JP2017015573A - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルループ内に短時間で均一に試料を充填することができるガスクロマトグラフを提供する。【解決手段】六方バルブ５により、サンプルループ６に連通する流路１１〜１６，１９を第１流路状態又は第２流路状態に切り替える。第１流路状態では、サンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通し、当該両端部からサンプルループ６内に試料が充填される。第２流路状態では、サンプルループ６の一端部がＡＦＣ１０に連通し、他端部がカラム３に連通することにより、サンプルループ６内から脱離した試料がカラム３に導入される。第１流路状態において、サンプルループ６に両端部から試料が充填されるため、サンプルループ６内に存在する試料の濃度にばらつきが生じにくく、サンプルループ６内に存在する試料の濃度を短時間で均一にすることができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、サンプルループを備えたガスクロマトグラフに関するものである。

試料供給部から供給される試料をサンプルループに充填し、当該サンプルループ内から脱離させた試料をキャリアガスとともにカラムに導入することにより分析を行うガスクロマトグラフが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この種のガスクロマトグラフには、サンプルループに連通する流路を切り替える流路切替部が備えられている。

流路切替部は、例えば六方バルブにより構成されており、当該六方バルブを回転させることにより流路を切り替えることができる。具体的には、六方バルブの回転位置に応じて、サンプルループ内に試料を充填させる状態、又は、サンプルループ内から脱離した試料をカラムに導入する状態に切り替えられる。

国際公開第２０１４／０３８０１９号

上記サンプルループ内に試料を充填させる状態のときには、サンプルループの一端部から試料が導入され、当該サンプルループにおいて充填された試料を除く残りの試料がサンプルループの他端部から導出される。このとき、サンプルループの両端部に連通する流路内にそれぞれ試料が存在する状態となるが、試料供給部から供給される試料の量が少ない場合には、これらの流路内及びサンプルループ内に存在する試料の濃度にばらつきが生じる。そのため、サンプルループ内に充填される試料の量にもばらつきが生じ、分析の再現性が低下するという問題がある。

そこで、サンプルループの両端部に連通する流路内及びサンプルループ内に存在する試料の濃度が均一になるまで、待ち時間を設けることも考えられる。しかしながら、このような構成の場合には、サンプルループ内に試料を充填する時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、サンプルループ内に短時間で均一に試料を充填することができるガスクロマトグラフを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るガスクロマトグラフは、試料供給部と、サンプルループと、キャリアガス供給部と、カラムと、検出部と、流路切替部とを備える。前記試料供給部は、試料を供給する。前記サンプルループには、前記試料供給部から供給される試料が充填される。前記キャリアガス供給部は、前記サンプルループ内にキャリアガスを供給する。前記カラムには、前記サンプルループ内から脱離した試料がキャリアガスとともに導入される。前記検出部は、前記カラムを通過する過程で分離された試料成分を検出する。前記流路切替部は、前記サンプルループに連通する流路を第１流路状態又は第２流路状態に切り替える。前記第１流路状態では、前記サンプルループの両端部に試料供給部が連通し、当該両端部から前記サンプルループ内に試料が充填される。前記第２流路状態では、前記サンプルループの一端部が前記キャリアガス供給部に連通し、他端部が前記カラムに連通することにより、前記サンプルループ内から脱離した試料が前記カラムに導入される。

このような構成によれば、第１流路状態においてサンプルループの両端部に試料供給部が連通した状態となり、当該両端部からサンプルループ内に試料が充填される。これにより、サンプルループの一端部のみから試料が導入されるような従来の構成と比較して、サンプルループ内に存在する試料の濃度にばらつきが生じにくく、サンプルループ内に存在する試料の濃度を短時間で均一にすることができる。したがって、サンプルループ内に短時間で均一に試料を充填することができる。

（２）前記ガスクロマトグラフは、前記第１流路状態において前記サンプルループの両端部に連通する１対の流路と、前記１対の流路内の空気を排気して減圧するポンプとをさらに備えていてもよい。前記１対の流路は、前記試料供給部に連通する供給側流路と、前記ポンプに連通する排気側流路とからなる。この場合、前記供給側流路と前記排気側流路とがバイパス流路で接続されることにより、前記第１流路状態において前記サンプルループの両端部に試料供給部が連通してもよい。

