JPH1078420A - ガス状試料注入器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱によるゴーストガスの発生が起こりにく
く、また移送中にガス状試料の温度が低下して高沸点成
分がシリンジ内面等に付着、吸着されることもないよう
なガス状試料注入器を提供する。 【解決手段】 試料が挿入された試料保持容器４０をシ
リンジ２５内へ配し、加熱機能を備える本体ケース１０
の内部にシリンジ２５を固定する。温調器２０を操作し
て本体ケース１０内の温度を上げ、試料を気化させる。
こうしてガス状試料が得られたら、ニードル２９を分析
装置の試料注入口に差し込み、装置内へガス状試料を注
入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスクロマトグラ
フ等の分析装置にガス状試料を注入するためのガス状試
料注入器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）
やガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）等の
分析装置を用いて固体試料の分析を行なう場合には、例
えば、固体試料をガラス容器に入れ、その容器の試料挿
入口をセプタム等の密封栓により密封した後、その容器
をヒータ等の加熱手段により加熱して容器中に試料の気
−固相平衡状態を作り出し、容器上部の気相空間（ヘッ
ドスペース）に溜まったガス状試料をガスタイトシリン
ジ等により分取してＧＣ等の分析装置まで移送し、分析
装置の試料注入口から装置内部へ注入する、という方法
が用いられる。

【０００３】このような方法は固体試料の分析において
だけでなく、例えばゲル状の試料やペースト状の試料の
ように、そのままではシリンジで分取及び注入すること
が困難であるような試料の分析を行なう場合にも用いら
れる。以下、本明細書において「固体試料」というとき
は、通常の意味での固体試料だけでなく、ゲル状試料や
ペースト状試料等も含むものとする。

【０００４】上記方法では、ガラス容器から分析装置ま
での移送中にシリンジ中のガス状試料の温度が低下して
そのガス状試料に含有される高沸点成分の沸点を下回る
と、その高沸点成分の一部又は全部が液化又は固化して
シリンジの内面に付着、吸着される。このようになる
と、その成分については正しい定性結果が得られなくな
る。更に、もし上記高沸点成分の大部分がシリンジ内に
残留してしまうと、その成分のうち分析装置に注入され
る分量が検出器の検出限界を下回り、定量分析において
も正しい結果が得られなくなる。従って、移送中にシリ
ンジを適宜加熱してその温度を十分高い温度に維持する
ための手段が必要となる。

【０００５】ガラス容器等に挿入された固体試料を加熱
して容器中のヘッドスペースに溜まったガス状試料をシ
リンジで分取し、そのシリンジを加熱した状態でＧＣ等
の試料注入口まで移送する装置としては、一般にヘッド
スペースサンプラーと呼ばれる装置が従来より知られて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ヘッドスペースサ
ンプラーに用いられるガラス容器の試料挿入口を密封す
るための密封栓（セプタム）には、シリコンゴムやテフ
ロン膜等からなるものが一般に用いられている。ところ
が、このようなセプタムは、その温度が高くなると、分
析の目的のガスとは異なるガス（ゴーストガス）を発生
するようになる。このようなゴーストガス（特に有機成
分のガス）が分析の目的試料とともに分析装置の内部へ
注入されると、クロマトグラムに不正なピークが現われ
たり、ベースラインが変動したりする。また、定性分析
や定量分析の結果にも誤差が生じるため、含有成分の同
定を正しく行なうことができなくなる。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、固体試
料を加熱したときに試料から発生するガスを分取して分
析装置に注入するためのガス状試料注入器において、試
料の加熱中に不正なガスが発生してガス状試料に混入す
るということがなく、また移送中にガス状試料の温度が
低下して高沸点成分がシリンジ内面等に付着、吸着され
ることもないようなガス状試料注入器を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係るガス状試料注入器は、 a)プランジャと、該プランジャが挿入されるシリンダ
と、該シリンダの先端に固定された先端チップと、該先
端チップの通気口を密封するための密封手段とを有する
シリンジと、 b)上記シリンダ内に配される試料保持容器と、 c)その内部に上記シリンジのシリンダが収納される加熱
容器と、 d)上記加熱容器内の温度を上昇させるための加熱手段
と、を備えることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】シリンジは、例えばガラス製のシ
リンダに先端チップを固定したものを用いる。先端チッ
プは例えばルアーロック型とし、そこにニードルが装着
されるようにする。先端チップの通気口を密封するため
の密封手段としては、例えば先端チップの通気口を開閉
するためのコックや、先端チップに着脱される密封栓等
が利用できる。試料保持容器はテフロン、カルレッツ材
（耐高温用）、金属（ＳＵＳ３０４）等の材料で作成
し、その形状は例えばシリンジの内径よりも小さい外径
を有する円筒形とする。加熱容器は、例えばヒンジ機構
を有する開閉可能な金属製ケースとする。上記シリンジ
を加熱容器内に収納したときにシリンジの先端チップ及
びプランジャが加熱容器から外へ出るようにするため
に、加熱容器には先端チップ用の開口とプランジャ用の
開口を設けるようにする。加熱手段は、例えば加熱容器
内に配設されたヒータ等から成るようにする。

