JP2020118616A - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】試料気化室内に残った試料成分が、プレカラムのバックフラッシュの際に分離カラムに導入されないようにする。【解決手段】ガスクロマトグラフ１は、試料を気化するための試料気化部１０、試料気化部１０に設けられたプレカラム１８、を有する試料気化デバイス２を備える。試料気化デバイス２には、第１流路２４、第２流路２６、切替弁２８、キャリアガス源２２が接続されている。切替弁２８によりキャリアガス源２２を第１流路２４に接続しているときは、キャリアガスを筐体８の内部で試料注入部１４から試料流出部２０へ向かう順方向に流し、切替弁２８によりキャリアガス源２２を第２流路２６に接続しているときは、キャリアガスを筐体８の内部で試料流出部２０から試料注入部１４へ向かう逆方向に流すように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスクロマトグラフに関するものである。

ガスクロマトグラフとして、試料中に含まれる高沸点成分を分離カラムの上段で除去して、低沸点成分のみを分離カラムへ導入して分析するプレカット分析が可能なガスクロマトグラフがある（特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているガスクロマトグラフは、試料気化室の内部にプレカラムが設けられており、試料気化室内に導入された試料のうちの低沸点成分のみを気化させてプレカラムを通過させ、高沸点成分をプレカラムによって捕捉するようになっている。プレカラムに捕捉された高沸点成分は、その後、試料気化室内の温度が上昇させられることよって気化され、分離カラムに導入されて分析れるか、又は、キャリアガスを試料気化室の出口側から逆流させるバックフラッシュが行われることによって試料気化室から排出される。

特開平１１−２１８５２７号公報

プレカット分析が可能な従来のガスクロマトグラフでは、バックフラッシュの際に流路中に残った試料成分が分離カラムに導入され、分析結果の再現性を悪化させることも考えられる。

そこで、本発明は、バックフラッシュの際に試料成分が分離カラムに導入されないようにすることを目的とするものである。

本発明に係るガスクロマトグラフは、筐体、前記筐体の内部に設けられ試料を気化するための試料気化部、前記筐体の内部に試料を注入するための試料注入部、前記試料注入部とは前記試料気化部を挟んで反対側に設けられ前記試料気化部で気化した試料を前記筐体から流出させるための試料流出部、及び前記試料気化部に設けられたプレカラム、を有する試料気化デバイスと、前記試料気化デバイスの前記試料流出部に流体的に接続され、前記試料気化デバイスから流出した試料を成分ごとに分離する分離カラムと、前記分離カラムの下流に流体的に接続され、前記分離カラムにおいて分離された試料成分を検出するための検出器と、前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通する第１流路と、前記プレカラムよりも前記試料流出部側で前記筐体の内部と流体連通する第２流路と、前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通するパージ流路と、前記パージ流路を流れるパージガス流量を制御するためのパージガス流量制御弁と、切替弁を介して前記第１流路及び前記第２流路と接続され、前記切替弁の切替えにより前記第１流路又は前記第２流路のいずれか一方と流体的に接続されるキャリアガス源と、前記キャリアガス源からのキャリアガス供給流量を制御するキャリアガス流量制御弁と、少なくとも前記切替弁、前記キャリアガス流量制御弁及び前記パージガス流量制御弁の動作を制御し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第１流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料注入部から前記試料流出部へ向かう順方向に流し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第２流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料流出部から前記試料注入部へ向かう逆方向に流すように構成されている制御部と、を備えている。

本発明のガスクロマトグラフによれば、キャリアガス源がプレカラムよりも試料注入部側で試料気化デバイスの筐体内と流体連通した第１流路、及びプレカラムよりも試料流出部側で試料気化デバイスの筐体内と流体連通した第２流路のいずれか一方と流体的に接続されるように切替弁によって切り替えられ、キャリアガス源を第１流路と接続することによってキャリアガスが試料気化デバイスの筐体内で順方向に流れる分析用の状態となり、キャリアガス源を第２流路と接続することによってキャリアガスが試料気化デバイスの筐体内で逆方向に流れるバックフラッシュ用の状態となる。分析用の状態では、試料を含むガスが第２流路を流れることはないので、第２流路に試料が残存することはなく、バックフラッシュの際に試料が分離カラムへ導入されることはない。

