JP6419127B2

JP6419127B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP6419127B2
Application number: JP2016204727A
Authority: JP
Inventors: 壱渡辺; 真依青野; 忠一渡辺
Original assignee: Frontier Laboratories Ltd
Current assignee: Frontier Laboratories Ltd
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP2018066617A

Description

本発明は、気相成分分析装置に用いられる熱処理装置に関する。

従来、有機物等の試料を加熱して複数の気相成分からなる気相成分混合物を生成させる中空筒状の加熱炉と、該加熱炉にキャリアガスを導入するキャリアガス導入手段とを備える熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記熱処理装置は、有底カップ状の試料カップに収容されて前記加熱炉に投入された前記有機物等の試料を、該加熱炉内で加熱することにより該試料を熱分解させるか、又は該試料に含まれる成分を熱脱着させ、気相成分混合物を生成させる。そして、生成した前記気相成分混合物を、前記キャリアガス導入手段から該加熱炉に導入される前記キャリアガスにより、ガスクロマトグラフィー等の気相分析に用いられる気相成分分析装置に導入する。

前記気相成分分析装置は、前記キャリアガスにより導入される気相成分混合物を個々の気相成分に分離するキャピラリーカラム等の分離手段と、該分離手段で分離された個々の気相成分を検出する検出手段とを備えている。前記気相成分分析装置によれば、前述のようにキャリアガスにより前記分離手段に導入された前記気相成分混合物は、該分離手段により個々の気相成分に分離された後、質量分析計等の検出手段により検出される。

特開２０１３−２５５８８２号公報

しかしながら、前記試料カップでは収容能力に限りがあり、例えばポリイミドフィルム中に極く微量含まれる溶媒、添加剤等を分析しようとする際には、該試料カップに収容された試料から得られる気相成分では前記検出手段の検出限界未満となって検出できないことがあるという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、試料中に極く微量しか含まれない成分であっても、気相成分分析装置における検出に十分な量で生成させることができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上述のように試料中に極く微量含まれる成分を検出するために、前記試料カップを大型化し、検出に十分な気相成分が得られる量の試料を収容できるようにすることが考えられる。ここで、前記試料カップは前記加熱炉に投入されるものであるので、その直径は該加熱炉の内径により制限を受け、直径を大径にすることにより大型化することはできない。一方、前記試料カップに代えて、該試料カップの側壁を長さ方向に延長した有底筒状の試料容器とすることも考えられるが、この場合には該試料容器の長さが前記加熱炉の長さにより制限を受ける。

そこで、本発明の熱処理装置は、前記目的を達成するために、試料を加熱して複数の気相成分からなる気相成分混合物を生成させる中空筒状の加熱炉と、該加熱炉にキャリアガスを導入するキャリアガス導入手段とを備え、該キャリアガスにより導入される該気相成分混合物を個々の気相成分に分離する分離手段と、該分離手段で分離された個々の気相成分を検出する検出手段とを備える気相成分分析装置に用いられる熱処理装置において、該加熱炉の上端に着脱自在に接続され上端を開閉自在とされている中空筒状部材と、該加熱炉内に進退自在とされているストッパと、上部が該中空筒状部材に収容される一方、下端部が該加熱炉内に前進された該ストッパに支持され、上部に開口を有する有底円筒状の試料容器とを備え、該ストッパは該加熱炉内から後退することにより該試料容器を該加熱炉内に落下させることを特徴とする。

本発明の熱処理装置によれば、前記加熱炉の上端に前記中空筒状部材が着脱自在に接続されているので、有底円筒状の試料容器の上部を該中空筒状部材に収容することにより、該加熱炉の長さにより制限を受けることなく該試料容器の長さを設定することができる。従って、前記試料容器に、試料中に極く微量しか含まれない成分（以下、微量成分と略記する）が気化した気相成分の量が前記検出手段の検出限界以上となる量の試料を収容可能とする容積を確保することができる。

前記試料容器は、開閉自在とされている前記中空筒状部材の上端を開いて該中空筒状部材及び前記加熱炉に挿入され、上部が該中空筒状部材に収容される一方、下端部が該加熱炉内に前進されている前記ストッパにより支持される。前記試料容器は、前記中空筒状部材の上端を閉塞した後、前記ストッパが前記加熱炉内から後退されることにより、該加熱炉内に自然落下する。前記試料容器は、前記加熱炉内で加熱されることにより、収容されている試料が熱分解されるか、又は該試料に含まれる成分が熱脱着され、該試料から気相成分混合物が生成する。前記気相成分混合物は、前記キャリアガス導入手段から導入される前記キャリアガスにより前記気相成分分析装置の前記分離手段に導入され、個々の成分に分離される。

