JP4575788B2 - Gas chromatograph apparatus and VOC measuring apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガスクロマトグラフ装置およびそれを用いるVOC測定装置に関するものである。 The present invention relates to a gas chromatograph apparatus and a VOC measurement apparatus using the same.
ガスクロマトグラフ装置は、ガス中の成分の定性・定量分析に広く用いられており、これは被測定ガスをキャリアガスと共に、充填材が充填されているガス分離カラムに導入し、被測定ガス中に含まれるガス成分がガス分離カラム中の充填材との相互作用によるリテンションタイム差により分離され、この分離されたガス成分をガス分離カラムから導出して、熱伝導度検出器(TCD)や水素炎イオン化検出器(FID)等の検出器にて検出することにより、クロマトグラムが得られるものである(特許文献1参照)。 Gas chromatographs are widely used for qualitative and quantitative analysis of components in gas, which introduces a gas to be measured together with a carrier gas into a gas separation column packed with a packing material, The contained gas components are separated by the retention time difference due to the interaction with the packing material in the gas separation column, and the separated gas components are derived from the gas separation column to be used as a thermal conductivity detector (TCD) or hydrogen flame. A chromatogram is obtained by detecting with a detector such as an ionization detector (FID) (see Patent Document 1).
また近年、シックハウス症候群や化学物質過敏症の原因物質として、建物の内装材や什器に使用されている塗料や接着剤などから発生する揮発性有機化合物(VOC)が注目されており、このようなVOCの定性定量測定に上記のガスクロマトグラフ装置が使用されている。
上記構成のガスクロマトグラフ装置では、被測定ガス中に含まれる複数種類の検出対象ガス成分のガス濃度を検出するのであるが、長時間の使用に伴って検出器の検出出力が変動するため、検出出力の校正を行う必要がある。しかも検出出力の変動量は測定対象のガス成分毎に異なるため、検出出力の校正を行う場合には高純度空気をキャリアガスとして所定濃度の検出対象ガス成分を混入した校正用の試料ガスを複数用意し、各々のガス成分毎に検出出力を校正しなければならず、校正の手間がかかり、測定の準備に長時間を必要としていた。 The gas chromatograph configured as described above detects the gas concentration of a plurality of types of gas components to be detected contained in the gas to be measured, but the detection output of the detector fluctuates with prolonged use. It is necessary to calibrate the output. In addition, since the amount of fluctuation in the detection output differs for each gas component to be measured, when calibrating the detection output, a plurality of sample gases for calibration mixed with a detection target gas component having a predetermined concentration using high-purity air as a carrier gas. It was necessary to prepare and calibrate the detection output for each gas component, which took time for calibration and required a long time for preparation for measurement.
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、校正作業が容易に行えるガスクロマトグラフ装置およびそれを用いるVOC測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas chromatograph apparatus that can easily perform a calibration operation and a VOC measurement apparatus that uses the gas chromatograph apparatus.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ガス成分に応じて流動遅延を生じさせる部材を充填したガス分離カラムと、空気をキャリアガスとしてガス分離カラムの吸気側からガス分離カラム内にガス流路を介して圧送する圧送手段と、ガス流路の途中に設けられ、該ガス流路内のキャリアガス中に複数種類の検出対象ガス成分を含む被測定ガスを供給するガス供給口と、ガス分離カラムの排気側に設けられて、各々の検出対象ガス成分のガス濃度に応じた出力を順次発生する半導体ガスセンサと、各検出対象ガス成分のリテンションタイムおよび半導体ガスセンサの出力のピークと該出力のピークに対応したガス濃度データとを対応付けた検量線データを記憶する記憶手段と、半導体ガスセンサの出力のピークおよびリテンションタイムをもとに各検出対象ガス成分のガス濃度を求めるガス濃度検出機能を有する演算手段と、演算手段の動作モードを、各検出対象ガス成分のガス濃度を求める検出モード、又は、ガス濃度の検出値を校正する校正モードの何れかに切り替えるモード切替手段と、校正モードにおいてガス供給口から供給する校正用ガスに含まれる検出対象ガス成分のガス種およびガス濃度を設定する校正条件設定手段とを備え、演算手段は、その動作モードが校正モードに切り替えられると、校正条件設定手段により設定されたガス種およびガス濃度と、半導体ガスセンサの出力のピークとをもとに、出力のピークから求めた検出対象ガス成分のガス濃度が校正条件設定手段により設定されたガス濃度に一致するよう出力を補正する校正計算式を求め、検出モードにおいて、校正用ガスに含まれていた検出対象ガス成分とそれ以外の他の検出対象ガス成分の両方について、半導体ガスセンサの出力のピークを校正計算式を用いて補正し、記憶手段に記憶された検量線データから補正後の検出出力に対応するガス濃度を求めることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、演算手段では、校正モードにおいてガス濃度の異なる2種の校正用ガスを注入して、2点のガス濃度における半導体ガスセンサの出力のピークを求めており、検量線データから高濃度側の校正用ガスのガス濃度における出力のピークを読み出した値をXOH、検量線データから低濃度側の校正用ガスのガス濃度における出力のピークを読み出した値をXOL、高濃度側の校正用ガスの注入時における半導体ガスセンサの出力のピークを測定した結果をXH、低濃度側の校正用ガスの注入時における半導体ガスセンサの出力のピークを測定した結果をXL、被測定ガスの注入時における半導体ガスセンサの出力のピークをX、出力のピークXを校正した値をXCとした場合に、演算手段が、logXC=(logXOH−logXOL)×(logX−logXL)/(logXH−logXL)+logXOLなる校正計算式を用いて半導体ガスセンサの出力のピークを校正することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the calculation means injects two kinds of calibration gases having different gas concentrations in the calibration mode to obtain the peak of the output of the semiconductor gas sensor at two gas concentrations. The value obtained by reading the output peak at the gas concentration of the calibration gas on the high concentration side from the calibration curve data is XOH, and the value obtained by reading the output peak at the gas concentration of the calibration gas on the low concentration side from the calibration curve data XOL, the result of measuring the peak of the output of the semiconductor gas sensor when the calibration gas on the high concentration side is injected is XH, and the result of measuring the peak of the output of the semiconductor gas sensor when the calibration gas on the low concentration side is injected is XL When the measured peak of the semiconductor gas sensor at the time of injection of the gas to be measured is X, and the value obtained by calibrating the output peak X is XC, the computing means is logXC And wherein the calibrating the peak of the output of the semiconductor gas sensor using (logXOH-logXOL) × (logX-logXL) / (logXH-logXL) + logXOL comprising calibration equation.