JP5362242B2

JP5362242B2 - ガスクロマトグラフ装置およびガス成分脱離方法

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Publication number: JP5362242B2
Application number: JP2008081076A
Authority: JP
Inventors: 隆博荘田; 和弘豊田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009236590A

Description

本発明は試料ガス中に含まれる物質（成分）を検出するガスクロマトグラフ装置およびこのガスクロマトグラフ装置で用いられるガス成分脱離方法に関する。

ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）は、例えば、家屋内雰囲気等の試料ガスに含まれる揮発性有機化合物等の検出対象成分（即ち、試料ガス成分）の検出に用いられる装置であり、該試料ガスに含まれる微量な成分の検出を可能とするため、分離カラムおよび検出センサを備えた検出装置のほかに、検出対象成分を捕集して濃縮するための捕集装置を備えた構成のものが一般的に用いられている。

特許文献１で提案されているＧＣ装置１００は、図１１に示されるように、検出対象成分を搬送するキャリアガスを発生するガスボンベなどのキャリアガス源１０８、キャリアガスによって搬送された試料ガスの成分を検出する分析装置（検出装置）１１０、試料ガスを導入する試料導入口１０１、試料導入口１０１から導入された試料ガスを吸引して排出口１１５から排出する吸引ポンプ１０４、試料ガスから検出対象成分を捕集する捕集剤を備えた捕集管（捕集部材）１０２、捕集管１０２のキャリアガス導入側端部に連設されたオリフィス１１３、および、捕集管１０２を試料導入口１０１と吸引ポンプ１０４との間またはキャリアガス源１０８と分析装置１１０との間に選択的に接続するバルブ１０５、などから構成されている。

一般的に、捕集剤からの試料ガス成分の脱離においては、主に温度と圧力が影響し、温度が高いほど、また、圧力が低いほど、試料ガス成分が捕集剤から脱離しやすくなることが知られている。そして、このＧＣ装置１００において捕集管１０２に捕集された検出対象成分を脱離するときには、バルブ１０５を切り替えて、キャリアガス源１０８、バルブ１０５、配管１１４ｂ、オリフィス１１３、および、捕集管１０２の順序にそれぞれを直列に接続し、キャリアガス（即ち、パージガス）をキャリアガス源１０８から捕集管１０２に向かって流動させる。すると、パージガスは捕集管１０２に流入する直前でオリフィス１１３を通過するので、パージガスの流れがここで絞られて流速が増加した状態で捕集管１０２に流入するため、増加した流速によるベルヌーイ効果により捕集管１０２内の圧力が降下（減圧）され、捕集管１０２に捕集されていた検出対象成分の脱離が促進され、脱離効率の向上が図られていた。
特開２００６−３３７１５８号公報

しかしながら、特許文献１においては、キャリアガス源１０８の下流側に捕集管１０２が接続されていることから、捕集管１０２に対してオリフィス１１３を経由して上流側からパージガスを押し込む構成となっており、ベルヌーイ効果による減圧はオリフィス１１３の近傍のみ働くため、捕集管１０２の一部のみしか減圧による脱離促進効果が生じず、さらに、分析装置１１０の分離カラムは一般的に細管状に形成されているため分離カラムにおいて圧力損失が生じ、捕集管内の圧力が上昇してベルヌーイ効果による減圧が相殺されてしまうため、捕集管からの試料ガス成分の脱離が十分に行われないという問題があった。また、ベルヌーイ効果はオリフィス１１３の近傍のみ生じるため、捕集管１０２内でその効果を得るためには捕集管１０２とオリフィス１１３とを連設する必要があるので、ＧＣ装置１００のガス流路の構成が制限され、装置設計の自由度が損なわれるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、捕集部材に捕集された検出対象成分の脱離をより効率的に行うことを可能とし、ガス流路構成の制限を解消することができるガスクロマトグラフ装置およびガス成分脱離方法を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置は、試料ガスの流動に応じて試料ガス成分を捕集し且つパージガスの流動に応じて前記捕集した試料ガス成分が脱離される捕集部材と、前記捕集部材を通過するように前記試料ガス及び前記パージガスを流動させるガス流動手段と、を有するガス流路を備えたガスクロマトグラフ装置において、前記ガス流路が、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より上流側に直列に配置されたオリフィスを有し、前記ガス流動手段が、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より下流側に直列に配置され、前記試料ガス成分の捕集時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に正圧が生じるように、前記試料ガスを前記パージガスの流動方向と逆方向に流動させ、前記試料ガス成分の脱離時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に負圧が生じるように前記パージガスを前記オリフィスを介して前記ガス流路内に引き込んで流動させる手段であることを特徴とするガスクロマトグラフ装置である。

