JP4174600B2 - ガスクロマトグラフ用炎光光度検出器 - Google Patents
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Description
この発明は、ガスクロマトグラフの検出器として使用される炎光光度検出器に関する。
炎光光度検出器（以下「ＦＰＤ（=Flame Photometric Detector）」と略記する）は特にイオウ、リンの化合物に選択的に高い感度を有することを特徴とするガスクロマトグラフ用検出器である。図１は従来のＦＰＤの構造の一例を断面図で示したものである。（特許文献１）図１において、1から3はＦＰＤに連結されるガスクロマトグラフ流路である。すなわち、定圧又は定流量に調節されたキャリアガスは、キャリアガス導入部１から導入され、試料注入口２、カラム３を経て検出器（ＦＰＤセル４）へと流れる。試料注入口２から注入された試料はこのキャリアガスの流れに乗ってカラム３を通過する間に各成分に分離される。以下、このカラムの末端から流出するキャリアガスと、分離された試料成分の構成ガスをカラム流出ガスと記す。
ＦＰＤセル4には燃料ガスとして水素、助燃ガスとして空気がそれぞれ導管５１、６１、を経て導入される。導入された燃料ガスは円筒形のＦＰＤセルの中心軸に沿う燃料ガス通路５を通って上方に流れる。燃料ガス通路５の上端は燃料室４２に向けて開口するノズル７を形成する。カラムの末端は、ＦＰＤセル４の下側から上記の燃料ガス通路５内に挿入され、ナット３１、フェルール３２で固定される。助燃ガスは燃料ガス通路５を囲むように設けられた助燃ガス通路６２を通ってノズルの周囲に配置されノズル近傍に開口する複数の小穴からなる助燃ガス吹出し口６から燃焼室４２に向けて吹出される。なお、助燃ガス吹出し口６はノズルを環状に取りまくスリット上の隙間として構成されることもある。燃料ガス、助燃ガスとして水素、空気を用いたが、これ以外のガス種を用いる可能性もある。
燃焼室４２はセル外筒４１に覆われたノズル７上方の空間であって、ここで燃料ガスは助燃ガス中の酸素と反応して燃焼し炎８を形成する。燃焼後の排ガスはセル外筒上部の排気口４３から排出させる。
カラム流出ガスは燃料ガス通路５の中で燃料ガスと合流し、ノズル７から炎８の中へ吹出される。試料中にイオウ、リンを含む成分があれば、高温の炎８の中で特定の波長の光を発する。この光は炎８の側面に設けられた測光部１０によりその光度が測定される。このとき、炎８中で試料成分から発光した光は石英窓１３を透過して測光部１０に入り、さらに特定波長だけを通す干渉フィルタ１１をとおってホトマル１２で電気信号にかえられ、図示しない外部の測定回路に出力される。
特開２００２−２２６６１
ガスクロマトグラフでは用途によって、一台の装置を用いて様々な異なった条件で分析を行っている。たとえば、分析カラムの内径、キャリアガス流量、測定成分などである。分析条件、特にカラムの種類を変えた場合、ＦＰＤ検出器用ノズルも条件に合わせて適切なものに交換しなければならない。
例えば、パックドカラムとキャピラリカラムを用いた場合では、キャリアガス流量が大きく異なっている。そのため、ノズル先端部で炎を形成する際に、ノズル先端部の内径がガス流量にあった適切な値でなければ、うまく炎が形成されず、失火してしまったりすることがある。また条件によって、ノズルの先端部から試料の発光位置までの距離が異なる。具体的には、炎へ導入されるガスの線速度が速ければ、ノズル先端部から発光位置までの距離は長くなり、発光までに時間のかかる試料を測定する際にも発光位置までの距離が長くなるなど、分析条件の変更によって、発光位置が変化する可能性が考えられるため、ノズルの先端部の高さを、ホトマルでの検出効率を良くするために変更する必要がある。
例えば、パックドカラムとキャピラリカラムを用いた場合では、キャリアガス流量が大きく異なっている。そのため、ノズル先端部で炎を形成する際に、ノズル先端部の内径がガス流量にあった適切な値でなければ、うまく炎が形成されず、失火してしまったりすることがある。また条件によって、ノズルの先端部から試料の発光位置までの距離が異なる。具体的には、炎へ導入されるガスの線速度が速ければ、ノズル先端部から発光位置までの距離は長くなり、発光までに時間のかかる試料を測定する際にも発光位置までの距離が長くなるなど、分析条件の変更によって、発光位置が変化する可能性が考えられるため、ノズルの先端部の高さを、ホトマルでの検出効率を良くするために変更する必要がある。
