JPH1114517A - ガスサンプリング装置及びサンプリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備の簡易化により設備コストの低減を図
る。 【解決手段】 熱分析過程において試料から放出される
ガスを、液化ガスで冷却した計量管４に導入して凝縮捕
集し、凝縮捕集したガスを計量管を加熱して気化させた
上でガス分析装置２に導入するガスサンプリング装置に
おいて、計量管４をヒータ付きステンレスパイプ５に通
して計量管チャンバ３に収容すると共に、計量管チャン
バ３に、液体窒素の気化ガスを導入制御する冷却制御手
段６を接続し、ガス捕集時は、計量管チャンバに冷却用
窒素ガスを流して計量管を冷却しながらサンプリングガ
スを計量管内に吸引導入し、ガス分析時は窒素ガスの導
入を停止して、代わりにヒータにより計量管を加熱す
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、熱分析過程におい
て試料から放出されるガスをサンプリングしてガス分析
装置に送るガスサンプリング装置、及びその装置を用い
て実施するガスサンプリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱分析装置により熱分解等の現象を測定
する場合、その排出ガスを分析することは、熱分解の挙
動を知る上で極めて有効なことである。ガス分析の方法
としては、質量分析計（以下、ＭＳという）を用いて行
う方法がある。この方法は、熱分解装置から排出される
ガスをＭＳに導入することで、熱分析と同時に質量分析
を行うことが可能であるが、同じ質量を持つガス種の見
分けができないという欠点がある。

【０００３】これを解決する方法として、ガスクロマト
グラフ（以下、ＧＣという）とＭＳを接続し、予めＧＣ
によりガスを分離してから、ＭＳで分析する方法が行わ
れている。この方法の場合、ガスがＧＣを通過するのに
時間を要するため、ＭＳを単独で使用する場合のように
熱分析との同時測定ができないという問題がある。

【０００４】この問題を解決するため、熱分析装置から
の排出ガスを計量管（捕集管という場合もある）に捕集
し、熱分析測定終了後に、計量管に捕集したガスをＧＣ
／ＭＳに送り込んで分析するサンプリング方法が採用さ
れている。ここで、測定試料の分解挙動は単一ではな
く、分解温度や周りの雰囲気などによって異なるため、
一般的には複数の計量管を用意して、必要な温度、時
間、減量率に応じてガスを捕集できるようにしている。

【０００５】従来のサンプリング方法としては、予め捕
集剤を充填した捕集管にガスを導入して捕集し、捕集後
は加熱脱着装置により捕集管を加熱してガスを放出さ
せ、このガスをＧＣ／ＭＳに送り込む方法が知られてい
る（例：特開平６−３０８１０７号公報）。

【０００６】また、別の方法として、計量管を液体窒素
デュア内にセットして冷却し、その状態で計量管にガス
を導入して凝縮捕集し、捕集後はヒータにより計量管を
加熱してガスを気化させた上で、キャリアガスでＧＣ／
ＭＳに送り込む方法が知られている（特開平６−２５８
２８５、２５８３０７号公報等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法は
加熱脱着装置が必要であり、設備コストがかさむという
問題があった。

【０００８】また、後者の方法は、ガス分析に際して、
計量管を液体窒素デュアの外部に移動させてからヒータ
で加熱したり、液体窒素デュア内の液体窒素をいったん
抜いてから計量管をヒータで加熱したりする必要があ
り、特に計量管を多数備える場合には、計量管の移動や
液体窒素の給排のための機構により装置が複雑化し、設
備コストがかさむという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮し、設備の簡易
化によるコストダウンを図れるようにしたガスサンプリ
ング装置及びガスサンプリング方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、熱分
析過程において試料から放出されるガスを、計量管に導
入して凝縮捕集し、凝縮捕集したガスを計量管を加熱し
て気化させた上でガス分析装置に導入するガスサンプリ
ング装置において、前記計量管をその加熱手段と共に収
容する計量管チャンバを設けると共に、冷却ガスを前記
計量管チャンバに対して導入及び導入停止する冷却制御
手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１において、前
記冷却制御手段が、液化ガスを気化させて冷却ガスを生
成する冷却ガス生成装置と、生成した冷却ガスを前記計
量管チャンバ内に導入する導入管と、計量管チャンバ内
の冷却ガスを外部に排出する排出管と、導入管より計量
管チャンバを通って排出管へと流れる冷却ガスの流路を
開閉する開閉バルブとから構成されていることを特徴と
する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２にお
いて、前記計量管の入側が第１切換手段を介して熱分析
装置及びキャリアガス導入管に切換え可能に接続され、
計量管の出側が第２切換手段を介してガス分析装置及び
吸引管に切換え可能に接続され、第１切換手段及び第２
切換手段の操作により、ガス捕集時は、熱分析装置と計
量管と吸引管とを連通状態にすることで計量管内に熱分
析装置からのガスを吸引導入し、捕集ガス排出時は、キ
ャリアガス導入管と計量管とガス分析装置とを連通状態
にすることで計量管内の捕集ガスをガス分析装置へ導出
することを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３において、前
記第１切換手段及び第２切換手段が６ポート２ポジショ
ンバルブによって構成されていることを特徴とする。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１〜４におい
て、前記計量管として石英製キャピラリーが設けられ、
該石英製キャピラリーが加熱手段としての電極付きステ
ンレスパイプ内に通された上で前記計量管チャンバ内に
収容されていることを特徴とする。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
かに記載のガスサンプリング装置を用いてガスサンプリ
ングする方法において、ガス捕集時は、冷却ガスを計量
管チャンバに流通させることによって計量管を冷却し、
その上で計量管にガスを導入することによりガスを凝縮
捕集し、捕集ガスの排出時は、冷却ガスの流通を止めて
計量管の冷却を停止した上で、計量管を加熱し、凝縮捕
集ガスを気化させてガス分析装置へ送り出すことを特徴
とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１、図２は実施形態のガスサンプ
リング装置の構成図であり、図中矢印は流体の流れる方
向を示す。図において、１は熱分析装置（ＴＧ）、２は
ガス分析装置（ＧＣ／ＭＳ）である。このガスサンプリ
ング装置は、熱分析過程において試料から放出されるガ
スを捕集するためのヒータ付きの計量管４と、計量管４
を冷却するための計量管チャンバ３と、計量管チャンバ
３に対して冷却ガスを導入したり導入を停止したりする
冷却制御手段６とを備えている。

【００１７】計量管４は細い石英製のキャピラリーから
なり、ヒータとして機能する細いステンレスパイプ５内
に通されている。ステンレスパイプ５の両端にはヒータ
の電極が設けられており、この電極に通電することで、
内部に通した計量管４を加熱できるようになっている。
この計量管４を通したステンレスパイプ５は、計量管チ
ャンバ３内にセットされている。

【００１８】計量管４の入側４ａは、バルブ２５の一方
側（第１切換手段）を介して、熱分析装置１からの配管
１７及びキャリアガス導入管１５に切換え可能に接続さ
れている。また、計量管４の出側４ｂは、バルブ２５の
他方側（第２切換手段）を介して、ガス分析装置２への
配管１８及び吸引管１９に切換え可能に接続されてい
る。なお、吸引管１９の先端側は排気バルブ２１を介し
てロータリポンプ（吸引源）につながり、キャリアガス
導入管１５の先端側はキャリアガス導入バルブ１６を介
して図示略のキャリアガス導入源につながっている。

【００１９】前記バルブ２５は、６ポート２ポジション
バルブより構成されており、このバルブ２５の操作によ
り、ガス捕集時は、熱分析装置１と計量管４と吸引管１
９とが連通状態にされることで、計量管４内に熱分析装
置１からのガスが吸引導入される。また、捕集ガス排出
時は、キャリアガス導入管１５と計量管４とガス分析装
置２とが連通状態にされることで、計量管４内の捕集ガ
スがガス分析装置２へ導出される。

【００２０】また、冷却制御手段６は、液体窒素（液化
ガス）を気化させて冷却ガスを生成する冷却ガス生成装
置１０と、生成した冷却ガスを計量管チャンバ３内に導
入する導入管１１と、計量管チャンバ３内の冷却ガスを
外に排出する排出管１２と、導入管１１より計量管チャ
ンバ３を通って排出管１２へと流れる冷却ガスの流路を
開閉するために排出管１２に介装された冷却ガス放出バ
ルブ（開閉バルブ）１３とから構成されている。冷却ガ
ス生成装置１０は、液体窒素８を貯留した液体窒素デュ
ア７の内部にヒータ９をセットし、このヒータ９に電流
を通すことにより、液体窒素を気化させて導入管１１に
導くようにしたものである。

【００２１】次に、上記のガスサンプリング装置によっ
てガスサンプリングする方法を説明する。この装置で
は、図示しない制御装置が、バルブ２５、１３、１６、
２１、及びステンレスパイプ５のヒータ、液体窒素デュ
アのヒータ９等を制御し、それにより自動的にガスサン
プリングが行われる。

【００２２】熱分析装置１からの放出ガスを計量管４に
捕集する時は、図１に示すように、冷却ガス放出バルブ
１３を開くことにより、液体窒素デュア７からの冷却ガ
スを計量管チャンバ３に流通させる。それにより計量管
４が冷却されたら、６ポート２ポジションバルブ２５の
操作により、計量管４と熱分析装置１からの配管１７と
を連通させると共に、計量管４と吸引管１９とを連通さ
せ、ロータリポンプ２０をＯＮにして、排気バルブ２１
を開く。それにより、熱分析装置１の放出ガスが計量管
４内に吸引導入され、ガスが計量管４内に凝縮捕集され
る。捕集された時点で、排気バルブ２１を閉じてロータ
リポンプ２０をＯＦＦし、６ポート２ポジションバルブ
２５を閉鎖する。

【００２３】次に、捕集したガスをガス分析装置２に送
り出す時は、冷却ガス放出バルブ１３を閉じることによ
り、計量管チャンバ３に対する窒素ガスの導入を停止
し、その上で、ステンレスパイプ５のヒータに通電して
計量管４を加熱し、計量管４内の凝縮捕集ガスを気化さ
せる。次いで、６ポート２ポジションバルブ２５の操作
により、計量管４とキャリアガス導入管１２とを連通さ
せると共に、計量管４とガス分析装置２への配管１８と
を連通させ、キャリアガス導入バルブ１３を開くこと
で、キャリアガスにより気化ガスをガス分析装置２へ送
り出す。

【００２４】このサンプリング装置及びサンプリング方
法によれば、冷却ガス放出バルブ１３の開閉のみによっ
て、計量管チャンバ３の冷却機能を働かせたり、冷却機
能を停止させたりすることができる。従って、ガス分析
装置へ捕集ガスを送り出す際に、計量管４を移動した
り、液体窒素を給排したりする必要がなく、機構並びに
操作を単純化することができる。また、液体窒素デュア
７は１個備えるだけでよいので、設備コストがかからな
い。また、計量管４の加熱は、熱容量の小さいステンレ
スパイプ５によって行うため、非常に急速な加熱が可能
であり、迅速なサンプリングができるようになる。

【００２５】特に、機械的に動く部分をほとんど無くせ
るので、多数の計量管４を備えた設備も低コストで作成
することができる。

【００２６】図３は多数の計量管４を備えたサンプリン
グ装置の例を示す。計量管４は全部同じようにヒータ付
きのステンレスパイプ５に通された上で、別々の計量管
チャンバ３に収容されている。各計量管４の入側４ａと
出側４ｂは、２連ロータリバルブ３０を介して６ポート
２ポジションバルブ２５に接続され、２連ロータリバル
ブ３０の操作により、各計量管４毎のサンプリングのタ
イミングを切換えられるようになっている。３２はバイ
パスラインである。

【００２７】このサンプリング装置も、前記の動作を繰
り返すことで、各計量管４にガスを捕集し、捕集したガ
スをガス分析装置２に送り出すことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、計量管チャンバに冷却ガスを導入したり導入を
停止したりすることで、計量管の冷却制御を行うことが
できるので、加熱により凝縮捕集ガスを気化させる際
に、計量管を移動したり、液化ガス（液体窒素）を取り
除いたりする必要がなくなる。よって、計量管の移動や
液化ガスの給排のための機構が要らなくなり、特に計量
管を多数設ける場合に、設備の単純化が図れ、コストダ
ウンが図れる。

【００２９】また、請求項２の発明のように冷却ガス発
生装置を設ける場合、計量管の数によらず、冷却ガス発
生装置は１台設ければ足りるので、余分な設備の増加が
防げる。

