JP4872901B2 - マルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステム - Google Patents

Description

本発明は、分離特性の相違する複数のカラムを用いるマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステムに関し、さらに詳しくは、独立した２台のガスクロマトグラフ装置を組み合わせたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステムに関する。

環境分析、石油化学分析、香料分析などの分野では、多種類の微量成分が含まれる複雑な組成の試料中の各成分を分離して高い感度で定量分析する必要があるが、一般的なガスクロマトグラフ（ＧＣ）では複数の成分のピークを完全には分離できず、十分な分析ができない場合も多い。こうした場合に、分離特性の相違する複数のカラムを組み合わせたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ（以下、ＭＤＧＣと称す）が非常に有用である。

ＭＤＧＣでは、大別して、２つのシステム構成が考えられる。その１つは、第１カラム、第１カラムで成分分離された試料ガス中の各成分を検出する第１検出器、第１カラムとは分離特性の相違する第２カラム、第２カラムで成分分離された試料ガス中の各成分を検出する第２検出器、及び、第１カラムを通過した試料ガスを第２カラム又は第１検出器のいずれか一方に選択的に送るように流路を切り替える流路切替部、を１つのカラムオーブンに収容したシステム構成である。他の１つは、第１カラム、第１検出器、及び流路切替部を１つのカラムオーブン内に収容し、第２カラム及び第２検出器を別の１つのカラムオーブン内に収容したシステム構成である。後者の場合、独立した２台のＧＣを組み合わせてシステムを構築するのが一般的である（例えば非特許文献１参照）。

上述のように２台のＧＣを組み合わせたシステムの場合、システムを制御するためのハードウエアとしてのコンピュータは１台のみでよいが、各ＧＣの分析動作やデータ収集動作は、１台のコンピュータ上でそれぞれ独立に動作する２つの専用の制御・処理ソフトウエアの下で制御されることになる。この２つの制御・処理ソフトウエアはそれぞれ独立したものであるため、分析担当者が分析条件を設定したり、そうした分析条件を全て設定した上で分析開始の指示を行ったり、或いは、途中で分析中止の指示を行ったりする際には、それぞれの制御・処理ソフトウエア上で別々に操作を行う必要がある。具体的には、それぞれの制御・処理ソフトウエアにおいて、所定の操作画面を開いてその画面上に設けられた所定のボタンをクリックする、という操作を２回行う必要がある。

したがって、分析担当者にとっては上記のような操作は二度手間であり、操作が面倒であるとともに操作ミスを引き起こす一因ともなっている。

「複雑なマトリックスから目的成分を高分離！マルチディメンジョナルＧＣシステム」、[online]、株式会社島津製作所、［平成１９年１２月１１日検索］、インターネット＜URL : http://www.an.shimadzu.co.jp/products/gc/mlt-d-gc.htm＞

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、２台のＧＣを組み合わせたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステムにおいて、操作性を改善し、操作ミスを軽減することを主たる目的としている。

上記課題を解決するために成された本発明に係るマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステムは、
a)試料気化室、該試料気化室に入口端が接続された第１カラム、該第１カラムで成分分離された試料を検出する第１検出器、前記第１カラムを通過した試料を前記第１検出器又は後記第２カラムのいずれかに選択的に流すように流路を切り替える流路切替部、及び、前記第１カラムと前記流路切替部とを内装する第１カラムオーブン、を含む第１ガスクロマトグラフ装置と、
b)前記第１カラムで成分分離され、前記流路切替部により選択的に送られてくる試料を成分分離する第２カラム、該第２カラムにより分離された試料を検出する第２検出器、及び、前記第２カラムを内装する第２カラムオーブン、を含む第２ガスクロマトグラフ装置と、
c)使用者により操作される操作手段が接続されたコンピュータであって、前記第１ガスクロマトグラフ装置の動作を制御するとともに第１検出器で得られるクロマトグラムデータを収集するための第１制御・処理ソフトウエアが当該コンピュータ上で実行されることにより機能する第１制御・処理部と、前記第２ガスクロマトグラフ装置の動作を制御するとともに第２検出器で得られるクロマトグラムデータを収集するための第２制御・処理ソフトウエアが当該コンピュータ上で実行されることにより機能する第２制御・処理部と、を含むコンピュータと、
を備え、第１制御・処理部は、前記操作手段の操作に対応した指示の中で第２制御・処理部に関連した又は第１と第２の両方の制御・処理部に関連した指示を抽出する抽出部と、その抽出された指示を第２制御・処理部に転送する転送部と、を有することを特徴としている。

