JP6117601B2 - 試料ガス分流装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ガスクロマトグラフ、質量分析装置、におい嗅ぎ装置、ガス分取装置等に用いられる試料ガス分流装置に関する。また、本発明は、該試料ガス分流装置と、ガスクロマトグラフ、質量分析装置、におい嗅ぎ装置とを組み合わせた分析装置またはにおい成分分析装置、ならびに、該試料ガス分流装置と、ガスクロマトグラフ、質量分析装置、ガス捕集管とを組み合わせた試料ガス分取装置に関する。
近年、消費者の食の安全、健康影響などに関する関心の高まりなどを受けて、食品、飲料、香料、包装容器、自動車、自動車部品メーカーなど多くの業種にGC−MS/におい嗅ぎ装置が導入されている。このにおい成分の分析においては、GCや、GC−MSを用い、GC出口部分に取り付けて使用するにおい嗅ぎ装置(非特許文献1)と組合せて分析を行うことで、同定分析を行っている(GC−MS/におい嗅ぎ分析、図1、図2参照)。
しかしながら、分析に求められる要求は益々高まり、より微量のにおい成分に対する分析技術が求められるため、GC−MS/におい嗅ぎ装置では感度不足から、これらの成分を同定分析するために濃縮手法への要求が高まっている。この濃縮手法としては、GC分取装置(非特許文献2、3)を用い、GCで分離した一定の領域を複数回濃縮し、再度GC−MSによる同定分析を行っている。
しかしながら、GC分取を行う装置とGC−MS/におい嗅ぎ分析装置は別々の装置であり、感度が不十分な成分の濃縮、同定を行う際には、高額な装置を2システム保有する必要がある。
また、感度を得るために、GCに導入した試料全量をMSで検出する場合でも、GC−MS/におい嗅ぎ装置をGC−MSに装置構成を変更する必要があり、また、この際、GCでの保持時間が異なるため、におい嗅ぎ装置の情報を用いた同定が困難となる。
GERSTEL社加熱脱着導入システムカタログ、16,17ページ GERSTEL社ソリューションカタログ、17ページ GERSTEL社におい分析システムカタログ、9ページ
本発明の課題は、装置構成を変更することなく、簡単な切り替え操作のみによって、GC−MS/におい嗅ぎ、GC−MS分析、GC−におい嗅ぎ分析、GC−分取を行えるようにする、試料ガス分流装置を開発することにある。
本発明者らは、GC装置内において、特定の流路制御を行う機構を組み込むことにより、装置構成を変更することなく、簡単な切り替え操作のみによって、GC−MS/におい嗅ぎ、GC−MS分析、GC−におい嗅ぎ分析、GC−分取を自由自在に行える試料ガス分流装置が得られることを見出した。
即ち、本発明は、
(a)圧力制御装置付き試料注入口51と、
(b)前記試料注入口51に接続したGCカラム56と、
(c)前記GCカラム56に接続した3方コネクタT1-2と、
(d)前記3方コネクタT1-2に各々接続した3方コネクタT1-1、T1-3と、
(e)前記3方コネクタT1-3に接続した3方コネクタT3-2と、
(f)前記3方コネクタT1-1、T3-2に接続し、3方コネクタT1-1、T3-2への流路を切り替える流路切替バルブV1と、
(g)前記流路切換バルブV1に接続した3方コネクタT3-1と、
(h)前記3方コネクタT3-1に接続した第1の圧力制御装置52と、
(i)前記3方コネクタT3-1とT3-2との間に、前記流路切替バルブV1を介さずに接続した流路開閉バルブV2と、
(j)前記3方コネクタT1-3に接続する第1の試料ガス放出口21と、T1-1に接続する第2の試料ガス放出口22、
を備えることを特徴とする試料ガス分流装置である。
また、本発明は、
(k)前記3方コネクタT1-3と前記第1の試料ガス放出口21との間に接続した3方コネクタT2-3と、
(l)前記3方コネクタT1-1と前記第2の試料ガス放出口22との間に接続した3方コネクタT2-1と、
(m)前記3方コネクタT2-1とT2-3に接続した3方コネクタT2-2と、
(n)前記3方コネクタT2-2に接続した第2の圧力制御装置53と、
をさらに備えることを特徴とする、上記の試料ガス分流装置である。
また、本発明は、上記の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21に接続した第1の分析装置42と、第2の試料ガス放出口22に接続した第2の分析装置43と、を備えることを特徴とする分析装置である。
また、本発明は、前記第1の分析装置42および第2の分析装置43が、各々独立に、質量分析器、GC検出器およびにおい嗅ぎ装置からなる群から選択される、上記の分析装置である。
