JP2020125963A - ガスクロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスクロマトグラフ装置を小型化する。【解決手段】充填カラム１は、温度が制御されていないために温度が変化する雰囲気である大気中に配置されている。ガスクロマトグラフ装置は、充填カラム２の温度を調節して充填カラム２の温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置を有していない。ガスクロマトグラフ装置は、大気の温度の変化に応じて充填カラム２の温度が変化することを許容しつつ、ガスセンサが検出対象のガス成分を検出する。【選択図】図１０

Description

技術分野は、ガスクロマトグラフ装置に関する。

ガスクロマトグラフィーでは、分離カラムの中でキャリアガスによってサンプルガスを移動させ、サンプルガスから検出対象のガス成分を分離カラムにより分離して検出する。このようなガスクロマトグラフィーを実施するには、実験室内に設置され、ガスボンベからキャリアガスを供給したり、分離カラムの温度を恒温槽またはヒータなどで温度調節したりするガスクロマトグラフ装置が用いられることが多い。このような大掛かりなガスクロマトグラフ装置では、サンプルガスを採取する場所にガスクロマトグラフ装置を運ぶことが難しい。
例えば、特許文献１（特開２０１０−１０１６８４号公報）に記載されている簡易ガスクロマトグラフ分析装置は、小型、軽量で可搬性を備えている。特許文献１に開示されているような携帯型の簡易ガスクロマトグラフ分析装置を用いれば、上述のような問題が解決される。

特開２０１０−１０１６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている簡易ガスクロマトグラフ分析装置は、大きな分離カラムを装着するように構成されている。特許文献１の簡易ガスクロマトグラフ分析装置の外側に円形に巻かれて装着されるキャピラリチューブは、大きく且つ不安定である。従って、特許文献１の簡易ガスクロマトグラフ分析装置は、十分に小型化できているとは言い難く、装置の小型化において改善の余地を残している。

以上説明したように、ガスクロマトグラフ装置には、装置を小型化するという課題がある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
第１見地に係るガスクロマトグラフ装置は、温度が制御されていないために温度が変化する雰囲気中に配置され、キャリアガスにより移動させられるサンプルガスから検出対象のガス成分を分離する固定相を構成するための充填剤が充填された充填カラムと、充填カラムで分離される検出対象のガス成分を検出するためのガスセンサとを備え、充填カラムの温度を調節して充填カラムの温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置を有さず、雰囲気の温度の変化に応じて充填カラムの温度が変化することを許容しつつ、ガスセンサが検出対象のガス成分を検出する。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置は、充填カラムの温度を調節して充填カラムの温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置を有さないことから、例えば、周囲にヒータが巻き付けられ且つヒータの上に保温材が巻き付けられていた充填カラムを備える従来のガスクロマトグラフ装置と比較すると、ヒータ及び保温材などの温度調節装置を省いた分だけ小型化を図れている。

上述のガスクロマトグラフ装置は、充填カラムとガスセンサを収納するケーシングをさらに備え、充填カラムは、サンプルガスの入る始端からサンプルガスの出る終端までの長さが１５ｃｍ以下の管を有し、充填剤を管に充填することにより構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置は、短い管を用いることで、ケーシングの大きさを、従来のガスクロマトグラフ装置の大きさに比べて、著しく小さくしている。

上述のガスクロマトグラフ装置は、充填カラムの終端に接続され、ガスセンサが固定されているセンサボックスをさらに備え、センサボックスは、充填カラムの終端から延びていて壁面がフッ素樹脂からなる貫通穴を有し、貫通穴の内壁から貫通穴の中心軸に向って感ガス体を突出させてガスセンサを固定するように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置では、貫通穴の内壁から貫通穴の中心軸に向って感ガス体を突出させてガスセンサを固定するセンサボックスが、充填カラムの中心軸方向に沿って延びる長さを短くし易いものとしている。

上述のガスクロマトグラフ装置は、充填カラムにキャリアガス及びサンプルガスを送るエアポンプをさらに備え、エアポンプは、ガスセンサが検出対象のガス成分を検出するときに、５００ｍＬ／分以下で且つ５ｍＬ／分よりも大きい流量でキャリアガス及びサンプルガスを送るように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置では、流量の小さなエアポンプが、流路の小型化を促し、ガスクロマトグラフ装置を小型化し易いものとしている。

上述のガスクロマトグラフ装置は、エアポンプにより送られるキャリアガスの圧力を調整する圧力調整弁と、充填カラムに送られるキャリアガスの流量を調節するニードルバルブと、充填カラムに送られるキャリアガスの流量を検知する流量センサと、充填カラム、ガスセンサ、エアポンプ、圧力調整弁、ニードルバルブ及び流量センサが搭載されているシャーシとをさらに備え、シャーシが、着脱可能にケーシングの中に収納されるように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置では、充填カラム、ガスセンサ、エアポンプ、圧力調整弁、ニードルバルブ及び流量センサの搭載されているシャーシがケーシングに対して着脱可能であることにより、シャーシがガスクロマトグラフ装置の製造及びメンテナンスを容易にする。

