JP2012018095A - Head space gas sampler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスクロマトグラフィ装置等の分析装置に対して、試料から揮発するガス成分をサンプリングするためのヘッドスペースガスサンプラーに関する。 The present invention relates to a headspace gas sampler for sampling a gas component that volatilizes from a sample with respect to an analysis apparatus such as a gas chromatography apparatus.
ガスクロマトグラフィにおける分析手法の一つにヘッドスペースガス分析法がある。これは、液体または固体試料をセプタム蓋付きの試料容器(以下、バイアルと称する)に上部に若干の空間を残した状態で封入し、これを所定温度で所定時間保持した後、上部空間(ヘッドスペース)の気体をシリンジ等で採取して分析することにより、試料中の揮発性成分を定性または定量する方法である。このヘッドスペースガス分析法を自動的に行うガスクロマトグラフ用のサンプリング装置がヘッドスペースガスサンプラーであり、例えば、食品中の香料の測定、水中の揮発性有機化合物の測定等に広く使用されている。 One analysis method in gas chromatography is headspace gas analysis. This is because a liquid or solid sample is sealed in a sample container with a septum lid (hereinafter referred to as a vial) with some space left on the top, and this is held at a predetermined temperature for a predetermined time, and then the upper space (head This is a method for qualitatively or quantitatively determining a volatile component in a sample by collecting and analyzing the gas in the space with a syringe or the like. A sampling apparatus for gas chromatograph that automatically performs this head space gas analysis method is a head space gas sampler, and is widely used for measuring fragrance in foods, measuring volatile organic compounds in water, and the like.
また、ガスクロマトグラフ装置の感度変動や、試料注入量のばらつき等による測定精度の劣化を防止するために、内部標準法がしばしば採用される。内部標準法においては、複数の試料を連続的に測定するに当たり、被測定成分とは異なる成分の標準ガスを、全試料に同一量(濃度)添加し、この混合ガスをガスクロマトグラフのカラムに注入して測定する。すべての測定条件が理想的に安定な場合には、各試料のクロマトグラムに現れる標準ガスのピーク高さあるいはピーク面積は、すべての試料について同一になるべきである。もし、試料注入量や検出器の感度などに変動があれば、標準ガスのピーク高さあるいはピーク面積に変動が生ずる。この標準ガスのピークの変動を用いて、被測定成分のピークに現れる上記の装置感度の変動や試料注入量のばらつきの影響を補正することができる。 Further, an internal standard method is often employed in order to prevent measurement accuracy from deteriorating due to fluctuations in sensitivity of the gas chromatograph apparatus and variations in sample injection amount. In the internal standard method, when multiple samples are measured continuously, the same amount (concentration) of standard gas of a component different from the component to be measured is added to all samples, and this mixed gas is injected into the column of the gas chromatograph. And measure. When all measurement conditions are ideally stable, the peak height or peak area of the standard gas appearing in the chromatogram of each sample should be the same for all samples. If there is a change in the sample injection amount or the sensitivity of the detector, the peak height or peak area of the standard gas will change. By using the fluctuation of the peak of the standard gas, it is possible to correct the influence of the fluctuation of the apparatus sensitivity and the variation of the sample injection amount that appear in the peak of the component to be measured.
標準ガスの成分は、被測定成分と化学的に反応しない物質でなければならない。また、被測定成分の測定に使用される検出器に対して充分の測定感度を示す物質でなければならない。これらの条件を勘案して、標準ガスは被測定成分に応じて最適なものが選択される。 The standard gas component must be a substance that does not chemically react with the component to be measured. Moreover, it must be a substance that exhibits sufficient measurement sensitivity for the detector used for measuring the component to be measured. Considering these conditions, the optimum standard gas is selected according to the component to be measured.
