JP2014035275A - Gas chromatograph - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスクロマトグラフ装置に関する。特に、液体試料を固体触媒又は固体試料と反応させて発生させたガスを分析するために好適に使用できるガスクロマトグラフ装置に関する。 The present invention relates to a gas chromatograph apparatus. In particular, the present invention relates to a gas chromatograph apparatus that can be suitably used for analyzing a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample.
液体試料を固体触媒又は固体試料(固体は塊体だけでなく粉体や粒体を含む。以下同じ。)と反応させて発生させたガスを分析するために、ガスクロマトグラフ装置が広く用いられている。 A gas chromatograph apparatus is widely used to analyze a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample (a solid includes not only a lump but also a powder and a granule; the same applies hereinafter). Yes.
図1に、一般的なガスクロマトグラフ装置の一例の要部構成を示す。図示しないボンベから供給されるヘリウム等のキャリアガスは、キャリアガス供給流路1に設けられた流量制御部(AFCなど)2により所定の流量に調整されて液体試料気化室3に供給される。キャリアガスは液体試料気化室3を経て、図示しないヒータにより所定の温度に保たれたカラムオーブン5に収容されたキャピラリカラム6に送られる。分析対象の液体試料は、インジェクタ4を液体試料注入部8のセプタム9に刺し入れることにより、図示しない加熱機構を備えた液体試料気化室3に注入される。液体試料気化室3に注入された液体試料は該液体試料気化室3内で気化して試料ガスとなり、キャリアガス流によりキャピラリカラム6に送り込まれる。キャピラリカラム6に送り込まれた試料ガスは、キャピラリカラム6を通過する間に成分分離され、検出部7で検出される。検出部7としては、水素炎イオン化型検出器(FID)や熱伝導度型検出器(TCD)、質量検出器(MS)などが用いられる。また、分離すべき成分によっては、キャピラリカラムに代えてパックドカラムを用いることもある。
In FIG. 1, the principal part structure of an example of a general gas chromatograph apparatus is shown. A carrier gas such as helium supplied from a cylinder (not shown) is adjusted to a predetermined flow rate by a flow rate control unit (AFC or the like) 2 provided in the carrier
図2に、液体試料を固体触媒又は固体試料と反応させて発生させたガスを分析するために用いられるガス分析装置の一例の要部構成を示す。以下の説明において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。このガス分析装置は、ガスクロマトグラフ装置のキャリアガス流の上流側に配管11を通じて前処理装置10が接続されて構成されている。前処理装置10は、固体触媒存在下で液体試料を分解させたり、液体試料を別の固体試料と化学反応させてガスを発生させたりするために用いられる。配管11は、該配管を保温するヒートライン12で覆われている。図2のガス分析装置に含まれるガスクロマトグラフ装置は図1に示した一般的なガスクロマトグラフ装置と類似の構成を有しているが、この装置では前処理装置で液体試料を反応させて発生させたガスをガスクロマトグラフ装置のカラムに注入するため、液体試料気化室3に代えてガス試料注入部13が備えられている。
また、ガスクロマトグラフ装置のガス試料注入部13の上流側には、フォーカシング機構14が備えられている。図2のような従来の装置では、前処理装置10がガスクロマトグラフ装置とは別に設けられているため、両者の間を接続する配管11は長いものとならざるを得ず、前処理装置10で生成されたガスがガス試料注入部13に至るまでの間に拡散してしまい、クロマトグラムのピークがブロードになってしまう。フォーカシング機構14は、そのように拡散したガスを空間的に集中させる(フォーカスする)ためのものである。一般的なフォーカシング機構14は加熱手段と冷却手段を備え、まず配管11を冷却して該配管11を流通するガスを凝集させておき、続いて配管11を急速に加熱するとともにキャリアガス供給流路15から流量制御部2により所定の流量に調整されたキャリアガスを導入することにより試料ガス成分を瞬時に放出させる。
FIG. 2 shows a main configuration of an example of a gas analyzer used for analyzing a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample. In the following description, the same components as those in FIG. This gas analyzer is configured by connecting a
Further, a
上記のとおり、従来の装置では、前処理装置10とガス試料注入部13の間で拡散したガスを凝集させるフォーカシング機構14を備える必要がある。また、フォーカシング機構14を設けたとしても、そこに到達するまでの間に、ガス中の一部の成分が配管11の内壁に吸着したり、ガス自体が変質したりして、発生させたガスを正確に分析することができないという問題がある。
従来の装置では、液体試料と固体触媒又は固体試料を反応させる際には、まず、カプセルと称される金属容器に固体触媒又は固体試料を入れておき、そこに反応させる液体試料を添加して前処理装置に装着している。しかし、液体試料の揮発性が高い場合には装着前に液体試料の一部が揮発するため、液体試料を定量的に再現性よく反応させることが困難であることや、容器が金属であるため加熱反応時に金属そのものの触媒的作用が無視できないという問題がある。
その他、ガスクロマトグラフ装置とは別に前処理装置10を設けなければならないため、広い設置面積が必要となるという問題もある。
As described above, the conventional apparatus needs to include the