上述のガスクロマトグラフ装置は、エアポンプが充填カラムにキャリアガス及びサンプルガスを送る経路にバッファタンクを有しないよう構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置では、バッファタンクを有しない分だけ、バッファタンクを有していた従来のガスクロマトグラフ装置と比べると小型化が容易になる。

上述のガスクロマトグラフ装置では、ケーシングが、キャリアガスを濾過するエアクリーナをケーシングの外側に取付けるアタッチメントを有するように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置では、エアクリーナをケーシング外側に取付けることで装置の小型化が容易になり、さらに装置の小型化に伴うエアクリーナのメンテナンスの難化を緩和することができる。

上述のガスクロマトグラフ装置では、キャリアガスが、雰囲気であり、充填カラムが、雰囲気により移動させられるサンプルガスから検出対象のガス成分を分離するように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置は、雰囲気をキャリアガスとすることで、例えばキャリアガスの容器を省き、小型になる。

上述のガスクロマトグラフ装置は、ガスセンサに接続されている制御基板をさらに備え、充填カラムから１０ｃｍ以下から直接接触するまでの位置に制御基板を配置するように構成されることが好ましい。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置は、充填カラムと制御基板の間の距離を短くすることで小型になる。

上述のガスクロマトグラフ装置は、装置の小型化を図ることができる。

実施形態に係るガスクロマトグラフ装置の構成の概要を示すブロック図。 実施形態に係るガスクロマトグラフ装置の外観を示す斜視図。 実施形態に係るガスクロマトグラフ装置の外観を示す斜視図。 上ケースを取り外したガスクロマトグラフ装置の斜視図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す正面図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す上面図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す下面図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す右側面図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す左側面図。 シャーシ及びシャーシに搭載されている部品を示す斜視図。 充填カラムとその周辺の構成を示す斜視図。 充填カラムとその周辺の構成を示す断面図。 エアクリーナの取付け方法の一例を説明するためのガスクロマトグラフ装置の斜視図。 従来のガスセンサの固定方法を説明するための従来の分離カラムの一部及びその周辺を示す断面図。 バッファタンクを有する従来のガスクロマトグラフ装置の流路の一部を示すブロック図。

（１）ガスクロマトグラフ装置の全体構成
図１には、ガスクロマトグラフ装置１の全体の構成が示されている。ガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２と、ガスセンサ３と、エアポンプ４と、圧力調整弁５と、分岐管６と、インラインフィルタ７と、ニードルバルブ８と、流量センサ９と、エアクリーナ１０と、吸気口１１と、排気口１２と、コントローラ１５とを備えている。
ここで、充填カラム２とは、検出対象のガス成分についての固定相を含浸若しくは塗布した担体、または検出対象のガス成分についての吸着力を持つ固体を管に充填した分離カラムである。ここでいう担体及び固体が、充填剤２ａ（図１２参照）である。
ガスクロマトグラフ装置１のガスの経路は、分岐管６によって分かれる。第１の経路は、エアクリーナ１０から始まり、吸気口１１、エアポンプ４、分岐管６、インラインフィルタ７、ニードルバルブ８、流量センサ９、充填カラム２及びガスセンサ３を順に経て、排気口１２で終わる。第２の経路は、エアクリーナ１０から始まり、吸気口１１、エアポンプ４及び分岐管６を順に経て、圧力調整弁５で終わる。エアクリーナ１０は、検出対象のガス成分以外の成分及び塵埃を除去することができるように構成されている。

ガスクロマトグラフ装置１が検出を行っているときには、第１の経路及び第２の経路の両方にガスが流れる。第２の経路をガスが流れることにより、圧力調整弁５が、第１の経路に流れるガスの圧力を調整することができる。ガスクロマトグラフ装置１のユーザは、例えば、圧力調整弁５を手動で調節する。
ガスクロマトグラフ装置１では、コントローラ１５が、検出対象のガス成分を検出する動作を制御する。コントローラ１５は、エアポンプ４と、流量センサ９と、ガスセンサ３とに接続されている。コントローラ１５は、エアポンプ４のオンオフを制御する。コントローラ１５は、流量センサ９が検知した流量に関するデータを受信する。また、コントローラ１５は、ガスセンサ３が検知したガス成分に関するデータを受信する。