内部標準法における標準ガスの添加は、一般的に試料バイアルのキャップに取り付けられたセプタムを通してシリンジのニードルをバイアルの上部空間に穿入させ、ニードルの中心の貫穿孔を通じて標準ガスをバイアル内に注入することによって行われる。また、バイアルの上部空間から、標準ガスと試料ガスの混合物を採取してガスクロマトグラフ装置に注入する場合にも、シリンジが使用されことが多い。これら標準ガス添加及び試料の注入を自動化して、測定の高精度化、迅速化を図る種々の方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。 Addition of standard gas in the internal standard method is generally performed by penetrating the needle of the syringe into the upper space of the vial through a septum attached to the cap of the sample vial, and injecting the standard gas into the vial through a through hole in the center of the needle Is done by doing. Also, a syringe is often used when a mixture of standard gas and sample gas is collected from the upper space of the vial and injected into the gas chromatograph apparatus. Various methods for automating the addition of the standard gas and the injection of the sample to increase the accuracy and speed of measurement have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来の標準ガス添加は、バイアルの蓋に取り付けられたセプタムにニードルを穿入させ、バイアルの内部空間にニードルを通して標準ガスを注入する方法で行われる。この際、バイアルの蓋が確実に密閉されていることが必要であるが、測定者の未熟さや、不注意のために、蓋が正確に取り付けられていないケースがしばしば発生する。この場合には、標準ガスあるいはヘッドスペースガスが外部に漏れ出し、添加量の精度と測定の精度を大きく劣化させる原因となっている。本発明の目的は、これらの従来法の問題点を解決するために、一定量の標準ガスをバイアルに注入することなくガスクロマトグラフ装置に導入することによって、正確な測定を実現できるヘッドスペースガスサンプラーを提供することにある。 Conventional standard gas addition is performed by a method in which a needle is inserted into a septum attached to the lid of the vial and the standard gas is injected into the internal space of the vial through the needle. At this time, it is necessary to ensure that the lid of the vial is tightly sealed, but there are often cases where the lid is not correctly attached due to immaturity of the measurer or carelessness. In this case, the standard gas or the head space gas leaks to the outside, which causes the accuracy of the addition amount and the measurement accuracy to be greatly degraded. The object of the present invention is to solve these problems of the conventional method by introducing a fixed amount of standard gas into a gas chromatograph without injecting it into a vial, thereby enabling accurate measurement of a headspace gas sampler. Is to provide.
上記課題を解決するために成された本発明は、試料容器内の上部空間から試料ガスを採取し、前記試料ガスを分析装置の導入口へ導入するヘッドスペースガスサンプラーにおいて、標準ガス容器より供給される標準ガスを採取する標準ガス採取手段と、前記試料容器内の試料ガスを採取する試料ガス採取手段と、前記標準ガス容器及び前記試料容器をそれぞれ前記採取手段に連結する第1位置と前記標準ガス採取手段と前記試料ガス採取手段を前記導入口に一つの連通経路として連結する第2位置とに切り替える経路切替手段を備えたことを特徴とする。さらには、前記標準ガス採取手段は所定の容量を持つ計量管であり、前記試料ガス採取手段は所定の容量を持つ計量管であり、前記経路切替手段は前記第1位置と前記第2位置の二つに位置を連動して切り替えられる6ポートバルブと8ポートバルブからなるものであり、前記標準ガス採取手段は前記6ポートバルブに連結され、前記試料ガス採取手段は前記8ポートバルブに連結されている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a headspace gas sampler that collects a sample gas from an upper space in a sample container and introduces the sample gas into an inlet of an analyzer, and supplies the sample gas from a standard gas container. A standard gas collecting means for collecting the standard gas, a sample gas collecting means for collecting the sample gas in the sample container, a first position for connecting the standard gas container and the sample container to the collecting means, and the There is provided a path switching means for switching the standard gas sampling means and the sample gas sampling means to a second position connecting the inlet to the introduction port as one communication path. Further, the standard gas sampling means is a measuring tube having a predetermined capacity, the sample gas sampling means is a measuring pipe having a predetermined capacity, and the path switching means is located between the first position and the second position. The standard gas collection means is connected to the 6-port valve, and the sample gas collection means is connected to the 8-port valve. ing.
即ち、本発明に係るヘッドスペースガスサンプラーでは、標準ガスと試料ガスを互いに独立した採取手段を用いて、試料容器の外で別個に計量・採取する。これによって、試料容器の蓋のゆるみなどの影響を受けずに正確な量の採取が可能となる。 That is, in the headspace gas sampler according to the present invention, the standard gas and the sample gas are separately metered and sampled outside the sample container using sampling means independent of each other. As a result, an accurate amount can be collected without being affected by the looseness of the lid of the sample container.
