JPH07218490A - 水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグ
ラフにおいて、簡単な構成でありながら、最適な条件で
成分分離を行い、最適な検出感度で成分の検出が可能な
ガスクロマトグラフを実現する。 【構成】試料の成分をキャリヤガスにより分離するキャ
ピラリーカラム３の入口にキャリヤガス流路３０からキ
ャリヤガスが一定量供給され、水素炎イオン化検出器１
において、キャピラリーカラム３で分離された試料の成
分が水素炎を用いて検出される。また、水素ガス流路１
０から水素が、空気流路２０から空気が、水素炎イオン
化検出器１へそれぞれ一定量供給される。さらに、空気
流路２０から水素ガス流路１０に連通する追加ガス流路
４０により、水素の流量と同程度の流量の空気が追加ガ
スとしてキャピラリーカラム３出口に追加供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の成分をキャリヤ
ガスによって分離して検出するガスクロマトグラフに係
わり、特に水素炎を用いてその成分を検出する水素炎イ
オン化検出器を備えたガスクロマトグラフに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフは石油、石油化学を
はじめ、医薬や製薬、食品、環境分析、学校や研究機関
などの広い分野で使用されている。中でも石油関係の分
野では、一社で数百台使用されることも珍しくない。ま
た、ガスクロマトグラフの中でも水素炎イオン化検出器
（ＦＩＤと呼ばれることもある）を備えたものが多く使
用されており、全体の約７０％程度を占めている。この
水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフは、
カラム中で試料の成分をキャリヤガスによって分離し、
水素炎イオン化検出器において水素炎を形成し水素の接
触酸化によってその成分をイオン化させ、それ基づくイ
オン電流をコレクタ電極より検出するものである。

【０００３】このような水素炎イオン化検出器を備えた
ガスクロマトグラフに使用されるカラムとしては、近年
キャピラリーカラムが多く使用されるようになってい
る。キャピラリーカラムを使用して成分の分離を行う場
合においては、例えばヘリウム（以下、Ｈｅと記す）等
のキャリヤガスの流量は通常１ｍｌ／ｍｉｎが適切であ
り、かつ水素炎イオン化検出器の性能はキャリヤガス流
量と水素ガスの流量がほぼ同一の時に、検出の感度が最
高となり、安定して検出することが可能である。

【０００４】しかし、水素炎の形成のためには２０ｍｌ
／ｍｉｎ〜４０ｍｌ／ｍｉｎの流量の水素ガスが必要で
あり、水素ガスの流量がキャリヤガスの流量と同じ１ｍ
ｌ／ｍｉｎでは微量すぎて点火することができない。逆
に、キャリヤガスの流量を水素ガスの流量と同等の２０
〜４０ｍｌ／ｍｉｎにすると、分離能力は著しく低下す
る。

【０００５】従って、従来では、キャピラリーカラムの
使用時には、キャリヤガスの流量を１ｍｌ／ｍｉｎ、水
素ガスの流量を２０〜４０ｍｌ／ｍｉｎとし、例えば窒
素ガス等を追加ガス（メイクアップガス）としてキャピ
ラリーカラムの出口に２０〜４０ｍｌ／ｍｉｎ程度供給
する。これによって、最適な条件で成分分離が行われ、
最適な検出感度により、成分の検出が可能となる。この
追加ガスとしては、価格の安い窒素ガスを用いる場合の
他、Ｈｅ等のキャリヤガスと同じガスを用いる場合もあ
る。

【０００６】但し、キャピラリーカラムを使用せずに、
キャピラリーカラムよりも充分に太い充填カラムを使用
する場合は、キャリヤガスの流量が２０〜３０ｍｌ／ｍ
ｉｎ程度であるので、上記のような追加ガスがなくても
分離能力を低下させずに水素炎の形成が可能となる。

