JP6127933B2 - 試料導入装置及びこれを備えた分析装置 - Google Patents

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Description

本発明は、分析部に試料を導入するための試料導入装置及びこれを備えた分析装置に関するものである。
例えば空気中の環境汚染物質を分析する場合のように、極微量の試料成分を分析部に導入する際に、加熱脱離方式の試料導入装置が用いられる場合がある(例えば、下記特許文献1参照)。この種の試料導入装置では、サンプルチューブ内に充填された試料成分を加熱して脱離させることにより、トラップ内に試料成分を一旦捕集した後、当該トラップ内の試料成分を加熱することにより脱離させ、分析部に導入することができる。
図2A〜図2Dは、従来の加熱脱離方式の試料導入装置100の構成例を示した図である。この試料導入装置100では、内部標準試料を分析部200に導入することにより、当該内部標準試料の測定結果を用いて、測定対象試料の測定結果を補正することができるようになっている。
試料導入装置100には、内部標準試料供給部101、キャリアガス供給部102、サンプルループ103、サンプルチューブ104、トラップ105、八方バルブ106、四方バルブ107、三方バルブ108、複数の二方バルブ111〜116及び複数の流量制御部121〜123が備えられている。これらの各部は、配管を介して互いに接続されている。
図2Aは、サンプルループ103内に内部標準試料を供給するサンプルループ供給状態を示している。図2Bは、サンプルループ103内の内部標準試料をサンプルチューブ104内に供給するサンプルチューブ供給状態を示している。図2Cは、サンプルチューブ104内から脱離した試料成分をトラップ105内に供給するトラップ供給状態を示している。図2Dは、トラップ105内から脱離した試料成分を分析部200に供給する分析部供給状態を示している。
この試料導入装置100では、まず、図2Aに示すように、八方バルブ106により内部標準試料供給部101及びサンプルループ103を連通させた状態で、二方バルブ111が開かれる。これにより、図2Aに破線で示すように、内部標準試料が、その圧力によって内部標準試料供給部101側から二方バルブ111側に流れ、サンプルループ103内に充填される。
その後、図2Bに示すように、八方バルブ106が切り替えられることにより、キャリアガス供給部102、サンプルループ103、サンプルチューブ104及び流量制御部121が連通した状態となる。このとき、二方バルブ112は閉じられ、二方バルブ113は開かれる。これにより、図2Bに破線で示すように、キャリアガス供給部102から供給されるキャリアガスが、サンプルループ103及びサンプルチューブ104を順次通過して流量制御部121側に流れる。
この図2Bに示す状態では、サンプルループ103内の内部標準試料の試料成分がサンプルチューブ104内に捕集され、サンプルチューブ104内に試料成分が充填される。キャリアガス供給部102からサンプルループ103及びサンプルチューブ104へのキャリアガスの流量は、流量制御部121により制御することができる。
次に、図2Cに示すように、八方バルブ106及び四方バルブ107が切り替えられるとともに、二方バルブ112,114が開かれ、二方バルブ113が閉じられる。これにより、図2Cに破線で示すように、キャリアガス供給部102、サンプルチューブ104、トラップ105及び流量制御部122が連通した状態となり、サンプルチューブ104内から脱離した試料成分がトラップ105内に捕集される。
キャリアガス供給部102からサンプルチューブ104及びトラップ105へのキャリアガスの流量は、流量制御部122により制御することができる。このとき、三方バルブ108が、キャリアガス供給部102及び分析部200を連通させた状態とされることにより、キャリアガス供給部102からのキャリアガスが分析部200に供給される。
このようにしてトラップ105内に試料成分を捕集した後、図2Dに示すように、四方バルブ107が切り替えられるとともに、二方バルブ113が開かれ、二方バルブ112,114が閉じられる。このとき、三方バルブ108が、キャリアガス供給部102及びトラップ105を連通させた状態に切り替えられる。
これにより、図2Dに破線で示すように、キャリアガス供給部102及びトラップ105が連通されるとともに、トラップ105が四方バルブ107を介して分析部200に連通し、かつ、トラップ105が四方バルブ107を介してサンプルチューブ104及び流量制御部121に連通した状態となる。この状態では、トラップ105内から脱離した試料成分の一部が、分析部200に導入されるとともに、残りの試料成分がサンプルチューブ104内に再捕集される。
キャリアガス供給部102からトラップ105及びサンプルチューブ104へのキャリアガスの流量は、流量制御部121により制御することができる。また、二方バルブ115が開かれることにより、分析部200側に供給される試料成分の一部が分岐部130から流量制御部123側に導かれる。このとき、分岐部130から流量制御部123までの流路はスプリット流路131を構成しており、スプリット流路131内のキャリアガスの流量を流量制御部123により制御することができる。
特開2007−212325号公報
しかしながら、上記のような従来の構成では、四方バルブ107と分岐部130との間の流路132がデッドボリュームになるという問題がある。すなわち、図2Dの状態では、トラップ105内から脱離した試料成分の一部が、流路132を介して分析部200に導入されるが、それ以外の図2A〜図2Cの状態では、当該流路132内をガスが流通しない。
