WO2014041597A1 - ガスクロマトグラフ装置 - Google Patents

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西本　尚弘
叶井　正樹
正憲 西野
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    • G01N2030/3084—Control of physical parameters of the fluid carrier of temperature ovens

Definitions

  • the present invention relates to a gas chromatograph apparatus provided with a sample introduction part, a separation column, and a detector.
  • a gas chromatograph generally includes a gas introduction unit for introducing a sample gas, a separation column for separating the sample gas into components, a detector for detecting the separated sample components, and an oven.
  • a gas introduction unit for introducing a sample gas
  • a separation column for separating the sample gas into components
  • a detector for detecting the separated sample components
  • an oven In the oven, together with the separation column, piping connecting between the sample introduction part and the separation column and piping connecting between the separation column and the detector were accommodated and their temperatures were adjusted.
  • the oven includes a heater and a fan, and is a heat convection type oven that uniformly heats the inside of the oven by circulating air heated by the heater.
  • a sample introduction part 60 and a detector 64 are attached to the upper part of the oven 74, and inside the oven 74, a capillary 66 for connecting the sample introduction part 60 and the separation column 62 is accommodated in addition to the separation column 62.
  • the capillary 66 is provided with a coiled portion 68, and the coiled portion 68 constitutes a guard column or a retention gap.
  • the guard column is inserted between the sample introduction part and the separation column for the purpose of preventing the separation column from being contaminated by impurities and high-boiling components.
  • the guard column may or may not have a liquid phase, but it is said that the channel length is required to be about 0.5 to 5 m.
  • the guard column must be replaced or partially cut depending on the degree of contamination.
  • Retention gap refers to sample introduction in order to prevent the spread of peak components and splitting of one component peak caused by the large amount of sample injection when the on-column method or splitless method is used as the sample introduction method. Is inserted between the column and the separation column.
  • the capillary as the retention gap needs to be an inactivated capillary that is not coated with a liquid phase, and the channel length is generally required to be about 0.5 to 5 m.
  • the problems with the above gas chromatograph device include the slow heating and cooling speed of the separation column and the power consumption due to the heat capacity of the heat convection oven.
  • Patent Document since the separation column is housed in a separate container with a heating wire wound and disposed outside the oven as a column module, the heat capacity of the heating target is reduced, and the separation column is heated at a high speed. This makes it possible to improve the temperature control response of the separation column and reduce the power consumption for raising and lowering the temperature of the separation column.
  • a transfer line connecting the sample introduction part and the separation column or between the separation column and the detector is installed in the oven. It is necessary to adjust the temperature separately from the separation column, and there is a limit to reducing the power consumption due to the presence of the heat convection oven. Further, when a guard column or a retention gap is inserted between the sample introduction part and the separation column, they are accommodated in a thermal convection oven.
  • the effective temperature rise rate is determined by the temperature rise rate of the heat convection oven, and the temperature is adjusted compared to when the separation column is housed in the heat convection oven It is difficult to say that the improvement of the responsiveness and the reduction of power consumption are achieved.
  • a separation column chip for example, a plate in which a channel is formed by bonding silicon and glass with a groove formed
  • a separation column chip is used as the guard column and the retention gap.
  • Patent Document 2 As another method, it has been proposed to heat the capillary by covering the periphery of the capillary constituting the transfer line with a jacket provided with a heater and heating the air in the jacket with the heater (Patent Document 2). reference).
  • the space to be heated can be made smaller than the oven, the heat capacity of the object to be heated is reduced, and the temperature rise rate of the capillary can be improved. Then, by removing a part of the jacket, it is possible to perform a treatment such as replacement of the guard column or the retention gap or partial cutting.
  • the temperature difference between the jacket contact portion and the non-contact portion of the capillary becomes significant. It is necessary to secure a wide space. For this reason, there is a limit in reducing the space inside the jacket, and there is a limit in improving the heating rate of the capillary.
  • an object of the present invention is to improve the temperature control responsiveness of the separation column and transfer line and reduce the power consumption required for raising and lowering the temperature of the separation column.
  • a gas chromatograph apparatus includes a sample introduction unit, a detector, a separation column, a transfer line connecting the sample introduction unit and the separation column, and between the sample introduction unit and the detector, and a separation column.
  • a column temperature control section having a column heating member for heating the separation column in contact with the line, a line heating member for heating the transfer line in contact with the transfer line, and a line presser disposed on the opposite side of the line heating member of the transfer line
  • a line temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the transfer line by sandwiching the transfer line between the line heating member and the line pressing member.
  • a column temperature adjusting unit provided with a column heating member, and a line temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the transfer line by sandwiching the transfer line between the line heating member and the line pressing member, Because the heat capacity of the heating target when raising the temperature of the separation column is smaller than that of the heat convection oven, the responsiveness of the temperature rise and fall of the separation column is improved and the power consumption when raising the temperature of the separation column is reduced. be able to. Since the temperature of the transfer line can be quickly raised by the line temperature control unit, the temperature can be raised and lowered faster and the power consumption can be reduced as compared with the case where the temperature of the transfer line is adjusted by an oven.
  • the present invention is a structure in which the transfer line is sandwiched between the line heating member and the line pressing member, and since it is not a structure in which a heater such as a heating wire is wound around the transfer line, even when a guard column or a retention gap is provided, A guard column and a retention gap made of a coil wound in a coil shape can be arranged in the line temperature control section, and the guard column and the retention gap can be exchanged or partially cut.
  • the line pressing member may be a heating member that contacts the transfer line and heats the transfer line. By sandwiching the transfer line between the two heating members, the heating efficiency of the transfer line can be improved.
  • the line pressing member may be a heat insulating member having flexibility.
