JPH06201670A - カラム分岐および調整可能な分離特性を有するガスクロマトグラフシステム - Google Patents

カラム分岐および調整可能な分離特性を有するガスクロマトグラフシステム

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JPH06201670A
JPH06201670A JP5305909A JP30590993A JPH06201670A JP H06201670 A JPH06201670 A JP H06201670A JP 5305909 A JP5305909 A JP 5305909A JP 30590993 A JP30590993 A JP 30590993A JP H06201670 A JPH06201670 A JP H06201670A
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carrier gas
columns
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sample
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Richard Douglas Sacks
ダグラス サックス リチャード
Michael L Akard
レスター エイカード マイケル
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Original Assignee
University of Michigan
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速カラム分岐切換え、および、圧力調整技
術を用いることによって高速クロマトグラフ法による被
分析試料の成分の迅速分離の分離特性を改善すること。 【方法】 被分析試料の成分を第一カラム１４内によっ
て少なくとも部分的に分離した後に、圧力制御可能なキ
ャリアガスをその圧力が第二カラム２４又は第三カラム
２２の入口において高くなるように第二，第三カラム２
４，２２の入口に供給して、前記第一カラム１４で分離
された被分析試料の成分を互いに異なる分離特性を有す
る第三又は第二カラム２２，２４内の何れかに通過さ
せ、このカラム切換え及びキャリアガスの圧力調整によ
って前記第一、第二、第三カラム１４，２４，２２によ
る溶出を調整することにより、被分析試料の成分を効果
的に迅速分離し、これらを検出器２６，２７によってク
ロマトグラフ分析する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速ガスクロマトグラ
フシステム、特に、被分析試料の成分の迅速分離を目的
としカラム分岐および調整可能な分離特性を有するシス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスクロマトグラフは、分離特性、感度
およびコストの点で極めてすぐれている。それは、Ｃ1
−Ｃ5 領域の化合物を含めて低中沸点の少なくとも数十
万の化合物に対して適用可能である。この方法は、化合
物の複雑な試料を完全に特定化できるという能力におい
ても独特である。
【０００３】ガスクロマトグラフ分析においては、移動
気体を用いて吸着剤を有するカラムから被分析試料を溶
出することによって被分析試料がその成分に分離され
る。現在広く用いられているタイプである気液クロマト
グラフにおいては、カラムは、内部支持構造、一般に、
毛細管の内側面上に薄膜として被覆された非揮発性液体
もしくは固体吸着剤から成る。キャリアガスと呼ばれる
前記移動気体相がクロマトグラフカラム内を流れる。
【０００４】被分析試料は移動気体相と吸着剤の間に分
離し、被分析成分の分配係数もしくは溶解度に応じた速
度でカラム内を移動する。被分析試料は、カラムの入口
端において移動キャリアガス流内に導入される。被分析
試料を構成する成分は、カラムに沿って分離され、被分
析成分の性質に特有の間隔で溶出される。分析カラムの
出力端にある検出器、例えば、熱伝導率検出器もしくは
水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）が被分析成分の存在に
応答する。
【０００５】ＦＩＤにおいて、溶出された成分が燃焼す
ると、荷電体が炎中に形成される。炎の特性は、組み合
わされた信号処理装置とともに、時間対検出器信号出力
曲線であるクロマトグラムを作り出すバイアスイオン検
出器を介して観測される。複雑な試料に対するクロマト
グラムは強度の異なる多数のピークを含んでいる。被分
析試料の個々の成分は特有の時間にピークを持ち、その
大きさが濃度の関数であるので、クロマトグラムを評価
することによって多くの情報が得られる。
【０００６】現在用いられているガスクロマトグラフシ
ステムが満足に役割を果たしているが、そのようなシス
テムの設計者達は、この分離手法の能力を最適化するこ
とを試み続けている。特に興味深いのは、工業的用途に