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、半導体ガスセンサの出力のピークとその対数値を1対1に対応付けたLOGテーブル、および、検量線データの出力のピークの対数値と各出力のピークにおけるガス濃度とを1対1で対応付けた検量線テーブルを記憶手段に登録しておき、LXを半導体ガスセンサの出力のピークの対数値、LXCを校正値XCの対数値、LXOH,LXOLをそれぞれ出力XOH,XOLの対数値、LXH,LXLをそれぞれ1点目および2点目の校正用ガス注入時における出力のピークXH,XLの対数値とし、A=(LX0H−LX0L)/(LXH−LXY)、B=(LX0L・LXH−LX0H・LXL)/(LXH−LXY)とした場合に、演算手段は、検出モードにおいて半導体ガスセンサの出力のピークを読み込むと、この出力のピークをLOGテーブルを用いて対数値に変換し、LXC=A×LLX+Bなる校正計算式を用いて出力のピークを補正した後、検量線テーブルから補正後の出力のピークに対応するガス濃度を読み込むことで、ガス濃度を求めることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a LOG table in which the output peak of the semiconductor gas sensor and its logarithmic value are in a one-to-one correspondence, and the logarithmic value of the peak of the calibration curve data and each output A calibration curve table in which the gas concentration at each peak is associated with the one-to-one correspondence is registered in the storage means, LX is the logarithmic value of the output peak of the semiconductor gas sensor, LXC is the logarithmic value of the calibration value XC, LXOH, LXOL Are the logarithmic values of the outputs XOH and XOL, and LXH and LXL are the logarithmic values of the output peaks XH and XL at the time of the first and second calibration gas injection, respectively, and A = (LX0H−LX0L) / (LXH −LXY), B = (LX0L·LXH−LX0H · LXL) / (LXH−LXY), the computing means outputs the output of the semiconductor gas sensor in the detection mode. When the peak is read, this output peak is converted to a logarithmic value using the LOG table, the output peak is corrected using the calibration formula LXC = A × LLX + B, and then the corrected output is calculated from the calibration curve table. The gas concentration is obtained by reading the gas concentration corresponding to the peak.
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかの発明において、演算手段は、校正モードにおいて、校正条件設定手段により設定されたガス種の既知のリテンションタイムと、校正用ガスの注入時点から半導体ガスセンサの出力のピークが現れるまでの時間との時間差である補正時間を求め、検出モードにおいては、被測定ガスの注入時点より各検出対象ガス成分のリテンションタイムに上記補正時間を加算した時間が経過した時点で半導体ガスセンサの出力を取り込むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, in the calibration mode, the calculation means is a known retention time of the gas type set by the calibration condition setting means and a calibration gas injection time point. The correction time, which is the time difference from the time until the peak of the output of the semiconductor gas sensor appears, is obtained, and in the detection mode, the time obtained by adding the correction time to the retention time of each detection target gas component from the time of injection of the gas to be measured It is characterized in that the output of the semiconductor gas sensor is taken in at the time when elapses.
請求項5の発明は、VOC測定装置であって、請求項1乃至4の何れか1つのガスクロマトグラフ装置を用い、前記被測定ガス中のVOC成分の定性定量測定を行うことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is a VOC measurement apparatus, characterized in that a qualitative quantitative measurement of a VOC component in the gas to be measured is performed using any one of the gas chromatograph apparatuses according to the first to fourth aspects.
請求項1の発明によれば、被測定ガスの検出手段として半導体ガスセンサを用いており、半導体ガスセンサでは経時変化によって生じる出力の変化が、全ての検出対象ガス成分に対して略同じ割合で発生することが実験により確認できたので、何れかの検出対象ガス成分について校正用ガスを注入したときの半導体ガスセンサの出力から校正計算式を求めれば、この校正計算式を用いて他の検出対象ガス成分が注入されたときの出力を校正できるから、個々の検出対処ガス成分について校正処理を行う必要が無く、校正作業が簡単に行えるガスクロマトグラフ装置を実現できる。 According to the first aspect of the present invention, the semiconductor gas sensor is used as the means for detecting the gas to be measured. In the semiconductor gas sensor, the output change caused by the change with time is generated at substantially the same rate with respect to all the detection target gas components. Therefore, if a calibration calculation formula is obtained from the output of the semiconductor gas sensor when a calibration gas is injected for any of the detection target gas components, another calibration target gas component can be obtained using this calibration calculation formula. Since the output when the gas is injected can be calibrated, it is not necessary to perform the calibration process for each detected gas component, and a gas chromatograph apparatus that can easily perform the calibration work can be realized.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様に校正作業が簡単に行えるガスクロマトグラフ装置を実現できる。 According to the second aspect of the present invention, a gas chromatograph apparatus can be realized in which the calibration work can be easily performed as in the first aspect of the present invention.