  • the heat from the line heating member can be efficiently transferred to the transfer line without dissipating it to the surroundings, so the transfer line is heated with high efficiency. It is possible to increase the response of the transfer line to the temperature rise. Since only one heating member having a heat source is required, there is an advantage that power consumption is reduced as compared with the case where the line pressing member is also constituted by the heating member.
  • the line pressing member is formed of a heat insulating member
  • a temperature difference is generated between the line heating member side and the heat insulating member side during heating of the transfer line, and a temperature distribution is generated in the transfer line. Therefore, as a preferred embodiment, a film-like heat conductive member is interposed between the transfer line and the line pressing member, and a part of the heat conductive member is brought into contact with the line heating member. It is done. Thereby, the heat of a line heating member can be transmitted to the heat insulation member side via a heat conductive member, and the temperature difference between the line heating member side and the heat insulation member side can be relieved.
  • thermal conductive member is an aluminum foil.
  • the column heating member and the line heating member may be constituted by a common heat block. By doing so, the number of parts constituting the device can be reduced, the device configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the column temperature control unit includes a column pressing member that is disposed on the side opposite to the column heating member of the separation column and sandwiches the separation column with the column heating member
  • the line pressing member can also be constituted by a common heat block. If so, the number of parts constituting the apparatus can be further reduced, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the column temperature adjustment part is provided on the side opposite to the column heating member of the separation column and includes a column pressing member that holds the separation column between the column heating member and the column heating member
  • the column pressing member and the line pressing member are flexible. You may comprise by the common heat insulation member which has property. As a result, the number of parts constituting the device can be further reduced, the device configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the column heating member and the line heating member may be integrated in a thermally separated state with a heat insulating member interposed therebetween.
  • the transfer line and separation column can be individually controlled, and the analysis is performed by raising and lowering only the separation column while maintaining the transfer line at a constant temperature. Can be increased.
  • the column temperature control part when the column temperature control part is provided on the side opposite to the column heating member of the separation column and includes a column pressing member for sandwiching the separation column between the column heating member and the column heating member,
  • the pressing member can be constituted by a common heat insulating member having flexibility.
  • the surface of the line heating member in contact with the transfer line is provided with a recess for fitting and holding a connection member for connecting the transfer line and the sample introduction portion and a connection member for connecting the transfer line and the detector. If it does so, the temperature of a connection member can be adjusted with a line temperature control part with the temperature of a transfer line. Then, the connection member can be efficiently heated by the line heating member by fitting and holding the connection member in the recess of the line heating member, and the connection member has a cold spot whose temperature is lower than that of other portions. Can be prevented.
  • the line heating member is detachable at the portion where the concave portion is provided. Then, when removing the transfer line from the line temperature control unit, the recess of the line heating member is provided even when the sample introduction unit, the detector, and the line heating member are held in the casing of the gas chromatograph device.
  • the connecting member can be exposed to the surface simply by removing the portion, and the nut constituting the connecting member can be fastened or removed.
  • a recess for fitting and holding the separation column is provided on the surface of the column heating member that contacts the separation column. If it does so, the heating efficiency of the separation column by a column heating member can be improved.
  • the gas chromatograph apparatus of this embodiment includes a sample introduction unit 2, a separation column chip 10, and a detector 18, as well as a capillary 6 that connects the sample introduction unit 2 and the separation column chip 10, and a separation column chip 10 and a detector 18.
  • a capillary 16 is provided to connect them.
  • the capillaries 6 and 16 constitute a transfer line.
  • the separation column chip 10 is a flat plate-shaped member in which a flow path and a stationary phase serving as a separation column are formed in a substrate called a chip.
  • An inlet side connecting portion 12 that leads to one end of the separation column and an outlet side connecting portion 14 that leads to the other end of the separation column are provided on one plane side of the separation column chip 10.
  • a separation column chip formed in a chip shape is used as the separation column.
  • the present invention is not limited to this, and the capillary column is wound in a coil shape. What was formed in this way may be used as a separation column.
  • the capillary 6 includes a coiled portion (hereinafter referred to as a coiled portion) 8.
  • the coiled portion 8 constitutes a guard column or a retention gap.
  • connection part 4 of the sample introduction part 2, the capillaries 6 and 16, the separation column chip 10 and the connection part 20 of the detector 18 are sandwiched between a heat block 22 and a heat block 30.
  • the heat blocks 22 and 30 are plate-like members made of a heat conductive material such as aluminum.
  • a heater 32 and a temperature sensor 33 are embedded in the heat block 22, and a heater 34 and a temperature sensor 35 are embedded in the heat block 30.
  • the heater 32 is feedback-controlled based on the temperature detected by the temperature sensor 33
  • the heater 34 is feedback-controlled based on the temperature detected by the temperature sensor 35.
  • the heat block 22 constitutes a column heating member and a line heating member
  • the heat block 30 constitutes a column pressing member and a line pressing member.
  • the heat blocks 22 and 30 constitute a line temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the transfer line and a column temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the separation column chip 10.
  • the heat block 22 and the heat block 30 are fixed in a state where they are pressed against each other, for example, by fastening screws that penetrate through the through holes provided in both the blocks 22 and 30.
  • this invention is not limited to this, What kind of thing may be sufficient as long as it is the structure which presses and fixes two members which clamp a transfer line mutually.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the heat insulating member 40 is used as a column pressing member and a line pressing member instead of the heat block 30.
  • the material of the heat insulating member 40 is preferably a flexible heat insulating material such as glass wool.
  • FIG. 3A and 3B show another embodiment of the gas chromatograph apparatus.
  • a heat block 22a as a line heating member and a heat block 22b as a column heating member are integrated with a heat insulating member 44 interposed therebetween. It is what was used.
  • One plane of the heat block 22a is mainly in contact with the connection portions 4 and 20, and the capillaries 6 and 16, and one plane of the heat block 22b is mainly in contact with the separation column chip 10.