（２）ガスクロマトグラフ装置の外観
図２及び図３には、ガスクロマトグラフ装置１の外観が示されている。ガスクロマトグラフ装置１は、ケーシング３０を備えている。ケーシング３０は、下ケース３１と、上ケース３２と、バッテリーボックス３３と、スライドカバー３４と、ショルダーベルト３５とを含んでいる。
ケーシング３０の下ケース３１と上ケース３２からなる中空の箱体は、実質的に、直方体である。下ケース３１と上ケース３２からなる箱体は、例えば、第１方向の長さＬ１が１００ｍｍ〜１５０ｍｍ、第２方向の長さＬ２が１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ、第３方向の長さＬ３が５０ｍｍ〜１００ｍｍである。ケーシング３０を含むガスクロマトグラフ装置１の全体の重さが、例えば、１ｋｇ〜２ｋｇである。なお、この全体の重さは、電池などのバッテリーを含まない重さである。例えば、ケーシング３０は、Ｌ１≦１５０、Ｌ２≦２５０、Ｌ３≦１００とすることで４×１０^６ｍｍ^３より小さくなり、出願時点でＮＩＳＳＨＡエフアイエス株式会社の販売しているガスクロマトグラフ装置の備える１３５ｍｍ×２６０ｍｍ×３４０ｍｍの最小のケーシングに比べて体積が３分の１より小さくなる。ガスクロマトグラフ装置１は、例えば、全体の重さ≦２ｋｇとすることで、出願時点でＮＩＳＳＨＡエフアイエス株式会社の販売している最軽量の５．５ｋｇのガスクロマトグラフ装置に比べて全体の重さが２分の１より小さくなる。

ガスクロマトグラフ装置１は、電源スイッチ４１と、インジケータ４２と、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）端子４３と、ＤＣジャック４４とを備えている。これら、電源スイッチ４１と、インジケータ４２と、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）端子４３と、ＤＣジャック４４とが、ケーシング３０に取り付けられている。電源スイッチ４１は、ガスクロマトグラフ装置１を起動させるスイッチである。インジケータ４２は、例えば、電源が入ったことを示す出力ランプ４２Ｐと、検出準備が整ったことを示す準備ランプ４２Ｒと、エラーの発生を示すエラーランプ４２Ｅとを含んでいる。インジケータ４２は、コントローラ１５に接続されている。コントローラ１５は、出力ランプ４２Ｐと準備ランプ４２Ｒとエラーランプ４２Ｅの点灯と非点灯とを切り替える。ＵＳＢ端子４３は、コントローラ１５に接続されている。コントローラ１５は、ＵＳＢ端子４３を介してデータの送受信を行うことができる。ＤＣジャック４４には、直流電源を接続することができる。ＤＣジャック４４に接続された直流電源からガスクロマトグラフ装置１へ電力が供給される。ＤＣジャック４４に直流電源が接続されているときには、バッテリーボックス３３に入っている電池（例えば、単三形乾電池４本）からガスクロマトグラフ装置１への電力の供給が遮断される。ＤＣジャック４４に直流電源が接続されていないときには、バッテリーボックス３３に入っている電池からガスクロマトグラフ装置１へ電力が供給される。
下ケース３１には、ガス注入用開口３６とつまみ用開口３７とが形成されている。ガス注入用開口３６は、後述するサンプルガス注入機構２２（図１１参照）を露出させるための開口である。つまみ用開口３７は、流量調整つまみ８ｋを露出させるための開口である。スライドカバー３４が開かれた状態では、ガス注入用開口３６とつまみ用開口３７が露出する。図２及び図３には、スライドカバー３４が開かれた状態が示されている。スライドカバー３４が閉じられた状態では、ガス注入用開口３６とつまみ用開口３７がスライドカバー３４で覆われる。
下ケース３１には、吸気口継手１１ａと、排気口継手１２ａとが取り付けられている。吸気口継手１１ａは、エアクリーナ１０に接続される継手である。排気口継手１２ａは、例えば排気用のチューブ９１に接続される継手である。

（３）ガスクロマトグラフ装置のケーシング内部の構成
図４には、上ケース３２を取り外されたガスクロマトグラフ装置１が示されている。なお、図４においては、各構成要素を見やすくするために、配線及び流路を形成するためのチューブが省略されている。上ケース３２が取り外されることで、コントローラ１５の制御基板１５ａが露出する。図４には、下ケース３１の中に収納されているエアポンプ４、圧力調整弁５及びニードルバルブ８が記載されている。
図４に示されている制御基板１５ａ、エアポンプ４、圧力調整弁５及びニードルバルブ８等が、図５から図１０に示されているように、１つのシャーシ５０に搭載されている。図５は、シャーシ５０とシャーシ５０に搭載されている部品を上ケース３２の側から見た正面図である。図５を正面図とすると、図６がその上面図になり、図７がその下面図になる。図５を正面図とすると、図８がその右側面図になり、図９がその左側面図になる。図１０には、図５を正面図としたときに、制御基板１５ａを取り外して、正面から見た状態が示されている。この図１０には、経路形成のためのチューブ９１〜９８が記載されている。
制御基板１５ａは、シャーシ５０に支持棒５１で支持された状態で、ネジ５２で支持棒５１に固定されている。支持棒５１の長さは、例えば、５０ｍｍ〜６０ｍｍである。従って、制御基板１５ａとシャーシ５０との間には空間ＳＰ１が形成されている。この空間ＳＰ１に、充填カラム２、センサボックス２１、インラインフィルタ７及び流量センサ９が配置されている。制御基板１５ａとシャーシ５０との間に、充填カラム２、分岐管６、インラインフィルタ７及び流量センサ９が稠密に配置され、ケーシング３０の中の空間が有効に活用されて、ガスクロマトグラフ装置１の小型化が図られている。センサボックス２１には、ガスセンサ３が取り付けられている。

