JP6701956B2 - 熱伝導度検出器及びガスクロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、セル内に設けられた複数の抵抗を有するブリッジ回路を備え、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を行う熱伝導度検出器、及び、これを備えたガスクロマトグラフに関するものである。

従来から、ＴＣＤ（熱伝導度検出器）を検出器として備えるガスクロマトグラフが利用されている。ＴＣＤは、複数のフィラメントを有するブリッジ回路を備えており、これらの複数のフィラメントがセル内に設けられている（例えば、下記特許文献１参照）。

ＴＣＤのセルには、例えば測定ガス流路及び参照ガス流路が設けられている。測定ガス流路内には、ガスクロマトグラフのカラムで分離された試料成分とキャリアガスの混合ガス（測定ガス）が流れる。一方、参照ガス流路内には、試料成分を含まないキャリアガス（参照ガス）が流れる。セル内には、例えば各流路に２つずつ、計４つのフィラメントが配置される。

ガスクロマトグラフにおける分析時には、試料成分を含む測定ガスが、測定ガス流路内に流入する。そして、試料成分の熱伝導率に応じて、測定ガス流路内のフィラメントの電気抵抗が変化することにより、ブリッジ回路の２つの出力端子間の電圧が変化する。この電圧の変化に基づいて、測定ガスに含まれる試料成分が識別される。

このようなＴＣＤを備えるガスクロマトグラフでは、測定ガス流路内を試料成分が流れていないときに、ブリッジ回路の出力端子間の電圧差を０又は０に近い値に調整（ゼロ点調整）することができるようになっている。具体的には、ブリッジ回路に対してアナログポテンショメータが並列に接続されており、このアナログポテンショメータをユーザが手動で調整することにより、ゼロ点調整を行うことができる。

特開２０００−６５７７４号公報

上記のような従来の機構では、通常、ユーザが、ＴＣＤの検出信号を確認しながら手動でアナログポテンショメータを調整することとなる。そのため、分解能が低く、細かいゼロ点調整を行うことができないという不具合が生じる。また、ユーザの作業が煩雑になるという不具合もある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ブリッジ回路に対して高い分解能でゼロ点調整を自動で行うことができる熱伝導度検出器及びガスクロマトグラフを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る熱伝導度検出器は、セル内を流れる試料ガスに含まれる試料成分を検出するための熱伝導度検出器であって、ブリッジ回路と、デジタルポテンショメータと、前段調整部と、制御部とを備える。前記ブリッジ回路は、前記セル内に設けられた複数の抵抗を有する。前記デジタルポテンショメータは、前記複数の抵抗を流れる電流を調整する。前記前段調整部は、前記ブリッジ回路に対して並列に接続された固定抵抗を有し、当該固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整可能である。前記制御部は、前記前段調整部による調整を行った後、前記デジタルポテンショメータによる調整を行うことにより、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を自動で行う。

このような構成によれば、デジタルポテンショメータを用いてゼロ点調整を自動で行うことができる。ゼロ点調整を行う際には、前段調整部により粗調整を行った後、デジタルポテンショメータによる微調整を行うことができる。したがって、ブリッジ回路に対して高い分解能でゼロ点調整を自動で行うことができる。

（２）前記前段調整部は、第１調整部及び第２調整部を有していてもよい。前記第１調整部は、第１固定抵抗と前記複数の抵抗に含まれる第１抵抗との合成抵抗を調整する。前記第２調整部は、第２固定抵抗と前記複数の抵抗に含まれる第２抵抗との合成抵抗を調整する。

このような構成によれば、前段調整部の第１調整部及び第２調整部を用いて、ブリッジ回路からの出力信号のバランスを＋側及び−側の両方に粗調整することができる。したがって、第１調整部及び第２調整部を用いて、例えばブリッジ回路からの出力信号を＋側に粗調整した後、デジタルポテンショメータによる微調整を行うことによって、ブリッジ回路に対するゼロ点調整をより高い分解能で行うことができる。

（３）前記前段調整部は、電界効果トランジスタのゲート電圧をオン又はオフに切り替えることにより、前記固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整してもよい。