  • the heat blocks 22 a and 22 b are thermally separated by a heat insulating member 44.
  • the heat block 22a includes a heater 32a and a temperature sensor 33a
  • the heat block 22b includes a heater 32b and a temperature sensor 33b.
  • the heat blocks 22a and 22b are configured to be able to perform temperature adjustment independently of each other. Yes.
  • the heat block 22a and the heat insulating member 40 constitute a line temperature adjusting unit
  • the heat block 22b and the heat insulating member 40 constitute a column temperature adjusting unit.
  • the heat block 22a mainly in contact with the transfer line and the heat block 22b mainly in contact with the separation column chip 10 are thermally separated so that the temperature can be adjusted independently of each other.
  • the transfer line The degree of freedom of analysis is improved, for example, by allowing the separation column chip 10 to be heated and lowered while maintaining the temperature at a constant temperature.
  • Concave portions 47 and 51 for fitting the connecting portions 4 and 20 are provided on one plane of the heat block 22a.
  • a recess 46 for fitting the separation column chip 10 and recesses 48 and 50 for fitting the connection portions 12 and 14 are provided on one plane of the heat block 22b.
  • FIG. 4 shows still another embodiment.
  • a film-like heat conduction made of aluminum foil is provided between the coiled portion 8 and the heat insulating member 40.
  • the characteristic member 52 is interposed.
  • the heat conductive member 52 is provided in a size that covers the entire coiled portion 8 from the heat insulating member 40 side, and its end is in contact with the heat block 22a. Thereby, the heat of the heat block 22a is transmitted also to the heat insulation member 40 side of the coil-shaped part 8, and the whole coil-shaped part 8 is heated uniformly.
  • the film-like heat conductive member 52 can be used as long as it has a low heat capacity, high heat conductivity, and flexibility.
  • steel wool formed in a film form can be cited. It is done.
  • the capillary constituting the coiled portion 8 has an inner diameter of 0 as shown in FIG.
  • a large diameter capillary called a .53 mm wide bore capillary is used, a capillary (measurement point A) located closest to the heat insulating member 40 of the coiled portion 8 and a capillary located between the heat block 22a and the heat insulating member 40
  • a thermocouple was inserted so as to be in contact with (measurement point B), and the temperature was measured.
  • a platinum sensor was used as the temperature sensor 33a of the heat block 22a, and the heater 32a was controlled so that the measured value was raised from 50 ° C. to 350 ° C. at a rate of 20 ° C./min, and then reached a steady state at 350 ° C.
  • FIG. 6 shows temperature difference data between the measurement points A and B and the heat block 22a.
  • the temperature at the measurement point A was about 10 ° C. at the maximum when the temperature was raised, about 8 ° C. at the maximum at 350 ° C., and lower than the temperature of the heat block 22a.
  • the temperature at the measurement point B was about 9 ° C. at the maximum during the temperature rise, about 7 ° C. at the maximum at 350 ° C., and lower than the temperature of the heat block 22a. From this result, the temperature difference between each of the measurement points A and B and the heat block 22a is about 10 ° C. at the maximum, and the capillary constituting the coiled portion 8 is heated sufficiently uniformly under this measurement condition. Can do.
  • the set temperature for raising the temperature of the heat block 22a may be set higher by about 10 ° C.
  • the heat blocks 22a and 22b are thermally separated by the heat insulating material 44, even if the set temperature of the heat block 22a is set higher, the temperature control of the separation column chip 10 is affected. There is nothing.
  • the case where the film-like heat conductive member 52 is provided is not limited to the case where the guard column or the retention gap as in the coiled portion 8 is provided, and the case where the guard column or the retention gap is not provided. In order to improve the heating efficiency of the entire transfer line, such a heat conductive member may be used.
  • the embodiment of FIG. 4 is obtained by adding a heat conductive member 52 to the embodiment of FIGS. 3A and 3B.
  • the present invention is not limited to this, and the line pressing member is constituted by a heat insulating member. It can be applied if it is. Reducing the temperature distribution generated in the space between the line heating member and the heat insulating member by adding a flexible film-like heat conductive member between the transfer line and the line pressing member made of the heat insulating member Can do.
  • the sample introduction unit 2, the detector 18, and the heat blocks (line heating member and column heating member) 22, 22a and 22b in the above embodiment are fixed to the casing of the gas chromatograph apparatus.
  • the capillaries 6 and 16 may need to be replaced due to contamination or the like.
  • the capillaries 6 and 16 need to be replaced by removing the heat block 30 or the heat insulating member 40 as the column pressing member.
  • the nuts constituting the connection members 4 and 20 are simply removed by removing the heat block 30 or the heat insulating member 40. Removal and fastening work is difficult.
  • FIGS. 7A and 7B show an embodiment having a structure that facilitates replacement of the capillaries 6 and 16 of the embodiment of FIGS. 3A and 3B.
  • the parts 54 and 56 holding the connecting members 4 and 20 of the heat block 22a can be removed in the direction of the arrow shown in FIG. 7B.
  • the parts 54 and 56 and the heat insulating member 40 are connected to each other. By removing, the operation
  • This structure is not limited to the structure shown in FIGS. 7A and 7B, and can be applied to any of the embodiments described above.
  • the parts 54 and 56 form a part of the heat block 22a, and in a state of being integrated with the heat block 22a, the parts 54 and 56 are sufficiently in contact with other parts of the heat block 22a to transfer heat from the heater 32a. And 20.
  • the portions 54 and 56 may be thermally independent from the heat block 22a, or may have their own heater and temperature sensor.