シャーシ５０に、制御基板１５ａ、エアポンプ４、圧力調整弁５、インラインフィルタ７、ニードルバルブ８、流量センサ９、センサボックス２１及び充填カラム２が、直接にまたは金具及び支持棒５１を介して間接的に固定される。言い換えると、シャーシ５０がケーシング３０の下ケース３１から取り出されると、シャーシ５０と一緒に制御基板１５ａ、エアポンプ４、圧力調整弁５、インラインフィルタ７、ニードルバルブ８、流量センサ９、センサボックス２１及び充填カラム２が取り出されるということである。ガスクロマトグラフ装置１が小型化すればするほど、製造時及びメンテナンス時に、下ケース３１の中に手指を入れるなどして下ケース３１の中のインラインフィルタ７などの部品を手指で取り扱うことが難しくなる。それに対して、シャーシ５０ごと下ケース３１と一緒にインラインフィルタ７などの部品を取り出し、図４から図１０に示されている状態にして手指で取り扱うと、部品の取り扱いが容易になる。また、図４から図１０を見ると分かるように、ガスクロマトグラフ装置１には、バッファタンクが設けられていない。ガスクロマトグラフ装置１は、バッファタンクを省いたことで、従来に比べて大幅な小型化が可能となっている。

制御基板１５ａには、コントローラ１５を構成するために、集積回路（図示せず）及び半導体素子（図示せず）が実装されている。集積回路には、例えば、ＣＰＵ及びメモリが含まれる。このような制御基板１５ａは、近傍で発生する熱及び電磁波によって動作が不安定になる場合がある。ところで、従来のガスクロマトグラフ装置では、大気の温度変化による不具合を避けるため、充填カラムに取り付けられているヒータなどの温度調節装置、または充填カラムを恒温槽などの温度調節装置の環境下に置いていた。このような温度調節装置からの影響を避けるため、従来のガスクロマトグラフ装置では、温度調節装置から制御基板まで比較的長い距離、例えば十数ｃｍ以上の距離が設けられていた。このような従来のガスクロマトグラフ装置に対して、本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２の温度を調節して充填カラム２の温度を所定の範囲で維持するためのヒータなどの温度調節装置を有していない。実施形態のガスクロマトグラフ装置１では、雰囲気の温度の変化に応じて充填カラム２の温度が変化することを許容しつつ、ガスセンサ３が検出対象のガス成分を検出する。雰囲気は、ガスクロマトグラフ装置１を取りまく気体であり、例えば大気である。ガスクロマトグラフ装置１は、ヒータなどの温度調節装置を有さず、且つ保温材も有していない。ヒータ及び保温材を有しないことで、ガスクロマトグラフ装置１がいっそう小型化される。なお、充填カラム２の温度を測定するための温度センサ（図示せず）を備えてもよい。充填カラム２の温度変化によって充填カラム２による検知対象のガス成分の分離状況が変化する。温度センサとしては、例えばサーミスタがある。充填カラム２の温度に関するデータは、コントローラ１５に送信される。コントローラ１５は、充填カラム２の温度によってガス成分の検出結果を補正することにより、ガス成分の検出精度を向上させることができる。
ガスクロマトグラフ装置１は、ヒータなどの温度調節装置を有していないことから、充填カラム２の近傍が熱及び電磁波の発生源にならない。ガスクロマトグラフ装置１は、このような充填カラム２と制御基板１５ａとの間の距離Ｒ１を１０ｃｍ以下に設定できる。ガスクロマトグラフ装置１は、小型化を図るには距離Ｒ１を５ｃｍ以下に設定するのが好ましく、充填カラム２と制御基板１５ａとの間の絶縁が確保できていれば、充填カラム２を制御基板１５ａに接触させて配置することも可能である。例えば、制御基板１５ａは、マイクロボルトオーダーのセンサ信号を処理するため、制御基板１５ａの近傍で発生するノイズを減らすことが好ましい。

