄り）に位置している。第２捕集領域１２ｂは、パージガスが排出される側（端部１２ｃ寄り）、即ち、パージガスに対して第１捕集領域より下流側に位置しており、また、第１捕集領域１２ａに比して小さい領域となるように形成されている。第２捕集領域１２ｂを第１捕集領域１２ａより小さくすることで、第２捕集領域に捕集される試料ガス成分の密度が増し、試料ガスの濃度を高めることができ、また、濃縮した試料ガスの容量が小さくなり、試料ガスを排出する時間を短くすることができる。

第１調温体１３は、請求項の第１ヒータに相当し、例えば、帯状に形成された電熱線などからなり、第１捕集領域１２ａに対応して捕集管１２の周囲に密着してらせん状に巻き付けられて配設されており、制御装置５１によって、加熱制御されることにより、第１捕集領域１２ａを加熱して、その領域に捕集されている試料ガス成分を脱離させるものである。また、本実施形態においては、第１調温体１３は、電熱線と共に、例えば、ペルチェ素子などの冷却手段を備えており、冷却手段により、捕集管１２の冷却を迅速に行うことで、成分検出にかかる時間を短縮することを可能としている。

第２調温体１４は、請求項の第２ヒータに相当し、第１調温体１３と同様に形成されており、第２捕集領域１２ｂに対応して捕集管１２の周囲に密着してらせん状に巻き付けられて配設されており、制御装置５１によって、加熱制御されることにより、第２捕集領域１２ｂを加熱して、その領域に捕集されている試料ガス成分を脱離させるものである。また、本実施形態においては、第１調温体１３は、電熱線と共に、例えば、ペルチェ素子などの冷却手段を備えており、冷却手段により、捕集管１２の冷却を迅速に行うことで、成分検出にかかる時間を短縮することを可能としている。

制御装置５１は、請求項の第１加熱制御手段および第２加熱制御手段に相当し、制御対象部位である第１調温体１３および第２調温体１４に接続されており、それぞれを連動して制御する図示しないマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）を備えている。ＭＰＵは、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種のデータを格納するとともにＣＰＵの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ、および、上述した制御対象部位との間で制御情報を送受信するためのシリアルインタフェースなどを含むＩ／Ｏ部等で構成されている。

制御装置５１のＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、第１捕集領域１２ａに捕集された試料ガス成分が脱離されて且つ前記脱離された試料ガス成分がパージガスによって第２捕集領域１２ｂに搬送されて捕集されるように、第１調温体１３により第１捕集領域１２ａを高温状態に加熱するとともに、第２調温体１４による加熱を保留して第２捕集領域１２ｂの低温状態を維持する第１加熱制御手段、および、第２捕集領域１２ｂに捕集された試料ガス成分を脱離させてパージガスによって捕集管１２から排出されるように、第２調温体１４により第２捕集領域１２ｂを高温状態に加熱する第２加熱制御手段、として動作するものである。また、本実施形態においては、制御装置５１のＣＰＵは、上述の第１加熱制御手段および第２加熱制御手段として動作するとともに、第１調温体１３により第１捕集領域１２ａを冷却する第１冷却制御手段および第２調温体１４により第２捕集領域１２ｂを冷却する第２冷却制御手段としても動作する。

次に、上述した試料ガス捕集装置を備えたガスクロマトグラフ装置について、図３〜図１０を参照して説明する。

ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）１は、図３に示すように、上述した試料ガス捕集装置１１および検出装置１７が直列に接続されてなる成分検出経路１０と、成分検出経路１０の検出装置１７側に順次直列に接続されるバッファ２６と流動方向切替バルブ２５とポンプ２４と試料導入部２３と、成分検出経路１０の試料ガス捕集装置１１側に順次直列に接続された活性炭フィルタ２２と大気吸入口２１と、試料ガス捕集装置１１に対して並列に配設されたバイパス経路３１と、試料ガス捕集装置１１と検出装置１７との間に位置するバイパス経路３１の端部に配設されたバイパスバルブ３２と、試料ガス捕集装置１１と活性炭フィルタ２２との間に配設された排出バルブ４２と、排出バルブ４２に接続された排出口４１と、で構成されている。また、上述の制御装置５１は、試料ガス捕集装置１１を制御するとともに、ＧＣ装置１も制御する。