請求項3の発明によれば、演算手段は、検出モードにおいて半導体ガスセンサの出力のピークを読み込むと、この出力のピークをLOGテーブルを用いて対数値に変換し、LXC=A×LLX+Bなる校正計算式を用いて出力のピークを補正した後、検量線テーブルから補正後の出力のピークに対応するガス濃度を読み込むことで、ガス濃度を求めているので、対数演算が不要になって演算手段の処理量を減らすことができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、演算手段が、校正モードにおいて、校正条件設定手段により設定されたガス種の既知のリテンションタイムと、校正用ガスの注入時点から半導体ガスセンサの出力のピークが現れるまでの時間との時間差である補正時間を求め、検出モードにおいては、被測定ガスの注入時点より各検出対象ガス成分のリテンションタイムに上記補正時間を加算した時間が経過した時点で半導体ガスセンサの出力を取り込んでいるので、各検出対象ガス成分のガス濃度をより正確に検出することができる。 According to the invention of claim 4, in the calibration mode, the known retention time of the gas type set by the calibration condition setting unit and the peak of the output of the semiconductor gas sensor from the time when the calibration gas is injected appear. In the detection mode, the output of the semiconductor gas sensor is output when the time obtained by adding the correction time to the retention time of each detection target gas component has elapsed in the detection mode. Since it is taken in, the gas concentration of each detection target gas component can be detected more accurately.
請求項5の発明によれば、請求項1のガスクロマトグラフ装置を用いてVOC測定装置を構成しているので、個々の検出対処ガス成分について校正処理を行う必要が無く、校正作業が簡単に行えるVOC測定装置を実現できる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the VOC measurement device is configured by using the gas chromatograph device of the first aspect, it is not necessary to perform the calibration process for each detected gas component, and the calibration work can be easily performed. A VOC measurement device can be realized.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態はガスクロマトグラフ装置を用いたVOC測定器であり、図2に流路構成図を示す。このVOC測定器Aは、VOCを含まない清浄空気を所定圧力で充填したガスボンベ20と、ガスボンベ20から清浄空気がキャリアガスとしてガス流路21を介して圧送されてくるガス分離カラム1と、ガスボンベ20とガス分離カラム1の吸気側までのガス流路21の間に挿入された逆止弁22、定圧弁23および流量調整弁24と、ガス流路21内の圧力変化を検出するために設けた流量センサ25と、ガス分離カラム1の吸気側に設けられ、被測定ガスをキャリアガス内に注入して供給するガス供給口26と、ガス分離カラム1の大気に連通する排気口内に半導体ガスセンサからなる検出器30を備えている。
The present embodiment is a VOC measuring device using a gas chromatograph apparatus, and FIG. This VOC measuring device A includes a
ガス分離カラム1は、図3に示すように外面にラバー状のヒータ2を密接して配設して構成してある。このガス分離カラム1は、ステンレス、銅等の熱伝導性の高い金属にて形成された外筒1aと、外筒1a内に内挿された例えばテフロン(登録商標)からなる内筒1bとの2重筒構造を有し、内筒1b内には固定相となる充填材を充填している。この充填材は被測定ガス中の検出対象ガス成分やキャリアガスの種類に応じた適宜のものが用いられる。ラバー状のヒータ2はシリコーンラバーシート等の絶縁性ラバーにて抵抗体3を絶縁したフレキシブルなヒータであり、抵抗体3がガス分離カラム1の外周面に一端側から他端側に亘って螺旋状に周回するようにして、ガス分離カラム1の外面に密着して配設される。また、このガス分離カラム1には熱電対からなる温度センサ4が設けられており、この熱電対はポリフッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標)等)やガラスウール等の絶縁材にて絶縁被覆された状態でガス分離カラム1の外面に配設され、この温度センサ4にてガス分離カラム1の温度を検知するようにしている。
As shown in FIG. 3, the
次に本実施形態の回路構成について図1を参照して説明する。本実施形態のガスクロマトグラフ装置は電源部31と、カラムヒータ制御部32と、マイクロコンピュータからなる演算処理部33と、表示部34と、流量計測部35とからなり、電源部31は電源スイッチSWがオンされると、各部33〜35の動作用電源電圧+Vとを生成する機能を備えている。
Next, the circuit configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. The gas chromatograph apparatus according to the present embodiment includes a
カラムヒータ制御部32は、ガス分離カラム1を加熱するヒータ2の温度をサーミスタからなる温度センサ36で検出し、その検出温度に基づいてPID制御部32aが位相制御部32bを通じてヒータ2への通電電力を制御することで、ガス分離カラム1の温度を予め設定した所定温度に保つようになっている。
The column
演算処理部33は、流量センサ25の検出出力を流量計測部35から取り込み、この検出出力に基づいて流量変化を検出してこの検出によりガス供給口26からの被測定ガスの注入タイミングを検出する判定処理機能と、半導体ガスセンサからなる検出器30のヒータ30aの通電を制御して、検出器30の感ガス体の温度をヒートクリーニングのための高温期間と検出出力を取り込むための低温期間とに交互に設定する温度制御機能と、低温期間で取り込んだ検出出力と注入タイミングの検出とに基づいて検出対象ガス成分の分析及び定量決定を行う分析処理機能と、ガス分離カラム1の温度を温度センサ36の検出信号より求める機能と、所定濃度の検出対象ガス成分を混入させた校正用ガスをガス供給口26から注入したときの検出出力をもとにガス濃度の検出値およびリテンションタイムを校正する校正機能と、表示部34に表示データを送出する機能とを備えている。
