JPH03142357A

JPH03142357A - ガスクロマトグラフの試料導入装置

Info

Publication number: JPH03142357A
Application number: JP28015089A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Kimura; 英晴木村; Sakae Miyamoto; 栄宮本
Original assignee: MIYAMOTO RIKEN KOGYO KK
Current assignee: MIYAMOTO RIKEN KOGYO KK
Priority date: 1989-10-28
Filing date: 1989-10-28
Publication date: 1991-06-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明はガスクロマトグラフの試料導入装置に関し、
更に詳しくは、微量物質を濃縮して捕集した捕集管を、
不活性ガス供給管とガスクロマトグラフの試料導入口と
の間に介設し、濃縮試料を加熱脱離してガスクロマトグ
ラフに導入するよう構成したガスクロマトグラフの試料
導入装置に関する。

（ロ）従来の技術及び発明が解決しようとする課題従来、捕集管を加熱脱離させる方法として、捕集管にヒ
ーターを巻くかあるいは金属製アルミブロック内に挿入
し、加熱する方法が取られていたが、以下の欠点があっ
た。すなわち、理想とする加熱分離は、捕集管内の捕集
剤を急速加熱させ、十分に脱離した後に急速冷却させ、
ガスクロマトグラフに導入させることである。捕集剤の
入った捕集管（硝子、ＳＶＳ等）にヒーターを巻く方式
は、当然温度センサー（例えば熱電対）も捕集管の外管
部に巻くこととなり、内部と外部とに大きな温度誤差が
発生する。高速加熱をさせればさせるほど大きな忌度差
が発生すると共に、温度設定が変化するたびに内部温度
を推定し、痛止することが必要であった。特に熱伝導率
の低い硝子製の捕集管においては、温度差が大きくなる
のはいうまでもない。更に、捕集管にヒーターを巻く方
式では、急速加熱温度が設定値に達した後（例えば２０
０℃まで約３０秒以内）に、ヒーターを遮断してしかな
り温度が上昇するため、温度制御することが難しかった
。かりにできたとしても、かなり高価な温度制御部が必
要となり、また、装置全体が大きくなり、ガスクロマト
グラフに接続するためには、あまりにもスペースを取り
すぎる欠点がある。また、捕集管にヒーターを巻いてい
るため、当然温度制御部に接続さ仕る必要があり、試料
水から目的成分を追い出し捕集管に濃縮捕集するパージ
・トラップ部と、捕集管から目的成分を加熱脱離してガ
スクロマトグラフへ導入する加熱導入部とへの取付は移
行時に、接続コネクターの脱着に手間がかかり、多くの
試料を取り扱う場合には、いたって不便なるものであっ
た。更に、捕集管にヒーターを巻いているため、内部の
捕集剤の汚染状態が不明なため、連続して繰り返し使用
する場合には、特に前回試験した汚染物質が残っていて
も、わからない場合がある等の欠点がある。また、汚染
された捕集剤の交換は不可欠のものであるが、ヒーター
を巻いているため、内部の除去状態が不明であり、水虎
浄等が全くできない不便さがある。

さらにヒーターの損傷及び断線があり、複数にて使用す
る場合修理等に多大な費用を要するものである。また、
金属製アルミブロックの加熱方式においては、急速加熱
（例えば２００℃まで３０秒）させる場合は、相当大き
なヒーターを使用することが必要である。しかも、最初
から高温にしたアルミブロックに挿入することは、高温
のため、操作上触れる等の危険がある。また、高温にし
たアルミブロックを急速に冷却させることは、困難であ
り、別途冷却用パイプを内蔵することら考えられるが、
装置全体が大きくなるばかりか、費用ら高価になる。