【０００７】また、キャピラリーカラムを使用するもの
ではないが、水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマ
トグラフに関する他の従来技術として、特開平５−１４
２１９９号公報や特開昭５９−２０２０５６号公報に記
載のものがある。前者は、水素炎点火時の検出器への流
入空気量の減少、及び燃焼時の検出器への流入空気量の
増加を再現性よく制御するため、空気の流路を二つに分
けてその一方に弁を設け、この弁を開閉することにより
流入空気量を増減させるものである。また、後者は、水
素炎利用の検出器において、水素炎が消炎した時、これ
を自動的に点火させるものであって、構造の簡素化と機
能の低下の防止のため、白金コイルを水素炎の消炎の感
知と水素炎の点火のための両方に利用するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】水素炎イオン化検出器
を備えたガスクロマトグラフにキャピラリーカラムを使
用する場合には、検出能力の低下を防止するために前述
のような追加ガスが必要である。従って、この追加ガス
を供給するためにガスボンベや流量調節器等を含んだ配
管類が必要となって流路構成が複雑化し、その保守のた
めの費用や設備費が高くなると共に、消耗品である追加
ガスのコストが加算され、コスト高となっていた。ま
た、Ｈｅ等のキャリヤガス、燃焼ガスとしての水素ガ
ス、助燃ガスとしての空気、更に追加ガスとしての窒素
ガスの４つのガス供給経路が必要であり、流量設定等の
操作が複雑であった。

【０００９】また、特開平５−１４２１９９号公報に記
載の従来技術は、水素炎点火時において、助燃ガスであ
る空気量の増減の再現性を改善したものであり、また、
特開昭５９−２０２０５６号公報に記載の従来技術は、
水素炎の消炎の感知とその再点火のための構成を簡素化
したものであり、これら従来技術にはキャピラリーカラ
ムを使用することは特定されておらず、検出感度向上の
ために追加ガスを使用する事項は記載されていない。従
って、上記のような問題点も存在せず、当然その解決策
も講じられていない。

【００１０】本発明の目的は、簡単な構成でありなが
ら、最適な条件で成分分離を行い、最適な検出感度で成
分の検出を行うことが可能な水素炎イオン化検出器を備
えたガスクロマトグラフを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、試料の成分をキャリヤガスによっ
て分離するキャピラリーカラムと、このキャピラリーカ
ラム入口に前記キャリヤガスを一定量供給するキャリヤ
ガス流路と、キャピラリーカラムで分離された試料の成
分を水素炎を用いて検出する水素炎イオン化検出器と、
この水素炎イオン化検出器へ水素を一定量供給する燃焼
ガス流路と、水素炎イオン化検出器へ水素を助燃する空
気を一定量供給する助燃ガス流路とを有する水素炎イオ
ン化検出器を備えたガスクロマトグラフにおいて、水素
の流量と同程度の流量の空気を助燃ガス流路からキャピ
ラリーカラム出口に追加供給する追加ガス流路を有する
ことを特徴とする水素炎イオン化検出器を備えたガスク
ロマトグラフが提供される。

【００１２】上記水素炎イオン化検出器を備えたガスク
ロマトグラフにおいて、好ましくは、追加ガス流路が、
それを通過する空気の流量を前記燃焼ガス流路の流量と
同程度の流量に制限する流量制限管を有する。

【００１３】また、上記水素炎イオン化検出器を備えた
ガスクロマトグラフにおいて、好ましくは、追加ガス流
路が、それを通過する空気の流量を調節可能な流量調節
器を有し、この流量調節器により空気の流量を燃焼ガス
流路の流量と同程度の流量に設定する。

【００１４】

【作用】上記のように構成した本発明においては、助燃
ガス流路からキャピラリーカラム出口に連通する追加ガ
ス流路を介して水素の流量と同程度の流量の空気をキャ
ピラリーカラム出口に追加ガスとして供給する。即ち、
本発明では、本来助燃ガスとして使用されている空気中
に約８０％の窒素が含まれていることに注目し、この空
気中の窒素を追加ガスとして利用する。これにより、従
来のようにガスボンベや流量調節器等を含んだ追加ガス
用の配管類を特別に設ける必要がなくなり、簡単な構成
でありながら最適な検出感度で成分の検出が可能とな
る。