（４）ガスクロマトグラフ装置の詳細構成
（４−１）充填カラム２及びその周辺の構成
図１１には、充填カラム２と、ガスセンサ３と、センサボックス２１と、サンプルガス注入機構２２とが示されている。図１２には、充填カラム２、ガスセンサ３、センサボックス２１及びサンプルガス注入機構２２の断面が示されている。図１では記載を省略されているが、充填カラム２と流量センサ９の間に、サンプルガスを注入するためのサンプルガス注入機構２２が設けられている。
充填カラム２とガスセンサ３とセンサボックス２１とサンプルガス注入機構２２とは、接続されて一体化されている。この一体化された充填カラム２とガスセンサ３とセンサボックス２１とサンプルガス注入機構２２とが、金具５３によりシャーシ５０に固定されている。
充填カラム２の始端２ｓには、サンプルガス注入機構２２が取り付けられている。サンプルガス注入機構２２は、サンプルガスを注入しない状態では、バネ２２ｂで付勢された蓋部材２２ａがサンプルガス注入機構２２の入口を塞いでいる。蓋部材２２ａ及びバネ２２ｂが取り付けられている機構本体２２ｃは、第１通路２２ｄ、第２通路２２ｅ及び第３通路２２ｆを有している。機構本体２２ｃは、樹脂製である。機構本体２２ｃを構成する樹脂は、例えばフッ素樹脂である。機構本体２２ｃに用いられるフッ素樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンである。第１通路２２ｄと第２通路２２ｅと第３通路２２ｆは、繋がっている。第１通路２２ｄは、充填カラム２の始端２ｓに繋がっている。第２通路２２ｅは、流量センサ９から流れてくるガスを第１通路２２ｄに導く通路である。第２通路２２ｅには、継手２２ｇが取り付けられている。第３通路２２ｆは、サンプルガス注入機構２２の入口から第１通路２２ｄにサンプルガスを導く通路である。

充填カラム２は、樹脂製管２ｂを有している。樹脂製管２ｂを構成する樹脂は、例えばフッ素樹脂である。樹脂製管２ｂに用いられるフッ素樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンである。充填カラム２の樹脂製管２ｂは、例えば、直管である。また、樹脂製管２ｂの断面形状は、例えば円形である。樹脂製管２ｂの通路の断面積は、例えば、５ｍｍ^２〜５０ｍｍ^２に設定されている。樹脂製管２ｂの通路のこの断面積は、管軸方向に対して直交する方向の断面積である。充填カラム２の始端２ｓから終端２ｅまでの長さは、１５ｃｍ以下１ｃｍ以上に設定でき、例えば８ｃｍ以下４ｃｍ以上の範囲の選択された長さに設定するのが好ましい。充填カラム２は、小型化のためには長さを短くする方が好ましいが、ガスクロマトグラフィーの分解能を確保するには長さを長くする方が好ましい。充填カラム２の容積は、例えば、０．０５ｍＬ（ミリリットル）〜８ｍＬであることが好ましい。充填カラム２の容積は、充填カラム２の始端２ｓから終端２ｅまでの容積である。充填カラム２の容積を小さくすることで、エアポンプ４を小型化できてガスクロマトグラフ装置１を小型化し易くなり、またバッファタンクを流路中に設けなくても、搬送されるガスの圧力変化を抑制し易くなる。充填カラム２の始端２ｓと終端２ｅの間には、充填剤２ａが充填されている。

充填カラム２の終端２ｅには、センサボックス２１が接続されている。センサボックス２１は、充填カラム２を通過してきたガスを導くための貫通穴２１ａを有している。この貫通穴２１ａは、充填カラム２の終端２ｅから延びていて壁面がフッ素樹脂からなる。貫通穴２１ａの壁面に用いられるフッ素樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンである。このような貫通穴２１ａは、センサボックス２１にフッ素樹脂からなる部材を用いて、切削加工によりフッ素樹脂からなる部材に貫通穴２１ａを開けることによって容易に形成することができる。
ガスセンサ３は、センサボックス２１に固定されている。ガスセンサ３が有する感ガス体３ａは、貫通穴２１ａの壁面から貫通穴２１ａの中心軸に向って突出している。感ガス体３ａは、検出対象のガス成分を感知する部分である。貫通穴２１ａの壁面から中心軸に向って感ガス体３ａを突出させるセンサボックス２１は、感ガス体３ａを貫通穴２１ａの延びる方向に挿入する場合に比べて、貫通穴２１ａの延びる方向のセンサボックス２１の長さを短くすることができる。充填カラム２に接続されている部分の反対側には、貫通穴２１ａに嵌め込まれた継手２１ｂが配置されている。この継手２１ｂは、例えば樹脂製のチューブ９１で、排気口継手１２ａに接続される。

（４−２）エアポンプ４
図１０に示されているように、エアポンプ４の吸入口４ａは、チューブ９２により、吸気口継手１１ａに接続されている。エアポンプ４の吐出口４ｂは、チューブ９３により、分岐管６の流入口６ａに接続されている。エアポンプ４の流量は、例えば、５ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分である。また、エアポンプ４の重さは、例えば、５ｇ〜５０ｇである。エアポンプ４の形式は、例えば、ダイヤフラム型である。
（４−３）圧力調整弁５
圧力調整弁５の弁入口５ａは、チューブ９４によって、分岐管６の第１流出口６ｂに接続されている。圧力調整弁５の弁出口５ｂは、ケーシング３０の中に開口している。言い換えると、圧力調整弁５からケーシング３０の中にキャリアガスが出るということである。圧力調整弁５は、充填カラム２に送られるガスの圧力を、予め定められた圧力に保つ役割を果たす。
（４−４）インラインフィルタ７
インラインフィルタ７の入口７ａは、分岐管６の第２流出口６ｃに接続されている。インラインフィルタ７では、インラインフィルタ７の上流から流れてきた異物が取り除かれる。言い換えると、インラインフィルタ７は、下流のニードルバルブ８、流量センサ９、充填カラム２及びガスセンサ３を異物などの汚染から防ぐ役割を果たす。

