JP5510386B2

JP5510386B2 - ガスクロマトグラフ

Info

Publication number: JP5510386B2
Application number: JP2011096520A
Authority: JP
Inventors: 靖典寺井; 新士内山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP2012229918A

Description

本発明はガスクロマトグラフ装置に関し、更に詳しくは、分析に際して分離用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の高い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ィは分析化学に於ける主要な成分分析手法の一つである。実際の分析操作において使用される従来のガスクロマトグラフ装置の一般的な構造は装置の上方部に配設され試料を気化する試料気化室と、気化されたガスが供給され分離が行なわれる分離用カラムと、カラムを加熱するカラムオーブンと、カラムにて分離された試料をそれぞれ検出する検出器を主要な構成要素とし、さらには試料を撹拌させる撹拌用ファンと、カラムオーブンの加熱ヒータとガス供給源と装置全体を制御する制御部等からなり制御部にて分析条件により最適な温度条件に保持できるよう構成されている。

ガスクロマトグラフのカラムオーブンはその上部に換気扉を有しその内部空間上部に水素ガスセンサが設けられている。制御部は水素ガスセンサによる検出信号に基づいてカラムオーブン内のガス中の水素ガス濃度を判断し、その濃度が所定の閾値以上である場合に換気扉を開放しヒータへの通電を遮断しバルブを開閉して水素ガスの供給を停止させるようになっている。これにより水素ガス漏れがあった場合にカラムオーブン内に溜った水素ガスを外部に迅速に吐き出し危険性を回避できる（特許文献１参照）。

以下図３にしたがって従来のガスクロマトグラフの構成を説明する。
図３において、２１はカラムオーブンを示し、２２はカラムオーブン扉、そして２２Ｔはカラムオーブン扉の把手を示している。２３は撹拌用ファン、２４はカラムオーブンの加熱用のヒーター、２５はカラムオーブン２１内を撹拌するファン駆動用モーターでこれ等を具備しかつ分離用カラム２６を収容する箱型のカラムオーブン２１に配設されている。さらに、その上部には試料気化室２７、検出器２８が具備され、更にその周辺にガスライン用バルブ２９、ガス供給源２０と装置全体を制御する制御部１７等から構成されている。

分析対象の試料は一定温度に保持された試料気化室２７に小形注射器（図示せず）を使用して注入され、気化室内で気化した試料はガス供給源２０より供給されるキャリアガスにより分離用カラム２６に送られる。分離用カラム２６は加熱用のヒーター２４とオーブン内の空気撹拌用ファン２３を具備した箱型のカラムオーブン２１内に保持されており、制御部１７により分析条件として最適な温度に保持される。キャリアガスと共に分離カラムに運ばれた試料は分離用カラム２６を通過中に含まれた成分毎に分離された後、一定の温度に加熱保持された検出器２８に順次到達し、ここで得られる電気信号により各成分の定性、定量分析が行なわれる。なお、図３において１８は従来より付設されている吸入用の開口部を設けたカバーで、１９は吸引ファンを示している。

試料気化室２７は注入された分析対象試料を気化させるため密閉にされた部屋であるが、長期間あるいは多量の試料を扱った後には内部が汚染され、正確な分析に支障をきたすことがある。そのために、試料気化室２７の各部を適度な間隔で分解、洗浄する等のメンテナンスを欠かすことができず、試料注入時に気化室の密閉性を確保するため頂部に設けられたセプタム（ゴム）の交換、あるいは試料気化室内の金属表面の汚染を軽減するために内部に設けられたガラスインサートの洗浄等のメンテナンス時には、試料気化室２７上部のセプタム保持部（図示せず）の取り外しが不可欠である。