おけるプロセス流制御を行なうこと、および、変わりや
すいプロセス、例えば、内燃機関排気の組成を監視する
点で有利な高速ガスクロマトグラフ法を供給することで
ある。特殊の入口システムを異常に高いキャリアガス流
量で運転される比較的短い分離カラムと組み合わせて用
いることによって、比較的単純な試料を数秒間で分離す
ることができた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成分が
共溶出する可能性があるために、もっと長い分離時間が
必要な試料もある。この可能性は、分離時間を極端に短
くした時に分離能の低下が避け難いことの結果である。
高速分離をもっと実用的なものにし、高速ガスクロマト
グラフ技術をもっと広い潜在的用途範囲に利用できるよ
うにするためには、特定の目標化合物のセットに対し
て、ガスクロマトグラフシステムの分離特性の調節を可
能とすることが必要である。
【０００８】本発明は前記に鑑みて成されたものであっ
て、高速カラム分岐切換え、および、圧力調整技術を用
いることによって高速クロマトグラフ法の分離特性を改
善することである。被分析試料中の成分群ではじめの予
備分離カラムで分離されないものは、それらが分離可能
な別の固定相を持つであろう一個以上のカラムに送られ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、キャ
リアガス流に乗せられた被分析試料を供給するための入
口システム、この入口システムから前記被分析試料を受
けてその成分を少なくとも部分的に分離させるための第
一クロマトグラフ分離カラム、この第一カラムから溶出
する第一グループを構成する成分の少なくともいくつか
を受けるための第二クロマトグラフ分離カラム、前記第
一カラムから溶出する第二グループを構成する成分の少
なくともいくつかを受けるための第三クロマトグラフ分
離カラム、前記第一カラムから溶出する試料成分を受け
て、前記第一カラムから溶出する成分を前記第二カラム
もしくは前記第三カラムのどちらかへ選択的に導くため
の切換え流路、および、前記第二および第三カラムの少
なくとも一つから溶出する成分を感知するための検出手
段から成り、前記切換え流路が、前記第一カラムを前記
第二カラムに連結された第一枝管と前記第一カラムと前
記第三カラムに連結された第二枝管とに連通させる分岐
連結部、および、前記入口システムにおけるキャリアガ
スの圧力よりも小さい圧力で前記第一および第二枝管内
へキャリアガスを選択的に導入する第一および第二の制
御可能キャリアガス源を含み、この切換え流路によっ
て、前記第一制御可能キャリアガス源から導入されたキ
ャリアガスにより前記被分析試料の成分を前記第三カラ
ム内へ導かせ、前記第二制御可能キャリアガス源から導
入されたキャリアガスにより前記被分析試料の成分を前
記第二カラム内へ導かせることを特徴とするカラム分岐
および調整可能な分離特性を有するガスクロマトグラフ
システムである。
【００１０】
【作用】上記本発明によれば、被分析試料の流路中にバ
ルブを用いることなしに高速精度切換えを行なうことが
できる。本発明によると、切換え点における圧力が調節
可能であって分離特性を改善することができる。この圧
力を変えることによって、カラムが分離過程に及ぼすい
ろいろの影響が変えられる。この結果、共溶出成分のピ
ークがもはや重ならないように、重なったピークを移動
させることができる。
【００１１】本発明では、カラムの切換えをコンピュー
ター制御システムを用いて行なうのがよい。このような
精密カラム切換え、および、圧力調整技術によって、適
切なカラムへの成分の選択的移行が行なわれ、それによ
って、それらの分離が最適化され、ひいては、高いキャ
リアガス流量で運転される短いカラムの分離能力をいっ
そう効果的に利用できる。本発明のシステムは、縦に並
んだカラムの組み合わせの分離特性を調整して、成分が
溶出される時間を調整して成分の重複溶出もしくは共溶
出を防止する。
【００１２】本発明のその他の利点は、以下に述べる実
施例の説明および特許請求範囲を、添付した図面ととも
に理解することによって、本発明が関連する技術分野の
専門家には明らかとなろう。
【００１３】
【実施例】本発明の第一実施例によるガスクロマトグラ
フ（ＧＣ）システムは、図１に概略的に示されており、
符号１０で表されている。図示されているように、ＧＣ
システム１０には、キャリアガス流中に乗せられたガス
クロマトグラフカラム１４中に狭帯域試料「プラグ」を
導入するようにされた入口システム１２が取り付けられ
ている。いろいろの形の入口システム１２を設けること
ができる。
【００１４】例えば、関連米国特許出願第８１７，３０
６号に記載されているような機械的注入バルブを組み込
むことができる。また、米国特許第５，１４１，５３２
号や米国特許出願第７１７，３５６号に記載されている
ような冷トラッピングをベースとする冷却集中システム
も組み込むことができた。
【００１５】分離カラム１４もまたいろいろの種類の液
体相材料を有するカラムを含めていろいろの形を取るこ
