JP3114926U - Flow controller and sample concentrator using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】通過したガス量が設定値に達するとガスを停止できるフローコントローラ、及びそれを利用して構造・操作共に従来より簡単化した試料濃縮装置を提供する。
【解決手段】ガス流量の検知手段を備えたフローコントローラに、流量検知手段からの信号を積算する積算手段と、この積算手段の出力信号が所定値に達したときに前記ガスの流路を閉止する流路閉止手段とを設ける。また、このように構成されたフローコントローラにより流量を制御されたサンプリングガスが、先ず試料容器内の固体または液体試料に接触して流れ、次に濃縮管を通過するように試料濃縮装置を構成する。
【選択図】 図1The present invention provides a flow controller capable of stopping gas when the amount of gas passed through reaches a set value, and a sample concentrator using the same to simplify the structure and operation.
A flow controller provided with a gas flow rate detection unit integrates a signal from the flow rate detection unit, and closes the gas flow path when an output signal of the integration unit reaches a predetermined value. A flow path closing means is provided. Further, the sample concentrating device is configured such that the sampling gas whose flow rate is controlled by the flow controller configured as described above first flows in contact with the solid or liquid sample in the sample container and then passes through the concentrating tube. .
[Selection] Figure 1
Description
本考案はガスクロマトグラフィをはじめとする各種分析において、ガス流量を制御するフローコントローラ、及びこれを用いた試料濃縮装置に関する。 The present invention relates to a flow controller that controls a gas flow rate and a sample concentrator using the same in various analyzes including gas chromatography.
ガスクロマトグラフ等におけるガスの流量制御には、かつては調圧弁や質量流量制御弁などが用いられたが、近年は圧力センサや流量センサからの信号に基づくフィードバック制御により制御弁の開度を調節する電子式制御方式によるフローコントローラが提案され多用されている(例えば、特許文献1参照)。 In the past, pressure control valves and mass flow control valves were used for gas flow control in gas chromatographs, etc., but in recent years the opening of the control valve is adjusted by feedback control based on signals from pressure sensors and flow sensors. A flow controller using an electronic control system has been proposed and widely used (for example, see Patent Document 1).
図4に、そのような従来の電子式フローコントローラの構成例を示す。
同図において、制御対象となるガスの流れるガス流路17には、上流側から順に、ガスの流れを調節する制御弁16、この制御弁16の出口側の圧力を検知する圧力センサ12、このガスに適度な圧力降下を生ぜしめる流路抵抗14、およびこの流路抵抗14の両端間の差圧を検知する差圧センサ13が設けられている。
FIG. 4 shows a configuration example of such a conventional electronic flow controller.
In the figure, in a
図4の構成において、ガス流路17を流れるガスの単位時間当りの流量Fは次式で計算できることが知られている。
F=K×p1×Δpn・・・・・・(1)
ここで、Δpは流路抵抗14の両端間の圧力差、p1は流路抵抗14の上流側の圧力、nは0.5〜1程度の定数、Kは流路抵抗14によって定まる比例定数である。
コンピュータで構成される流量演算部11は差圧センサ13および圧力センサ12からそれぞれ入力されたΔpおよびp1の値に対して(1)式の演算を行って流量Fの値を求め、そのF値を設定値に近づけるように制御部15を介して制御弁16の開度を調節することにより、ガス流路17を流れるガスの流量をコントロールする。
なお、圧力センサ12、流路抵抗14、差圧センサ13および流量演算部11は、上記のように流量Fの値を求めるために用いられるので、図中に点線で示すように、これらを一括して流量検知手段10として扱うことができる。
In the configuration of FIG. 4, it is known that the flow rate F per unit time of the gas flowing through the
F = K × p1 × Δp n (1)
Here, Δp is a pressure difference between both ends of the
The flow
Since the pressure sensor 12, the
上記のようなフローコントローラは、主としてガスクロマトグラフにおけるキャリアガスの流量制御に用いられるが、その他の用途の1つに試料濃縮装置がある。
試料濃縮装置は、固体または液体試料中の微量の揮発性成分をサンプリングガスで抽出した後、このサンプリングガスを吸着剤等を充填した濃縮管に通して揮発性成分を捕集濃縮するものである。濃縮管に通すことのできるサンプリングガスの総量には限界(破過容量)があり、この限界を超えると捕集されるべき試料の揮発性成分が濃縮管を通り抜けてしまう。この現象をブレークスルーと呼び、試料濃縮を行うときはブレークスルーが起きないように注意が必要である。このため従来は、別にタイマーと電磁弁等を設け、タイマーに設定した時間だけサンプリングガスを流した後、電磁弁を閉じてガスを止めるようにしていた。しかし、この方法では別にタイマーと電磁弁等が必要となるので装置構成が複雑になり、またタイマーの設定に際しても、サンプリングガスの総量を時間に換算して設定しなければならないという煩わしさがあった。
本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであり、通過したガス量が設定値に達するとガスを停止できるフローコントローラ、及びそれを利用して構造・操作共に従来よりも簡単化した試料濃縮装置を提供することを目的とする。
The flow controller as described above is mainly used for controlling the flow rate of a carrier gas in a gas chromatograph. One of other uses is a sample concentrator.
