JP6394426B2 - Gas chromatograph - Google Patents
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Description
本発明は、ガスクロマトグラフィー(GC)に用いられるガスクロマトグラフに関するものである。 The present invention relates to a gas chromatograph used for gas chromatography (GC).
ガスクロマトグラフィーに用いられる検出器として熱伝導度検出器(TCD:Thermal Conductivity Detector)が知られている。熱伝導度検出器は発熱体(フィラメント)と発熱体周囲を流れる流体(ガス)との熱の受け渡しを利用する。ガスは、発熱体が収容された空間に導入された後、その空間から排出される。 As a detector used for gas chromatography, a thermal conductivity detector (TCD) is known. The thermal conductivity detector uses heat transfer between a heating element (filament) and a fluid (gas) flowing around the heating element. After the gas is introduced into the space in which the heating element is accommodated, the gas is discharged from the space.
通常、熱伝導度検出器にはフィラメント素子が配置される少なくとも2つのセル空間が設けられる。各セル空間にはそれぞれフィラメント素子が配置される。 Usually, a thermal conductivity detector is provided with at least two cell spaces in which filament elements are arranged. A filament element is arranged in each cell space.
一方のセル空間には基準ガスが流される。他方のセル空間にはキャリアガスが流されて被分析対象の試料ガスが導入される。そして、二つのフィラメント素子の電気出力は検出回路に入る。検出回路では、試料ガスの導入によって生じた熱伝導度の差に応じて補正電流が流れる。熱伝導度検出器では、この補正電流を検出することにより、試料の検出が行われる。 A reference gas flows in one cell space. A carrier gas is flowed into the other cell space, and the sample gas to be analyzed is introduced. Then, the electrical outputs of the two filament elements enter the detection circuit. In the detection circuit, a correction current flows according to the difference in thermal conductivity caused by the introduction of the sample gas. In the thermal conductivity detector, the sample is detected by detecting this correction current.
また、キャリアガスの流入箇所を変えることによって生じる圧力差により、カラムにより分離された試料ガスが検出部に導入されるのか、キャリアガスのみが検出部に導入されるのかを制御して信号を取得する検出器を備えたガスクロマトグラフが知られている(例えば特許文献1を参照。)。 Also, a signal is obtained by controlling whether the sample gas separated by the column is introduced into the detector or only the carrier gas is introduced into the detector due to the pressure difference caused by changing the inflow location of the carrier gas. There is known a gas chromatograph equipped with a detector (see, for example, Patent Document 1).
図4は、従来のガスクロマトグラフ全体を示したブロック図である。
ストレージタンク102にはキャリアガスが貯蔵されている。流量調節器104はカラム106とストレージタンク102との間に接続されている。カラム106の一端には試料導入部108が接続されている。ここでカラム106は試料各成分を経時的に分離する機能を有する。
FIG. 4 is a block diagram showing the entire conventional gas chromatograph.
