JP2019023581A - 電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法、分析方法、電子捕獲検出器の検出セル、電子捕獲検出器および分析装置 - Google Patents

電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法、分析方法、電子捕獲検出器の検出セル、電子捕獲検出器および分析装置 Download PDF

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Abstract

【課題】検出セルに起因するノイズを減少させる。【解決手段】電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法は、放射線を放射する線源と、試料ガスが導入される試料ガス導入口と、コレクタ電極とを備える、電子捕獲検出器の検出セルに、洗浄ガスを導入することを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法、分析方法、電子捕獲検出器の検出セル、電子捕獲検出器および分析装置に関する。
ガスグロマトグラフィにおいて、電子捕獲検出器(Electron Capture Detector:ECD)を用いて、ハロゲン等の電気陰性度の高い原子を含む電子親和性の高い化合物が検出される。電子捕獲検出器の使用においては、検出セルの変化に起因するノイズの発生により取得するデータの精度が低下することが問題となる。
ノイズの発生の原因となる検出セルの変化としては、試料ガスによるコレクタ電極の汚染や、検出セル内部の酸化等が挙げられる。特許文献1には、検出セル内に挿入されるカラムの軸線延長上から外れた位置にコレクタ電極が取り付けられることにより、コレクタ電極の汚染を低減する電子捕獲検出器が記載されている。
特開2011−128171号公報
一方、電子捕獲検出器に既にノイズが発生した場合では、コレクタ電極の汚染によるノイズについては加熱により減少する場合がある。しかし、検出セル内部の酸化によるノイズについては、現在行われている検出セルの交換による対処の他に、さらなる提案が必要である。
本発明の好ましい実施形態による電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法は、放射線を放射する線源と、試料ガスが導入される試料ガス導入口と、コレクタ電極とを備える、電子捕獲検出器の検出セルに、洗浄ガスを導入することを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記洗浄ガスは、還元性を有するガスである。
さらに好ましい実施形態では、前記洗浄ガスは、水素である。
さらに好ましい実施形態では、前記洗浄ガスは、摂氏500度以下の温度に加熱された前記検出セルに導入される。
さらに好ましい実施形態では、前記洗浄ガスを前記検出セル内に保持または継続的に導入することにより、前記検出セルの酸化を防止する。
本発明の好ましい実施形態による分析方法は、電子捕獲検出器を備える分析装置により試料の分析を行う分析方法であって、前記電子捕獲検出器は、放射線を放射する線源と、試料ガスを導入する試料ガス導入口と、メイクアップガスを導入するメイクアップガス導入口と、コレクタ電極とを備える検出セルを備え、前記試料ガス導入口から前記試料ガスを導入し、前記メイクアップガス導入口から前記メイクアップガスを導入し、前記放射線により発生した電子を前記試料の成分が受け取ったことによる、前記コレクタ電極を含む回路の電気的応答の変化の測定を行うことと、前記測定が行われていないときに、上述の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法により前記検出セルを洗浄することと、を備える。
本発明の好ましい実施形態による電子捕獲検出器の検出セルは、放射線を放射する線源と、試料ガスを導入する試料ガス導入口と、コレクタ電極と、洗浄ガスを導入する洗浄ガス導入口とを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記検出セルは、メイクアップガスを導入する、前記洗浄ガス導入口とは異なるメイクアップガス導入口とを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記検出セルは、メイクアップガスおよび前記洗浄ガスを切り替えて前記洗浄ガス導入口に導入する切替機構を備える。
本発明の好ましい実施形態による電子捕獲検出器は、上述の電子捕獲検出器の検出セルを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記洗浄ガスの漏れを検出する漏れ検出器を備える。
本発明の好ましい実施形態による分析装置は、上述の電子捕獲検出器を備える。