検出装置１７は、試料ガス捕集装置１１によって生成された高濃度の試料ガスが導入されてその成分検出（分析）を行う装置であり、分離カラム１７ａとカラム加熱冷却装置１７ｂと検出センサ１７ｃとを備えている。

分離カラム１７ａは、試料ガスに含まれる成分の分離を行うためのものであり、内径２〜６mm、長さ数ｍの管に粒状の固定相を充填したパックドカラム、内径約０．５mm以下、長さ数十ｍの細い管の壁面に直接液状の固定相を保持させたキャピラリーカラム、または、エッチング処理によりガラス板に微細なカラム溝が形成されてなるマイクロカラムなどの、既存のカラムが用いられる。

カラム加熱冷却装置１７ｂは、分離カラム１７ａへの試料ガスの導入及び試料ガス成分の分離に応じて分離カラム１７ａの温度を調節するものであり、加熱手段として電熱線などのヒータを備え、冷却手段としてペルチェ素子などを備えた、既存の装置である。また、カラム加熱冷却装置１７ｂは、制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

検出センサ１７ｃは、分離カラム１７ａにおいて分離されたのちにキャリアガスによって搬送されてきた試料ガスの成分を検出するためのものであり、例えば、水素炎イオン化型検出器、熱伝導度型検出器などの既存の検出器が用いられており、検出センサ１７ｃは、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。なお、検出センサ１７ｃの構成および動作については、本発明の本質とは関係しないため詳細は省略する。

ポンプ２４は、ポンプ吸入口２４ａから吸入したガスをポンプ排出口２４ｂから排出して流動させるものであり、成分検出経路１０内を通過するように、試料ガスおよびキャリアガスを流動させ、また、それぞれのガスが適切に流動されるように、状況に応じて、その流動の速さや流動量を細かく制御できる、既存のものである。ポンプ２４の流動方向は一定方向に固定されており、後述する流動方向切替バルブ２５によって、成分検出経路１０に接続される向きが切り替えられ、即ち、成分検出経路１０内を流れるガスの流動方向が切り替えられる。なお、ポンプ２４は、制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

流動方向切替バルブ２５は、例えば、四方電磁弁などが用いられ、その４つの接続口に、バッファ２６と試料導入部２３とポンプ吸入口２４ａとポンプ排出口２４ｂとが接続されている。そして、試料ガスを導入するとき、バッファ２６とポンプ排出口２４ｂ、並びに、試料導入部２３とポンプ吸入口２４ａがそれぞれ接続されて、試料導入部２３から導入された試料ガスが、成分検出経路１０内を検出装置１７から試料ガス捕集装置１１に向かって流動されるように接続を切り替え、キャリアガスを導入するとき、バッファ２６とポンプ吸入口２４ａ、並びに、試料導入部２３とポンプ排出口２４ｂが接続されて、後述の活性炭フィルタ２２から提供されたキャリアガスが、成分検出経路１０内を試料ガス捕集装置１１から検出装置１７に向かって流動されるように接続を切り替える。また、流動方向切替バルブ２５は、制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

バッファ２６は、ポンプ２４による流動の乱れを抑制し、流動量を一定に保つための既存のものであり、バッファ２６を経路上に配設することで流動量が安定するため検出精度を高めることができる。また、ポンプ２４の流動の乱れによる誤差が許容範囲内であれば、バッファ２６を省略してもよい。

試料導入部２３は、ＧＣ装置１の構成の端部に配設されており、試料ガス成分を捕集するときに、ＧＣ装置１に対して試料ガスを導入するための導入部であるとともに、試料ガス成分を検出するときに、試料ガス成分を搬送したキャリアガスをＧＣ装置１外に排出する排出部としても機能するものである。

活性炭フィルタ２２は、試料導入部２３とは反対側に位置するＧＣ装置１の端部に配設されており、ポンプ２４および流動方向切替バルブ２５によって、成分検出経路１０内を試料ガス捕集装置１１から検出装置１７に向かう方向に吸引することにより、活性炭フィルタ２２に接続された大気吸入口２１から大気を吸入して、フィルタ内の活性炭により大気に含まれる不純物を取り除いてキャリアガスを生成するものである。