ガスクロマトグラフの一実施例の構成を示す概略構成図である。 同実施例の通常時におけるキャリアガスの流れを示す図である。 同実施例のバックフラッシュ時におけるキャリアガスの流れを示す図である。

以下、図面を参照しながら、ガスクロマトグラフの一実施例について説明する。

図１に示されているように、この実施例のガスクロマトグラフ１は、主として、試料気化デバイス２、分離カラム４、検出器６及び制御部４６を備えている。

試料気化デバイス２は、金属製の筐体８を備え、筐体８の内部にインサート１０（試料気化部）が設けられている。筐体８の内壁面とインサート１０の外周面との間にシールドリング１２が設けられており、筐体８内の流体のすべてがインサート１０の内側を流通するようになっている。

筐体８にはヒータ（図示は省略）が取り付けられており、インサート１０の内側が所定温度に加熱されるようになっている。筐体８の上部には、セプタム１６を介して筐体８の内部へ試料を注入するための試料注入口１４（試料注入部）が設けられている。試料注入口１４を通じて筐体８の内部に注入された試料は、インサート１０内において気化する。インサート１０内には、試料中の高沸点成分を捕捉するためのプレカラム１８が設けられている。

筐体８の下部には、インサート１０内で気化した試料を筐体８から流出させるための配管２０（試料流出部）が流体的に接続されている。配管２０は分離カラム４に通じており、配管２０を通じて分離カラム４に導かれた試料が成分ごとに分離され、分離カラム４の下流に接続された検出器６によって検出される。

筐体８内で気化した試料を分離カラム４へ導くためのキャリアガスを供給するキャリアガス源２２は、切替弁２８を介して第１流路２４及び第２流路２６と接続されている。第１流路２４は、筐体８の内部空間上部、すなわち、筐体８の内部空間のプレカラム１８よりも試料導入口１４側に通じている。第２流路２６は、筐体８の内部空間下部、すなわち、筐体８の内部空間のプレカラム１８よりも配管２０（試料流出部）側に通じている。第２流路２６に圧力センサ３４が設けられている。圧力センサ３４により分離カラム４の入口圧力が検出される。

切替弁２８は、キャリアガス源２２を第１流路２４及び第２流路２６のいずれか一方に流体的に接続するように切り替えられる。キャリアガス源２２と切替弁２８との間の流路上に流量制御弁３０（キャリアガス流量制御弁）が設けられており、キャリアガス源２２からのキャリアガス供給流量は流量制御弁３０によって調節される。

第１流路２４と第２流路２６との間を流体的に連通させるバイパス流路３２が設けられている。バイパス流路３２は、キャリアガス源２２が第１流路２４に接続されているときに、第１流路２４を流れるキャリアガスの一部を第２流路２６へ流し、キャリアガス源２２が第２流路２６に接続されているときに、第２流路２６を流れるキャリアガスの一部を第１流路へ流すためのものである。なお、バイパス流路３２は必須の要素ではない。ｓ

筐体８の内部空間上部、すなわち、筐体８の内部空間のプレカラム１８よりも試料導入口１４側に、パージ流路３６が流体的に接続されている。パージ流路３６には、流量制御弁３８（パージガス流量制御弁）及び圧力センサ４０が設けられている。

筐体８の内部空間下部、すなわち、筐体８の内部空間のプレカラム１８よりも配管２０（試料流出部）側に、スプリット流路４２が流体的に接続されている。スプリット流路４２には流量制御弁４４（スプリット流量制御弁）が設けられている。