The
表示部34は液晶表示器とコントローラから構成され、演算処理部33からの表示データによって、キャリアガスの流量、分析処理機能によって求められた検出対象ガス成分の分析結果や定量値、校正モードにおいて入力された校正条件の設定内容や校正用ガスの分析結果、更にガス分離カラム1の温度などを表示するようになっている。
The
流量センサ25は、負特性サーミスタと白金コイルとを備えた風速センサを用いて構成しており、この流量センサ25をガス流路21内に臨ませて、白金コイルに電圧を印加して加熱し、加熱されているガス流路21内の温度を負特性サーミスタで検知するもので、一定量のキャリアガスがガス流路21内に流れているときには、負特性サーミスタが検知する温度は一定温度になるが、流量が変化すると、つまり流速が変化すると検知温度が変化し、またその後流量が安定すると流量(流速)に対応した一定温度に保たれるもので、その検知出力は流量計測部35でA/D変換された後、演算処理部33に取り込まれ、演算処理部33はその検知温度を流量に換算することでキャリアガスの流量を監視するようになっている。
The
而して電源スイッチSWをオンして、ガスクロマトグラフ装置を動作させた後、ガスボンベ20のバルブを開くと、ガスボンベ20から清浄空気がキャリアガスとしてガス流路21に流され、流量調整弁24で調整された流量分がガス分離カラム1に圧送される。キャリアガスの流量は上述の流量センサ25によって常時検出されており、演算処理部33はこの流量センサ25の検知出力に基づいてキャリアガスの流量を監視する。
Thus, after the power switch SW is turned on and the gas chromatograph apparatus is operated, when the valve of the
このようにしてキャリアガスをガス分離カラム1内へ送っている状態で、ガス供給口26から検出対象ガス成分を含む被測定ガスを供給する打ち込み操作を行うと、被測定ガスがガス流路21内に送られることで、ガス供給口26よりも上流側のガス流路21内を流れるキャリアガスの流速(流量)が瞬間的に減少することになる。
When the carrier gas is sent into the
この瞬間的な減少によって流量センサ25の負特性サーミスタの検知温度が瞬間的に上昇することになる。この瞬間的な検知温度の変化は流量センサ25の検知出力と予め設定している基準レベルとの比較により演算処理部33で検知され、この検知されたタイミングで被測定ガスが注入されたと判断し、このタイミングに基づいて検出器30で検出されるガス成分のリテンションタイムを計測する。
This instantaneous decrease instantaneously increases the temperature detected by the negative characteristic thermistor of the
ここで本実施形態はガスクロマトグラフ装置を用いてVOC測定装置を構成したものであり、例えば室内の空気に含まれるガス成分を分析することで、環境中のVOCの定性定量測定を行うものであり、この場合被測定ガスに含まれる検出対象ガスのガス種は決まっているので(例えばトルエン、エチルベンゼン、メタキシレン、オルトキシレン、スチレンなど)、検出対象ガスに対する検出器30の検出出力と、ガス濃度換算値とを示す検量線データ(図4参照)およびリテンションタイムを演算処理部33のメモリ33aに予め登録しておく。
In this embodiment, a VOC measurement device is configured using a gas chromatograph device. For example, a qualitative quantitative measurement of VOC in the environment is performed by analyzing a gas component contained in indoor air. In this case, since the gas type of the detection target gas contained in the gas to be measured is determined (for example, toluene, ethylbenzene, metaxylene, orthoxylene, styrene, etc.), the detection output of the
ところで検出器30は半導体ガスセンサからなり、検出対象のガス成分のガス濃度に応じて感ガス体の抵抗値が変化するものであり、この抵抗値変化を電圧変化として演算処理部33が取り込んでいる。図4はガス濃度(ppb)を縦軸とし、検出器30の出力変化、すなわち電圧変化をA/D変換した値(bit)を横軸とした時の検量線データを示しており、Y=aX^bで表される。尚、図中の検量線データはトルエンのデータを示している。
By the way, the
従って、演算処理部33は、ガス分離カラム1から出てくるガス成分を検出する検出器30の検出出力をもとに、ガス注入タイミングからそのピークの発生タイミングまでの時間を測定することで当該ガス成分のリテンションタイムを計測するとともに、そのリテンションタイムと検出されたピークをメモリ33aに登録してあるデータと照合して検出対象ガス成分を判定し、またそのときの検出出力のピーク値から検出ガス成分の濃度(定量値)を判定し、その決定結果を表示部34に表示するのである。尚ガス濃度の換算は検出出力のピーク高さによらず、ピーク波形の面積から算出しても良い。
Therefore, the
図10(a)(b)は本実施形態のガスクロマトグラフ装置により測定されたクロマトグラムの一例を示している。図10(a)は3種類の検出対象ガス成分(トルエン、メタキシレン、スチレン)を各々1000ppbずつ含んだ被測定ガスのクロマトグラムであり、3つのピークP1、P2、P3がそれぞれトルエン、メタキシレン、スチレンに対応している。また図10(b)は2種類の検出対象ガス成分(エチルベンゼン、オルトキシレン)を各々1000ppbずつ含んだ被測定ガスのクロマトグラムであり、2つのピークP4,P5がそれぞれエチルベンゼン、オルトキシレンに対応している。 FIGS. 10A and 10B show examples of chromatograms measured by the gas chromatograph apparatus of this embodiment. FIG. 10A is a chromatogram of a gas to be measured containing 1000 ppb of each of three types of detection target gas components (toluene, metaxylene, and styrene). The three peaks P1, P2, and P3 are toluene and metaxylene, respectively. Corresponds to styrene. FIG. 10 (b) is a chromatogram of a gas to be measured containing 1000 ppb of two kinds of detection target gas components (ethylbenzene and orthoxylene). The two peaks P4 and P5 correspond to ethylbenzene and orthoxylene, respectively. ing.