バイパスバルブ３２は、例えば、既存の三方電磁弁などが用いられ、試料ガス捕集装置１１と検出装置１７との間に位置するバイパス経路３１の端部に設けられている。また、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには検出装置１７側に位置する試料ガス捕集装置１１の端部、ポートｂにはバイパス経路３１、ポートｃには検出装置１７、がそれぞれ接続されている。バイパスバルブ３２は、キャリアガスを流動させる経路として、試料ガス捕集装置１１またはバイパス経路３１のどちらか一方を選択して切り替えるものであり、即ち、試料ガス捕集装置１１と検出装置１７（ａ−ｃ接続）、または、バイパス経路３１と検出装置１７（ｂ−ｃ接続）、を選択的に接続するものである。

また、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７による検出前に、バイパス経路３１と検出装置１７とを接続（ｂ−ｃ接続）することで、キャリアガスが試料ガス捕集装置１１を迂回して流動されるので、キャリアガスによって分離カラム１７ａおよび検出センサ１７ｃが清浄（即ち、検出手段の清浄）されて、正確なベースライン（基準値）を得ることが可能となり、検出精度を向上させることができる。また、バイパスバルブ３２は、制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。なお、バイパスバルブ３２は、バイパス経路３１の一方の端部に設けているが、これに限らず、試料ガス捕集装置１１およびバイパス経路３１のどちらか一方と検出装置１７とを選択的に接続するものであれば、バイパス経路３１の他方の端部または両端部に設けてもよい。

排出バルブ４２は、例えば、既存の三方電磁弁などが用いられており、また、３つのポートｄ、ｅ、ｆを備え、ポートｄには活性炭フィルタ２２、ポートｅには排出口４１、ポートｆには検出装置１７側とは反対側に位置する試料ガス捕集装置１１の端部、がそれぞれ接続されている。そして、排出バルブ４２は、試料ガスの導入に応じて、試料ガス捕集装置１１と排出口４１とを接続し（ｅ−ｆ接続）、キャリアガスの導入に応じて、前記端部と活性炭フィルタ２２とを接続する（ｄ−ｆ接続）。また、排出バルブ４２は、制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

排出口４１は、排出バルブ４２に接続されており、試料ガスの導入に応じて試料ガス捕集装置１１と接続され、成分検出経路１０内を通過した試料ガスをＧＣ装置１外に排出し、また捕集管１２加熱時、捕集管１２内に滞留するガスの体積変化による圧力を逃がすものである。

制御装置５１は、上述のとおり、制御対象部位である第１調温体１３（ア）および第２調温体１４（イ）に接続されており、これら以外にも制御対象部位として、カラム加熱冷却装置１７ｂ（ウ）、検出センサ１７ｃ（エ）、ポンプ２４（オ）、流動方向切替バルブ２５（カ）、バイパスバルブ３２（キ）、および、排出バルブ４２（ク）に接続されている。

また、制御装置５１のＣＰＵは、上述のとおり第１加熱制御手段、第２加熱制御手段、第１冷却制御手段および第２冷却制御手段として動作し、これ以外にも、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、分離カラム１７ａの温度が適温となるように分離カラム１７ａの加熱・冷却を行うカラム加熱冷却手段、試料ガスに含まれる試料ガス成分を検出する成分検出手段、成分検出経路１０内を流動される試料ガスおよびキャリアガスの流量および流速を制御する流量制御手段、試料ガスの導入に応じて、試料ガスが検出装置１７から試料ガス捕集装置１１に向かって流動されるようにポンプ２４による流動方向を切り替え、キャリアガスの導入に応じて、キャリアガスが試料ガス捕集装置１１から検出装置１７に向かって流動されるようにポンプ２４による流動方向を切り替える流動方向切替手段、キャリアガスが流動される経路として試料ガス捕集装置１１およびバイパス経路３１のどちらか一方を選択して切り替えるバイパス選択手段、および、試料ガスの導入に応じて、試料ガス捕集装置１１と排出口４１とを接続し、キャリアガスの導入に応じて、試料ガス捕集装置１１側と活性炭フィルタ２２とを接続する排出口選択手段、として動作するものである。