（ハ）課題を解決するための手段及び作用この発明は、
ガスクロマトグラフの試料注入部と、この試料注入部と
不活性ガス供給管との間に微量物質をａｔｍ捕集した捕
集管を着脱可能に装着しうる装着部と、この装着部に装
着される捕集管に対向して配設され、その捕集管に赤外
線を照射し加熱する赤外線ヒータと、同じく捕集管に対
向して配設され、その捕集管に冷却風を供給する冷却フ
ァンと、捕集管と実質的に同一構成で、この赤外線ヒー
タ及び冷却ファンから等距離に配設さｒ６た基準管と、
この基準管に内蔵された温度センサーと、この温度セン
サーから出力される温度信号に基づいて赤外線ヒーター
及び冷却ファンに作動を指令し、捕集管の温度を制御す
る制御部とからなるガスクロマトグラフの試料導入装置
である。

すなわち、この発明は、捕集管の加熱を赤外線ヒータを
用いて行うと共に、温度制御を、その捕集管と同一構成
で同一温度条件（加熱冷却条件）の基準管の内部の温度
を基にして行うよう構成することによって、簡単な構成
にて捕集管の急速加熱と急速冷却を可能にすると共にそ
の加ＰＡ温度及び冷却温度を正確に制御でき、それによ
ってガスクロマトグラフへの試料導入をより正確に行う
ことができる。

（ニ）実施例以下、図に示す実施例に基づいてこの発明を上述する。

なお、これによってこの発明が限定されるものではない
。

第１図（Ｉｆ（ＩＩ）において、Ｈは水中の異臭味の超
微量分析用前処理装置であり、試料の水中から目的成分
を追い出し捕集する捕集装置としてのパージ・トラップ
部Ｐと、このパージ・トラップ部の捕集管７を加熱して
、ガスクロマトグラフに導入する加熱導入部Ｋから成り
立ってろ。パージ・トラップ部Ｐは、試料水を窒素ガス
で、ばっ気して異臭味、つまり揮発性有機物を水から追
い出し、捕集管（捕集剤）７に捕集させるものであり、
加熱導入部には捕集管７を急速加熱して、測定対象物質
を速やかにガスクロマトグラフに導入させるものである
。

さて、パージ・トラップ部Ｐは、第１図（１）において
、窒素ガス源としてのボンベ２３（以下、Ｎ、ガス源と
称す）、Ｎ、ガス中不純物除去管１７、フィルター１８
、ニガ電磁弁２０、定圧調節弁１９、流量計！６、流量
調節ニードルバルブ１５、パーツ管２、フオームトラッ
プ６、捕集管７から主として成り、この捕集管とパージ
管２の間に、分岐部２４を設け、３方電磁弁１１を取り
付けている。

なお、４はバブリング用硝子フィルター、５はウォータ
ーバス、つまり加温容器、８は捕集管注入針（横穴型）
、９はベント用注入針（横穴型）、ｌＯは排気管２５の
開放端、１２は３方電磁弁１１の閉塞栓、１３はＮ、ガ
ス収納袋（テフロン樹脂製）である。更に１４は温度バ
ルブコントロールユニット２２の温度センサー、２１は
撹拌用モーター制御部である。更に２６は窒素ガス導入
管、２７は連結管である。

かくして、パージ管２に採集された試料は、ウォーター
バス５で加熱され、Ｎ、ガスを定流量流すことによって
、パージ管２の先端に設けられたフィルター４によって
微粒の気泡が発生し、目的成分の気相への移行を速やか
にすると共に、捕集剤を詰めた捕集管７に濃縮される。

フオームトラップ６は、パージ管２において発生した微
細化したガスの気泡および水分を除去し、それら気泡お
よび水分が直接捕集管７に入ることを防止するものであ
る。試験中は、第１図（１）の矢印の経路にガスが流れ
、通過したガスは空気中に放出される。