とができる。さらに、一般に多孔層開放筒型（ｐｏｒｏ
ｕｓｌａｙｅｒ ｏｐｅｎ ｔｕｂｕｌａｒ，略称ＰＬ
ＯＴ）カラムとして知られるような吸着剤を用いる固体
相型カラム、液晶カラムもしくは極性または非極性相を
有するカラムも用いることができた。しかしながら、本
発明の実施例においては、先ず、カラム１４は非極性の
液体相材料を用いるものとする。
【００１６】カラム１４は、Ｔ−継手１６の形をした分
岐連結部に連結され、そこで、流れが分割されて、Ｔ−
継手１８および２０の形をしたそれぞれ別の分岐連結部
を有する別の分岐内に導かれる。Ｔ−連結部１８および
２０は、それぞれ、クロマトグラフ分離カラム２２およ
び２４に連結されている。カラム１４と同様に、カラム
２２および２４の形は、上記のものを含めていろいろの
カラム型から選択することができる。しかしながら、後
で述べる本発明の第一実施例においては、カラム２２が
極性静止相被覆を有するのに対してカラム２４がカラム
１４のそれと同じ非極性静止相被覆を有してカラム２４
と１４が分離特性において等価になるようにされている
ものとする。
【００１７】実施例においては、カラム２２および２４
から溶出された被分析試料の成分は、水素炎イオン化検
出器（ＦＩＤ）２６および２８として示される別々の異
なる検出器へ導かれる。また、ＦＩＤ２６および２８の
機能は、単一のＦＩＤを用いることによっても得ること
ができた。しかしながら、記載されたＧＣシステム１０
の実施例においては、別々の検出器を用いるものとす
る。
【００１８】各Ｔ−継手１８および２０内には、開閉バ
ルブ３０および３２を介してキャリアガス源を連結する
ことによって装着された制御可能キャリアガス源および
毛細管流体抵抗３４および３６が設けられている。流体
抵抗３４および３６は、流動条件をバランスさせるのに
使用される小径毛細管であり、後で詳細に述べるように
所望の圧力でキャリアガスを供給する。
【００１９】後で詳細に述べるように、入口１２による
試料の注入およびカラムを分岐するためのバルブ３０お
よび３２の開閉は制御器３８によって調整される。Ｔ−
継手１６，１８および２０、バルブ３０および３２なら
びに流体抵抗３４および３６は組み合わされた連結管と
ともに、カラム１４から溶出する試料成分の流路をカラ
ム２２又は２４内へ正確に制御することのできる試料切
換え流路を構成する。
【００２０】被分析試料の注入が行なわれると、この被
分析試料は、キャリアガス流と予備分離カラム１４の静
止相材料の間に成分分配として少なくとも部分的に分離
される。図１では、バルブ３０が開き、バルブ３２が閉
じている。この状態では、カラム１４から溶出する成分
は、バルブ３０および流体抵抗３４を通るキャリアガス
流によって駆動され、この試料成分をカラム２４内へ移
行する。バルブ３０からの試料成分無しの付加的なキャ
リアガスがカラム２２内を流動し、予めカラム２２内へ
送られたいくつかの成分のために分離プロセスを続行す
る。
【００２１】このようにして、バルブ３０および３２を
選択的に開閉することによって、カラム１４から溶出し
てＴ−継手１６に入る材料をカラム２２もしくはカラム
２４へ選択的に導くことができる。もし、キャリアガス
が入口１２とバルブ３０および３２において同じ圧力で
供給されるならば、流体抵抗３４および３６が圧力低下
を引き起こしてカラム１４内を通るキャリアガスと被分
析試料を駆動するための差圧を生ずる。
【００２２】ＦＩＤ２６および２８が大気に通じている
ので、カラム２２および２４を通っての流れが生じる。
また、ＦＩＤ２６および２８は、他の圧力、例えば、大
気圧よりも減圧された所へ通じさせることもできた。シ
ステムに加えるいろいろの圧力が、いろいろのカラムを
通ってキャリアガスを所望の方向に流すようにするため
に選択される。
【００２３】バルブ３０および３２を試料流路外に配置
して、デッドスペースを最小限に抑え、バルブの表面で
起こり得る試料の汚染を防止することは留意すべきであ
る。システムを構成する導管は、継手１６，１８および
２０ならびに流体抵抗３４，３６と同様に不活性ガラス
もしくは溶融シリカ材料製とするのがよい。したがっ
て、試料成分は、試料を汚染しない表面と分離カラムに
のみ接触する。
【００２４】図２では、ＧＣシステム１０内における過
程被分析試料の５成分の進行について説明する。同図に
おいて、任意に番号１−５をつけた成分の位置をＹ−軸
上に示し、時間をＸ−軸上に示した。図の原点は注入を
示し、図の中央にある水平線は切換え流路の位置に対応
し、上はＦＩＤにおける溶出を示す。
【００２５】したがって、図の下の半分はカラム１４内
の流れを表し、一方、上の半分はカラム２２もしくは２
４内の流れを表す。実際にガスクロマトグラフ分離にお
いてはキャリアガスが圧縮され、クロマトグラムは直線
になるよりもむしろ曲線になるので、図２に示される成
分の進行ラインは説明上簡略化されている。
【００２６】図２のラインの傾斜はＧＣシステム１０を
通過する成分の速度を表す。カラム１４内で示差的に分
離されない成分２および３を除いて、成分はカラム１４