なお、本実施形態においては、制御装置５１によって、試料ガス捕集装置１１およびＧＣ装置１を共に制御しているが、これに限定されるものではなく、試料ガス捕集装置１１とＧＣ装置１とでそれぞれ独立した制御装置を実装しても良い。ただし、その場合は、各制御装置を連携させて、キャリアガス（パージガス）の流動や捕集管の加熱などの動作を連動させる必要がある。

次に、上述した制御装置５１（即ち、ＣＰＵ）が実行する本発明に係る処理の一例を、図４に示すフローチャート、および、図５〜図１０に示す各ステップに対応する動作図を参照して説明する。

制御装置５１のＣＰＵは、ＧＣ装置１の電源投入により起動されると、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を試料ガス捕集装置１１から検出装置１７に向かう方向（以下、検出方向）に切り替え、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７と試料ガス捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）し、排出バルブ４２によって、活性炭フィルタ２２と試料ガス捕集装置１１とを接続（ｄ−ｆ接続）する、などの所定の初期化動作を実行したあと、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、第１調温体１３、第２調温体１４およびカラム加熱冷却装置１７ｂによって、捕集管１２（即ち、第１捕集領域１２ａおよび第２捕集領域１２ｂ）および分離カラム１７ａを高温に加熱して不純成分を取り出したのち、ポンプ２４による流動を開始する。これにより、キャリアガスが捕集管１２および分離カラム１７ａを通過するように流動され、不純成分がキャリアガスによってＧＣ装置１外に排出される（以上、図５ クリーニング１動作）。不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を検出装置１７から試料ガス捕集装置１１に向かう方向（以下、捕集方向）に切り替え、排出バルブ４２によって、試料ガス捕集装置１１と排出口４１とを接続（ｅ−ｆ接続）し、また、カラム加熱冷却装置１７ｂによって、分離カラム１７ａの加熱を継続して行うとともに、第１調温体１３および第２調温体１４によって、捕集管１２を冷却し、そして、試料導入部２３から試料ガスを導入する。これにより、試料ガスが、検出装置１７を通過して試料ガス捕集装置１１に導入され、試料ガス捕集装置１１により試料ガス成分の捕集が行われたのち、試料ガス捕集装置１１を通過した試料ガスが排出口４１から排出される（以上、図６ サンプリング動作）。サンプリング動作においては、分離カラム１７ａの加熱を継続して行うことにより、分離カラム１７ａ内に試料ガス成分が留まることを防ぎ、捕集管１２を冷却することにより、捕集管１２に試料ガス成分が吸着（捕集）されやすくしている。そして、試料ガス成分の捕集が完了したのち、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を検出方向に切り替えてキャリアガスを流動させ、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、また、カラム加熱冷却装置１７ｂによって、分離カラム１７ａの加熱を継続して行う。これにより、検出装置１７内に残留している試料ガスがキャリアガスによって押し出され、ＧＣ装置１外に排出される。（以上、図７ クリーニング２動作）。そして、検出装置１７内に残留していた試料ガスの排出が完了したのち、カラム加熱冷却装置１７ｂにより分離カラム１７ａを冷却する。そして、分離カラム１７ａがガス成分分離に適した温度まで冷却されたのち、ステップＳ１４１に進む。なお、この分離カラム１７ａの温度は、検出動作まで維持される。

ステップＳ１４１では、第１調温体１３を加熱して、第１捕集領域１２ａに捕集されている試料ガス成分を脱離させる。また、このとき、第２調温体１４による冷却および加熱ともに停止して第２捕集領域１２ｂの低温状態を維持する（または、冷却を継続しても良い）。また、第１捕集領域１２ａの加熱によって生じる捕集管１２内のガスの膨張による圧力を排出口４１から逃がし、捕集管１２内の圧力上昇による脱離効率の低下を防いでいる。そして、第１捕集領域１２ａからの試料ガス成分の脱離が十分行われたのち、ステップＳ１４３に進む。

ステップＳ１４３では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７と試料ガス捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）し、排出バルブ４２によって、活性炭フィルタ２２と試料ガス捕集装置１１とを接続する（ｄ−ｆ接続）。これにより、キャリアガス（即ち、パージガス）によって、第１捕集領域１２ａから脱離された試料ガス成分が第２捕集領域１２ｂに搬送されて、低温状態にある第２捕集領域１２ｂにて捕集される（以上、Ｓ１４１〜Ｓ１４３、図８ 濃縮動作）。このとき、ポンプ２４によって流動されるキャリアガスの量は、試料ガスを第１捕集領域１２ａから第２捕集領域１２ｂまで搬送する程度の少量である。そして、第２捕集領域１２ｂでの捕集が完了したのち、ステップＳ１４５に進む。