請求項２に記載のガスクロマトグラフ装置は、請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置において、前記ガス流路は、前記捕集部材と前記オリフィスとの間に直列に配置され且つ大気に含まれる不純物質を捕集して前記試料ガス成分を搬送するためのキャリアガスを生成するためのフィルタを有することを特徴とするものである。

請求項３に記載のガス成分脱離方法は、試料ガスの流動に応じて試料ガス成分を捕集し且つパージガスの流動に応じて前記捕集した試料ガス成分が脱離される捕集部材と、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より下流側に直列に配置され且つ前記捕集部材を通過するように前記試料ガス及び前記パージガスを流動させるガス流動手段と、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より上流側に直列に配置されたオリフィスと、を有するガス流路を備えたガスクロマトグラフ装置において用いられるガス成分脱離方法であって、前記試料ガス成分の捕集時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に正圧が生じるように、前記試料ガスを前記パージガスの流動方向と逆方向に流動させる工程と、前記試料ガス成分の脱離時に、前記ガス流路のオリフィスからガス流動手段までの区間に負圧が生じるように前記パージガスを前記オリフィスを介して前記ガス流路内に引き込んで流動させる脱離工程と、を有することを特徴とするガス成分脱離方法である。

請求項１に記載した本発明のガスクロマトグラフ装置によれば、オリフィスおよびガス流動手段によって、ガス流路のオリフィスからガス流動手段までの区間に負圧が生じるようにパージガスがオリフィスを介してガス流路内に引き込まれて流動されることから、パージガス流動時に捕集部材の内部全体に亘って負圧が生じ、捕集部材に捕集された試料ガス成分の脱離をより効率的に行うことができる。また、ガス流動手段によって、パージガスを引き込むように流動させることから、より強い負圧を生じさせることができ、試料ガス成分の脱離をさらに効率的に行うことができる。また、オリフィスは、捕集部材の上流に配置されていればよく、捕集部材に連設する必要がないので、ガス流路の構成における制限が解消され、自由な装置設計が可能となる。

請求項２に記載した本発明のガスクロマトグラフ装置によれば、フィルタが、捕集部材とオリフィスとの間に直列に配置されていることから、パージガス流動によるガス流路内のクリーニング時に、フィルタ内に負圧が生じ、フィルタに捕集された不純物質が脱離されるので、フィルタを清浄することができる。そのため、フィルタの劣化の進行を抑制することが可能となり、その使用寿命を延ばすことができる。

請求項３に記載した本発明のガス成分脱離方法によれば、ガス流路のオリフィスからガス流動手段までの区間に負圧が生じるようにパージガスをオリフィスを介してガス流路内に引き込んで流動させることから、パージガスの流動により、捕集部材の内部全体に亘って負圧を生じさせることができ、捕集部材に捕集された試料ガス成分の脱離をより効率的に行うことができる。また、ガス流路内にパージガスを引き込むように流動させることから、より強い負圧を生じさせることができ、試料ガス成分の脱離をさらに効率的に行うことができる。

以下、本発明に係るガスクロマトグラフ装置の一実施形態について、図２〜図９の図面を参照して説明する。

ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）１は、図２に示すように、捕集装置１１および検出装置１２が直列に接続されてなる成分検出経路１０と、成分検出経路１０の検出装置１２側に順次直列に接続されたバッファ２６とガス流動部２０と試料導入部２３と、成分検出経路１０の捕集装置１１側に順次直列に接続された活性炭フィルタ２２とオリフィス３０Ａと大気吸入口２１と、捕集装置１１に対して並列に配設されたバイパス経路３１と、バイパス経路３１上に直列に接続されたオリフィス３５と、捕集装置１１と検出装置１２との間に位置するバイパス経路３１の端部に配設されたバイパスバルブ３２と、捕集装置１１と活性炭フィルタ２２との間に配設された排出バルブ４２と、排出バルブ４２に順次直列に接続されたオリフィス３０Ｂと排出口４１と、ＧＣ装置１の動作を制御する制御装置５１と、で構成されている。

捕集装置１１は、試料ガスに含まれる微量な成分の検出を可能とするため試料ガス成分を捕集して濃縮するための装置であり、捕集管１１ａと捕集管加熱冷却装置１１ｂとを備えている。