【００１０】本発明に係るガス状試料注入器の使用法は
次の通りである。まず、使用保持容器に試料を挿入した
後、その試料保持容器をシリンジのシリンダ内に配す
る。次に、このシリンジのシリンダを加熱容器内に収納
し、密封手段により先端チップの通気口を密封する。そ
して、加熱手段を操作し、加熱容器内の温度を上昇させ
ると、シリンダ内では、温度に応じた試料の気−固相平
衡状態が生成される。この状態を十分な時間保持した
後、先端チップにニードルを装着し、シリンジの密封状
態及び加熱状態を維持したまま加熱容器を分析装置まで
移送する。そして、上記ニードルを分析装置の試料注入
口に挿入し、密封手段を操作してシリンジの密封状態を
解除し、プランジャをシリンジ内へ一杯に押し込んで、
シリンダ内のガス状試料を分析装置内へ注入する。

【００１１】本発明に係るガス状試料注入器は、分析装
置の試料注入口からガス状試料を注入するためのガス状
試料自動注入装置の一部として用いることも可能である
が、使用者が手動で試料を注入するための注入器として
も使用可能である。後者の場合、加熱容器の表面温度が
過度に上昇するのを防止するために、例えば加熱容器内
には断熱材が充填されるような構成とすることが望まし
い。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、固体試料の加熱、移送
及び注入の全行程を同一の器具により行なうことができ
るため、分析作業が簡素化されるだけでなく、移送中で
もシリンジを加熱して一定温度に保持することができる
ため、移送中にガス状試料の温度が低下して高沸点成分
がシリンジ内面に付着、吸着されるという事態も生じな
い。また、加熱用のガラス容器からガス状試料を分取す
るという行程が不要となるため、ガラス容器の密封栓か
ら発生するガス状成分に起因する誤差がなくなり、従来
よりも正確で再現性の高い分析を行なうことができるよ
うになる。

【００１３】なお、シリンダ内へ試料を挿入するために
試料保持容器を用いているため、試料はシリンダの内部
に直接には接触しない。従って、試料がシリンダ内に残
留してその後の分析に悪影響を及ぼすということはな
い。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係るガス状試料注入器の一実
施例の斜視図である。

【００１５】まず、本体ケース１０について説明する。
本体ケース１０は、アルミ等の金属で作成された上部ケ
ース１１及び下部ケース１２を蝶番１３、１３で連結す
ることにより構成された開閉可能なケースである。上部
ケース１１はその両端面の下部に半円状の切り込みを有
する一方、下部ケース１２はその両端面の上部に半円状
の切り込みを有している。これらの半円状の切り込み
は、本体ケース１０が閉じられたときその両端面におい
て円形の開口を構成するようになっている。上部ケース
１１及び下部ケース１２にはグラスウール等の断熱材１
４、１４と、ニクロム線等から成る図示せぬヒータとが
配設されている。また、上部ケース１１又は下部ケース
１２の内部には図示せぬ温度センサが配設されている。

【００１６】上記ヒータ及び温度センサはそれぞれヒー
タリードワイヤ１５及びセンサリードワイヤ１６により
温調器２０に接続されている。温調器２０には温度設定
ツマミ２１、温度表示窓２２が設けられている。また、
温調器２０の電源コード２３は図示せぬ電源に接続され
る。

【００１７】次に、シリンジ２５について説明する。ガ
ラス製のシリンダ２６にはコック２７を有する先端チッ
プ２８が固定されている。先端チップ２８はテフロン、
金属（ＳＵＳ３０４等）等の材料で作成されている。先
端チップ２８はルアーロック型であり、ここにニードル
２９が装着されている。また、コック２７にはコック回
転ツマミ３０が装着されている。コック回転ツマミ３０
は、本体ケース１０を閉じた状態でも外から操作できる
ように十分な長さを有している。