検出器２８も同様にメンテナンスの際に、検出器２８上部のシール接続部の取り外しをすることがある。そのような日常業務の中で、接続部から水素ガスが漏出した状態を持続すると、万一の場合には着火、火災につながる危険性がある。従来は、キャリアガスとしてヘリウムの使用が一般的である。そのためガスクロマトグラフ装置にはこれら接続部からの漏れに対処すべき特段の手段は講じられていない。しかし、キャリアガスとして水素ガスの使用が敷衍しつつある昨今、装置のガス流路より水素ガスが漏出した場合の安全性向上がガスクロマトグラフ装置にとってより重要となる。

キャリアガスが試料気化室部など分離カラムの上流域で漏出し、キャリアガスが分離カラムに供給されない状態で分離カラムが高温に保持されると分離カラムの性能劣化につながりこれを防止する必要がある。

特開２００９−２１６３９４号公報

ガスクロマトグラフ装置に用いられる検出器には熱伝導度検出器（TCD）、水素炎イオン化検出器（FID）、水素炎炎光度検出器（FPD）等、分析対象試料に応じて各種の検出器が使用されるが、なかでも水素炎イオン化検出器は最もよく使用される。しかし、この検出器の使用に際しては、キャリガスによって運ばれた試料成分を検出器内部で燃焼させる必要があるため、キャリアガスに加えて別に設けたガスラインから水素（メイクアップガス）と空気を供給する必要がある。

ところで上記各構成要素の中で、分離用カラムはキャリアガスと共に内部を通過する試料成分を分離するための重要な構成要素である。分離カラム中に含まれる（内面にコーティングされることが多い）充填材が分離性能を大きく左右するが、充填材には使用可能な最高温度に制限があり、制限を上回る温度や内部を流れるキャリアガスの遮断等はその分離性能に大きな影響を与える。

キャリアガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴン等の不活性ガスが使用できるが、従来は、カラムの分離性能を引き出すに当たって分配効率が高く理論的に優れているだけでなく、窒素、アルゴン等の他のガスに比較して化学的な安定度が高いヘリウムガスが主として使用されてきた。一方、水素ガスもヘリウムガスと同様に理論的には優れているが、ガスクロマトグラフ装置の各部に存在するガス供給ラインの接続部等から漏出が生じた場合の安全性に問題があるため、避けられることが多い。

しかしながら、近年、ヘリウムガスは資源枯渇が叫ばれており、価格も高騰傾向にある。そのため、分析に要するランニングコストと性能を両立することが可能な水素ガスをキャリアガスとして使用する頻度が高まっている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ガスクロマトグラフ装置による分析操作において、キャリアガスまたは検出器ガスとして水素ガスを使用した場合、万一、装置のガス流路の一部から水素ガスの漏出が発生した場合にも、火災事故等に対しての安全性を向上させると共に、迅速にカラムオーブンの温度を低下させて貴重な分離用カラムの性能劣化を防止しなければならない。

本発明が提供するガスクロマトグラフは、カラムを加熱するためのヒーターを有するカラムオーブンと、前記カラムオーブンの上部に配置されカラムに試料を供給する試料気化室と、前記カラム内で試料を輸送するキャリアガスを供給するガス供給源と、前記カラムオーブンの上部に配置され前記カラムから出てくる試料を検出する検出器を備えるガスクロマトグラフにおいて、前記キャリアガスとして可燃性ガスを使用するとともに、前記試料気化室および前記検出器を覆うカバーと、前記カバーの内側に配置され前記試料気化室または前記検出器から漏出した前記可燃性ガスを吸引排気する吸引ファンと、前記吸引ファンの排気側に設けられた可燃性ガスセンサーを備えることを特徴とする。

さらに本発明は、前記カバーの外方にフードを備えることを特徴とする。

さらに本発明は、前記可燃性ガスセンサーの出力が予め決められた域値を越えたときに、前記キャリアガスの供給を停止する停止手段と、前記カラムオーブンのヒーターへの電力供給を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする。

キャリアガスとしてヘリウムに比して安価で性能の良い水素ガスを安全に使用することが可能となる。更に、水素ガス漏出時に素早くカラムオーブンの温度を下げることで高価な分離カラムの損傷を防止できるため、分析に要するランニングコストを軽減することが可能になる。

