(57)【要約】  【課題】簡単な構成で効果的に捕集成分を脱離させることのできる試料濃縮装置を提供する。  【解決手段】試料気体を低温の捕集管２に通して試料成分を捕集した後、捕集管２を加熱すると共にバルブ５を切り換えて捕集管２内にパージガス（キャリアガスを兼ねる）を試料気体の流通方向と逆方向に流すことにより捕集された試料成分を捕集管２から脱離させて後段の分析装置１０に導入するように構成し、捕集管２直近の前記パージガスの流入側流路中にオリフィス１３を設ける。このように構成することにより、加熱脱離時に捕集管２内でパージガスの流速がオリフィス１３に絞られて増加し、ベルヌーイ効果により圧力が降下するため捕集成分の脱離効率が上がる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料気体を低温の捕集管に通して試料成分を捕集した後、前記捕集管を加熱すると共に前記捕集管内にパージガスを流すことにより捕集された試料成分を脱離させて分析装置に導入するように構成された試料濃縮装置において、前記捕集管への前記パージガスの流入側流路にオリフィスを設けたことを特徴とする試料濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気中の環境汚染物質の分析において試料空気中の微量の測定対象成分物質を捕集濃縮して分析装置に導入するための試料濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の環境汚染物質、例えば各種の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）はシックハウス問題の原因物質としてその測定技術の確立が急務とされている。環境汚染源となり得るＶＯＣは１００種を越えると言われるが、これら多種の物質を分離して定性・定量するための分析装置としては分離定性能力の高いガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）が多く用いられる。空気中のＶＯＣはその濃度が極微量であり、そのままではＧＣ／ＭＳ等の分析装置に導入しても一般に検出は不可能であるから、分析の前段階として試料濃縮装置を用いるのが普通である。
【０００３】
試料濃縮装置としては、固相吸着／加熱脱離方式のものが従来から用いられている。この方式は、吸着剤等の捕集剤を充填した低温の捕集管に試料となる気体（例えば空気）を通過させ、気体中に含まれるＶＯＣ等の測定対象成分物質を捕集剤に吸着させて捕集し、その後にこの捕集管を加熱すると共にパージガスを流して捕集されたＶＯＣ等を追い出して分析装置に導入するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２は、従来の試料濃縮装置の構成例を示す。この例は試料濃縮装置とガスクロマトグラフを組み合わせた分析装置として構成されたものである。
この試料濃縮装置の動作は捕集過程と脱離過程に分けられる。
同図において、先ず捕集過程では、試料空気はポンプ４に吸引されて試料導入口１からバルブ５を経由して冷却加熱装置１１で冷却されている捕集管２を通過して流れ、試料空気中の測定対象成分物質が捕集管２に捕集される。この間、ガスクロマトグラフィのキャリアガスは、キャリアガス源８からバルブ５を経てカラム６および検出器７へと流れている。次に脱離過程に移り、捕集管２を加熱すると共にバルブ５を切り換えると、キャリアガスはパージガスとして捕集管２に迂回して流れるようになり、捕集管２内に捕集された物質を追い出してカラム６に導入し、ここで成分分離が行われる。分離された各成分は検出器７で電気信号に変えられ、データ処理装置９で適宜処理されて記録される。
【０００５】
上記の例では、捕集過程と脱離過程で捕集管２内のガスの流れ方向が同じであるが、図２において試料導入口１とポンプ４の位置を入れ換えることにより、捕集管２内における試料空気とパージガスの流れ方向を逆方向にする（逆パージ）こともできる。逆パージの方が高沸点成分まで速やかに捕集管２から脱離させる上で有利であるから、従来から逆パージによる脱離も広く利用されている。
【０００６】