捕集管１１ａは、請求項の捕集部材に相当し、例えば、内径５ｍｍ程度、長さ２０〜３０ｃｍ程度のガラス管の内部に、耐熱性樹脂またはカーボンブラックなどの検出対象成分に対応した捕集剤を充填したものである。そして、低温にされた捕集管１１ａ内部に試料ガスを通すことによって、試料ガス成分を捕集剤に吸着（捕集）したのち、高温に加熱されることで捕集した試料ガス成分が捕集剤から脱離されて、高濃度の試料ガスを生成する。また、捕集管１１ａは、その内部を加圧されることで試料ガス成分の吸着が促進され、その内部を減圧されることで試料ガス成分の脱離が促進される。そして、捕集管１１ａ内に滞留しているガスは、キャリアガス又は大気（即ち、パージガス）によって、捕集管１１ａから押し出される。

捕集管加熱冷却装置１１ｂは、試料ガス成分の捕集に応じて捕集管１１ａを冷却し、試料ガス成分の脱離に応じて捕集管１１ａを加熱するものであり、加熱手段として電熱線などのヒータを備え、冷却手段としてペルチェ素子などを備えた、既存の装置である。また、捕集管加熱冷却装置１１ｂは、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

検出装置１２は、捕集装置１１によって生成された高濃度の試料ガスが導入されてその成分検出を行う装置であり、分離カラム１２ａとカラム加熱冷却装置１２ｂと検出センサ１２ｃとを備えている。

分離カラム１２ａは、試料ガスに含まれる成分の分離を行うためのものであり、内径２〜６mm、長さ数ｍの管に粒状の固定相を充填したパックドカラム、内径約０．５mm以下、長さ数十ｍの細い管の壁面に直接液状の固定相を保持させたキャピラリーカラム、または、エッチング処理によりガラス板に微細なカラム溝が形成されてなるマイクロカラムなどの、既存のカラムが用いられる。

カラム加熱冷却装置１２ｂは、分離カラム１２ａへの試料ガスの導入及び試料ガス成分の分離に応じて分離カラム１２ａの温度を調節するものであり、加熱手段として電熱線などのヒータを備え、冷却手段としてペルチェ素子などを備えた、既存の装置である。また、カラム加熱冷却装置１２ｂは、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

検出センサ１２ｃは、分離カラム１２ａにおいて分離されたのちにキャリアガスによって搬送されてきた試料ガス成分を検出するためのものであり、例えば、水素炎イオン化型検出器、熱伝導度型検出器などの既存の検出器が用いられており、検出センサ１２ｃは、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。なお、検出センサ１２ｃの構成および動作については、本発明の本質とは関係しないため詳細は省略する。

ガス流動部２０は、請求項のガス流動手段に相当し、試料ガスおよびキャリアガスを流動させるポンプ２４と、ポンプ２４が流動させる各ガスの流動方向を切り替える流動方向切替バルブ２５と、で構成されている。

ポンプ２４は、ポンプ吸入口２４ａから吸入したガスをポンプ排出口２４ｂから排出して流動させるものであり、成分検出経路１０内を通過するように、試料ガスおよびキャリアガスを流動させ、また、それぞれのガスが適切に流動されるように、状況に応じて、その流動の速さや流動量を細かく制御できる、既存のものである。ポンプ２４の流動方向は一定方向に固定されており、後述する流動方向切替バルブ２５によって、成分検出経路１０に接続される向きが切り替えられ、即ち、成分検出経路１０内を流れるガスの流動方向が切り替えられる。なお、ポンプ２４は、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

流動方向切替バルブ２５は、例えば、四方電磁弁などが用いられ、その４つの接続口に、バッファ２６と試料導入部２３とポンプ吸入口２４ａとポンプ排出口２４ｂとが接続されている。そして、試料ガスを導入するとき、バッファ２６とポンプ排出口２４ｂ、並びに、試料導入部２３とポンプ吸入口２４ａがそれぞれ接続されて、試料導入部２３から導入された試料ガスが、成分検出経路１０内を検出装置１２から捕集装置１１に向かって流動されるように接続を切り替え、キャリアガスを導入するとき、バッファ２６とポンプ吸入口２４ａ、並びに、試料導入部２３とポンプ排出口２４ｂが接続されて、後述の活性炭フィルタ２２から提供されたキャリアガスが、成分検出経路１０内を捕集装置１１から検出装置１２に向かって流動されるように接続を切り替える。また、流動方向切替バルブ２５は、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