本発明に係るＭＤＧＣの一態様として、前記抽出部は、少なくともクロマトグラムデータの収集開始及びクロマトグラムデータの収集中止のための指示を、第１と第２の両方の制御・処理部に関連した指示として抽出する構成とすることができる。

この実施態様のＭＤＧＣでは例えば、分析担当者が第１制御・処理部の処理動作によって表示画面上に描出される操作画面上で例えばマウスのクリック操作等により分析開始又は分析中止の指示を行うと、その指示に対応したコマンドを受けた第１制御・処理部がそのコマンドに対応した処理、例えばデータ収集の開始を実行するとともに、抽出部及び転送部の機能により、第２制御・処理ソフトウエアに同じコマンドを転送する。そして、このコマンドを受けた第２制御・処理部もそのコマンドに対応した所定の処理、例えばデータ収集の開始を実行する。これにより、分析担当者が分析開始又は分析中止の指示を１回行うだけで、例えば第１ガスクロマトグラフ装置でのデータ収集と第２クロマトグラフ装置でのデータ収集とをほぼ同時に開始又は終了させる、つまり両ガスクロマトグラフ装置の動作を連動させることができる。

本発明に係るＭＤＧＣによれば、従来、別々の操作画面上でそれぞれ操作を行う必要があったものが、一方の操作画面上で１回の操作を行うことにより、従来の複数回の操作時と同様の分析動作を遂行することが可能となる。したがって、分析担当者にとっては操作が非常に簡単になり、操作ミスやそれに起因する不適切な分析の実行を軽減することができる。

また本発明に係るＭＤＧＣにおいては、例えば第１及び第２制御・処理ソフトウエアはそれぞれ１台のガスクロマトグラフ装置を制御する制御・処理ソフトウエアを基本とし、これに流路切替部などＭＤＧＣ特有の構成要素を制御するための機能を加え、上記抽出部や転送部は、上記基本となる制御・処理ソフトウエアの一部のプログラムを書き換える又はプログラムを追加することで追加される機能とすることができる。

これによれば、第１及び第２ガスクロマトグラフ装置に対応した２つの制御・処理ソフトウエア自体は大きな改変を施すことなく使用できるので、２台のガスクロマトグラフ装置を連動させるべく新たに統合された制御・処理ソフトウエアを開発する場合に比べてコストが遙かに少なくて済み、導入コストを抑えるという経済的な利点もある。

以下、本発明に係るＭＤＧＣの一実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＭＤＧＣシステムの装置構成図、図２は本実施例によるＭＤＧＣシステムの流路及び制御系の要部の構成図である。

図１に示すように、本実施例のＭＤＧＣシステムでは、１次ＧＣ装置１と２次ＧＣ装置３の２台のＧＣ装置が連結部５により連結され、１次ＧＣ装置１には複数用意された試料の中で任意の試料を選択して注入するためのオートサンプラ２が接続されている。１次ＧＣ装置１、２次ＧＣ装置３の動作を制御するとともにデータを収集して解析処理するためのハードウエアとしてのコンピュータ４は、両ＧＣ装置１、３に共通に１台のみ設けられている。

