JP3209322U - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ長寿命で取り扱いの容易な加熱手段を用いる試料注入ユニットを備えたガスクロマトグラフを提供する。【解決手段】シリンジによりセプタムを介して試料が注入される試料注入口２０と、キャリアガスが導入されるキャリアガス供給口２２と、注入された試料を気化する試料気化室を形成する円筒状インサート２４と、円筒状インサート２４の試料気化室内を加熱する加熱手段とから構成される試料注入ユニット１と、気化された試料が導入されるカラムと、カラムを通過した試料成分を検出する検出器とを備えたガスクロマトグラフにおいて、加熱手段として、円筒状インサート２４の外周に接して面ヒータ２５を配置した。【選択図】図２

Description

本考案は、ガスクロマトグラフに係り、特にガスクロマトグラフの試料注入ユニットにおける試料気化室の加熱手段に関する。

ガスクロマトグラフは、固定相を充填したカラムに移動相であるキャリアガスを連続的に流し、試料をカラムの入口から導入することによって、試料が移動相と共にカラム内を移動する間に固定相に対する各成分の吸着性（親和性）や分配係数の差異に基づく移動速度の差を利用して各成分を相互に分離し定量・定性分析する分析装置（特許文献１参照）としてあらゆる分野において汎用的に利用されている。

上記ガスクロマトグラフでの試料のカラムへの導入（注入）は、例えば、図４の従来例に示すとおり、加熱手段としてＳＵＳ配管３３の周りにシーズヒータ３５を螺旋状に巻きつけた構造を有し、ＳＵＳ配管３３内部に収納した試料気化室を形成するガラスインサート３４内で、シリンジ（図示省略）を試料注入口３０からセプタム３１を刺通して注入した試料を気化させてキャリアガスによりカラム（図示省略）へ導入する構造の試料注入ユニットが知られている（アジレント・テクノロジー株式会社製マルチモード注入口（ＭＭＩ）参照）。
なお、図４において、３６は外筒、３７はカラム（図示省略）を接続保持するカラムナット、３８は液体窒素導入口、３９は排気口である。

このような試料注入ユニットは、構造上、試料注入ユニット自体の熱容量が非常に小さく、急激な温度変化（９００℃／ｍｉｎ）にも対応できることから、試料の大量注入が可能である。また、ＳＵＳ配管３３の外側に液体窒素導入口３８から液体窒素を導入することにより、広い温度領域（−１６０℃〜４５０℃）でのアプリケーションにも対応することができる。具体的には、試料の大量注入が可能であることにより、ガラスインサート３４の試料気化室内での試料濃縮が可能となり、手動による濃縮作業を省くことができる。また、低温下でのアプリケーションによって、広い温度領域での、様々な注入モードに対応した測定が可能である。とりわけ、有機リン系、有機塩素系等の熱に不安定な試料の分解や変形を抑えるために、これらの試料を感度良く検出できる。

特開２０１３−１８５９８７号公報

しかしながら、従来のガスクロマトグラフの試料注入ユニットは、試料気化室（ガラスインサート）内で試料を気化させる加熱手段につぎのような課題や不都合がある。
１）市販されている直線状のシーズヒータの巻きつけを正確なピッチで螺旋状に加工することが難しく、運搬・取り付け工程において寸法に狂いが生じるおそれがある。この螺旋形状の精度によって、試料気化室を形成するガラスインサート内部の温度分布の精度に影響を及ぼす。
２）シーズヒータは、１ｍｍ程度の細いＳＵＳ管の中にＮｉ−Ｃｒ等の発熱体を入れ、発熱体がＳＵＳ管内壁面に接触しないようにＭｇＯの粉末を充填して作製されるため、精密な作業が必要であり高価である。
３）ＳＵＳ配管の周りに螺旋状に巻きつけられるシーズヒータを固定するためのロウ付けに手間がかかり、ロウ材自体が高価であると共に、１０００℃近辺の加熱を行うための加熱炉を必要とする。
４）シーズヒータの寿命が短い。発熱体が酸化や通電により劣化して線径が細くなり、その部分で断線することがある。
本考案は、このような従来技術の課題や不都合を解決するためになされたものであり、安価かつ長寿命で取り扱いの容易な加熱手段を用いる試料注入ユニットを備えたガスクロマトグラフを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の本考案のガスクロマトグラフは、シリンジによりセプタムを介して試料が注入される試料注入口と、キャリアガスが導入されるキャリアガス供給口と、注入された試料を気化する試料気化室を形成する円筒状インサートと、円筒状インサートの試料気化室内を加熱する加熱手段とから構成される試料注入ユニットと、気化された試料が導入されるカラムと、カラムを通過した試料成分を検出する検出器とを備えたガスクロマトグラフであって、加熱手段として、円筒状インサートの外周に接して面ヒータを配置したものである。