しかし従来、カラムの交換はカラムオーブン内側から行うのに対し、ノズルの調整は検出器側、すなわちカラムオーブンの外側から行わなければならず、検出器のふたをはずすなど、煩雑な作業が伴っていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ガスクロマトグラフのＦＰＤ検出器において、ノズル本体を交換することなく、分析条件に適したノズル内径や位置に変更可能な構造とすることを目的とする。検出器のふたをはずしたりする必要がなく、カラムオーブン側から作業を行うことができるため、カラムの交換と同時にノズルの調整が可能となる。
請求項1に係る発明は、上記課題を解決するために、
「カラムオーブンに収容されたカラム先端部が接続し、中心軸に沿って燃料ガスが流れる燃料ガス通路を有するガスクロマトグラフ用炎光光度検出器であって、該カラムから流出するカラム流出ガスと該燃料ガスとの混合ガスをノズルの先端より噴出させ、該混合ガスと助燃ガスとを混合して燃焼室内で燃焼させ、その燃焼による炎の中で、カラム流出ガス中の試料成分の発した特定波長の光を検出するように構成したガスクロマトグラフ用炎光光度検出器において、該燃料ガス通路の内側に、該カラム先端の接続部に着脱可能に接続し、該カラム先端の接続部から該ノズル先端部まで延伸する石英製の筒状部材を設け、該筒状部材をカラムオーブン側から着脱可能としたガスクロマトグラフ用炎光光度検出器」を提供するものである。
すなわち、ガスクロマトグラフのＦＰＤ検出器内部の、燃料ガス通路の内側にカラム先端の接続部から該ノズル先端部まで延伸する石英製の筒状部材を設け、該筒状部材を交換することで、ノズル先端の内径や高さを変更可能としたものである。
「カラムオーブンに収容されたカラム先端部が接続し、中心軸に沿って燃料ガスが流れる燃料ガス通路を有するガスクロマトグラフ用炎光光度検出器であって、該カラムから流出するカラム流出ガスと該燃料ガスとの混合ガスをノズルの先端より噴出させ、該混合ガスと助燃ガスとを混合して燃焼室内で燃焼させ、その燃焼による炎の中で、カラム流出ガス中の試料成分の発した特定波長の光を検出するように構成したガスクロマトグラフ用炎光光度検出器において、該燃料ガス通路の内側に、該カラム先端の接続部に着脱可能に接続し、該カラム先端の接続部から該ノズル先端部まで延伸する石英製の筒状部材を設け、該筒状部材をカラムオーブン側から着脱可能としたガスクロマトグラフ用炎光光度検出器」を提供するものである。
すなわち、ガスクロマトグラフのＦＰＤ検出器内部の、燃料ガス通路の内側にカラム先端の接続部から該ノズル先端部まで延伸する石英製の筒状部材を設け、該筒状部材を交換することで、ノズル先端の内径や高さを変更可能としたものである。
分析条件によって、試料成分の発光位置が変わるため、同じ強さの発光が起こっていても、ホトマルで測定される光の強度が異なっている。発光位置に変化を及ぼす要因は、分析カラムの内径に限られたものではなく、キャリアガス流量、対象成分を変更する等のさまざまな要因が考えられる。
本発明により、分析条件を変更した際など、ノズルの内径や高さを変更したほうがより検出感度が上がると考えられる場合、該筒状部材の内径や長さを異なったものと交換することで、ＦＰＤ検出器のノズルの内径や先端の高さを変更し、試料成分の発光高さを最適な高さで発光させられるようにすることができる。したがって、失火も起こりにくく、ホトマルへ入る光が増え、FPD検出器の感度をよりよくすることができる。かつ、上記の作業はカラムオーブン側から行うことができるため、カラムの交換と同時に作業を行うことができ、作業全体の省力化が図れる。
本発明により、分析条件を変更した際など、ノズルの内径や高さを変更したほうがより検出感度が上がると考えられる場合、該筒状部材の内径や長さを異なったものと交換することで、ＦＰＤ検出器のノズルの内径や先端の高さを変更し、試料成分の発光高さを最適な高さで発光させられるようにすることができる。したがって、失火も起こりにくく、ホトマルへ入る光が増え、FPD検出器の感度をよりよくすることができる。かつ、上記の作業はカラムオーブン側から行うことができるため、カラムの交換と同時に作業を行うことができ、作業全体の省力化が図れる。