なお、上記の例のように後段の分析装置がガスクロマトグラフ（ＧＣ／ＭＳを含む）である場合は、キャリアガスがパージガスを兼ねるので同じガスに対して２つの呼称があるが、以下、捕集管２内を流れるときのキャリアガスはその機能を明確にするためパージガスと記す。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７７３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような試料濃縮装置では、捕集管の外側から電熱ヒータで捕集管を加熱することで捕集物質を脱離させて追い出すように構成されるのが普通である。濃縮効果を高めるには加熱脱離の際に短時間で一気に加熱することが望ましいが、外部からの伝熱には遅れを伴うので捕集管内部まで一気に温度を上昇させるのは困難であり、その結果として後段のガスクロマトグラフィによる分離においてピークの幅が広がり、またピークの高さも低下するので検出感度や定量精度の低下を招く要因となる。従って、試料濃縮装置の設計製作に当たっては、短時間で効果的に捕集成分を脱離させることが最も重要な課題とされる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で従来よりも効果的に捕集成分を脱離させることのできる試料濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、試料気体を低温の捕集管に通して試料成分を捕集した後、捕集管を加熱すると共に捕集管内にパージガスを流すことにより捕集された試料成分を捕集管から脱離させて分析装置に導入するように構成された試料濃縮装置において、前記捕集管への前記パージガスの流入側流路にオリフィスを設ける。このように構成することにより、加熱脱離時に捕集管内でパージガスの流速がオリフィスに絞られて増加し、ベルヌーイ効果により圧力が減少するため捕集成分の脱離効率が上がる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明装置は上記のように構成されているので、捕集された試料成分の脱離効率が高く、より短い時間で脱離させることができる。これにより後段の分析装置においてピークの広がりが抑えられ、ピーク高さも増すので検出感度と定量精度が向上する。
また、捕集過程でオリフィスの存在により捕集管内の圧力が上昇するので、捕集効率が向上するという効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明が提供する試料濃縮装置は次のような特徴を有する。即ち、第１の特徴はパージガスの流入側流路にオリフィスを設けるように構成された点にあり、第２の特徴はそのオリフィスを捕集管直近に設けるように構成された点である。ここで「直近」とは、捕集管端部から捕集管内径のおよそ５倍以内の距離を意味する。
従って、最良の形態の基本的な構成はパージガスの流入側流路の捕集管直近にオリフィスを設けた試料濃縮装置である。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の一実施例を示す。以下図示例に従って説明する。
同図において、直管状の捕集管２は不活性コーティングされた内部に吸着剤または樹脂系のＴｅｎａｘ（商品名）等の捕集剤３が充填されている。捕集管２の一端には流れを絞るオリフィス１３が取り付けられ、さらに配管１４ｂを介してバルブ５に接続され、バルブ５によりキャリアガス源８または排出口１５のいずれかに切り換え接続される。捕集管２の他端は、異径接手１２と配管１４ａを介してバルブ５に接続され、バルブ５により後段のＧＣ／ＭＳ等の分析装置１０または試料空気送給用のポンプ４のいずれかに切り換え接続される。なお、異径接手１２は管径の異なる捕集管２と配管１４ａとを接続するために用いられる。
【００１３】
捕集管２は、ペルチエ素子および電気ヒータ（いずれも図示せず）を備えた冷却加熱装置１１に抱かれており、この冷却加熱装置１１からの伝熱により、捕集過程では冷却、脱離過程では加熱され、その温度はこれも図示しない温度制御装置により制御される。
【００１４】
このように構成された本実施例装置は以下のように動作する。