このとき、前記試料容器は、前記微量成分が気化した気相成分の量が前記検出手段の検出限界以上となる量の試料を収容可能であるので、前記気相成分混合物は前記検出限界以上の量の該微量成分を含んでいる。従って、前記気相成分混合物が前記分離手段で個々の成分に分離されたときに、前記検出限界以上の量の前記微量成分を得ることができ、該微量成分を前記検出手段により検出することができる。
また、本発明の熱処理装置は、前記中空筒状部材が着脱自在とされていることにより、前記試料が前記微量成分を含んでいないときには、該中空筒状部材を前記加熱炉に接続することなく、通常の試料カップを用いて試料の熱処理を行うことができる。

また、本発明の熱処理装置において、前記試料容器は底部に前記キャリアガスが流通自在とされている細孔を備えることが好ましい。前記試料容器は上部に開口を有する有底円筒状であり、該開口から流入するキャリアガスを前記細孔から流出させることができるので、該キャリアガスにより前記試料から生成した気相成分混合物を容易に前記分離手段に導入することができる。

本発明の熱処理装置及びそれを用いる気相成分分析装置の構成を示す模式的断面図。本発明の熱処理装置に用いる試料容器の構成を示す模式的断面図。Ａは図１に示す気相成分分析装置による分析例を示すクロマトグラム、Ｂは該クロマトグラムのＡ部拡大図。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の熱処理装置１は、中空筒状の加熱炉２と、加熱炉２にキャリアガスを導入するキャリアガス導入手段３とを備え、分離手段４と、検出手段５とを備える気相成分分析装置としてのガスクロマトグラフ装置ＧＣに接続されている。

加熱炉２は、石英管からなり、下部がハウジング２１内に上下方向に備えられる一方、上部はハウジング２１から上方に突出している。また、加熱炉２は、その内部に上端部に連接する大径部２２と、テーパ部２３を介して大径部２２の下部に連接する小径部２４とを備え、テーパ部２３の外周部に設けられたヒータ２５を備えている。

キャリアガス導入手段３は、図示しないキャリアガス源と、該キャリアガス源に接続されたキャリア導管３１とを備え、キャリア導管３１の下流側は開閉弁３２を介して、ハウジング２１から上方に突出している加熱炉２の上部に接続されている。

分離手段４は、恒温槽４１内に配設されたキャピラリーカラム等の分離カラム４２と、分離カラム４２の先端部と加熱炉２の小径部２４の下端部とを接続する試料導入部４３とを備えている。恒温槽４１は、図示しない制御手段により、内部が所定の設定温度となるように制御される。

試料導入部４３は、上方から加熱炉２の小径部２４の下端部が挿入される一方、下方からは分離カラム４２の先端部が小径部２４の下端部に対向する位置に挿入されている。試料導入部４３の上部からは、開閉弁４４を備えるスプリットベント管４５が導出されており、下部には開閉弁４６を備える不活性ガス導管４７が接続されている。不活性ガス導管４７の上流側は、図示しない不活性ガス源に接続されている。前記不活性ガス源は前記キャリアガス源であってもよい。

検出手段５は、分離カラム４２の後端部に接続され、例えば四重極質量分析計等の検出部５１を備えている。検出部５１の検出結果は、パーソナルコンピュータ、プリンタ等の図示しない外部機器に出力することにより確認することができる。

加熱炉２の大径部２２の上端部には、中空筒状部材６が接続されており、中空筒状部材６の内部には試料容器７の上部が収容される。試料容器７の下端部は、ハウジング２１の外部で大径部２２に進退自在に備えられたストッパ８により支持されるようになっている。

中空筒状部材６は、大径部２２の上端部の外周面に設けられた図示しない雄ねじ部に螺着される袋ナット状部材６１により、大径部２２の上端部に着脱自在に接続される。また、中空筒状部材６の上端部は、ゴム又はポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂からなるセプタム６２により開閉自在とされている。セプタム６２は、中空筒状部材６の上端部の外周面に設けられた図示しない雄ねじ部に螺着される袋ナット状部材６３により、中空筒状部材６の上端部に保持される。

尚、セプタム６２は中空筒状部材６の上端部を閉塞した状態で、シリンジの針を穿刺して追加の試料を試料容器７内に注入する用途に用いることもできる。

試料容器７は、図２に示すように、上部に開口７１を有する有底円筒状体であり、底部７２の側面にはキャリアガスが流通自在とされている複数の細孔７３を備えている。試料容器７は、例えば、ステンレス等により形成されており、表面は不活性化処理が施されている。

尚、本実施形態では、試料容器７の底部７２の側面に複数の細孔７３を備える例を示しているが、細孔７３は底面に設けられていてもよく、その数も１つ以上であればよい。

試料容器７は、例えば、ポリイミドフィルム中に極く微量含まれる溶媒等の試料中の微量成分を検出する際に、該微量成分が気化することにより生成する気相成分の量が、検出部５１における検出限界以上となる量の試料を収容可能な長さに適宜形成することができる。また、中空筒状部材６は、試料容器７を収容可能な長さに適宜形成することができる。