ステップＳ１４５では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、排出バルブ４２によって、排出口４１と試料ガス捕集装置１１とを接続し（ｅ−ｆ接続）、また、第１調温体１３によって、第１捕集領域１２ａを冷却すると共に、第２調温体１４によって、第２捕集領域１２ｂを加熱して、第２捕集領域１２ｂに捕集されている試料ガスを脱離させる。このとき、第２捕集領域１２ｂの加熱によって生じる捕集管１２内のガスの膨張による圧力を排出口４１から逃がし、捕集管１２内の圧力上昇による脱離効率の低下を防いでいる。そして、第２捕集領域１２ｂからの試料ガスの脱離が十分行われたのち、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７と試料ガス捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）し、排出バルブ４２によって、活性炭フィルタ２２と試料ガス捕集装置１１とを接続（ｄ−ｆ接続）する。これにより、試料ガス捕集装置１１内の第２捕集領域１２ｂに滞留している高濃度且つ少容量の試料ガスが、キャリアガスによって押し出され（即ち、パージされ）、検出装置１７（即ち、分離カラム１７ａ）に導入される（以上、Ｓ１４５〜Ｓ１５０、図９ 打ち込み動作）。このとき、キャリアガスの量、つまり、ポンプ２４によって流動される量は、試料ガスを試料ガス捕集装置１１から検出装置１７まで搬送する程度の少量である。そして、高濃度の試料ガスが分離カラム１７ａ内に導入されたのち、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１７とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、キャリアガスによって、分離カラム１７ａ内に導入された試料ガスに含まれる試料ガス成分が、分離カラム１７ａ内で分離され、それぞれの試料ガス成分が時間差をもって検出センサ１７ｃに搬送されて、各成分の検出が行われる（以上、図１０ 検出動作）。そして、全ての検出対象成分が搬送されたのち、本フローチャートの処理を終了する。

次に、上述したＧＣ装置１（即ち、試料ガス捕集装置１１）において、試料ガスの濃縮動作および排出動作の一例を説明する。

最初に、試料ガスを捕集するために、試料ガス捕集装置１１内の捕集管１２に、所定量の試料ガスが導入され、低温状態にある第１捕集領域１２ａおよび第２捕集領域１２ｂにおいて試料ガス成分が捕集される。そして、試料ガス成分の捕集完了後に、第１調温体１３によって第１捕集領域１２ａを加熱して、捕集されていた試料ガス成分が脱離させたあと、パージガスが導入されて試料ガス成分が第１捕集領域１２ａから第２捕集領域１２ｂに搬送される。また、このとき、第２捕集領域１２ｂは低温状態を維持している。

そして、第１捕集領域１２ａから搬送された試料ガスは濃度が高められていてより捕集されやすくなっているため、低温状態にある第２捕集領域１２ｂにおいて再度捕集される。これにより、第１捕集領域１２ａが捕集した試料ガス成分が、第２捕集領域１２ｂに集約され、第２捕集領域１２ｂに捕集されている試料ガス成分の密度が上がり、即ち、試料ガス成分が濃縮される。そして、第２捕集領域１２ｂでの捕集完了後に、第１調温体１３によって第１捕集領域１２ａを冷却し、反対に第２調温体１４によって第２捕集領域１２ｂを加熱して、捕集されている試料ガス成分が脱離させ、さらにパージガスが導入されて、高濃度且つ少容量の試料ガスが捕集管１２から排出されて、検出装置１７に導入される。

上記より、本実施形態によれば、第１捕集領域１２ａに捕集された試料ガス成分を脱離させて第２捕集領域１２ｂで再度捕集することから、第１捕集領域１２ａにおいて捕集された試料ガス成分を第２捕集領域１２ｂに集約してその濃度を高めることができ、また、第２捕集領域１２ｂは捕集管１２内に形成されているため、即ち、捕集管１２の全長に対してより短く形成されているため、捕集管１２から排出する試料ガスの容量が小さくなり、より短い時間で試料ガスを排出することができる。よって、高濃度の試料ガスを短時間で排出することが可能となり、成分検出のピークが鈍ることを防ぎ、正確な成分検出を行うことができる。