また、本発明は、GC検出器が、FID、NPD、ECD、SCD、NCD、AED、FPD、およびPFPDからなる群から選択される、上記の分析装置である。
また、本発明は、上記の試料ガス分流装置の、試料ガス放出口21および/または22に接続した試料ガス捕集管、を備えることを特徴とする試料ガス分取装置である。
また、本発明は、上記の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21または第2の試料ガス放出口22の一方に接続した質量分析器またはGC検出器と、第1の試料ガス放出口21または第2の試料ガス放出口22のもう一方に接続した捕集管、を備えることを特徴とする試料ガス分取装置である。
また、本発明は、上記の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21または第2の試料ガス放出口22の一方に接続した質量分析器またはGC検出器と、第1の試料ガス放出口21または第2の試料ガス放出口22のもう一方に接続したにおい嗅ぎ装置、を備えることを特徴とするにおい成分分析装置である。
本発明の試料ガス分流装置を用いることにより、GC−MSにおいて、装置構成を変更することなく、ガスクロマトグラフ装置(GC)をGC−MS/におい嗅ぎ、GC−MS分析、GC−におい嗅ぎ分析、GC−分取を自由自在に行えるようになる。また、本発明によれば、におい分析以外の分析においてもGC分析とGC分取を切り替えて行うことが、可能となる。
図1は、1次元のガスクロマトグラフ−質量分析器を用いたにおい嗅ぎ装置を示す図である。 図2は、1次元のガスクロマトグラフ−質量分析器を用いたにおい嗅ぎ装置を用いた、分析例である。 図3は、本発明の試料ガス分流装置の第1の態様の構成を示す図である。 図4は、本発明の試料ガス分流装置の第2の態様の構成を示す図である。 図5は、本発明の分析装置の1例を示す図である。 図6は、本発明の試料ガス分取装置の1例を示す図である。 図7は、本発明の試料ガス分流装置および分析装置の作用を示す図である。 図8は、本発明の試料ガス分流装置および分析装置の作用を示す図である。 図9は、本発明の試料ガス分流装置および分析装置の作用を示す図である。 図10は、本発明の試料ガス分流装置および試料ガス分取装置の作用を示す図である。
本発明を、図面を参照して、説明する。図3に本発明の試料ガス分流装置の第1の態様の概略を示す。図3において、本発明の試料ガス分流装置10の第1の態様は、(a)圧力制御装置付き試料注入口51と、(b)前記試料注入口51に接続したGCカラム56と、(c)前記GCカラム56に接続した3方コネクタT1-2と、(d)前記3方コネクタT1-2に各々接続した3方コネクタT1-1、T1-3と、(e)前記3方コネクタT1-3に接続した3方コネクタT3-2と、(f)前記3方コネクタT1-1、T3-2に接続し、3方コネクタT1-1、T3-2への流路を切り替える流路切替バルブV1と、(g)前記流路切換バルブV1に接続した3方コネクタT3-1と(h)前記3方コネクタT3-1に接続した第1の圧力制御装置52と、(i)前記3方コネクタT3-1とT3-2との間に、前記流路切替バルブV1を介さずに接続した流路開閉バルブV2と、(j)前記3方コネクタT1-3に接続する第1の試料ガス放出口21と、T1-1に接続する第2の試料ガス放出口22、を備える。
次に、図4に本発明の試料ガス分流装置10の第2の態様の概略を示す。図3、図4において、同一の符号は、同一の器具を示す。図4において、本発明の試料ガス分流装置の第2の態様は、図3に示す第1の態様のものに加え、(k)前記3方コネクタT1-3と前記第1の試料ガス放出口21との間に接続した3方コネクタT2-3と、(l)前記3方コネクタT1-1と前記第2の試料ガス放出口22との間に接続した3方コネクタT2-1と、(m)前記3方コネクタT2-1とT2-3に接続した3方コネクタT2-2と、(n)前記3方コネクタT2-2に接続した第2の圧力制御装置53と、をさらに備える。
図5に、本発明の試料ガス分流装置を用いた分析装置の1例を示す。図5において、本発明の分析装置は、上述の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21に接続した第1の分析装置42と、第2の試料ガス放出口22に接続した第2の分析装置43と、を備える。ここで、試料注入口51、圧力制御装置52および53、流路切替バルブV1、流路開閉バルブV2、3方コネクタT1-1、T1-2、T1-3、T2-1、T2-2、T2-3、T3-1、T3-2、GCカラム56は、ガスクロマトグラフ装置41を構成する。そして、本発明の分析装置は、ガスクロマトグラフ装置41に接続する制御用コンピュータ45から構成される。