内を異なる速度で移動する。しかしながら、ＧＣシステ
ム１０は、その時に、成分１が切換え流路に入り、前に
述べたように、カラム１４を同じ分離特性を有するカラ
ム２４内を流れ続ける（しかし、速度はキャリアガスの
流路その他の要因によって変化するかもしれない）。
【００２７】しかしながら、成分２および３のプラグ
（ｐｌｕｇ）が切換え流路に入ると、バルブ３２が開
き、バルブ３０が閉じてそれら成分はそれらの成分を分
離することのできるカラム２２に導かれる。バルブ３０
を開き、バルブ３２を閉じることにとって、成分４およ
び５をカラム２４内に流すように試料流動方向を変える
差圧を生ずることによって流れの方向を再び変化させ
る。
【００２８】成分２および３に対するカラム２２の分離
特性が異なるために、それらの成分が異なる傾斜を示
し、ひいては、カラム２２上で分離される。結果は、図
の一番上に示されたクロマトグラフ図であり、各成分は
別々のピークを示す。このことは、定量分析にとって絶
対必要である。切換え流路を用いないと、成分２および
３が共溶出して、それら成分の定量的評価が不可能とな
る。
【００２９】ＧＣシステム１０の他の実施例を、下記表
１に示すような特性を有する成分を含む実際の複雑な試
料の分離に基づいて述べることにする。この表には、別
の図に示した代表的なクロマトグラフ図において化合物
を同定するために使用される表示文字も示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】図３および図４は、高速低温濃縮入口シス
テムと組み合わせたＧＣシステム１０を用いての高速ク
ロマトグラフ図を示す。上記の表によって示されている
ように、被分析試料はＡ−Ｏの１５成分を含んでいる。
成分とその融点を示した。図３は、切換え無しにカラム
１４および２４を通過するすべての成分のクロマトグラ
フ図である。
【００３２】図３に示されているように、成分Ｂ，Ｃ，
ＤおよびＧが共溶出し、成分ＦとＫ、そして、成分Ｊと
Ｍが共溶出する。この共溶出のために、個々の成分に起
因する個々のピークは与えられず、ひいては、これら共
溶出成分の定量分析は不可能である。
【００３３】図４は、すべての成分をカラム１４からカ
ラム２２へ導き、成分がカラム１４から溶出するにつれ
て切換え無しに再びカラム２２へ導くことによって得ら
れたクロマトグラフ図である。この場合には、成分Ｄと
ＥおよびＫとＬが共溶出する。成分ＪがＫ−Ｌ対から充
分に分離されないことに注目すべきである。かくして、
このような条件のもとでは、縦に並んだカラム対１４と
２２もしくは１４と２４が試料のすべての成分を充分に
分離できないことが示されている。
【００３４】図５は、成分Ａ−Ｏがカラム１４から溶出
するにつれてカラム切換えが起こった時にＦＩＤ２８に
よって得られたクロマトグラフ図である。この場合に
は、組み合わせグループＢ−Ｃ−Ｄ−Ｇ，Ｆ−Ｋおよび
Ｊ−Ｍがカラム１４からカラム２２へ切換えられて、そ
こで分離され、一方、他の成分は、縦に並んだカラム対
１４および２４へ導かれて、そこで別々のピークＡ，
Ｉ，Ｅ，Ｈ，Ｌ，ＮおよびＯを生ずる。
【００３５】図６は、切換えられた成分Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｇ，Ｆ，Ｋ，ＪおよびＭが溶出するＦＩＤ２６からのク
ロマトグラフ図を表す。この切換え配置では、各成分が
別々のピークを与えることに留意すべきである。
【００３６】図６に示すように、縦に並んだカラム組み
合わせ１４と２２では成分ＪとＫが完全に分離されない
ことに留意すべきである。これは、化学的類似性のため
ではなくて、極性の異なる種類の化合物が重なる可能性
があるためである。これらの化合物はカラム１４から溶
出する異なる切換えグループに属するが故に異なる同じ
時間にカラム２２から溶出するという事実は、それらが
カラム内を異なる平均速度で移動しつつあるにちがいな
いことを示している。
【００３７】この挙動は、上記のようにカラム２２へ切
換えられた複雑な試料の成分を除いては、図２に示した
ものと同様に試料位置−時間プロットである図７に示さ
れている。
【００３８】図７の中心に近い水平線は、図１の切換え
流路の位置に対応している。図２と同様に、実線の下の
部分は、カラム１４内の流れに関係し、一方、線より上
の部分は、カラム２２内の流れに関係している。図の上
部にある三本の水平破線は、カラム２２に対する三つの
可能な有効長に対応している。図の一番上にある文字は
切り換えられた化合物に対応する。
【００３９】図７の下の部分においては、三つのプロッ
トが、カラム１４上でのこの分析時間内に分離されず、
カラム１４と同じ分離特性を有するカラム２４上で分離
を続けても充分に分離されないであろう成分である三つ
の切り換えグループに対応する。これら三つのグループ
の各々は、異なる時間にカラム２２内へ注入された別々
の入口「プラグ」を表す。
【００４０】したがって、異なるグループからのいずれ
かの成分がカラム２２の出口で重なるのが分かるなら