バッファ２６は、ポンプ２４による流動の乱れを抑制し、流動量を一定に保つための既存のものであり、バッファ２６を経路上に配設することで流動量が安定するため検出精度を高めることができる。また、ポンプ２４の流動の乱れによる誤差が許容範囲内であれば、バッファ２６を省略してもよい。

試料導入部２３は、ＧＣ装置１の構成の端部に配設されており、試料ガス成分を捕集するときに、ＧＣ装置１に対して試料ガスを導入するための導入部であるとともに、試料ガス成分を検出するときに、試料ガス成分を搬送したキャリアガスをＧＣ装置１外に排出する排出部としても機能するものである。

活性炭フィルタ２２は、請求項のフィルタに相当し、試料導入部２３とは反対側に位置するＧＣ装置１の端部に配設されており、ポンプ２４および流動方向切替バルブ２５によって、成分検出経路１０内を捕集装置１１から検出装置１２に向かう方向に吸引することにより、活性炭フィルタ２２に接続された大気吸入口２１から大気が吸入され、活性炭が大気に含まれる不純物を取り除いてキャリアガスを生成するものである。また、活性炭フィルタ２２は、その内部が減圧された状態で大気に通過されると、活性炭が捕集した不純成分が脱離されて活性炭が清浄される。

バイパス経路３１は、捕集装置１１を迂回して試料ガスおよびキャリアガスを流動させるためのガス流路であり、その一端が捕集装置１１と検出装置１２との間にバイパスバルブ３２を介して接続され、その他端が捕集装置１１と活性炭フィルタ２２との間に接続されている。

バイパスバルブ３２は、例えば、既存の三方電磁弁などが用いられ、捕集装置１１と検出装置１２との間に位置するバイパス経路３１の端部に設けられている。また、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには検出装置１２側に位置する捕集装置１１の端部、ポートｂにはバイパス経路３１、ポートｃには検出装置１２、がそれぞれ接続されている。バイパスバルブ３２は、キャリアガスを流動させる経路として、捕集装置１１またはバイパス経路３１のどちらか一方を選択して切り替えるものであり、即ち、捕集装置１１と検出装置１２（ａ−ｃ接続）、または、バイパス経路３１と検出装置１２（ｂ−ｃ接続）、を選択的に接続するものである。また、バイパスバルブ３２は、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。なお、バイパスバルブ３２は、バイパス経路３１の一方の端部に設けているが、これに限らず、捕集装置１１およびバイパス経路３１のどちらか一方と検出装置１２とを選択的に接続するものであれば、バイパス経路３１の他方の端部または両端部に設けてもよい。

排出バルブ４２は、例えば、既存の三方電磁弁などが用いられており、また、３つのポートｄ、ｅ、ｆを備え、ポートｄには活性炭フィルタ２２が、ポートｅにはオリフィス３０Ｂを介して排出口４１が、ポートｆには検出装置１２側とは反対側に位置する捕集装置１１の端部が、それぞれ接続されている。そして、排出バルブ４２は、試料ガスの導入に応じて、捕集装置１１と排出口４１とを接続し（ｅ−ｆ接続）、キャリアガスの導入に応じて、前記端部と活性炭フィルタ２２とを接続する（ｄ−ｆ接続）。また、排出バルブ４２は、後述する制御装置５１に接続されており、ＧＣ装置１を構成する他の部材と連動して制御される。

排出口４１は、オリフィス３０Ｂを介して排出バルブ４２に接続されており、試料ガスの導入に応じて捕集装置１１と接続され、成分検出経路１０内を通過した試料ガスをＧＣ装置１外に排出するものである。また、捕集装置１１において脱離された試料ガス成分を検出装置１２に導入するとき（即ち、打ち込み動作時）は、排出口４１からパージガスとして大気が吸入される。

オリフィス３０Ａは、請求項の圧損発生部に相当し、ガス通過時に圧力損失が発生するよう、その内径が絞られて形成された管路であり、大気吸入口２１と活性炭フィルタ２２との間に直列に配設されている。

オリフィス３０Ｂは、請求項の圧損発生部に相当し、その形状および発生する圧力損失が上記オリフィス３０Ａと同一であり、排出口４１と排出バルブ４２との間に直列に配設されている。

オリフィス３５は、上記オリフィス３０Ａ、３０Ｂより発生する圧力損失が小さくなるよう形成されており、バイパス経路３１上に直列に配設されている。

制御装置５１は、制御対象部位である捕集管加熱冷却装置１１ｂ（ア）、カラム加熱冷却装置１２ｂ（イ）、検出センサ１２ｃ（ウ）、ポンプ２４（エ）、流動方向切替バルブ２５（オ）、バイパスバルブ３２（カ）、および、排出バルブ４２（キ）に接続されており、それぞれを連動して制御する図示しないマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）を備えている。ＭＰＵは、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種のデータを格納するとともにＣＰＵの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ、および、上述した制御対象部位との間で制御情報を送受信するためのシリアルインタフェースなどを含むＩ／Ｏ部等で構成されている。