以上のようにして被測定ガスに含まれるトルエン、エチルベンゼン、メタキシレン、オルトキシレン、スチレンなどのVCOのガス濃度が測定されるのであるが、測定を開始するにあたっては各々の検出対象ガス成分に対するガス感度を校正する必要がある。以下に本発明の要旨であるガス感度の校正方法について説明を行う。 As described above, the gas concentration of VCO such as toluene, ethylbenzene, metaxylene, orthoxylene, and styrene contained in the gas to be measured is measured. When starting the measurement, the gas corresponding to each detection target gas component is measured. Sensitivity needs to be calibrated. The gas sensitivity calibration method which is the gist of the present invention will be described below.
図10(a)(b)中に実線で示した曲線a,cは使用初期時に測定したクロマトグラムを、破線で示した曲線b,dは100日経過後に測定したクロマトグラムをそれぞれ示している。また、これらのクロマトグラムから得た各ガス成分の測定結果を下記の表1に示す。ここで図10(a)(b)および表1から判るように、各々の検出対象ガス成分に対する測定結果(各検出対象ガス成分に対応する検出出力のピーク高さ(bit)、および、検出出力のピークから求めたガス濃度(ppm))は、何れのガス成分においても100日経過後は使用初期時の約1.2倍になっており、複数の検出対象ガス成分に対して検出器30の出力値が略同じ割合で増加している。 Curves a and c shown by solid lines in FIGS. 10 (a) and 10 (b) show chromatograms measured at the beginning of use, and curves b and d shown by broken lines show chromatograms measured after 100 days. . The measurement results of each gas component obtained from these chromatograms are shown in Table 1 below. Here, as can be seen from FIGS. 10A and 10B and Table 1, the measurement results for each detection target gas component (the peak height (bit) of the detection output corresponding to each detection target gas component, and the detection output) The gas concentration (ppm) obtained from the peak of the above is about 1.2 times that in the initial stage of use after 100 days for any gas component. The output value increases at approximately the same rate.
上述のように検出器30に半導体ガスセンサを用いた本実施形態では、長期間の使用に応じて発生する検出出力の変動が、複数の検出対象ガス成分に対して略同じ割合で発生するので、検出器30の検出出力から求めたガス濃度を校正する場合は、何れかの検出対象ガス成分を含む校正ガスをガス供給口26から供給して、この時の検出値から当該検出対象ガス成分に対する補正係数を求めれば、この補正係数を用いて他の検出対象ガス成分に対する検出値を補正することが可能である。
In the present embodiment using the semiconductor gas sensor for the
また図4に示すように横軸を検出出力のピーク高さVS(bit)の対数、縦軸をガス濃度(ppb)の対数として検量線データを表すと、ガス濃度の一定区間内では、検出出力のピーク高さとガス濃度との関係を一次関数で表すことができる。図4中の折れ線L1は予め登録されている濃度テーブルの検量線データを示し、検出出力のピーク高さとガス濃度との関係はガス濃度の範囲(1:C1)と、範囲(C1:C2)においてそれぞれ直線で表される。ここで本実施形態は検出器30に半導体ガスセンサを用いており、経時変化によって検出器30の検出出力が変動する場合は、全てのガス濃度範囲において同じ割合で検出出力が変化することを試験データにより確認しているので、使用初期時の検量線データを示す折れ線L1が経時変化によって折れ線L2に平行移動するものと考えられる。したがって、検出器30の検出出力を校正する場合は、所定濃度Cxの検出対象ガス成分を含む校正用ガスを注入して、この時の検出器30の検出出力Xを求めた後、点(X,Cx)を通る折れ線L2が折れ線L1と重なるように、検出出力Xを補正すれば良い。
Also, as shown in FIG. 4, when the calibration curve data is expressed with the logarithm of the peak height VS (bit) of the detection output on the horizontal axis and the logarithm of the gas concentration (ppb) on the vertical axis, the detection is performed within a certain interval of the gas concentration. The relationship between the output peak height and the gas concentration can be expressed by a linear function. A polygonal line L1 in FIG. 4 indicates calibration curve data of a concentration table registered in advance, and the relationship between the peak height of the detection output and the gas concentration is a gas concentration range (1: C1) and a range (C1: C2). Are each represented by a straight line. Here, the present embodiment uses a semiconductor gas sensor for the