ば、これらの成分は異なる速度で移動したにちがいな
く、ひいては、それらの重なりは、成分の極めて類似し
た化学的性質に起因するというよりもむしろ偶然の一致
である。
【００４１】図７の上の部分にあるプロットは、三つの
グループの化合物が極性カラム２２上でいかに容易に分
離されるかを示している。第一グループに対するカラム
２２に入る溶出順序Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｇは、静止相との増大
する相互作用、ひいては、使用される特定の極性静止相
に対する化合物の増大する極性を表している。他の二つ
のグループに対する溶出順序Ｆ−ＫおよびＪ−Ｍに対し
ても同様である。
【００４２】分離が行なわれるためには、或るグループ
からの化合物を表すすべての線がカラム２２内で一点か
ら分岐しなければならない。化合物ＧおよびＦに対する
線は一点に集まり、ＪおよびＫに対する線は、成分Ｋよ
りも成分Ｊの方が速度がかなり大きいことを反映して一
点に集まり、交差した後、一点から分岐する。これらの
成分対は、カラム２２からの溶出の間に、三つの破線に
よって表されたようにカラムの有効長に応じて重なりあ
う可能性がある。
【００４３】クロマトグラフ図８に示したように、破線
４０によって示された最も短い有効カラム長に対して
は、ＧはＦよりも前に溶出する。
【００４４】クロマトグラフ図９に示したように、破線
４２によって示された中間の有効カラム長に対しては、
ＧはまだＦよりも前に溶出するが、それらの分離は著し
く小さい。しかしながら、ＪはＫの前に溶出し、それら
の分離は充分である。
【００４５】クロマトグラフ図１０に示したように、破
線４４によって示された最も長い有効カラム長に対して
は、成分ＦとＧが極めて近接して溶出し、ＪとＫが極め
てよく分離される。
【００４６】図９はカラム２２に対する最適な有効長を
表している。なぜなら、各成分がよく分離されて各々の
定量的評価が可能であるからである。
【００４７】上記のように、図７の破線は異なる有効カ
ラム長を表しているが、その物理的長さを変えることの
他に、成分がカラム内を通過するのに要する全時間を変
えるための技術はいろいろある。その一つは、カラムの
温度を変えるか、または、圧力を変え、それによって、
カラム内を流れるキャリアガスの速度を変えることであ
る。
【００４８】したがって、図７の三つの破線は、一定の
長さを有するカラム２２における三つの異なる差圧を表
すものと考えることができる。すなわち、破線４４（長
い有効長を表す）においては最低差圧を表し、破線４０
（短い有効長を表す）においてその最大差圧を表すと考
えられる。図１に示したＧＣシステム１０は、流体抵抗
３４および３６を選択するかバルブ３０および３２にお
いてキャリアガスの圧力を変えることによってカラムに
おける差圧を調節し、ひいては、最適カラム有効長を選
ぶことのできる手段を供給する。
【００４９】前記のように、図８，９および図１０は、
それぞれ、破線４０，４２および４４によって表された
カラム２２に対する三つの異なる有効長において図９か
ら取ったクロマトグラフ図である。これらのクロマトグ
ラフ図に対しては、カラム１４への入口圧力は大気圧よ
りも上の一定圧力に保持されており、カラム２２および
２４の出口はＦＩＤを介して大気に通じているものとす
る。
【００５０】バルブ３０および３２もしくは流体抵抗３
４および３６からなる制御可能キャリアガス源を用いて
切り換え圧力を変えると、切り換えられるべき両カラム
において圧力降下が生ずる。流体抵抗３４および３６を
変えずに切り換え流路の圧力が増大すると、カラム１４
における平均流速が低下し、カラム２２もしくは２４に
おける平均流速が増大し、それによって、各化合物がカ
ラム１４内で費やす時間が増大し、各化合物がカラム２
２もしくは２４内で費やす時間が短縮される。このこと
から、カラム１４における分離には大きな影響を及ぼ
し、カラム２２および２４においては小さな影響を及ぼ
す。
【００５１】この切り換え圧力の増大は、図７の実水平
線を上方に移動させ、切り換え圧力の低下はその線を下
方に移動させる。この結果は、カラムの実際の長さを変
えることに似ており、しかもこの様に切り換え圧力を変
えてカラムの有効長を変える方が、実際にカラムの物理
的長さを変えるよりずっと容易である。この最適有効カ
ラム長を与える方法を「圧力制御による調整法」（ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｕｎｉｎｇ）とい
う。
【００５２】もし、試料のすべての成分がカラム１４か
らカラム２２に移行してしまったならば、成分の数が多
いが故に、圧力制御調整を用いても効果はずっと小さい
であろう。カラム２２へ送られる成分を予備選択するこ
とによって、潜在的な重なりピークの数は極めて少なく
なり、その結果、圧力制御調整の使用がずっと効果的に
なる。
【００５３】カラム１４と２２の縦に並んだ配置に対し
ては、カラム２２へ導かれる一つのグループからの最も
極性の大きな（すなわち、最も長く保持される）成分と