なお、本発明において、第1の検出装置および第2の検出装置は、試料ガスの分析が可能なものであれば特に制限はないが、例えば、質量分析器、GC検出器およびにおい嗅ぎ装置などを挙げることができる。
ここで、分析装置42として質量分析器を、分析装置43としてにおい嗅ぎ装置を接続した場合、GC−MS/におい嗅ぎによる分析が行われる、本発明のにおい成分分析装置を構成することとなる。
図6に、本発明の試料ガス分流装置を用いた試料ガス分取装置の1例を示す。図6において、本発明の分析装置は、上述の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21に接続した第1の分析装置42と、第2の試料ガス放出口22に接続した捕集管44と、を備える。なお、後述するように、図10に示すように、第2の分析装置の一部を介して、捕集管44を接続してもよい。
本発明で用いる、採集管としては、試料ガスが採集できるものであれば特に制限はなく、市販の採集管等を用いることができる。
なお、図5、図6では、試料ガス分流装置の第2の態様を用いているが、本発明は、試料ガス分流装置の第1の態様を用いてももちろん構わない。
次に、本発明の試料ガス分流装置の作用について、本発明のにおい成分分析装置を例にして説明する。図7において、分析対象となる試料を、圧力制御装置付き試料注入口51から注入する。圧力制御装置付き試料注入口51から注入された試料は、GCカラム56に導入され、保持時間に応じて分離され、3方コネクタT1-2において3方コネクタT1-1、T1-3に一定割合で分岐される。さらに分岐された試料は、3方コネクタT2-1、T2-3を経て質量分析器(分析装置42)およびにおい嗅ぎ装置(分析装置43)に分かれて導入さる。ここで、質量分析器42にて質量分析が行われ、におい嗅ぎ装置43によりにおい物質の検出が行われる。尚、流路切替バルブV1はスイッチがOFFの状態、流路開閉バルブV2はスイッチがONの状態にあり、圧力制御装置52から流入する移動相ガスは、3方コネクタT3-1で分岐され、3方コネクタT1-1、T1-3に導入される。また、圧力制御装置53から流入する移動相ガスは、3方コネクタT2-2を経て、3方コネクタT2-1、T2-3に導入される。3方コネクタT1-1、T1-3および3方コネクタT2-1、T2-3はそれぞれ同じ圧力がかかり、また3方コネクタT1-1、T2-3および3方コネクタT1-3、T2-3は同じ抵抗管で接続されるため、3方コネクタT1-2において3方コネクタT1-1、T1-3に分岐される割合は常に一定となり、分析装置42、分析装置43に導入される試料の割合も常に一定となる。
次に、GC−MSによる、分析方法について説明する。におい嗅ぎによる分析が不要の場合やGC−MS/におい嗅ぎにおいて、においは感じるものの、MSで検出が困難な場合は、導入した試料全量を質量分析器42に導入する。すなわち、図8に示すように、圧力制御装置付き試料注入口51から注入された分析対象となる試料は、GCカラム56に導入され、保持時間に応じて分離され、3方コネクタT1-2に導入される。流路切替バルブV1はスイッチがOFFの状態、流路開閉バルブV2はスイッチがOFFの状態とすると、圧力制御装置52から供給される移動相ガスが、3方コネクタT1-1に導入され、GCカラム56から供給される、目的とする試料成分の含まれる移動相ガスが3方コネクタT1-2に導入されて、3方コネクタT1-1から導入される移動相ガスと混合され、3方コネクタT1-3に供給される。このとき、圧力制御装置52から3方コネクタT1-1に供給された移動相ガスは、一部が3方コネクタT1-2に、残りが3方コネクタT2-1に導入される。3方コネクタT1-3から出た試料ガスは、3方コネクタT2-3を経て、質量分析器42に導入され、質量分析が行われる。これにより、GC−MSによる分析が可能となる。T1-2はGC−MS/におい嗅ぎ分析時とGC−MSによる分析時では同じ圧力となるため、試料成分の保持時間も同一とすることが可能である。なお、これらのバルブの制御や圧力制御装置は、制御用コンピュータ45によって、制御させてもよい。