【００１８】上記において、先端チップ２８を金属製と
する場合、ゴーストガスの主要な発生源の一つである接
着剤を使用しない焼きばめ等の方法により先端チップ２
８をシリンダ２６に固定するようにすれば、よりゴース
トの少ない良好なデータが得られるようになる。

【００１９】上記シリンダ２６の内部には、プランジャ
３１のプランジャヘッド３２が挿入されている。プラン
ジャヘッド３２もテフロン等の材料で作成されている。
プランジャ３１の後端にはプランジャツマミ３３が固定
されている。

【００２０】シリンジ２５はリング状の固定金具３５及
び３６により下部ケース１２に保持、固定されている。
図２はシリンジ２５が固定された下部ケース１２を上か
ら見た図である。先端チップ２８及びシリンダ２６の後
端においてそれぞれシリンジ２５を保持している固定金
具３５及び３６はツメ３７及び３８を介して下部ケース
１２にネジ止めされている。なお、ガス状試料の吸引時
に誤ってプランジャ３１をシリンダ２６から引き抜いて
しまうという事態を防止するため、固定金具３６の開口
３９の内径はプランジャヘッド３２の直径よりも小さく
なっている。

【００２１】シリンジ２５の内部には試料保持容器４０
が配されている。図３は試料保持容器４０を示してお
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面から見た断面図であ
る。図３からわかるように、試料保持容器４０は両端に
開口４１ａ及び４１ｂを有する円筒形の容器である。試
料保持容器４０の内部には気化室４２が設けられてお
り、ここへ試料４３が開口４１ａ又は４１ｂから挿入さ
れる。

【００２２】以上のような構成を有する本実施例のガス
状試料注入器の使用法は例えば次の通りである。

【００２３】まず、シリンジ２５及び試料保持容器４０
を９９．９９９９Ｎ₂ガス等で予め洗浄しておく。洗浄
が終わったら試料保持容器４０に試料を挿入し、その試
料保持容器４０をシリンジ２５内に配置する。そして、
シリンジ２５を固定金具３５及び３６を用いて下部ケー
ス１２に固定し、本体ケース１０を閉じる。こうしてシ
リンジ２５が本体ケース１０の内部に固定されたら、清
浄な希釈ガス（９９．９９９９Ｈｅ、Ｎ₂等）の供給源
にシリンジ２５の先端チップ２８を接続し、プランジャ
３１をストローク一杯に引いて希釈ガスをシリンジ２５
内に吸引し、コック回転ツマミ３０を操作してコック２
７を閉じ、先端チップ２８の通気口を閉じる。そして、
温調器２０の温度設定ツマミ２１を操作して図示せぬヒ
ータの温度を上昇させる。このとき温調器２０は図示せ
ぬ温度センサの出力信号に基づいて本体ケース１０内の
温度を検出し、その値を温度表示窓２２に表示する。使
用者は表示された温度を確認しながら温度設定ツマミ２
１を適宜操作し、本体ケース１０内の温度を所望の温度
（例えば１５０℃）にまで上昇させる。

【００２４】その後、温度の上昇に伴って試料保持容器
４０内の試料が気化する。こうして発生するガス状試料
は試料保持容器４０の両開口４１ａ及び４１ｂを通って
シリンジ２５内へ拡散する。このようにして、シリンジ
２５内には温度に応じた試料の気−固相平衡状態が形成
される。

【００２５】加熱開始時点から所定時間（例えば３０分
〜１時間）が経過したら、シリンジ２５を密封状態に保
ったまま本体ケース１０を適宜揺動させる。すると、シ
リンジ２５内で試料保持容器４０が往復運動するため、
シリンジ２５内のガス状試料は攪拌され、シリンジ２５
内に均一に拡散する。充分にガス状試料が攪拌された
ら、シリンジ２５の先端チップ２８にニードル２９を取
り付け、図示せぬ分析装置の試料注入口にニードル２９
を差し込み、先端チップ２８のコック２７を開き、プラ
ンジャ３１を押し込んでシリンジ２５内のガス状試料を
分析装置の内部へ注入する。