A carrier gas is stored in the storage tank 102. The flow controller 104 is connected between the
カラム106から送り出されたガスは、連結部110を介してパイプ112又は114のいずれか一方向へ送られる。即ち、パイプ112に流入したガスは、コイル状パイプ116を介して排気口118へ送られ、そこで大気中に棄てられる。
The gas sent out from the
一方、パイプ114に流入したガスは、コイル状パイプ120を介して検出器122へ送られる。カラム106から排出されたガスを切り替えてどちらのパイプ(112又は114)へ流入させるかは、次に説明する方法によって行われる。
On the other hand, the gas flowing into the
ストレージタンク102に貯蔵されたキャリアガスはパイプ124を介して圧力調節器126及び128へ送られる。圧力調節器126から送り出されたガスはバルブ130を介してパイプ112へ送られる。ここでバルブ130とパイプ112との連結部132は、コイル状パイプ116と連結部110との中間に位置されている。
The carrier gas stored in the storage tank 102 is sent to the
また、圧力調節器128から送り出されたガスはバルブ134を介してパイプ114へ送られる。ここで、バルブ134とパイプ114との連結部136は、コイル状パイプ120と連結部110との中間に位置されている。
In addition, the gas sent out from the
図1に示されるようにバルブ130が開いており且つバルブ134が閉じている時、連結部132におけるキャリアガスの圧力は圧力調節器126によって所定の圧力値に設定されている。ここで所定の圧力値とは、カラム106から排出されたガス(キャリアガスと試料ガスの混合ガス)をコイル状パイプ120を介して検出器122へ送り込むのに十分な圧力をいう。
As shown in FIG. 1, when the
一方、バルブ130が閉じており且つバルブ134が開いているとき、連結部136におけるキャリアガスの圧力は圧力調節器128によって所定の値に設定されている。ここで所定の圧力とは、カラム106から排出されたガスをコイル状パイプ116を介して排気口26へ送り出すのに十分な圧力をいう。したがって、この場合(バルブ130:閉、バルブ134:開)、検出器122にはキャリアガスのみが導入される。
On the other hand, when the
以上述べた切り替え手段により、検出器122へキャリアガスのみを導入するか又はカラム106からの試料ガスを導入するかの選択を行うことができる。なお、バルブ130,134の開閉制御はバルブ駆動回路138によって行われる。
With the switching means described above, it is possible to select whether to introduce only the carrier gas into the
検出器122にはカラム106からの排出ガス及びキャリアガス単体が交互に導入される。したがって、検出器122のブリッジ出力信号140は交流信号となって表われる。即ちカラム106から排出されたガスによるブリッジ出力信号140とキャリアガス単体によるブリッジ出力信号140とのレベル差は試料の各成分に起因して生じる。したがって試料ガスが含まれていない場合、これら二つの出力信号レベルは等しくなる。
The exhaust gas from the
なお、ブリッジ出力信号140の出力電圧は徐々にレベル変動を生じるが、これは上述した二つの信号に共通して影響を与える。そこでキャリアガス単体によるブリッジ出力信号レベルを差し引くことにより、検出器122の経時ドリフトを消去できる。
Note that although the output voltage of the
特許文献1では、キャリアガスの流入箇所を変えることによって生じる圧力差により、試料ガスが検出部に導入されるのか、キャリアガスのみが検出部に導入されるのかが制御されている。
この方法では、試料ガスを検出部に導入する際にキャリアガスで試料ガスを検出部側へ押すことになるため、試料ガスがキャリアガスによって薄まり、最小検出量が低下する。
In Patent Literature 1, whether the sample gas is introduced into the detection unit or only the carrier gas is introduced into the detection unit is controlled by a pressure difference caused by changing the inflow location of the carrier gas.
In this method, when the sample gas is introduced into the detection unit, the sample gas is pushed to the detection unit side by the carrier gas, so that the sample gas is diluted by the carrier gas and the minimum detection amount is reduced.
試料ガスの薄まりは、キャリアガスの流量を増加させる(つまり圧力を高くする)と大きくなり、キャリアガス流量を減少させる(圧力を低くする)と小さくなる。したがって、キャリアガス流量を減らすことが好ましい。
しかし、キャリアガス流量を減らしすぎると試料ガスの切り替えができなくなり、試料を測定できなくなる。このため適切なキャリアガス流量(圧力)を指定することは重要である。
The thinning of the sample gas increases when the flow rate of the carrier gas is increased (that is, when the pressure is increased), and decreases when the flow rate of the carrier gas is decreased (when the pressure is decreased). Therefore, it is preferable to reduce the carrier gas flow rate.
However, if the carrier gas flow rate is reduced too much, the sample gas cannot be switched and the sample cannot be measured. For this reason, it is important to specify an appropriate carrier gas flow rate (pressure).
しかし、これまでは操作者自身でキャリアガス流量を指定する必要があったため、適切なキャリアガス流量を指定できていなかった。そのためキャリアガスによる試料ガスの薄まりが大きく、最小検出量が低下する問題があった。 However, until now, it has been necessary to designate the carrier gas flow rate by the operator himself, and thus an appropriate carrier gas flow rate has not been designated. Therefore, there is a problem that the sample gas is thinned by the carrier gas and the minimum detection amount is lowered.