【００１５】また、追加ガスとしての空気が通過する追
加ガス流路に流量制限管を備え、追加ガス流路を通過す
る空気の流量を燃焼ガス流路の流量と同程度の流量にす
ることにより、燃焼ガス、即ち水素ガス流量と空気中の
窒素の流量とをほぼ同じにすることができ、水素炎イオ
ン化検出器の検出感度が最適な状態の水素炎の形成が可
能となる。

【００１６】さらに、追加ガス流路に流量調節器を備え
ても、追加ガス流路を通過する空気の流量を燃焼ガス流
路の流量と同程度の流量にすることができ、水素炎イオ
ン化検出器の検出感度が最適な状態の水素炎の形成が可
能となる。

【００１７】

【実施例】本発明による水素炎イオン化検出器を備えた
ガスクロマトグラフの一実施例について、図１から図４
を参照しながら説明する。

【００１８】まず、本実施例のガスクロマトグラフの構
成を説明する。図１に示すように、本実施例のガスクロ
マトグラフは、試料の成分を水素炎を用いて検出する水
素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）１、イオン化検出器１に
供給される燃焼ガス（水素ガス）及び助燃ガス（空気）
の流量を調節するＦＩＤガス流量調節部２、試料の成分
をキャリヤガスによって分離するキャピラリーカラム
３、キャピラリーカラム３を一定温度に保持するカラム
恒温槽４、キャピラリーカラム３に供給されるキャリヤ
ガスの流量を調節するキャリヤガス流量調節部５を有す
る。キャピラリーカラム３の入口には試料注入部６が設
けられており、さらに試料注入部６下部には試料−キャ
リヤガス分割流路７が設けられている。

【００１９】ＦＩＤガス流量調節部２は、水素炎イオン
化検出器１に連通する水素ガス流路１０及び空気流路２
０を備え、水素ガス流路１０には水素ガス取り入れ口１
１、水素ガス流量調節器１２、水素ガス圧力計１３、水
素ガス流量制限管１４が取り付けられ、空気流路２０に
は空気取り入れ口２１、空気流量調節器２２、空気圧力
計２３、空気流量制限管２４が取り付けられている。水
素ガス取り入れ口１１には図示しない水素ガスボンベが
接続され、その水素ガスボンベから燃焼ガスとして水素
が供給される。また、空気取り入れ口２１からは助燃ガ
スとして外部から直接空気が取り込まれるが、空気ボン
ベを空気取り入れ口２１に接続して空気を供給してもよ
い。

【００２０】キャリヤガス流量調節部５は試料注入部６
に連通するキャリヤガス流路３０を備え、キャリヤガス
流路３０にはキャリヤガス取り入れ口３１、キャリヤガ
ス流量調節器３２、キャリヤガス圧力計３３が取り付け
られている。キャリヤガス取り入れ口３１には図示しな
いＨｅガスボンベが接続され、そのＨｅガスボンベから
キャリアガスとしてＨｅガスが供給される。

【００２１】また、ＦＩＤガス流量調節部２において、
空気流路２０の空気流量制限管２４の上流側から水素ガ
ス流路１０の水素ガス流量制限管１４の下流側（水素炎
イオン化検出器１の水素ガスの供給側）に連通する追加
ガス流路４０が設けられており、この追加ガス流路４０
には固定流量制限管４１が設けられている。

【００２２】次に、本実施例のガスクロマトグラフの動
作の説明をする。まず、キャリヤガス取り入れ口３１よ
りキャリヤガスであるＨｅを流入させ、キャリヤガス流
量調節器３２によってキャリアガスの流量が所定の流量
になるよう調節し、キャピラリーカラム３入口に供給す
る。また、キャリヤガス圧力計３３にその時のキャリヤ
ガスの圧力を表示させる。次に、水素炎イオン化検出器
１の温度を一定に保つと共に試料注入部７及びカラム恒
温槽４の温度を一定に保つ。そして、試料注入部７より
試料を注入し、キャピラリーカラム３においてその成分
をキャリヤガスにより分離する。