A sample concentrator extracts a small amount of a volatile component in a solid or liquid sample with a sampling gas, and then passes the sampling gas through a concentration tube filled with an adsorbent or the like to collect and concentrate the volatile component. . There is a limit (breakthrough capacity) in the total amount of sampling gas that can be passed through the concentrating tube. When this limit is exceeded, the volatile components of the sample to be collected pass through the concentrating tube. This phenomenon is called breakthrough, and care must be taken to avoid breakthrough when performing sample concentration. For this reason, conventionally, a separate timer and solenoid valve are provided, and after the sampling gas is allowed to flow for the time set in the timer, the solenoid valve is closed to stop the gas. However, this method requires a separate timer and solenoid valve, which complicates the device configuration. Also, when setting the timer, the total amount of sampling gas must be converted into time and set. It was.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a flow controller that can stop gas when the amount of gas passed through reaches a set value, and a sample that is simpler in both structure and operation by using the flow controller. An object is to provide a concentrator.
本考案は上記課題を解決するために、ガス流量の検知手段を備えたフローコントローラに、流量検知手段からの信号を積算する積算手段と、この積算手段の出力信号が所定値に達したときに前記ガスの流路を閉止する流路閉止手段とを設ける。また、このように構成されたフローコントローラにより流量を制御されたサンプリングガスが、先ず試料容器内の固体または液体試料に接触して流れ、次に濃縮管を通過するように試料濃縮装置を構成する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a flow controller equipped with a gas flow rate detecting means, an integrating means for integrating signals from the flow rate detecting means, and an output signal of the integrating means when a predetermined value is reached. A channel closing means for closing the gas channel is provided. In addition, the sample concentrator is configured such that the sampling gas whose flow rate is controlled by the flow controller configured as described above first flows in contact with the solid or liquid sample in the sample container and then passes through the concentrating tube. .
本考案になるフローコントローラは、設定量のガスを流した後、自動的にガスを止めることができるので、これを利用してサンプリングガスの流量を制御するようにした試料濃縮装置は、正確に一定量のサンプリングガスで試料成分を抽出し濃縮することが可能となり、また、そのためにタイマーや電磁弁等を付加する必要がなく、装置構成が簡単になる。 Since the flow controller according to the present invention can automatically stop the gas after flowing a set amount of gas, the sample concentrator that uses this to control the flow rate of the sampling gas is accurate. Sample components can be extracted and concentrated with a certain amount of sampling gas, and for that purpose, it is not necessary to add a timer, a solenoid valve, etc., and the apparatus configuration is simplified.
本考案が提供するフローコントローラは次のような特徴を有する。即ち、第1の特徴は流量検知手段で得た流量値を積算するように構成した点にあり、第2の特徴はこの積算値が設定値に達したときに流路を閉止するように構成した点である。
従って、最良の形態の基本的な構成は、これらの構成を具備するフローコントローラである。
The flow controller provided by the present invention has the following features. That is, the first feature is that the flow rate values obtained by the flow rate detection means are integrated, and the second feature is that the flow path is closed when the integrated value reaches a set value. This is the point.
Therefore, the basic configuration of the best mode is a flow controller having these configurations.