本発明の目的とするところは、操作者に適切なキャリアガス流量を提供することである。 An object of the present invention is to provide an operator with an appropriate carrier gas flow rate.
本発明の実施形態のガスクロマトグラフは、試料を分離するカラムと、上記カラムによって分離された試料成分を含むキャリアガスとキャリアガスのみとをキャリアガスの流入箇所を変えることによって交互に検出部に導入して信号を取得する検出器と、分析情報を入力するための分析情報入力部と、予め求められたカラム流量とキャリアガス流量の関係を示すデータを保持したデータ保持部と、上記分析情報入力部から入力された上記分析情報に基づいてカラム流量を算出し、算出されたカラム流量と上記データ保持部が保持している上記データを用いて上記算出されたカラム流量に応じたキャリアガス流量を算出する算出部と、を備えたものである。 In the gas chromatograph of the embodiment of the present invention, a column for separating a sample, and a carrier gas containing a sample component separated by the column and only the carrier gas are alternately introduced into the detection unit by changing the inflow location of the carrier gas. A detector for acquiring a signal, an analysis information input unit for inputting analysis information, a data holding unit holding data indicating a relationship between a column flow rate and a carrier gas flow rate obtained in advance, and the analysis information input The column flow rate is calculated based on the analysis information input from the unit, and the carrier gas flow rate corresponding to the calculated column flow rate is calculated using the calculated column flow rate and the data held by the data holding unit. And a calculation unit for calculating.
本発明の実施形態のガスクロマトグラフは、適切なキャリアガス流量を算出して操作者に提供することができる。 The gas chromatograph of the embodiment of the present invention can calculate an appropriate carrier gas flow rate and provide it to the operator.
本発明の実施形態のガスクロマトグラフにおいて、上記分析情報は、例えば、上記カラムの内径、上記カラムの長さ、温度、及び、上記カラムに印加する圧力の少なくとも1つである。なお、上記分析情報はここに挙げられた情報に限定されるものではない。 In the gas chromatograph of the embodiment of the present invention, the analysis information is, for example, at least one of an inner diameter of the column, a length of the column, a temperature, and a pressure applied to the column. The analysis information is not limited to the information listed here.
また、本発明の実施形態のガスクロマトグラフにおいて、上記算出されたキャリアガス流量を表示部に表示させる、もしくは上記算出されたキャリアガス流量でキャリアガスを入力させる、又はその両方を行うようにしてもよい。 In the gas chromatograph of the embodiment of the present invention, the calculated carrier gas flow rate is displayed on the display unit, the carrier gas is input at the calculated carrier gas flow rate, or both are performed. Good.
適切なキャリアガス流量(圧力)は、ガス流路の形状と試料ガスの流量によって決まる。あらかじめ適切なキャリアガス流量と試料ガス流量の関係を実験又はシミュレーション等の数値計算により求め、本発明の実施形態のガスクロマトグラフの内部メモリ(データ保持部)に保持しておく。 An appropriate carrier gas flow rate (pressure) is determined by the shape of the gas flow path and the flow rate of the sample gas. An appropriate relationship between the carrier gas flow rate and the sample gas flow rate is obtained in advance by numerical calculation such as experiment or simulation, and held in the internal memory (data holding unit) of the gas chromatograph of the embodiment of the present invention.
ここで適切なカラム流量とキャリアガス流量の関係とは、カラム流量を変数としたときにカラム流量に対して検出信号がより大きくなるキャリアガス流量を表す、予め求められた関係である。なお、カラム流量に対して検出信号がより大きくなるキャリアガス流量とは、好ましくは検出信号が最大になるキャリアガス流量であるが、これに限定されない。例えば、上記カラム流量とキャリアガス流量の関係におけるキャリアガス流量は、検出信号がある一定以上の大きさになるキャリアガス流量、例えば検出信号の最大値に対して90%以上の検出信号が得られる値であればよい。 Here, the appropriate relationship between the column flow rate and the carrier gas flow rate is a previously obtained relationship that represents the carrier gas flow rate at which the detection signal is larger than the column flow rate when the column flow rate is a variable. The carrier gas flow rate at which the detection signal is larger than the column flow rate is preferably a carrier gas flow rate at which the detection signal is maximized, but is not limited thereto. For example, the carrier gas flow rate in the relationship between the column flow rate and the carrier gas flow rate is a carrier gas flow rate at which the detection signal has a certain level or more, for example, a detection signal of 90% or more is obtained with respect to the maximum value of the detection signal. Any value is acceptable.
