JPS58501787A - 連続自動空気分析のための方法及び装置 - Google Patents

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】 連続自動空気分析のための方法及び装置技　術　分　野 本発明は公認された空気分析、例えば空気中の微量不純物の定性及び定量のため 用いることができる連続作動式自動ガイクロマトグラフに関するものである。

本発明のガスクロマトグラフは小型軽量で用意に操作でき、かつ携帯型であるた め所望に応してサンプリング場所において定性及び定量空気分析に用いることが できる。本発明は、特にキャリヤーガスとして用いられるへきサンプル中の空気 の精製を簡単に行なう方法を提供しようとするものである。

背　景　技　術 通常のガスクロマトグラフにおいては、サンプルが液相である場合限られた量の サンプルを気化室に注入して速やかにそれを蒸発させろものである。気化刃−ン ブ几；よ、次にキャｌｊヤーカスによりシロマドゲラフッ１ラム中に打送され、 さらに、検出器に送られて司レフ）Ｌ成分の分析が行なわれる。サンプルが初め からガス状であれば、それは直接キャリヤーガス中にず玉入される。キャ１１ヤ ーガスとしては通常ｌ＼リウム、マ）【コレまたは窒素が用いられる。さらに、 キャリヤーガスとして空気を用し・ろことちまたすてに示唆されている。キャ１ １ヤーガスが乾燥され、離したガス容器から取出すが、または大気もしくは外気 を用いる場合には、４ヤリヤーガスとして使用する以前に精製されなけれ：ｉ′ ならない。このような目的のため現在までのところ比較的複雑な精製装置、例え ば米国特許第３．７７２．９０９号に開示されたような設備を用いる必要かあっ た。結局のところ、ガスクロマトグラフは比較的大型でかつ複雑な構造にならざ るを得なかった。

発明の開示 本発明は、カラム及び検出器に通じるキャリヤーガスとして用いるための大気ま たは雰囲気を精製する簡単な方法を提供しようとするものである。ガスクロマト グラフが種々のサンプリング及び分析場所において存在する空気を用いることが できる場合、キャリヤーガスの供給源として分離したガス源は不要となる。この 状況はガスクロマトグラフかバッテリー作動型であって、例えばキャピラリーカ ラムを用いることにより°゛尺度げ方式”’　（ｄｏｗｎ　ｉｎ　５ｃａｌｅ） て作動てきないという事実と関連してガスクロマトグラフを本発明に従って小型 で操作容易な携帯ｊコのものとすることに貢献する。

本発明の特徴は、この明細書に続く請求の範囲において明確になるであろう。

空気を分析するどき、種１７の場ｉｈにおけるサンプ１ｊングの準備段階を実施 し、その後実験室において分析を行なうという手順をぶよなげれぼならないわ２ 本発明のガスクロマトグラフか空共中の妥当な成分について予め較正寸ろことか でき、かつサンプリング点において分析することか可能であるなら：よ、ある一 定の場所における空気中に何等かの成分か存在するか否かもしくはその成分か存 在する範囲、４１なわちパーセンテージについてσ゛・速やかな回答を引出す二 と力できる。当測定されるへき成分かその分析の前に吸収剤を用いた予備凝集段 階において凝集されろ場合、本発明Ｃ）カスつ！ロマトグらフ：よそＧ）コン・ −、′、−１・な構造に力勇）わ１ユ。

す高感度及び高信頼性を発揮し、かつ例え：よ・＼し七ン、ししニレ、キシし・ ンその他の、ような作業上危険な成分や、神経ガスなとの低濃度、例えば０．０ ０５ｍｇ−までのものを分析することか可能となる。

すなわち予備凝集段階における吸収剤は空気中の測定されるへき成分を凝集する こと、及びキャリヤーガスとして用いるための空気を精製することの２つの機能 を有する。

空気分析システムの検出器の後方にエヤーポンプを配置することにより、単純化 された空気サンプリング機構及び単純化された精製機構を実現することかできる 。エヤーポンプはすべての時間にわたって動作し、予備凝集段階における吸収剤 を通して均一の速度で空気を引入れてカラム及び検出器に導くものである。エヤ ーポンプか検出器の後方に配置されている場合、ポンプ自体から汚染不純物か引 出される危険を回ｉＫする二とかできる。