切り換えられるべき次のグループからの最も極性の小さ
な（すなわち、最も短く保持される）成分に対して偶然
に一致した重なりが起こる可能性がある。圧力制御調整
を用いても切り換えられた各グループ内の成分に対する
溶出順序は変化しないので、上述の偶然の一致によるピ
ーク重畳を避ける様に圧力を調節することが適当であ
る。
【００５４】ＧＣシステム１０の重要な特徴は、切り換
え圧力を変えても、縦に並んだカラム１４と２４の組み
合わせ上で分離されるいろいろの成分の相対的保持時間
に著しい変化が生じないことである。これは、カラム１
４と２４が同じか、あるいは、極めて類似した相材料を
用いているからである。
【００５５】したがって、縦に並んだカラム１４と２２
の組み合わせの分離特性を調整するために切り換え圧力
を変えても、縦に並んだカラム１４と２４の組み合わせ
の分離特性は比較的変化しない。このために、調整過程
は著しく単純化される。しかしながら、カラム１４と２
４が異なる分離特性を有する場合には、切り換え圧力を
変えると縦に並んだカラムの両組み合わせからの溶出順
序が潜在的に変わるので、さらに分離特性の調整能力を
増すことができる。
【００５６】他の二つのカラムに対するカラム１４の長
さを調節して全体的な分離能を改善することもできる。
もしカラム１４のほうを長くすると、最初の分離がより
完全となり、カラム２２へ送る必要のある成分が少なく
なるであろう。これによって、カラム２２に対する仕事
量が小さくなる。
【００５７】しかし、カラム１４のほうを長くすると、
全分析時間を一定に保持しようとすれば、カラム２２と
２４の両方を短くしなければならない。こうすると、カ
ラム２２と２４の分解能が低下する。どの試料に対して
も、縦に並んだカラムの組み合わせに対する最適長さ比
が存在するであろう。
【００５８】前に述べたように、縦に並んだカラムの組
み合わせの分離特性を調節する他の方法も用いることが
できる。保持時間に変化を引き起こすシステム運転条件
の如何なる変化も、カラムの有効長を変え、縦に並んだ
組み合わせの分離特性を調節するのに用いることができ
るであろう。尚、これらの変化には、圧力の変化のみで
なく、カラム温度の変化あるいはカラム物理長さの変化
も含まれる。
【００５９】図１に示した三つのカラム１４，２２およ
び２４は単一システムとして示されているが、これらの
カラムのうちのどれかの代わりに直列連結された縦並び
組み合わせを用いることができる。カラム２２もしくは
２４のどちらか、または、両方の出口においてさらに分
岐を行ない、分離特性をさらに制御することができる。
【００６０】そのようなシステムは図１１に示され、Ｇ
Ｃシステム４９として表されている。この図は、図１の
システムと同じエレメントを含むが、ＦＩＤ２６の代わ
りに別の縦並び組み合わせカラムが用いられているもの
と考えることができる。図１１の下半分のエレメントは
図１に示したものと同じであるので、同じ符号で表す。
【００６１】ＧＣシステム４９は、さらに、流体抵抗６
０および６２を介して一対のバルブ５６および５８に連
結されたＴ−継手５０，５２および５４を含み、これら
のエレメントが組み合わされて第二切換え流路を形成す
る。
【００６２】そして、さらに異なる分離特性を有する別
の分析カラム６４および６６が設けられる。一対の別々
のＦＩＤ６８および７０が示されているが、両カラム６
４および６６を単一の検出器に連結することもできる。
【００６３】図１１に示したクロマトグラフシステム４
９は三つの検出器と二つの切換え流路を含む。図１のカ
ラム２２は、本質的には、同じ分離特性を有するもう一
つの部分６６によって補足されている。カラム６４は、
カラム１４および２２のどちらとも異なる分離特性を有
する。カラム６４は、カラム２２とは異なるセットの化
合物に対して高い極性を示す極性カラムであってもよ
い。
【００６４】縦並び組み合わせカラム１４，２２上で充
分に分離されない化合物のグループはカラム６４へ切り
換えられ、そこで分離される。縦並び組み合わせカラム
２２，６４は、バルブ５８と流体抵抗６２を介して加え
られる切り換え圧力を調節することによって調節するこ
とができる。もし、カラム２２と６６が同じか、もしく
は、類似の分離特性を有するならば、切り換え圧力が変
化しても、そのカラム組み合わせからの溶出ピークのパ
ターンに著しい影響を及ぼすことはないであろう。
【００６５】したがって、縦並び組み合わせカラム２
２，６４は独立的に調整することができる。しかしなが
ら、システム中の他の圧力を調節しなければ、縦並び組
み合わせカラム２２，６４の調節によって上流組み合わ
せカラム１４，２２の「調整が乱される」可能性がある
ことに留意すべきである。各カラムにおいて差圧を与え
て試料流を前進させるためには、流体抵抗３４，３６，
６０および６２を適切に設定すべきであろう。
【００６６】発明は上記を寸分違わぬ構成もしくは方法
によって限定されるものではなく、下記の特許請求の範
囲の精神および範囲から逸脱することなしにいろいろ変