なお、面ヒータを配置する場合、あらかじめ円筒形に成形されている面ヒータ内に円筒状インサートまたは円筒状インサートを収納保持する金属製円筒状保持具を挿通させる形態と、平面状の面ヒータを巻きつける形態のいずれも包含する。

また、請求項２記載の本考案のガスクロマトグラフは、請求項１記載のガスクロマトグラフであって、加熱手段として、円筒状インサートの外周または円筒状インサートを収納保持する金属製円筒状保持具の外周に接して面ヒータを配置したものである。

さらに、請求項３記載の本考案のガスクロマトグラフは、請求項１または請求項２記載のガスクロマトグラフであって、面ヒータを、セラミック内部に任意の発熱体パターンが形成されたセラミックヒータで構成したものである。

本考案のガスクロマトグラフによれば、試料注入ユニットの加熱手段として、円筒状インサートの外周に接して面ヒータを配置したので、あらかじめ円筒形に成形されているセラミックヒータを使用するときには、円筒状インサートを挿入するだけで巻き付けの必要がなく、また平面状の面ヒータを巻きつけるときにも容易である。
また、セラミック内部に発熱体を印刷することによって、任意の発熱体のパターンを正確に形成することができる。この発熱体パターンはセラミック上に固着されるため、運搬、取り付け作業時も変動することがないので取り扱いがきわめて容易である。
さらに、セラミックヒータは、半田ごて、温水便座、ヘアーコテ等の一般家電や産業用に用いられており、印刷工程によって大量・安価に製作されるためシーズヒータよりも安価である。
さらにまた、セラミックヒータは接着剤でＳＵＳ配管と接合することができるのでロウ付けする必要はない。また、酸化せず、耐薬品性を有し長寿命である。

本考案のガスクロマトグラフの全体構成を示す構成図である。 本考案のガスクロマトグラフの要部である試料注入ユニットの一実施例を示す構成図である。 本考案のガスクロマトグラフの要部である試料注入ユニットの他の一実施例を示す構成図である。 は従来のガスクロマトグラフの要部である試料注入ユニットを示す構成図である。

以下、図面を用いて本考案のガスクロマトグラフを説明する。
図１は、本考案の実施形態であるガスクロマトグラフの全体構成図である。図１において、キャリアガス流路９に試料気化室（図示省略）を含む試料注入ユニット１、カラム２および検出器４が順に配置されている。カラム２は、通常、溶融石英製キャピラリーカラムが用いられ、断熱材で囲われたオーブン３内に収容され、そのカラム温度が制御される。検出器４は、例えば水素炎イオン化検出器である。
キャリアガスを供給するガスボンベ５には、例えば水素ガスが充填されている。キャリアガス流路９の試料注入ユニット１の上流には電磁気的に駆動・制御される流量制御弁６および流量センサー７が配置され、流量制御弁６は流量センサー７で測定された値に基づき、ＣＰＵからなる制御部８よりの制御信号によって最適な流量のキャリアガスを試料注入ユニット１およびカラム２に供給するよう制御される。

上記ガスクロマトグラフで、試料を分析する場合には、通常、液体試料をシリンジ（図示省略）で試料注入ユニット１の試料気化室（図示省略）に注入し、高温の試料気化室内で気化した後、キャリアガスとともにオーブン３内に収容されたカラム２に導入する。試料はカラム２内を移動する間に固定相に対する各成分の吸着性（親和性）や分配係数の差異に基づく移動速度の差を利用して各成分に分離され、カラム２の後段に接続された検出器４へ導かれクロマトグラムとして検出される。

図２は、本考案のガスクロマトグラフの要部である試料注入ユニット１の一実施例を示す構成図である。
シーズヒータ３５（図４参照）の代わりにセラミックヒータ２５を用いるが、その形態には傍熱式モデルと直熱方式モデルの２つの方法がある。図２の実施例は、試料気化室を形成するガラスインサート２４を収納保持するＳＵＳ配管２３の外周にセラミックヒータ２５を配置した傍熱式モデルである。この場合、ＳＵＳ配管２３は、カラムナット２７および試料注入口２０側ハウジングと連結されている。
すなわち、傍熱式モデルの実施形態では、ＳＵＳ配管２３を介してセラミックヒータ２５により間接的にガラスインサート２４内を加熱する。