本発明によれば、検出セルの交換を必要とせず、検出セルの酸化等に起因する電子捕獲検出器のノイズを減少させることが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法に係る分析装置の概略構成を示す図である。 図2は、一実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法を含む分析方法の流れを示すフローチャートである。 図3は、変形例における電子捕獲検出器の概略構成を示す図である。 図4は、実施例において取得したクロマトグラムを示す図であり、(A)は、検出されたクロマトグラムであり、(B)は、基準となるピークの面積に基づいて規格化したクロマトグラムである。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法は、電子捕獲検出器の検出セルに洗浄ガスを導入することにより、電子捕獲検出器のノイズを減少させるものである。
図1は、本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法に係る分析装置1の概略構成を示す図である。分析装置1は、ガスクロマトグラフであり、分離部10と、電子捕獲検出器100aとを備える。分離部10は、試料導入部11と、試料気化部12と、キャリアガス導入口13と、分離カラム14とを備える。電子捕獲検出器100aは、検出セル20aと、電気信号変換部30と、制御部40と、表示部50とを備える。検出セル20aは、試料ガス導入口21と、セル室22と、切替導入口23と、切替部230と、メイクアップガス流路231と、洗浄ガス流路232と、放射線源24と、コレクタ電極25と、排気口26と、ガス漏れ検知器27とを備える。
なお、制御部40および表示部50の機能の一部または全部は、遠隔の電子計算機等に配置され、図1で示された全体が分析システムを構成することができる。
分離部10は、試料Sに含まれる成分を物理的または化学的特性に基づいて分離する。試料導入部11は、シリンジやオートサンプラー等の注入器を備え、その内部に保持する試料Sを試料気化部12に導入する。試料気化部12は、試料気化室を備え、導入された試料Sを気化する。キャリアガス導入口13は、試料気化部12に窒素等の不活性ガスを含むキャリアガスを導入する導入口を備える。分離カラム14は、充填カラムや中空キャピラリーカラム等のカラムを備える。気化された試料S(以下、試料ガスSと呼ぶ)の各成分は、キャリアガスを含む移動相と、分離カラム14の固定相との間の分配係数等に基づいて分離され、分離された各成分は異なる時間に検出セル20aの試料ガス導入口21に導入される。
検出セル20aは、試料Sに含まれている電子親和性の高い化合物を、コレクタ電極25を含む回路の電気的応答の変化として検出する。試料ガス導入口21は、検出セル20aのセル室22に試料ガスSを導入する導入口である。セル室22は、内壁に固着されている放射線源24を備え、キャリアガス、窒素等の不活性ガスを含むメイクアップガス、試料ガスおよび後述の洗浄ガスが導入される。切替導入口23は、キャリアガスと洗浄ガスとが切り替えて導入される導入口である。
検出セル20aの切替部230は、切替バルブ等の切替機構を備え、以下の第1状態および第2状態のいずれかの状態に切り替え可能に構成されている。第1状態は、メイクアップガス流路231を通るメイクアップガスを切替導入口23に流し、洗浄ガス流路232を通る洗浄ガスを切替導入口23に流さない状態である。第2状態は、洗浄ガスを切替導入口23に流し、メイクアップガスを切替導入口23に流さない状態である。洗浄ガスは、水素を備える。水素は、還元性を有するため、セル室22の酸化の度合を減少させることができ、洗浄ガスとして作用する。
なお、洗浄ガスは、還元性を有するガスで、測定を妨げるような悪影響が出るものでなければその組成は特に限定されない。
上述のように、切替部230により、検出セル20aにメイクアップガスおよび洗浄ガスのいずれかを選択的に導入することができる。電子捕獲検出器100aにおいて試料ガスの検出等が行われていないときに、洗浄ガスを検出セル20aのセル室22に導入してセル室22の酸化を減少させることにより、電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
なお、メイクアップガスの貯蔵容器と洗浄ガスの貯蔵容器とを付け替えることによって、検出セル200aにメイクアップガスと洗浄ガスとのいずれを導入するかの切替を行ってもよい。これにより、検出セル200aの設計を変更しなくても、本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法を適用することができる。
放射線源24は、63Ni等のベータ線を出射するベータ線放射体を備え、メイクアップガスやキャリアガスとして導入された窒素等をイオン化し、電子を生成する。コレクタ電極25は、電子信号変換部30の制御によりセル室22の内壁より高い電圧Vが印加され、放射線源24からのベータ線により生成された電子や、当該電子の授受により生成されたイオンを収集する。コレクタ電極25は、セル室22において、試料ガス導入口21が配置されている側とは反対側の面から、高さ方向(図の上下方向)に沿って延び、コレクタ電極25の一部は、放射線源24と対向している。
測定時には、切替部230は、第1状態となっており、メイクアップガスを検出セル20aに流す一方、洗浄ガスは検出セル20aへ流さない。セル室22の内部の空間では放射線源24からのベータ線により窒素等の不活性ガスがイオン化され、電子が生産されている。生産されている電子は、セル室22の内壁に対し電圧Vが印加されたコレクタ電極25に引き寄せられ、コレクタ電流25を通る電流となって観察される。本実施形態では、コレクタ電極25にはパルス状に処理された電圧(以下、パルス電圧と呼ぶ)が加えられる。