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Description

ガスクロマトグラフ装置
　本発明は、試料導入部、分離カラム及び検出器を備えたガスクロマトグラフ装置に関するものである。
　ガスクロマトグラフは、一般的に試料ガスを導入するガス導入部、試料ガスを成分ごとに分離する分離カラム、分離した試料成分を検出する検出器及びオーブンを備えている。オーブン内には分離カラムとともに試料導入部と分離カラムとの間を接続する配管や分離カラムと検出器との間を接続する配管が収容されそれらの温度が調節されていた。オーブンはヒータとファンを備え、ヒータで加熱した空気をオーブン内で循環させることによりオーブン内を均一に加熱する熱対流式のオーブンである。
　従来のガスクロマトグラフ装置の一例を図８を用いて説明する。オーブン７４の上部に試料導入部６０及び検出器６４が取り付けられており、オーブン７４の内部には、分離カラム６２のほか試料導入部６０と分離カラム６２を接続するキャピラリ６６が収容されている。
　キャピラリ６６はコイル状部分６８を備えており、コイル状部分６８はガードカラム又はリテンションギャップを構成している。ガードカラムとは不純物や高沸点成分による分離カラムの汚染を防ぐ目的で試料導入部と分離カラムの間に挿入されるものである。ガードカラムは液相の有無は問われないが、流路長さが０．５～５ｍ程度必要であるとされている。ガードカラムは汚染の進行度によって交換したり一部切断したりする必要がある。リテンションギャップとは、試料導入法としてオンカラム法又はスプリットレス法を用いた場合に、サンプルの注入量の多さに起因して発生するピーク成分の広がりや１成分のピークの分割を防ぐために試料導入部と分離カラムの間に挿入されるものである。リテンションギャップとしてのキャピラリは液相をコーティングしていない不活性化キャピラリである必要があり、流路長さも一般的に０．５～５ｍ程度必要であるとされている。
　図８のように、試料導入部と分離カラムの間にガードカラムやリテンションギャップが設けられている場合には、それらは分離カラムとともにオーブン内に収容され、分離カラムとともに同一の温度調節がなされるようになっていることが一般的であった。
　上記のガスクロマトグラフ装置の問題点として、熱対流オーブンの熱容量の大きさに起因する分離カラムの昇降温速度の遅さと消費電力の大きさが挙げられる。この問題点を解決する方法の一つとして、例えば電熱線を分離カラムに巻きつけるなどして、分離カラムをオーブンよりも熱容量の小さい別の機構によって温度調節することが提案されている（特許文献１参照。）。この方法では、分離カラムは電熱線が巻かれた状態で個別の容器に収容されてカラムモジュールとしてオーブンの外側に配置されるため、加熱対象の熱容量が小さくなり、分離カラムを高速で昇降温させることが可能となり、分離カラムの温度調節の応答性が向上するとともに分離カラムを昇降温させるための消費電力が小さくなる。
米国特許第６５３０２６０号公報 米国特許第７５２０９２０号公報
　しかし、提案の方法では、ガス化された試料が配管の内壁等に吸着することを避けるために、試料導入部と分離カラムの間や分離カラムと検出器の間を接続するトランスファーラインをオーブン内に収容して分離カラムとは別に温度調節を行なう必要があり、熱対流オーブンの存在により消費電力を小さくするには限界がある。また、試料導入部と分離カラムの間にガードカラムやリテンションギャップを挿入する場合はそれらが熱対流オーブン内に収容される。そうすると、ガードカラムやリテンションギャップを昇温する必要がある場合は、実質的な昇温速度は熱対流オーブンの昇温速度で決まり、分離カラムを熱対流オーブン内に収容した場合に比べて温度調節の応答性の向上や低消費電力化が図れているとは言いにくい。
　また、上記提案の方法のカラムモジュール内において、キャピラリにヒータが巻き付けられた構成の場合はキャピラリの一部を切断することは困難なため、カラムモジュール内にガードカラムやリテンションギャップを収容すると、ガードカラムやリテンションギャップが汚染されたときに交換や一部切断といった処置をすることは難しい。そのため、特許文献１では、カラムモジュールとは別にオーブンを設け、そのオーブン内にガードカラムやリテンションギャップを収容している。
　ガードカラムやリテンションギャップの温度調節を容易にするために、ガードカラムやリテンションギャップとして分離カラムチップ（例えば溝を掘ったシリコンとガラスを貼り合わせてカラムとなる流路を形成したプレート）を使用することも考えられるが、この場合も分離カラムチップの内部流路の一部を切断するということができないため、ガードカラムやリテンションギャップが汚染されても交換や一部切断といった処置をすることができない。
　また、別の方法として、トランスファーラインを構成するキャピラリの周囲をヒータの設けられたジャケットで覆い、ジャケット内の空気をヒータで加熱することによってキャピラリを加熱することが提案されている（特許文献２参照）。この方法では、加熱対象空間をオーブンよりも小さくすることができるため、加熱対象の熱容量が小さくなり、キャピラリの昇温速度の向上を図ることができる。そして、ジャケットの一部を取り外すことで、ガードカラムやリテンションギャップの交換や一部切断といった処置をすることも可能である。
　しかし、キャピラリ（ガードカラムやリテンションギャップ）の長さが長くなった場合、キャピラリを覆うジャケットの鉛直方向の長さが長くなってジャケットの内側の空間に鉛直方向の温度勾配が生じるため、キャピラリ全体を均一に加熱することは困難である。また、ガードカラムなどを交換したときに、キャピラリのコイル状部分が毎回同じ高さの位置に配置されることが保証されないため、キャピラリにおける温度分布の再現性も保証されない。キャピラリの温度分布に再現性がないと、キャピラリをキャリアガス及びサンプルが通過するのに要する時間にも再現性がなくなり、得られるクロマトグラムにも再現性がなくなる。
