JP4872902B2 - 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。

ところで、一般にＧＣでは、カラムへのキャリアガスの供給を完全に停止してしまうとカラムが劣化する或いは次に分析を行う際にカラムを安定状態にするまでに時間が掛かる、カラムオーブンで加熱を停止してしまうと次に分析を行う際に温度が安定するまでに時間が掛かる、などといった問題がある。また、検出器に質量分析計を用いている場合には、真空チャンバ内の真空雰囲気を解除してしまうと再び真空雰囲気に戻すまでに時間が掛かるという問題もある。このような問題を避けるため、システムを使用していないときでも電源を切断せず、カラムには少量のキャリアガスを流し続け、カラムオーブンも或る程度の温度に保ち、検出器としての質量分析計の真空チャンバも或る程度の真空度を保つ状態としておくことが多い。もちろん、このような状態では電力やガスの消費を抑えるために分析時に比べてガス流量を減らし、目標温度や目標真空度を低く設定する（例えば特許文献１参照）。本明細書では、こうした状態を休止状態と呼ぶこととする。

上述したように２台のＧＣを組み合わせたＭＤＧＣシステムの場合、分析作業が終了した後にシステムを休止状態にするには、２台のＧＣをいずれも休止状態にする必要がある。そのため、２つの制御・処理ソフトウエアの操作画面においてそれぞれ休止状態の設定（例えば休止状態におけるガス流量などの条件設定）を行った上で、休止の実行指示を行う必要がある。したがって、分析担当者にとっては操作が二度手間で面倒であるとともに、操作ミス、操作忘れなどを引き起こす一因ともなっている。

特開２０００−３０４７５１号公報 「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、システムを休止状態にするための操作性を改善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及び表示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及び第２制御・処理部の一方は、
第１ガスクロマトグラフ装置の各部の休止状態と第２ガスクロマトグラフ装置の各部の休止状態とを一括して入力設定可能な設定画面を前記表示手段に表示させる表示制御部と、
使用者が前記設定画面を見ながら前記操作手段により所定操作を行ったとき、その操作に応じた休止状態の設定内容を記憶する記憶部と、
前記設定画面上での操作に応じて又は分析終了イベントの発生に応じて休止実行指示が行われたときに、前記記憶部に記憶された設定内容の中で当該制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に対する設定内容に応じた制御信号を該ガスクロマトグラフ装置に送出する休止実行制御部と、
前記設定画面上での操作に応じて又は分析終了イベントの発生に応じて休止実行指示が行われたときに、前記記憶部に記憶された設定内容の中で他方の制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に対する設定内容及び休止実行指示をその他方の制御・処理部に転送する転送部と、を含み、
前記第１及び第２制御・処理部の他方は、前記転送部により送られて来た設定内容に応じた制御信号を当該制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に送出する休止実行制御部を含む、ことを特徴としている。

本発明に係るＭＤＧＣでは、例えば、分析担当者が第１制御・処理部の表示制御部により表示画面上に描出される所定の設定画面上で、両ＧＣ装置それぞれの休止状態における条件内容の設定を行った上で、例えばマウスのクリック操作等により休止の実行指示を行う。その設定内容は記憶部に一旦格納される。ここで、休止状態の条件の設定は、休止状態での各部の状態（例えばガス流量など）が記述されたファイル名を指定することで行うこともできる。上記休止の実行指示を受けた第１制御・処理部では、休止実行制御部が、記憶部に記憶された設定内容の中で第１ガスクロマトグラフ装置に対する設定内容に応じた制御信号を該ガスクロマトグラフ装置に送出する。これにより、第１ガスクロマトグラフ装置では、指定された条件を満たすように各部が、例えば第１カラムに流れるキャリアガス流量、第１カラムオーブンの温度などが適宜に設定されて、休止状態に入る。

これと並行して、転送部は記憶部に記憶された設定内容の中で第２ガスクロマトグラフ装置に対する設定内容及び休止実行指示を第２制御・処理部に転送する。この指示を受けた第２制御・処理部では、休止実行制御部が、転送されてきた第２ガスクロマトグラフ装置に対する設定内容に応じた制御信号を該ガスクロマトグラフ装置に送出する。これにより、第２ガスクロマトグラフ装置でも、指定された条件を満たすように各部が設定されて、休止状態に入る。このようにして、両ガスクロマトグラフ装置はほぼ同時に休止状態に移行する。

なお、操作手段からの操作に応じてではなく、分析が終了した後に分析終了イベントを発生し、このイベントに応じた休止実行の指示を行うようにすることもできる。これは、例えば無人運転を行う場合に分析終了後に自動的に休止状態に移行させるのに便利である。

本発明に係るＭＤＧＣによれば、システムを休止状態にするために、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システムを休止状態に移行させ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装置状態になることを防止することができる。

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の第２カラム３２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（本発明における表示手段に相当）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カラム３２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。

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１制御・処理部４１の設定画面上で成された特定の設定や指示を第２制御・処理部４１に転送することで、両制御・処理部４１、４３を連動させる機能がそれぞれに組み込まれている。したがって、第１制御・処理部４１には、本発明における表示制御部、記憶部、休止実行制御部、及び転送部の機能が内蔵されており、第２制御・処理部４３には本発明における休止実行制御部の機能が内蔵されている。

なお、上記のように第１制御・処理部４１と第２制御・処理部４３とを連動させる機能は、既にコンピュータ本体４０に２つの制御・処理ソフトウエアがインストールされている状態で追加又は更新プログラムを新たにインストールすることで付加することができる。