ここで、本実施形態では高濃度側の範囲(C1:C2)中の所定濃度C4の対象ガス成分(例えばトルエン)を含む校正用ガスを注入し、この時の検出器30の検出出力XHと、使用初期時の検出出力X0Hとを用いて検出出力を補正する方法(1点校正)と、高濃度側の範囲(C1:C2)中の所定濃度C3の対象ガス成分(例えばトルエン)を含む校正ガスと、低濃度側の範囲(1:C1)中の所定濃度C4の対象ガス成分を含む校正用ガスとを順番に注入し、各校正用ガスの注入時における検出器30の検出出力XH,XLと、使用初期時の検出出力X0H,X0Lとを用いて検出出力を補正する方法(2点校正)の何れかを用いて校正を行っており、各々の補正方法について以下に説明する。 ここで検出器30の検出出力から求めたガス濃度を校正するにあたっては、演算処理部33の動作モードを、各検出対象ガス成分のガス種およびガス濃度を求める検出モードから、ガス濃度の検出値を校正する校正モードに切り替える必要がある。すなわち演算処理部33には、動作モードを検出モード又は校正モードの何れかに切り替えるモード切替スイッチ(以下モード切替SWと称す)37の操作入力が与えられており、モード切替SW37の切替操作に応じて、演算処理部33の動作モードが校正モードに切り替えられる。また校正モードには、1種類の校正用ガスだけで出力の校正を行う1点校正モードと、ガス濃度の異なる2つの校正用ガスを用いて出力の校正を行う2点校正モードとがあり、上記のモード切替SW37を用いて1点校正モード又は2点校正モードの何れかを選択することができる。なお1点校正とは、ガス濃度が比較的低い範囲では検出出力の変動が小さいことを利用して、2点校正における低濃度側の校正用ガスを省いて、この時の検出出力を例えば100ppbのトルエンの基準出力で代用し、2点校正における高濃度側の校正用ガスのみを注入して、この時測定した検出出力と、100ppbのトルエンの基準出力とで出力の校正を行うモードである。
Here, in this embodiment, a calibration gas containing a target gas component (for example, toluene) having a predetermined concentration C4 in the high concentration side range (C1: C2) is injected, and the detection output XH of the
先ずモード切替SW37を用いて2点校正モードに切り替えられた場合の校正動作について以下に説明を行う。検査担当者はモード切替SW37を用いて演算処理部33の動作モードを校正モード(2点校正モード)に切り替えた後、校正条件設定手段たる入力部38を用いて1点目の校正用ガスのガス種およびガス濃度と、2点目の校正用ガス(ガス種は1点目と同じ)のガス濃度とを設定する。演算処理部33では、入力部38により校正条件が設定されると、所定の待ち時間が経過した後に表示部34に1点目(高濃度側)の測定開始を表示させるとともに、図示しないスピーカから「2点校正の1点目を測定します」「1点目の校正ガスを注入してください」といった音声メッセージを出力させる。このとき検査担当者がガス供給口26から1点目の校正用ガスを注入すると、演算処理部33は、上述と同様の方法で流量センサ25の検知出力から校正用ガスの注入タイミングを検出し、この注入タイミングから入力部38で設定されたガス種のリテンションタイムが経過した時点における検出器30の検出出力(ピーク高さ)XHを読み込む。1点目の校正用ガスの測定処理が終了すると、演算処理部33は、所定の待ち時間が経過した後に表示部34に2点目(低濃度側)の測定開始を表示させるとともに、スピーカから「2点校正の2点目を測定します」「2点目の校正ガスを注入してください」といった音声メッセージを出力させる。そして検査担当者がガス供給口26から2点目の校正用ガスを注入すると、演算処理部33は、上述と同様の方法で流量センサ25の検知出力から校正用ガスの注入タイミングを検出し、この注入タイミングから入力部38で設定されたガス種のリテンションタイムが経過した時点における検出器30の検出出力(ピーク高さ)XLを読み込む。ここでは校正用ガスとして、例えば100ppbのトルエンを含むガスと、1000ppbのトルエンを含むガスの2種類のガスを用いている。
First, the calibration operation when the
このようにして1点目および2点目の校正用ガスについて測定処理を終えると、演算処理部33は、2点のガス濃度における検出器30の検出出力のピーク高さと、上記2点のガス濃度における使用初期時の検出出力のピーク高さ(この値を基準出力と言う。)とをもとに、検出出力を校正する際に用いる以下の校正計算式(1)を作成する。
When the measurement process is completed for the first and second calibration gases in this way, the
ここで、Xは検出器30の検出出力(ピーク高さ)を例えば0〜1000で規格化した値、XCは検出出力Xの校正値、XOHは1点目(高濃度側)のガス濃度における基準出力であり、予め登録された検量線データから読み出した値、XOLは2点目(低濃度側)のガス濃度における基準出力であり、予め登録された検量線データから読み出した値、XHは1点目(高濃度側)のガス注入時における検出器30の検出出力、XLは2点目(低濃度側)のガス注入時における検出器30の検出出力である。上記の校正計算式(1)を変形すると、校正計算式は以下の(2)式で表される。
Here, X is a value obtained by normalizing the detection output (peak height) of the
ここに補正係数A,Bは、予め登録された検量線データから読み出した2点のガス濃度における基準出力XOH,XOLと、1点目および2点目のガス注入時における検出器30の検出出力XH,XLを用いて算出することができ、以後の計算では予め求めておいた補正係数A,Bを用いて検出出力を校正できる。その後、検査担当者がモード切替SW37を用いて演算処理部33の動作モードを校正モードから検出モードに切り替えると、以後の検出モードでは演算処理部33は検出器30の検出出力を上記の校正計算式(2)を用いて補正し、補正後の検出出力とリテンションタイムをもとに検査対象ガスのガス濃度を算出するので、検出出力の経時変化をキャンセルすることができる。
Here, the correction coefficients A and B are the reference outputs XOH and XOL at the gas concentrations at the two points read from the calibration curve data registered in advance, and the detection outputs of the
なお演算処理部33が上述の校正計算式(3)を用いて校正処理を行う場合、対数演算が必要になるから、演算処理部33の演算速度が低下したり、演算処理部33に処理能力の高いCPUを用いる必要がある。そこで、検出器30の検出出力(ピーク高さ)を例えば0〜1000の範囲で規格化した値(規格化ピーク高さ)とその対数値とを1対1に対応付けたLOGテーブルと、予め登録された検量線データの検出出力(ピーク高さ)を規格化した値の対数値、および、各検出出力におけるガス濃度を1対1で対応付けた検量線テーブルとをメモリ33aに登録しておけば、演算処理部33は、メモリ33aに登録されたLOGテーブルと検量線テーブルとを用いて、対数計算を行うことなく校正計算を行ってガス濃度を求めることができ、演算処理部33の計算量を少なくできる。
In addition, when the
ここで、LXを検出器30の検出出力Xの対数値、LXCを校正値XCの対数値、LXOH,LXOLをそれぞれ基準出力XOH,XOLの対数値、LXH,LXLをそれぞれ1点目および2点目の校正用ガス注入時における検出出力XH,XLの対数値とすると、上記の校正計算式(1)(2)は以下の式(3)(4)で表される。
Here, LX is the logarithm of the detection output X of the
而して、演算処理部33では、校正モードにおいて検出器30の検出出力XH,XLを読み込むと、LOGテーブルを用いて検出出力XH,XLを対数値LXH,LXLに変換するとともに、検量線テーブルから1点目および2点目のガス濃度における基準出力の対数値LX0H,LX0Lを読み出した後、上記の式(5)(6)を用いて補正係数A,Bを算出しており、対数演算を行うことなく補正係数A,Bを求めることができる。そして、測定モードにおいては、演算処理部33が検出器30の検出出力Xを読み込むと、この検出出力XをLOGテーブルを用いて対数値LXに変換し、上記の式(4)を用いて校正値LXCを算出することができ、検量線テーブルから校正値LXCに最も近い検出出力(対数値)のガス濃度を選択することで、対数演算を行うことなく、検出出力Xを補正してガス濃度を求めることができる。
