(57)【要約】      （修正有）【課題】検出器に導入される気体の流量を一定にして、精度のよい測定を行うことができるガスクロマトグラフを提供する。【解決手段】カラム２を通過した試料ガス、及び、流量調整弁１１で流量が調整された反応用ガスが導入され、前記試料ガスと前記反応用ガスとが反応して所定の化合物を含む測定用ガスを生成する反応部３と、前記反応部３よりも下流側に設けられて、所定の化合物を検出する検出器５に導入される前記測定用ガスの流量を測定する流量計４と、前記流量計４で測定された前記測定用ガスの流量が所定値となるように、前記流量調整弁１１を制御する制御部６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラムを通過した試料ガス、及び、流量調整弁で流量が調整された反応用ガスが導入され、前記試料ガスと前記反応用ガスとが反応して、所定の化合物を含む測定用ガスを生成する反応部と、
前記反応部よりも下流側に設けられて、所定の化合物を検出する検出器に導入される前記測定用ガスの流量を測定する流量計と、
前記流量計で測定された前記測定用ガスの流量が所定値となるように、前記流量調整弁を制御する制御部とを備える制御装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記流量計で測定された前記測定用ガスの測定流量値と予め定めた目標流量値との偏差に演算処理を行って駆動信号を生成し、この駆動信号により前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記反応部が、金属触媒を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
【請求項４】
前記反応部が、
前記試料ガス、及び、第１流量調整弁で流量が調整された空気が導入され、前記試料ガスと前記空気とを混合して、酸化反応により酸化ガスを生成する酸化反応部と、
前記酸化ガス、及び、第２流量調整弁で流量が調整された水素ガスが導入され、前記酸化ガスと前記水素ガスとが還元反応により所定の化合物を含む前記測定用ガスを生成する還元反応部とを有し、
前記流量計が、前記還元反応部よりも下流側に設けられ、
前記制御部が、前記駆動信号により前記第２流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記検出器が、水素炎イオン化検出器であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の制御装置。
【請求項６】
カラムを通過した試料ガス、及び、流量調整弁で流量が調整された反応用ガスが導入され、前記試料ガスと前記反応用ガスとが反応して所定の化合物を含む測定用ガスを生成する反応部と、前記反応部よりも下流側に設けられて、所定の化合物を検出する検出器に導入される前記測定用ガスの流量を測定する流量計と、前記流量計で測定された前記測定用ガスの流量が所定値となるように、前記流量調整弁を制御する制御部とを有する制御プログラムであって、
前記流量計で測定された前記測定用ガスの測定流量値と予め定めた目標流量値との偏差に演算処理を行って、その演算処理により生成された駆動信号を前記流量調整弁にフィードバックするフィードバックステップをコンピュータに実行させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の検出に用いられる制御装置及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素化合物等の試料の分析に用いられるものとして、例えば特許文献１に記載されているガスクロマトグラフがある。
このガスクロマトグラフは、カラムと、カラムを通過した試料を例えば水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等を用いて検出する検出器とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されているようなガスクロマトグラフに用いられる検出器は、試料を燃焼炎でイオン化させてこのイオンにより生じる電流を利用して試料の検出を行うものである。
そのため、カラムの内径や長さ等の製造のばらつきによってキャリアガス流量の計算値に誤差が生じていたり、カラム内の温度によってキャリアガス流量が変動したりすると、検出器に導入される試料の流量が変動して燃焼炎の形状が変化する。この燃焼炎の形状変化は、燃焼炎の周囲で生じるイオン化率を変動させるので、検出器の測定感度が変わってしまい、精度よい検出を行うことができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、検出器に導入される気体の流量を一定にして、精度のよい測定を行うことができる制御装置及び制御プログラムを提供することをその主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の制御装置は、カラムを通過した試料ガス、及び、流量調整弁で流量が調整された反応用ガスが導入され、前記試料ガスと前記反応用ガスとが反応して所定の化合物を含む測定用ガスを生成する反応部と、前記反応部よりも下流側に設けられて、所定の化合物を検出する検出器に導入される前記測定用ガスの流量を測定する流量計と、前記流量計で測定された前記測定用ガスの流量が所定値となるように、前記流量調整弁を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、反応用ガスの流量を制御して検出器に導入される測定用ガスの流量が所定値を維持して一定になれば、燃焼炎の形状変化に伴う検出器の測定感度の変動を防いで、精度よい検出を行うことができる。