　また、キャピラリの一部がジャケットに接触していると、キャピラリのジャケット接触部分と非接触部分とで温度差が顕著になってしまうため、キャピラリがジャケットに接触しないようにジャケットの内側にある程度の広さの空間を確保しておく必要がある。そのため、ジャケットの内側の空間を小さくするのに限界があり、キャピラリの昇温速度の向上に限界がある。
　そこで、本発明は、分離カラム及びトランスファーラインの温度制御の応答性を高めるとともに分離カラムの昇降温に必要な消費電力を低減することを目的とするものである。
　本発明にかかるガスクロマトグラフ装置は、試料導入部と、検出器と、分離カラムと、試料導入部と分離カラムとの間及び試料導入部と検出器との間を接続するトランスファーラインと、分離カラムに接して分離カラムを加熱するカラム加熱部材を備えたカラム温調部と、トランスファーラインに接してトランスファーラインを加熱するライン加熱部材及びトランスファーラインのライン加熱部材とは反対側に配置されたライン押さえ部材を備え、ライン加熱部材とライン押さえ部材とでトランスファーラインを挟持してトランスファーラインの温度調節を行なうライン温調部と、を備えたものである。
　本発明のガスクロマトグラフ装置では、カラム加熱部材を備えたカラム温調部と、ライン加熱部材とライン押さえ部材の間にトランスファーラインを挟持してトランスファーラインの温度調節を行なうライン温調部と、を備えているので、分離カラムを昇温する際の加熱対象の熱容量が熱対流オーブンよりも小さくなり、分離カラムの昇降温の応答性の向上と分離カラムの昇温時の消費電力の低減を図ることができる。ライン温調部によってトランスファーラインの昇温を迅速に行なうことができるので、オーブンによりトランスファーラインの温度調節を行なう場合に比べて昇降温の迅速化と消費電力の低減を図ることができる。
　さらに、本発明は、ライン加熱部材とライン押さえ部材とでトランスファーラインを挟持する構造であり、電熱線などのヒータをトランスファーラインに巻き付ける構造ではないため、ガードカラムやリテンションギャップを設ける場合にも、コイル状に巻かれたキャピラリからなるガードカラムやリテンションギャップをライン温調部内に配置することが可能であり、ガードカラムやリテンションギャップの交換や一部切断を行なうことができる。
ガスクロマトグラフ装置の一実施例の一方の押さえ部材を取り外した状態の平面図である。 同実施例のガスクロマトグラフ装置の図１ＡのＸ－Ｘ位置における断面図である。 ガスクロマトグラフ装置の他の実施例の断面図である。 ガスクロマトグラフ装置のさらに他の実施例の一方の押さえ部材を取り外した状態の平面図である。 同実施例のガスクロマトグラフ装置の図３ＡのＹ－Ｙ位置における断面図である。 ガスクロマトグラフ装置のさらに他の実施例の断面図である。 同実施例のガスクロマトグラフ装置を使用してガードカラム部分の温度測定を行なったときの温度測定位置を説明するための図である。 同実施例のガスクロマトグラフ装置を使用してガードカラム部分の温度測定を行なったときの測定データである。 ガスクロマトグラフ装置のさらに他の実施例の一方の押さえ部材を取り外した状態の平面図である。 同実施例のガスクロマトグラフ装置の図７ＡのＺ－Ｚ位置における断面図である。 従来のガスクロマトグラフ装置の一例を示す概略構成図である。
　本発明のガスクロマトグラフ装置において、ライン押さえ部材はトランスファーラインに接してトランスファーラインを加熱する加熱部材であってもよい。トランスファーラインを２つの加熱部材で挟持することにより、トランスファーラインの加熱効率を向上させることができる。
　また、ライン押さえ部材が柔軟性をもつ断熱部材であってもよい。柔軟性をもつ断熱部材でライン加熱部材にトランスファーラインを押し付けることで、ライン加熱部材からの熱を周囲へ発散させることなくトランスファーラインに効率よく伝えることができるので、トランスファーラインを高効率に加熱することができ、トランスファーラインの昇温の応答性を高めることができる。熱源をもつ加熱部材が一つでよいので、ライン押さえ部材も加熱部材で構成した場合に比べて消費電力が低減されるという利点もある。
　ライン押さえ部材を断熱部材で構成した場合、トランスファーラインの加熱時にライン加熱部材側と断熱部材側との間に温度差が生じ、トランスファーラインに温度分布が生じることが考えられる。そこで、好ましい実施態様の一つとして、トランスファーラインとライン押さえ部材との間に膜状の熱伝導性部材を介在させ、さらにその熱伝導性部材の一部をライン加熱部材に接触させることが挙げられる。これにより、ライン加熱部材の熱を熱伝導性部材を介して断熱部材側に伝えることができ、ライン加熱部材側と断熱部材側との間の温度差を緩和することができる。
　上記熱伝導性部材の一例としてアルミニウム箔を挙げることができる。
　カラム加熱部材とライン加熱部材は共通のヒートブロックにより構成してもよい。そうすれば、装置を構成する部品点数を減らすことができ、装置構成が簡単になるとともにコストの低減を図ることができる。
　上記の場合において、カラム温調部が、分離カラムのカラム加熱部材とは反対側に配置されカラム加熱部材との間に分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えているときは、カラム押さえ部材とライン押さえ部材も共通のヒートブロックで構成することができる。そうすれば、装置を構成する部品点数をさらに減らすことができ、装置構成が簡単になるとともにコストの低減を図ることができる。
　カラム温調部が、分離カラムのカラム加熱部材とは反対側に配置されカラム加熱部材との間に分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えている場合において、カラム押さえ部材とライン押さえ部材を柔軟性をもつ共通の断熱部材で構成してもよい。これにより、装置を構成する部品点数をさらに減らすことができ、装置構成が簡単になるとともにコストの低減を図ることができる。