次に本実施例のＭＤＧＣにおける特徴的な動作を説明する。上記のような分析が終了してシステムを休止状態にしたい場合、分析担当者は１次ＧＣ装置１に対応付けられた第１制御・処理部４１の操作画面上で操作部４５により所定の操作を行う。すると、デイリーシャットダウン機能が起動され、ディスプレイ４６の画面には、図３に示すようなデイリーシャットダウン設定画面５０が表示される。このデイリーシャットダウン設定画面５０には、１次ＧＣ装置１の休止状態（デイリーシャットダウン状態）での各部の状態を指定するためのメソッドファイル表示欄５１、２次ＧＣ装置３の休止状態での各部の状態を指定するためのメソッドファイル表示欄５２、ファイル表示欄５１、５２に表示されるメソッドファイルを選択するための選択ボタン５３、デイリーシャットダウンを実行するための「ＯＫ」ボタン５４などが配置されている。

デイリーシャットダウン用のメソッドファイルは、予め作成して記憶させておけばよい。図４はこのメソッドファイル作成用の設定画面６０の一例である。この例では、ＧＣの各部の設定が可能となっており、カラムオーブンのヒータの温度、試料気化室のヒータの温度、カラムに導入するキャリアガス流量、などをそれぞれ数値で入力できるようになっている。これら各項目のいずれかを設定する必要がある場合には、「ＧＣ」プロパティページを開き、必要な項目のチェックボックスをマウスでクリックしてチェックマークを記入し、その項目の数値をキーボードから入力すればよい。こうして必要な項目について入力設定が終わったならば、「記憶」ボタン６１をクリックして入力設定された数値をファイル化する。入力設定すべき項目は使用される検出器の種類などによっても相違する。

分析担当者がデイリーシャットダウン設定画面５０で適宜のメソッドファイルを１次ＧＣ装置１及び２次ＧＣ装置３に対してそれぞれ設定した上で、「ＯＫ」ボタン５４をクリック操作すると、休止実行の指示が第１制御・処理部４１に与えられる。この指示を受けて、第１制御・処理部４１は１次ＧＣ装置１に対応したメソッドファイルの内容を読み出し、その内容に従って分析制御部１７に制御指令を送ることで、１次ＧＣ装置１の各部の状態をメソッドファイルに指示されている状態に移行させる。これにより、一般的には、試料気化室１０や第１カラムオーブン１１の設定温度が下がり、試料気化室１０を経てカラム１２へ送給されるキャリアガス流量は減少する。

同時に、第１制御・処理部４１は２次ＧＣ装置３に対応したメソッドファイルの情報（例えばファイル名）を第２制御・処理部４３へと転送し、休止実行指示も送る。この指示を受けて、第２制御・処理部４３は２次ＧＣ装置３に対応したメソッドファイルの内容を読み出し、その内容に従って分析制御部３４に制御指令を送ることで、２次ＧＣ装置３の各部の状態をメソッドファイルに指示されている状態に移行させる。これにより、一般的には、第２カラムオーブン３２の設定温度が下がり、第２検出器３３が質量分析計である場合には、その真空チャンバ内の真空度も下がる。

以上のようにして、１次ＧＣ装置１に対応した第１制御・処理部１の操作画面上で所定の操作を行うだけで、１次ＧＣ装置１、２次ＧＣ装置３ともに休止状態に移行させることができる。なお、こうした休止状態の際には、コンピュータ本体１自体もシャットダウンさせたりスタンバイモードに移行させたりすることができる。

上記説明は、分析担当者が手動でシャットダウンを実行させる場合であるが、例えば、自動連続分析が終了した後に自動的にシャットダウンを行うようにすることもできる。その場合には、手動による休止実行指示と同様の指示を分析終了イベントに同期して発生させ、これを受けて第１制御・処理部４１が上記のような動作を行うようにすればよい。

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システムにおけるデイリーシャットダウン設定画面の一例を示す図。 本実施例によるＭＤＧＣシステムにおけるメソッドファイル作成用の設定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
４３…第２制御・処理部
４５…操作部
４６…ディスプレイ
５…連結部

Claims (1)

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及び表示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及び第２制御・処理部の一方は、
   第１ガスクロマトグラフ装置の各部の休止状態と第２ガスクロマトグラフ装置の各部の休止状態とを一括して入力設定可能な設定画面を前記表示手段に表示させる表示制御部と、
   使用者が前記設定画面を見ながら前記操作手段により所定操作を行ったとき、その操作に応じた休止状態の設定内容を記憶する記憶部と、
   前記設定画面上での操作に応じて又は分析終了イベントの発生に応じて休止実行指示が行われたときに、前記記憶部に記憶された設定内容の中で当該制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に対する設定内容に応じた制御信号を該ガスクロマトグラフ装置に送出する休止実行制御部と、
   前記設定画面上での操作に応じて又は分析終了イベントの発生に応じて休止実行指示が行われたときに、前記記憶部に記憶された設定内容の中で他方の制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に対する設定内容及び休止実行指示をその他方の制御・処理部に転送する転送部と、を含み、
   前記第１及び第２制御・処理部の他方は、前記転送部により送られて来た設定内容に応じた制御信号を当該制御・処理部に対応したガスクロマトグラフ装置に送出する休止実行制御部を含む、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。

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