また、測定用ガスを生成するために用いられる反応用ガスで測定用ガスの流量が所定値を維持して一定になれば、測定用ガスの流量を一定にするためだけに別途配管等を設ける必要がなく、コストを抑えながら測定用ガスの流量を一定にすることができる。
【０００８】
本発明の制御装置は、前記制御部が、前記流量計で測定された前記測定用ガスの測定流量値と予め定めた目標流量値との偏差に演算処理を行って駆動信号を生成し、この駆動信号により前記流量調整弁を制御することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の制御装置は、前記反応部が、金属触媒を備えることが好ましい。
【００１０】
反応を促進させるために反応部が金属触媒を備える場合、試料量によっては反応部内の加熱温度が上昇して金属触媒が熱膨張を起こし、圧力損失が変わって測定用ガスの流量が変動することがある。しかし、本発明の制御装置では、金属触媒の熱膨張により変動した測定用ガスの流量を流量計が測定し、該測定流量値を用いて制御部が駆動信号を生成して、この駆動信号を流量調整弁に入力するので、熱膨張により変動した測定用ガスの流量に合わせて反応用ガスを制御でき、金属触媒が熱膨張を起こした場合にも精度よい検出を行うことができる。
【００１１】
本発明の制御装置は、前記反応部が、前記試料ガス、及び、第１流量調整弁で流量が調整された空気が導入され、前記試料ガスと前記空気とを混合して、酸化反応により酸化ガスを生成する酸化反応部と、前記酸化ガス、及び、第２流量調整弁で流量が調整された水素ガスが導入され、前記酸化ガスと前記水素ガスとが還元反応により所定の化合物を含む前記測定用ガスを生成する還元反応部とを有し、前記流量計が、前記還元反応部よりも下流側に設けられ、前記制御部が、前記駆動信号により前記第２流量調整弁を制御することが好ましい。
【００１２】
これにより、流量計で測定される直前の還元反応部において、水素ガスの流量を制御して測定用ガスの流量を一定にするので、より正確に測定用ガス流量を一定にすることができ、精度よい検出を行うことができる。
【００１３】
本発明の制御装置は、前記検出器が、水素炎イオン化検出器であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定ガスの流量を一定にして、燃焼炎の周囲で生じるイオン化率が変動することを防いで検出器の測定感度を変えることなく、精度のよい測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における制御装置を表す模式図。
【図２】本実施形態における制御装置の制御を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の制御装置の一実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態における制御装置１は、図１に示すように、カラム２を通過した試料ガス、及び、流量調整弁１１で流量が調整された反応用ガスが導入されて、これらのガスを混合して反応させて所定の化合物を含んだ測定用ガス生成する反応部３と、測定用ガスに含まれる所定の化合物を検出する検出器５と、反応部３よりも下流に設けられて、検出器５に導入される測定用ガスの流量を測定する流量計４と、流量計４で測定された測定用ガスの流量が一定となるように流量調整弁１１を制御する制御部６とを備える。
【００１８】
カラム２は、管の内壁に固定相を塗布したキャピラリーカラムであって、その上流側の一端がキャリアガス及び測定試料を導入する試料導入口７に連結されており、その下流側の他端がカラム２を通過した試料ガスが導出される試料ガス導出路８に連結されている。
固定相としては、試料の種類に応じて適宜公知のものを使用することができる。また、キャリアガスとしては、例えば、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスや水素ガス、空気等を用いることができる。
なお、測定試料が気体の場合は、そのまま試料導入口７に導入されるが、測定試料が液体の場合は、図示しない気化室で加熱されて気化された後に試料導入口７に導入される。
【００１９】
反応部３は、酸化還元反応により、例えばメタン等の所定の化合物を含む測定用ガスを生成する酸化反応部９と還元反応部１０とを有する。
【００２０】
酸化反応部９は、その内部に例えばパラジウム等の金属触媒が配置される酸化反応管９ａと、酸化反応管９ａを加熱するヒーター等の酸化反応炉９ｂとを有する。
