JP3775008B2 - Sampling device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
ガスクロマトグラフなどの分析装置において、試料を所定温度に加熱保温してサンプリングする装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスクロマトグラフの分析手法の一つにヘッドスペースガス分析法がある。これは液体、または固体試料をセプタム蓋付きの試料ビンに、上部に若干の空間を残した状態で封入し、これを所定の温度で所定時間保った後、上部空間(ヘッドスペース)の気体をシリンジで採取して分析することにより、試料中の揮発性成分を定性、または定量するものである。ヘッドスペース分析法において重要なことは、この前処理保温中の温度制御であって、温度がバラつくと分析結果に十分な再現性が得られない。
【0003】
従来、試料ビンを加熱保温する手段として多く用いられるのはドライバス(またはブロックバス)と呼ばれるものである。これは電気ヒータで加熱される金属製の保温ブロックに、試料ビンの直径よりも僅かに大きい内径の穴を複数個穿ったもので、この穴に試料ビンを差し込んで保温する。適当な温度調節器を用いれば任意の温度に自動調節することができ、熱伝導の良好な金属ブロックを用いているので温度ムラも少なく、また、全体に構造が簡単で取り扱いやすいので、自動化装置に組み込んでこのブロック自体を機械的に動かすように構成することも比較的容易である。
【0004】
別の手段として、ウェットバス方式(液浴式)が用いられることもある。これは加熱された液体の槽に試料ビンを浸すことで試料を保温するもので、伝熱が良好であるから、試料は素早く且つ均一に加熱される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の試料ビンを加熱保温するドライバス方式は、試料ビンの外径のバラツキやビンの抜き差しの容易さを考えると、保温ブロックとビンとの間にいくらかの隙間が必要である。その結果、密着性が悪く、熱は僅かな接触部からの伝導とブロック内壁からの放射によってしか伝えられないので伝熱効率が低く、温度調節を効果的に行うことが難しい。つまり、保温ブロックは所定温度に均一に加熱されていても、挿入されている全てのビンが所定温度に保たれているとは限らず、再現性を重視する分析においてはこの点は大きな問題となる。
【0006】
一方、同じく加熱保温するウェットバス方式は、伝熱については全く問題はないが、温調精度を上げるために、液を循環、または撹拌する装置や、液の蒸発減量に対処する液量管理の付帯装置、さらには、液の漏れや飛散から周囲の機械装置をガードする構造などが必要となり、全体構造が複雑化するので、コンパクトに自動化装置を得ようとする場合には不向きであった。
【0007】
以上の如く、本発明は、従来の方式では両立できなかった、良好な伝熱と操作性に優れた簡単な構造という2つの特徴を兼ね備えた試料ビンの保温装置を含むサンプリング装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のために、本発明は、試料ビンを挿入する穴が穿たれかつ所定温度に制御された金属製保温ブロックの穴に、熱伝導率の良い熱媒液体を充填するとともに、ブロックの穴の口に、試料ビンから熱媒液体を拭う機構を備えたものである。熱媒液体を充填した状態で試料ビンを挿入すると、穴の内壁との間の隙間を熱媒液体が満たし、熱の伝達効率がよくなり、試料は精度よく温度制御される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明をガスクロマトグラフの自動ヘッドスペースサンプリング装置に適用した実施例を図1と図2によって説明する。
【0010】
図1は、自動ヘッドスペースサンプリング装置10を示しており、ガスクロマトグラフ20の試料注入口21の真上にシリンジ11が位置するように固定されていて、図示しないプログラム制御装置によって総括的に制御される。シリンジ11を上下に移動させるシリンジ駆動機構15と、シリンジ11のプランジャ13を上下に移動させるプランジャ駆動機構16とが備えられている。これらの両駆動機構はモータまたはエアシリンダを原動機としているが、その細部構成は、本発明に直接的に関係がないので図1では簡略化し、破線のブロックで示されている。
【0011】
分析用試料を収めた試料ビン19は、試料ホルダーとして機能する金属製の保温ブロック18に装架される。なお、試料ビン19は、その口をゴムまたは軟質プラスチック製のセプタムで密栓され、このセプタムに後述のシリンジ針11Sを突き通すことにより内部のガスや液体を出し入れできる構造のものである。
【0012】
保温ブロック18は、図2に概略の形状が示されているように、円環の一部に切り欠き部18Kを持つ「C」字形を成し、円環の中心を軸として±180度の範囲で、サンプル駆動機構17によって回転させられる。このサンプル駆動機構17の構成も本発明に直接的に関係がないので図1では簡略化し、破線のブロックで示されている。保温ブロック18はその外周に密着して固定された面状ヒータ24によって加熱され、図示しない温度調節器によって、分析目的に応じて設定された所定温度に制御される。シリンジ11もヒータジャケット12により、保温ブロック18とほぼ同じ温度に加温されている。
【0013】