【００２３】一方、空気取り入れ口２１より助燃ガスと
しての空気を流入させ、空気流量調節器２２によって空
気の流量が所定の流量になるよう調節し、空気圧力計２
３にその圧力を表示させる。また、水素ガス取り入れ口
１１より燃焼ガスとしての水素ガスを流入させ、水素ガ
ス流量調節器１２によって水素ガスの流量が所定の流量
になるよう調節し、水素ガス圧力計２３にその圧力を表
示させる。但し、空気流路２０より供給される空気の圧
力は空気流量制限管２４により決定され、水素ガス流路
１０より供給される水素の圧力は水素ガス流量制限管１
４により決定される。そして、空気流量制限管２４を通
過した空気及び水素ガス流量制限管１４を通過した水素
ガスを水素炎イオン化検出器１のキャピラリーカラム３
出口に供給し、水素炎を形成する。この時の水素の接触
酸化によってキャピラリーカラム３で分離された試料の
成分をイオン化させ、それ基づくイオン電流を水素炎イ
オン化検出器１中に設けられた図示しないコレクタ電極
より検出する。

【００２４】ところで、本実施例においては、キャピラ
リーカラムを使用するため、前述のようにキャリヤガ
ス、即ちＨｅの流量は通常１ｍｌ／ｍｉｎが適切であ
り、かつ水素炎イオン化検出器の性能はキャリヤガス流
量と水素ガスの流量がほぼ同一の時に、検出の感度が最
高となり、安定して検出することが可能である。しか
し、水素炎の形成のためには２０ｍｌ／ｍｉｎ〜４０ｍ
ｌ／ｍｉｎの流量の水素ガスが必要であり、水素ガスの
流量がキャリヤガスの流量と同じ１ｍｌ／ｍｉｎでは微
量すぎて点火することができない。逆に、キャリヤガス
の流量を水素ガスの流量と同等の２０〜４０ｍｌ／ｍｉ
ｎにすると、分離能力は著しく低下する。

【００２５】このため、本実施例では、空気流路２０の
空気の一部を追加ガス流路４０に流し、固定流量制限管
４１によってその流量を水素ガスの流量と同程度の２０
〜４０ｍｌ／ｍｉｎ程度に設定し、この空気を追加ガス
（メイクアップガス）として水素ガス流路１０の水素ガ
スと共にキャピラリーカラムの出口に供給する。そし
て、キャリヤガスの流量を１ｍｌ／ｍｉｎに設定する。
これによって分離能力を低下させずに水素炎の形成を可
能にしている。つまり、本来助燃ガスとして空気流路２
０を流れる空気中に約８０％の窒素が含まれていること
に注目し、この空気中の窒素を追加ガスとして利用する
ものであり、水素ガスの流量が約３０ｍｌ／ｍｉｎの場
合には、約４０ｍｌ／ｍｉｎの空気を追加ガス流路４０
及び固定流量制限管４１を介して流すと、水素ガスの流
量とほぼ同じ約３０ｍｌ／ｍｉｎの窒素が追加ガスとし
て供給されることになる。正確には、水素ガスの流量の
１．２５倍の空気を追加ガスとして追加ガス流路４０に
流せばよい。尚、追加ガス流路４０には固定流量制限管
４１に代えて流量調節器を取り付けてもよいし、固定流
量制限管４１と流量調節器の両方を取り付けて両者を併
用してもよい。

【００２６】この時、空気流路２０と追加ガス流路４０
の流量の比は空気流量制限管２４と固定流量制限管４１
の抵抗値で決まる。通常、水素炎イオン化検出器１では
約３００〜５００ｍｌ／ｍｉｎの空気を助燃ガスとして
使用されるので、追加ガス流路４０の流量を約４０ｍｌ
／ｍｉｎにするためには、空気流量制限管２４と固定流
量制限管４１の抵抗値を、これらの流量に基づいて選定
すればよい。また、このようにして決定された追加ガス
流路４０の流量は再現性が良好である。