制御装置５１のＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、捕集管１１ａの温度が適温となるように捕集管１１ａの加熱・冷却を行う捕集管加熱冷却手段、分離カラム１２ａの温度が適温となるように分離カラム１２ａの加熱・冷却を行うカラム加熱冷却手段、試料ガスに含まれる試料ガス成分を検出する成分検出手段、成分検出経路１０内を流動される試料ガスおよびキャリアガスの流量および流速を制御する流量制御手段、試料ガスの導入に応じて、試料ガスが検出装置１２から捕集装置１１に向かって流動されるようにポンプ２４による流動方向を切り替え、キャリアガスの導入に応じて、キャリアガスが捕集装置１１から検出装置１２に向かって流動されるようにポンプ２４による流動方向を切り替える流動方向切替手段、キャリアガスが流動される経路として捕集装置１１およびバイパス経路３１のどちらか一方を選択して切り替えるバイパス選択手段、および、試料ガスの導入に応じて、捕集装置１１と排出口４１とを接続し、キャリアガスの導入に応じて、捕集装置１１側と活性炭フィルタ２２とを接続する排出口選択手段、として動作するものである。

次に、ガスクロマトグラフ装置１の制御装置５１（即ち、ＣＰＵ）が実行する本発明に係る処理の一例を、図３に示すフローチャート、および、図４〜図９に示す各ステップに対応する概略動作図を参照して説明する。

制御装置５１のＣＰＵは、ＧＣ装置１の電源投入により起動されると、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を捕集装置１１から検出装置１２に向かう方向（以下、検出方向）に切り替え、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２と捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）し、排出バルブ４２によって、活性炭フィルタ２２と捕集装置１１とを接続（ｄ−ｆ接続）する、などの所定の初期化動作を実行したあと、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、捕集管加熱冷却装置１１ｂおよびカラム加熱冷却装置１２ｂによって、捕集管１１ａおよび分離カラム１２ａを高温に加熱して不純成分を取り出したのち、ポンプ２４によるキャリアガス（即ち、パージガス）流動を開始する。これにより、加熱による高温に加えて、オリフィス３０Ａからポンプ２４までの区間に生じる負圧によって、活性炭フィルタ２２、捕集管１１ａ、および、分離カラム１２ａからより効率的に不純成分を取り出すことができる。そして、不純成分はパージガスによってＧＣ装置１外に排出される（以上、図４クリーニング１動作）。不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を検出装置１２から捕集装置１１に向かう方向（以下、捕集方向）に切り替え、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、また、カラム加熱冷却装置１２ｂによって、分離カラム１２ａの加熱を継続して行うとともに、捕集管加熱冷却装置１１ｂによって、捕集管１１ａを冷却し、そして、試料導入部２３から試料ガスを導入する。これにより、導入初期の試料ガスをバイパス経路３１および活性炭フィルタ２２を経由して大気吸入口２１から排出して、流動方向切り替えによる試料ガス流量の乱れがなくなって安定するまで試料ガスを導入して、流量の乱れによる捕集効率の低下を回避する（以上、図５サンプリング１動作）。試料ガス流量が安定したのち、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、排出バルブ４２によって、排出口４１と捕集装置１１とをオリフィス３０Ｂを介して接続（ｅ−ｆ接続）し、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２と捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）し、また、カラム加熱冷却装置１２ｂによって、分離カラム１２ａの加熱を継続して行うとともに、捕集管加熱冷却装置１１ｂによって、捕集管１１ａの冷却を継続して行う。これにより、試料ガスが、検出装置１２を通過して捕集装置１１に導入され、捕集装置１１により試料ガス成分の捕集が行われたのち、捕集装置１１を通過した試料ガスが排出口４１から排出される（以上、図６サンプリング２動作）。サンプリング１動作およびサンプリング２動作において、分離カラム１２ａの加熱を継続して行うことにより、分離カラム１２ａ内に試料ガス成分が留まることを防ぎ、そして、捕集管１１ａを冷却することにより、試料ガス成分が捕集管１１ａに吸着（捕集）されやすくしている。また、オリフィス３０Ｂが、排出口４１から試料ガスを排出するときの流動抵抗となることから、試料ガスの流動によりオリフィス３０Ｂからポンプ２４までの区間に正圧が生じ、捕集管１１ａ内の圧力が高まって、捕集管１１ａへの試料ガス成分の吸着が促進される。また、オリフィス３０Ａとオリフィス３０Ｂとオリフィス３５とによって、各バルブの切り替え前後における試料ガスの流動抵抗の差異が小さくなり、サンプリング１動作からサンプリング２動作への移行時等、各動作の移行時に排出バルブ４２又はバイパスバルブ３２の切り替えによって生じる各ガスの流動の乱れが最小限に抑えられる。そして、試料ガス成分の捕集が完了したのち、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、流動方向切替バルブ２５によって、ポンプ２４による流動方向を検出方向に切り替えてキャリアガス（即ち、パージガス）を流動させ、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、また、カラム加熱冷却装置１２ｂによって、分離カラム１２ａの加熱を継続して行うとともに、捕集管加熱冷却装置１１ｂによって捕集管１１ａを高温に加熱する。これにより、パージガスが活性炭フィルタ２２からバイパス経路を経由して検出装置１２（即ち、分離カラム１２ａ）を通過して試料導入部２３から排出されるので、パージガスの流動によりオリフィス３０Ａからバイパス経路３１を経由したポンプ２４までの区間に負圧が生じ、活性炭フィルタ２２、および、分離カラム１２ａからより効率的に不純成分が取り出される。そして、不純成分は検出装置１２内に滞留している試料ガスとともにパージガスによって押し出され、ＧＣ装置１外に排出される。また、これら動作と並行して、捕集装置１１において捕集管１１ａが加熱されることにより、試料ガス成分の脱離が行われる。（以上、図７クリーニング２動作）。そして、検出装置１２内に滞留していた試料ガス等の排出が完了したのち、カラム加熱冷却装置１２ｂにより分離カラム１２ａを冷却する。そして、分離カラム１２ａがガス成分分離に適した温度まで冷却され、且つ、捕集装置１１での試料ガス成分の脱離が十分に行われたのち、ステップＳ１５０に進む。なお、この分離カラム１２ａの温度は、検出動作まで維持される。