先ず捕集過程では、バルブ５は図中に実線で示すように各ポート間が接続された状態にあり、捕集管２は所定温度に冷却されている。この状態で、試料空気はポンプ４に吸引されて試料導入口１から取り込まれ、バルブ５、配管１４ａ、異径接手１２を順に経由して捕集管２を通過して流れ、さらにオリフィス１３、配管１４ｂ、バルブ５を経由して排出口１５から排出される。この過程で、試料空気中の測定対象成分物質が冷却された捕集剤３に捕集される。捕集管２の下流側にオリフィス１３があるので、その抵抗により捕集管２内の圧力が上昇し、オリフィス１３が無い場合に比べて捕集効率が向上する。
この間、キャリアガスは、キャリアガス源８からバルブ５を経て分析装置１０へ流れている。
【００１５】
次に脱離過程に移り、冷却加熱装置１１により捕集管２を所定温度に加熱すると共にバルブ５を切り換え、点線で示すように各ポート間が接続された状態にすると、キャリアガスは、キャリアガス源８からバルブ５、配管１４ｂ、オリフィス１３を経由してパージガスとして捕集管２に流れる。この時捕集管２内でのパージガスの流れ方向は、上記捕集過程における試料空気の流れ方向と逆方向である。即ち、逆パージが行われることになり、捕集管２内に捕集された物質は追い出されて、異径接手１２、配管１４ａ、バルブ５を経て分析装置１０へ運ばれ、分析される。
【００１６】
上記脱離過程において、パージガスは捕集管２に流入する直前でオリフィス１３を通過するので、パージガスの流れがここで絞られて流速が増加した状態で捕集管２に流入する。流速が増加すると、ベルヌーイ効果により圧力が降下し、捕集剤３に捕集されていた物質が脱離し易くなり、脱離効率が向上する。
【００１７】
オリフィス１３で絞られたパージガスの流れを詳しく見ると、オリフィス１３からほぼ配管１４ｂの内径ｄだけ上流の点から流れは縮小し始め、オリフィス１３からｄ／２だけ下流の点で流れの断面積が最小となる。この点を縮流部と呼ぶ。縮流部では流速は最大となり、静圧は最小となる。縮流部から下流に向かう、即ち捕集管２中を図で左方に進むにつれて流れの断面積は徐々に大きくなり、オリフィス１３から捕集管２の内径Ｄのほぼ５倍だけ下流の点で、流れの断面積が管の断面積と等しくなることが知られている。
従って、オリフィス１３が捕集管２のパージガス流入側の端部に接して設けられている場合は、この端部から約５Ｄまでの範囲の捕集管２内部では、オリフィス１３の影響を受けて圧力降下が生じ、脱離効果が向上することになる。このことからオリフィス１３はパージガスの流入側流路の捕集管２直近に設けるべきこともわかる。
【００１８】
縮流部における圧力の降下量ΔＰはベルヌーイの定理から導かれる下記の式により算出できる。
ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１
＝ρＱ２（１−ｋ２ｍ２）／２ｇＣ２Ａ２…………（１）
ここで、Ｑ：体積流量、ρ：流体密度、Ｐ１：オリフィス１３上流側圧力、Ｐ２：縮流部における圧力、Ａ：オリフィス１３の断面積、Ａ１：オリフィス１３上流側断面積、Ａ２：縮流部における流れの断面積、ｋ＝Ａ２／Ａ、Ｃ＝Ｋｋ、ｍ＝Ａ／Ａ１、Ｋ：係数、ｇ：重力加速度、である。
代表的な数値例として、捕集管２内径（Ｄ）１．６ｍｍ、配管１４ｂ内径（ｄ）０．３ｍｍ、オリフィス１３内径０．０５ｍｍ等の数値を（１）式に代入して試算した結果、ΔＰの値は最大およそ１０ｋＰａとなる。
【００１９】
以上、一実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、６ポートのバルブ５の代りに２個の４ポートバルブを用いる等の変形例を挙げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、例えば空気中の環境汚染物質の分析など微量試料の分析に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】従来の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  試料導入口
２  捕集管
３  捕集剤
４  ポンプ
５  バルブ
６  カラム
７  検出器
８  キャリアガス源
９  データ処理装置
１０  分析装置
１１  冷却加熱装置
１２  異径接手
１３  オリフィス
１４ａ  配管
１４ｂ  配管
１５  排出口
【図１】
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【図２】
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