また、第２捕集領域１２ｂが、第１捕集領域１２ａより小さく形成されていることから、第２捕集領域１２ｂに捕集される試料ガス成分の濃度をさらに高めることができ、且つ、第２捕集領域１２ｂの長さがより短いので、試料ガスの容量がより小さくなり、さらに短い時間で全ての試料ガスを排出することができる。よって、より高濃度の試料ガスをより短時間で排出することが可能となり、より正確な成分検出を行うことができる。

また、第２捕集領域１２ｂが小さく形成されていることから、当該領域の熱容量が小さくなり、加熱及び冷却を素早く行うことができるため、作業効率を向上させることができる。

また、第２捕集領域１２ｂから試料ガス成分を脱離させるとき、第２調温体１４によって第２捕集領域１２ｂを加熱するとともに、第１調温体１３によって第１捕集領域１２ａを冷却していることから、第２捕集領域１２ｂの試料ガス成分のみ脱離させることができるので、試料ガスの濃度の区切りをより明確にすることができ、つまり、試料ガスとパージガスとの区切りをより明確にすることができ、より正確な成分検出を行うことができる。

また、第１調温体１３および第２調温体１４は、電熱線などの加熱手段とともに、ペルチェ素子などの冷却手段も備えていることから、捕集管１２の冷却を素早く行うことが可能であり、作業効率を向上させることができる。

次に、本発明者は、本発明に係る試料ガス捕集装置１１と、従来の試料ガス捕集装置６１と、を用いて、それぞれの試料ガス捕集装置から排出される試料ガスの濃度および排出時間について比較試験を行った。その試験内容および結果について図１１〜図１３を参照して説明する。

比較対象となる従来の試料ガス捕集装置６１について、図１１を参照して説明する。

従来の試料ガス捕集装置６１は、図１１に示すように、捕集管６２と、捕集管６２内の捕集剤が充填された領域である捕集領域６２ａと、捕集管６２の周囲に配設された調温体６３と、調温体６３の加熱制御を行う加熱制御手段として動作する制御装置５１と、を備えている。なお、試料ガス捕集装置６１の捕集管６２および制御装置５１は、前述した実施形態と同一であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

調温体６３は、上述した第１調温体１３および第２調温体１４と同様に構成されており、例えば、帯状に形成された電熱線などからなり、捕集領域６２ａに対応して捕集管６２の周囲に密着してらせん状に巻き付けられて配設されており、制御装置５１によって、加熱制御されることにより、捕集領域６２ａを加熱して、その領域に捕集されている試料ガス成分を脱離させるものである。また、調温体６３は、電熱線と共に、例えば、ペルチェ素子などの冷却手段を備えており、制御装置５１によって、加熱制御とともに冷却制御される。

（実施例１）
本発明者は、本発明に係る試料ガス捕集装置１１または従来の試料ガス捕集装置６１を上述のＧＣ装置１に組み込み、例えば、トルエンなどの特定の物質（検出対象成分）を窒素ガスに混入して生成した試料ガスを、各試料ガス捕集装置に同量導入して試料ガス成分を捕集したのち、捕集した試料ガスを脱離させ、各試料ガス捕集装置から排出させたときの時間に対する濃度の変化について測定を行った。測定結果を図１２、図１３に示す。

図１２は従来の試料ガス捕集装置６１における測定結果を示すグラフである。このグラフによると、試料ガスの排出直後に濃度のピークがあり、その後なだらかに濃度が低下しているのがわかる。

図１３は本発明に係る試料ガス捕集装置１１における測定結果を示すグラフである。このグラフによると、従来のものと同様に、試料ガス排出直後に濃度のピークがあるが、試料ガスの濃度がより高く、また、ピークを過ぎると急峻に濃度が低下していることがわかる。

