JP3005734B2

JP3005734B2 - 昇圧ガスクロマトグラフ

Info

Publication number: JP3005734B2
Application number: JP5145410A
Authority: JP
Inventors: 雅俊彦坂; 美佐子清田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH06331614A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、供給するキャリアガ
スの圧力を、分析最中に変更する昇圧ガスクロマトグラ
フに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフは、種々の有機化合
物から構成される液体や気体を分析するときに有用な装
置である。ガスクロマトグラフでは、分析する液体中に
溶解している複数の物質を分離し、加えてその量を各々
検出できるので、定性分析と定量分析が同時にできる。
ガスクロマトグラフは、分析対象の溶液を加熱して気体
にしてこれをキャリアガスにより構造の異なる化合物を
分離するカラム（固定層）を通す。気体となった分析対
象の溶液中に溶解していた複数の化合物は、キャリアガ
スに運ばれてカラムを通過することにより分離され、カ
ラムの出口に配置される検出器によって、その各々の分
量が計測される。

【０００３】この計測結果は、図７に示すようなクロマ
トグラムとなって表され、このクロマトグラムの山ので
てくる位置により化合物の同定が可能となり、山の高さ
により化合物の量が判る。ガスクロマトグラフは以上の
ように構成されているので、ガス状態の分析対象物を運
ぶキャリアガスの流量，流速，圧力などの状態が分析を
する度に変化していると、この分析によって得られた結
果は再現性の低いものとなる。

【０００４】図５は、従来のガスクロマトグラフのキャ
リアガス圧力調整系の詳細な構成を示す構成図である。
図５において、１は減圧弁、１１は減圧弁１の内室、１
２は内室１１の内部を上下に移動するダイヤフラムであ
り、このダイヤフラム１２は内室１１を背圧室１１Ｂと
その下の部屋１１Ｃとに仕切っている。また、１３は内
室１１の圧力室１１Ａの入口に連設するキャリアガスＣ
Ｇの供給経路、１４は内室１１の部屋１１Ｃの出口に連
設するキャリアガスＣＧの排出経路、１５は圧力室１１
Ａと部屋１１Ｃの連通孔を開閉するポペット弁、１６は
ポペット弁１５を押上げる第１の圧縮コイルばね、１７
はダイヤフラム１２を圧力室１１Ａ側のポペット弁１５
に対して所定圧で押圧するように第１の圧縮コイルばね
１６のばね圧ｋよりも大きいばね圧Ｋ（但しＫ＞ｋ）を
有する第２の圧縮コイルばねであり、以上の部品により
減圧弁１は構成されている。

【０００５】また、１８ａは一端が排出経路１４に連通
し他端が弁を介して分岐点２０ａに連通する背圧流路、
１８ｂは一端が分岐点２０ａに連通し他端が弁を介して
大気に開放される排出流路、１９は背圧室１１Ｂのガス
の出入口、２０は一端が出入口１９に連通し他端が分岐
点２０ａに連通している分岐路、２１は分岐路２０に配
置されている焼結金属などからなる固定絞り、２２は背
圧流路１８ａに設置される昇圧用電磁弁、２３は排出流
路１８ｂの大気に開放される側に設置される降圧用電磁
弁である。

【０００６】そして、２は減圧弁１から排出されるキャ
リアガスＣＧの圧力（２次側圧力Ｐ_O ）を検出してそれ
に比例する信号を出力する圧力センサ、４１ａは降圧用
電磁弁２３を制御する駆動信号を出力する第１のコンパ
レータ、４１ｂは昇圧用電磁弁２２を制御する駆動信号
を出力する第２のコンパレータ、４２ｃはパルス駆動に
より第１と第２のコンパレータ４１ａ，４１ｂからの駆
動信号をパルス信号にするゲート部である。第１のコン
パレータ４１ａでは、＋側に圧力センサ２からの検出信
号ＰＶが入力し、−側に設定値であるＳＰが入力する。
一方、第２のコンパレータ４１ｂでは、＋側に設定値Ｓ
Ｐの９９％の値の信号が入力し、−側に圧力センサ２か
らの検出信号ＰＶが入力する。また、４３は、設定値Ｓ
Ｐを出力し、ゲート部４２ｃをパルス駆動するパルス信
号を出力するＣＰＵである。