　また、カラム加熱部材とライン加熱部材を間に断熱部材を挟んで熱的に分離された状態で一体化してもよい。そうすれば、トランスファーラインと分離カラムの温度調節を個別に行なうことができるようになり、トランスファーラインの温度を一定温度に維持した状態で分離カラムのみ昇降温させて分析するなど分析の自由度を高めることができる。
　上記の場合において、カラム温調部が分離カラムのカラム加熱部材とは反対側に配置されカラム加熱部材との間に分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えているときは、カラム押さえ部材とライン押さえ部材が柔軟性をもつ共通の断熱部材により構成することができる。これにより、装置を構成する部品点数を減らして装置構成を簡単にしながらもトランスファーラインと分離カラムの温度調節を個別に行なうことができる。
　ライン加熱部材のトランスファーラインと接する面には、トランスファーラインと試料導入部を接続する接続部材及びトランスファーラインと検出器を接続する接続部材を嵌め込んで保持する凹部が設けられていることが好ましい。そうすれば、接続部材の温度をトランスファーラインの温度とともにライン温調部で調節することができる。そして、接続部材をライン加熱部材の凹部に嵌め込んで保持するようにすることで、接続部材をライン加熱部材によって効率よく加熱することができ、接続部材が他の部分よりも温度の低い冷点となることを防止できる。
　上記の場合において、試料導入部、検出器及びライン加熱部材を保持する筐体が設けられているときは、ライン加熱部材は凹部の設けられている部分が着脱可能になっていることが好ましい。そうすれば、トランスファーラインをライン温調部から取り外す際に、ガスクロマトグラフ装置の筐体に試料導入部、検出器及びライン加熱部材が保持された状態でも、ライン加熱部材の凹部の設けられている部分を取り外すだけで接続部材を表面に露出させることができ、接続部材を構成するナットの締結や取外しが可能となる。
　また、カラム加熱部材の分離カラムに接する面に分離カラムを嵌め込んで保持する凹部が設けられていることが好ましい。そうすれば、カラム加熱部材による分離カラムの加熱効率を向上させることができる。
　ガスクロマトグラフ装置の一実施例について図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。
　この実施例のガスクロマトグラフ装置は試料導入部２、分離カラムチップ１０、検出器１８のほか、試料導入部２と分離カラムチップ１０の間を接続するキャピラリ６及び分離カラムチップ１０と検出器１８の間を接続するキャピラリ１６を備えている。以下、キャピラリ６及び１６はトランスファーラインを構成する。分離カラムチップ１０はチップと称される基体内に分離カラムとなる流路および固定相が形成された平板形状の部材である。分離カラムチップ１０の一平面側に分離カラムの一端に通じる入口側接続部１２、分離カラムの他端に通じる出口側接続部１４が設けられている。
　なお、この実施例及び以下の実施例では、分離カラムとしてチップ状に形成された分離カラムチップが使用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャピラリカラムがコイル状に巻かれて形成されたものを分離カラムとして使用するものであってもよい。
　試料導入部２の接続部４にキャピラリ６の一端が接続され、分離カラムチップ１０の入口側接続部１２にキャピラリ６の他端が接続されている。分離カラムチップ１０の出口側接続部１４にキャピラリ１６の一端が接続され、検出器１８の接続部２０にキャピラリ１６の他端が接続されている。接続部４、１２、１４及び２０はそれぞれキャピラリ６，１６の端部にかしめられたフェルル及びそのフェルルを固定するためのナットにより構成されている。フェルルやナットは接続部材を構成している。
　キャピラリ６はコイル状に巻かれた部分（以下、コイル状部分）８を備えている。コイル状部分８はガードカラム又はリテンションギャップを構成している。
　試料導入部２の接続部４、キャピラリ６，１６、分離カラムチップ１０及び検出器１８の接続部２０はヒートブロック２２とヒートブロック３０の間に挟持されている。ヒートブロック２２と３０は例えばアルミニウムなどの熱伝導性材料からなる板状部材である。ヒートブロック２２にはヒータ３２及び温度センサ３３が埋設されており、ヒートブロック３０にはヒータ３４及び温度センサ３５が埋設されている。ヒータ３２は温度センサ３３の検出温度に基づいて、ヒータ３４は温度センサ３５の検出温度に基づいて、それぞれフィードバック制御される。
　この実施例では、ヒートブロック２２がカラム加熱部材及びライン加熱部材を構成し、ヒートブロック３０がカラム押さえ部材及びライン押さえ部材を構成している。ヒートブロック２２と３０はトランスファーラインの温度調節を行なうライン温調部を構成するとともに分離カラムチップ１０の温度調節を行なうカラム温調部を構成している。
　ヒートブロック２２の一平面に、接続部４を嵌め込むための凹部２３、接続部１２を嵌め込むための凹部２６、接続部１４を嵌め込むための凹部２８及び接続部２０を嵌め込むための凹部２９が設けられており、ヒートブロック２２と３０の間に大きな隙間を生じさせることなく接続部４、１２、１４及び２０がヒートブロック２２と３０との間に挟持されている。
　ヒートブロック２２とヒートブロック３０は、例えば両ブロック２２及び３０に設けられた貫通孔をともに貫通するネジの締結により互いに押し付けられた状態で固定されている。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、トランスファーラインを挟持する２つの部材を互いに押し付けて固定する構造であればどのようなものであってもよい。