ステップＳ１５０では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２と捕集装置１１とを接続（ａ−ｃ接続）する。これにより、捕集装置１１内に脱離されて滞留している高濃度の試料ガスが、排出口４１から吸入された大気（即ち、パージガス）によって押し出され、検出装置１２（即ち、分離カラム１２ａ）に導入される（以上、図８打ち込み動作）。このとき、捕集管１１ａの加熱による脱離に加えて、パージガスの流動によりオリフィス３０Ｂからポンプ２４までの区間に負圧が生じ、捕集管１１ａからの試料ガス成分の脱離が促進されて、より効率的に試料ガス成分が脱離される。そして、高濃度の試料ガスが分離カラム１２ａ内に導入されたのち、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０では、バイパスバルブ３２によって、検出装置１２とバイパス経路３１とを接続（ｂ−ｃ接続）し、キャリアガスによって、分離カラム１２ａ内に導入された試料ガスに含まれる試料ガス成分が、分離カラム１２ａ内で分離され、それぞれの試料ガス成分が時間差をもって検出センサ１２ｃに搬送されて、各成分の検出が行われる（以上、図９検出動作）。また、検出動作時のキャリアガスの流量は、ガス流路５内に負圧は生じない程度に小さいものである。そして、全ての検出対象成分が搬送されたのち、本フローチャートの処理を終了する。なお、上述したステップＳ１１０、Ｓ１５０は、請求項の脱離工程に相当する。

次に、上述したガスクロマトグラフ装置１における、試料ガスの成分検出を行うときの動作の一例について、図４〜図９を参照して説明する。

ガスクロマトグラフ装置１での成分検出は、最初に、捕集管１１ａおよび分離カラム１２ａを高温に加熱するとともに、オリフィス３０Ａからポンプ２４までの区間に負圧を生じるようにキャリアガスを流動させ、活性炭フィルタ２２、捕集管１１ａ、および、分離カラム１２ａから不純成分を取り出して、ガス流路５のクリーニングを行う（図４クリーニング１動作）。

ガス流路５のクリーニング完了後、捕集管１１ａを冷却する。そして、試料導入部２３から試料ガスを導入し、導入した試料ガスを、検出装置１２、捕集装置１１、及び、オリフィス３０Ｂを順に通過させ排出口４１から排出するとともに、オリフィス３０Ｂからポンプ２４までの区間に正圧が生じるように流動させて、試料ガス成分の捕集を行う。（図５サンプリング１動作、図６サンプリング２動作）。