In a conventional apparatus, when a liquid sample and a solid catalyst or a solid sample are reacted, first, the solid catalyst or the solid sample is put in a metal container called a capsule, and the liquid sample to be reacted is added thereto. It is attached to the pretreatment device. However, when the liquid sample is highly volatile, a part of the liquid sample is volatilized before mounting, so it is difficult to react the liquid sample quantitatively with good reproducibility, and the container is made of metal. There is a problem that the catalytic action of the metal itself cannot be ignored during the heating reaction.
In addition, since the
本発明が解決しようとする課題は、液体試料を固体触媒又は固体試料と反応させて発生させたガスをカラムにより成分分離するガスクロマトグラフ装置であって、液体試料の一部が反応前に揮発してしまったり、前記発生させたガスが拡散、吸着、あるいは変質してしまったりすることなく分析でき、省スペースで設置可能なガスクロマトグラフ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is a gas chromatograph apparatus that separates a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample by a column, and a part of the liquid sample is volatilized before the reaction. It is an object of the present invention to provide a gas chromatograph apparatus that can be analyzed in a space-saving manner without being diffused, adsorbed or altered by the generated gas.
上記課題を解決するために成された本発明は、液体試料を固体触媒又は固体試料と反応させて発生させたガスをカラムにより成分分離するガスクロマトグラフ装置であって、
前記液体試料を注入する液体試料注入口、キャリアガス入口、及びキャリアガス出口を有し、内部に配置した前記固体触媒又は前記固体試料と前記液体試料とを反応させてガスを発生させる試料反応管を備え、
前記キャリアガス出口が、前記カラムが収容されているカラムオーブン内で該カラムに接続されている
ことを特徴とする。
The present invention made to solve the above-mentioned problems is a gas chromatograph apparatus for separating a component of a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample by a column,
A sample reaction tube having a liquid sample inlet for injecting the liquid sample, a carrier gas inlet, and a carrier gas outlet, and generating gas by reacting the solid catalyst or the solid sample with the liquid sample disposed therein With
The carrier gas outlet is connected to the column in a column oven in which the column is accommodated.
本発明に係るガスクロマトグラフ装置では試料反応管のキャリアガス出口がカラムオーブン内に位置しており、そこでカラムに接続されている。そのため、従来のように液体試料の反応により発生したガスが長い流路を流れることがない。従って、長い流路を流通する間に拡散したガスを凝集させるためのフォーカシング機構を設ける必要がない。また、液体試料を直接試料反応管内に注入できるので、液体試料の一部が反応前に揮発してしまうことも防止できる。さらに、生成されたガス中の一部の成分が配管の内壁に吸着したり、ガス自体が変質したりすることもない。
また、本発明に係るガスクロマトグラフ装置は、前処理装置とガスクロマトグラフ装置からなる従来のガス分析装置に比べて省スペースで設置することができる。
なお、試料反応管の液体試料注入口及びキャリアガス入口はカラムオーブンの内外のいずれに位置させてもよい。
In the gas chromatograph apparatus according to the present invention, the carrier gas outlet of the sample reaction tube is located in the column oven and is connected to the column there. Therefore, unlike the conventional case, the gas generated by the reaction of the liquid sample does not flow through the long channel. Therefore, it is not necessary to provide a focusing mechanism for aggregating the diffused gas while flowing through the long flow path. In addition, since the liquid sample can be directly injected into the sample reaction tube, it is possible to prevent a part of the liquid sample from volatilizing before the reaction. Furthermore, some components in the generated gas are not adsorbed on the inner wall of the pipe, and the gas itself is not altered.