セラミックヒータ２５はその内部構造を図示しないが、任意の発熱パターンが印刷により正確に形成されている。これを筒状に丸めることにより円筒形のセラミックヒータ２５として容易に成形することができる。このようなセラミックヒータ２５はすでに販売されている（例えば、京セラ株式会社セラミックヒータカタログ参照http://global.kyocera.com/prdct/fc/product/pdf/heaters.pdf）。
セラミックヒータ２５のＳＵＳ配管２３外周への配置にあたっては、あらかじめ円筒形に成形したセラミックヒータ２５に、ガラスインサート２４を収納したＳＵＳ配管２３を挿通させ接着剤で固定する。なお、平面状のセラミックヒータ２５を用いるときには、ＳＵＳ配管２３の外周に巻きつけることになるが、図４の従来例に示すシーズヒータ３５を螺旋状にＳＵＳ配管３３に巻きつけることに比較してはるかに容易である。

試料を分析する場合には、シリンジ（図示省略）を試料注入口２０からセプタム２１を刺通してガラスインサート２４（試料気化室）内に試料を注入する。ガラスインサート２４はＳＵＳ配管２３を介してセラミックヒータ２５により高温（室温〜２５０℃）に加熱されており、ガラスインサート２４内に注入された試料を気化させる。気化された試料はキャリアガス供給口２２から供給されるキャリアガスによりカラムナット２７に接続されたカラム（図示省略）へ導入される。
また、液体窒素導入口２８から液体窒素を外筒２６内に導入することにより、広い温度領域（−１６０℃〜４５０℃）のアプリケーションに対応することができる。

なお、加熱に伴いセプタム２１の材質が分解し微量のガスが発生しカラム（図示省略）に混入するが、排気口２９はこれを大気空間に排出しゴーストピークを抑える。

図３は、本考案のガスクロマトグラフの要部である試料注入ユニット１の他の一実施例を示す構成図である。
図３の実施例は、試料気化室を形成するガラスインサート２４を、あらかじめ円筒形に成形したセラミックヒータ２５に挿入して固定し、またはガラスインサート２４の外周にセラミックヒータ２５を巻きつけて配置した直熱式モデルである。すなわち、直熱式モデルの実施形態ではセラミックヒータ２５が直接的にガラスインサート２４内を加熱する。この場合、セラミックヒータ２５自体がガラスインサート２４を保持する機能を有し、セラミックヒータ２５はカラムナット２７および試料注入口２０側のハウジングと連結されている。
その他の構成は、図２の実施例と同様である。

１ ・・・試料注入ユニット
２ ・・・カラム
３ ・・・オーブン
４ ・・・検出器
５ ・・・ガスボンベ
６ ・・・流量制御弁
７ ・・・流量センサー
８ ・・・制御部
９ ・・・キャリアガス流路
２０、３０ ・・・試料注入口
２１、３１ ・・・セプタム
２２ ・・・キャリアガス供給口
２３、３３ ・・・ＳＵＳ配管
２４、３４ ・・・ガラスインサート
２５ ・・・セラミックヒータ
２６、３６ ・・・外筒
２７、３７ ・・・カラムナット
２８、３８ ・・・液体窒素導入口
２９、３９ ・・・排気口
３５ ・・・シーズヒータ

Claims (3)

1. シリンジによりセプタムを介して試料が注入される試料注入口と、キャリアガスが導入されるキャリアガス供給口と、注入された前記試料を気化する試料気化室を形成する円筒状インサートと、前記円筒状インサートの試料気化室内を加熱する加熱手段とから構成される試料注入ユニットと、気化された前記試料が導入されるカラムと、前記カラムを通過した前記試料成分を検出する検出器とを備えたガスクロマトグラフにおいて、前記加熱手段として、前記円筒状インサートの外周に接して面ヒータを配置したことを特徴とするガスクロマトグラフ。
2. 請求項１記載のガスクロマトグラフにおいて、前記加熱手段として、前記円筒状インサートの外周または前記円筒状インサートを収納保持する金属製円筒状保持具の外周に接して面ヒータを配置したことを特徴とするガスクロマトグラフ。
3. 請求項１または請求項２記載のガスクロマトグラフにおいて、前記面ヒータが、セラミック内部に任意の発熱体パターンが形成されたセラミックヒータであることを特徴とするガスクロマトグラフ。
   

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