試料ガス成分の捕集完了後、捕集管１１ａを加熱して、捕集された試料ガス成分を脱離させる。また、それと同時に、オリフィス３０Ａからバイパス経路３１を経由したポンプ２４までの区間に負圧を生じるようにキャリアガスを流動させ、活性炭フィルタ２２および分離カラム１２ａから不純成分を取り出して、検出装置１２内等に滞留する試料ガスと共にキャリアガスによって試料導入部２３から排出する。（図７クリーニング２動作）。

活性炭フィルタ２２及び検出装置１２のクリーニング完了後、分離カラム１２ａを冷却し、捕集管１１ａから脱離された試料ガス成分を検出装置１２（即ち、分離カラム１２ａ）に導入する（図８打ち込み動作）。また、この導入に際して、捕集管１１ａ内に負圧が生じるようにガス流路５内に大気を流動させる。

そして、分離カラム１２ａを予め定められた昇温速度で加熱し、バイパス経路３１を経由して分離カラム１２ａにキャリアガスを導入することによって、脱離された試料ガス成分を検出センサ１２ｃまで搬送し、試料ガス成分の検出を行う（図９検出動作）。

上記サンプリング２動作時は、ポンプ２４の下流に捕集管１１ａ及びオリフィス３０Ｂがあるので、試料ガスがポンプ２４によって捕集管１１ａに押し込まれるように流動されるため、オリフィス３０Ｂからポンプ２４までの間に正圧が生じ、また、打ち込み動作時は、ポンプ２４の上流に捕集管１１ａ及びオリフィス３０Ｂがあるので、捕集管１１ａ内に滞留している試料ガスがポンプ２４によって吸い出されるように流動されるため、オリフィス３０Ｂからポンプ２４までの間に負圧が生じる。そして、本実施形態でのオリフィス３０Ａ、及び、オリフィス３０Ｂにおいて発生する圧力差（圧力損失）ΔＰｆは次式で表される。
ΔＰｆ＝４λ（ρμ²／２）・（Ｌ／Ｄ）［Ｐａ］………（１）
ここで、Ｄ：オリフィス内径、Ｌ：オリフィス管長さ、ρ：流体密度、μ：粘性係数、λ：管摩擦係数、である。ここで、本実施形態での数値として、オリフィス内径（Ｄ）０．０５ｍｍ、オリフィス管長さ（Ｌ）１．０ｍｍ、流体密度（ρ）１．２ｋｇ／ｍ³、粘性係数（μ）０．００００１８Ｐａ・ｓ（２０℃）、管摩擦係数（λ）５．６５×１０^-2、等の数値を（１）式に代入して計算した結果、ΔＰｆの値は約１９．５８ｋＰａとなり、即ち、サンプリング２動作時及び打ち込み動作時にそれぞれ生じる正圧および負圧は上記ΔＰｆとなり、特許文献１において示される構成より大きな圧力差を捕集管１２ａ内全体にわたって生じさせることができる。

上記より、本実施形態によれば、オリフィス３０Ａ、オリフィス３０Ｂおよびポンプ２４によって、ガス流路５のオリフィス３０Ａ又はオリフィス３０Ｂからポンプ２４までの区間に負圧が生じるようにパージガス（即ち、キャリアガス又は大気）がガス流路５内に引き込まれて流動されることから、パージガス流動時に捕集管１１ａの内部全体に亘って負圧が生じ、捕集管１１ａに捕集された試料ガス成分の脱離をより効率的に行うことができる。また、ポンプ２４によって、パージガスを引き込むように流動させることから、より強い負圧を生じさせることができ、試料ガス成分の脱離をさらに効率的に行うことができる。そのため、より濃度の高い試料ガスを生成することができ、そして、捕集管１１ａをよりきれいに清浄することができる。また、オリフィス３０Ａ及びオリフィス３０Ｂは、捕集管１１ａの上流に配置されていればよく、捕集管１１ａに連設する必要がないので、ガス流路５の構成における制限が解消され、自由な装置設計が可能となる。

また、活性炭フィルタ２２が、捕集管１１ａとオリフィス３０Ａとの間に直列に配置されていることから、パージガス流動によるガス流路５内のクリーニング時に、活性炭フィルタ２２内に負圧が生じ、活性炭フィルタ２２に捕集された不純物質が脱離される（即ち、取り出される）ので、活性炭フィルタ２２を清浄することができ、活性炭フィルタ２２の劣化を防ぎ、その使用寿命を延ばすことができる。