次に、本実施形態の熱処理装置１の作動について説明する。

熱処理装置１により、微量成分を含む試料の熱処理を行う際には、まず、該微量成分が気化することにより生成する気相成分の量が検出部５１における検出限界以上となる量の試料を収容した試料容器７を、加熱炉２の大径部２２内部に挿入する。試料容器７は、大径部２２の上端部に装着されたセプタム６２及び袋ナット状部材６３を取り外すことにより開口された大径部２２の上端部から大径部２２内部に挿入することができ、試料容器７の下端部は、大径部２２内に前進されているストッパ８により支持される。

次に、セプタム６２及び袋ナット状部材６３を大径部２２の上端部に装着して、大径部２２の上端部を閉塞し、ストッパ８を後退させることにより、試料容器７を加熱炉２内に落下させる。ストッパ８を後退させる動作は手動により行うことができる。加熱炉２内に落下した試料容器７は、テーパ部２３の底部で小径部２４に係止され、この状態でヒータ２５により加熱されることにより、試料容器７に収容されている試料から気相成分混合物が生成する。

このとき、ヒータ２５は予め所定の温度に加熱されていてもよく、試料容器７が加熱炉２内に落下した後、所定の昇温速度で加熱されるようにしてもよい。ヒータ２５が予め所定の温度に加熱されている場合には、前記試料が瞬時に熱分解して前記気相成分混合物が生成する。また、試料容器７が加熱炉２内に落下した後、ヒータ２５が所定の昇温速度で加熱される場合には、前記試料から熱脱着により前記気相成分混合物が生成する。

前記気相成分混合物は、前記キャリアガス源からキャリア導管３１及び開閉弁３２を介して加熱炉２内に導入されるキャリアガスにより試料導入部４３を介して分離カラム４２に導入される。このとき、試料導入部４３は、加熱炉２から導入される気相成分混合物の一部をスプリットベント管４５から放出し、或いは不活性ガス導管４７から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、該気相成分混合物を該不活性ガスと共にスプリットベント管４５から排出することができる。従って、試料導入部４３によれば、前記気相成分混合物を選択的に分離カラム４２に導入することができる。

前記気相成分混合物は分離カラム４２により個々の成分に分離されるが、本実施形態の熱処理装置１では、試料容器７は、前記微量成分が気化することにより生成する気相成分の量が検出部５１の検出限界以上となる量の試料を収容可能であるので、前記気相成分混合物は該検出限界以上の量の該微量成分を含んでいる。従って、前記気相成分混合物が分離カラム４２により個々の成分に分離されたときに、前記検出限界以上の量の前記微量成分を得ることができ、該微量成分を検出部５１により検出することができる。

次に、本実施形態の熱処理装置１を用いるガスクロマトグラフ装置ＧＣによる分析例を示す。

本分析例では、試料としてポリイミドフィルム３０ｍｇを試料容器７に収容し、加熱炉２で３００℃まで１０分間で加熱し、該ポリイミドフィルムに含まれる成分を熱脱着させて前記気相成分混合物を得た。次に、前記気相成分混合物を１．０ｍＬ／分の流量のヘリウムをキャリアガスとし、試料導入部４３におけるスプリット比を１／１０として、前記気相成分混合物を分離カラム４２に導入した。

分離カラム４２は、内径０．２５ｍｍ、長さ３０ｍのキャピラリーカラムであり、５％ジフェニル−９５％ジメチルポリシロキサンからなる厚さ１μｍの固定相を備えているものを用いた。また、恒温槽４１は内部の温度を４０℃から２００℃まで２０℃／分の昇温速度で昇温させた。

検出部５１で得られた熱脱着クロマトグラムを図３Ａに示す。また、前記熱脱着クロマトグラムのＡ部拡大図を図３Ｂに示す。図３Ｂから、本実施形態のガスクロマトグラフ装置ＧＣは熱処理装置１を用いることにより、前記ポリイミドフィルムに溶媒として極く微量含まれるＮ−メチルピロリドンを検出できることが明らかである。

１…熱処理装置、２…加熱炉、３…キャリアガス導入手段、４…分離手段、５…検出手段、６…中空筒状部材、７…試料容器、８…ストッパ、７３…細孔、ＧＣ…気相成分分析装置（ガスクロマトグラフ装置）。

Claims

試料を加熱して複数の気相成分からなる気相成分混合物を生成させる中空筒状の加熱炉と、
該加熱炉にキャリアガスを導入するキャリアガス導入手段とを備え、
該キャリアガスにより導入される該気相成分混合物を個々の気相成分に分離する分離手段と、該分離手段で分離された個々の気相成分を検出する検出手段とを備える気相成分分析装置に用いられる熱処理装置において、
該加熱炉の上端に着脱自在に接続され上端を開閉自在とされている中空筒状部材と、
該加熱炉内に進退自在とされているストッパと、
上部が該中空筒状部材に収容される一方、下端部が該加熱炉内に前進された該ストッパに支持され、上部に開口を有する有底円筒状の試料容器とを備え、
該ストッパは該加熱炉内から後退することにより該試料容器を該加熱炉内に落下させることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、前記試料容器は底部に前記キャリアガスが流通自在とされている細孔を備えることを特徴とする熱処理装置。