また、標準ガスと試料ガスを、途中に分岐のない一つの連通経路として配置し、双方を一時に分析装置の導入口に注入する。これによって、経路内に残留する試料ガスと標準ガスを極微量に抑えることができる。 In addition, the standard gas and the sample gas are arranged as one communication path without a branch in the middle, and both are injected into the inlet of the analyzer at a time. Thereby, the sample gas and the standard gas remaining in the path can be suppressed to a very small amount.
本発明に係るヘッドスペースガスサンプラーによって、分析者のスキルによらず、正確
な量の標準ガスと試料ガスをガスクロマトグラフ装置に導入でき、高精度の分析が可能となる。また、本発明の流路構成には分岐箇所が存在しないため、標準ガスやヘッドスペースガスがラインに残留しない。これによって試料間のクロスコンタミネーションが防止できる。
With the headspace gas sampler according to the present invention, an accurate amount of standard gas and sample gas can be introduced into the gas chromatograph apparatus regardless of the skill of the analyst, and high-precision analysis becomes possible. In addition, since there is no branch point in the flow path configuration of the present invention, standard gas and headspace gas do not remain in the line. This prevents cross contamination between samples.
本発明に係るヘッドスペースガスサンプラーは2個のマルチポートバルブと2個の計量管と1個のニードルによって構成される。 The headspace gas sampler according to the present invention is constituted by two multi-port valves, two metering tubes and one needle.
図1に本発明に係るヘッドスペースガスサンプラーの1実施例を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of a headspace gas sampler according to the present invention.
バルブ1aは図中にa、b、c、d、e、fで示した6個のポートを備えた6ポートバルブである。バルブ1aは二つの位置を取ること可能であり、第1の位置では、経路a−b、経路c−d、経路e―fがそれぞれバルブ1a内部で連通する。バルブ1aの第2の位置では、b−c、d−e、f−aがそれぞれ内部で連通する。
The
バルブ1bは、図中にg、h、i、j、k、l、m、nの記号で示した8個のポートを備えた8ポートバルブである。バルブ1bもバルブ1aと同様に二つの位置を持っており、バルブ1bの第1の位置では、経路h−i、j−k、l−m、n−gが内部で連通し、第2の位置では、g−h、i−j、k−l、m−nがそれぞれ内部で連通する。
The
バルブ1aのポートaには標準ガスボンベ3から標準ガスがストップバルブ5aを介して供給されており、装置のフェーズに応じて、図示されていない制御装置によってストップバルブ5aが開閉される。
The standard gas is supplied from the
細管をループ状に巻いた計量管2aがバルブ1aのポートbとポートeの間に連結されており、計量管2aのポートbからポートeまでの全長によって定まる容量の標準ガスを正確に採取するために用いられる。採取するガス量の変更は、計量管2aの内径や長さを加減して行われる。
A
バルブ1aのポートfは、ストップバルブ5bを介して配管7aによって外気につながっている。また、バルブ1aのポートcとポートdは、バルブ1bのポートiとポートgにそれぞれ接続されている。
The port f of the
バルブ1bのポートmには細管状のニードル6が連結されており、ニードル6の下方には、試料を内包するバイアル4が置かれている。図示されていない上下駆動機構によってバイアル4を上方に移動させ、ニードル6をバイアル4のセプタムに穿入させることができる。
A thin
バルブ1bのポートlとポートhの間には、細管をループ状に巻いた計量管2bが連結されており、バイアル4内部のヘッドスペースガスを採取するために用いられる。ガス採取量の変更は、計量管2aの場合と同様に内径や長さを加減して行われる。
A
ガスクロマトグラフ装置に供給されるキャリアガスが配管7dを通じてバルブ1bのポートjに接続されている。また、配管7eによってバルブ1bのポートkがガスクロマトグラフ装置のカラムと接続している。
The carrier gas supplied to the gas chromatograph apparatus is connected to the port j of the
バルブ1bのポートnには、ストップバルブ5cを介して配管7cよりバイアル加圧用ガス源が接続されている。また、ポートnは、ストップバルブ5dを介して配管7bによって外気に通じている。
A vial pressurization gas source is connected to a port n of the
バイアル加圧用ガスは、下で説明する図3の段階で、バイアル4内の上部空間に圧入されて、バイアル4内の気相を大気圧より高い圧力に加圧し、次の図4の段階で、この圧力によって試料ガスをバイアル4より計量管2bへ圧送するために用いられる。バイアル4を汚染しないためと、試料ガスとの化学反応を防止するために、加圧用ガスとして、機械的あるいは電気的に圧力調節されたヘリウムガスが使用される。
