JP5071166B2

JP5071166B2 - ガスクロマトグラフ装置

Info

Publication number: JP5071166B2
Application number: JP2008057109A
Authority: JP
Inventors: 英之上垣; 雅直古川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP2009216394A; US20090223369A1

Description

本発明はガスクロマトグラフ装置に関し、さらに詳しくは、カラムに供給するキャリアガスや検出器に流すメイクアップガスとして水素ガスなどの可燃性ガスを利用したガスクロマトグラフ装置に関する。

ガスクロマトグラフ装置では、キャリアガスを利用して分析対象の試料を分離用のカラムに導入する。キャリアガスとしてはヘリウムが利用されることが多い。これは、ヘリウムが、理論段数と呼ばれるカラムの性能、つまり分配効率の点で窒素、アルゴンなどの他のガスに比較して優れている、或いは安定していることによる。

水素ガスも理論段数の点ではヘリウムと同様に優れているものの、空気中において爆発限界濃度を越えると爆発の危険性が高いため、従来、使用が避けられることが多かった。しかしながら、ヘリウムガスは資源枯渇が憂慮されており、その価格は上昇する傾向にある。そのため、特に分析のランニングコストの観点から、水素ガスをキャリアガスとして利用したいという強い要望がある。

上記要望に応えるには、キャリアガスとして供給される水素が漏出した場合の安全性を高める対策が必須である。従来、例えば特許文献１に記載の装置では、窒素ガス分離装置により取り出した窒素ガスをカラムオーブンに供給することで、カラムオーブン内の空気を窒素ガスでパージするとともに、エアポンプによりカラムオーブン内から回収したガスに含まれる水素を水素ガスセンサにより検出し、水素ガス漏れを検知したときにキャリアガスとして水素を供給する水素発生装置を停止させるようにしている。

しかしながら、カラムオーブン内から吸引されるガス流量はエアポンプの性能により制約を受けるため、例えばカラムと試料気化室或いはカラムと検出器との接続部が外れて急にカラムオーブン内の水素ガス濃度が高まった場合に、水素ガス漏れ検知遅れが発生するおそれがある。また、カラムオーブンはもともと気密性が高いため、水素ガスの供給を停止してもカラムオーブン内の水素ガス濃度が下がるのには或る程度時間が掛かり、必ずしも安全対策として十分とは言えない。

なお、水素ガスはキャリアガスのみならず、水素炎イオン化検出器などに使用されるメイクアップガスとして水素ガスが使用され、そのためのメイクアップガス管路がカラムオーブン内に配設される場合には同様の問題が生じる。また、稀ではあるが、水素ガス以外にメタンガスなどの他の可燃性ガスが他のガス（例えばアルゴンガス）などに混合されてキャリアガスやメイクアップガスとして使用されることもあり、そうした場合でも同様の問題が起こり得る。

特開平５−３４６４２４号公報

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、キャリアガスやメイクアップガスとして水素ガスやそのほかの可燃性ガスを利用した場合の安全性を高めることができるガスクロマトグラフ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された第１発明に係るガスクロマトグラフ装置は、成分分離のためのキャリアガスや成分検出のためのメイクアップガスとして可燃性ガスを用いるガスクロマトグラフ装置であって、
a)ヒータが付設され、開閉可能な換気扉を有し、該扉が閉鎖した状態で略密閉状態となるカラムオーブンと、
b)前記カラムオーブン内のガスに含まれる可燃性ガスを検出するガス検出手段と、
c)該ガスクロマトグラフ装置による分析中に前記ガス検出手段が可燃性ガスの存在を検出したときに前記ヒータによる加熱を停止すると共に前記換気扉を開放する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るガスクロマトグラフ装置では、ガス検出手段はカラムオーブン内のガス中の可燃性ガス濃度を検出し、制御手段はその濃度が所定の閾値以上である場合に可燃性ガスが存在すると判断する。カラムオーブン内で可燃性ガス漏れが生じ、制御手段が可燃性ガスの存在を認識すると、直ちに換気扉を開放する。それによって、カラムオーブン内の可燃性ガスは外部に吐き出されるため、引火の危険性を回避することができる。

よく知られているように水素ガスは比重が小さく、カラムオーブン内空間では上に溜まり易い。そこで、可燃性ガスが水素ガスである場合には、上記換気扉をカラムオーブンの上部側に配設することが好ましい。これにより、換気扉を開放した際に速やかにカラムオーブン内に溜まった水素ガスを外部へ逃がすことができる。