ガスクロマトグラフを用いた分析では、操作者は分析情報、つまり使用するカラムの情報(内径や長さ)や温度条件、カラムに印加するガスの圧力等を手入力で又は自動入力で必ず入力する。本発明の実施形態のガスクロマトグラフは、これらの値を用いてカラム出口の試料ガス流量(カラム流量)を自動計算し、算出されたカラム流量と内部メモリ(データ保持部)に保持されている値から適切なキャリアガス流量を求める。求められたキャリアガス流量を表示部に自動で表示させることにより、操作者に適切なキャリアガス流量を提供することができる。これにより、キャリアガスによる試料ガスの薄まりを抑制し、最小検出量を向上させることができる。 In analysis using a gas chromatograph, an operator always inputs analysis information, that is, information on the column to be used (inner diameter and length), temperature conditions, pressure of a gas applied to the column, etc. manually or automatically. The gas chromatograph of the embodiment of the present invention automatically calculates the sample gas flow rate (column flow rate) at the column outlet using these values, and the calculated column flow rate and the value held in the internal memory (data holding unit). To determine the appropriate carrier gas flow rate. By automatically displaying the obtained carrier gas flow rate on the display unit, an appropriate carrier gas flow rate can be provided to the operator. Thereby, thinning of the sample gas due to the carrier gas can be suppressed, and the minimum detection amount can be improved.
図1は、ガスクロマトグラフの一実施形態を説明するための概略的な構成図である。
このガスクロマトグラフの分析流路はカラム4と検出器16を備えている。カラム4の一端は試料気化室2に接続されている。カラム4は、インジェクタ1から試料気化室2に導入されて気化してキャリアガスにより送られてきた試料を分離する。カラム4は恒温槽3内に配置されている。カラム4の他端は検出器16に接続されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a gas chromatograph.
The analysis channel of this gas chromatograph includes a column 4 and a
検出器16はカラム4で分離された試料成分を検出する。検出器16は例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)プロセスで作製されたものである。これにより小型熱伝導度検出器が実現できる。ただし、検出器16は、例えば金属ブロックで形成されたものなど、MEMS技術以外の技術によって形成されたものであってもよい。
The
カラム4で分離された試料ガスは、検出器16内の流路12及び流路18を介して、検出部(フィラメント)17が配置されている流路13又は検出部(フィラメント)がない流路14いずれか一方向に送られる。流路13又は流路14に導入されたガスは、流路15を介して検出器16の外部、例えば大気中に放出される。流路18の一端は流路13に接続されている。流路18の他端は流路14に接続されている。流路12は流路13と流路14の間の位置で流路18に接続されている。
The sample gas separated in the column 4 passes through the
流路18にはパイプ10が接続される流路とパイプ11が接続される流路も接続されている。パイプ10が接続される流路は流路12と流路14の間の位置で流路18に接続されている。パイプ11が接続される流路は流路12と流路13の間の位置で流路18に接続されている。
A flow path to which the
タンク6に貯蔵されたキャリアガスは、パイプ9及びパイプ19を介して圧力調節器20へ送られる。圧力調節器20から送り出されたキャリアガスは試料気化室2へ送られる。インジェクタ1から試料気化室2に導入された試料が気化した試料ガスは、キャリアガスによってカラム4へ送られて分離される。分離された試料ガスはキャリアガスによって検出器16へ送られる。
The carrier gas stored in the
検出器16において、流路13又は流路14どちらに試料ガスが流入するのかは次の方法によって決定される。
タンク6に貯蔵されたキャリアガスはパイプ9を介して圧力調節器7へも送られる。圧力調節器7から送り出されたキャリアガスは、切り替えバルブ8を介してパイプ10又はパイプ11のどちらかへ送られる。
In the
The carrier gas stored in the
パイプ10へキャリアガスが送られた場合、流路12から流路18に流出した試料ガスはパイプ10から送られてきたキャリアガスに押されて検出部17が配置されている流路13へ流入する。検出部(フィラメント)がない流路14にはキャリアガスのみが流入する。
When the carrier gas is sent to the
逆に、パイプ11へキャリアガスが送られた場合、試料ガスはパイプ11から送られてきたキャリアガスに押されて検出部(フィラメント)がない流路14へ流入する。検出部17が配置されている流路13にはキャリアガスのみが流入する。