【０００７】ここで、減圧弁１で出力する２次側の圧力
Ｐ_O の設定値ＳＰが大気圧より高く、かつ減圧弁１に入
力される１次側の圧力Ｐ_S より低く設定されている状態
で、２次側の圧力Ｐ_O がまだ設定値に達していないもの
とする。このときは圧力センサ２の検出する２次側の圧
力Ｐ_O は、まだ設定値に達していないので、圧力センサ
２の検出する検出値ＰＶは第１のコンパレータ４１ａの
−側に入力する設定値ＳＰより低く、第１のコンパレー
タ４１ａは降圧用電磁弁２３の駆動信号を出力しない。
一方、第２のコンパレータ４１ｂでは、＋側に入力する
設定値ＳＰの９９％の信号より−側に入力する検出値Ｐ
Ｖが低いので、昇圧用電磁弁２２の駆動信号を出力す
る。

【０００８】すなわち、減圧弁１の２次側の圧力Ｐ_O
が、設定してある圧力の９９％より低い段階では、降圧
用電磁弁２３は閉じていて、昇圧用電磁弁２２は開いて
おり、背圧室１１Ｂと部屋１１Ｃの圧力は等しくなって
いる。ところで、ダイヤフラム１２はこれを押し下げる
第２の圧縮コイルばね１７の方がポペット弁１５を介し
て押上げる第１の圧縮コイルばね１６のばね圧より大き
い。従ってこの状態では、ダイヤフラム１２は押し下げ
られた状態となっており、同時にポペット弁１５も押し
下げられ、圧力室１１Ａと部屋１１Ｃの連通孔は開放し
た状態となっている。

【０００９】このため、供給されるキャリアガスＣＧは
圧力室１１Ａから部屋１１Ｃを介して減圧弁１の２次側
に供給され、また、排出経路１４から昇圧用電磁弁２２
を介して背圧室１１Ｂにも供給される。このまま、キャ
リアガスＣＧの供給量が増加し続けて、これに伴い減圧
弁１の２次側の圧力Ｐ_O も上昇して圧力センサ２の検出
する検出値ＰＶが設定値ＳＰの９９％を越えると、この
検出値ＰＶが−側に入力する第２のコンパレータ４１ｂ
では、昇圧用電磁弁２２の駆動信号の出力を停止する。

【００１０】一方、減圧弁１の２次側の圧力Ｐ_O を圧力
センサ２が検出した検出値ＰＶの値が設定値ＳＰより大
きくなっている場合は、第１のコンパレータ４１ａでは
＋側に入力する検出値ＰＶの方が−側に入力する設定値
ＳＰより大きいので、降圧用電磁弁２３の駆動信号を出
力している。このとき、第２のコンパレータ４１ｂで
は、−側に入力する検出値ＰＶの方が＋側に入力する設
定値ＳＰの９９％より大きいので、昇圧用電磁弁２２の
駆動信号は出力していない。この状態では、昇圧用電磁
弁２２が閉じていて降圧用電磁弁２３が開いているの
で、減圧弁１では背圧室１１Ｂ内のガスが降圧用電磁弁
２３を介して大気に開放され、その背圧室１１Ｂ内の圧
力Ｐ_N は低下する。

【００１１】背圧室１１Ｂの圧力Ｐ_N が低下すると、ダ
イヤフラム１２はその下の部屋１１Ｃの圧力（２次側の
圧力Ｐ_O ）により押上げられ、同時にポペット弁１５も
上に移動して圧力室１１Ａと部屋１１Ｃの連通孔は狭め
られ、これにより圧力室１１Ａからポペット弁１５を介
して２次側に供給されるキャリアガスＣＧの部屋１１Ｃ
への流入量が減少する。そして、背圧室１１Ｂの圧力Ｐ
_N が減少し、その圧力Ｐ_N と第２の圧縮コイルばね１７
のばね圧の合計が、ダイヤフラム１２の下の部屋１１Ｃ
の圧力Ｐ_O と第１の圧縮コイルばね１６のばね圧の合計
より小さくなり、ポペット弁１５が上に移動して最終的
にポペット弁１５が閉じて圧力室１１Ａから部屋１１Ｃ
へのキャリアガスＣＧの流入を停止する。