図２に示すように、１次ＧＣ装置１は、キャリアガス（例えばヘリウムＨｅ）が供給される試料気化室１０と、図示しないヒータが付設された第１カラムオーブン１１と、試料気化室１０に入口端が接続された第１カラム１２と、第１カラム１２の出口端に接続された流路切替部１３と、第１検出器１６と、流路切替部１３と第１検出器１６との間を接続する第１分岐管１４と、流路切替部１３と２次ＧＣ装置３とを接続する第２分岐管１５と、後述する第１制御・処理部４１からの指示に基づいて、カラムオーブン１１のヒータ、オートサンプラ２、流路切替部１３、第１検出器１６などの各部に制御信号を送る分析制御部１７と、を含む。

流路切替部１３は例えばディーンズ方式の流路切替装置であり、内蔵した三方バルブで外部から供給されるキャリアガスと同じスイッチングガスの流路を切り替えてガス圧のバランス状態を変化させることで、第１カラム１２を通過してきたガスを第１分岐管１４と第２分岐管１５とのいずれかに択一的に流す。このとき、第１分岐管１４と第２分岐管１５との他方にはスイッチングガスが供給される。

２次ＧＣ装置３は、図示しないヒータが付設された第２カラムオーブン３１と、第２分岐管１５の末端に接続された第２カラム３２と、第２カラム３２を通過したガスが導入される第２検出器３３と、後述する第２制御・処理部４３からの指示に基づいて、カラムオーブン３１のヒータ、第２検出器３３などの各部に制御信号を送る分析制御部３４と、を含む。

コンピュータ４は、周知のようにＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク駆動装置などを内蔵するコンピュータ本体４０と、キーボード、マウスなどのポインティングデバイスを含む操作部（本発明における操作手段に相当）４５と、ディスプレイ４６とを含む。コンピュータ本体４０には、１次ＧＣ装置１を制御するための制御・処理ソフトウエアと２次ＧＣ装置３を制御するための制御・処理ソフトウエアとが、オペレーティングシステム（ＯＳ）上で動作するアプリケーションソフトウエアの１つとしてインストールされており、それら制御・処理ソフトウエアが起動されるとそれぞれ第１制御・処理部４１及び第２制御・処理部４３として機能する。

本実施例のＭＤＧＣにおける典型的な分析動作の一例を概略的に説明する。
まず１次ＧＣ装置１のみを利用したモニタ動作を行う。即ち、試料気化室１０を介して第１カラム１２に一定流量でキャリアガスを供給している状態で、オートサンプラ２において選択された目的試料を少量だけ試料気化室１０内に注入する。注入された試料は即座に気化し、キャリアガス流に乗って第１カラム１２に導入され、第１カラム１２を通過する間に試料中の各成分は時間的に分離されてその出口端から溶出する。このとき、流路切替部１３は第１カラム１２から到来するガスの全量が第１分岐管１４に流れるように流路が設定されており、分離された成分は第１検出器１６に到達して順次検出される。この検出信号を受けた第１制御・処理部４１ではクロマトグラムを作成し、これをディスプレイ４６の画面上に表示する。

分析担当者は上記クロマトグラムを見て詳細に分析したい時間範囲などを決定し、流路切替部１３を制御するためのスイッチングプログラムを作成し、２回目の分析を実行する。このときには、目的試料が試料気化室１０内に注入された後、スイッチングプログラムで規定されている時間範囲だけ、第１カラム１２から到来するガスの全量が第２分岐管１５に流れるように流路切替部１３で流路が切り替わる。したがって、その時間範囲には２次ＧＣ装置３の第２カラム３２に第１カラム１２で一旦成分分離された試料が導入され、高い分離能によって時間的に成分分離される。そのため、第１カラム１２では分離できなかった時間的に近接した複数のピークが第２カラム３２を通して十分に分離されるようになる。こうして分離された成分が第２検出器３３に到達して検出される。この検出信号を受けた第２制御・処理部４３ではクロマトグラムを作成し、これをディスプレイ４６の画面上に表示する。