図1に本考案の一実施例を示す。同図においては図4に示す従来例と同一の構成要素には同符号を付してあるので、再度の説明は省く。図1中の流量検知手段10は内部構成が省略されているが、図4に示すものと同様の構成を有するものとする。ガス流路17を流れ制御弁16で調節されるガスの流量がこの流量検知手段10で検知され、その出力信号である流量値Fが制御部15を介して制御弁16にフィードバックされて所定の流量となるように制御されることは従来と同様である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this figure, the same components as those in the conventional example shown in FIG. The flow rate detection means 10 in FIG. 1 has the same configuration as that shown in FIG. 4 although the internal configuration is omitted. The flow rate of the gas adjusted by the
従来と相違する点は、流量検知手段10の出力信号である流量値Fを積算する積算部18とその出力である積算流量値Qを予め設定した設定値と比較する比較器19とを経由する別のフィードバックループが設けられている点である。即ち、流量検知手段10の出力信号である流量値Fは積算部18で積算され、その出力である積算流量値Qが次に比較器19において設定値と比較され、積算流量値Qが設定値に達すると比較器19から信号s2が出力され、これにより制御弁16が閉止される。信号s2は、制御部15から制御弁16の開度を調節するための信号s1に優先して制御弁16を閉止する。このような構成により本実施例は、設定量のガスを流した後、自動的にガスを止めることができるので、正確に一定量のガスを供給することが要求される用途に好適である。
The difference from the prior art is via an integrating
本実施例において、従来構成に対して追加された構成要素、即ち積算部18と比較器19等は実際には1台のコンピュータ内で制御部15等と共にソフトウェア的に構成されるから、ハードウェアとしては実質的に何も追加する必要がない。つまり、本考案になるフローコントローラは、従来とほとんど同じ装置構成のままで上記のような新たな機能が付与されることになる。
In this embodiment, the components added to the conventional configuration, that is, the integrating
図2は本考案の他の実施例を示すもので、実施例1に示すフローコントローラを利用した試料濃縮装置の基本的構成を示す。同図Aは液体試料の場合、同図Bは固体試料の場合を示す。
図2AおよびBにおいて、1は実施例1に示すようなフローコントローラ、即ち積算流量が設定値に達するとガスの流れを停止するように構成されたフローコントローラである。4は、試料中の測定対象物質を捕集する吸着剤などが充填された濃縮管(捕集管、トラップ管などとも呼ばれるが、ここでは濃縮管に統一する)であって、通常は室温またはそれ以下の温度に保たれる。3は試料容器であって、ガスの入口3a、出口3b以外は密閉され、内部に液体試料5(同図A)または固体試料6(同図B)が収容されている。7は、これら液体試料5または固体試料6に含まれる揮発性成分(測定対象物質)を抽出するためのサンプリングガス(抽出ガス、パージガスなどとも呼ばれるが、ここではサンプリングガスに統一する)のガス供給源である。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, and shows a basic configuration of a sample concentrator using the flow controller shown in the first embodiment. FIG. 3A shows the case of a liquid sample, and FIG. 2B shows the case of a solid sample.
2A and 2B,
このように構成された試料濃縮装置の動作を次に説明する。
試料が液体の場合(図2A)は、ガス供給源7から供給されるサンプリングガスは、フローコントローラ1で流量が制御されて試料容器3に入口3aから導入され、液体試料5の中を気泡となって通過する(バブリング)。このバブリングにより広い面積で気液の接触が生じ、液体試料5中に溶存する揮発性成分が効率よく抽出される。揮発性成分を伴ったサンプリングガスは出口3bから流出し、次に濃縮管4を通過するが、この際、測定対象物質である揮発性成分は濃縮管4内の吸着剤等に捕集され、サンプリングガスのみが濃縮管4を通り抜けて排出される。ここまでは従来から知られるパージ&トラップ法と呼ばれる濃縮サンプリング法と同様であるが、この後、サンプリングガスの供給量、即ち積算流量が設定値に達すると、前述したフローコントローラ1の作用によりサンプリングガスの供給が停止される。設定値は、濃縮管4の破過容量などを勘案して予め適切に設定しておけば、ブレークスルーにより測定対象物質が失われることを防止できる。
The operation of the sample concentrator thus configured will be described next.
When the sample is a liquid (FIG. 2A), the sampling gas supplied from the
試料が固体の場合(図2B)の動作も上記とほぼ同様であるが、試料が固体であるからバブリングはできないので、試料容器3を加熱して揮発性成分の揮発を促進するなどの手法によりできるだけ効率よく固体試料6から測定対象物質を抽出する。その他は上記の試料が液体の場合と同じである。
When the sample is solid (FIG. 2B), the operation is almost the same as above, but since the sample is solid, bubbling is not possible, so the
液体、固体いずれの場合も、上記の過程で試料中の測定対象物質である揮発性成分が一定量のサンプリングガスにより抽出されて濃縮管4に集められる。分析を行うには、次にこの濃縮された測定対象物質を分析装置に導入する過程が必要であり、ガスクロマトグラフィの場合は濃縮管4を加熱して吸着剤等から測定対象物質を脱離させる熱脱離法が多く用いられ、液体クロマトグラフィや分光分析では溶媒で測定対象物質を洗い出す溶媒脱離法が多く用いられるが、これらについては本考案を説明する上で直接関係がないので詳述は省く。
In both cases of liquid and solid, the volatile component that is the measurement target substance in the sample is extracted by a certain amount of sampling gas and collected in the
図3は本考案の他の実施例を示す。
PTV(Programmed Temperature Vaporization)と呼ばれる濃縮試料導入法が従来からガスクロマトグラフィにおいて知られているが、本実施例は、実施例2で示す試料濃縮装置にPTVを組み合わせたものである。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
A concentrated sample introduction method called PTV (Programmed Temperature Vaporization) has been conventionally known in gas chromatography. In this example, the sample concentrator shown in Example 2 is combined with PTV.