制御部４６は、切替弁２８、流量制御弁３０、３８及び４４の動作制御を行なうように構成されている。制御部４６は、プログラムを格納する記憶装置及びその記憶装置に格納されたプログラムを実行する中央演算装置（ＣＰＵ）を搭載した電子回路の機能として実現することができる。制御部４６は、圧力センサ３４及び４０によって検出される圧力値、分離カラム４の温度といったパラメータを用いて、分離カラム４、パージ流路３６及びスプリット流路４２を流れる流量が所定流量となるように、流量制御弁３０、３８及び４４の動作を制御する。

ここで、通常時とバックフラッシュ時のキャリアガスの流れについて、図２及び図３を用いて説明する。

図２に示されているように、通常時は、切替弁２８によってキャリアガス源２２を第１流路２４へ接続する。キャリアガス源２２から供給されるキャリアガスの大部分は第１流路２４を通じて筐体８の内部空間上部に導入されるが、第１流路２４を流れるキャリアガスの一部はバイパス流路３２、第２流路２６を通じて筐体８の内部空間下部に導入される。

筐体８内では、キャリアガスがインサート１０の内側を、上部から下部へ向かう順方向、すなわち、試料注入口１４から配管２０へ向かう方向へ流れ、かつ、分離カラム４をキャリアガスが所定流量で流れるように、流量制御弁３８及び４４の開度が調節される。

例えば、キャリアガス源２２からのキャリアガス供給流量を５３ｍｌ／ｍｉｎとした場合、パージ流路３６を流れるキャリアガス流量が３ｍｌ／ｍｉｎ、スプリット流路４２を流れるキャリアガス流量が４９ｍｌ／ｍｉｎとなるように流量制御弁３８及び４４の開度を調節することで、キャリアガスをインサート１０の内側で順方向（上部から下部へ向かう方向）に流し、かつ、分離カラム４を流れるキャリアガスの流量を１ｍｌ／ｍｉｎとすることができる。

上記のように、キャリアガスがインサート１０の内側を順方向に流れ、かつ、分離カラム４をキャリアガスが所定流量で流れる状態にすることで、筐体２内に注入されて気化した試料成分を分離カラム４へ導入することができる。この状態において、筐体８内には、第２流路２６からもキャリアガスが導入されるため、筐体８内で気化した試料成分が第２流路２６側へ逆流することがない。

ここで、筐体８内に注入された試料のうち気化しない高沸点成分はプレカラム１８によって捕捉される。プレカラム１８に捕捉された高沸点成分は、以下に説明するバックフラッシュを実行することによって、筐体８の外部へパージ流路３６を通じて排出することができる。

図３に示されているように、バックフラッシュを実行する際は、プレカラム１８に捕捉されている高沸点成分の沸点よりも高い温度にまで筐体８内の温度を上昇させ、切替弁２８によってキャリアガス源２２を第２流路２６へ接続する。キャリアガス源２２から供給されるキャリアガスの大部分は第２流路２６を通じて筐体８の内部空間下部に導入されるが、第２流路２６を流れるキャリアガスの一部はバイパス流路３２、第１流路２４を通じて筐体８の内部空間上部に導入される。

筐体８内では、キャリアガスがインサート１０の内側を、下部から上部へ向かう逆方向、すなわち、配管２０から試料注入口１４へ向かう方向へ流れ、かつ、分離カラム４をキャリアガスが所定流量で流れるように、流量制御弁３８及び４４の開度が調節される。

例えば、キャリアガス源２２からのキャリアガス供給流量を５３ｍｌ／ｍｉｎとした場合、パージ流路３６を流れるキャリアガス流量が４９ｍｌ／ｍｉｎ、スプリット流路４２を流れるキャリアガス流量が３ｍｌ／ｍｉｎとなるように流量制御弁３８及び４４の開度を調節することで、キャリアガスをインサート１０の内側で逆方向（下部から上部へ向かう方向）に流し、かつ、分離カラム４を流れるキャリアガスの流量を１ｍｌ／ｍｉｎとすることができる。