そのため、分析時に流路132内に残存した試料成分が次の分析時に持ち越され、次の分析時に流路132を介して分析部200に導入されるガス中に、前の分析時の試料成分が混入してしまうという問題がある。この場合、本来存在しない試料成分のピークが測定結果に現れるなど、正確な測定結果が得られないおそれがある。特に、沸点が高く蒸発しにくい試料成分は、流路132内に残存しやすく、上記のような問題が生じやすい。
一方で、装置の製造コストの低減やメンテナンス性の向上などの観点から、部品点数が少なく、より簡略化された構成が望まれている。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、試料導入後に試料成分が流路内に残存するのを防止することができる試料導入装置及びこれを備えた分析装置を提供することを目的とする。また、本発明は、構成がより簡略化された試料導入装置及びこれを備えた分析装置を提供することを目的とする。
本発明に係る試料導入装置は、分析部に試料を導入するためのものであって、サンプルチューブと、第1加熱部と、トラップと、第2加熱部と、キャリアガス流路と、第1流路切替機構とを備えている。
サンプルチューブには、試料成分が充填される。第1加熱部は、前記サンプルチューブ内に充填された試料成分を加熱して脱離させる。トラップは、前記サンプルチューブ内から脱離した試料成分を捕集する。第2加熱部は、前記トラップ内の試料成分を加熱して脱離させる。キャリアガス流路は、前記トラップ内から脱離した試料成分をキャリアガスにより前記分析部に導く。第1流路切替機構は、前記トラップ内に試料成分が捕集された状態と前記トラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで、前記キャリアガス流路を切り替える。少なくとも前記トラップから前記分析部までの前記キャリアガス流路は、前記トラップ内捕集された試料成分を脱離させて前記分析部に導く状態と前記トラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで共用される。
このような構成によれば、トラップ内捕集された試料成分を脱離させて分析部に導く状態とトラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで、少なくともトラップから分析部までのキャリアガス流路が共用されるため、キャリアガス流路を介して分析部に試料が導入された後も、当該キャリアガス流路内をキャリアガスが流れる期間がある。これにより、試料導入時に試料成分がキャリアガス流路内にあったとしても、その後にキャリアガス流路内を流れるキャリアガスにより試料成分を流路内から排除することができるため、試料導入後に試料成分が流路内に残存するのを防止することができる。
また、トラップ内捕集された試料成分を脱離させて分析部に導く状態とトラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで、少なくともトラップから分析部までのキャリアガス流路を共用することにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。これにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、メンテナンス性を向上することができる。
前記試料導入装置は、スプリット流路をさらに備えていてもよい。前記スプリット流路は、前記トラップ内に試料成分が捕集された状態において、前記トラップを介して前記分析部に導かれるキャリアガスの一部を前記サンプルチューブ内に導く。
このような構成によれば、スプリット流路に導かれるキャリアガスに含まれる試料成分が、サンプルチューブ内に捕集される。これにより、スプリット流路を利用して、試料成分をサンプルチューブ内に再捕集することができるため、部品点数を削減し、構成をより簡略化することができる。
前記試料導入装置は、第1流量制御部をさらに備えていてもよい。前記第1流量制御部は、前記スプリット流路内のキャリアガスの流量を制御する。
このような構成によれば、第1流量制御部でスプリット流路内のキャリアガスの流量を制御することにより、スプリット流量を調整することができるとともに、サンプルチューブ内に再捕集される試料成分の流量を調整することができる。このように、第1流量制御部を共用して、スプリット流量及び再捕集される試料成分の流量を制御することにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。
前記試料導入装置は、内部標準試料供給路と、サンプルループと、第2流路切替機構と、第2流量制御部とをさらに備えていてもよい。前記内部標準試料供給路は、内部標準試料を供給する。前記サンプルループには、内部標準試料が充填される。前記第2流路切替機構は、内部標準試料を前記サンプルループ内に供給するサンプルループ供給状態と前記サンプルループ内の内部標準試料を前記サンプルチューブ内に供給するサンプルチューブ供給状態とに、前記内部標準試料供給路を切り替える。前記第2流量制御部は、前記サンプルループ供給状態及び前記サンプルチューブ供給状態における前記内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御する。