このような構成によれば、供給側流路と排気側流路とからなる１対の流路をバイパス流路で接続しただけの簡単な構成で、第１流路状態においてサンプルループの両端部に試料供給部が連通した状態とし、当該両端部からサンプルループ内に試料を充填させることができる。すなわち、１対の流路内の空気をポンプで排気して減圧することによりサンプルループ内に試料を充填することができるような従来の構成に、１対の流路を接続するバイパス流路を設けるだけでよいため、簡単な構成でサンプルループ内に短時間で均一に試料を充填することができる。

（３）前記ガスクロマトグラフは、前記試料供給部と前記バイパス流路との間における前記供給側流路に設けられた供給側バルブと、前記ポンプと前記バイパス流路との間における前記排気側流路に設けられた排気側バルブとをさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、供給側バルブ及び排気側バルブの開閉状態を切り替えることにより、１対の流路内の空気をポンプで排気して減圧する状態、又は、サンプルループの両端部から試料を充填させる状態に容易に切り替えることができる。

（４）前記ガスクロマトグラフは、前記第１流路状態において、前記供給側バルブを閉じ、かつ、前記排気側バルブを開いた状態で前記ポンプを駆動させることにより、前記１対の流路内を減圧し、その後に前記供給側バルブを開き、かつ、前記排気側バルブを閉じた状態に切り替えることにより、前記試料供給部から前記サンプルループ内に試料を充填させる制御部をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、供給側バルブ及び排気側バルブの開閉状態を制御部により自動で切り替えて、１対の流路内の空気をポンプで排気して減圧する状態、又は、サンプルループの両端部から試料を充填させる状態に切り替えることができる。これにより、１対の流路内を適切な時間だけ減圧した後、サンプルループ内に適切な時間だけ試料を充填するという動作を自動で行うことができるため、サンプルループ内に短時間で良好に試料を充填することができる。

本発明によれば、サンプルループ内に存在する試料の濃度にばらつきが生じにくく、サンプルループ内に存在する試料の濃度を短時間で均一にすることができるため、サンプルループ内に短時間で均一に試料を充填することができる。

本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成例を示した図である。 ガスクロマトグラフの電気的構成の一例を示したブロック図である。 試料導入時の制御部による処理の流れを示したフローチャートである。

１．ガスクロマトグラフの全体構成及び動作
図１は、本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成例を示した図である。

このガスクロマトグラフは、試料供給部１により供給される気体の試料を試料導入部２からカラム３内に導入し、カラム３を通過する過程で分離された試料成分を検出部４で検出することにより分析を行う。試料供給部１から試料導入部２までの流路には、例えば六方バルブ５、サンプルループ６、ポンプ７、供給側バルブ８、排気側バルブ９及びＡＦＣ（Advanced Flow Controller）１０などが設けられている。

試料供給部１は、流路１１を介して六方バルブ５に接続されている。ポンプ７は、流路１２を介して六方バルブ５に接続されている。サンプルループ６は、その両端部がそれぞれ異なる流路１３，１４を介して六方バルブ５に接続されている。ＡＦＣ１０は、流路１５を介して六方バルブ５に接続されている。試料導入部２は、流路１６を介して六方バルブ５に接続されている。

各流路１１〜１６は、それぞれ六方バルブ５の異なるポートに接続されており、六方バルブ５を回転させて流路を切り替えることにより、各流路１１〜１６が互いに異なる組み合わせで接続されるようになっている。すなわち、六方バルブ５は、サンプルループ６に連通する流路を切り替える流路切替部を構成している。

供給側バルブ８は、流路１１における試料供給部１と六方バルブ５との間に設けられており、当該流路１１を開状態又は閉状態に切り替えることができる。排気側バルブ９は、流路１２におけるポンプ７と六方バルブ５との間に設けられており、当該流路１２を開状態又は閉状態に切り替えることができる。