Thus, when the
次にモード切替SW37を用いて1点校正モードに切り替えられた場合の校正動作について以下に説明を行う。検査担当者はモード切替SW37を用いて演算処理部33の動作モードを校正モード(1点校正モード)に切り替えた後、入力部38を用いて高濃度側の校正用ガスのガス種およびガス濃度を設定する。演算処理部33では、入力部38により校正条件が設定されると、所定の待ち時間が経過した後に表示部34に測定開始を表示させるとともに、図示しないスピーカから「校正ガスを注入してください」といった音声メッセージを出力させる。このとき検査担当者がガス供給口26から高濃度側の校正用ガスを注入すると、演算処理部33は、上述と同様の方法で流量センサ25の検知出力から校正用ガスの注入タイミングを検出し、この注入タイミングから入力部38で設定されたガス種のリテンションタイムが経過した時点における検出器30の検出出力XHを読み込む。検出出力VHの測定を終えると、演算処理部33は、校正用ガスを注入して測定した検出出力VHと、予め登録されている検量線データから読み込んだ検出出力XL(すなわちトルエンの検量線データから100ppbの濃度における検出出力を読み込んだ値)と、上記2点のガス濃度における使用初期時の検出出力(この出力を基準出力と言う。)とをもとに、2点校正の場合と同様にして上記の校正計算式(1)(2)を作成し、以後の検出モードでは校正計算式(1)(2)を用いて検出器30の検出出力を補正する。
Next, the calibration operation when the
また2点校正の場合と同様に、検出器30の検出出力(ピーク高さ)を例えば0〜1000の範囲で規格化した値(規格化ピーク高さ)とその対数値とを1対1に対応付けたLOGテーブルと、予め登録された検量線データの検出出力(ピーク高さ)を規格化した値の対数値、および、各検出出力におけるガス濃度を1対1で対応付けた検量線テーブルとを、図示しないメモリ33aに登録しておけば、演算処理部33は、メモリ33aに登録されたLOGテーブルと検量線テーブルとを用いて、対数計算を行うことなく校正計算を行ってガス濃度を求めることができ、演算処理部33の計算量を少なくできる。
Similarly to the case of two-point calibration, the value (normalized peak height) obtained by normalizing the detection output (peak height) of the
すなわち、演算処理部33は、校正モードにおいて検出器30の検出出力XHを読み込むと、LOGテーブルを用いて検出出力XHと、検出出力XL(トルエンの検量線データから100ppbの濃度における検出出力を読み込んだ値)とを対数値LXH,LXLに変換するとともに、検量線テーブルから1点目および2点目のガス濃度における基準出力の対数値LX0H,LX0Lを読み出した後、2点校正で使用した上記の式(5)(6)を用いて補正係数A,Bを算出することで、対数演算を行うことなく補正係数A,Bを求めることができる。そして、測定モードにおいては、演算処理部33が検出器30の検出出力Xを読み込むと、この検出出力XをLOGテーブルを用いて対数値LXに変換し、上記の式(4)を用いて校正値LXCを算出することができ、検量線テーブルから校正値LXCに最も近い検出出力(対数値)のガス濃度を選択することで、対数演算を行うことなく、検出出力Xを補正してガス濃度を求めることができる。
That is, when the
なお本実施形態ではガス濃度のみを校正しているが、校正モードにおいて演算処理部33が入力部38により設定されたガス種のリテンションタイム(既知)と、校正用ガスの注入時より検出器30の出力に校正用ガスに含まれる検出対象ガス成分のピークが現れるまでの時間差(この時間差を補正時間dTと言う。)を求め、以後の検出モードでは、測定対象ガスの注入時点より各検出対象ガス成分のリテンションタイムに上記補正時間dTを加算した時間が経過した時点で半導体ガスセンサの出力のピークを取り込むことによって、各検出対象ガス成分のガス濃度をより正確に計測することが可能になる。
In this embodiment, only the gas concentration is calibrated. However, in the calibration mode, the
また校正に用いる校正用ガスに、トルエンなどの検出対象ガス成分に比べてガス濃度の長期安定性が高く、且つ、検出対象ガス成分のリテンションタイム内でピークが発生する基準ガス(例えばオクタンなど)を検出対象ガス成分と一緒に混合させても良く、校正モードにおいて演算処理部33が、検出器30の出力のピークから基準ガスのガス濃度を求め、当該ガス濃度と所定のしきい値レベルとの高低を比較することで校正用ガスが正常か否かを判断することができる。すなわち演算処理部33は、基準ガスのガス濃度がしきい値レベルを下回った場合には校正用ガスが劣化したと判断して、表示部34に校正用ガスの異常を表示させており、品質の劣化した校正用ガスを用いて誤った校正が行われるのを防止できる。
In addition, the calibration gas used for calibration has a long-term stability of the gas concentration compared to the detection target gas component such as toluene, and a reference gas (for example, octane) that generates a peak within the retention time of the detection target gas component. May be mixed together with the gas component to be detected. In the calibration mode, the
尚、本実施形態ではガスクロマトグラフ装置を用いたVOC測定装置について説明を行ったが、ガスクロマトグラフ装置の用途をVOCの測定用に限定する趣旨のものではなく、例えば呼気ガスに含まれるガス成分を測定することで、疾病の発見や治療効果の確認を行う呼気成分分析装置にも利用することができるのは勿論で、用途に限定されるものではない。 In this embodiment, the VOC measurement device using the gas chromatograph device has been described. However, the purpose of the gas chromatograph device is not limited to the measurement of VOC. For example, the gas component contained in the exhaled gas is used. Of course, the measurement can be used for a breath component analyzer for finding a disease and confirming a therapeutic effect, and is not limited to the use.
30 検出器
33 演算処理部
33a メモリ
38 入力部
30
Claims (5)
空気をキャリアガスとして前記ガス分離カラムの吸気側からガス分離カラム内にガス流路を介して圧送する圧送手段と、
前記ガス流路の途中に設けられ、該ガス流路内の前記キャリアガス中に複数種類の検出対象ガス成分を含む被測定ガスを供給するガス供給口と、