以上の測定結果からも、本発明に係る試料ガス捕集装置１１によれば、高濃度の試料ガスを短時間で排出することが可能となることがわかった。

なお、本実施形態においては、２つの捕集領域および２つの調温体を備えているが、これに限定するものではなく、３つ以上の捕集領域およびそれぞれの捕集領域に対応する複数の調温体をそなえ、濃縮動作をより多くの段階に分けてもよい。

また、本実施形態では、検出装置１７への打ち込み動作におけるパージガスとしてキャリアガスを用いているが、例えば、打ち込み動作時に排出口４１と試料ガス捕集装置１１とを接続（排出バルブ４２ ｅ−ｆ接続）し、排出口４１から大気を吸入してパージガスとするなど、試料ガス捕集装置１１から検出装置１７への試料ガス導入が可能であれば、打ち込み動作はどのように行っても良い。

また、本実施形態では、サンプリング動作時に試料導入部２３から試料ガスを導入し、該試料ガスを捕集管１２の端部１２ｃから端部１２ｄに向かって流動させて試料ガス成分を捕集しているが、これに限定するものではなく、例えば、サンプリング動作時に排出口４１から試料ガスを導入し、該試料ガスを捕集管１２の端部１２ｄから端部１２ｃに向かって流動させて捕集してもよい。

また、本実施形態では、検出動作時に分離カラム１７ａの温度を一定の温度に保ちつつ試料ガス成分の分離を行う方法（定温法）を用いているが、これに限らず、例えば、検出動作時に分離カラム１７ａの温度を昇温させつつ試料ガス成分の分離を行う方法（昇温法）など、検出対象となる試料ガスに応じてその方法を変更しても良い。

なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の試料ガス捕集装置の基本構成図である。 本発明の試料ガス捕集装置の実施形態を示す構成図である。 本発明のガスクロマトグラフ装置の実施形態を示す構成図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置のＣＰＵが実行する本発明に係る処理の一例を示すフローチャートである。 図２中のガスクロマトグラフ装置のクリーニング１動作の状態を示す図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置のサンプリング動作の状態を示す図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置のクリーニング２動作の状態を示す図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置の濃縮動作の状態を示す図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置の打ち込み動作の状態を示す図である。 図２中のガスクロマトグラフ装置の検出動作の状態を示す図である。 従来の試料ガス捕集装置の構成図である。 従来の試料ガス捕集装置から排出された試料ガスの時間に対する濃度変化のグラフである。 本発明の試料ガス捕集装置から排出された試料ガスの時間に対する濃度変化のグラフである。 従来のガスクロマトグラフ装置の構成図である。

符号の説明

１ ガスクロマトグラフ装置
１１ 試料ガス捕集装置
１２ 捕集部材（捕集管）
１２ａ 第１捕集領域
１２ｂ 第２捕集領域
１３ 第１ヒータ（第１調温体）
１４ 第２ヒータ（第２調温体）
５１ 加熱制御手段（制御装置）

Claims (3)

1. 低温状態のときに試料ガス成分を捕集し且つ高温状態のときに前記捕集した試料ガス成分が脱離する捕集領域を備えた捕集部材を有し、前記脱離した試料ガス成分が前記捕集部材内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置であって、
   前記捕集領域が、前記捕集部材内に形成された第１捕集領域と、前記捕集部材内の前記第１捕集領域とは異なる領域に形成された第２捕集領域と、を有し、
   前記第１捕集領域を高温状態に加熱する第１ヒータと、
   前記第２捕集領域を高温状態に加熱する第２ヒータと、
   前記第１捕集領域に捕集された試料ガス成分が脱離する高温状態となるように前記第１ヒータを制御し、且つ、前記第１捕集領域から脱離した試料ガス成分が前記パージガスによって前記第２捕集領域に搬送されたときに、前記第２捕集領域が前記脱離した試料ガス成分を捕集する低温状態となるように前記第２ヒータを制御する第１加熱制御手段と、
   前記第２捕集領域に捕集された試料ガス成分が脱離する高温状態となるように前記第２ヒータを制御する第２加熱制御手段と、
   を有することを特徴とする試料ガス捕集装置。
2. 前記第２捕集領域が、前記第１捕集領域より小さい領域であることを特徴とする請求項１に記載の試料ガス捕集装置。
3. 請求項１または２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置から排出された試料ガス成分が導入される検出手段と、を有することを特徴とするガスクロマトグラフ装置。

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