試料ガスSの各成分のうち、電気陰性度の高いハロゲン等の原子を含む化合物は、電子親和性が高く、上述のようにセル室22の内部で発生している電子を受け取り陰イオンとなる。発生した当該陰イオンは、電子と比較して遥かに質量が大きく移動が遅いため、コレクタ電極25に単位時間あたりにたどり着く陰イオンの量は、同じ量の電子が存在している場合に比べて減少する。従って、試料ガスSに上記のような電子親和性の高い化合物が含まれていると、コレクタ電極25を流れる電流が変化する。
セル室22に導入されたキャリアガス、メイクアップガス、試料ガスおよび洗浄ガスは排気口26から排気される。ガス漏れ検知器27は、検出セル20aの外部に配置され、洗浄ガスに含まれる引火性の高い水素の濃度を測定し、一定以上の濃度となった場合に警告音等を発する。
電気信号変換部30は、積分回路、アナログ/デジタル変換器(A/D変換器)、および電圧/周波数変換器(V/F変換器)等を含んで構成され、コレクタ電極25からの電気信号を適宜変換して制御部40へと出力する。電気信号変換部30は、コレクタ電極25を通る電流を積分回路により電圧に変換する。V/F変換器は、当該電圧の高さに基づいてコレクタ電極25に与えるパルス電圧の周波数を一定に保つように制御する。セル室22に導入された試料ガスSの成分は、このように印加電圧の周波数の変化という電気的応答として検出される。
なお、電気信号変換部30が行う試料Sの検出の方法は、上記のように印加するパルス電圧の周波数の変化として検出する態様でなくともよく、特に限定されない。
制御部40は、CPU等のプロセッサからなり、電気信号変換部30から出力されたデータを処理したり、分析装置1の動作を制御する。制御部40は、電気信号変換部30から出力されたデータを解析したり、不図示の記憶媒体に記憶させたり、当該データからクロマトグラムを構築し、液晶モニタ等を含んで構成される表示部50に表示させたりする。
図2は、本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法を含む試料の分析方法の流れを示すフローチャートである。ステップS1001において、試料導入部11は、試料Sを試料気化部12に導入する。ステップS1001が終了したら、ステップS1003が開始される。ステップS1003において、試料気化部12は、試料気化部12に導入された試料Sを気化する。ステップS1003が終了したらステップS1005が開始される。
なお、試料気化部12に導入する試料Sは気体でもよい。その場合、ステップS1003は省略される。
ステップS1005において、分離カラム14は、試料気化部12に保持された気体試料を分離する。試料気化部12に保持された試料Sの各成分は、キャリアガス導入口14から流量制御されて流されている窒素等のキャリアガスと共に分離カラム14へと移動する。分離カラム14は不図示の恒温槽により温度が制御されており、適宜設定された温度の下で、導入された試料Sの各成分を分離する。ステップS1005が終了したら、ステップS1007が開始される。
ステップS1007において、電気信号変換部30は、分離カラム14で分離された試料ガスSを、検出セル20aに導入して検出する。分離カラム14で分離された試料ガスSの各成分は、キャリアガスと共に、電子捕獲検出器100aの検出セル20aの試料ガス導入口21からセル室22に導入される。上述したように、試料ガスSの成分のうち、電子親和性の高い成分が、コレクタ電極25を含む回路の電気的応答の変化により検出される。制御部40は、上記電気的応答に基づくデータから、クロマトグラム等を作成する等のデータ処理を行い、適宜表示部50に表示する。ステップS1007が終了したら、ステップS1009が開始される。
ステップS1009において、不図示のヒーター等を用いて検出セル20aを加熱し、洗浄ガスを導入する。加熱により、サンプルによる汚染に起因するノイズを減少させることができる。検出セル20aの温度が高すぎると、検出セル20aに悪影響が出たり、加熱に時間がかかる等の不利な点が生じるため、検出セル20aは500℃以下、好ましくは300℃以下等に加熱されることが好ましい。加熱された検出セル20aには、洗浄ガスが導入される。切替部230は、検出セル20aにメイクアップガスを流さず、洗浄ガスを流す第2の状態となり、検出セル20aに導入された洗浄ガスが、還元作用によりセル室22の内壁等における酸化を減少させ、電子捕獲検出器100aのノイズを減少させる。ステップS1009が終了したら、ステップS1011が開始される。
なお、洗浄ガスを検出セル20aに導入する際には加熱をしなくともよく、洗浄ガスを検出セル20aに導入する際の温度は特に限定されない。
ステップS1011において、検出セル20aの温度が常温等の、保管の際に設定される温度にまで下げられ、洗浄ガスを通気しながら保管される。ステップS1011が終了したら、処理を終了する。
なお、検出セル20aは、洗浄ガスをセル室22に保持したまま保管してもよい。検出セル20aは、セル室22に洗浄ガスを通気したり保持させたりすることをせずに保管してもよい。