（４−５）ニードルバルブ８
ニードルバルブ８のバルブ入口８ａは、チューブ９５によって、インラインフィルタ７の出口７ｂに接続されている。ニードルバルブ８は、充填カラム２を流れるガスの流量を一定に保つ機能を有している。ニードルバルブ８が流すガスの流量は、流量調整つまみ８ｋを回転させることにより、調整することができる。
（４−６）流量センサ９
流量センサ９のセンサ入口９ａは、チューブ９６によって、ニードルバルブ８のバルブ出口８ｂに接続されている。流量センサ９は、充填カラム２を流れるガスの流量を検出する。流量センサ９は、検出した流量に関するデータをコントローラ１５に送信する。流量センサ９のセンサ出口９ｂは、チューブ９７によって、継手２２ｇを介してサンプルガス注入機構２２に接続されている。
（４−７）ガスセンサ３
ガスセンサ３として、例えば、半導体ガスセンサを用いることができる。ガスセンサ３が有する感ガス体３ａは、充填カラム２で分離される検出対象のガス成分を検出する。感ガス体３ａの検出結果は、ガスセンサ３からコントローラ１５に送信される。

（４−８）エアクリーナ１０
エアクリーナ１０は、図１３に示されているように、ケーシング３０の外に取り付けられる。エアクリーナ１０の出口１０ａは、チューブ９８によって、吸気口継手１１ａに接続されている。エアクリーナ１０の入口は、図示を省略しているが、出口１０ａの反対側に位置している。エアクリーナ１０には、検出対象のガス成分以外の成分を吸着する吸着剤が詰められている。また、エアクリーナ１０は、塵埃をフィルタリングするためのフィルタを有している。
エアクリーナ１０は、例えば、ショルダーベルト３５に取り付けられる。ここでは、ショルダーベルト３５が、エアクリーナ１０を取り付けるためのアタッチメント３８を有している。なお、アタッチメント３８は、ショルダーベルト３５以外に取り付けられていてもよく、例えば、下ケース３１に取り付けられてもよい。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態では、雰囲気が大気である場合を例に挙げて説明した。しかし、雰囲気は大気に限られるものではない。例えば、空気よりも窒素ガスが多い雰囲気であってもよい。例えば、吸気口継手１１ａに窒素ガスが多い雰囲気の入ったバルーンを取り付けて検出を行ってもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、ガスセンサに半導体ガスセンサを用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、ガスセンサは、半導体学センサに限られるものではない。ガスクロマトグラフ装置１に用いることのできるガスセンサとしては、例えば、接触燃焼式ガスセンサ、弾性表面波（ＳＡＷ）ガスセンサ及び電気化学式ガスセンサがある。
（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、ケーシング３０がショルダーベルト３５を含む場合を例に挙げて説明した。しかし、ケーシング３０を持ち運ぶ際に、ケーシング３０を持ちやすくする部材は、ショルダーベルト３５には限られない。例えば、ショルダーベルト３５の代わりにまたはショルダーベルト３５とともに、ケーシング３０がハンドグリップを含んでもよい。
（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、排気口継手１２ａに何も接続せずに、大気に排気する場合について説明した。しかし、排気口継手１２ａにガスを回収するためのエアバッグを接続してもよい。
（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、充填カラム２が樹脂製管２ｂを有する場合を例に挙げて説明した。しかし、充填カラム２が有する管は、樹脂製管２ｂには限られない。充填カラム２が有する管には、ガラス管または金属管を用いることができる。金属管としては、例えばステンレス製管を用いることができる。
（５−６）変形例Ｆ
上記実施形態では、サンプルガス注入機構２２が充填カラム２の始端２ｓの直前に配置されている。しかし、サンプルガス注入機構２２を配置する場所は、充填カラム２の始端２ｓの直前には限られない。例えば、サンプルガス注入機構２２を、実施形態の配置位置よりももっと上流に配置することができる。サンプルガスのロスを減らすためには、充填カラム２の始端２ｓの直前に設けるのが好ましい。