【００１２】キャリアガスＣＧの減圧弁１の２次側への
供給量が減少するかもしくは停止すると、２次側の圧力
Ｐ_O は低下し、圧力センサ２が検出する検出値ＰＶも低
下する。検出値ＰＶが低下して設定値ＳＰより小さくな
ると、第１のコンパレータ４１ａでは、＋側に入力する
検出値ＰＶが−側に入力する設定値ＳＰより小さくなる
ので、降圧用電磁弁２３の駆動信号の出力を停止する。
これにより、降圧用電磁弁２３は閉じて、背圧室１１Ｂ
の圧力Ｐ_N の低下は停止する。

【００１３】この後、このキャリアガスＣＧの流路の
“洩れ”などにより、減圧弁１の圧力Ｐ_O が徐々に低下
して圧力センサ２の検出する検出値ＰＶが設定値ＳＰの
９９％より低くなると、第２のコンパレータ４１ｂで
は、−側に入力する検出値ＰＶが＋側に入力する０．９
９ＳＰより小さくなるので、昇圧用電磁弁２２の駆動信
号を出力し、これにより昇圧用電磁弁２２が開放する。
降圧用電磁弁２３が閉鎖した状態で昇圧用電磁弁２２が
開放することにより、減圧弁１の２次側のダイヤフラム
１２の下の部屋１１Ｃの圧力Ｐ_O と背圧室１１Ｂの圧力
Ｐ_N とが同じになる。

【００１４】ところで、ダイヤフラム１２には、ポペッ
ト弁１５を介して、圧力Ｐ_N ，圧力Ｐ_O ，第２の圧縮コ
イルばね１７のばね圧、おおび第１の圧縮コイルばね１
６のばね圧がかかっている。上述の状態では、圧力Ｐ_N
と圧力Ｐ_O とが等しい状態であり、また、第２の圧縮コ
イルばね１７のばね圧は第１の圧縮コイルばね１６のば
ね圧より大きいので、ダイヤフラム１２は第２の圧縮コ
イルばね１７により押し下げられ、これによりポペット
弁１５も押し下げられる。

【００１５】ポペット弁１５が押し下げられ開くことに
より、圧力室１１ＡからキャリアガスＣＧが減圧弁１の
２次側（部屋１１Ｃ）に供給されることになり、２次側
の圧力Ｐ_O は減少から上昇に転じる。なお、昇圧用電磁
弁２２と降圧用電磁弁２３とを駆動する駆動信号は、ゲ
ート部４２ｃによりパルス信号として昇圧用電磁弁２２
と降圧用電磁弁２３とに送られている。

【００１６】以上示したように、この減圧弁１では昇圧
時に圧力調整を行う場合、図５に示すように、目標とす
る基準の設定値つまり設定値をＳＰとすると、この設定
値ＳＰに対してその９９％の値ＳＰ_D と設定値ＳＰの間
の範囲を不感帯として設定してある。以上示したよう
に、このガスクロマトグラフはキャリアガスの圧力が制
御されカラムへと送られている。

【００１７】図６は、図５のキャリアガス供給系を有す
る従来のガスクロマトグラフの全体構成を示す構成図で
ある。図６において、５はアナライザバルブであり、キ
ャリアガス導入部５４と、試料注入部５５と、試料注入
部５５より入った試料を所定の量に計量して保持する計
量管５６と、分析対象物質を分離する第１カラム５７
ａ，第２カラム５７ｂと、第１と第２カラム５７ａ，ｂ
で分離された物質の量をそれぞれ検出する検出器５８と
アナライザバルブ５を通過したキャリアガスや試料ガス
を排出する排出管５９とから構成されている。また、２
４はアナライザバルブを駆動するためのガスを制御する
バルブ駆動電磁弁であり、他は図５と同様である。