In addition, the gas chromatograph apparatus according to the present invention can be installed in a smaller space than a conventional gas analyzer composed of a pretreatment apparatus and a gas chromatograph apparatus.
The liquid sample inlet and the carrier gas inlet of the sample reaction tube may be located either inside or outside the column oven.
前記試料反応管は、前記ガスクロマトグラフ装置の液体試料気化室の内部に装着することが望ましい。
図1に示したとおり、一般的なガスクロマトグラフ装置は液体試料気化室を標準仕様として備えている。そのため、試料反応管を測定試料気化室内部に装着することにより、汎用のガスクロマトグラフ装置のガス流路配管等の構成を利用でき、液体試料を固体触媒又は固体試料と反応させて発生させたガスを簡便に分析することができる。また、上述したとおり、液体試料気化室は液体試料を気化させるための加熱機構を備えているため、液体試料を反応させる際に試料反応管を昇温することもできる。
It is desirable that the sample reaction tube is mounted inside the liquid sample vaporization chamber of the gas chromatograph apparatus.
As shown in FIG. 1, a general gas chromatograph apparatus includes a liquid sample vaporizing chamber as a standard specification. Therefore, by installing the sample reaction tube inside the measurement sample vaporization chamber, it is possible to use a configuration such as a gas flow pipe of a general-purpose gas chromatograph device, and a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample. Can be easily analyzed. In addition, as described above, the liquid sample vaporization chamber includes a heating mechanism for vaporizing the liquid sample, so that the temperature of the sample reaction tube can be raised when the liquid sample is reacted.
また、本発明に係るガスクロマトグラフ装置は、更に、
キャリアガスと異なる種類の雰囲気ガスを前記試料反応管に導入する流路切替部
を備えることが望ましい。これにより、キャリアガスと異なる種類の雰囲気ガスを導入し、液体試料の反応条件を変化させてガスを発生させることができる。
Moreover, the gas chromatograph apparatus according to the present invention further includes:
It is desirable to provide a flow path switching unit that introduces a different kind of atmospheric gas from the carrier gas into the sample reaction tube. Thereby, a different kind of atmospheric gas from the carrier gas can be introduced, and the gas can be generated by changing the reaction conditions of the liquid sample.
本発明に係るガスクロマトグラフ装置では試料反応管のキャリアガス出口がカラムオーブン内に位置しており、そこでカラムに接続されている。従って、長い流路を流通する間に拡散したガスを凝集させるためのフォーカシング機構を設ける必要がない。また、液体試料の一部が反応前に揮発してしまったり、生成されたガス中の一部の成分が配管の内壁に吸着したり、ガス自体が変質したりすることもない。さらに、従来のガス分析装置に比べて省スペースで設置することができる。 In the gas chromatograph apparatus according to the present invention, the carrier gas outlet of the sample reaction tube is located in the column oven and is connected to the column there. Therefore, it is not necessary to provide a focusing mechanism for aggregating the diffused gas while flowing through the long flow path. In addition, part of the liquid sample is not volatilized before the reaction, part of the components in the generated gas is not adsorbed on the inner wall of the pipe, and the gas itself is not altered. Furthermore, it can be installed in a smaller space than conventional gas analyzers.