六方バルブ５により、図１に実線で示すような組み合わせで各流路１１〜１６が互いに接続されている状態（第１流路状態）では、試料供給部１が、流路１１，１３を介してサンプルループ６の一端部に接続されるとともに、ポンプ７が、流路１２，１４を介してサンプルループ６の他端部に接続される。すなわち、第１流路状態では、試料供給部１に連通する流路１１，１３により構成される供給側流路１７と、ポンプ７に連通する流路１２，１４により構成される排気側流路１８とが、サンプルループ６の両端部に接続される。また、ＡＦＣ１０が流路１５，１６を介して試料導入部２に接続される。

本実施形態では、供給側流路１７と排気側流路１８とが、バイパス流路１９により接続されている。より具体的には、供給側流路１７における供給側バルブ８と六方バルブ５との間、及び、排気側流路１８における排気側バルブ９と六方バルブ５との間が、バイパス流路１９により接続されている。したがって、第１流路状態では、サンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通した状態となる。

この第１流路状態では、試料供給部１から供給側流路１７を介してサンプルループ６に試料を充填することが可能であるが、その際には、まず供給側バルブ８が閉じられ、かつ、排気側バルブ９が開かれた状態とされる。この状態でポンプ７を駆動させると、互いに連通している１対の流路１７，１８内の空気がポンプ７から排気されることにより、これらの１対の流路１７，１８内が減圧される。

その後、供給側バルブ８が開かれ、かつ、排気側バルブ９が閉じられた状態に切り替えられる。これにより、試料供給部１から供給側流路１７を介してサンプルループ６の一端部に試料が導かれるとともに、供給側流路１７から分岐するバイパス流路１９及び排気側流路１８を介してサンプルループ６の他端部に試料が導かれる。すなわち、サンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通し、当該両端部からサンプルループ６内に試料が充填される。

ＡＦＣ１０は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部を構成している。キャリアガスとしては、Ｈｅガスなどの不活性ガスが用いられる。第１流路状態では、ＡＦＣ１０はサンプルループ６に接続されておらず、流路１５，１６を介して試料導入部２に直接接続されている。これにより、試料を含まないキャリアガスが、試料導入部２を介してカラム３に供給される状態が維持される。

上記のように、第１流路状態でサンプルループ６内に試料が充填された後、六方バルブ５が回転されることにより、図１に破線で示すような組み合わせで各流路１１〜１６が互いに接続された状態（第２流路状態）となる。第２流路状態では、ＡＦＣ１０が、流路１３，１５を介してサンプルループ６の一端部に連通し、試料導入部２が、流路１４，１６を介してサンプルループ６の他端部に連通する。また、試料供給部１は、サンプルループ６を介することなく、流路１１，１２を介してポンプ７に接続される。

この第２流路状態では、ＡＦＣ１０から継続して供給されているキャリアガスが、サンプルループ６内に供給される。このとき、サンプルループ６内に充填されている試料が脱離し、ＡＦＣ１０から供給されるキャリアガスとともに試料導入部２に導かれ、カラム３内に導入される。試料の脱離の際、サンプルループ６は加熱されてもよい。

キャリアガスとともにカラム３内に導入された試料は、カラム３を通過する過程で試料成分ごとに分離され、分離された各試料成分が検出部４により検出される。検出部４は、例えばＢＩＤ（バリア放電イオン化検出器）により構成することができるが、これに限られるものではなく、例えばＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）などの他の検出器により構成されていてもよい。

２．ガスクロマトグラフの電気的構成
図２は、ガスクロマトグラフの電気的構成の一例を示したブロック図である。

このガスクロマトグラフの動作は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部２０により制御される。制御部２０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、流量制御部２１、バルブ制御部２２及びポンプ制御部２３などとして機能する。

流量制御部２１は、ＡＦＣ１０の動作を制御することにより、ＡＦＣ１０から供給されるキャリアガスの流量を調整する。バルブ制御部２２は、六方バルブ５を回転させたり、供給側バルブ８又は排気側バルブ９を開閉させたりすることにより、試料供給部１、試料導入部２、サンプルループ６、ポンプ７及びＡＦＣ１０などの互いの連通状態を切り替える。ポンプ制御部２３は、サンプルループ６に対する試料の充填時に、ポンプ７の動作を制御する。