【００２６】本実施例において、様々な大きさ（容積）
の試料保持容器を用意しておけば、試料保持容器を適宜
選択することによりガス状試料の注入量を調節すること
ができるようになる。

【００２７】図４は本発明に係るガス状試料注入器の別
の実施例の概略構成図である。

【００２８】まず、本実施例において、シリンジ及び試
料保持容器以外の構成要素及びその作用は先の実施例と
同様である。

【００２９】次に、シリンジ５０について説明する。シ
リンダ５１の先端に固定された先端チップ５２はルアー
ロック型であるが、コックを有しておらず、代わりに先
端チップ５２に装着される密封栓５３が備えられてい
る。また、プランジャ５４にはシリンダ５１内部に封入
された気体の体積を示す目盛りが刻まれている。

【００３０】本実施例においては、プランジャ５４の先
端に固定されたプランジャヘッド５５は試料保持容器と
しても機能する。図５はプランジャヘッド５５を示して
おり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面からみた断面図で
ある。図に示したように、プランジャヘッド５５の先端
面には開口５６が設けられており、ここからプランジャ
ヘッド５５の内部に設けられた気化室５７へ試料が挿入
される。

【００３１】シリンダ５１の内面とプランジャヘッド５
５の側面との間の気密性を高めるために、プランジャヘ
ッド５５の側面はテフロン膜５８により被覆されてい
る。ここで、プランジャヘッド５５のテフロン膜５８で
被覆された部分のうちシリンダ５１内のガスが封入され
る空間に露出している部分の面積は極めて小さいため、
テフロン膜５８から発生してシリンダ５１内へ混入する
ガスの量は十分に抑制される。

【００３２】本実施例のガス状試料注入器の使用法は例
えば次の通りである。まず、先の実施例と同様にシリン
ジ５０内部及びプランジャヘッド５５の気化室５７を洗
浄し、気化室５７内に試料５９を挿入した後、シリンジ
５０を本体ケースに固定し、希釈ガスをシリンジ５０に
吸入する。希釈ガスの吸入が完了したら、使用者が手作
業で密封栓５３を先端チップ５２に装着して先端チップ
５２の通気口を密封する。その後、先の実施例と同様に
シリンジ５０を加熱し、ガスを発生させる。十分にガス
が発生したら、使用者は手作業で先端チップ５２の密封
栓５３を外した後、速やかにニードル６０を先端チップ
５２に装着し、図示せぬ分析装置の試料注入口へニード
ル６０を差し込み、プランジャ５４の目盛りを読み取り
ながら、所望の分量のガス状試料を分析装置内へ注入す
る。

【００３３】本実施例のガス状試料注入器では、接着剤
やテフロン等の加熱時にガスを発生する材料の使用量を
できるだけ抑制したことにより、不正なガスの発生が最
小限に抑制される。また、プランジャに刻まれた目盛り
により、所望の量のガス状試料を分析装置に注入するこ
とも容易にできる。

【００３４】なお、プランジャヘッドに気化室を設ける
のではなく、例えばシリンダの内部（例えばシリンダの
先端付近）に気化室を設けるようにしても、上記実施例
と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るガス状試料注入器の一実施例の
斜視図。

【図２】 シリンジが固定された下部ケースを上から見
た図。

【図３】 試料保持容器の（ａ）正面図及び（ｂ）側面
から見た断面図。

【図４】 本発明に係るガス状試料注入器の別の実施例
の概略構成図。

【図５】 図４の実施例のシリンジが有するプランジャ
ヘッドの（ａ）正面図及び（ｂ）側面からみた断面図。

【符号の説明】

１０…本体ケース １１…上部ケース １２…下部ケース １４…断熱材 ２０…温調器 ２５、５０…シリンジ ２６、５１…シリンダ ２７…コック ２８、５２…先端チップ ２９、６０…ニードル ３０…コック回転ツマミ ３１、５４…プランジャ ３２、５５…プランジャヘッド ３５、３６…固定金具 ４０…試料保持容器 ５３…密封栓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)プランジャと、該プランジャが挿入さ
   れるシリンダと、該シリンダの先端に固定された先端チ
   ップと、該先端チップの通気口を密封するための密封手
   段とを有するシリンジと、 b)上記シリンダ内に配される試料保持容器と、 c)その内部に上記シリンジのシリンダが収納される加熱
   容器と、 d)上記加熱容器内の温度を上昇させるための加熱手段
   と、を備えることを特徴とするガス状試料注入器。