上記のような分析を効率良く高い操作性を以て行うために、本実施例のＭＤＧＣが採用している特徴的な構成と動作について説明する。

１次ＧＣ装置１、２次ＧＣ装置３はもともと独立したＧＣ装置であり、各ＧＣ装置は同じ制御・処理ソフトウエアで制御され得る。但し、ＭＤＧＣの場合には、流路切替部１３など単体のＧＣ装置では使用しない構成要素が追加され、また、ＭＤＧＣに対応したグラフィカルユーザインターフェイスを実現するために各制御・処理ソフトウエアの一部は書き換えられ、それによって第１制御・処理部４１と第２制御・処理部４３とは全く同一ではない。さらに、本実施例のＭＤＧＣでは、第２制御・処理部４３の動作を第１制御・処理部４１の動作に連動させるために、連動用プログラムが付加されており、このプログラムが制御・処理ソフトウエアと一体に動作することで連動処理部４２、４４の機能が具現化される。

この連動処理部４２の基本的な機能は、１次ＧＣ装置１に対応した第１制御・処理部４１の機能としてディスプレイ４６に表示される操作画面上で受け付けた各種の操作や入力設定などのうち、２次ＧＣ装置３に対応した第２制御・処理部４３で必要となる情報を抽出する抽出機能と、その抽出された情報を第２制御・処理部４３に転送する転送機能である。他方、連動処理部４４の基本的な機能は、転送されて来た情報を受けて、当該第２制御・処理部４３の機能としてディスプレイ４６に表示される操作画面上で受け付ける各種の操作や入力設定などと同様に処理することである。この連動のための具体的な情報の流れを図３に模式的に示す。また、図４は第１及び第２制御・処理部４１、４３での操作画面の一例を示す図である。

例えば図４（ａ）に示すような第１制御・処理部４１での操作画面上で、分析する試料の情報や分析条件が入力設定されると、連動処理部４２はこれらが第２制御・処理部４３でも必要な情報であると判断し、第２制御・処理部４３へと転送する。連動処理部４４はこの情報を受けて、第２制御・処理部４３に対し試料の情報や分析条件などを設定する。したがって、分析担当者は、図４（ｂ）に示すような第２制御・処理部４３での操作画面上で分析する試料の情報や分析条件などの上記と同一の情報を再度入力する必要はない。

さらに上記のような分析に必要な情報や条件などを全て入力設定した上で、分析担当者が、第１制御・処理部４１での操作画面上で所定のボタンのクリック操作などを行うことにより分析開始を指示すると、この指示を受けて第１制御・処理部４１は分析を開始する。これにより、１次ＧＣ装置１では、試料気化室１０に試料が注入され、第１検出器１６は流路切替部１３を経て送られてくるガスに対する検出信号の取得を開始して第１制御・処理部４１へと送る。つまり、１次ＧＣ装置１でのクロマトグラムデータの収集が開始される。

また連動処理部４２は上記分析開始指示を第２制御・処理部４３に転送し、この指示を受けて第２制御・処理部４３も分析を開始する。これにより、２次ＧＣ装置３において、第２検出器３３は第２カラム３２から送られてくるガスに対する検出信号の取得を開始して第２制御・処理部４３へと送る。つまり、２次ＧＣ装置３でもクロマトグラムデータの収集が開始される。この収集開始の時間的な遅れは殆どなく、実質的に両ＧＣ装置１、３では連動してほぼ同時にクロマトグラムデータの収集が開始される。したがって、分析担当者は、第２制御・処理部４３での操作画面上で分析開始指示を再度行う必要はない。

また、上記のように分析を開始した後に任意の時点で分析を中止したい場合に、分析担当者が、第１制御・処理部４１での操作画面上で所定のボタンのクリック操作などを行うことにより分析中止を指示すると、上記分析開始時と同様に、１次ＧＣ装置１及び２次ＧＣ装置３で連動してほぼ同時にデータの収集が停止される。