【００２７】また、図１においては、追加ガス流路４０
が水素ガス流路１０に接続されているが、上記追加ガス
流路４０を直接キャピラリーカラム３出口に接続しても
よい。

【００２８】次に、本実施例と異なり追加ガス用の配管
類を特別に設ける従来のガスクロマトグラフについて図
２により説明する。但し、図２において、図１と同等の
部材には同じ符号を付してある。

【００２９】図２に示すガスクロマトグラフにおいて
は、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）１、ＦＩＤガス流
量調節部２ａ、キャピラリーカラム３、カラム恒温槽
４、キャリヤガス流量調節部５に加え、追加ガス流量調
節部８を有する。追加ガス流量調節部８は水素ガス流量
制限管１４の下流側に連通する追加ガス流路５０を備
え、追加ガス流路５０には追加ガス取り入れ口５１、追
加ガス流量調節器５２が取り付けられている。追加ガス
取り入れ口５１には図示しない窒素ガスボンベが接続さ
れ、その窒素ガスボンベから追加ガスとして窒素ガスが
供給される。また、ＦＩＤガス流量調節部２ａには、図
１のような追加ガス流路４０や固定流量制限管４１は設
けられていない。そして、追加ガスとしての窒素ガスを
追加ガス取り入れ口５１より流入させ、その流量を追加
ガス流量調節器５２によって２０〜４０ｍｌ／ｍｉｎ程
度の所定の流量になるよう調節し、水素ガス流路１０の
水素ガスと共にキャピラリーカラムの出口に供給する。
これによって、前述のように最適な感度により、成分検
出を可能にしている。

【００３０】このような従来のガスクロマトグラフで
は、追加ガスとしての窒素ガスを供給するために、追加
ガス流路５０や追加ガス流量調節器５２等を含む追加ガ
ス流量調節部８のための配管類、及び窒素ガスボンベ等
が必要となって流路構成が複雑化し、その保守ための費
用や設備費が高くなると共に、消耗品である窒素ガス等
の追加ガスのコストが加算され、コスト高となってい
た。また、Ｈｅ等のキャリヤガス、燃焼ガスとしての水
素ガス、助燃ガスとしての空気、更に追加ガスとしての
窒素ガスの４つのガス供給経路が必要であり、流量設定
等の操作が複雑であった。

【００３１】これに対し、本実施例では、空気流路２０
から水素の流量と同程度の流量の窒素ガスを有する空気
を追加ガスとしてキャピラリーカラム３出口に供給する
追加ガス流路４０及び固定流量制限部４１のみ必要であ
り、流量調節部２に追加ガスを供給する構成を含めてガ
スボンベや追加ガス用の配管類を特別に設ける必要がな
い。従って、簡単な構成でありながら、最適な条件で成
分分離を行い、最適な検出感度で成分の検出が可能な水
素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフを実現
できる。また、使用すべきガスの種類が少なくなるの
で、流量設定等の操作が容易になる。また、本実施例の
ガスクロマトグラフは、図２のような既存のガスクロマ
トグラフの追加ガス流量調節部８を廃止し、追加ガス流
路４０及び固定流量制限管４１等を付加するだけで容易
に製作することができる。

【００３２】図３及び図４は市販のトルエン（特級）の
不純物ピークを水素炎イオン化検出器を備えたガスクロ
マトグラフにより測定した例を示す図であって、図３は
本実施例のガスクロマトグラフによって測定した例、図
４は図２に示した従来のガスクロマトグラフによって測
定した例である。図中、最大のピークがトルエンのピー
クであり、その他の小さいピークが不純物ピークであ
る。図３及び図４から明かなように、本実施例のガスク
ロマトグラフによれば、従来のガスクロマトグラフと同
等の検出能力が得られる。