さらに、ガスクロマトグラフを制御し、測定結果を演算し、かつ整理するために 望ましく：よマイクロコレピユータなどのコンピユータ手段を用いＺ、デーらぼ 、装置：よよ、〕簡■１−に動１’＋；　Ｌ、、神・バつ一すレツ月〉ダ場Ｎ、 Ｉ＋において分析の専門家に９よること、′；、　＜ｉｑ作ごれろ二と力できる 。力くしで応用度の高い分析計器かｉｑられる。

図面の簡単な説明 １ノ、−ト、本発明についで添付の図面を不明することにより詳細に説明する。

ここ：二、第１図：ｉ本発明＝ｉにって構成されたガスクロマ）・り゛ラフの全 体的構成を部層路線図、第２１″２１：よ注入装置の力了ましい実施例を示す図 、第３図は検出装置Ｃ）好ましい実施例を示す図、そして第、１図はカスタロで トゲラフの動作モートＣ−）輪郭を示４原理１′４である。

発明を実施する最良の形態 第１図のクロマトグラフは吸収剤を有し、凝集段階においても機能するインジェ クタ（１）と、サーモスタット制御されたファン付オーブン（３）内に配置され たクロマトグラフカラム（２）、及び検出器（４）と、エヤーポンプ（５）と、 マイクロコンピュータ（６）、並びにこの場合バッテリーからなる電源ユニット （７）を備えている。

インジェクタ（１）（第２図参照）は好ましくは薄壁ガラス管（１０）内におい て二個のガラスウール栓（９）の間に充填された粉粒状の固体吸収物質（８）を 含んでいる。

ガラス管（１０）のまわりには電気抵抗線がヒーターコイル（１１）として巻装 されている。電源へのヒーターコイル接続は（１２）で示されている。ガラス管 の一端はゴムシーツ［ジヨイント（３）を介在した簡易接続用ノ１ツフ１ｊング によりクロマトグラフツノラム（２）に直結されている。ガラス管の他端は外気 に対して直接開放している力・、場合に、よってはテフロンデユープなどにより 別の空気サンプルに接続することめてきろ。吸収管の全体は切り離し可能であり 、したがって、露出ｉ＋＋定なとの場合においてガスクロマトグラフから切り離 してサレブリングするのに用いるこ、七うてきる。管内の吸収物質は分析される へき空気汚染を考慮して選択される。

しかじな力ら、それは熱脱着中に加熱されなければｌｓらない。例えば、シリコ ンなとの高沸点液もまた吸収物質として用いる二とができる。

ノ）ラム（２）は螺旋形ガラス管において適当な４゛ヤビラリーカラムを構成し ており、その螺旋コイルの直径は１１ｃｍであり、比較的大きい管内径（約０　 、４　ｍｍ　）を有ず４゜ヵ’　−ｙ　、７．　＠　（１）内表面は空気をキ４ ，１ｊヤーヵ、とじ７用いた場合：３おい几温度　Ｌ（安定性を有するように固 定相で被覆され、不活１１化処理ごねたちのである。この固定相は±ンフ几成分 を成分毎に、より大きくまたは小さく減速し、これによ□、て各成分を互いに分 離してカラムから排出し、分離した検出を可能にするものである。

オーブン（３）はカラム（２）及び検出器（４）を正確に保持するよう設計され ている。オーブンはガラスウールまたは類似のファイバー材料により、よく絶縁 されていると共に、薄いアルミニウム箔のライニングを有して熱容量を小さくし たものである。加熱は抵抗線により電気的に行なわれる。温度は抵抗センサによ り検出され、マイクロコンピュータによって制御される。熱勾配の形成を避ける ためにはファンが配置されており、より効果的な温度制御を行なうことができる 。

カラム（２）に直結された検出器（４）は、オーブン（３）の内側に配置される 。検出器の検出原理は分析される一＼き成分を考慮して選択される。しかしなが ら、検出器：よ死空間か小さく小型であって、目的成分に対して高感度てξ）ろ ことが望まし、・、・０それ：よまた検出器ガスを用いないで動作することが望 ましい。このような要求に適合する検出器としてはｖ種のも６つか存在するか、 例え：よ光イＡン１ヒ検出器や特別の液膜を被覆した圧電結晶体を−とか上げ１ ゛２れろ。