本発明における第１の実施例のガスクロマトグラフの構成を示す図である。本発明における第２の実施例のガスクロマトグラフの構成を示す図である。従来におけるガスクロマトグラフの実施例を示す図である。

本発明のガスクロマトグラフィにおける基本的な構成は図１に示されている。

図１は装置上方における配置の一例を示すもので、図１において１はカラムオーブンを示し、２はカラムオーブン扉、そして２Ｔはカラムオーブン扉の把手を示している。３は撹拌用ファン、４はカラムオーブンの加熱用のヒーター、５はファン駆動用モーターでこれ等を具備しかつ分離用カラム６を収容する箱型のカラムオーブン１が配設されている。さらに、その上部には試料気化室７、検出器８が具備され、更にその周辺にガスライン用バルブ９、ガス供給源１０と装置全体を制御する制御部１１等から構成されている。

また、試料気化室７と検出器８の上部にカバー１２と、可燃性ガスセンサー１４が設けられている。キャリアガスとして使用される水素ガスはガス供給路を経て試料気化室７→分離用カラム６→検出器８の順に通過する。検出器８がＦＩＤ（水素炎イオン検出器）やＦＰＤ（水素炎炎光度検出器）の場合、水素ガスは検出器８にて燃やされる。

試料気化室７と検出器８のメンテナンスに際して、作業者はガス供給ラインの接続部の取り外しを行うが、その際に誤作業により水素ガスが漏れた状態のまま放置してしまうことがある。その場合に漏れた水素ガスは装置の上部カバー１２内に設けた吸引ファン１５により効率よく後方に誘導・排出され、可燃性ガスセンサー１４に導かれる。水素ガスあるいは可燃性ガスの漏れが検知されるとその検知信号により、制御部１１がガス供給ラインに設けたガスライン用バルブ９を閉じて、水素ガスの供給を停止する。同時に、制御部１１はカラムオーブンヒーターに供給する電力を遮断または調整しカラムオーブン１の温度を低下させる。

図２は本発明の第２の実施例である。図１で示したカバー１２は通常のガスクロマトグラフの使用時には試料気化室７、検出器８の部分の温度が高温に設定されるためカバー１２に触れると火傷等の危険性があるので、安全性向上のため上蓋としてフード１３を設けたものである。

ガスクロマトグラフ、ガスクロマトグラフ質量分析計に利用できる。

１、２１カラムオーブン
２、２２カラムオーブン扉
２Ｔ、２２Ｔカラムオーブン扉の把手
３、２３撹拌用ファン
４、２４ヒーター
５、２５ファン駆動用モーター
６、２６分離用カラム
７、２７試料気化室
８、２８検出器
９、２９ガスライン用バルブ
１０、２０ガス供給源
１１、１７制御部
１２、１８カバー
１３フード
１４可燃性ガスセンサー
１５、１９吸引ファン

Claims

カラムを加熱するためのヒーターを有するカラムオーブンと、前記カラムオーブンの上部に配置されカラムに試料を供給する試料気化室と、前記カラム内で試料を輸送するキャリアガスを供給するガス供給源と、前記カラムオーブンの上部に配置され前記カラムから出てくる試料を検出する検出器を備えるガスクロマトグラフにおいて、前記キャリアガスとして可燃性ガスを使用するとともに、前記試料気化室および前記検出器を覆うカバーと、前記カバーの内側に配置され前記試料気化室または前記検出器から漏出した前記可燃性ガスを吸引排気する吸引ファンと、前記吸引ファンの排気側に設けられた可燃性ガスセンサーを備えることを特徴とするガスクロマトグラフ。
前記カバーの外方にフードを備え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。
前記可燃性ガスセンサーの出力が予め決められた域値を越えたときに、前記キャリアガスの供給を停止する停止手段と、前記カラムオーブンのヒーターへの電力供給を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のガスクロマトグラフ。