【００３３】以上のような本実施例によれば、空気流路
２０から追加ガス流路４０を介して水素の流量と同程度
の流量の空気を追加ガスとしてキャピラリーカラム３出
口に供給するので、追加ガスのための特別な配管類等が
必要なくなり、簡単な構成でありながら、最適な検出感
度で成分の検出が可能なガスクロマトグラフを実現する
ことができる。これにより、追加ガスの配管類の保守費
用や設備費が必要なくなり、消耗品である窒素ガス等の
追加ガスがいらなくなるのでコストダウンを図ることが
できる。また、使用すべきガスの種類が少なくなるの
で、流量設定等の操作が容易になると共に、流路の構成
が簡単になって装置のスペースを縮小でき、必要な部品
点数も減少して装置の保守性が向上する。

【００３４】また、本実施例のガスクロマトグラフは、
既存のガスクロマトグラフに若干の改造を施すだけで容
易に製作することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、助燃ガス流路から追加
ガス流路を介して水素と同程度の流量の空気を追加ガス
としてキャピラリーカラム出口に供給するので、追加ガ
スのための特別な配管類等を必要とせず、簡単な構成で
ありながら、最適な検出感度で成分を検出できるガスク
ロマトグラフを実現できる。これにより、追加ガスの配
管類の保守費用や設備費が必要なくなり、消耗品である
追加ガスがいらなくなるのでコストダウンを図ることが
できる。また、使用すべきガスの種類が少なくなるの
で、流量設定等の操作が容易になると共に、流路の構成
が簡単になって装置のスペースを縮小でき、必要な部品
点数も減少して装置の保守性が向上する。

【００３６】また、本発明のガスクロマトグラフは既存
の装置に若干の改造を施すだけで容易に製作することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガスクロマトグラフの
全体概略構成を示す図である。

【図２】追加ガス用の配管類を特別に設ける従来のガス
クロマトグラフの全体概略構成を示す図である。

【図３】市販のトルエンの不純物ピークを図１に示すよ
うなガスクロマトグラフによって測定した例を示す図で
ある。

【図４】市販のトルエンの不純物ピークを図２に示すよ
うなガスクロマトグラフによって測定した例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ） ２ ＦＩＤガス流量調節部 ３ キャピラリーカラム ５ キャリヤガス流量調節部 ６ 試料注入部 １０ 水素ガス流路 １２ 水素ガス流量調節器 １４ 水素ガス流量制限管 ２０ 空気流路 ２２ 空気流量調節器 ２４ 空気流量制限管 ３０ キャリヤガス流路 ３２ キャリヤガス流量調節器 ４０ 追加ガス流路 ４１ 固定流量制限管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の成分をキャリヤガスによって分離
   するキャピラリーカラムと、前記キャピラリーカラム入
   口に前記キャリヤガスを一定量供給するキャリヤガス流
   路と、前記キャピラリーカラムで分離された試料の成分
   を水素炎を用いて検出する水素炎イオン化検出器と、前
   記水素炎イオン化検出器へ水素を一定量供給する燃焼ガ
   ス流路と、前記水素炎イオン化検出器へ前記水素を助燃
   する空気を一定量供給する助燃ガス流路とを有する水素
   炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフにおい
   て、 前記水素の流量と同程度の流量の空気を前記助燃ガス流
   路から前記キャピラリーカラム出口に追加供給する追加
   ガス流路を有することを特徴とする水素炎イオン化検出
   器を備えたガスクロマトグラフ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の水素炎イオン化検出器を
   備えたガスクロマトグラフにおいて、前記追加ガス流路
   は、それを通過する空気の流量を前記燃焼ガス流路の流
   量と同程度の流量に制限する流量制限管を有することを
   特徴とする水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマト
   グラフ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の水素炎イオン化検出器を
   備えたガスクロマトグラフにおいて、前記追加ガス流路
   は、それを通過する空気の流量を調節可能な流量調節器
   を有し、この流量調節器により空気の流量を前記燃焼ガ
   ス流路の流量と同程度の流量に設定することを特徴とす
   る水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフ。