(57)【要約】【課題】ガス捕集管に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率の向上を図ることが可能なガスクロマトグラフ用前処理装置を提供する。【解決手段】加熱面を有するヒータと、吸着剤が充填され前記ヒータの加熱面に密着させた状態で当該加熱面に沿って屈曲して配設されたガス捕集管と、前記ガス捕集管の一端側に接続されたサンプルガス導入管およびサンプルガス導出管と、前記ガス捕集管の他端側に接続されたガス吸引管およびキャリアガス導入管とを備えたガスクロマトグラフ用前処理装置である。【選択図】図１
2018009931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱面を有するヒータと、
吸着剤が充填され前記ヒータの加熱面に密着させた状態で当該加熱面に沿って屈曲して配設されたガス捕集管と、
前記ガス捕集管の一端側に接続されたサンプルガス導入管およびサンプルガス導出管と、
前記ガス捕集管の他端側に接続されたガス吸引管およびキャリアガス導入管とを備えた
ガスクロマトグラフ用前処理装置。
【請求項２】
前記ヒータは、側周壁を前記加熱面とした柱状であって、
前記ガス捕集管は、前記ヒータの側周壁に沿って当該ヒータに巻き付けられている
請求項１記載のガスクロマトグラフ用前処理装置。
【請求項３】
前記ガス捕集管は、内径が０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である
請求項１または２に記載のガスクロマトグラフ用前処理装置。
【請求項４】
ガスクロマトグラフ用の前処理装置に設置されるガス捕集管であって、
吸着剤が充填され、
前記前処理装置に設けられたヒータの加熱面に密着する状態で当該加熱面に沿って屈曲して配設される
ガス捕集管。
【請求項５】
内径が０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である
請求項４記載のガス捕集管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクロマトグラフ用前処理装置、およびこのガスクロマトグラフ用前処理装置に設置されるガス捕集管に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定ガスの同定および定量分析に用いるガスクロマトグラフには、サンプルガスを捕集してガスクロマトグラフのカラムに導入するための前処理装置が設けられている。このような前処理装置の一例として、Ｕ字状部を有するトラップ管と、トラップ管に詰め込まれた吸着剤とを備えガストラップ装置が開示されている。この装置は、トラップ管からカラム部への発生ガス導出時にトラップ管を加熱するための加熱用容器を有しており、トラップ管の加熱時にはヒータを含む加熱用容器が移動し、トラップ管のＵ字状部及び直線部を所定の温度に加熱する構成となっている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５０３００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、ガスクロマトグラフを用いた分析において分析感度の向上を図るためには、ガスクロマトグラフのカラムへのサンプルガスの導入量を増加させる必要がある。このため、上述したサンプルガスを捕集するための装置においては、管内に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率を向上させることが重要である。
【０００５】
そこで本発明は、ガス捕集管に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率の向上を図ることが可能なガスクロマトグラフ用前処理装置、およびこのガスクロマトグラフ用前処理装置に設置されるガス捕集管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】
【０００６】
このような目的を達成するための本発明は、加熱面を有するヒータと、吸着剤が充填され前記ヒータの加熱面に密着させた状態で当該加熱面に沿って屈曲して配設されたガス捕集管と、前記ガス捕集管の一端側に接続されたサンプルガス導入管およびサンプルガス導出管と、前記ガス捕集管の他端側に接続されたガス吸引管およびキャリアガス導入管とを備えたガスクロマトグラフ用前処理装置である。また本発明は、吸着剤が充填され、前記前処理装置に設けられたヒータの加熱面に密着する状態で当該加熱面に沿って屈曲して配設されるガス捕集管でもある。
【発明の効果】
【０００７】
以上のような構成の本発明によれば、ガスクロマトグラフ用前処理装置のガス捕集管に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置の構成を説明する図である。
【図２】第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置に設けられるサンプルガス捕集器の構成を説明する図である。
【図３】ガス捕集管の内径毎のＧＣ／ＭＳ検出ピークの面積値を示すグラフである。
【図４】第１実施形態のサンプルガス捕集器の変形例を説明する図である。
【図５】第２実施形態のサンプルガス捕集器の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のガスクロマトグラフ用前処理装置およびガス捕集管に関する各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置１の構成を説明する図である。また図２は、ガスクロマトグラフ用前処理装置１に設けられるサンプルガス捕集器１０の構成を説明する図である。これらの図に示すガスクロマトグラフ用前処理装置１は、ガスクロマトグラフ１００の前処理装置として設けられるものであり、ガスクロマトグラフ１００のカラム１０１にサンプルガスを供給するための装置である。
【００１１】
このガスクロマトグラフ用前処理装置１は、例えばヘッドスペースサンプラーまたはパージ＆トラップサンプラーである。このようなガスクロマトグラフ用前処理装置１は、サンプルガス捕集器１０を備えている。サンプルガス捕集器１０は、ヒータ１１、およびガス捕集管１３を有している。ガス捕集管１３内には、吸着剤１５が充填されている。また、ガスクロマトグラフ用前処理装置１は、ガス捕集管１３に接続されるサンプルガス導入管２１、サンプルガス導出管２３、ガス吸引管２５、キャリアガス導入管２７、および制御部２９を備えている。以下、上述した各構成要素の詳細を説明する。
【００１２】
＜ヒータ１１（サンプルガス捕集器１０）＞
ヒータ１１は、例えば外形形状が円柱状のものであって、円柱状の側周壁が加熱面１１ａとして構成されている。このようなヒータ１１としては、例えば金属製のパイプ内に絶縁物質を充填してコイル状の熱電線を密封したシーズヒータが用いられる。コイル状の熱電線は、抵抗加熱ヒータを構成している。このような構成のシーズヒータは、金属製のパイプの側周壁が熱電線によって加熱された加熱面となる。
【００１３】
このようなヒータ１１は、ガスクロマトグラフ用前処理装置１に対して固定されたものであってもよいし、次に説明するガス捕集管１３と共にガスクロマトグラフ用前処理装置１から着脱自在であってもよい。
【００１４】
＜ガス捕集管１３（サンプルガス捕集器１０）＞
ガス捕集管１３は、内部に吸着剤１５が充填されたサンプルガスの捕集部であって、円柱状のヒータ１１の側周壁に巻き付けた状態で設けられている。この状態において、ガス捕集管１３は、ヒータ１１の加熱面１１ａである側周壁に沿って屈曲し、加熱面１１ａに対して密着して配設されている。また、ガス捕集管１３は、ガスクロマトグラフ用前処理装置１に固定されたヒータ１１に対して着脱自在であるか、またはヒータ１１と共にガスクロマトグラフ用前処理装置１から着脱自在であってもよい。
【００１５】
以上のようなガス捕集管１３の内径φは、吸着剤１５を充填可能な範囲で小さいことが好ましく、一例としてガス捕集管１３に接続されるキャリアガス導入管２７の内径と同程度かそれ以下であることが好ましい。これにより、キャリアガス導入管２７からガス捕集管１３内にキャリアガスを導入した場合に、ガス捕集管１３内におけるキャリアガスの流速を高めの値に確保することが可能である。
【００１６】
このようなガス捕集管１３の内径φは、従来のガス捕集管の内径２．０ｍｍ程度に対して、０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の大きさであることとする。このようにガス捕集管１３の内径φを小さくしたことにより、同じ流量のガスを流した場合でも、ガス捕集管１３内におけるガスの流速を速めることができる。ガス捕集管１３内におけるガスの流速は、単純計算によれば、内径φが１／２になると、線速度が４倍になり、また運動エネルギーは１６倍になる。
【００１７】
またガス捕集管１３の長さは、十分な量のサンプルガスを吸着できる程度の吸着剤１５を内部に収容することが可能な大きさであることとする。このようなガス捕集管１３の長さは、サンプルガスの種類によって適宜に設定できる。例えば、従来の内径２．０ｍｍ程度のガス捕集管の長さが約３０ｃｍである場合と比較して、このガスクロマトグラフ用前処理装置１のガス捕集管１３は、その内径φが０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であれば、その長さは１００ｃｍ〜５００ｃｍ程度に設定される。ただし、吸着剤１５への吸着力が弱いサンプルガスの分析を目的とした場合であれば、ガス捕集管１３の内径φが０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であっても、その長さは３０ｃｍ程度であってもよい。
【００１８】
なお、ガス捕集管１３の両端には、ガスの通過を妨げることなくガス捕集管１３内に吸着剤１５を保持しておくための保持部材が設けられ、これによりガス捕集管１３内からの吸着剤１５のこぼれ出しを防止している。
【００１９】
＜吸着剤１５（サンプルガス捕集器１０）＞
吸着剤１５は、粒子状のものが用いられる。この吸着剤１５は、表面積が大きいほど吸着能力が高くなるため、多孔質材料によって構成されることが好ましいが、これに限定されることはない。このような吸着剤１５の一例としては、シリカゲル、活性炭、２，６−ジフェニル−ｐ−フェニレンオキサイド等が挙げられる。また吸着剤１５は、ガス捕集管１３内への充填が可能で、かつガスの通過を妨げることのない範囲で粒子径が小さいほど好ましく、粒径が１７０μｍ〜２５０μｍ（８０〜６０メッシュ）のものが用いられる。
【００２０】
＜サンプルガス導入管２１＞
サンプルガス導入管２１は、ガス捕集管１３の一方の開口端に、三方管を介して接続されており、ガス捕集管１３の着脱が自在である。このサンプルガス導入管２１には開閉弁２１ａが設けられており、他端側はサンプルガスを含むサンプル溶液Ｌが貯留されたバイアル２００に接続される。なお、このガスクロマトグラフ用前処理装置１が、ヘッドスペースサンプラーであれば、バイアル２００中に貯留されたサンプル溶液Ｌの上部をヘッドスペースとし、このヘッドスペースからサンプルガス導入管２１を介してサンプルガスをガス捕集管１３に導入する。一方、このガスクロマトグラフ用前処理装置１が、パージ＆トラップサンプラーであれば、バイアル２００中に貯留されたサンプル溶液Ｌ中にパージガスを送り込み、サンプル溶液Ｌからヘッドスペースに目的とするサンプルガスを追い出す。そして、このヘッドスペースからサンプルガス導入管２１を介してサンプルガスをガス捕集管１３に導入する。
【００２１】
＜サンプルガス導出管２３＞
サンプルガス導出管２３は、ガス捕集管１３の一方の開口端、すなわちサンプルガス導入管２１が接続された側の開口端に、三方管を介して接続されており、ガス捕集管１３の着脱が自在である。このサンプルガス導出管２３には開閉弁２３ａが設けられており、他端側をガスクロマトグラフ１００のカラム１０１に接続される。
【００２２】
＜ガス吸引管２５＞
ガス吸引管２５は、ガス捕集管１３の他方の開口端に、三方管を介して接続されており、ガス捕集管１３の着脱が自在である。このガス吸引管２５には開閉弁２５ａが設けられており、他端側は大気開放されている。
【００２３】
＜キャリアガス導入管２７＞
キャリアガス導入管２７は、ガス捕集管１３の他方の開口端、すなわちガス吸引管２５が接続された側の開口端に三方管を介して接続されており、ガス捕集管１３の着脱が自在である。このキャリアガス導入管２７には開閉弁２７ａが設けられており、他端側にはキャリアガス供給ボンベ３００が接続される。開閉弁２７ａは、キャリアガス供給ボンベ３００からのキャリアガスの供給圧力を制御可能な構成である。
【００２４】
＜制御部２９＞
制御部２９は、ヒータ１１の駆動、各開閉弁２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａの開閉を制御することにより、バイアル２００のヘッドスペースからサンプルガスをガス捕集管１３内に吸引し、ガス捕集管１３内に吸引したサンプルガスをガスクロマトグラフ１００のカラム１０１に導出するまでの前処理の手順を実施する。このような制御部２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を備えたものである。この制御部２９によって実施される前処理の手順は、ＲＯＭに記録されたプログラムとして構成され、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読出すことによって実行される。制御部２９によって実施される前処理の手順は、次の通りである。
【００２５】
先ず、前処理の実施に先立ち、サンプルガス導出管２３の他端側に、ガスクロマトグラフ１００のカラム１０１を接続しておく。またキャリアガス導入管２７の他端側に、キャリアガス供給ボンベ３００を接続しておく。そして、サンプルガス導入管２１にサンプル溶液Ｌが貯留されたバイアル２００を接続する。このとき、制御部２９は、開閉弁２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａを、閉であるように制御する。
【００２６】
この状態で制御部２９は、先ず、バイアル２００が接続されたサンプルガス導入管２１の開閉弁２１ａと、キャリアガスボンベ３００が接続されたキャリアガス導入管２７の開閉弁２７ａとを開く。これにより、キャリアガスボンベ３００からバイアル２００にキャリアガスを導入し、バイアル２００内を大気圧より高い圧に加圧する。
【００２７】
その後、制御部２９は、キャリアガス導入管２７の開閉弁２７ａを閉じ、ガス吸引管２５の開閉弁２５ａを開く。これにより、バイアル２００を大気開放し、バイアル２００内のサンプルガスを、サンプルガス導入管２１からガス収集管１３内に導入し、ガス捕集管１３内の吸着剤１５にサンプルガスを吸着させる。この際、ヒータ１１はオフの状態としておく。またここでの図示は省略したが、サンプルガス捕集器１０が冷却機能を有する場合には、必要に応じて冷却機能を動作させてガス捕集管１３を冷却しておいてもよい。
【００２８】
次いで制御部２９は、サンプルガス導入管２１の開閉弁２１ａを閉じてバイアル２００とガス捕集管１３との間を遮蔽し、またガス吸引管２５の開閉弁２５ａを閉じてガス吸引管２５の大気開放端とガス捕集管１３との間を遮蔽する。
【００２９】
その後、制御部２９は、ヒータ１１をオン状態とする。次に、サンプルガス導出管２３の開閉弁２３ａを開いてガスクロマトグラフ１００のカラム１０１とガス捕集管１３との間を連通させる。またキャリアガス導入管２７の開閉弁２７ａを開いてキャリアガス供給ボンベ３００とガス捕集管１３とを連通させる。この際、キャリアガス導入管２７の開閉弁２７ａを制御することにより、所定の圧力でキャリアガス供給ボンベ３００からガス捕集管１３にキャリアガスを供給する。これにより、ガス捕集管１３内の吸着剤１５に吸着させたサンプルガスを、キャリアガスの流速とヒータ１１の加熱によって吸着剤１５から脱離させ、キャリアガスと共にガスクロマトグラフ１００のカラム１０１内に導出する。
【００３０】
＜第１実施形態の効果＞
以上説明した構成のガスクロマトグラフ用前処理装置１は、吸着剤１５が充填されたガス捕集管１３が、ヒータ１１の加熱面１１ａに密着させた状態で加熱面１１ａに沿って屈曲して配設された構成となっている。これにより、ガス捕集管１３は、ガスクロマトグラフ用前処理装置１内に限定して設けられたガス捕集管１３の設置箇所に、より長尺のものとして配置することが可能となる。このため、ガス捕集管１３は、管内におけるキャリアガスの流速を上げるために内径φが縮小されたものであっても、吸着剤１５の充填量が確保されたものとなる。
【００３１】
したがって、第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置１は、ガス捕集管１３内に充填させた吸着剤１５に対して、十分な量のサンプルガスを吸着させることが可能である。そして特に、ガス捕集管１３の内径φを例えば１．０ｍｍ以下に縮小できることから、ガス捕集管１３内に導入されるキャリアガスの流速を速めることが可能であり、キャリアガスの総流量を増加させるこことなく、吸着剤１５からのサンプルガスの脱離効率を向上させることが可能になる。
【００３２】
また、ガス捕集管１３の内径φをより小さくできることから、ヒータ１１の加熱面１１ａに密着させたガス捕集管１３の内部を均一に加熱することが可能となるため、吸着剤１５からのサンプルガスの脱離ムラを防止できる。これによっても、キャリアガスの総流量を増加させることなく、吸着剤１５からのサンプルガスの脱離効率の向上を図ることが期待される。
【００３３】