検出器は前述したようにガスクロマトグラフィーに用いるものとして形成され得 るか、直接読取り検出器として用いることもてきる。後者の場合において、カン フ）１空気は予１ｉ凝集段階、反びクロマドグうフカラムに通過させろことな、 ；検検出器（１）の好ましい実施例は第３図に示す通りである。検出器：辻ポ月 ブ〈１１）内に同軸的に■マリ（＝Ｉｉ、ｌられる。こＣ）ホリ１．夕’（１− ］Ｇｉ二重ネジ弐固定ネジ〈１９）とネジジヨイント（２５）７１びテフロンな との中間絶縁体（１５〉により、Ｕ■→ンフ（１６）と検出器セル（１７）及び アノード（１８）を互いに気密関係を維持して固定するものである。

サンプル空気はカラム連結素子（２３）または直接引き出し管（２４）のいずれ かを介して検出器セルに導入される。（前記接続の一方のみがサンプル空気との 連通状態を有し、サンプル空気がガスクロマトグラフ中に供給される位置には遮 断装置またはスイッチング装置が配置される。）空気サンプルはアノード（１８ ）の管状部（２２）を通じて検出器セル（１７）中に導かれ、管（２０）を介し て吸入・排出される。２本の管（２０）及び（２４）はテフロン管（２１）で絶 縁されており、検出器セルとアノードとの間にイオン化電流、すなわち検出器信 号を発生させるための電気導体ともなっている。検出器−＼のカラム接続を強固 にするため、アノード（１帥と固定用ネジ（１９）の間（ツノラム連結素子（２ ３）と絶縁体（１５）との間）にゴムＯリング−カス旬ソｈ（２ら）か配置され る。

Ｊヤーホレフ（Ｂ　５’：よ、メｒ路抵抗反；）・・・ソファーボリュームを／ 「シて４・１セ出器（１）：二接杭、目し、・・ソファ・−ボリュームにおいて システムを通る連続ｒ＋４Ｊな気流か形成、される。十分な吸入高さを１ｑろた めに：よブラレシャー型である二とか望ましい。

マイクロコンビ。−タ（６）はオーフン温度１，１ヤーホンフ、及び吸収剤の加 熱を制御し、検出器信号及び時間、並びに予備及び実測段階の測定値を登録し、 かつ）貨１）′Ａ唐ト４−ろｔ、○てある。マイクロール・ヒュ、−ヤニより了 ましくはＣ！＜ｌ　ＯＳ型てｉ〉−。

何曲的１．；設備としてガスクロマトグラフ・＼の制御命令のためのキーセット と、（す１出器信紹へ゛翔−フン馬度１．；との表示を与えろだめのディスフレ イ装置、反Ｊ音吉アラーム装置、並びにレコーン゛−、プリンター、外部電源及 び他の接続装置のための接続タップか存在する。

動作モート及び適用性 ガスクロマトグラフは次の手順に従って連続的に動作する。（゛注第′４図）Ａ 、　サンプル空気が予備セット時間中においてインジェクタ（１）を介して導入 される。空気汚染物質はこの吸収剤に捕捉されることになる。

Ｂ：　吸収剤は短時間だけ加熱される。これはほとんど瞬間的であり、次に吸収 剤が冷却され、Ａ項に従って機能する。

Ｃ１吸収剤か加熱されるとき、脱着された成分はカラム（２）に導入され、ここ で常套的に分離されるが、空気はキャリヤーガスとして機能する。ここで冷却さ れる吸収剤は新たなサンプル空気から汚染物質を排除して精製する。すｔξわち 脱着された直後の成分がクロマトグラフ分離されると同時に新たなサンプルが吸 収剤に供給される。