（６）特徴
（６−１）
以上説明したように、ガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２とガスセンサ３とを備えている。充填カラム２は、温度が制御されていないために温度が変化する雰囲気である大気中に配置されている。この充填カラム２には、キャリアガスである大気により移動させられるサンプルガスから検出対象のガス成分を分離する固定相を構成するための充填剤２ａが充填されている。ガスセンサ３は、充填カラム２で分離される検出対象のガス成分を検出する。
このように構成されたガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２の温度を調節して充填カラム２の温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置を有さない。従来は、例えば、充填カラムの周囲にヒータが巻き付けられ、さらにそのヒータの上に保温材が巻き付けられていた。このようなヒータを有していた従来のガスクロマトグラフ装置と比較すると、本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、ヒータ及び保温材を省いた分だけ小型化を図れている。本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、ヒータ及び保温材を省いたことによる大気の温度の変化に応じて充填カラム２の温度が変化することを許容しつつ、ガスセンサ３が検出対象のガス成分を検出するように構成されている。

（６−２）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２とガスセンサ３を収納するケーシング３０を備えている。このケーシング３０に収納されている充填カラム２は、サンプルガスの入る始端からサンプルガスの出る終端までの長さが１５ｃｍ以下の樹脂製管２ｂを有し、充填剤２ａを樹脂製管２ｂに充填することにより構成されている。このような短い樹脂製管２ｂを用いることで、ガスクロマトグラフ装置１は、ケーシング３０の大きさを、従来のガスクロマトグラフ装置の大きさに比べて、著しく小さくしている。

（６−３）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２の終端２ｅに接続され、ガスセンサ３が固定されているセンサボックス２１を備えている。このセンサボックス２１は、充填カラム２の終端２ｅから延びていて壁面がフッ素樹脂からなる貫通穴２１ａを有している。貫通穴２１ａの内壁から貫通穴２１ａの中心軸に向って感ガス体３ａを突出させてガスセンサ３を固定している。
図１２に示されているセンサボックス２１を用いたガスセンサ３の固定方法では、感ガス体３ａをガスが通過すればよい。それに対して、図１４に示されている従来のガスセンサ１０３の固定方法では、ガスセンサ１０３のケース１０４内をガスが通過しなければならない。そのため、センサ収納部１２１がガスセンサ１０３のケース１０４の全体を収納しなければならなくなっている。図１２と図１４を比較すると、センサボックス２１を用いる方が、充填カラム２の中心軸方向に沿って延びる長さを短くし易いことが分かる。また、貫通穴２１ａの壁面がフッ素樹脂であるセンサボックス２１を用いることで、貫通穴２１ａの中に種々のガス成分が付着するのが抑制される。言い換えると、貫通穴２１ａの壁面がフッ素樹脂であることが、ガスクロマトグラフ装置１の良好な検出精度を維持させ易くしている。

（６−４）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２にキャリアガス及びサンプルガスを送るエアポンプ４を備えている。エアポンプ４は、ガスセンサ３が検出対象のガス成分を検出するときに、５００ｍＬ／分以下で且つ５ｍＬ／分よりも大きい流量でキャリアガス及びサンプルガスを送る。
例えば、数Ｌ／分でキャリアガス及びサンプルガスを送る従来のエアポンプと比べると、エアポンプ４は、小型化しており、重量も小さくなっている。このようにエアポンプ４を小さくできるのは、充填カラム２が従来に比べて小さくなっているからである。また、ガスクロマトグラフ装置１は、エアポンプ４の流量を小さくしたことにより、エアポンプ４がガスを流す流路も小さくなっている。

（６−５）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２、ガスセンサ３、エアポンプ４、圧力調整弁５、ニードルバルブ８及び流量センサ９が搭載されているシャーシ５０を備えている。シャーシ５０に充填カラム２などの部品を搭載して取り扱うことにより、小型化したことによる部品の取り扱いの難しさを緩和することができる。また、シャーシ５０が、着脱可能にケーシング３０の中に収納されている。図示を省略しているが、シャーシ５０は、例えばネジによりケーシングの中に固定される。このような着脱可能なシャーシ５０によって、さらに製造及びメンテナンスが容易になる。

（６−６）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、エアポンプ４が充填カラム２にキャリアガス及びサンプルガスを送る経路にバッファタンクを有しない構成になっている。従来は、例えば、図１５に示されているように、吸気口２１１から吸い込んだキャリアガスを、エアポンプ２０４からエアクリーナ２１０に送る経路に、圧力調整弁２０５とバッファタンク２８０とが設けられていた。この圧力調整弁２０５とバッファタンク２８０とを含むフィードバック経路で圧力と流量の変動を緩和していた。このようなバッファタンク２８０を設けると、バッファタンク２８０の占有体積の分だけ、従来のガスクロマトグラフ装置は小型化が難しくなっている。逆に言えば、バッファタンクを有しない構成になっているガスクロマトグラフ装置１は、バッファタンク２８０を有していた従来のガスクロマトグラフ装置と比べると小型化が容易になる。