通常バルブの開閉は、電磁弁で作動され、ある−定時間
経過後、停止するようになっている。この時、この経路
が遮断されると、パージ管内の圧力によって、パージ管
内の試料水が逆流し、流量計やバルブ等の器具及び配管
が汚染される重大欠点となる。汚染された配管及び器具
の洗浄は、困難であると共に、超微量分析に対しては、
わずかな汚染でも、再現性、信頼性のないことになり、
皆無にする必要がある。しかるにこのパージ・トラップ
部Ｐにおいては、パージ管２と捕集管７の間の分岐部２
４に３方電磁弁１１を設け、通電時には、Ａ→Ｐ、に流
れる方向に電磁弁は作動するが、その先端を閉塞栓１２
にて密封しているため、分岐部２４は遮断され、第１図
（１）の矢印方向の流れを、さまたげることがない。こ
の流れの停止時には、Ａ　’＝　Ｐ　ｔに流路が切換え
られることになり、その先端は、フィルター（図示省略
）を配置すると共にそのフィルタ一部２４にＮ、ガス収
納用袋１３を装備することによって常圧のＮ、ガスを導
入することができる。また、内圧力を緩和させるために
、更にパージ管の前後に３方電磁弁を設けてもよい。

更に、Ｎ、ガス収納用袋Ｉ３を離して開口端を大気に開
放す礼ば、空気が導入されるため、経路内の圧力は大気
圧となり逆流の恐れはない。

なお、目的成分を捕集する捕集管７は、硝子製であり、
このように直管形式でもＵ字形式でもよく、一方は捕集
剤の着脱可能なごとく開放されており、池の一方は注入
針が装着できる小さな穴径になるごとく、テーパーが付
いている。つまり、捕集管７は、捕集剤（約０．３ｇ）
を詰め両端に石英ウールを詰めたものに、内面にテフロ
ンコーティングした略凸字形状のパツキンにて、完全密
封され、更に小さな穴径にテーパ一部が付いている側に
、注入針（横穴型）を装着したものである。捕集管７は
、透明硝子型であれば、捕集剤の状態が外部からすぐに
観察できると共に、捕集剤の交換及び洗浄が容易にでき
る効果がある。ここで、捕集管７の取付方法は、パージ
管２、フオームトラップ６の矢印経路に逆らう方向に捕
集管７の注入針８を接続する。他の一方にも、注入針９
を挿入し、全体の経路が開放（連通）されるように接続
することが大切である。また、後述する加熱導入（加熱
離脱）時には捕集管の注入針をガスクロマトグラフの試
料注入口に差し込み、背後からキャリヤガス切換え経路
に接続された注入針を挿入し、前記のパージ・トラップ
部の接続経路と全く逆に流すことによって、捕集剤に濃
縮された揮発性有機物をガスクロマトグラフに導入する
ことができる（加熱離脱の場合）。通常、パージ管に流
すＮ。

ガス流量は３０〜１５０ｍ１２／分程度である。真空ポ
ンプ及び圧力調整した窒素ガスを準備する窒素バッグを
省略し、一定の流量を流すための圧力調整弁及び流量計
を準備するたけの簡単な構成であるため、部品点数が極
めて少なく、また故障する箇所が皆無に等しく、製品価
格が低減できる効果がある。

捕集剤は、通常化学結合型及びシリカゲルと活性炭、Ｏ
Ｖ−を等の組み合わせが使用される。加島離脱型の捕集
剤ならたいていのものが使用可能である。更に捕集剤を
３段に分け、低揮発性、中揮発性、高揮発性化合物を捕
集できる捕集剤を使用することにより、少ない試料水（
１０〜１００ｍｃ）で低沸点から比較的高沸点まで広い
範囲の化合物を順次濃縮ができる。

次に４１′ｇｒ３された捕集剤を加熱離脱させガスクロ
マトグラフに導入するガスクロマトグラフの試料導入装
置としての加熱導入部の＋Ｒ戊を第１図（ｎ）を用いて
説明する。

まず、加熱導入部には、キャリヤガス（Ｈｅ又はＮ、）
をガスクロマトグラフ１３２に導入する不活性ガス供給
管としての配管部１１４より３方電磁弁１３１を設け、
捕集管に接続させるようになっている。前に説明したパ
ージ・トラップ部Ｐにて、揮発性有機物質をＡ縮した捕
集管７を外し捕集管７の注入針４をガスクロマトグラフ
の試料注入口１３４に挿入する。捕集管７とこの捕集管
と全く同形状の基準管としてのセンサー取付用捕集管（
内部に捕集剤を詰めている）１０５と全く同距離になる
位置に、相同かうように、近赤外線ヒーター（又はラン
プ）１０９を装備する。近赤外線ヒーターの背後には全
体を囲うように反射板１０７が取り付けている。センサ
ー取付用捕集管！０５には、センサー（例えば熱電対、
白金測温抵抗体等）１０６が装着され、温度制御部＋１
６に接続されている。３方ｉｉｉバルブ１３１から配管
された管（テフロンチューブ等）の先端には注入針＋０
８を装着してあり、捕集管７の注入針が付いてない反射
側から注入針１０８を挿入する。

捕集管７の取り付けは、捕集管７の注入針８をガスクロ
マトグラフの試料注入口１３４に挿入後、３方電磁バル
ブ１３１から配管、接続された注入針ｌＯ８を捕集管７
の反対側に挿入するだけの構成になっているため、捕集
管の着脱は極めて簡単である。従って多くの試料水分析
において操作か容易である。また、赤外線ヒーター１０
９、捕集管７に直接冷風が流れる位置に冷却用ファン１
２２を装備している。なお、第２〜４図において、１０
２は開閉扉、１１０はヒータ取付具、１２は捕集管昇降
装置部、１１２は加熱脱離部取付金具、１１３は冷却フ
ァン１２２の収納庫、１１５は電気配線コード、１１７
は温度調節表示部、！１８はタイマー設定及び表示部、
１１９は電圧調整ダイヤル、１２０はスタートスイッチ
、１２１は電源スィッチである。また、特に第３図にお
いて１２３は格子窓、１２４は石英ウール、１２５は捕
集管７の取付金具、１２６は捕集管７用取付割ねじ、１
２７はゴムパツキン、１３０は捕集剤である。更に第３
〜４図において、１２８はセンサー収納用捕集管１０５
の取付金具、１２９は捕集管７の固定用止メねじである
。

次に動作を説明する。温度制御部１１６には、温度四節
器、電圧変換器及び電磁弁切換、時間設定用タイマ一部
を装備されている。第６図の加熱導入時の温度特性に示
すように、例えば設定温度２００℃、保持時間Ｔ秒を設
定するものとすると、電源段人後赤外線ヒーター１０９
は通電され、高速で加熱される。約２０〜３０秒で２０
０℃に達する。

温度の検知は、濃縮された捕集管７が密閉状態であり、
温度センサー１０６を内部に挿入することが不可能であ
るため、その温度センサー１０６を捕集管７と全く同温
度になるセンサー取付用捕集管１０５を設置することに
より、正確に行うことができる。目的温度を検出すると
、温度制御部１１６にて、保持時間（例えば５〜４０秒
）たけ、温度を一定に保つと同時に３方切換電磁バルブ
１３１と冷却用ファン１２２が作動する。切換えられた
３方切換口に接続された注入針１０Ｂに、Ｈｅ又はＮ、
ガスが流れ、捕集管７の内部の捕集された揮発性有機物
が加熱脱離され、ガスクロマトグラフ１３２に全量導入
される。すなわち、揮発性有機物は注入口１３４から分
粁カラム１３３を経て検出器１３５にて検出される。こ
こで、赤外線ヒーター１０９は、遠赤、近赤外線波長の
らのでもよく、光エネルギーを与え、加熱させろ方式が
好ましい。光エネルギーであるため、捕集管７と温度セ
ンサー取付用捕集管１０５の内部温度か等しくなるよう
に設置できることは容易に理解できる。更に、近赤外線
ヒーター１０９の素材及び捕集管７の熱当量が小さいた
め（ヒーター及びアルミブロックを使用しないため）、
捕集管７の冷却効果は極めて良く、小さな冷却ファン１
２２を使用することによって、室温まで短時間で冷却す
ることができる効果がある（従来の１７３以下の冷却時
間ですむ）。