本発明のノズル部を図２（ａ）に示す。図２（ｂ）は従来用いられているＦＰＤ用ノズルである。図２においてはＦＰＤ検出器内部のノズル及びその周辺のみを示し、図示しない部分については図１と同様とする。
本実施例と従来のノズルは、先端付近の構造が異なる。従来のノズルの先端７１は一部材で構成されており先端の高さは一定である。本実施例においては、ノズル内側に別部材である筒状部材７２を備えており、ノズルの先端付近は該筒状部材が突出している。図3に筒状部材７２の一例を示す。図３に示されるように筒状部材７２は下部にねじ部７４と溝７３を持ち、筒部は例えば石英など測定成分の吸着しにくい材質を用いるのが好ましい。本発明においてはノズル内部にもねじが形成されており、筒状部材７２のねじ部７４と螺合されている。
溝７３は、ドライバを用いてねじを螺合するために形成されており、ドライバを溝７３にあて、筒状部材７２をカラムオーブン側からノズル内部へ挿入し、ドライバを用いてねじ部７４を締められるようになっている。ねじ部７４の締め具合によって、該筒状部材７２はガス流出方向に移動可能であり、先端の高さが調整可能である。カラムの末端は、ねじ部７４の直下もしくは筒状部材内部まで挿入されており、カラムからの流出ガスは該筒状部材７２の内部を通って、燃焼室へと導入され、炎中で試料成分が発光する。このとき、該筒状部材をノズルに螺合させたときの先端の高さの変化に伴い、 カラム流出ガス中の試料成分の発光位置を変更することができる。
例えば分析カラムの内径が異なる場合、流出ガスの線速度が異なるため、試料成分の発光位置は大きく異なる。例えば、パックドカラムを使用する際はねじを奥まで締めることで該筒状部材を上げ、カラム流出ガス中の試料成分の発光位置を上げる。キャピラリカラムを用いる際はねじ部をあまり締めず、該筒状部材を下げ、発光位置を下げることができる。
このように、ねじの締め方により、 カラム流出ガス中の試料成分の発光位置を最適な高さに調整することが可能である。この調整方法は、 ねじ式に限定されたものではなく、例えばはめ込み式や、スライドできる構成等にしても良いし、自動化しても良い。また、筒状部材を着脱可能にし、長さの異なる筒状部材を具備し、これらを交換可能とすることもできる。内径の異なる筒状部材を具備すれば、本発明によって高さを変更すると同時に、ノズルの内径についても変更することなども可能である。また、該筒状部材はカラムオーブン側から調整可能であるため、調整の作業が省力化できる。
ガスクロマトグラフ用ＦＰＤ検出器には、図４に示すような構造をもつものがあり、本発明の効果はさらに顕著である。図４におけるＦＰＤ検出器の詳細は特開平１１−２３７３４０に開示されている。簡単には、炎８とホトマル１２の間に凸レンズ１５をそなえ、炎中の試料成分から発せられる拡散光を、コリメートし、ホトマルの入射面に略垂直な光として入射する。また、炎をはさんでホトマルの反対側には、凹面鏡１６を配設し、該凹面鏡１６で反射した光も前記凸レンズ１５で略垂直な光としてホトマル１２で検出されるというものである。このような構造をもつたＦＰＤ検出器によれば炎中で発光した光の大部分がホトマルへ到達されることとなるが、凸レンズ及び凹レンズは、ある一点で焦点１７を結ぶように設計されていて、その焦点位置１７でもっとも強く発光することが望ましい。従来はノズル先端の高さは固定であったため、分析条件を変更した際、試料成分の発光位置とこの焦点がずれてしまい、ホトマルへの到達効率が悪くなることがあった。図5のようにノズル位置を変更することでノズル先端と発光位置の距離を（ａ）から（ｃ）などのように変更し、発光位置を焦点１７に近づけることができる。図５（ａ）は、線速度が速い場合などに、該筒状部材を下げた図であり、図５（ｃ）は線速度が遅いなどの場合に該筒状部材を上げた図である。本発明を適用すれば、分析条件によって測定したい試料成分の発光位置が前記焦点にできるだけ近くなるように該筒状部材の位置を調整することで、ホトマルに到達する光量を増大させ、検出感度を上げることができる