制御部２０は、図１を用いて説明したような態様で、流量制御部２１、バルブ制御部２２及びポンプ制御部２３により、ＡＦＣ１０、六方バルブ５、供給側バルブ８、排気側バルブ９及びポンプ７の動作を制御する。これにより、試料供給部１からサンプルループ６内に試料を充填させ、その試料をサンプルループ６内から脱離させてカラム３に導入させる動作を自動で行うことができる。

３．試料導入時の制御部による処理
図３は、試料導入時の制御部２０による処理の流れを示したフローチャートである。

試料導入時には、流量制御部２１がＡＦＣ１０からのキャリアガスの供給を開始させる（ステップＳ１０１）。その後の分析中は、キャリアガスの供給が継続された状態で維持される。

この状態で、まず、バルブ制御部２２が供給側バルブ８を閉じるとともに（ステップＳ１０２）、排気側バルブ９を開くことにより（ステップＳ１０３）、各流路１１〜１６を第１流路状態とする。そして、ポンプ制御部２３がポンプ７を駆動させることにより（ステップＳ１０４）、サンプルループ６の両端部に連通する１対の流路１７，１８内が減圧される。

ポンプ７が駆動を開始してから所定時間が経過することにより（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、１対の流路１７，１８内が十分に減圧された状態（例えば真空状態）になると、バルブ制御部２２が排気側バルブ９を閉じるとともに（ステップＳ１０６）、供給側バルブ８を開くことにより（ステップＳ１０７）、各流路１１〜１６を第２流路状態とする。

これにより、サンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通し、当該両端部からサンプルループ６内に試料が充填される。上記所定時間は、試料供給部１からサンプルループ６内へと試料が十分に導かれる程度に１対の流路１７，１８内を減圧することができる時間として、予め定められていてもよいし、作業者が任意に設定できてもよい。

第２流路状態になると、試料供給部１からサンプルループ６内に徐々に試料が充填される。そして、所定時間が経過することにより（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、サンプルループ６内に十分な量の試料が充填された後、バルブ制御部２２が六方バルブ５を切り替えることにより（ステップＳ１０９）、サンプルループ６内から脱離する試料がカラム３に導入される。上記所定時間は、サンプルループ６内に十分な量の試料を充填することができる程度の時間として、予め定められていてもよいし、作業者が任意に設定できてもよい。

４．作用効果
（１）本実施形態では、図１に実線で示す第１流路状態において、サンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通した状態となり、当該両端部からサンプルループ６内に試料が充填される。これにより、サンプルループ６の一端部のみから試料が導入されるような従来の構成と比較して、サンプルループ６内に存在する試料の濃度にばらつきが生じにくく、サンプルループ６内に存在する試料の濃度を短時間で均一にすることができる。したがって、サンプルループ６内に短時間で均一に試料を充填することができる。

（２）特に、本実施形態では、供給側流路１７と排気側流路１８とからなる１対の流路１７，１８をバイパス流路１９で接続しただけの簡単な構成で、第１流路状態においてサンプルループ６の両端部に試料供給部１が連通した状態とし、当該両端部からサンプルループ６内に試料を充填させることができる。すなわち、１対の流路１７，１８内の空気をポンプ７で排気して減圧することによりサンプルループ６内に試料を充填することができるような従来の構成に、１対の流路１７，１８を接続するバイパス流路１９を設けるだけでよいため、簡単な構成でサンプルループ６内に短時間で均一に試料を充填することができる。

（３）また、本実施形態では、供給側バルブ８及び排気側バルブ９の開閉状態を切り替えることにより、１対の流路１７，１８内の空気をポンプ７で排気して減圧する状態、又は、サンプルループ６の両端部から試料を充填させる状態に容易に切り替えることができる。

（４）特に、供給側バルブ８及び排気側バルブ９の開閉状態を制御部２０により自動で切り替えることにより、１対の流路１７，１８内を適切な時間だけ減圧した後、サンプルループ６内に適切な時間だけ試料を充填するという動作を自動で行うことができるため、サンプルループ６内に短時間で良好に試料を充填することができる。