なお、分析の中止については、例えば時々刻々と更新されるクロマトグラムを観察しながら分析が適切でないことが分かった場合や分析継続の必要がなくなった場合など、できるだけ迅速に中止の指示を行いたいケースが多い。そのため、分析担当者が第２制御・処理部４３での操作画面上でクロマトグラムを観察しているときにその画面上で分析中止の指示が行えないのは不便である。こうした理由により、図４（ｂ）に示したような第２制御・処理部４３での操作画面上でも分析中止の指示を受け付け、その指示を受け付けると第１制御・処理部４１に対しても中止の指示を転送する、というように、双方向に指示の転送が可能な構成としておくことが好ましい。

もちろん、オートサンプラ２に予め用意された多数の試料を自動的に選択しながら連続分析を行う場合でも、上記と同様に、第１制御・処理部４１での操作画面上で全ての試料の設定を行い、その情報を第２制御・処理部４３に転送して第２制御・処理部４３にも設定することができる。

なお、上述したような連動処理部４２、４４の機能は、既に第１及び第２制御・処理部４１、４２の機能を具現化する専用の制御・処理ソフトウエアがインストールされているコンピュータ本体４０に、付加的なソフトウエア（プログラム）を後からインストールすることで組み込むようにすることができる。

また、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例によるＭＤＧＣシステムの装置構成図。 本実施例によるＭＤＧＣシステムの流路及び制御系の要部の構成図。 本実施例によるＭＤＧＣシステムにおける連動動作のための具体的な情報の流れの模式図。 本実施例によるＭＤＧＣシステムにおいて第１及び第２制御・処理部での操作画面の一例を示す図。

符号の説明

１…１次ＧＣ装置
１０…試料気化室
１１…第１カラムオーブン
１２…第１カラム
１３…流路切替部
１４…第１分岐管
１５…第２分岐管
１６…第１検出器
１７…分析制御部
２…オートサンプラ
３…２次ＧＣ装置
３１…第２カラムオーブン
３２…第２カラム
３３…第２検出器
３４…分析制御部
４…コンピュータ
４０…コンピュータ本体
４１…第１制御・処理部
４２、４４…連動処理部
４３…第２制御・処理部
４５…操作部
４６…ディスプレイ
５…連結部

Claims (2)

1. a)試料気化室、該試料気化室に入口端が接続された第１カラム、該第１カラムで成分分離された試料を検出する第１検出器、前記第１カラムを通過した試料を前記第１検出器又は後記第２カラムのいずれかに選択的に流すように流路を切り替える流路切替部、及び、前記第１カラムと前記流路切替部とを内装する第１カラムオーブン、を含む第１ガスクロマトグラフ装置と、
   b)前記第１カラムで成分分離され、前記流路切替部により選択的に送られてくる試料を成分分離する第２カラム、該第２カラムにより分離された試料を検出する第２検出器、及び、前記第２カラムを内装する第２カラムオーブン、を含む第２ガスクロマトグラフ装置と、
   c)使用者により操作される操作手段が接続されたコンピュータであって、前記第１ガスクロマトグラフ装置の動作を制御するとともに第１検出器で得られるクロマトグラムデータを収集するための第１制御・処理ソフトウエアが当該コンピュータ上で実行されることにより機能する第１制御・処理部と、前記第２ガスクロマトグラフ装置の動作を制御するとともに第２検出器で得られるクロマトグラムデータを収集するための第２制御・処理ソフトウエアが当該コンピュータ上で実行されることにより機能する第２制御・処理部と、を含むコンピュータと、
   を備え、第１制御・処理部は、前記操作手段の操作に対応した指示の中で第２制御・処理部に関連した又は第１と第２の両方の制御・処理部に関連した指示を抽出する抽出部と、その抽出された指示を第２制御・処理部に転送する転送部と、を有することを特徴とするマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステム。
2. 前記抽出部は、少なくともクロマトグラムデータの収集開始及びクロマトグラムデータの収集中止のための指示を、第１と第２の両方の制御・処理部に関連した指示として抽出することを特徴とする請求項１に記載のマルチディメンジョナルガスクロマトグラフシステム。