本発明のガスクロマトグラフ装置に係る一実施例の要部構成を図3に示す。本実施例のガスクロマトグラフ装置は、分析対象の液体試料を加熱して気化させる分析液体試料気化室22、標準液体試料を加熱して気化させる標準液体試料気化室23、キャリアガス(例えば、Heなど)流路60、パージガス/雰囲気ガス(例えば、H2など)導入路40、パージガス/雰囲気ガス排出路50、パックドカラム24、キャピラリカラム25と、これらを後述するように接続するための八方バルブ30(本発明における流路切替部に相当)が備えられている。図3に示す一点鎖線の内部に位置する各構成要素はカラムオーブン26内に配置されている。また、八方バルブ30及び分析液体試料から発生させたガスを流通させる流路は図示しない温調機構により保温されている。分析液体試料気化室22(本発明における液体試料気化室に相当)内部には試料反応管21が装着されている。八方バルブ30のポートaはパージガス/雰囲気ガス排出路50、ポートbはパージガス/雰囲気ガス導入路40、ポートcは試料反応管21の出口215(本発明におけるキャリアガス出口に相当)、ポートdは標準液体試料気化室23の入口、ポートgはキャリアガス流路60にそれぞれ接続されている。また、ニードルバルブ31の両端がポートe、fに接続されている。パージガス/雰囲気ガス導入路40には上流側から順に圧力調整バルブ41、圧力計42及びストップバルブ43が備えられている。パージガス/雰囲気ガス排出路50には、上流側から順に圧力計52、ストップバルブ53、及び抵抗管54が備えられている。キャリアガス流路60には流量制御部(AFC)が備えられている。
The principal part structure of one Example which concerns on the gas chromatograph apparatus of this invention is shown in FIG. The gas chromatograph apparatus of the present embodiment includes an analysis liquid
図4(a)に試料反応管21の構造を示す。試料反応管21は、硬質ガラスまたは石英でできており、円筒状を有しており、その外径は5.0mmである。試料反応管21の内部は内径2.6mmの上部領域211と、内径1.2mmの下部領域212とに分かれており、これらの間はテーパー状になっている。使用時には、テーパー状の最下部に石英ウール214を詰め、その上に固体触媒や固体試料213を充填し、さらにその上方に石英ウール214を詰めて蓋をする。固体触媒や固体試料213が塊体であって、テーパー状領域の下部に落下せず、試料反応管21の外部に飛び散らないものであれば、必ずしも石英ウール214を詰めなくてもよい。また、粉粒体の落下や飛散を防止できるものであって、触媒作用を有さず液体試料及び反応後のガスが通過可能な材料であれば、石英ウール以外のものを用いてもよい。分析液体試料は試料反応管21上部の開口210から注入される。また、キャリアガスも同開口210から流入し、固体触媒や固体試料213との反応により発生したガスとともに試料反応管21下部の開口215から流出する。つまり、本実施例の試料反応管21では、試料反応管21上部の開口210が液体試料注入口及びキャリアガス入口に相当し、下部の開口215がキャリアガス出口に相当する。試料反応管21下部の開口215は、八方バルブ30及び標準液体試料気化室23を通る流路を介して、カラムオーブン26内でパックドカラム24とキャピラリカラム25に接続されている。
本実施例では試料反応管21を分析液体試料気化室22内部に装着して用いるため、液体試料注入口及びキャリアガス入口が共通しているが、試料反応管のみを単独で用いる場合には、例えば図4(b)に示すように、試料反応管21aの上部に液体試料注入口216とキャリアガス入口217とをそれぞれ独立に設けてもよい。
FIG. 4A shows the structure of the
In this embodiment, since the
本実施例のガスクロマトグラフを用いた測定の手順を説明する。本実施例では、水素ガス雰囲気においてヘキセン(測定対象の液体試料)を微細ゼオライト粒子(固体触媒)の存在下で反応させて発生させたガスを分析する。この反応では、ゼオライトが有する細孔内にヘキセン分子を取り込み、これを熱分解させてガスを発生させる。発生させたガスを成分分離するカラムとして、KOH/Aluminaカラム(パックドカラム)24と無極性キャピラリカラム25を用い、これらの出口にはそれぞれFID(水素炎イオン化型検出器)を接続した。本実施例で用いたパックドカラム24は内径3mm、長さ2mであり、キャピラリカラム25は内径0.32mm、長さ60mである。
A measurement procedure using the gas chromatograph of this example will be described. In the present embodiment, a gas generated by reacting hexene (a liquid sample to be measured) in the presence of fine zeolite particles (solid catalyst) in a hydrogen gas atmosphere is analyzed. In this reaction, hexene molecules are taken into the pores of zeolite and thermally decomposed to generate gas. A KOH / Alumina column (packed column) 24 and a