【００１８】アナライザバルブ５は、バルブ駆動電磁弁
２４でオンオフ制御されるキャリアガスの圧力により各
流路の接続を切り換える。まず、バルブ駆動電磁弁２４
がオフの状態では、試料注入部５５と計量管５６と排出
管５９とが連通され、一方、キャリアガス導入部５４と
第１カラム５７ａと排出管５９とが連通され、キャリア
ガス導入部５４と第２カラム５７ｂと検出器５８と排出
管５９とが連通されている。次に、バルブ駆動電磁弁２
４がオンの状態では、キャリアガス導入部５４と計量管
５６と第１カラム５７ａと第２カラム５７ｂと検出器５
８と排出管５９とが連通され、一方、試料注入部５５と
排出管５９とが連通される。

【００１９】このガスクロマトグラフの動作は、まずバ
ルブ駆動電磁弁２４がオフのときは試料注入部よりアナ
ライザバルブに導入される試料ガスは計量管５６を通り
排出管５９より排出されている。一方、このとき減圧弁
１と電磁弁２２，２３により一定の圧力に調整されたキ
ャリアガスはキャリアガス導入部よりアナライザバルブ
５に導入され、第１カラム５７ａを通過して排出管５９
より排出されるものと、第２カラム５７ｂを通過した
後、検出器５８を通って排出管５９より排出されるもの
とに分かれる。

【００２０】ここで、バルブ駆動電磁弁２４をオンにす
ると、アナライザバルブ５はその接続を前述したように
切り換える。このとき、試料導入部５５より導入して計
量管５６を通過していた試料ガスは、計量管５６の連通
元がキャリアガス導入部５４になり連通先が第１カラム
５７ａになるので、計量管３６により所定の量に計量さ
れ分だけがキャリアガスに運ばれて第１カラム５７ａへ
と移動する。この試料ガスは、第１カラム５７ａを通過
して含まれている成分毎にある程度分離され、キャリア
ガスより第２カラム５７ｂに運ばれて完全に分離され
る。第２カラム５７ｂにより含まれている成分が完全に
分離された試料ガスは、分離された成分がそれぞれ独立
に検出器５８を通過し、それぞれの量が検出される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のようにな
されていたので、アナライザバルブ５に供給されるキャ
リアガスの流量は常に一定であり、試料ガスを構成する
成分に保持時間の大きく異なるものがあった場合、分析
に時間がかかってしまうという問題があった。ガスクロ
マトグラフでは、複数の成分よりなる試料ガスがカラム
を通過することで構成される各成分毎に分離される。こ
れは、各成分がカラムを通過するのにかかる時間が異な
るからであり、カラムを通過するの時間がかかる成分
は、検出器に到達するまでの時間（保持時間）がかかる
ことになり、検出までに多くに時間を必要とする。

【００２２】ここで、この試料ガスを搬送するキャリア
ガスの流量を多くしてやれば、保持時間が大きい成分で
も、カラムを通過して検出器に到達させるまでの時間を
短くすることが可能となる。しかし、このようにする
と、保持時間が短い成分群はカラムによる分離の精度悪
くなり、したがって分析の精度も悪くなる。

【００２３】この発明は、以上のような問題点を解消す
るために成されたものであり、保持時間の大きく異なる
成分からなる試料ガスでも、分析を早く行えるようにす
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明の昇圧ガスクロ
マトグラフは、圧力設定値を変更する圧力設定値変更手
段、及び昇圧用電磁弁及び降圧用電磁弁の駆動状態を制
御して圧力が変化する速度を制御する圧力変化速度制御
手段とを有する圧力制御手段を備え、分析対象の各成分
の状態に合わせた所定の状態で、前記カラムに供給する
キャリアガスの圧力を分析最中に変更するようにした。

【００２５】

【作用】分析対象を構成する各成分の状態により、あら
かじめ設定されているタイミングで供給するキャリアガ
スの圧力が変更され、これによりカラムを通過するキャ
リアガスの流量が変化する。