The vial pressurizing gas is injected into the upper space in the
図1は、待機状態におけるヘッドスペースガスサンプラーの流路構成を示している。待機状態においては、バルブ1a、1bは共に第1の位置に設定されており、ストップバルブ5a、5b、5c、5dはすべて閉じている。またニードル6とバイアル4は離れた状態である。
FIG. 1 shows the flow path configuration of the headspace gas sampler in the standby state. In the standby state, the
測定を開始する前に、流路系統内を洗浄するためのライン洗浄が行われる。ライン洗浄時の流路構成を図2に示す。この時には、バルブ1a、1bは共に待機時と同様に第1の位置を保つ。ニードル6とバイアル4も、待機状態と同様に離れた状態である。ストップバルブ5a、5b、5c、5dはすべて開かれる。
Before starting the measurement, line cleaning for cleaning the inside of the flow path system is performed. FIG. 2 shows the flow path configuration during line cleaning. At this time, both the
標準ガスボンベ3からの標準ガスは、ストップバルブ5aから、バルブ1aのポートa−ポートb−計量管2a−同ポートe−同ポートf−ストップバルブ5bの経路を流れ、配管7aから流出することによって、この経路内に残留していた不要なガスや空気を、クリーンな標準ガスで置換する。
一方、配管7cから導入された加圧用ガスは、ストップバルブ5cから、バルブ1bのポートn−ポートg−バルブ1aのポートd−同ポートc−バルブ1bのポートi−同ポートh−計量管2b−ポートl−ポートm−ニードル6の経路を流れ、ニードル6の先端より流出する。これによって、この経路内がクリーンな加圧用ガスによって置換される。
この段階は、前に測定した試料の残渣が後の試料の測定に誤差を生ずる現象を防止するものとして重要である。
The standard gas from the
On the other hand, the pressurizing gas introduced from the
This step is important as preventing a phenomenon in which the residue of the sample measured before causes an error in the measurement of the subsequent sample.
次の段階は、図3に示す流路構成によって、バイアル加圧が行われる。 In the next stage, vial pressurization is performed by the flow path configuration shown in FIG.
この時にバルブ1a、1bの位置は共に第1の位置を保っているが、ストップバルブ5bと5dは閉じられる。さらに、ニードル6の先端がバイアル4のセプタムと通してバイアル4内の気相空間に挿入される。配管7cから供給される加圧用ガスが図3の矢印で示した経路を通じてバイアル4の気相空間に圧入されるため、バイアル4内の気相の圧力が上昇する。バイアル4の気相の圧力が配管7cに供給される加圧用ガスの供給圧と平衡に達すると、加圧用ガスの流入は停止し,バイアル加圧は完了する。また、標準ガスもこの時点で計量管2aに満たされている。
At this time, the
次に、図4に示す流路構成によってバイアル4内のヘッドスペースガスの、計量管2bへの捕集が行われる。この時のバルブ1aと1bの位置は第1の位置に保たれる。
Next, the head space gas in the
まず、ストップバルブ5cを閉じて加圧ガスの供給を停止して、バイアル4の気相圧力を大気圧より高い状態に保持する。次にストップバルブ5dを開放する。これによってバイアル4の気相からストップバルブ5cまでの経路に封じられていた気体が大気圧に開放され、図4の矢印で示した経路を流れて配管7bから外部に流出する。この時バイアル4内のヘッドスペースガスは、ニードル6から流出して計量管2bを満たす。
First, the
この時、ヘッドスペースガスが過不足なく計量管2bを満たすために、バイアル4の気相部分の容積と計量管2bの容積、及びニードル6先端からポートmまでの経路の容積の総和によって決まる最適の圧力に、バイアル加圧時の加圧用ガスの供給圧が制御されている。
At this time, in order to fill the measuring
次に、図5に示した流路構成によって、計量管2aに採取された標準ガスと、計量管2bに捕集されたヘッドスペースガスを同時にガスクロマトグラフ装置に注入する。
Next, the standard gas collected in the measuring
まず、ストップバルブ5aと5dを閉じた後、バルブ1aとバルブ1bを同時にあるいは連動して切り替えて共に第2の位置に設定する。この切替操作によって、配管7dより供給されるキャリアガスが図5に矢印で示す流路を流れるため、計量管2aに採取されていた標準ガスと、計量管2bに捕集されていたヘッドスペースガスは順次キャリアガスによってガスクロマトグラフ装置のカラムに注入される。
First, after closing the
図1〜図5には図示されていないが、多数の試料を連続的に測定するために、複数のバイアル4がターンテーブルなどに搭載されている。各バイアル4について、上記の図2のライン洗浄のステップから図5の試料注入のステップまでを繰り返して測定が進行するが、各段階のバルブ1a、1b、ストップバルブ5a、5b、5c、5dなどの切り替えは、やはり図示されない各バルブとストップバルブを駆動する駆動装置と、これらに指令を与える制御装置によって行われる。