試料ビン19を装架する穴18Hは、この実施例では45度間隔で7個設けられている。一般に、分析時間より前処理保温時間の方が長いため、分析を連続的に行うには、複数の試料を並行して保温する。このため、複数の穴が必要になるのである。穴18Hの内径は、試料ビン19の外径より僅かに大きく、その間隙は熱伝導率の良いオイルAで充たされる。各々の穴の口には、適度な弾性と耐熱性を備えたプラスチック製の漏斗状カラー14が固定されている。
【0014】
以上のとおり構成された自動ヘッドスペースサンプリング装置10は、予め組まれたプログラムに従って、つぎのとおり作動する。
【0015】
まず、分析すべき液体試料(試料は固体でもよいが、以下の説明では液体とする)を試料ビン19に封入して、保温ブロック18の穴に挿入する。穴の底には熱媒液体としてのオイルAが予め少量充填されているので、試料ビン19を挿入するとオイルAの液面が上昇して試料ビン19と穴の内壁との間隙を埋める。余剰のオイルAはオーバフロー管23を通って流下し、オイル受け22で回収される。 試料ビン19の試料が気液平衡に達する時間経過後、サンプル駆動機構17により、保温ブロック18は回転駆動されて試料ビン19がシリンジ11の真下に位置するまで移動する。このときまでシリンジ11は先のサンプリング直後に最上位まで持ち上げられた状態にあるが、ここで、シリンジ駆動機構15によりシリンジ11を降下させ、その針11Sが試料ビン19のセプタムを貫通して先端が試料ビン19内の上部空間にあって液面までは達しない位置で止まる。次に、プランジャ駆動機構16によりプランジャ13を引き上げ、試料ビン19内上部空間の気体をシリンジ11内に吸入する。シリンジ11は保温ブロック18とほぼ同じ温度に加熱されているので、吸入された気体がシリンジ11内で相変化を起こすことはない。
【0016】
続いて、シリンジ駆動機構15によりシリンジ11を引き上げ、サンプル駆動機構17によって保温ブロック18を移動させ、その切り欠き部18Kがシリンジ11の真下に位置するようにする。そして、シリンジ駆動機構15によりシリンジ11を最下位まで降下させると、シリンジ11の針11Sは切り欠き部18Kを通って試料注入口21の上部に設けたセプタムを貫通する。その直後にプランジャ駆動機構16によりプランジャ13を押し下げ、採取した気体を試料注入口21内に吐出させる。
【0017】
その後、シリンジ駆動機構15によりシリンジ11を最上位まで戻すことでこの自動ヘッドスペースサンプリング装置10の1サイクルの動作が完了する。サンプリング後の試料ビン19は、操作者等により手動で、または別に設けたロボット装置等により保温ブロック18から取り出され、新たに別の試料ビン19が挿入される。
【0018】
試料ビン19を抜き出す際にその外周に付着したオイルAは、カラー14で拭われて同じ穴18H中に戻るので、オイルAの損失は少ないが、それでもオイルAの補充は必要である。補充は操作者が手動で行ってもよいが、プログラムによって働く図示されていないオイルポンプを用いて自動的に補給するようにしてもよい。この場合、オイル受け22に回収されたオイルAをリサイクルすることも当然考慮される。
【0019】
オイルAを拭うには、カラー14の代わりに、ブラシ状のものあるいは金属など他の材質から成るものを使用してもよい。カラー14は、このほか、試料ビン19を穴18Hの中心に保つ役割、及び摩擦力で試料ビン19を押さえて、試料量が少ない場合にオイルAから受ける浮力で試料ビン19が浮き上がることを防止する役割も担っている。
【0020】
熱媒液体としてのオイルAとしては、適度な熱伝導性と粘性、及び加熱温度に応じた耐熱性を備えたものを選定して用いるが、加熱温度が摂氏60度程度以下であれば水を用いることもでき、オイルAに限定されない。
【0021】
本発明は、上記実施例のヘッドスペースサンプリングばかりでなく、試料の相変化を防ぐ目的などのため、試料を一定温度に保ってサンプリングする場合にも応用できる。また、分析装置についても、ガスクロマトグラフに限らず、他の原理による分析装置にも広く適用でき、効果をあげることができる。
【0022】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によるサンプリング装置によれば、保温ブロックから試料ビンへの熱伝導が良好になり、保温の精度を向上することができる。したがって、特にヘッドスペース分析法のように試料の前処理保温時の温度精度がサンプリングされるガスの組成に直接影響するような場合効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサンプリング装置の構成を示す図である。
【図2】本発明のサンプリング装置における保温ブロックの形状を示す図である。
【符号の説明】
11……シリンジ
11S…針
12……ヒータジャケット
13……プランジャ
14……カラー
15……シリンジ駆動機構
16……プランジャ駆動機構
17……サンプル駆動機構
18……保温ブロック
18H…穴
18K…切り欠き部
19……試料ビン
20……ガスクロマトグラフ
21……試料注入口
A…オイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for sampling by heating and keeping a sample at a predetermined temperature in an analyzer such as a gas chromatograph.