はじめに、上述した試料反応管21にゼオライトを充填して分析液体試料気化室22に装着する。これと並行して分析液体試料気化室22及び標準液体試料気化室23を300℃に加熱し保温しておく。
First, the
次に、八方バルブ30を破線の流路にして、キャリアガス流路60から反応管21、標準液体試料気化室23を通ってパックドカラム24及びキャピラリカラム25に至る流路に流すヘリウムガスの流量を50ml/min、圧力200kPaに設定する。上述したように、本実施例では微細ゼオライト粒子を試料反応管21に充填している。そのため、試料反応管21の上流側から下流側への流路抵抗が大きくなっている場合がある。この場合には、八方バルブ30を実線で示す流路に切り替えてニードルバルブ31によりヘリウムガスの圧力を調整し、八方バルブ30の流路が破線で示す流路であるときと同じ圧力に調整して流路抵抗が等しくなるようにする。つまり、八方バルブ30を切り替えた時に流路抵抗が変動しないように調整する。
Next, the flow rate of helium gas flowing from the
続いて、八方バルブ30を実線で示す流路に設定し、圧力調整バルブ41で調整された圧力で水素ガス(雰囲気ガス)を導入して、パージガス/雰囲気ガス導入路40及びパージガス/雰囲気ガス排出路50のストップバルブ43、53をそれぞれ開放する。本実施例では水素ガスをパージガスとしても使用するため、パージガス/雰囲気ガス導入路40及びパージガス/雰囲気ガス排出路50を使用して水素ガスを流通させる。これにより、試料反応管21内の空気を試料反応管21の下方から(キャリアガス流とは逆方向から)置換する。その後、両ストップバルブ43、53を閉じ、パージガス/雰囲気ガス排出路50の圧力計52に表示される圧力が低下しないことを確認してリークチェックを行う。
Subsequently, the eight-
八方バルブ30を実線で示す流路に保持して試料反応管21を含む領域を閉空間にしておき、この状態で分析対象試料であるヘキセン0.5μlをインジェクタにより試料反応管21に注入し、該試料反応管21内のゼオライト213と5分間反応させる。
The region including the
上記5分間の反応終了後、八方バルブ30の流路を破線で示す流路に切り替え、10秒後に再び実線の流路に切替える。キャリアガス流量は毎分50mlであるので、約8mlのキャリアガスにより試料反応管21内で発生させたガスを送り出し、標準液体試料気化室23を経てカラム24、25に導入する。上述したように、流量制御部61により毎分50mlでヘリウムガスが流れるように調整しているため、毎分50mlのガス(反応により発生したガスとヘリウムガスの混合ガス)がカラム入口に導入される。このガスは、パックドカラム24とキャピラリカラム25の流路抵抗比に応じた比率でこれらのカラムに導入される。本実施例では、パックドカラム24に毎分45ml、キャピラリカラム25に毎分5mlが導入される。両カラムに導入されたガスは、該カラム内でそれぞれ成分分離されてそれぞれのカラム出口に到達し、FIDにより検出される。図5に、上記反応で発生したガスをパックドカラム24により成分分離して得られたクロマトグラムを示す。このクロマトグラムではメタン、エタン、エチレン、プロパン、及びプロピレン(炭素数が3個以下である炭化水素)のピークがそれぞれ分離して検出された。また、図6に同ガスをキャピラリカラム25により成分分離して得られたクロマトグラムを示す。このカラムでは、エタンとエチレンおよびプロパンとプロピレンは分離できないが、炭素数が4個以上である炭化水素のピークがそれぞれ分離して検出された。
After completion of the reaction for 5 minutes, the flow path of the eight-
上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜変更や修正を行うことが可能である。
本実施例では、予めヘキセンとゼオライトの反応により発生する化合物ガスの種類が分かっていたため標準液体試料を使用せずに分析を行ったが、反応により発生する化合物が不明である場合には、予め構成成分及び含有量が分かっている標準液体試料を標準液体試料気化室23に導入してクロマトグラムを取得し、測定対象の液体試料から発生したガスにより得られたクロマトグラムの各ピークに対応する成分の同定や定量を行うことができる。
本実施例では、パックドカラム24とキャピラリカラム25の流路抵抗に応じた比率で反応ガスを導入する構成としたが、両カラムの上流側流路に流量調整部を備え、両カラムに導入するガスの比率を変更できるように構成してもよい。また、前述した構成に限らず、発生させたガスに含まれる目的成分の分離、検出を達成するためにカラムの種類(パックドカラム、キャピラリカラム、液相、吸着剤など)やカラムの本数など自由に変更しても良い。さらに、検出器として熱伝導度型検出器(TCD)や質量検出器を用いてもよい。
The above embodiment is merely an example, and can be appropriately changed or modified in accordance with the spirit of the present invention.