このような構成によれば、電界効果トランジスタのゲート電圧をオン又はオフに切り替えるだけの簡単な構成で、前段調整部による粗調整を行うことができる。

（４）前記熱伝導度検出器は、中間調整部をさらに備えていてもよい。前記中間調整部は、前記ブリッジ回路に対して並列に接続された固定抵抗を有し、当該固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整可能である。この場合、前記制御部は、前記前段調整部による調整を行った後、前記中間調整部及び前記デジタルポテンショメータによる調整を行うことにより、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を自動で行ってもよい。

このような構成によれば、ゼロ点調整を行う際には、前段調整部により粗調整を行った後、中間調整部による中間調整と、デジタルポテンショメータによる微調整を行うことができる。

（５）前記中間調整部は、複数の固定抵抗、及び、前記ブリッジ回路に対する前記複数の固定抵抗の接続状態を個別に切り替える複数のアナログスイッチを有していてもよい。この場合、前記中間調整部は、前記複数のアナログスイッチをオン又はオフに切り替えることにより、前記固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整してもよい。

このような構成によれば、複数のアナログスイッチをオン又はオフに切り替えるだけの簡単な構成で、中間調整部による中間調整を行うことができる。

（６）前記熱伝導度検出器は、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を行ったときの調整情報を記憶する記憶部をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記記憶部に記憶されている調整情報を読み出して自動でゼロ点調整を行ってもよい。

このような構成によれば、ゼロ点調整を行ったときの調整情報を記憶部に記憶しておくことで、その後は、記憶部に記憶されている調整情報を読み出して自動でゼロ点調整を行うことができる。これにより、ゼロ点調整の度に設定作業を行う必要がなくなるため、ゼロ点調整を容易に行うことができる。

（７）本発明に係るガスクロマトグラフは、前記熱伝導度検出器と、試料ガスに含まれる試料成分を分離して前記熱伝導度検出器のセル内に流入させるカラムとを備える。

本発明によれば、ブリッジ回路に対して精度の高いゼロ点調整を自動で行うことができる。

本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成例を示した概略図である。 検出器における検出回路の構成例を示した回路図である。 図１のガスクロマトグラフにおける電気的構成の一例を示したブロック図である。

１．ガスクロマトグラフの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るガスクロマトグラフの構成例を示した概略図である。このガスクロマトグラフは、キャリアガスとともに試料ガスをカラム１内に供給することにより分析を行うためのものであり、上記カラム１以外に、カラムオーブン２、試料導入部３及び検出器４などを備えている。

カラム１は、例えばパックドカラムからなり、分析中はカラムオーブン２内で加熱されるようになっている。キャリアガスは、試料導入部３から試料ガスとともにカラム１内に導入される。試料ガスに含まれる試料成分は、カラム１を通過する過程で分離され、検出器４により検出される。検出器４は、例えばＴＣＤ（熱伝導度検出器）により構成されている。

試料導入部３は、カラム１内にキャリアガス及び試料ガスを導入するためのものであり、その内部に試料気化室（図示せず）が形成されている。この試料気化室には液体試料が注入され、試料気化室内で気化された試料成分が、キャリアガスとともにカラム１内に導入されるようになっている。試料気化室には、ガス供給流路６、パージ流路７及びスプリット流路８が連通している。

ガス供給流路６は、試料導入部３の試料気化室内にキャリアガスを供給するための流路である。パージ流路７は、セプタムなどから生じる所望しない成分を外部に排出するための流路である。スプリット流路８は、スプリット導入法によりカラム１内にキャリアガス及び試料ガスを導入する際に、試料気化室内のガス（キャリアガス及び試料ガスの混合ガス）の一部を所定のスプリット比で外部に排出するための流路である。

２．検出回路の構成
図２は、検出器４における検出回路１０の構成例を示した回路図である。この検出回路１０には、ブリッジ回路１１、デジタルポテンショメータ１２、前段調整部１３及び中間調整部１４などが備えられている。

ブリッジ回路１１は、複数の抵抗として４つのフィラメント１１１〜１１４を有するホイートストンブリッジであり、分析中は定電流源から定電流が供給される。検出器４のセル（ＴＣＤセル）内には、測定ガス流路１１７及び参照ガス流路１１８が形成されており、測定ガス流路１１７に２つのフィラメント１１１，１１２が設けられ、参照ガス流路１１８に２つのフィラメント１１３，１１４が設けられている。

測定ガス流路１１７内には、カラム１で分離された試料成分とキャリアガスの混合ガス（測定ガス）が流れる。一方、参照ガス流路１１８内には、試料成分を含まないキャリアガス（参照ガス）が流れる。分析中に、試料成分を含む測定ガスが測定ガス流路１１７内に流入すると、試料成分の熱伝導率に応じて、測定ガス流路１１７内のフィラメント１１１，１１２の電気抵抗が変化する。これに対して、参照ガス流路１１８内には試料成分を含まない参照ガスが流入するため、参照ガス流路１１８内のフィラメント１１３，１１４の電気抵抗は変化しない。その結果、ブリッジ回路１１の２つの出力端子１１５，１１６間の電圧が変化することとなり、この電圧の変化に基づいて、測定ガスに含まれる試料成分を識別することができる。

デジタルポテンショメータ１２は、ブリッジ回路１１に対して並列に接続されており、信号入力部１２１から入力されるデジタル信号に基づいて電気抵抗を変化させることができる。このデジタルポテンショメータ１２の電気抵抗を変化させ、ブリッジ回路１１の複数のフィラメント１１１〜１１４を流れる電流を調整することにより、出力端子１１５，１１６間の電圧を調整することができる。なお、デジタルポテンショメータ１２には複数の固定抵抗１２２，１２３が直列に接続されており、比較的狭い電圧範囲内でのみ出力端子１１５，１１６間の電圧を調整することができるようになっている。

前段調整部１３は、ブリッジ回路１１に対して並列に接続されており、互いに直列に接続された第１調整部１３１及び第２調整部１３２を備えている。第１調整部１３１及び第２調整部１３２は、同一の構成からなり、それぞれ並列に接続された複数の固定抵抗１３３〜１３５と、各固定抵抗１３４，１３５に対して直列に接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３６，１３７とを備えている。

第１調整部１３１の電気抵抗は、信号入力部１３８に入力されるデジタル信号に基づいてＦＥＴ１３６，１３７のゲート電圧がオン又はオフに切り替えられることにより変化する。第１調整部１３１は、ブリッジ回路１１のフィラメント（第１抵抗）１１１に対して並列に接続されており、信号入力部１３８から入力されるデジタル信号に基づいて、第１調整部１３１の固定抵抗（第１固定抵抗）１３３〜１３５とフィラメント１１１との合成抵抗を調整することができる。

同様に、第２調整部１３２の電気抵抗は、信号入力部１３９に入力されるデジタル信号に基づいてＦＥＴ１３６，１３７のゲート電圧がオン又はオフに切り替えられることにより変化する。第２調整部１３２は、ブリッジ回路１１のフィラメント（第２抵抗）１１３に対して並列に接続されており、信号入力部１３９から入力されるデジタル信号に基づいて、第２調整部１３２の固定抵抗（第２固定抵抗）１３３〜１３５とフィラメント１１３との合成抵抗を調整することができる。

このように、前段調整部１３では、固定抵抗１３３〜１３５とブリッジ回路１１に備えられた複数のフィラメント１１１〜１１４との合成抵抗を調整することができる。より具体的には、第１調整部１３１により、ブリッジ回路１１からの出力信号における＋側の調整範囲が決まり、第２調整部１３２により、ブリッジ回路１１からの出力信号における−側の調整範囲が決まる。

中間調整部１４は、ブリッジ回路１１に対して並列に接続された複数の固定抵抗１４１を備えている。中間調整部１４は、互いに並列に接続された複数の抵抗群４１〜４９を備えており、各抵抗群４１〜４９に１つ又は複数の固定抵抗１４１が設けられている。各抵抗群４２〜４９にはアナログスイッチ５２〜５９が設けられており、これらのアナログスイッチ５２〜５９を選択的にオン又はオフに切り替えることにより、ブリッジ回路１１に対する複数の固定抵抗１４１の接続状態を個別に切り替えることができるようになっている。