　図２はヒートブロック３０に代えて断熱部材４０をカラム押さえ部材及びライン押さえ部材として用いた実施例を示している。断熱部材４０の材質としては、例えばグラスウールなど柔軟性をもつ断熱材であることが好ましい。柔軟性をもつ断熱部材４０をヒートブロック２２側へ押し付けることにより、ヒートブロック２２と断熱部材４０との間の隙間が小さくなり、接続部４、キャピラリ６，１６、分離カラムチップ１０及び検出器１８の接続部２０の周囲の空気層が小さくなるため、加熱効率を向上させることができる。この実施例では、図１Ａ及び図１Ｂの実施例に比べてヒートブロックが一枚少ないため、図１Ａ及び図１Ｂの実施例よりもさらに消費電力が小さくなる。
　図３Ａ及び図３Ｂにガスクロマトグラフ装置の別の実施例を示す。
　この実施例は、図２の実施例のヒートブロック２２に代えて、ライン加熱部材としてのヒートブロック２２ａとカラム加熱部材としてのヒートブロック２２ｂをその間に断熱部材４４を介在させながら一体化したものを用いたものである。ヒートブロック２２ａの一平面は主に接続部４及び２０、キャピラリ６及び１６に接し、ヒートブロック２２ｂの一平面は主に分離カラムチップ１０に接している。ヒートブロック２２ａと２２ｂは断熱部材４４によって熱的に分離されている。
　ヒートブロック２２ａはヒータ３２ａ及び温度センサ３３ａを、ヒートブロック２２ｂはヒータ３２ｂ及び温度センサ３３ｂを備えており、両ヒートブロック２２ａ，２２ｂは互いに独立して温度調節を行なうことができるように構成されている。ヒートブロック２２ａは断熱部材４０とでライン温調部を構成し、ヒートブロック２２ｂは断熱部材４０とでカラム温調部を構成する。
　このように、主にトランスファーラインに接するヒートブロック２２ａと主に分離カラムチップ１０に接するヒートブロック２２ｂとを熱的に分離して互いに独立した温度調節ができるように構成することで、例えばトランスファーラインの温度を一定に維持した状態で分離カラムチップ１０を昇降温させて分析を行なうことが可能になるなど、分析の自由度が向上する。
　ヒートブロック２２ａの一平面には接続部４，２０をそれぞれ嵌め込むための凹部４７，５１が設けられている。ヒートブロック２２ｂの一平面には分離カラムチップ１０を嵌め込むための凹部４６、接続部１２，１４をそれぞれ嵌め込むための凹部４８，５０が設けられている。
　図４にさらに別の実施例を示す。
　図４の実施例は、図３の実施例のキャピラリ６のコイル状部分８の加熱効率を向上させるために、コイル状部分８と断熱部材４０との間にアルミニウム箔からなる膜状の熱伝導性部材５２を介在させたものである。熱伝導性部材５２はコイル状部分８全体を断熱部材４０側から覆う大きさで設けられ、その端部がヒートブロック２２ａと接している。これにより、ヒートブロック２２ａの熱がコイル状部分８の断熱部材４０側にも伝えられ、コイル状部分８全体が均一に加熱される。なお、膜状の熱伝導性部材５２としては、低熱容量、高熱伝導率で柔軟性のあるものであれば用いることができ、アルミニウム箔の他に、例えば膜状に形成されたスチールウールが挙げられる。
　コイル状部分８と断熱部材４０との間に熱伝導性部材５２を介在させて得られる効果を測定するため、図５に示されているように、コイル状部分８を構成するキャピラリとして内径０．５３ｍｍのワイドボアキャピラリと呼ばれる大径のキャピラリを用い、コイル状部分８の最も断熱部材４０側に位置するキャピラリ（測定点Ａ）と、ヒートブロック２２ａと断熱部材４０との中間に位置するキャピラリ（測定点Ｂ）にそれぞれ接触するように熱電対を挿入して温度を測定した。ヒートブロック２２ａの温度センサ３３ａとして白金センサを用い、その測定値が５０℃から３５０℃まで２０℃／ｍｉｎの割合で昇温し、その後３５０℃で定常状態となるようにヒータ３２ａを制御した。そのときの各測定点Ａ，Ｂとヒートブロック２２ａとの温度差のデータを図６に示す。
　図６に示されているように、測定点Ａの温度は昇温時で最大１０℃程度、３５０℃定常状態で最大で８℃程度、ヒートブロック２２ａの温度よりも低くなった。測定点Ｂの温度は昇温時で最大９℃程度、３５０℃定常状態で最大７℃程度、ヒートブロック２２ａの温度よりも低くなった。この結果から、各測定点Ａ，Ｂとヒートブロック２２ａとの温度差は最大でも１０℃程度であり、この測定条件ではコイル状部分８を構成するキャピラリが十分に均一に加熱されているということができる。なお、測定点Ａ，Ｂの温度を設定温度により近づける必要があるのであれば、ヒートブロック２２ａの昇温の設定温度を１０℃程度高く設定すればよい。図４の実施例では、ヒートブロック２２ａと２２ｂが断熱材４４によって熱的に分離されているため、ヒートブロック２２ａの設定温度を高めに設定しても分離カラムチップ１０の温度制御に影響を与えることはない。
　なお、膜状の熱伝導性部材５２を設ける場合としては、コイル状部分８のようなガードカラム又はリテンションギャップが設けられている場合に限られず、ガードカラム又はリテンションギャップが設けられていない場合にトランスファーライン全体の加熱効率を向上させるためにこのような熱伝導性部材を用いてもよい。
　また、図４の実施例は図３Ａ及び図３Ｂの実施例に熱伝導性部材５２を追加したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ライン押さえ部材が断熱部材で構成されている場合に適用することができる。トランスファーラインと断熱部材からなるライン押さえ部材との間に柔軟性のある膜状の熱伝導性部材を追加することで、ライン加熱部材と断熱部材との間の空間に生じる温度分布を緩和することができる。
　図示は省略されているが、以上の実施例における試料導入部２、検出器１８、ヒートブロック（ライン加熱部材及びカラム加熱部材）２２、２２ａ及び２２ｂはガスクロマトグラフ装置の筐体に固定される。キャピラリ６，１６はその汚染等の原因により交換を要する場合がある。キャピラリ６，１６の交換はカラム押さえ部材としてのヒートブロック３０又は断熱部材４０を取り外して行なう必要があるが、ヒートブロック３０又は断熱部材４０を取り外しただけでは接続部材４、２０を構成するナットの取外しや締結の作業が困難である。