【００２６】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。図１は、この発明の１実施例であるガスクロマト
グラフのキャリアガス圧力調整系の詳細な構成を示す構
成図である。同図において、４２ａはパルス駆動により
第１のコンパレータ４１ａからの駆動信号をパルス信号
にするゲート部、４２ｂはパルス駆動により第２のコン
パレータ４１ｂからの駆動信号をパルス信号にするゲー
ト部、４３ａはＣＰＵ４３から出力されるゲート部４２
ａ，４２ｂをパルス駆動するパルス信号を２つに分岐
し、ゲート部４２に出力するパルス信号を可変出力する
パルス変更手段、４３ｂはＣＰＵ４３が出力する設定値
ＳＰをあらかじめ設定されているタイミングで可変する
圧力変更手段であり、他は図５と同様である。

【００２７】以下、この昇圧ガスクロマトグラフの動作
について説明する。まず、分析対象の試料ガスが、Ｃ１
〜Ｃ５の５成分から構成され、従来のガスクロマトグラ
フにより図２（ａ）に示すようになクロマトグラムが得
られるものとする。まず、圧力変更手段４３は、あらか
じめ設定されているとおりに、ＣＰＵ４３が出力してい
る設定値ＳＰを始めは変更せず、時刻ｔ１でＣＰＵ４３
が出力する設定値ＳＰを高い値に変更して出力する。こ
れにより第２のコンパレータ４１ｂでは、ｔ１の時点で
圧力センサ２からの検出値ＰＶが変更された設定値ＳＰ
より小さいものとなる。従って、第２のコンパレータ４
１ｂは昇圧用電磁弁２２の駆動信号を出力する。

【００２８】昇圧用電磁弁２２は、駆動信号を受けたこ
とにより開閉動作を開始し、検出値ＰＶが設定値ＳＰの
９９％の値となるまでこれを続け、減圧弁１は供給する
キャリアガスの圧力を高くしていく。このとき、昇圧用
電磁弁２２の駆動信号のパルス状態は変化しないので、
供給するキャリアガスの圧力は、図２（ｂ）に示すよう
に上昇してその流量は増加する。ｔ１の時点では、成分
Ｃ５はまだ第２カラム５７ｂを通過している最中か、も
しくは到達していないが、このｔ１の時点よりキャリア
ガスの流量が増加されるので、成分Ｃ５の第２カラム５
７ｂの通過速度がｔ１以前より早くなる。従って、成分
Ｃ５は検出器５８により早く検出されるようになり、得
られるクロマトグラムは図２（ｃ）に示すようになる。

【００２９】次に、分析対象の試料ガスが、Ｃ１〜Ｃ５
の５成分から構成され、従来のガスクロマトグラフによ
り、図３（ａ）に示すようなクロマトグラムが得られる
場合について説明する。この場合、圧力変更手段４３ｂ
は圧力変更手段４３ｂがあらかじめ設定されている時刻
ｔ１の時点でＣＰＵ４３が出力する設定値ＳＰを、供給
するキャリアガスの圧力が高くなるように変更する。同
時に、ＣＰＵ４３がゲート部４２ｂに出力するパルス信
号の間隔をパルス変更手段４３ａ（圧力変化速度制御手
段）が、あらかじめ設定されている変化量で変更してい
く。この、パルス信号の変更により、１パルスにおける
昇圧用電磁弁２２の開放時間が徐々に短くなっていく。

【００３０】これにより、供給するキャリアガスの圧力
は、図３（ｂ）に示すように上昇してキャリアガスの流
量は増加する。供給されるキャリアガスの流量が直線的
に上昇するので、試料ガスの各成分Ｃ１〜Ｃ５は、カラ
ムを早く通過することになり、検出器５８に早く到達す
るようになる。従って、得られるクロマトグラムは、図
３（ｃ）に示すように、各成分Ｃ１〜Ｃ５の検出がそれ
ぞれ均等に早くなり、分析が早く終了する。