上記のように、プレカラム１８に捕捉されている高沸点成分の沸点よりも高い温度にまで筐体８内の温度を上昇させ、かつ、インサート１０の内側をキャリアガスが逆方向に流れるようにすることで、プレカラム１８に捕捉された高沸点成分を筐体８の外部へパージ流路３６を通じて排出することができる。このとき、分離カラム４を流れるキャリアガスの流量が通常時と同じ流量となるように調節することで、検出器６で得られる信号のベースラインを安定させることができる。この状態において、筐体８内には、第１流路２４からもキャリアガスが導入されるため、プレカラム１８に捕捉されていた高沸点成分が第１流路へ逆流することがない。

上記実施例の構成によれば、通常時に、試料気化デバイス２の筐体８内で気化した試料成分は第２流路２６内に入り込むことがなく、第２流路２６内に試料成分が残存することはあり得ない。そして、バックフラッシュの実行時に分離カラム４に導入されるキャリアガスは、第２流路２６を通じて筐体８内に導入されたキャリアガスの一部であるので、バックフラッシュの実行時に分離カラム４に試料成分が導入されることがない。

本発明に係るガスクロマトグラフの実施形態では、筐体、前記筐体の内部に設けられ試料を気化するための試料気化部、前記筐体の内部に試料を注入するための試料注入部、前記試料注入部とは前記試料気化部を挟んで反対側に設けられ前記試料気化部で気化した試料を前記筐体から流出させるための試料流出部、及び前記試料気化部に設けられたプレカラム、を有する試料気化デバイスと、前記試料気化デバイスの前記試料流出部に流体的に接続され、前記試料気化デバイスから流出した試料を成分ごとに分離する分離カラムと、前記分離カラムの下流に流体的に接続され、前記分離カラムにおいて分離された試料成分を検出するための検出器と、前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通する第１流路と、前記プレカラムよりも前記試料流出部側で前記筐体の内部と流体連通する第２流路と、前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通するパージ流路と、前記パージ流路を流れるパージガス流量を制御するためのパージガス流量制御弁と、切替弁を介して前記第１流路及び前記第２流路と接続され、前記切替弁の切替えにより前記第１流路又は前記第２流路のいずれか一方と流体的に接続されるキャリアガス源と、前記キャリアガス源からのキャリアガス供給流量を制御するキャリアガス流量制御弁と、少なくとも前記切替弁、前記キャリアガス流量制御弁及び前記パージガス流量制御弁の動作を制御し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第１流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料注入部から前記試料流出部へ向かう順方向に流し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第２流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料流出部から前記試料注入部へ向かう逆方向に流すように構成されている制御部と、を備えている。

上記実施形態の第１態様では、前記プレカラムよりも前記試料流出部側で前記筐体の内部と流体連通するスプリット流路と、前記スプリット流路を流れるガスの流量を制御するためのスプリット流量制御弁と、を備え、前記制御部は、前記キャリアガス流量制御弁、前記パージ流量制御弁及び前記スプリット流量制御弁の動作を制御して、前記キャリアガス源を前記第１流路に接続しているとき、及び前記キャリアガス源を前記第２流路に接続しているときの両方において前記分離カラムでキャリアガスを所定流量で流すように構成されている。このような態様により、前記筐体の内部においてキャリアガスを順方向に流す通常時と、前記筐体の内部においてキャリアガスを逆方向に流すバックフラッシュ時の両方において、前記分離カラムを流れるキャリアガスの流量を一定にすることができ、前記検出器の検出信号のベースラインを安定させることができる。