１ …キャリアガス導入部
２ …試料注入口
３ …カラム
３１…ナット
３２…フェルール
４ …ＦＰＤセル
４１…セル外筒
４２…燃焼室
４３…排気口
５ …燃料ガス通路
５１…燃料ガス導管
６ …助燃ガス吹出し口
６１…助燃ガス導管
６２…助燃ガス通路
７ …ノズル
７１…従来のノズルの先端
７２…筒状部材
７３…溝
７４…ねじ部
８ …炎
９ …遮光リング
１０…測光部
１１…干渉フィルタ
１２…ホトマル
１３…石英窓
１４…石英筒
１５…凸レンズ
１６…凹面鏡
１７…光学設計上の焦点
２ …試料注入口
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８ …炎
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１３…石英窓
１４…石英筒
１５…凸レンズ
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１７…光学設計上の焦点
Claims (1)
-
カラムオーブンに収容されたカラム先端部が接続し、中心軸に沿って燃料ガスが流れる燃料ガス通路を有するガスクロマトグラフ用炎光光度検出器であって、該カラムから流出するカラム流出ガスと該燃料ガスとの混合ガスをノズルの先端より噴出させ、該混合ガスと助燃ガスとを混合して燃焼室内で燃焼させ、その燃焼による炎の中で、カラム流出ガス中の試料成分の発した特定波長の光を検出するように構成したガスクロマトグラフ用炎光光度検出器において、該燃料ガス通路の内側に、該カラム先端の接続部に着脱可能に接続し、該カラム先端の接続部から該ノズル先端部まで延伸する石英製の筒状部材を設け、該筒状部材をカラムオーブン側から着脱可能としたガスクロマトグラフ用炎光光度検出器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004006072A JP4174600B2 (ja) | 2004-01-13 | 2004-01-13 | ガスクロマトグラフ用炎光光度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004006072A JP4174600B2 (ja) | 2004-01-13 | 2004-01-13 | ガスクロマトグラフ用炎光光度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005201688A JP2005201688A (ja) | 2005-07-28 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP4174600B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021236898A1 (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-25 | Rosemount Inc. | Flame photometric detector |
-
2004
- 2004-01-13 JP JP2004006072A patent/JP4174600B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021236898A1 (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-25 | Rosemount Inc. | Flame photometric detector |
| US11506643B2 (en) | 2020-05-22 | 2022-11-22 | Rosemount Inc. | Flame photometric detector |
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| JP2005201688A (ja) | 2005-07-28 |
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