このように、中間調整部１４では、複数の固定抵抗１４１とブリッジ回路１１に備えられた複数のフィラメント１１１〜１１４との合成抵抗を調整することができる。より具体的には、各アナログスイッチ５２〜５９に対応付けられた信号入力部１４２に入力されるデジタル信号に基づいて、各アナログスイッチ５２〜５９を選択的にオン又はオフに切り替えることにより、ブリッジ回路１１に対して並列に接続される抵抗群４１〜４９の組み合わせを変更することができる。

３．ガスクロマトグラフの電気的構成
図３は、図１のガスクロマトグラフにおける電気的構成の一例を示したブロック図である。このガスクロマトグラフの動作は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部２０により制御される。ガスクロマトグラフには、上記制御部２０の他、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などのように、電源がオフ状態でもデータを保持可能な記憶部３０が備えられている。制御部２０には、ブリッジ回路１１の出力端子１１５，１１６からの出力信号が入力される。

制御部２０は、信号入力部１２１，１３８，１３９，１４２に入力するデジタル信号を制御することにより、デジタルポテンショメータ１２、前段調整部１３及び中間調整部１４とブリッジ回路１１に備えられた複数のフィラメント１１１〜１１４との合成抵抗を自動で調整する。本実施形態では、測定ガス流路１１７内を試料成分が流れていないときに、制御部２０が信号入力部１２１，１３８，１３９，１４２に入力するデジタル信号を自動で制御することにより、ブリッジ回路１１の出力端子１１５，１１６間の電圧差を０又は０に近い値に調整（ゼロ点調整）することができるようになっている。

制御部２０は、前段調整部１３による調整を行った後、中間調整部１４及びデジタルポテンショメータ１２による調整を行うことにより、ブリッジ回路１１からの出力信号のゼロ点調整を自動で行う。具体的には、前段調整部１３により粗調整が行われた後、中間調整部１４による中間調整と、デジタルポテンショメータ１２による微調整が行われるようになっている。

制御部２０によりゼロ点調整を行ったときの信号入力部１２１，１３８，１３９，１４２に入力されたデジタル信号の情報（調整情報）は、記憶部３０に記憶される。ガスクロマトグラフの電源が一旦オフ状態とされた後、再びオン状態とされた場合などには、制御部２０は、記憶部３０に記憶されている調整情報を読み出し、その調整情報に基づいて信号入力部１２１，１３８，１３９，１４２にデジタル信号を入力することにより、自動でゼロ点調整を行うことができる。

以上のような検出回路１０、制御部２０及び記憶部３０は、ブリッジ回路１１からの出力信号のゼロ点調整を行うゼロ点調整機構を構成している。すなわち、本実施形態に係るガスクロマトグラフは、ゼロ点調整機構を備えており、当該ゼロ点調整機構を用いてブリッジ回路１１からの出力信号のゼロ点調整を行った上で、試料の分析を行うことができる。

４．作用効果
（１）本実施形態では、デジタルポテンショメータ１２を用いてゼロ点調整を自動で行うことができる。ゼロ点調整を行う際には、前段調整部１３により粗調整を行った後、中間調整部１４による中間調整と、デジタルポテンショメータ１２による微調整を行うことができる。したがって、ブリッジ回路１１に対して高い分解能でゼロ点調整を自動で行うことができる。

（２）また、本実施形態では、前段調整部１３の第１調整部１３１及び第２調整部１３２を用いて、ブリッジ回路１１からの出力信号のバランスを＋側及び−側の両方に粗調整することができる。したがって、第１調整部１３１及び第２調整部１３２を用いて、例えばブリッジ回路１１からの出力信号を＋側に粗調整した後、デジタルポテンショメータ１２による微調整を行うことによって、ブリッジ回路１１に対するゼロ点調整をより高い分解能で行うことができる。

（３）さらに、本実施形態では、ＦＥＴ１３６，１３７のゲート電圧や複数のアナログスイッチ５２〜５９をオン又はオフに切り替えるだけの簡単な構成で、前段調整部１３による粗調整及び中間調整部１４による中間調整を行うことができる。

（４）また、本実施形態では、ゼロ点調整を行ったときの調整情報を記憶部３０に記憶しておくことで、その後は、記憶部３０に記憶されている調整情報を読み出して自動でゼロ点調整を行うことができる。これにより、ゼロ点調整の度に設定作業を行う必要がなくなるため、ゼロ点調整を容易に行うことができる。

５．変形例
以上の実施形態では、前段調整部１３及び中間調整部１４の両方が備えられたゼロ点調整機構について説明した。しかし、このような構成に限らず、前段調整部１３のみが備えられることにより、前段調整部１３とデジタルポテンショメータ１２との２段構成からなるゼロ点調整機構であってもよいし、前段調整部１３及び中間調整部１４以外の調整部がさらに備えられることにより、４段以上の構成からなるゼロ点調整機構としてもよい。

前段調整部１３及び中間調整部１４の構成は、上記実施形態のような構成に限られるものではない。すなわち、前段調整部１３は、デジタルポテンショメータ１２と比べて耐電圧が高い部品により構成されるものであれば、他の部品からなるような構成であってもよく、中間調整部１４は、デジタルポテンショメータ１２と比べて耐電圧が同等以上の部品により構成されるものであれば、他の部品からなるような構成であってもよい。

１ カラム
２ カラムオーブン
３ 試料導入部
４ 検出器
６ ガス供給流路
７ パージ流路
８ スプリット流路
１０ 検出回路
１１ ブリッジ回路
１２ デジタルポテンショメータ
１３ 前段調整部
１４ 中間調整部
２０ 制御部
３０ 記憶部
４１〜４９ 抵抗群
５２〜５９ アナログスイッチ
１１１〜１１４ フィラメント
１１５，１１６ 出力端子
１１７ 測定ガス流路
１１８ 参照ガス流路
１２１ 信号入力部
１３１ 第１調整部
１３２ 第２調整部
１３３〜１３５ 固定抵抗
１３６，１３７ ＦＥＴ
１３８，１３９ 信号入力部
１４１ 固定抵抗
１４２ 信号入力部

Claims (6)

1. セル内を流れる試料ガスに含まれる試料成分を検出するための熱伝導度検出器であって、
   前記セル内に設けられた複数の抵抗を有するブリッジ回路と、
   前記複数の抵抗を流れる電流を調整するデジタルポテンショメータと、
   前記ブリッジ回路に対して並列に接続された固定抵抗を有し、当該固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整可能な前段調整部と、
   前記前段調整部による調整を行った後、前記デジタルポテンショメータによる調整を行うことにより、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を自動で行う制御部とを備え、
   前記前段調整部は、第１固定抵抗と前記複数の抵抗に含まれる第１抵抗との合成抵抗を調整する第１調整部、及び、第２固定抵抗と前記複数の抵抗に含まれる第２抵抗との合成抵抗を調整する第２調整部を有することを特徴とする熱伝導度検出器。
2. 前記前段調整部は、電界効果トランジスタのゲート電圧をオン又はオフに切り替えることにより、前記固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導度検出器。
3. 前記ブリッジ回路に対して並列に接続された固定抵抗を有し、当該固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整可能な中間調整部をさらに備え、
   前記制御部は、前記前段調整部による調整を行った後、前記中間調整部及び前記デジタルポテンショメータによる調整を行うことにより、前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を自動で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導度検出器。
4. 前記中間調整部は、複数の固定抵抗、及び、前記ブリッジ回路に対する前記複数の固定抵抗の接続状態を個別に切り替える複数のアナログスイッチを有し、前記複数のアナログスイッチをオン又はオフに切り替えることにより、前記固定抵抗と前記複数の抵抗との合成抵抗を調整することを特徴とする請求項３に記載の熱伝導度検出器。
5. 前記ブリッジ回路からの出力信号のゼロ点調整を行ったときの調整情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶されている調整情報を読み出して自動でゼロ点調整を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱伝導度検出器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱伝導度検出器と、
   試料ガスに含まれる試料成分を分離して前記熱伝導度検出器のセル内に流入させるカラムとを備えることを特徴とするガスクロマトグラフ。

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