化および修正してもよいと理解されるべきである。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るカラ
ム分岐および調整可能な分離特性を有するガスクロマト
グラフシステムは、キャリアガス流に乗せられた被分析
試料を供給するための入口システム、この入口システム
から前記被分析試料を受けてその成分を少なくとも部分
的に分離させるための第一クロマトグラフ分離カラム、
この第一カラムから溶出する第一グループを構成する成
分の少なくともいくつかを受けるための第二クロマトグ
ラフ分離カラム、前記第一カラムから溶出する第二グル
ープを構成する成分の少なくともいくつかを受けるため
の第三クロマトグラフ分離カラム、前記第一カラムから
溶出する試料成分を受けて、前記第一カラムから溶出す
る成分を前記第二カラムもしくは前記第三カラムのどち
らかへ選択的に導くための切換え流路、および、前記第
二および第三カラムの少なくとも一つから溶出する成分
を感知するための検出手段から成り、前記切換え流路
が、前記第一カラムを前記第二カラムに連結された第一
枝管と前記第一カラムと前記第三カラムに連結された第
二枝管とに連通させる分岐連結部、および、前記入口シ
ステムにおけるキャリアガスの圧力よりも小さい圧力で
前記第一および第二枝管内へキャリアガスを選択的に導
入する第一および第二の制御可能キャリアガス源を含
み、この切換え流路によって、前記第一制御可能キャリ
アガス源から導入されたキャリアガスにより前記被分析
試料の成分を前記第三カラム内へ導かせ、前記第二制御
可能キャリアガス源から導入されたキャリアガスにより
前記被分析試料の成分を前記第二カラム内へ導かせてい
るので、被分析試料の流路中にバルブを用いることなし
に高速精度切換えを行なうことができるため、流路中の
デッドスペースを最小限に抑えることができ、バルブ表
面で起こりえる汚染を防止することができる。
【００６８】また、切換え点における圧力が調節可能で
あって分離特性を改善することができる。この圧力を変
えることによって、分離過程に及ぼすいろいろのカラム
の影響が変えられる。この結果、ピークがもはや重なら
ないように、重なったピークを移動させることができ
る。
【００６９】さらに、本発明では、カラムの切換えをコ
ンピューター制御システムを用いて行ない、このような
精密なカラム切換え、および、圧力調整技術によって、
適切なカラムへの成分の選択的切換えが行なわれ、それ
によって、それらの分離が最適化され、ひいては、高い
キャリアガス流量で運転される短いカラムの分離能力を
いっそう効果的に利用できる。本発明のシステムは、縦
に並んだカラムの組み合わせの分離特性を調整して、成
分が溶出される時間を短縮して成分の共溶出を防止す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施例によるガスクロマトグラ
フシステムの図である。
【図２】 時間の経過につれて図１のカラム上における
例としての被分析試料の位置を示すグラフである。
【図３】 カラムの切換えを行わずに図１のシステムの
縦に並んだ第一のカラムの組み合わせから溶出する成分
の代表的なクロマトグラフ図である。
【図４】 カラムの切換えを行わずに図１のシステムの
縦に並んだ第二のカラムの組み合わせから溶出する成分
の代表的なクロマトグラフ図である。
【図５】 カラムの切換えを行って図１のシステムの縦
に並んだ第一のカラムの組み合わせから溶出する成分を
示すクロマトグラフ図である。
【図６】 カラムの切換えを行って図１のシステムの縦
に並んだ第二のカラムの組み合わせから溶出する成分を
示すクロマトグラフ図である。
【図７】 時間の経過につれての図１のシステムのカラ
ム上における実際の被分析試料の成分の位置を示すグラ
フである。
【図８】 縦に並んだカラムの組み合わせにおいて、下
流カラムの有効長が最も短いときの代表的なクロマトグ
ラフ図である。
【図９】 縦に並んだカラムの組み合わせにおいて、下
流カラムの有効長が中間の有効長であるときの代表的な
クロマトグラフ図である。
【図１０】 縦に並んだカラムの組み合わせにおいて、
下流カラムの有効長が最も長い有効長であるときの代表
的なクロマトグラフ図である。
【図１１】 直列に連結された縦に並んだカラムの組み
合わせを用いる本発明の第二実施例によるガスクロマト
グラフシステムを示す図である。
【符号の説明】
１０…ＧＣシステム、１２…入口システム、１４…第一
クロマトグラフ分離カラム、２２…第三クロマトグラフ
分離カラム、２４…第二クロマトグラフ分離カラム、２
６，２８…検出手段、３０…第二開閉バルブ、３２…第
一開閉バルブ、３４…第二流体抵抗、３６…第一流体抵
抗、３８…制御器、４９…ＧＣシステム、６４，６６…
第四，第五クロマトグラフ分離カラム、６８，７０…検
出器。
フロントページの続き (72)発明者 リチャード ダグラス サックス アメリカ合衆国 ミシガン州48103，アン アーバー，グレンダール サークル 525 (72)発明者 マイケル レスター エイカード アメリカ合衆国 ミシガン州48105，アン アーバー，ストーン ロード 2552