このような構成によれば、第2流量制御部を共用して、サンプルループ供給状態及びサンプルチューブ供給状態における内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御することができる。これにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。
前記第2流路切替機構は、前記サンプルチューブ内から脱離した試料成分を前記トラップ内に供給するトラップ供給状態に、前記内部標準試料供給路を切替可能であってもよい。この場合、前記第2流制御部は、前記トラップ供給状態における前記内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御してもよい。
このような構成によれば、サンプルループ供給状態及びサンプルチューブ供給状態に加えて、トラップ供給状態においても第2流量制御部を共用して、内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御することができる。これにより、部品点数をさらに削減し、構成をさらに簡略化することができる。
本発明に係る分析装置は、前記試料導入装置と、前記試料導入装置から導入される試料を分析する分析部とを備えている。
本発明によれば、流路内を流れるキャリアガスにより試料成分を流路内から排除することができるため、試料導入後に試料成分が流路内に残存するのを防止することができる。また、本発明によれば、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。
本発明の一実施形態に係る加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、サンプルループ供給状態を示している。 本発明の一実施形態に係る加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、サンプルチューブ供給状態を示している。 本発明の一実施形態に係る加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、トラップ供給状態を示している。 本発明の一実施形態に係る加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、分析部供給状態を示している。 従来の加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、サンプルループ供給状態を示している。 従来の加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、サンプルチューブ供給状態を示している。 従来の加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、トラップ供給状態を示している。 従来の加熱脱離方式の試料導入装置の構成例を示した図であり、分析部供給状態を示している。
図1A〜図1Dは、本発明の一実施形態に係る加熱脱離方式の試料導入装置1の構成例を示した図である。この試料導入装置1では、内部標準試料を分析部2に導入することにより、当該内部標準試料の測定結果を用いて、測定対象試料の測定結果を補正することができるようになっている。分析部2は、例えばカラム3を備えたガスクロマトグラフであり、試料導入装置1から導入される試料を分析する。
試料導入装置1には、内部標準試料供給部11、AFC(Auto Flow Controller)12、APC(Auto Pressure Controller)13、MFC(Mass Flow Controller)14、サンプルループ15、サンプルチューブ16、トラップ17、2つの六方バルブ18,19、三方バルブ20及び3つの二方バルブ21〜23が備えられている。これらの各部は、配管を介して互いに接続されている。
図1Aは、サンプルループ15内に内部標準試料を供給するサンプルループ供給状態を示している。図1Bは、サンプルループ15内の内部標準試料をサンプルチューブ16内に供給するサンプルチューブ供給状態を示している。図1Cは、サンプルチューブ16内から脱離した試料成分をトラップ17内に供給するトラップ供給状態を示している。図1Dは、トラップ17内から脱離した試料成分を分析部2に供給する分析部供給状態を示している。
内部標準試料供給部11は、例えば内部標準試料が高圧で収容されたボンベからなり、内部の圧力によって内部標準試料を供給することができる。AFC12は、キャリアガス供給部を構成しており、試料成分を分析部2に導入するためのキャリアガスの供給流量を制御する。APC13は、捕集用ガス供給部を構成しており、試料成分をサンプルチューブ16及びトラップ17に捕集させるための捕集用ガスの供給圧力を制御する。MFC14は、排気路41を介して装置の外部に排気するガスの流量を制御する。
この試料導入装置1では、まず、図1Aに示すように、二方バルブ21を開くとともに、二方バルブ22,23を閉じた状態で、六方バルブ18,19により内部標準試料供給部11、サンプルループ15及びMFC14を連通させる。これにより、図1Aに破線で示すように、内部標準試料が、その圧力によって内部標準試料供給部11側からMFC14側に流れ、サンプルループ15内に充填される。このとき、AFC12からはキャリアガスが供給され、図1Aに二点鎖線で示すキャリアガス流路42を介して、分析部2のカラム3にキャリアガスが導入される。