In this example, since the type of compound gas generated by the reaction of hexene and zeolite was known in advance, the analysis was performed without using the standard liquid sample, but when the compound generated by the reaction is unknown, A standard liquid sample whose constituent components and content are known is introduced into the standard liquid
In this embodiment, the reaction gas is introduced at a ratio corresponding to the flow path resistance of the packed
図7に示すように、パージガス/雰囲気ガス導入路40及びパージガス/雰囲気ガス排出路50の上流側にパージガスと、雰囲気ガス(例えば、酸素、二酸化炭素、空気など)とを切り替え可能に導入するパージガス/雰囲気ガス切換バルブ70を備えてもよい。上記実施例では、試料反応管21を含む閉空間内に水素ガスを導入した状態で液体試料を反応させたが、パージガス/雰囲気ガス切替バルブ70を備えた構成とすることによりパージガスと異なる種類の雰囲気ガスを導入して反応条件を変化させることができる。
As shown in FIG. 7, a purge gas that introduces a purge gas and an atmospheric gas (for example, oxygen, carbon dioxide, air, etc.) to the upstream side of the purge gas / atmosphere
1…キャリアガス供給流路
2…流量制御部
3…液体試料気化室
4…インジェクタ
5…カラムオーブン
6…キャピラリカラム
7…検出部
8…液体試料注入部
9…セプタム
10…前処理装置
11…配管
12…ヒートライン
13…ガス試料注入部
14…フォーカシング機構
15…キャリアガス供給流路
21、21a…試料反応管
210…上部開口(液体試料注入口及びキャリアガス入口)
211…上部領域
212…下部領域
213…ゼオライト(固体触媒あるいは固体試料)
214…石英ウール
215…下部開口(キャリアガス出口)
216…液体試料注入口
217…キャリアガス入口
22…分析液体試料気化室
23…標準液体試料気化室
24…パックドカラム
25…キャピラリカラム
26…カラムオーブン
30…八方バルブ
31…ニードルバルブ
40…パージガス/雰囲気ガス導入路
41…圧力調整バルブ
42…圧力計
43…ストップバルブ
50…パージガス/雰囲気ガス排出路
52…圧力計
53…ストップバルブ
54…抵抗管
60…キャリアガス流路
61…流量制御部
70…パージガス/雰囲気ガス切替バルブ
DESCRIPTION OF
211 ...
214 ...
216 ...
Claims (3)
前記液体試料を注入する液体試料注入口、キャリアガス入口、及びキャリアガス出口を有し、内部に配置した前記固体触媒又は前記固体試料と前記液体試料とを反応させてガスを発生させる試料反応管を備え、
前記キャリアガス出口が、前記カラムが収容されているカラムオーブン内で該カラムに接続されている
ことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。 A gas chromatograph apparatus for separating a component of a gas generated by reacting a liquid sample with a solid catalyst or a solid sample by a column,
A sample reaction tube having a liquid sample inlet for injecting the liquid sample, a carrier gas inlet, and a carrier gas outlet, and generating gas by reacting the solid catalyst or the solid sample with the liquid sample disposed therein With
The gas chromatograph apparatus, wherein the carrier gas outlet is connected to the column in a column oven in which the column is accommodated.
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