同図において、ガスクロマトグラフ20におけるキャリアガスの流量制御に用いられるフローコントローラ2は、従来形のフローコントローラであり、例えば図4に示すような構成を有するものとする。
21は、プログラム温度制御可能なPTV用の試料気化室であって、その中に濃縮管4がシールリング25によって支持されている。この場合の濃縮管4は、一般に試料気化室21に挿入されるライナーと呼ばれるガラス管に吸着剤等を充填して構成されるが、機能的には図2に示す濃縮管4と同等である。
22は、試料気化室21から送り込まれる測定対象物質を各成分に分離するカラム、23は分離された各成分を検出し電気信号として出力する検出器、24は試料気化室21内のガスを排出するスプリット弁である。その他、図3の中で図2と機能的に同一の構成要素には図2と同符号を付してあるので、再度の説明を省く。
シールリング25は試料気化室21の内部空間を上下に分割しており、分割された上下の空間は濃縮管4を通してのみ連通される。従って、上部空間に導入されるキャリアガス及びサンプリングガスは共に濃縮管4を通過して下部空間へ、さらにこれに接続されたカラム22及びスプリット弁24へ流れることになる。
In the figure, the
22 is a column for separating the measurement target substance sent from the
The seal ring 25 divides the internal space of the
上記のように構成された本実施例は以下のように動作する。
ガスクロマトグラフ20にけるキャリアガスは従来形のフローコントローラ2により流量制御されて試料気化室21に供給され、その内部に設けられた濃縮管4を通過し、さらにカラム22を通って検出器23へと流れている。
試料の濃縮過程では、サンプリングガス(ここではキャリアガスと同種のガス)が積算機能を持つフローコントローラ1で流量制御されて試料容器3内の液体試料5中をバブリングして通過し、この際、液体試料5中に溶存する揮発性成分を抽出して試料気化室21内の濃縮管4に運び、ここで測定対象物質が捕集濃縮されることは実施例2と同様である。なお、試料が固体である場合も同様である。濃縮管4を通過したサンプリングガスは開いているスプリット弁24を通って排出される。
サンプリングガスの積算流量が設定値に達するとその供給が停止され、その後、図示しないタイマー装置等によりスプリット弁24が閉ざされ、次に、試料気化室21が急速に昇温され、その内部の濃縮管4が加熱されると、濃縮された測定対象物質は濃縮管4から脱離してカラム22に導入され、以降は通常のガスクロマトグラフィ分析が行われる。
The present embodiment configured as described above operates as follows.
The carrier gas in the
In the sample concentration process, the sampling gas (here, the same type of gas as the carrier gas) is controlled in flow rate by the
When the integrated flow rate of the sampling gas reaches a set value, the supply is stopped, and then the
本考案は上記実施例に限定されるものでなく、この他にも様々な変形の可能性がある。例えば、流路閉止手段としては図1に示す制御弁16を使って閉止するものに限らず、別に電磁弁等を設けて閉止するように構成してもよい。また、流量検知手段10として熱線式流量計等を用いる可能性もある。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and there are various other modifications. For example, the flow path closing means is not limited to the one that uses the
本考案はガスクロマトグラフィをはじめとする各種分析に利用できる。 The present invention can be used for various analyzes including gas chromatography.
1 フローコントローラ
2 フローコントローラ
3 試料容器
3a 入口
3b 出口
4 濃縮管
5 液体試料
6 固体試料
7 ガス供給源
10 流量検知手段
11 流量演算部
12 圧力センサ
13 差圧センサ
14 流路抵抗
15 制御部
16 制御弁
17 ガス流路
18 積算部
19 比較器
20 ガスクロマトグラフ
21 試料気化室
22 カラム
23 検出器
24 スプリット弁
25 シールリング
DESCRIPTION OF
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JP2005005741U JP3114926U (en) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | Flow controller and sample concentrator using the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020008975A1 (en) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Flowrate controller, gas supply system, and flowrate control method |
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