その後、図1Bに示すように、二方バルブ21が閉じられるとともに、二方バルブ22が開かれた状態となる。この状態で、六方バルブ19により流路が切り替えられ、図1Bに破線で示すように、APC13、サンプルループ15、サンプルチューブ16及びMFC14が、この順序で連通した状態となる。これにより、APC13から供給される捕集用ガスが、サンプルループ15及びサンプルチューブ16を順次通過してMFC14側に流れる。
この図1Bに示す状態では、サンプルループ15内の内部標準試料の試料成分が、冷却されたサンプルチューブ16内に捕集され、サンプルチューブ16内に試料成分が充填される。サンプルチューブ16への捕集用ガスの流量は、MFC14により制御することができる。なお、六方バルブ18は図1Aと同じ状態であり、AFC12からのキャリアガスは、図1Bに二点鎖線で示すように、キャリアガス流路42を介して分析部2のカラム3に導入される。
次に、図1Cに示すように、二方バルブ22が閉じられるとともに、二方バルブ23が開かれた状態となる。この状態で、六方バルブ18及び三方バルブ20により流路が切り替えられ、図1Cに破線で示すように、APC13、サンプルチューブ16、サンプルループ15、トラップ17及びMFC14が、この順序で連通した状態となる。なお、六方バルブ19は図1Bと同じ状態である。
このとき、サンプルチューブ16に隣接して設けられたヒータ(第1加熱部)31によりサンプルチューブ16が加熱され、サンプルチューブ16内に充填された試料成分が脱離される。これにより、APC13から供給される捕集用ガスが、サンプルチューブ16内から脱離した試料成分をトラップ17側へと送り、当該試料成分が冷却されたトラップ17内に捕集される。トラップ17への捕集用ガスの流量は、MFC14により制御することができる。
六方バルブ18による流路の切替に伴い、AFC12から分析部2までのキャリアガス流路42は、図1Cに二点鎖線で示すように、トラップ17を通過しない状態となる。この状態で、AFC12からのキャリアガスが、キャリアガス流路42を介して分析部2のカラム3に導入される。
このようにしてトラップ17内に試料成分を捕集した後、図1Dに示すように、六方バルブ18,19により流路が切り替えられる。これにより、図1Dに二点鎖線で示すように、キャリアガス流路42が、AFC12からトラップ17を介して分析部2に連通した状態となる。このとき、トラップ17に隣接して設けられたヒータ(第2加熱部)32によりトラップ17が加熱され、トラップ17内の試料成分が脱離される。トラップ17内から脱離した試料成分は、キャリアガス流路42を介して、キャリアガスにより分析部2のカラム3に導かれる。
図1A〜図1Dに示すように、六方バルブ18は、トラップ17内に試料成分が捕集された状態と、トラップ17内に試料成分が捕集されていない状態とで、キャリアガス流路42を切り替える第1流路切替機構を構成している。本実施形態において、少なくともトラップ17から分析部2までのキャリアガス流路42は、トラップ17内に試料成分が捕集された状態と(図1D)、トラップ17内に試料成分が捕集されていない状態(図1A及び図1B)とで、共用されている。
この場合、図1Dの状態でキャリアガス流路42を介して分析部2に試料が導入された後も、図1A及び図1Bのように、当該キャリアガス流路42内をキャリアガスが流れる期間がある。これにより、試料導入時に試料成分がキャリアガス流路42内にあったとしても、その後にキャリアガス流路42内を流れるキャリアガスにより試料成分を流路内から排除することができるため、試料導入後に試料成分が流路内に残存するのを防止することができる。
また、トラップ17内に試料成分が捕集された状態とトラップ17内に試料成分が捕集されていない状態とで、少なくともトラップ17から分析部2までのキャリアガス流路42を共用することにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。これにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、メンテナンス性を向上することができる。
図1Dの状態では、図中に一点鎖線で示すスプリット流路43により、トラップ17を介して分析部2に導かれるキャリアガスの一部がサンプルチューブ16に導かれる。このとき、スプリット流路43に導かれるキャリアガスに含まれる試料成分が、冷却されたサンプルチューブ16内に捕集される。
これにより、スプリット流路43を利用して、試料成分をサンプルチューブ16内に再捕集することができるため、部品点数を削減し、構成をより簡略化することができる。なお、試料成分の再捕集を行わない場合には、図1Cの状態から図1Dの状態に移行する際、六方バルブ19を切り替えなければよい。
スプリット流路43におけるサンプルチューブ16よりも下流側は、AFC12に接続されており、当該AFC12が、スプリット流路43内のキャリアガスの流量を制御する第1流量制御部を構成している。したがって、AFC12でスプリット流路43内のキャリアガスの流量を制御することにより、スプリット流量を調整することができるとともに、サンプルチューブ16内に再捕集される試料成分の流量を調整することができる。このように、AFC12を共用して、スプリット流量及び再捕集される試料成分の流量を制御することにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。