また、捕集管１１ａに試料ガスを導入する際に、オリフィス３０Ｂからポンプ２４までの区間に正圧が生じることから、捕集管１１ａへの試料ガス成分の吸着が促進され、捕集装置１１による試料ガス成分の濃縮効率を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、活性炭フィルタ２２と大気吸入口２１との間に直列にオリフィス３０Ａを配設しているが、例えば、図１０に示すように、クリーニングが不要なキャリアガス生成装置２２１を用いた構成などにおいては、キャリアガス生成装置２２１と捕集装置１１との間にオリフィス３０Ａ１を配設し、また、オリフィス３０Ａ１と同一のオリフィス３０Ｂ１をバイパス経路３１上に配設することで、上記と同様に捕集管１１ａにおける捕集及び脱離の促進効果を得ることができる。

また、本実施形態では、検出動作時に分離カラム１２ａの温度を一定の温度に保ちつつ試料ガス成分の分離を行う方法（定温法）を用いているが、これに限らず、例えば、検出動作時に分離カラム１２ａの温度を昇温させつつ試料ガス成分の分離を行う方法（昇温法）など、検出対象となる試料ガスに応じてその方法を変更しても良い。

なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明のガスクロマトグラフ装置の基本構成図である。本発明のガスクロマトグラフ装置の一実施形態を示す構成図である。図２中のガスクロマトグラフ装置のＣＰＵが実行する本発明に係る処理の一例を示すフローチャートである。図２中のガスクロマトグラフ装置のクリーニング１動作の状態を示す図である。図２中のガスクロマトグラフ装置のサンプリング１動作の状態を示す図である。図２中のガスクロマトグラフ装置のサンプリング２動作の状態を示す図である。図２中のガスクロマトグラフ装置のクリーニング２動作の状態を示す図である。図２中のガスクロマトグラフ装置の打ち込み動作の状態を示す図である。図２中のガスクロマトグラフ装置の検出動作の状態を示す図である。本発明のガスクロマトグラフ装置の他の実施形態を示す構成図である。従来のガスクロマトグラフ装置の構成図である。

符号の説明

１ガスクロマトグラフ装置
５ガス流路
１１ａ捕集部材（捕集管）
２０ガス流動手段（ポンプ、流動方向切替バルブ）
２２フィルタ（活性炭フィルタ）
３０（３０Ａ、３０Ｂ）圧損発生部（オリフィス）

Claims

試料ガスの流動に応じて試料ガス成分を捕集し且つパージガスの流動に応じて前記捕集した試料ガス成分が脱離される捕集部材と、前記捕集部材を通過するように前記試料ガス及び前記パージガスを流動させるガス流動手段と、を有するガス流路を備えたガスクロマトグラフ装置において、
前記ガス流路が、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より上流側に直列に配置されたオリフィスを有し、
前記ガス流動手段が、
前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より下流側に直列に配置され、
前記試料ガス成分の捕集時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に正圧が生じるように、前記試料ガスを前記パージガスの流動方向と逆方向に流動させ、
前記試料ガス成分の脱離時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に負圧が生じるように前記パージガスを前記オリフィスを介して前記ガス流路内に引き込んで流動させる手段である
ことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
前記ガス流路は、前記捕集部材と前記オリフィスとの間に直列に配置され且つ大気に含まれる不純物質を捕集して前記試料ガス成分を搬送するためのキャリアガスを生成するためのフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置。
試料ガスの流動に応じて試料ガス成分を捕集し且つパージガスの流動に応じて前記捕集した試料ガス成分が脱離される捕集部材と、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より下流側に直列に配置され且つ前記捕集部材を通過するように前記試料ガス及び前記パージガスを流動させるガス流動手段と、前記パージガスの流動方向に対して前記捕集部材より上流側に直列に配置されたオリフィスと、を有するガス流路を備えたガスクロマトグラフ装置において用いられるガス成分脱離方法であって、
前記試料ガス成分の捕集時に、前記ガス流路の前記オリフィスから前記ガス流動手段までの区間に正圧が生じるように、前記試料ガスを前記パージガスの流動方向と逆方向に流動させる工程と、
前記試料ガス成分の脱離時に、前記ガス流路のオリフィスからガス流動手段までの区間に負圧が生じるように前記パージガスを前記オリフィスを介して前記ガス流路内に引き込んで流動させる脱離工程と、を有する
ことを特徴とするガス成分脱離方法。