[0002]
[Prior art]
One of the gas chromatograph analysis methods is a headspace gas analysis method. In this method, a liquid or solid sample is sealed in a sample bottle with a septum lid, leaving some space at the top, and kept at a predetermined temperature for a predetermined time. By collecting and analyzing with a syringe, the volatile components in the sample are qualitatively or quantitatively determined. What is important in the headspace analysis method is temperature control during the pretreatment heat retention, and if the temperature varies, sufficient reproducibility of the analysis results cannot be obtained.
[0003]
Conventionally, what is often used as a means for heating and keeping the sample bottle is called dry bath (or block bath). In this case, a plurality of holes having an inner diameter slightly larger than the diameter of the sample bottle are formed in a metal heat insulating block heated by an electric heater, and the sample bottle is inserted into the hole for heat insulation. If an appropriate temperature controller is used, the temperature can be automatically adjusted to any temperature. Since a metal block with good heat conduction is used, there is little temperature unevenness, and the overall structure is simple and easy to handle. It is also relatively easy to construct the block itself so as to move mechanically.
[0004]
As another means, a wet bath system (liquid bath system) may be used. In this method, the sample bottle is kept warm by immersing the sample bottle in a heated liquid bath. Since the heat transfer is good, the sample is heated quickly and uniformly.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional dry bath method that heats and heats the sample bottle requires some clearance between the heat retaining block and the bottle in view of the variation in the outer diameter of the sample bottle and the ease of inserting and removing the bottle. As a result, the adhesion is poor, and heat can be transmitted only by a small amount of conduction from the contact portion and radiation from the inner wall of the block, so that the heat transfer efficiency is low and it is difficult to adjust the temperature effectively. In other words, even if the heat insulation block is uniformly heated to a predetermined temperature, not all the inserted bins are maintained at the predetermined temperature, and this is a big problem in the analysis that emphasizes reproducibility. Become.
[0006]
On the other hand, the wet bath method that heats and keeps heat has no problem in terms of heat transfer, but in order to improve the temperature control accuracy, a device that circulates or stirs the liquid, and a liquid volume management that copes with liquid evaporation loss. An accompanying device and a structure for guarding surrounding mechanical devices from liquid leakage and scattering are required, and the overall structure becomes complicated, so it is not suitable for obtaining an automated device in a compact manner.
[0007]
As described above, the present invention provides a sampling device including a sample bottle heat retaining device that has two features of good heat transfer and a simple structure excellent in operability, which cannot be achieved by the conventional method. It is intended.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention fills a hole of a metal heat insulation block in which a hole for inserting a sample bottle is formed and controlled to a predetermined temperature with a heat transfer medium having a good thermal conductivity , The hole mouth is provided with a mechanism for wiping the heat transfer liquid from the sample bottle . When the sample bottle is inserted with the heat medium liquid filled, the heat medium liquid fills the gap between the inner wall of the hole, the heat transfer efficiency is improved, and the temperature of the sample is accurately controlled.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a gas chromatograph automatic headspace sampling apparatus will be described with reference to FIGS.
[0010]
FIG. 1 shows an automatic
[0011]
The sample bottle 19 containing the analysis sample is mounted on a metal
[0012]
As shown in the schematic shape of FIG. 2, the
[0013]
In this embodiment, seven
[0014]
The automatic
[0015]
First, a liquid sample to be analyzed (a sample may be a solid, but in the following description, it is a liquid) is sealed in a sample bottle 19 and inserted into a hole in a
[0016]
Subsequently, the syringe 11 is pulled up by the
[0017]
Thereafter, the syringe 11 is returned to the uppermost position by the
[0018]
The oil A adhering to the outer periphery when the sample bottle 19 is extracted is wiped by the collar 14 and returns to the
[0019]
In order to wipe the oil A, instead of the collar 14, a brush-like material or a material made of another material such as a metal may be used. In addition to this, the collar 14 keeps the sample bottle 19 at the center of the
[0020]
The oil A as the heat transfer liquid is selected and used with appropriate heat conductivity and viscosity, and heat resistance according to the heating temperature. If the heating temperature is about 60 degrees Celsius or less, water is used. It can also be used and is not limited to oil A.
[0021]
The present invention can be applied not only to the head space sampling in the above embodiment, but also to the case where the sample is sampled at a constant temperature for the purpose of preventing the phase change of the sample. The analyzer is not limited to the gas chromatograph but can be widely applied to analyzers based on other principles, and the effect can be obtained.
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the sampling device of the present invention, heat conduction from the heat insulation block to the sample bottle is improved, and the accuracy of heat insulation can be improved. Therefore, it is effective particularly in the case where the temperature accuracy at the time of the pretreatment heat retention of the sample directly affects the composition of the sampled gas as in the head space analysis method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a sampling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the shape of a heat insulation block in the sampling device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Syringe 11S ... Needle 12 ...
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