Ｄ　検出器（・１）は成分のおのおのをそれらがカラムから排出される際に測定 する。

Ｅ　マイクロコンヒ、−タ（ｒｉＧ：を検出器（識号を処理して定性及び定量の 結果を表現する。

次の動作周期は吸収剤か再び加熱されろこと（Ｂ）により開始される。

エヤーポンプは全時間にわたって作動し、空気を引込んで予１ｉｉｉｉ　’＋￥ ｉ集段階二段階ｊる吸収剤とカラム反び検出器に均一速度て通過さゼろちのて２ ：、る。

ンロントグラフィー及び検出器ル５前において吸収剤：こ空気汚染物′ｔ）を凝 集さゼるというそれ自体周知の原理ニオ、ここに検出器の検出限度をキ”ＪＩ　 Ｌ”Ｉ　０回に−ｊ／：）ものである。これは杓０，０１ｍＩ！ｎ１の成分（ヘ ンゼレ訃Ｊ【エンまたはキシレン）を先イオン化検出器により困難性を佳うこと なく測定できるということを意味している。

キャピラリーカラムの好ましい分離能は、例えばキシレン異性体のおのおのを個 々に測定できるようにするものである。

実施された測定量はいずれも、当のサンプリング期間において目的成分の平均値 を示すようになる。通常は１５分の時間周期が産業衛生測定にとって好ましいも のである。

吸収管接続を容易に切り離すことができるように形成することにより、サンプル 空気を通常の呼気採取手段または呼気ホンブから採取するような露出測定のため に用いることかできる。また、選択的に、ガスクロマトグラフに対し例えばテフ ロンチューブなとのサンプリングホースを接続し、その開口端を呼気領域に導入 することもてきる。ここに記載したガスクロマトグラフの実施例は、重さ杓・１ キロクラムであって、この場合・・ツテ１１−によって約４時間作動することが できる。ｆｌ、ｌＩ定値：よ例えば１５分毎に収集されてストレージ装置にスト アされ、その後ＪＩ１２出して作図もし′、：↓作表することカ・できろ。

力Ｘり「１でトゲラフ：↓すて：二連ハ、た通り、検出器において直読言１器と して用いることかできるように構成することもてきる。ガスクロマトグラフを簡 易に直読計器に切り替えることは特に作業場所におけるガス洩れ検査、いわゆる 流出測定にお（・て効果的である、序らに、室内の種・Ｊの既知気体成分を高速 で制御し、かっ血持しよう七′」る場合にも効果的に用いることかできる。また 、例えばガスクロマトグラフラフにおいて・・ツクグラウンド信号と比較したい ような場合の比較測定″　にも何利である。

制御及び調整等のためのマイクロコンピュータはガスクロマトグラフシステムに 対して大きい自由度を与えるものである。例えば、保ｔｊＪ間（識別子）検出器 の感度因子及び分析関連成分の衛生上の限界値なとの値を２合しておくことかで きる。一方警報機能は測定か限界値を越えた場合にのみ発揮させることかできる 。