上述の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法は、放射線を放射する放射線源24と、試料ガスSが導入される試料ガス導入口21と、コレクタ電極25とを備える、電子捕獲検出器100aの検出セル20aに、洗浄ガスを導入することを備える。これにより、検出セル20aに起因する電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
(2)本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、洗浄ガスは、還元性を有するガスである。これにより、検出セル20aのセル室22の酸化を減少させ、電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
(3)本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、洗浄ガスは、水素である。これにより、水素の強い還元作用を利用して検出セル20aのセル室22の酸化を減少させ、効率的にノイズの除去を行うことができる。
(4)本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、洗浄ガスは、摂氏500度以下の温度に加熱された検出セル20aに導入される。これにより、セル室22のサンプルによる汚染に起因するノイズの除去と、セル室22の酸化に起因するノイズの除去との両方を効率的に行うことができる。
(5)本実施形態の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法は、洗浄ガスを検出セル20a内に保持または継続的に導入することにより、検出セル20aの酸化を防止する。これにより、非測定時における検出セル20aの酸化によるノイズの発生を抑制することができる。
(6)本実施形態の分析方法において、試料ガス導入口21から試料ガスSを導入し、切替導入口23からメイクアップガスを導入し、ベータ線により発生した電子を試料Sの成分が受け取ったことによる、コレクタ電極25を含む回路の電気的応答の変化の測定を行うことと、この測定が行われていないときに、上述の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法により検出セル20aを洗浄することと、を備える。これにより、検出セル20aのノイズを減少させた状態で精度よく分析を行うことができる。
(7)本実施形態の検出セル20aは、ベータ線を放射する放射線源24と、試料ガスSを導入する試料ガス導入口21と、コレクタ電極25と、洗浄ガスを導入する切替導入口23とを備える。これにより、検出セル20aに起因する電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
(8)本実施形態の検出セル20aは、メイクアップガスおよび洗浄ガスを切り替えて切替導入口23に導入する切替部230を備える。これにより、メイクアップガスおよび洗浄ガスのそれぞれに対して導入口を設ける必要が無く、検出セル20aの周囲の配管を複雑にせず、電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
(9)本実施形態の電子捕獲検出器100aおよび分析装置1は、上述の検出セルを備えるため、検出セル20aに起因する電子捕獲検出器100aのノイズを減少させることができる。
(10)本実施形態の検出セル20a、電子捕獲検出器100aおよび分析装置1は、洗浄ガスの漏れを検出するガス漏れ検出器を備える。これにより、洗浄ガスが引火性の高い水素等の場合、洗浄ガスの漏れを検知し事故を防ぐことができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。
(変形例)
上述の実施形態では、メイクアップガスと洗浄ガスを切替部230により切り替えて検出セル200aに導入する構成としたが、メイクアップガスと洗浄ガスとを検出セル20aにそれぞれ直接導入する導入口を設けてもよい。
図3は、上述した実施形態の変形例に係る電子捕獲検出器100bを示す図である。電子捕獲検出器100bの検出セル20bは、メイクアップガスをセル室22に導入するメイクアップガス導入口233と、洗浄ガスをセル室22に導入する洗浄ガス導入口とを備え、メイクアップガス導入口233と洗浄ガス導入口234とは異なる。これにより、検出セル20bに導入するガスの切替機構を必要とせず、電子捕獲検出器100bのノイズを減少させることができる。
本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
以下の実施例では、電子捕獲検出器を備えるガスクロマトグラフにおいて、上述の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法を行う前後でクロマトグラムを測定した結果が説明される。
なお、本発明は、以下の実施例に示された条件に限定されない。
ガスクロマトグラフィの条件
試料気化室:
キャリアガス:ヘリウム、気化室温度:120.0℃、制御モード:圧力モード、圧力:170.3kPa、全流量:65.2mL/分、カラム流量:2.96mL/分、線速度37.8cm/秒、パージ流量:3.0mL/分、スプリット比:20.0