【００２１】
酸化反応管９ａは、その上流側の一端が試料ガス導出路８に連結されており、その下流側の他端が連結管１２に連結されている。
【００２２】
ここで、試料ガス導出路８には分岐路８ａが設けられており、この分岐路８ａは、第１流量調整弁１１ａを介して酸化反応部９に反応用ガスである空気を供給する第１供給路１４ａに連結されている。
【００２３】
第１流量調整弁１１ａは、第１供給路１４ａと分岐路８ａとの間に配置されて、第１供給路１４ａと分岐路８ａとの間を塞ぐように第１供給路１４ａの路内に配置される第１調整弁本体（図示しない）、及び、第１供給路１４ａに外付けされ、制御信号に応じて第１調整弁本体を移動させて、第１供給路１４ａから分岐路８ａへの通路を開閉させる第１駆動部（図示しない）を備える。
【００２４】
第１供給路１４ａには、第１供給路１４ａを通過する空気の流量を測定するマスフローメータ１５ａが設けられている。このマスフローメータ１５ａは、例えば、２対の発熱抵抗線を第１供給路１４ａに巻いてブリッジ回路を形成し、この発熱抵抗線に電流を流して加熱した状態で第１供給路１４ａに流体を流すと、２対の発熱抵抗線の間に温度差が生じるので、この温度差を用いて流体の流量を計測する熱式のものである。
【００２５】
還元反応部１０は、その内部に例えばニッケル等の金属触媒が配置される還元反応管１０ａと、還元反応管１０ａを加熱するヒーター等の還元反応炉１０ｂとを有する。
【００２６】
還元反応管１０ａは、その上流側の一端が連結管１２に連結されており、その下流側の他端が測定用ガス導出路１３に連結されている。
【００２７】
ここで、連結管１２にも分岐路１２ａが設けられており、この分岐路１２ａは、第２流量調整弁１１ｂを介して還元反応部１０に反応用ガスである水素ガスを供給する第２供給路１４ｂに連結されている。
【００２８】
第２流量調整弁１１ｂは、第２供給路１４ｂと分岐路１２ａの間に配置されて、第２供給路１４ｂと分岐路１２ａとの間を塞ぐように第２供給路１４ｂの路内に配置される第２調整弁本体（図示しない）、及び、第２供給路１４ｂに外付けされ、後述する駆動信号に応じて第２調整弁本体を移動させて、第２供給路１４ｂから分岐路１２ａへの通路を開閉する第２駆動部（図示しない）を備える。
【００２９】
第２供給路１４ｂには、第２供給路１４ｂを通過する水素ガスの流量を測定するマスフローメータ１５ｂが設けられている。このマスフローメータ１５ｂは、第１供給路１４ａに設けられたマスフローメータ１５ａと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３０】
流量計４は、測定用ガス導出路１３に設けられており、この流量計４としては、前述したマスフローメータ１５ａ、１５ｂと同様に熱式のものを用いてもよいし、例えば、測定用ガス導出路１３中に一部に孔を設けた板を配置して、この板の上流側及び下流側の圧力差を計測して流量を測定する差圧式のものや、測定用ガス導入路１３に外付けされ、上流側及び下流側に設けられた２つのセンサから同時に超音波を発生し、受信する信号の伝播時間差を用いて流量を測定する超音波式のもの等を用いることができる。
【００３１】
検出器５は、測定用ガス導出路１３に連結されており、この検出器５としては、例えば、燃焼炎である水素炎中に測定用ガスを流し、水素炎でイオン化されたイオン化電流を測定することにより所定の化合物を検出する水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等が用いられる。
【００３２】
制御部６は、構造的には、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。そして、内部メモリの所定領域に格納したプログラムに従って動作することで情報処理を行い、その機能を発揮するものである。
【００３３】
そして、制御部６は、流量計４が測定した測定用ガスの測定流量値と、予め入力された目標流量値との偏差を算出し、該偏差に比例動作、微分動作、又は積分動作等の演算処理を施して駆動信号を生成し、この駆動信号を、第２流量調整弁１１ｂの第２駆動部に入力する。
【００３４】
本実施形態の制御装置１の動作について以下説明する。
【００３５】
気化された試料がキャリアガスに混合されて試料導入口７から導入されると、その試料の分子量等に応じた通過時間を経て、カラム２を通過した試料ガスが試料ガス導出路８に導出され、試料ガス導出路８を通過した試料ガスは酸化反応管９ａへ導入される。また、酸化反応部９の反応用ガスである空気もガスフローメータ１５ａで流量が測定された後、第１供給路１４ａ、第１流量調整弁１１ａ、分岐路８ａ、及び、試料ガス導出路８を経て酸化反応管９ａに導入される。
【００３６】
酸化反応管９ａに導入された試料ガス及び空気は、酸化反応管９ａの管内で混合されるとともに、酸化反応炉９ｂによって酸化反応管９ａが加熱されることで酸化反応を起こし、例えば二酸化炭素等の酸化ガスを生成する。そして、酸化ガスは連結管１２を通過して還元反応部１０に導入される。また、還元反応部１０の反応用ガスである水素ガスもガスフローメータ１５ｂで流量が測定された後、第２供給路１４ｂ、第２流量調整弁１１ｂ、分岐路１２ａ、及び、連結管１２を経て還元反応管１０ａに導入される。