Conversely, when the carrier gas is sent to the
以上述べた圧力差を利用したガス切り替え手段により検出部17が配置されている流路13へカラム4からの試料ガスを導入するか、キャリアガスのみを導入するかの選択を行うことができる。例えば100ミリ秒程度の一定の周期で切り替えバルブ8を動作させることにより、検出部17で試料ガスとキャリアガスの信号を取得することができる。そして、各々の信号の差分を取ることによって試料ガスのクロマトグラムを得ることができる。
It is possible to select whether to introduce the sample gas from the column 4 or only the carrier gas into the
カラム流量やキャリアガス流量を制御するために制御部5が設けられている。制御部5は、例えばガスクロマトグラフ本体に設けられたガスクロマトグラフ専用のCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)などを含むマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部5は、ガスクロマトグラフ専用のCPU等以外の、例えばこのガスクロマトグラフの外部のワークステーションやパーソナルコンピュータにより実現することもできる。また、制御部5は、複数のCPU、複数のワークステーション、複数のパーソナルコンピュータ、又はこれらの組み合わせなどにより構成されていてもよい。
A
制御部5に分析情報などを入力するための分析情報入力部23が設けられている。例えば分析情報や制御部5によって計算されたキャリアガス流量などを表示する表示部24が設けられている。
An analysis
制御部5は、例えばインジェクタ1、恒温槽3、圧力調節器7、切り替えバルブ8、検出器16、圧力調節器20の動作を制御する。
The
図2は、この実施形態の制御部のキャリアガス流量算出機能を説明するための概略的なブロック図である。
制御部5の構成は、例えばマイクロコンピュータに搭載されたプログラムにより実行される機能とEPROMに保持されたデータである。EPROMに替えて電気的に消去可能なEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)やフラッシュメモリ、などを使用することもできる。
FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining the carrier gas flow rate calculation function of the control unit of this embodiment.
The configuration of the
制御部5は、データ保持部21と算出部22を含んでいる。
データ保持部21は、適切なカラム流量とキャリアガス流量の関係を示すデータを保持している。データ保持部21は、例えばEPROMからなるメモリ5aの一部分によって構成されている。なお、データ保持部21はマイクロコンピュータ外部の記憶媒体に記憶されていてもよい。この記憶媒体は、適切なカラム流量とキャリアガス流量の関係を示すデータを保持できるものであればよく、例えば、HDD(Hard disk drive)、SSD(solid state drive)、フレキシブルディスク(FD)、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、DVD−RAM、不揮発性メモリカードなどである。
The
The
算出部22は、分析情報入力部23から入力された分析情報に基づいてカラム流量を算出する。また、算出部22は、算出されたカラム流量とデータ保持部21に保持された値から上記算出されたカラム流量に応じた適切なキャリアガス流量を算出する。
The
分析情報入力部23は、カラム4の内径、長さ及び温度、並びにカラム4に印加する圧力を含む分析情報などを入力するためのものである。例えば、分析情報入力部23から入力された分析情報は算出部22によって表示部24に表示される。なお、分析情報入力部23は、上記分析情報以外の情報、例えばキャリアガス流量を入力することも可能である。
The analysis
データ保持部21に保持されている適切なカラム流量とキャリアガス流量の関係は、実験により予め求めた値であってもよいし、理論計算やシミュレーション等の数値計算によって予め求めた値でもよい。
また、算出部22で適切なキャリアガス流量を算出する際、データ保持部21に保持されている1つの値のみを用いてもよいし、複数の値を用いても構わない。
The relationship between the appropriate column flow rate and carrier gas flow rate held in the
Further, when calculating an appropriate carrier gas flow rate by the
算出部22によるカラム流量と適切なキャリアガス流量の算出は、例えばCPUのプログラムにより実現される。データ保持部21はCPUに接続されたメモリ5aに記憶されたデータである。分析情報入力部23は例えばCPUに接続されたキーボードやタッチパネルなどの入力機器である。表示部24は例えばCPUに接続されたモニタやデジタル表示器などの表示機器である。
The calculation of the column flow rate and the appropriate carrier gas flow rate by the
図3は、この実施形態のキャリアガス流量算出動作を説明するためのフローチャートである。
キーボードなどの分析情報入力部23にそのガスクロマトグラフで使用する分析情報が入力されると(ステップS1)、算出部22によってカラム流量が算出される(ステップS2)。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the carrier gas flow rate calculating operation of this embodiment.