また本発明に係るガスクロマトグラフ装置では、カラムオーブン内で可燃性ガス漏れが生じ、制御手段が可燃性ガスの存在を認識すると、直ちにカラムオーブンを加熱するためのヒータへの通電を遮断する。それによって、カラムオーブンの温度は下がるため、引火の危険性を回避することができる。なお、ヒータへの通電を遮断しても直ぐにカラムオーブンの温度が下がるとは限らないため、本発明では、このヒータへの通電の遮断と換気扉の開放とを併用する。

また、上記理由により、可燃性ガスが水素ガスである場合には、ガス検出手段をカラムオーブン内空間の上部に設けることが好ましい。これにより、カラムオーブン内で漏出した水素ガスを迅速に且つ確実に検出して、換気扉を開放すると共に、ヒータによる加熱を停止する、等の対策を迅速に講じることができる。なお、同時に、キャリアガスやメイクアップガスとしての水素ガスの供給を停止することが好ましい。

また本発明に係るガスクロマトグラフ装置においては、さらにガス検出手段が可燃性ガスの存在を検出したときに使用者に対する警告を行う報知手段を備える構成とするとよい。

これにより、可燃性ガスの漏出についての使用者の注意を喚起し、例えばカラムと試料気化室との接続部の外れや緩み、或いはシール部材の劣化などのガス漏れの根本的な原因の解明を迅速に進めるように促すことができる。

以下、本発明に係るガスクロマトグラフ装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図１は本実施例によるガスクロマトグラフ装置の正面外観図、図２は本実施例のガスクロマトグラフ装置の概略構成図である。

本実施例のガスクロマトグラフ装置において、密閉可能な箱形状のカラムオーブン１０はその前面上部に、換気扉駆動部２５の駆動により開閉可能な換気扉１１を備える。カラムオーブン１０の上壁には試料気化室１２と検出器１４とが装着され、試料気化室１２の上部にはインジェクタ１３が設けられている。カラム１５は試料気化室１２と検出器１４とに両端が接続され、その全体がカラムオーブン１０内に収容されている。試料気化室１２には、キャリアガスとしての水素ガスが、バルブ１７を通して水素ガス供給源１６から供給される。

カラムオーブン１０内には、送風用のファン１８と、加熱用のヒータ２１と、温度センサ２３と、水素ガスセンサ２４と、が設置されている。ファン１８は、ファン駆動部２０から駆動電流が供給されるモータ１９により回転駆動される。ヒータ２１にはヒータ駆動部２２より加熱電流が供給される。水素ガスセンサ２４はカラムオーブン１０内のガス中の水素ガス濃度を検出するものであり、空気よりも比重が小さい水素ガスを確実に検出できるように、カラムオーブン１０内空間の上部（この例では天面）に設置されている。

制御部２６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むマイクロコンピュータを中心に構成され、水素ガスセンサ２４や温度センサ２３からの検出信号を受け、必要に応じてファン駆動部２０、ヒータ駆動部２２、換気扉駆動部２５、バルブ１７などを制御するとともに、異常報知部２７に信号を送って異常報知を実施する。異常報知は、警告ランプの点灯、ブザーの鳴動などを用いることができる。

なお、換気扉駆動部２５はモータなどの駆動源を含み、この駆動源の動作により換気扉１１を開放させる構成としてもよいし、或いは、開放方向に例えばばね等の付勢部材により換気扉１１を付勢し、通常状態ではその付勢部材の付勢力に抗して換気扉１１が閉鎖状態を保つように施錠をしておき、換気扉駆動部２５の駆動力によりその施錠を解除して付勢力により換気扉１１が自発的に開放するようにしてもよい。

本実施例のガスクロマトグラフ装置で分析を行う際には、バルブ１７を開放して水素ガスを略一定流量で試料気化室１２に流す。キャリアガスとして水素ガスを用いる場合には、通常、１００[mL/min]程度の流量に設定される。この水素ガスはカラム１５中を流れ検出器１４に到達する。所定のタイミングでインジェクタ１３から試料気化室１２内に微量の試料溶液を注入すると、この試料溶液は短時間で気化し、水素ガスの流れに乗ってカラム１５に送り込まれる。試料溶液に含まれる各種の試料成分は、水素ガス流に乗ってカラム１５を通過する間に時間方向に分離され、時間差がついて検出器１４に到達し、検出器１４でそれぞれ検出される。