前記ガス分離カラムの排気側に設けられて、各々の検出対象ガス成分のガス濃度に応じた出力を順次発生する半導体ガスセンサと、
各検出対象ガス成分のリテンションタイムおよび前記半導体ガスセンサの出力のピークと該出力のピークに対応したガス濃度データとを対応付けた検量線データを記憶する記憶手段と、
前記半導体ガスセンサの出力のピークおよびリテンションタイムをもとに各検出対象ガス成分のガス濃度を求めるガス濃度検出機能を有する演算手段と、
前記演算手段の動作モードを、各検出対象ガス成分のガス濃度を求める検出モード、又は、ガス濃度の検出値を校正する校正モードの何れかに切り替えるモード切替手段と、
校正モードにおいて前記ガス供給口から供給する校正用ガスに含まれる検出対象ガス成分のガス種およびガス濃度を設定する校正条件設定手段とを備え、
前記演算手段は、その動作モードが校正モードに切り替えられると、前記校正条件設定手段により設定されたガス種およびガス濃度と、前記半導体ガスセンサの出力のピークとをもとに、前記出力のピークから求めた検出対象ガス成分のガス濃度が前記校正条件設定手段により設定されたガス濃度に一致するよう前記出力を補正する校正計算式を求め、検出モードにおいて、前記校正用ガスに含まれていた検出対象ガス成分とそれ以外の他の検出対象ガス成分の両方について、前記半導体ガスセンサの出力のピークを前記校正計算式を用いて補正し、前記記憶手段に記憶された検量線データから補正後の検出出力に対応するガス濃度を求めることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。 A gas separation column packed with a member that causes a flow delay according to the gas component;
A pumping means for pumping air as a carrier gas from the intake side of the gas separation column into the gas separation column via a gas flow path;
A gas supply port which is provided in the middle of the gas flow path and supplies a measurement gas containing a plurality of types of detection target gas components in the carrier gas in the gas flow path;
A semiconductor gas sensor which is provided on the exhaust side of the gas separation column and sequentially generates an output corresponding to the gas concentration of each detection target gas component;
Storage means for storing calibration curve data in which the retention time of each detection target gas component and the peak of the output of the semiconductor gas sensor are associated with the gas concentration data corresponding to the peak of the output;
Arithmetic means having a gas concentration detection function for obtaining the gas concentration of each detection target gas component based on the peak of output of the semiconductor gas sensor and the retention time;
Mode switching means for switching the operation mode of the computing means to either a detection mode for obtaining the gas concentration of each detection target gas component or a calibration mode for calibrating the detection value of the gas concentration;
Calibration condition setting means for setting the gas type and gas concentration of the detection target gas component contained in the calibration gas supplied from the gas supply port in the calibration mode,
When the operation mode is switched to the calibration mode, the calculation means starts from the output peak based on the gas type and gas concentration set by the calibration condition setting means and the output peak of the semiconductor gas sensor. A calibration calculation formula for correcting the output so that the obtained gas concentration of the gas component to be detected matches the gas concentration set by the calibration condition setting means is obtained, and the detection contained in the calibration gas in the detection mode For both the target gas component and other detection target gas components, the peak of the output of the semiconductor gas sensor is corrected using the calibration calculation formula, and the corrected detection is performed from the calibration curve data stored in the storage means. A gas chromatograph apparatus for obtaining a gas concentration corresponding to an output.
5. A VOC measurement apparatus that performs qualitative quantitative measurement of a VOC component in the gas to be measured using the gas chromatograph apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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