　図７Ａ及び図７Ｂは図３Ａ及び図３Ｂの実施例のキャピラリ６，１６の交換を容易にする構造を有する実施例を示したものである。ヒートブロック２２ａの接続部材４及び２０を保持する部分５４及び５６は、図７Ｂに示されている矢印の方向に取り外すことができるようになっており、これらの部分５４及び５６と断熱部材４０を取り外すことで、接続部材４及び２０をなすナットの締結と取外しの作業が容易になる。この構造は図７Ａ及び図７Ｂの構造のものに限定されるものではなく、以上において説明した実施例のいずれに対しても適用することができる。
　部分５４及び５６はヒートブロック２２ａの一部をなすものであり、ヒートブロック２２ａと一体となっている状態ではヒートブロック２２ａの他の部分と十分に接触してヒータ３２ａからの熱を接続部材４及び２０に伝えることができる。
　なお、部分５４及び５６はヒートブロック２２ａとは熱的に独立したものであってもよく、独自のヒータと温度センサを備えていてもよい。
　　　２　　　試料導入部
　　　４，２０　　　接続部材
　　　６，１６　　　キャピラリ（トランスファーライン）
　　　８　　　コイル状部分（ガードカラム又はリテンションギャップ）
　　１０　　　分離カラムチップ
　　１２　　　入口側接続部（分離カラム）
　　１４　　　出口側接続部（分離カラム）
　　１８　　　検出器
　　２２，２２ａ，２２ｂ，３０　　　ヒートブロック
　　２３，２４，２６，２８，２９，４７，４７ａ，４８，５０，５１，５１ａ　　　凹部
　　３２，３２ａ，３２ｂ，３４　　　ヒータ
　　３３，３３ａ，３３ｂ，３５　　　温度センサ
　　４０，４４　　　断熱部材
　　５２　　　熱伝導性部材

Claims (13)

  1. 　試料導入部と、
    　検出器と、
    　分離カラムと、
    　前記試料導入部と前記分離カラムとの間及び前記試料導入部と前記検出器との間を接続するトランスファーラインと、
    　前記分離カラムに接して前記分離カラムを加熱するカラム加熱部材を備えたカラム温調部と、
    　前記トランスファーラインに接して前記トランスファーラインを加熱するライン加熱部材及び前記トランスファーラインの前記ライン加熱部材とは反対側に配置されたライン押さえ部材を備え、前記ライン加熱部材と前記ライン押さえ部材とで前記トランスファーラインを挟持して前記トランスファーラインの温度調節を行なうライン温調部と、を備えたガスクロマトグラフ装置。
  2. 　前記ライン押さえ部材は前記トランスファーラインに接して前記トランスファーラインを加熱する加熱部材である請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置。
  3. 　前記ライン押さえ部材は柔軟性をもつ断熱部材である請求項１に記載のガスクロマトグラフ装置。
  4. 　前記トランスファーラインと前記ライン押さえ部材との間に膜状の熱伝導性部材が介在し、前記熱伝導性部材の一部が前記ライン加熱部材と接している請求項３に記載のガスクロマトグラフ装置。
  5. 　前記熱伝導性部材はアルミニウム箔である請求項４に記載のガスクロマトグラフ装置。
  6. 　前記カラム加熱部材と前記ライン加熱部材が共通のヒートブロックにより構成されている請求項２から５のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ装置。
  7. 　前記カラム温調部は、前記分離カラムの前記カラム加熱部材とは反対側に配置され前記カラム加熱部材との間に前記分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えており、
    　前記カラム押さえ部材と前記ライン押さえ部材が共通のヒートブロックにより構成されている請求項６に記載のガスクロマトグラフ装置。
  8. 　前記カラム温調部は、前記分離カラムの前記カラム加熱部材とは反対側に配置され前記カラム加熱部材との間に前記分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えており、
    　前記カラム押さえ部材と前記ライン押さえ部材が柔軟性をもつ共通の断熱部材により構成されている請求項６に記載のガスクロマトグラフ装置。
  9. 　前記カラム加熱部材と前記ライン加熱部材が互いの間に断熱部材を挟んで熱的に分離された状態で一体化されている請求項２から５のいずれか一項記載のガスクロマトグラフ装置。
  10. 　前記カラム温調部は、前記分離カラムの前記カラム加熱部材とは反対側に配置され前記カラム加熱部材との間に前記分離カラムを挟持するカラム押さえ部材を備えており、
    　前記カラム押さえ部材と前記ライン押さえ部材が柔軟性をもつ共通の断熱部材により構成されている請求項９に記載のガスクロマトグラフ装置。
  11. 　前記ライン加熱部材の前記トランスファーラインと接する面に、前記トランスファーラインと前記試料導入部を接続する接続部材及び前記トランスファーラインと前記検出器を接続する接続部材を嵌め込んで保持する凹部が設けられている請求項１から１０のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ装置。
  12. 　前記試料導入部、前記検出器及び前記ライン加熱部材を保持する筐体を備え、前記ライン加熱部材は前記凹部の設けられている部分が着脱可能に構成されている請求項１１に記載のガスクロマトグラフ。
  13. 　前記カラム加熱部材の前記分離カラムに接する面に前記分離カラムを嵌め込んで保持する凹部が設けられている請求項１から１２のいずれか一項に記載のガスクロマトグラフ。
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