本発明の装置は、例えば特定の検出器または直読式検出器からなる２以上の測定 システムをガスクロマトグラフ中で同時に作動させることがてきる。測定結果の 表現はマイクロコンピュータにおいて、例えば直読式レコーダー表示または集め られた測定値の図表なとの種々の対応において実施される。コンピュータによる 最大の利点はそれかガスクロマトグラフを簡単に操作できる測定システムとにな るように制御するということである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　インジェクタと、予備凝集ステップと、クロマトグラフカラムと、検出器 と、ガスクロマトグラフの制御並びに分析結果の処理及び表現を行なうためのコ ンピュータ、並びに電源ユニットを含むガスクロマトグラフからなり、サンプル 空気を連続的に均一な速度でインジェクタと吸収剤を含む予備凝集ステップとカ ラム及び検出器に通過させ、その間において空気中に存在する成分を前記予備凝 集ステップ中の吸収剤に吸収させ、同時に空気を精製してカラム及び検出器に通 しるキャリヤーガスとして使用し、さらに、前記吸収剤を短時間加熱して前記予 備凝集ステップにおいて吸収剤上に凝集された成分を脱着させると共に、前記凝 集した成分を前記予備凝集ステップにおいて精製されたサンプル空気からなるキ ャリヤーガスにより支持してその分析のためのノ１ラム及び検出器に通し、これ と同時に新たな空気を前記イし・シ、ンタ反３・予備凝集ステップ中の吸収剤に 通過させ、前記時間中における能動ロフ！、、′揉作を繰返し、これによって連 続サンプリング及び分析を行なうことを特徴とする空気中に存在するｆｉｔ量成 分成分定に適した連続自動式定性反コ定量空気分析のためのガスクロマトグラフ 法。 ２　サンプル空気を連続的に導き、均一な速度でインジェクタと、予備凝集ステ ップと、カラム、及び検出器に導くことを検出器の後方に配置したエヤーりじブ によって行ない、前記予備凝集ステップにおいて精製された空気により１」的物 覧を支りしてその物質を凝集及び蒸発させ、かつ分析することを特徴とする請求 の範囲第１項記載の方法。 ３　インジェクタ（１）か吸着された成分を脱着するために短時間だけ加執され 得る吸収剤（８）を含（場合において、前記インジェクタを分析される・＼き前 記成分のための予備凝集ステップとして機能させるようにし、温度制御機會ヒを 有するファン付オーブン（３）がキャピラリーカラム（２）及び検出器（４）を 含んでおり、装置と分析値の計算及び表示のための制御を行なうマイクロコンピ ュータ（６）及び電源装置（７）を装備した請求の範囲第１項または第２項によ る方法を実施するだめの装置であって、検出器（４）ρ後方にサンプル空気をイ ンジェクタ（１）よりキャピラリーカラム（２）及び検出器（４）を通し、流路 抵抗及びバッファーボリュームを介して均一速度て引今入れるためのエヤーポン プ（５）を配置し、サンプル時に存在する空気か分析されるへき成分のためにキ ャピラリーカラム及び検出器を通過するキャリヤーガスとなるようにしたことを 特徴とする装置。 ４、インジェクタ＜１＞が薄壁ガラス管（１０）内において、二個のガラスウー ル栓（９）により粉粒状の吸収物質（８）を含み、前記ガラス管（１０）のまわ りに螺旋形抵抗線（１１）を配置し、前記抵抗線の両端を二個の金属管（１２） により前記ガラス管に固定すると共に、これらの金属管を電気接続夕、ンフとし て用いることによ・〕前記抵抗線に短時間だけ電流を供給し、二の抵抗線と前記 カラス管及び前記物質を加熱するようにしたことを特徴とする請求の範囲第３項 記載の装置。 ５０．検出器（４）力、 中空円筒型の検出器セル（１７）と、 前記検出器セルによって包囲された円筒部（２２）を含む前記検出器上＋ｌと同 軸のアノード（１８）と、 ＵＶランプ（１６）と、 前記検出器七几七前記アノードとを同軸的に保持して前記ＵＶランプと検出器セ ル及びアノードをネジジヨイント（１９）、　（２５＞及びテフロンなとの中間 絶縁体（１５）により互いに気密関係を維持して固定するためのホルダ（１４） と、カラム（２）を検出器（４）に連結すると共に、前記カラムから検出器のサ ンプル空気を導くための貫通孔を有する素子（２３）と、前記アノードに固定さ れサンプル空気の直接的な導入のために外気と連通した管（２４）と、 前記検出器セルま検出キャピテイをエヤーポンプ（５）に接続するための吸引管 （２０）とを備え、 前記吸引管（２０）及び前記直接導入管（２４）をテフロンなとのチューブ素子 （２１）により互いに絶縁すると共：こ、その本体により前記検出器セルどマノ ートとの間にイオン化電流を生しさ七るための電気導体を構成さゼるようにし、 さらに、前記検出器（，１）の外側に流路切り替えまたは遮断可能な装置を設け たことにより、前記エヤーポンプ（５）により引込まれて前記アノ−１’（１８ ）の円筒部（２２）を通して前記検出器セルの検出器空間に供給されたサンプル 空気を、カラムよりカラム連結素子（２３）に通しさせるかまたは外気から前記 直接用き出し管（２４）に引き入れてこれを検出後吸引管（２０）を通して排出 するよう：：シたことを特徴とする請求の範囲第３項または第４項記載の装置。