内部標準試料を供給する内部標準試料供給路44は、六方バルブ18,19により構成される第2流路切替機構により、図1Aに破線で示すサンプルループ供給状態と、図1Bに破線で示すサンプルチューブ供給状態と、図1Cに破線で示すトラップ供給状態とに切り替えることができる。MFC14は、サンプルループ供給状態、サンプルチューブ供給状態及びトラップ供給状態における内部標準試料供給路44内の内部標準試料の流量を制御する第2流量制御部を構成している。内部標準試料供給路44内の圧力は、当該内部標準試料供給路44に接続された圧力センサ45により検知することができる。
内部標準試料供給路44が、図1Aに破線で示すようなサンプルループ供給状態のときには、内部標準試料供給部11から供給される内部標準試料がサンプルループ15内に供給される。また、内部標準試料供給路44が、図1Bに破線で示すようなサンプルチューブ供給状態のときには、サンプルループ15内の内部標準試料がサンプルチューブ16内に供給される。
本実施形態では、MFC14を共用して、サンプルループ供給状態及びサンプルチューブ供給状態における内部標準試料供給路44内の内部標準試料の流量を制御することができる。これにより、部品点数を削減することができるため、構成をより簡略化することができる。
また、内部標準試料供給路44が、図1Cに破線で示すようなトラップ供給状態のときには、サンプルチューブ16から脱離した試料成分が、トラップ17内に供給される。本実施形態では、サンプルループ供給状態及びサンプルチューブ供給状態に加えて、トラップ供給状態においてもMFC14を共用して、内部標準試料供給路44内の内部標準試料の流量を制御することができる。これにより、部品点数をさらに削減し、構成をさらに簡略化することができる。
以上の実施形態では、内部標準試料を用いて測定対象試料の測定結果を補正することができるような構成について説明した。しかし、本発明は、このような構成に限らず、内部標準試料を用いないような構成にも適用することができる。この場合、測定対象試料の試料成分が充填されたサンプルチューブ16を試料導入装置1に取り付けた後、図1C以降の動作を行えばよい。
また、本発明に係る試料導入装置1は、ガスクロマトグラフのような分析部2に限らず、他の分析部2に試料を導入するような構成にも適用することができる。
1 試料導入装置
2 分析部
3 カラム
11 内部標準試料供給部
12 AFC
13 APC
14 MFC
15 サンプルループ
16 サンプルチューブ
17 トラップ
18,19 六方バルブ
20 三方バルブ
21〜23 二方バルブ
31,32 ヒータ
41 排気路
42 キャリアガス流路
43 スプリット流路
44 内部標準試料供給路
45 圧力センサ

Claims (6)

  1. 分析部に試料を導入するための試料導入装置であって、
    試料成分が充填されるサンプルチューブと、
    前記サンプルチューブ内に充填された試料成分を加熱して脱離させる第1加熱部と、
    前記サンプルチューブ内から脱離した試料成分を捕集するトラップと、
    前記トラップ内の試料成分を加熱して脱離させる第2加熱部と、
    前記トラップ内から脱離した試料成分をキャリアガスにより前記分析部に導くキャリアガス流路と、
    前記トラップ内に試料成分が捕集された状態と前記トラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで、前記キャリアガス流路を切り替える第1流路切替機構とを備え、
    少なくとも前記トラップから前記分析部までの前記キャリアガス流路が、前記トラップ内捕集された試料成分を脱離させて前記分析部に導く状態と前記トラップ内に試料成分が捕集されていない状態とで共用されることを特徴とする試料導入装置。
  2. 前記トラップ内に試料成分が捕集された状態において、前記トラップを介して前記分析部に導かれるキャリアガスの一部を前記サンプルチューブ内に導くスプリット流路をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の試料導入装置。
  3. 前記スプリット流路内のキャリアガスの流量を制御する第1流量制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の試料導入装置。
  4. 内部標準試料を供給する内部標準試料供給路と、
    内部標準試料が充填されるサンプルループと、
    内部標準試料を前記サンプルループ内に供給するサンプルループ供給状態と前記サンプルループ内の内部標準試料を前記サンプルチューブ内に供給するサンプルチューブ供給状態とに、前記内部標準試料供給路を切り替える第2流路切替機構と、
    前記サンプルループ供給状態及び前記サンプルチューブ供給状態における前記内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御する第2流量制御部とをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の試料導入装置。
  5. 前記第2流路切替機構は、前記サンプルチューブ内から脱離した試料成分を前記トラップ内に供給するトラップ供給状態に、前記内部標準試料供給路を切替可能であり、
    前記第2流制御部は、前記トラップ供給状態における前記内部標準試料供給路内の内部標準試料の流量を制御することを特徴とする請求項4に記載の試料導入装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の試料導入装置と、
    前記試料導入装置から導入される試料を分析する分析部とを備えたことを特徴とする分析装置。
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