上記実施形態の第２態様では、前記第１流路と前記第２流路との間を流体連通させ、前記キャリアガス源が前記第１流路に接続されているときに前記第１流路を流れるキャリアガスの一部を前記第２流路へ流し、前記キャリアガス源が前記第２流路に接続されているときに前記第２流路を流れるキャリアガスの一部を前記第１流路へ流すためのバイパス流路を備えている。このような態様により、通常時には、試料成分を含むガスが前記第２流路へ流入することが防止され、バックフラッシュ時には、試料成分を含むガスが前記第１流路へ流入することが防止される。これにより、試料成分を含むガスが、意図しないタイミングで前記分離カラムへ導入されることが防止され、分析の再現性の向上が図られる。

１ ガスクロマトグラフ
２ 試料気化デバイス
４ 分離カラム
６ 検出器
８ 筐体
１０ インサート（試料気化部）
１２ シールドリング
１４ 試料注入口
１６ セプタム
１８ プレカラム
２０ 配管（試料流出部）
２２ キャリアガス源
２４ 第１流路
２６ 第２流路
２８ 切替弁
３０，３８，４４ 流量制御弁
３２ バイパス流路
３４，４０ 圧力センサ
３６ パージ流路
４２ スプリット流路
４６ 制御部

Claims (3)

1. 筐体、前記筐体の内部に設けられ試料を気化するための試料気化部、前記筐体の内部に試料を注入するための試料注入部、前記試料注入部とは前記試料気化部を挟んで反対側に設けられ前記試料気化部で気化した試料を前記筐体から流出させるための試料流出部、及び前記試料気化部に設けられたプレカラム、を有する試料気化デバイスと、
   前記試料気化デバイスの前記試料流出部に流体的に接続され、前記試料気化デバイスから流出した試料を成分ごとに分離する分離カラムと、
   前記分離カラムの下流に流体的に接続され、前記分離カラムにおいて分離された試料成分を検出するための検出器と、
   前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通する第１流路と、
   前記プレカラムよりも前記試料流出部側で前記筐体の内部と流体連通する第２流路と、
   前記プレカラムよりも前記試料注入部側で前記筐体の内部と流体連通するパージ流路と、
   前記パージ流路を流れるパージガス流量を制御するためのパージガス流量制御弁と、
   切替弁を介して前記第１流路及び前記第２流路と接続され、前記切替弁の切替えにより前記第１流路又は前記第２流路のいずれか一方と流体的に接続されるキャリアガス源と、
   前記キャリアガス源からのキャリアガス供給流量を制御するキャリアガス流量制御弁と、
   少なくとも前記切替弁、前記キャリアガス流量制御弁及び前記パージガス流量制御弁の動作を制御し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第１流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料注入部から前記試料流出部へ向かう順方向に流し、前記切替弁により前記キャリアガス源を前記第２流路に接続しているときは、前記キャリアガスを前記筐体の内部で前記試料流出部から前記試料注入部へ向かう逆方向に流すように構成されている制御部と、を備えたガスクロマトグラフ。
2. 前記プレカラムよりも前記試料流出部側で前記筐体の内部と流体連通するスプリット流路と、
   前記スプリット流路を流れるガスの流量を制御するためのスプリット流量制御弁と、を備え、
   前記制御部は、前記キャリアガス流量制御弁、前記パージ流量制御弁及び前記スプリット流量制御弁の動作を制御して、前記キャリアガス源を前記第１流路に接続しているとき、及び前記キャリアガス源を前記第２流路に接続しているときの両方において前記分離カラムでキャリアガスを所定流量で流すように構成されている、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
3. 前記第１流路と前記第２流路との間を流体連通させ、前記キャリアガス源が前記第１流路に接続されているときに前記第１流路を流れるキャリアガスの一部を前記第２流路へ流し、前記キャリアガス源が前記第２流路に接続されているときに前記第２流路を流れるキャリアガスの一部を前記第１流路へ流すためのバイパス流路を備えている、請求項１又は２に記載のガスクロマトグラフ。

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