【００３７】
還元反応管１０ａに導入された試料ガス及び水素ガスは、還元反応管１０ａの管内で混合されるとともに、還元反応炉１０ｂによって還元反応管１０ａが加熱されることで還元反応を起こし、例えばメタン等の所定の化合物を含む測定用ガスを生成する。そして、測定用ガスは、測定用ガス導出路１３を通過して、流量計４でその流量が測定された後、検出器５に導入される。
【００３８】
検出器５に導入された測定用ガスは、検出器５の水素炎でイオン化され、このイオンにより生じる電流が測定されることで、測定用ガスに含まれる所定の化合物が検出される。
【００３９】
なお、必要に応じて、連結管１２、や測定用ガス導出路１３に、酸化反応又は還元反応により生じた水を捕捉して除去するためのフィルターを設けておいてもよい。
【００４０】
次に、本実施形態の制御装置１が、測定用ガスの流量を一定にする制御について以下説明する。
【００４１】
流量計４が測定した測定用ガスの測定流量値が制御部６に入力されると、制御部６は、図２に示すように、予め入力された目標流量値と該測定流量値との偏差を算出し、この偏差に比例動作や微分動作等の演算処理を施して駆動信号を生成し、第２流量調整弁１１ｂの第２駆動部に入力するというフィードバック制御を行う。
【００４２】
第２駆動部は該駆動信号に従って、第２調製弁本体を移動させて水素ガスの流量を制御し、流量が制御された水素ガスが分岐路１２ａ及び連結管１２を通過して還元反応部１０に導入される。還元反応部１０では前述したように、この水素ガスと酸化ガスとが混合加熱されて測定用ガスが生成され、測定用ガス導出路１３に導出される。測定用ガス導出路１３に導出された測定用ガスは流量計４で流量が測定される。
【００４３】
そして、この一連の流れが繰り返されることで、流量計４によって測定される測定流量値が一定となる。
【００４４】
本発明によれば、反応用ガスの流量（本実施形態では水素ガス）を制御して、検出器５に導入される測定用ガスの流量を一定にするので、燃焼炎の形状変化に伴う検出器５の測定感度の変動を防いで、精度よい検出を行うことができる。
また、測定用ガスを生成するために用いられる反応用ガスで測定用ガスの流量を一定にするので、測定用ガスの流量を一定にするためだけに別途配管等を設ける必要がなく、コストを抑えながら測定用ガスの流量を一定にすることができる。
【００４５】
加えて、本発明によれば、流量計４で測定される直前の還元反応部において、水素ガスの流量を制御して測定用ガスの流量を一定にするので、より正確に測定用ガスの流量を一定にすることができ、精度よい検出を行うことができる。
【００４６】
また、本発明によれば、酸化反応管９ａ及び還元反応管１０ａが、反応を促進させるために金属触媒を備えるが、この金属触媒が熱膨張して測定用ガスの流量が変動した場合でも、金属触媒の熱膨張により変動した測定用ガスの流量を流量計４が測定して、該測定流量値を用いて制御部６が駆動信号を生成し、この駆動信号を第２流量調整弁１１に入力するので、熱膨張により変動した測定用ガス流量に合わせて反応用ガス（本実施形態では水素ガス）を制御でき、金属が熱膨張を起こした場合にも、精度よい検出を行うことができる。
【００４７】
さらに、本発明によれば、酸化反応部９及び還元反応部１０の酸化還元反応により、例えばメタン等の所定の化合物を含む測定用ガスを生成し、この所定の化合物を検出器５で検出するので、調製する標準物質はこの所定の化合物のみでよく、試料毎に標準物質を調製する手間を省いて簡易に検出を行うことができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではない。
【００４９】
例えば、上記実施形態では還元反応部１０の反応用ガスとして用いられる水素ガスを制御したが、酸化反応部９の反応用ガスとして用いられる空気を制御して測定用ガスを一定にしてもよい。この場合、制御部６は生成した駆動信号を第１流量調整弁１１ａの第１駆動部に入力して第１流量制御弁本体を移動させて、測定用ガスの測定流量値が一定となるように空気の流量を制御する。
【００５０】
なお、酸化反応部９の反応用ガスとして用いられる空気、及び、還元反応部１０の反応用ガスとして用いられる水素ガスの両方を制御して、測定用ガスを一定にすることもできる。
【００５１】
また、上記実施形態では検出器５として水素炎イオン化検出器を用いたが、例えば、アルカリ熱イオン化検出器（ＦＴＤ）や熱伝導度検出器（ＴＣＤ）等を用いてもよい。
【００５２】
本発明は、その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・制御装置
３・・・反応部
４・・・流量計
５・・・検出器
６・・・制御部
９・・・酸化反応部
１０・・還元反応部
１１・・流量調整弁
【図１】
2014149274.tif 000003
【図２】
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