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャリアガス流に乗せられた被分析試料
    を供給するための入口システム、この入口システムから
    前記被分析試料を受けてその成分を少なくとも部分的に
    分離させるための第一クロマトグラフ分離カラム、この
    第一カラムから溶出する第一グループを構成する成分の
    少なくともいくつかを受けるための第二クロマトグラフ
    分離カラム、前記第一カラムから溶出する第二グループ
    を構成する成分の少なくともいくつかを受けるための第
    三クロマトグラフ分離カラム、前記第一カラムから溶出
    する試料成分を受けて、前記第一カラムから溶出する成
    分を前記第二カラムもしくは前記第三カラムのどちらか
    へ選択的に導くための切換え流路、および、前記第二お
    よび第三カラムの少なくとも一つから溶出する成分を感
    知するための検出手段から成り、前記切換え流路が、前
    記第一カラムを前記第二カラムに連結された第一枝管と
    前記第一カラムと前記第三カラムに連結された第二枝管
    とに連通させる分岐連結部、および、前記入口システム
    におけるキャリアガスの圧力よりも小さい圧力で前記第
    一および第二枝管内へキャリアガスを選択的に導入する
    第一および第二の制御可能キャリアガス源を含み、この
    切換え流路によって、前記第一制御可能キャリアガス源
    から導入されたキャリアガスにより前記被分析試料の成
    分を前記第三カラム内へ導かせ、前記第二制御可能キャ
    リアガス源から導入されたキャリアガスにより前記被分
    析試料の成分を前記第二カラム内へ導かせることを特徴
    とするカラム分岐および調整可能な分離特性を有するガ
    スクロマトグラフシステム。
  2. 【請求項２】 前記検出手段が、前記第二および第三カ
    ラムの少なくともーつから溶出する前記成分を大気へ排
    出することを特徴とする請求項１に記載のカラム分岐お
    よび調整可能な分離特性を有するガスクロマトグラフシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 前記第一および第二制御可能キャリアガ
    ス源が第一および第二開閉バルブと、第一および第二流
    体抵抗を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム
    分岐および調整可能な分離特性を有するガスクロマトグ
    ラフシステム。
  4. 【請求項４】 前記第一および第二制御可能キャリアガ
    ス源が、被分析試料を前記第一および第二制御可能キャ
    リアガス源の何方にも通過させることなしに前記被分析
    成分の流れを前記第一および第二枝管を通って導くこと
    を特徴とする請求項３に記載のカラム分岐および調整可
    能な分離特性を有するガスクロマトグラフシステム。
  5. 【請求項５】 前記第一および第二カラムは等価な分離
    特性を有するが、前記第三カラムは前記第一および第二
    カラムと異なる分離特性を有し、前記第一および第二カ
    ラムを用いて十分に分離されない前記成分の少なくとも
    どれかが前記第三カラムにより分離されることを特徴と
    する請求項１に記載のカラム分岐および調整可能な分離
    特性を有するガスクロマトグラフシステム。
  6. 【請求項６】 さらに、前記第一カラム中への前記被分
    析試料の注入を制御し、前記被分析試料の前記第一成分
    グループを前記第二カラムへ導かせ、前記被分析試料の
    前記第二成分グループを前記第三カラムへ導かせるため
    の前記第一および第二制御可能キャリアガス源を制御す
    るための制御器を設けたことを特徴とする請求項１に記
    載のカラム分岐および調整可能な分離特性を有するガス
    クロマトグラフシステム。
  7. 【請求項７】 さらに、前記第二カラムもしくは前記第
    三カラムから溶出する前記被分析物の成分を受ける第四
    および第五のクロマトグラフ分離カラムを含み、前記第
    二もしくは前記第三カラムから溶出する成分を前記第四
    もしくは第五カラムのどちらかへ選択的に導くための第
    二切換え流路を有することを特徴とする請求項１に記載
    のカラム分岐および調整可能な分離特性を有するガスク
    ロマトグラフシステム。
  8. 【請求項８】 前記切換え流路が前記第二および第三カ
    ラムの両方に前記キャリアガスを通す一方、前記被分析
    試料は前記第二もしくは第三カラムのいずれか一つを通
    って導かれることを特徴とする請求項１に記載のカラム
    分岐および調整可能な分離特性を有するガスクロマトグ
    ラフシステム。
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