（６−７）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１では、ケーシング３０が、キャリアガスを濾過するエアクリーナ１０をケーシング３０の外側に取付けるアタッチメント３８を有している。エアクリーナ１０を、ケーシング３０の外側のアタッチメント３８に取り付けることで、エアクリーナ１０をケーシング３０の内部に取り付ける場合に比べて、ケーシング３０を小型化することができる。さらに、消耗部品であるエアクリーナ１０の交換が容易になり、エアクリーナ１０のメンテナンスがケーシング３０の小型化に起因して難化することが緩和される。
（６−８）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、キャリアガスに、雰囲気である空気を用いている。このガスクロマトグラフ装置１では、充填カラム２が、空気により移動させられるサンプルガスから検出対象のガス成分を分離する。従って、本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、実験室で行われるガスクロマトグラフィーのように、例えばキャリアガスを供給するためのガスボンベを要しない。その結果、ガスクロマトグラフ装置１は、キャリアガスを供給するためのガスボンベなどの容器を省くことで、小型化し易くなっている。

（６−９）
本実施形態のガスクロマトグラフ装置１は、ガスセンサ３に接続されている制御基板１５ａを備えている。ガスクロマトグラフ装置１は、充填カラム２の温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置であるヒータなどを有さない構成としたことにより、充填カラム２から１０ｃｍ以下から直接接触するまでの位置に制御基板１５ａを配置することが可能となっている。充填カラム２と制御基板１５ａの間の距離を短くすることで、ガスクロマトグラフ装置１の小型化が図られている。

１ ガスクロマトグラフ装置
２ 充填カラム
２ａ 充填剤
３ ガスセンサ
４ エアポンプ
５ 圧力調整弁
７ インラインフィルタ
８ ニードルバルブ
９ 流量センサ
１０ エアクリーナ
２１ センサボックス
２１ａ 貫通穴
３０ ケーシング
５０ シャーシ

Claims (9)

1. 温度が制御されていないために温度が変化する雰囲気中に配置され、キャリアガスにより移動させられるサンプルガスから検出対象のガス成分を分離する固定相を構成するための充填剤が充填された充填カラムと、
   前記充填カラムで分離される検出対象のガス成分を検出するためのガスセンサと
   を備え、
   前記充填カラムの温度を調節して前記充填カラムの温度を所定の範囲で維持するための温度調節装置を有さず、前記雰囲気の温度の変化に応じて前記充填カラムの温度が変化することを許容しつつ、前記ガスセンサが検出対象のガス成分を検出する、ガスクロマトグラフ装置。
2. 前記充填カラムと前記ガスセンサを収納するケーシングを備え、
   前記充填カラムは、前記サンプルガスの入る始端から前記サンプルガスの出る終端までの長さが１５ｃｍ以下の管を有し、前記充填剤を前記管に充填することにより構成されている、
   請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置。
3. 前記充填カラムの前記終端に接続され、前記ガスセンサが固定されているセンサボックスを備え、
   前記センサボックスは、前記充填カラムの前記終端から延びていて壁面がフッ素樹脂からなる貫通穴を有し、前記貫通穴の内壁から前記貫通穴の中心軸に向って感ガス体を突出させて前記ガスセンサを固定する、
   請求項２に記載のガスクロマトグラフ装置。
4. 前記充填カラムに前記キャリアガス及び前記サンプルガスを送るエアポンプを備え、
   前記エアポンプは、前記ガスセンサが検出対象のガス成分を検出するときに、５００ｍＬ／分以下で且つ５ｍＬ／分よりも大きい流量で前記キャリアガス及び前記サンプルガスを送る、
   請求項２または請求項３に記載のガスクロマトグラフ装置。
5. 前記エアポンプにより送られる前記キャリアガスの圧力を調整する圧力調整弁と、
   前記充填カラムに送られる前記キャリアガスの流量を調節するニードルバルブと、
   前記充填カラムに送られる前記キャリアガスの流量を検知する流量センサと、
   前記充填カラム、前記ガスセンサ、前記エアポンプ、前記圧力調整弁、前記ニードルバルブ及び前記流量センサが搭載されているシャーシと
   を備え、
   前記シャーシが、着脱可能に前記ケーシングの中に収納されている、
   請求項４に記載のガスクロマトグラフ装置。
6. 前記エアポンプが前記充填カラムに前記キャリアガス及び前記サンプルガスを送る経路にバッファタンクを有しない、
   請求項４または請求項５に記載のガスクロマトグラフ装置。
7. 前記ケーシングは、前記キャリアガスを濾過するエアクリーナを前記ケーシングの外側に取付けるアタッチメントを有する、
   請求項２から６のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ装置。
8. 前記キャリアガスが、前記雰囲気であり、
   前記充填カラムが、前記雰囲気により移動させられる前記サンプルガスから検出対象の前記ガス成分を分離する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ装置。
9. 前記ガスセンサに接続されている制御基板を備え、
   前記充填カラムから１０ｃｍ以下から直接接触するまでのいずれかの位置に前記制御基板を配置している、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ装置。
   

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