When analysis information used in the gas chromatograph is input to the analysis
算出部22によってデータ保持部21に保持されている適切なカラム流量とキャリアガス流量を示すデータが参照される(ステップS3)。算出部22によって、算出されたカラム流量とデータ保持部21に保持されている値から適切なキャリアガス流量が算出される(ステップS4)。
The
算出された適切なキャリアガス流量は表示部24に表示される、もしくはスピーカーから音声で操作者に提供される、又はその両方で操作者に提供される(ステップS5)。また、算出された適切なキャリアガス流量は、キャリアガス流量を入力する箇所に自動で入力されるようにしてもよい。
The calculated appropriate carrier gas flow rate is displayed on the
制御部5は、表示部24に表示されているキャリアガス流量の値に基づいて圧力調節器7を制御する。
The
このように、この実施形態のクロマトグラフは、適切なキャリアガス流量を自動で算出して操作者に提供する。これにより、キャリアガスによる試料ガスの薄まりを抑制し、最小検出量を向上させることができる。 Thus, the chromatograph of this embodiment automatically calculates an appropriate carrier gas flow rate and provides it to the operator. Thereby, thinning of the sample gas due to the carrier gas can be suppressed, and the minimum detection amount can be improved.
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における構成、配置、数値、材料等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the structure, arrangement | positioning, a numerical value, material, etc. in embodiment are examples, This invention is not limited to this, This invention described in the claim Various changes can be made within the range.
4 カラム
16 検出器
21 データ保持部
22 算出部
23 分析情報入力部
24 表示部
4
Claims (3)
前記カラムによって分離された試料成分を含むキャリアガスとキャリアガスのみとをキャリアガスの流入箇所を変えることによって交互に検出部に導入して信号を取得する検出器と、
分析情報を入力するための分析情報入力部と、
予め求められたカラム流量とキャリアガス流量の関係を示すデータを保持したデータ保持部と、
前記分析情報入力部から入力された前記分析情報に基づいてカラム流量を算出し、算出されたカラム流量と前記データ保持部が保持している前記データを用いて前記算出されたカラム流量に応じたキャリアガス流量を算出する算出部と、を備えたガスクロマトグラフ。 A column for separating the sample;
A detector for acquiring a signal by alternately introducing a carrier gas containing a sample component separated by the column and only the carrier gas into the detector by changing the inflow location of the carrier gas;
An analysis information input unit for inputting analysis information;
A data holding unit holding data indicating the relationship between the column flow rate and the carrier gas flow rate obtained in advance;
A column flow rate is calculated based on the analysis information input from the analysis information input unit, and the calculated column flow rate and the data held by the data holding unit are used according to the calculated column flow rate. A gas chromatograph comprising: a calculation unit that calculates a carrier gas flow rate.
On the display unit of the carrier gas flow rate the calculated gas chromatograph according to 請 Motomeko 1 or 2.
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