分離カラム:
Rxi−624SilMS(島津ジーエルシー)、長さ:60.0m、内径:0.32mm ID、液相の膜厚:1.80μm、カラム温度:80.0℃、平衡時間:3.0分
カラム温度プログラム: (合計時間11.00分)
レート(℃/分) 温度(℃) ホールド時間(分)
− 80.0 0.00
10.0 120.0 7.00
電子捕獲検出器の条件
検出器温度:130.0℃、サンプリングレート:40ミリ秒、終了時間:11.00分、遅れ時間:0.00分、差分信号の検出器:なし、電流:0.10nA、メイクアップガス:窒素
洗浄の条件
電子捕獲検出器の温度:300℃、水素導入量:30mL/分、洗浄時間:18時間
図4(A)は実施例で取得された、洗浄前後のクロマトグラムを示す図である。ピークP1,P2,P3は、測定試料に含まれる既知の成分のピークを示し、ピークP4,P5は、ノイズにより生じたピークである。図4(B)は、ピークP3の面積が洗浄前後のクロマトグラムで一致するように規格化した、洗浄前後のクロマトグラムである。洗浄後のクロマトグラムでは、ノイズを原因としたピークが減少し、S/N比が上がっている。
1…分析装置、10…分離部、14…分離カラム、20a,20b…検出セル、21…試料ガス導入口、22…セル室、23…切替導入口、24…放射線源、25…コレクタ電極、27…ガス漏れ検出器、30…電気信号変換部、40…制御部、100a,100b…電子捕獲検出器、230…切替部、231…メイクアップガス流路、232…洗浄ガス流路、233…メイクアップガス導入口、234…洗浄ガス導入口。

Claims (12)

  1. 放射線を放射する線源と、試料ガスが導入される試料ガス導入口と、コレクタ電極とを備える、電子捕獲検出器の検出セルに、洗浄ガスを導入することを備える電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法。
  2. 請求項1に記載の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、
    前記洗浄ガスは、還元性を有するガスである、電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法。
  3. 請求項2に記載の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、
    前記洗浄ガスは、水素である、電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法。
  4. 請求項1から3までのいずれか一項に記載の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、
    前記洗浄ガスは、摂氏500度以下の温度に加熱された前記検出セルに導入される、電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか一項に記載の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法において、
    前記洗浄ガスを前記検出セル内に保持または継続的に導入することにより、前記検出セルの酸化を防止する、電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法。
  6. 電子捕獲検出器を備える分析装置により試料の分析を行う分析方法であって、
    前記電子捕獲検出器は、放射線を放射する線源と、試料ガスを導入する試料ガス導入口と、メイクアップガスを導入するメイクアップガス導入口と、コレクタ電極とを備える検出セルを備え、
    前記試料ガス導入口から前記試料ガスを導入し、前記メイクアップガス導入口から前記メイクアップガスを導入し、前記放射線により発生した電子を前記試料の成分が受け取ったことによる、前記コレクタ電極を含む回路の電気的応答の変化の測定を行うことと、
    前記測定が行われていないときに、請求項1から5までのいずれか一項に記載の電子捕獲検出器の検出セルの洗浄方法により前記検出セルを洗浄することと、を備える分析方法。
  7. 放射線を放射する線源と、試料ガスを導入する試料ガス導入口と、コレクタ電極と、洗浄ガスを導入する洗浄ガス導入口とを備える、電子捕獲検出器の検出セル。
  8. 請求項7に記載の電子捕獲検出器の検出セルにおいて、
    前記検出セルは、メイクアップガスを導入する、前記洗浄ガス導入口とは異なるメイクアップガス導入口とを備える、電子捕獲検出器の検出セル。
  9. 請求項7に記載の電子捕獲検出器の検出セルにおいて、
    前記検出セルは、メイクアップガスおよび前記洗浄ガスを切り替えて前記洗浄ガス導入口に導入する切替機構を備える、電子捕獲検出器の検出セル。
  10. 請求項7から9までのいずれか一項に記載の電子捕獲検出器の検出セルを備える電子捕獲検出器。
  11. 請求項10に記載の電子捕獲検出器において、
    前記洗浄ガスの漏れを検出する漏れ検出器を備える、電子捕獲検出器。
  12. 請求項10または11に記載の電子捕獲検出器を備える分析装置。
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