Although not shown in FIGS. 1 to 5, a plurality of
すべてのバイアルについて測定が完了した後、最後の段階に再度、図6に示すライン洗浄を行う。この段階の動作は、図2において説明したライン洗浄の場合とまったく同一であり、ヘッドスペースガスサンプラーの全流路を標準ガス及び加圧用ガスで洗浄するものである。 After the measurement is completed for all the vials, the line cleaning shown in FIG. 6 is performed again at the final stage. The operation at this stage is exactly the same as that of the line cleaning described with reference to FIG. 2, and the entire flow path of the head space gas sampler is cleaned with the standard gas and the pressurizing gas.
この後装置は、図1に示した待機状態に戻されて、次の測定を待つ。 Thereafter, the apparatus is returned to the standby state shown in FIG. 1 and waits for the next measurement.
上述のように、本発明に係るヘッドスペースガスサンプラーは、2個の独立した計量管を標準ガスとヘッドスペースガスそれぞれの採取に用いて、バイアルの外部に置いて両ガスを採取し、前記2個の計量管を1個の連結した経路上に封入し、この経路にキャリアガスを流して両ガスを一時にカラムに送りこむ方法を採用している。これによって、正確な量の標準ガスがカラムに送られるため、内部標準法によって測定条件の変動による測定値の補正を行うことができる。よって、分析装置の感度のばらつきを補正する内部標準法として利用するには最適なヘッドスペースガスサンプラーである。 As described above, the head space gas sampler according to the present invention uses the two independent measuring tubes for collecting the standard gas and the head space gas, and collects both gases by placing them outside the vial. A method is adopted in which a single measuring tube is enclosed in a single connected path, a carrier gas is allowed to flow through this path, and both gases are sent to the column at a time. As a result, since an accurate amount of standard gas is sent to the column, it is possible to correct the measurement value due to variation in measurement conditions by the internal standard method. Therefore, it is an optimal headspace gas sampler for use as an internal standard method for correcting variations in sensitivity of the analyzer.
また、図5に示す注入時の流路構成に置いて、キャリアガスの流れる配管7d−計量管2a−計量管2b−配管7eの経路には分岐部分が存在せず、またデッドボリュームも存在しない。したがって標準ガスやヘッドスペースガスが残留して後の測定に誤差を生ずることがない。
In addition, in the flow path configuration at the time of injection shown in FIG. 5, there is no branch portion in the path of the
なお、上述の説明では、バルブ1aは6ポートバルブであるとして説明したが、実際に使用する部品としては、8ポートバルブを用いて、その一部をあらかじめ連通することで6ポートバルブとして使用してもよい。
In the above description, the
1a、1b バルブ
2a、2b 計量管
3 標準ガスボンベ
4 バイアル
5a、5b、5c、5d ストップバルブ
6 ニードル
7a、7b、7c、7c、7d、7e 配管
1a,
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018518653A (en) * | 2016-03-28 | 2018-07-12 | アイセンラブ カンパニー,リミテッド | Calibration apparatus and gas component analyzer equipped with the same |
US11480552B2 (en) | 2017-01-20 | 2022-10-25 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for measuring content of moisture in secondary battery separator |
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2010
- 2010-07-08 JP JP2010156112A patent/JP2012018095A/en active Pending
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