上記分析の際にカラムオーブン１０内は、所定の一定温度に維持される場合（等温分析）もあるが、多くの場合、所定の昇温プロファイルに従って温度が上昇するように加熱される（昇温分析）。

例えばカラム１５と試料気化室１２や検出器１４との接続部に弛みやシール不足がある場合、キャリアガスである水素ガスがカラムオーブン１０内に漏出する。通常、水素ガスの爆発限界濃度は４％程度であると言われている。そこで、本実施例のガスクロマトグラフ装置では、水素ガスの漏出対策として、次のような制御を実行する。即ち、制御部２６は常時、又は少なくともバルブ１７を開放している期間中に、水素ガスセンサ２４による検出信号により水素ガス濃度を監視する。上述したように、水素ガスセンサ２４はカラムオーブン１０内で比較的水素ガス濃度が高くなり易い上部空間に設置されているため、水素ガス濃度の異常上昇を的確に且つ迅速に検出することが可能である。

そして、水素ガス濃度が安全率や検出誤差等を見込んだ１％以上であるか否かを判定し、１％以上であると判定されると、制御部２６は換気扉駆動部２５により換気扉１１を開放させる。これにより、カラムオーブン１０内に充満した水素ガスを外部に迅速に排出する。上述したように水素ガスは比重が小さくカラムオーブン１０内でも比較的上方に溜まり易いが、換気扉１１は上部に設けられているので、開放時に迅速に水素ガスを外部へ吐き出すことができる。

また、制御部２６はヒータ駆動部２２からヒータ２１への通電を停止させる。これにより、カラムオーブン１０内の温度が下がり、引火の危険性を回避する。さらにまた、制御部２６はバルブ１７を閉鎖し、試料気化室１２、カラム１５への水素ガスの供給を停止する。なお、カラムオーブン１０内に溜まった水素ガスの排出を促進するために、ファン１８の回転速度を上昇させて風量を増大するようにしてもよい。

また、制御部２６は使用者に危険性を知らせるために、異常報知部２７により異常を報知する。例えば「水素ガスが漏れています。供給ガスを遮断してください。」といった警告文を表示するようにしてもよい。或いは、赤色灯などの危険指示ランプやブザーなどによる危険報知を行ってもよい。

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。

例えば、上記実施例は水素ガスをキャリアガスに利用した場合であるが、例えば水素炎イオン化検出器などの検出器にメイクアップガスが必要な場合で、そのメイクアップガスとして水素ガスが使用され、そのガス供給管がカラムオーブン内に配設される場合も同様である。また、水素ガス以外に他の可燃性ガスがキャリアガスやメイクアップガスとして利用される場合でも、本発明を適用することができる。但し、その可燃性ガスが空気よりも重いものである場合には、換気扉や水素ガスセンサの設置位置をカラムオーブンの下部に変更することが望ましい。

本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ装置の正面外観図。本実施例のガスクロマトグラフ装置の概略構成図。

符号の説明

１０…カラムオーブン
１１…換気扉
１２…試料気化室
１３…インジェクタ
１４…検出器
１５…カラム
１６…水素ガス供給源
１７…バルブ
１８…ファン
１９…モータ
２０…ファン駆動部
２１…ヒータ
２２…ヒータ駆動部
２３…温度センサ
２４…水素ガスセンサ
２５…換気扉駆動部
２６…制御部
２７…異常報知部

Claims

成分分離のためのキャリアガスや成分検出のためのメイクアップガスとして可燃性ガスを用いるガスクロマトグラフ装置であって、
a)ヒータが付設され、開閉可能な換気扉を有し、該扉が閉鎖した状態で略密閉状態となるカラムオーブンと、
b)前記カラムオーブン内のガスに含まれる可燃性ガスを検出するガス検出手段と、
c)該ガスクロマトグラフ装置による分析中に前記ガス検出手段が可燃性ガスの存在を検出したときに前記ヒータによる加熱を停止すると共に前記換気扉を開放する制御手段と、
を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置であって、可燃性ガスは水素ガスであり、前記換気扉は前記カラムオーブンの上部側に配設されたことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
請求項１又は２に記載のガスクロマトグラフ装置であって、可燃性ガスは水素ガスであり、前記ガス検出手段を前記カラムオーブン内空間の上部に設けたことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のガスクロマトグラフ装置であって、前記ガス検出手段が可燃性ガスの存在を検出したときに使用者に対する警告を行う報知手段をさらに備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。