【００３１】次に、分析対象の試料ガスが、Ｃ１〜Ｃ５
の５成分から構成され、従来のガスクロマトグラフによ
り、図４（ａ）に示すようになクロマトグラムが得られ
る場合について説明する。この場合、時刻ｔ１の時点で
供給するキャリアガスの圧力が高くなり始めるように、
ＣＰＵ４３が出力する設定値ＳＰを圧力変更手段４３ｂ
が変更して出力する。そして、図４（ａ）のクロマトグ
ラムにおける時刻ｔ２の時点で、圧力変更手段４３ｂは
変更出力していた設定値ＳＰを、ＣＰＵ４３の出力して
いる元の値に戻す。これにより、供給するキャリアガス
は、図４（ｂ）に示すように、時間とともに圧力が変化
してその流量が変化する。従って、得られるクロマトグ
ラムは、図４（ｃ）に示すようになり、成分Ｃ３〜Ｃ５
の検出が分離能など精度を落とすことなく早くなる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、分析対象の試料ガスを構成する各成分の状態に合わ
せて、供給するキャリアガスの圧力を変更できるので、
カラムによる分離の早い成分と遅い成分とから構成され
る試料ガスでも、迅速に分析できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例であるガスクロマトグラフ
のキャリアガス圧力調整系の詳細な構成を示す構成図で
ある。

【図２】図１のガスクロマトグラフの圧力制御の状態と
出力されるクロマトグラムの状態とを示す説明図であ
る。

【図３】図１のガスクロマトグラフの圧力制御の状態と
出力されるクロマトグラムの状態とを示す説明図であ
る。

【図４】図１のガスクロマトグラフの圧力制御の状態と
出力されるクロマトグラムの状態とを示す説明図であ
る。

【図５】従来のガスクロマトグラフのキャリアガス圧力
調整系の詳細な構成を示す構成図である。

【図６】図５のキャリアガス供給系を有する従来のガス
クロマトグラフの全体構成を示す構成図である。

【図７】ガスクロマトグラフによる分析結果の１例を示
すガスクロマトグラムである。

【符号の説明】

１減圧弁２圧力センサ１１内室１１Ａ圧力室１１Ｂ背圧室１１Ｃ部屋１２ダイヤフラム１３供給経路１４排出経路１５ポペット弁１６第１の圧縮コイルばね１７第２の圧縮コイルばね１８ａ背圧流路１８ｂ排出流路１９出入口２０分岐路２０ａ分岐点２１固定絞り２２昇圧用電磁弁２３降圧用電磁弁４１ａ第１のコンパレータ４１ｂ第２のコンパレータ４２ａ，４２ｂゲート部４３ＣＰＵ４３ａパルス変更手段４３ｂ圧力変更手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分析対象を各成分毎に分離するカラム
と、前記カラムに前記分析対象を搬送するキャリアガスを供
給するキャリアガス供給手段と、前記キャリアガス供給手段から供給されたキャリアガス
の供給経路が入口に、排出経路が出口に連接され、その
供給系路と排出経路の間の前記キャリアガスの流路に配
置された弁と、排出経路から分岐する背圧流路と連通し
その弁を操作する背圧室とを備え、その弁の開閉状態を
変更することで排出するキャリアガスの圧力を変更する
減圧弁と、背圧流路の途中に設けられた昇圧用電磁弁、及び背圧流
路の昇圧用電磁弁より下流側で分岐する排出流路に設け
られた降圧用電磁弁と、キャリアガスの排出経路に配置された圧力センサと、前記圧力センサによる検出値、及び予め設定されている
圧力設定値に基づいて昇圧用電磁弁又は降圧用電磁弁を
駆動させて背圧室の圧力を変えることによりその減圧弁
の前記弁の開閉状態を制御することで前記減圧弁から前
記カラムに供給されるキャリアガスの圧力を可変制御す
る圧力制御手段と、前記減圧弁と前記カラムとの間の前記キャリアガスの流
路に配置されて前記分析対象を導入する試料導入部と、前記カラムにより分離された各成分の濃度を検出する濃
度検出手段とから構成される昇圧ガスクロマトグラフで
あって、前記圧力制御手段は、前記圧力設定値を変更する圧力設
定値変更手段、及び昇圧用電磁弁及び降圧用電磁弁の駆
動状態を制御して圧力が変化する速度を制御する圧力変
化速度制御手段とを有し、分析対象の各成分の状態に合
わせた所定の状態で、前記カラムに供給するキャリアガ
スの圧力を分析最中に変更することを特徴とする昇圧ガ
スクロマトグラフ。