【００３０】また、請求項３の発明によれば、ガス捕集
時には吸引力でガスを計量管に引き込み、捕集ガス導出
時はキャリアガスによりガスをガス分析装置に送り出す
ことができるので、サンプリングが素早くできる。

【００３１】また、請求項４の発明によれば、１個の６
ポート２ポジションバルブによって流路切換えを行うの
で、設備及び操作の単純化が図れる。

【００３２】また、請求項５の発明によれば、計量管の
加熱を熱容量の小さいステンレスパイプで行うので、非
常に急激な加熱が可能であり、サンプリングを素早く行
うことができる。

【００３３】また、請求項６の発明によれば、請求項１
の発明の効果と同じ効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成図であり、熱分析装置
の放出するガスを計量管に捕集する際の流体の流れを表
す矢印を加えた図である。

【図２】本発明の実施形態の構成図であり、計量管に捕
集したガスをガス分析装置に送り込む際の流体の流れを
表す矢印を加えた図である。

【図３】本発明の他の実施形態の構成図である。

【符号の説明】

１ 熱分析装置（ＴＧ） ２ ガス分析装置（ＧＣ／ＭＳ） ３ 計量管チャンバ ４ 計量管 ４ａ 入側 ４ｂ 出側 ５ ステンレスパイプ（加熱手段） ６ 冷却制御手段 １０ 冷却ガス生成装置 １１ 導入管 １２ 排出管 １３ 冷却ガス放出バルブ（開閉バルブ） １５ キャリアガス導入管 １９ 吸引管 ２５ バルブ（６ポート２ポジションバルブ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱分析過程において試料から放出される
   ガスを、計量管に導入して凝縮捕集し、凝縮捕集したガ
   スを計量管を加熱して気化させた上でガス分析装置に導
   入するガスサンプリング装置において、 前記計量管をその加熱手段と共に収容する計量管チャン
   バを設けると共に、 冷却ガスを前記計量管チャンバに対して導入及び導入停
   止する冷却制御手段を設けたことを特徴とするガスサン
   プリング装置。
2. 【請求項２】 前記冷却制御手段が、液化ガスを気化さ
   せて冷却ガスを生成する冷却ガス生成装置と、生成した
   冷却ガスを前記計量管チャンバ内に導入する導入管と、
   計量管チャンバ内の冷却ガスを外部に排出する排出管
   と、導入管より計量管チャンバを通って排出管へと流れ
   る冷却ガスの流路を開閉する開閉バルブとから構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のガスサンプリン
   グ装置。
3. 【請求項３】 前記計量管の入側が第１切換手段を介し
   て熱分析装置及びキャリアガス導入管に切換え可能に接
   続され、計量管の出側が第２切換手段を介してガス分析
   装置及び吸引管に切換え可能に接続され、第１切換手段
   及び第２切換手段の操作により、ガス捕集時は、熱分析
   装置と計量管と吸引管とを連通状態にすることで計量管
   内に熱分析装置からのガスを吸引導入し、捕集ガス排出
   時は、キャリアガス導入管と計量管とガス分析装置とを
   連通状態にすることで計量管内の捕集ガスをガス分析装
   置へ導出することを特徴とする請求項１または２記載の
   ガスサンプリング装置。
4. 【請求項４】 前記第１切換手段及び第２切換手段が６
   ポート２ポジションバルブによって構成されていること
   を特徴とする請求項３記載のガスサンプリング装置。
5. 【請求項５】 前記計量管として石英製キャピラリーが
   設けられ、該石英製キャピラリーが加熱手段としての電
   極付きステンレスパイプ内に通された上で前記計量管チ
   ャンバ内に収容されていることを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載のガスサンプリング装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のガスサ
   ンプリング装置を用いてガスサンプリングする方法にお
   いて、 ガス捕集時は、冷却ガスを計量管チャンバに流通させる
   ことによって計量管を冷却し、その上で計量管にガスを
   導入することによりガスを凝縮捕集し、 捕集ガスの排出時は、冷却ガスの流通を止めて計量管の
   冷却を停止した上で、計量管を加熱し、凝縮捕集ガスを
   気化させてガス分析装置へ送り出すことを特徴とするガ
   スサンプリング方法。