次に、GC−におい嗅ぎによる、分析方法について説明する。質量分析器による分析が不要の場合やGC−MS/におい嗅ぎにおいて、より強くにおいを感じたい場合は、導入した試料全量をにおい嗅ぎ装置43に導入する。すなわち、図9に示すように、圧力制御装置付き試料注入口51から注入された分析対象となる試料は、GCカラム56に導入され、保持時間に応じて分離され、3方コネクタT1-2に導入される。流路切替バルブV1はスイッチがONの状態、流路開閉バルブV2はスイッチがOFFの状態とすると、圧力制御装置52から供給される移動相ガスが、3方コネクタT1-3に導入され、GCカラム56から供給される、目的とする試料成分の含まれる移動相ガスが3方コネクタT1-2に導入されて、3方コネクタT1-3から導入される移動相ガスと混合され、3方コネクタT1-1に供給される。このとき、圧力制御装置52から3方コネクタT1-3に供給された移動相ガスは、一部が3方コネクタT1-2に、残りが3方コネクタT2-3に導入される。3方コネクタT1-1から出た試料ガスは、3方コネクタT2-1を経て、におい嗅ぎ装置43に導入され、におい物質の検出が行われる。これにより、GC−におい嗅ぎによる分析が可能となる。T1-2はGC−MS/におい嗅ぎ分析時とGC−におい嗅ぎによる分析時では同じ圧力となるため、試料成分の保持時間も同一とすることが可能となる。なお、これらのバルブの制御や圧力制御装置は、制御用コンピュータ45によって、制御させてもよい。
次に、GC−分取による、試料ガス分取装置について説明する。GC−MS/におい嗅ぎにおいて、においは感じるものの、質量分析器では検出できない場合、においを感じる部分のみを1回から複数回捕集菅44に濃縮したのち、GC−MS/におい嗅ぎによる分析を行う。すなわち、図10に示すように、におい嗅ぎ装置の先端に捕集菅44を取り付けてもよい。図8に示すように、GCカラム56により試料を分離した後、先の分析においてにおいを感じた部分の保持時間に達した場合、図10に示すように流路切替バルブV1をONにする。すると、圧力制御装置52から供給される移動相ガスが、3方コネクタT1-3に導入され、GCカラム56から供給される、目的とする試料成分の含まれる移動相ガスが3方コネクタT1-2に導入されて、3方コネクタT1-3から導入される移動相ガスと混合され、3方コネクタT1-1に供給される。このとき、圧力制御装置52から3方コネクタT1-3に供給された移動相ガスは、一部が3方コネクタT1-2に、残りが3方コネクタT2-3に導入される。3方コネクタT1-1から出た試料ガスは、3方コネクタT2-1を経て、におい嗅ぎ装置43に導入され、その後捕集菅により濃縮される。なお、試料成分を捕集菅44に導入し終えたところで、流路切替バルブV1を再びOFFにすることで、目的としない他の成分は捕集菅44に導入されることを防ぐことができる。なお、これらのバルブの制御や圧力制御装置は、制御用コンピュータ45によって、制御させてもよい。
以上のようにして、1つの装置を用いて、GC−MS/におい嗅ぎ分析、GC−MS分析、GC−におい嗅ぎ分析、GC−分取を、装置構成を変更することなく、簡単な切り替え操作により行うことができるようになる。
次に本発明の他の態様につて説明する。本発明の他の態様としては、図5における第1の分析装置として質量分析器を、第2の分析装置としてGC検出器を接続する。GC検出器はGCカラムで分離された成分を質量分析器42とともに、GC検出器での検出ができ、流路切替バルブV1および流路開閉バルブV2を切り替えることにより、GC−MS分析、GC分析およびGC−分取を行うことができる。
なお、GC検出器における検出装置としては、特に限定はないが、例えば、FID(水素炎イオン化検出器)、NPD(窒素リン検出器)、ECD(電子捕獲型検出器)、SCD(イオウ炎化学発光検出器)、NCD(窒素炎化学発光検出器)、AED(原子発光検出器)、FPD(炎光光度検出器)、およびPFPD(パルスド炎光光度検出器)等を挙げることができる。
なお、図3に示す本発明の試料ガス分流装置の第1の態様の装置構成とすることにより、第2の態様に比較し、より簡素な装置とすることができる。すなわち、第2の圧力制御装置53を用いることなく、流路切替バルブV1と、流路開閉バルブV2の操作のみによって、試料ガスの分流を行うことができ、本発明の分析装置、試料ガス分取装置、におい成分分析装置として用いることができる。
そして、試料ガス放出口21、22における試料ガスのリテンションタイムをより精緻に制御する必要がある場合には、第2の圧力制御装置53を用いて、本発明の試料ガス分流装置の第2の態様の装置構成とすることができる。