５．変形例
以上の実施形態では、制御部２０が、ＡＦＣ１０、六方バルブ５、供給側バルブ８、排気側バルブ９及びポンプ７の動作を自動で制御するような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、上記各部の少なくとも１つが作業者により手動で動作されるような構成であってもよい。

試料供給部１から試料導入部２までの流路は、上述した各流路１１〜１６，１９などにより構成されるものに限らず、任意の流路構成を採用することができる。この場合、流路の途中に六方バルブ５、供給側バルブ８、排気側バルブ９及びポンプ７が備えられた構成に限らず、これらの少なくとも１つが備えられていない構成であってもよいし、他の部材が設けられた構成であってもよい。

また、第１流路状態においてサンプルループ６に両端部から試料を充填することができるような構成であれば、上記実施形態のような位置にバイパス流路１９が設けられた構成に限られるものではない。さらに、バイパス流路１９に限らず、他の流路構成を用いて、サンプルループ６に両端部から試料を充填させるような構成であってもよい。

サンプルループ６内に試料を充填する際、試料供給部１に対して下流側に設けられたポンプ７により１対の流路１７，１８内を減圧するような構成に限らず、例えば試料供給部１側（上流側）からコンプレッサなどを用いて加圧することにより、サンプルループ６内に試料を充填するような構成であってもよい。

また、試料供給部１において液体試料が収容されている容器を加熱することにより、当該容器内で試料を揮発させ、当該容器の上部に形成されたヘッドスペース（上部空間）から試料を供給するヘッドスペース法を用いて、サンプルループ６内に試料を充填することも可能である。

１ 試料供給部
２ 試料導入部
３ カラム
４ 検出部
５ 六方バルブ
６ サンプルループ
７ ポンプ
８ 供給側バルブ
９ 排気側バルブ
１０ ＡＦＣ
１１〜１６ 流路
１７ 供給側流路
１８ 排気側流路
１９ バイパス流路
２０ 制御部
２１ 流量制御部
２２ バルブ制御部
２３ ポンプ制御部

Claims (4)

1. 試料を供給する試料供給部と、
   前記試料供給部から供給される試料が充填されるサンプルループと、
   前記サンプルループ内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
   前記サンプルループ内から脱離した試料がキャリアガスとともに導入されるカラムと、
   前記カラムを通過する過程で分離された試料成分を検出する検出部と、
   前記サンプルループに連通する流路を切り替える流路切替部とを備え、
   前記流路切替部は、
   前記サンプルループの両端部に試料供給部が連通し、当該両端部から前記サンプルループ内に試料が充填される第１流路状態、又は、
   前記サンプルループの一端部が前記キャリアガス供給部に連通し、他端部が前記カラムに連通することにより、前記サンプルループ内から脱離した試料が前記カラムに導入される第２流路状態に前記流路を切り替えることを特徴とするガスクロマトグラフ。
2. 前記第１流路状態において前記サンプルループの両端部に連通する１対の流路と、
   前記１対の流路内の空気を排気して減圧するポンプとをさらに備え、
   前記１対の流路は、前記試料供給部に連通する供給側流路と、前記ポンプに連通する排気側流路とからなり、
   前記供給側流路と前記排気側流路とがバイパス流路で接続されることにより、前記第１流路状態において前記サンプルループの両端部に試料供給部が連通することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
3. 前記試料供給部と前記バイパス流路との間における前記供給側流路に設けられた供給側バルブと、
   前記ポンプと前記バイパス流路との間における前記排気側流路に設けられた排気側バルブとをさらに備えた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。
4. 前記第１流路状態において、前記供給側バルブを閉じ、かつ、前記排気側バルブを開いた状態で前記ポンプを駆動させることにより、前記１対の流路内を減圧し、その後に前記供給側バルブを開き、かつ、前記排気側バルブを閉じた状態に切り替えることにより、前記試料供給部から前記サンプルループ内に試料を充填させる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のガスクロマトグラフ。

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