このように短時間で急加熱、急冷却させることによって
、最適な加熱脱離をすることができる。

捕集管に予熱が残り、急冷却されない場合は、加熱脱離
状態が継続されるため、分析時間設定が難しいと共に分
析データーにもピーク値か重なったり、後ろからピーク
が発生する等の分析に大きな支障をもたらすものである
。

第５図に、ガスクロマトグラフによる分析例を示すが、
このようにガスクロマトグラフ１３２に接続することに
よってｐｐｂレベルの測定ができ、ガスクロマトグラフ
質量分析計（図示省略）に接続することによって、ｐｐ
ｔレベルの測定が可能である。

以上のごとく加熱導入部には濃縮された捕集剤を急速に
加熱脱離させ、急速に冷却させ、揮発性有機物質を全量
ガスクロマトグラフに導入することができろ装置を提供
するものである。更に捕集管にヒーターを巻いていない
ため、捕集管の脱着、捕集剤の交換及び浣浄が容易にで
きろ。また、捕集管の製造価格ら著しく下げることがで
きる等の効果は極めて大である。従って、パージ・トラ
ップ部と加熱分離部の構成は極めて簡単であり、部品点
数ら著しく少ないため、故障等の発生が皆無に等しく長
期にわたって使用されても、差異のない分析をすること
ができる。

（ホ）発明の効果この発明によれば、捕集管の加熱を赤外線ヒータを用い
て行うと共に、温度制御を、その捕集管と同一構成で同
一温度条件（加熱冷却条件）の基準管の内部の温度を基
にして行うよう構成することによって、簡単な構成にて
捕集管の急速加熱と急速冷却を可能にすると共にその加
熱温度及び冷却温度を正確に制御でき、それによってガ
スクロマトグラフへの試料導入をより正確に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（りは水中の微量物質捕集装置の一例を示す概略
構成説明図、第１図（ＩＩ）はその装置から取り出され
た捕集管を加熱し、測定対象物質をガスクロマトグラフ
へ導入する、この発明の一実施例を示す加熱導入部の概
略構成説明図、第２図はその全体斜視図、第３図は要部
縦断面図、第４図は要部横断面図、第５図は分析例を示
すガスクロマトグラム、第６図は加熱導入時の温度制御
特性図である。７・・・・・・捕集管、＋０５・・・・・・センサー取付用捕集管、１０６・・
・・・・センサー　１０９・・・・・・赤外線ヒータ、
！１４・・・・・・配管部、！！６・・・・・・湯度制御部、１２２・・・冷却用ファン、１３４・・・・・・試料注入口。第１図（Ｉ）第１図（Ｕ）第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

１、ガスクロマトグラフの試料注入部と、この試料注入
部と不活性ガス供給管との間に微量物質を濃縮捕集した
捕集管を着脱可能に装着しうる装着部と、この装着部に
装着される捕集管に対向して配設され、その捕集管に赤
外線を照射し加熱する赤外線ヒータと、同じく捕集管に
対向して配設され、その捕集管に冷却風を供給する冷却
ファンと、捕集管と実質的に同一構成で、この赤外線ヒ
ータ及び冷却ファンから等距離に配設された基準管と、
この基準管に内蔵された温度センサーと、この温度セン
サーから出力される温度信号に基づいて赤外線ヒーター
及び冷却ファンに作動を指令し、捕集管の温度を制御す
る制御部とからなるガスクロマトグラフの試料導入装置
。