本発明によれば、GC−MSにおいて、装置構成を変更することなく、ガスクロマトグラフ装置(GC)をGC−MS/におい嗅ぎ、GC−MS分析、GC−におい嗅ぎ分析、GC−分取を自由自在に行えるようになる。また、本発明によれば、におい分析以外の分析においてもGC分析とGC分取を切り替えて行うことが、可能となる。
1 ガスクロマトグラフ
2 質量分析器
3 試料注入口
4 カラム
5 スプリッタ
6 におい嗅ぎ装置
10 試料ガス分流装置
21、22 試料ガス放出口
41 ガスクロマトグラフ装置
42、43 分析装置
44 捕集菅
45 制御用コンピュータ
51 圧力制御装置付き試料注入口
52、53 圧力制御装置
56 GCカラム
1-1、T1-2、T1-3、T2-1、T2-2、T2-3 3方コネクタ
1 流路切替バルブ
2 流路開閉バルブ

Claims (8)

  1. (a)圧力制御装置付き試料注入口51と、
    (b)前記試料注入口51に接続したGCカラム56と、
    (c)前記GCカラム56に接続した3方コネクタT1-2と、
    (d)前記3方コネクタT1-2に各々接続した3方コネクタT1-1、T1-3と、
    (e)前記3方コネクタT1-3に接続した3方コネクタT3-2と、
    (f)前記3方コネクタT1-1、T3-2に接続し、3方コネクタT1-1、T3-2への流路を切
    り替える流路切替バルブV1と、
    (g)前記流路切替バルブV1に接続した3方コネクタT3-1と、
    (h)前記3方コネクタT3-1に接続した第1の圧力制御装置52と、
    (i)前記3方コネクタT3-1とT3-2との間に、前記流路切替バルブV1を介さずに接続
    した流路開閉バルブV2と、
    (j)前記3方コネクタT1-3に接続する第1の試料ガス放出口21と、T1-1に接続する
    第2の試料ガス放出口22、
    を備えることを特徴とする試料ガス分流装置。
  2. (k)前記3方コネクタT1-3と前記第1の試料ガス放出口21との間に接続した3方コ
    ネクタT2-3と、
    (l)前記3方コネクタT1-1と前記第2の試料ガス放出口22との間に接続した3方コ
    ネクタT2-1と、
    (m)前記3方コネクタT2-1とT2-3に接続した3方コネクタT2-2と、
    (n)前記3方コネクタT2-2に接続した第2の圧力制御装置53と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の試料ガス分流装置。
  3. 請求項1または2に記載の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21に接続した第
    1の分析装置42と、第2の試料ガス放出口22に接続した第2の分析装置43と、
    を備えることを特徴とする分析装置。
  4. 前記第1の分析装置42および第2の分析装置43が、各々独立に、質量分析器、GC検
    出器およびにおい嗅ぎ装置からなる群から選択される、請求項3に記載の分析装置。
  5. GC検出器が、FID、NPD、ECD、SCD、NCD、AED、FPD、およびPF
    PDからなる群から選択される、請求項4に記載の分析装置。
  6. 請求項1または2に記載の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21および/または第2の試料ガス放出口22に接続した試料ガス捕集管、
    を備えることを特徴とする試料ガス分取装置。
  7. 請求項1または2に記載の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21または第2の
    試料ガス放出口22の一方に接続した質量分析器またはGC検出器と、第1の試料ガス放
    出口21または第2の試料ガス放出口22のもう一方に接続した捕集管、
    を備えることを特徴とする試料ガス分取装置。
  8. 請求項1または2に記載の試料ガス分流装置の、第1の試料ガス放出口21または第2の
    試料ガス放出口22の一方に接続した質量分析器またはGC検出器と、第1の試料ガス放
    出口21または第2の試料ガス放出口22のもう一方に接続したにおい嗅ぎ装置、
    を備えることを特徴とするにおい成分分析装置。
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