以上の結果、第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置１からガスクロマトグラフ１００のカラム１０１に、より高濃度のサンプルガスを導入することが可能になり、ガスクロマトグラフ１００を有する分析装置においてのサンプルガス分析感度の向上を図ることが可能になる。特に、吸着剤１５に対しての吸着力が高いサンプルガスであっても、流速を速めたキャリアガスによって吸着剤１５から脱離させることが可能になり、分析感度の向上を図ることが可能になる。
【００３４】
ここで、図３には、一般的なヘッドスペースサンプラーにおいてガス捕集管の内径のみを変化させ、水中の２−メチルイソボルネオール（以下、２−ＭＩＢと記す）を、水道法に基づくヘッドスペース−ＧＣ／ＭＳ法にて測定した結果を示す。
【００３５】
測定は、次の条件で実施した。
（１）サンプル：２−ＭＩＢ水溶液：２−ＭＩＢ濃度１００ｐｐｔ（＝１００ｎｇ／Ｌ）
（２）ガス捕集管の内径：２ｍｍ（従来品），１ｍｍ，０．５ｍｍ
（３）ガス捕集管の長さ：３０ｃｍ共通
（４）吸着剤：２，６−ジフェニル−ｐ−フェニレンオキサイドベースのポーラスポリマービーズ：粒径１７０μｍ〜２５０μｍ（＝メッシュ６０〜８０）
（５）キャリアガス：ヘリウム：流量２ｍｌ／ｍｉｎ（ＧＣのカラム導入時にガス捕捉管を流れる流量であり、吸着剤に吸着した２−ＭＩＢを脱離させるガスの流量）
（６）ＧＣカラム：１系、内径０．２５ｍｍ×長さ３０ｍ、膜厚０．４μｍ
【００３６】
図３は、ガス捕集管の内径２ｍｍの従来品を用いた場合の測定結果を１００％とした場合の相対値として、各測定結果を示している。この図に示すように、ガス捕集管の内径φが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲においては、ガス捕集管の長さが共通であるにも関わらず、内径φが小さい程、ＧＣ／ＭＳ検出ピークの面積値が大きいことがわかる。これにより、ガス捕集管の内径φを小さくすることによって、ガス捕集管に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率が向上していることが確認された。
【００３７】
≪第１実施形態の変形例≫
図４は、ガスクロマトグラフ用前処理装置１に設けられるサンプルガス捕集器１０の変形例を説明する図である。この図に示すように、サンプルガス捕集器１０は、円柱形のヒータ１１の径を大きめに設計してもよい。これにより、円柱形のヒータ１１の高さが小さ目の設計であっても、ガス捕集管１３の長さを確保して吸着剤１５の充填量を維持することができる。また、円柱形のヒータ１１の径および高さの両方を大きめに設計することにより、これに巻き付けて配置するガス捕集管１３をより長くして吸着剤１５の充填量を増やすことができるため、サンプルガスの捕捉量を増やすことができる。
【００３８】
≪第２実施形態≫
図５は、第２実施形態のサンプルガス捕集器１０’の構成を説明する図である。この図に示すサンプルガス捕集器１０’を用いて構成されるガスクロマトグラフ用前処理装置は、図１を用いて説明したガスクロマトグラフ用前処理装置１のサンプルガス捕集器１０を、図５のサンプルガス捕集器１０’に取り替えた構成のものである。
【００３９】
図５に示すように、第２実施形態のサンプルガス捕集器１０’が、第１実施形態のサンプルガス捕集器１０と異なるところは、ヒータ１１’およびガス捕集管１３’の形状にあり、他の構成は同様である。また、サンプルガス捕集器１０’を用いたガスクロマトグラフ用前処理装置は、サンプルガス捕集器１０’の構成のみが第１実施形態と異なる。したがって、以下においてはヒータ１１’とガス捕集管１３’のみを説明する。
【００４０】
＜ヒータ１１’ （サンプルガス捕集器１０’）＞
ヒータ１１’は、板状のものであって、その一主面側が加熱面１１ａ’として構成されている。図示した例において、板状のヒータ１１’の加熱面１１ａ’は平面である場合を例示したが、加熱面１１ａ’は曲面であってもよくさらに複雑な面であってもよい。このようなヒータ１１’は、例えば金属製の筐体内に絶縁物質を充填して熱電線を密封したシーズヒータが用いられる。熱電線は、抵抗加熱ヒータを構成している。このような構成のシーズヒータは、金属製の筐体の表面が熱電線によって加熱された加熱面となる。またヒータ１１’は、ガスクロマトグラフ用前処理装置に固定されたものであってもよいし、次に説明するガス捕集管１３’と共にガスクロマトグラフ用前処理装置から着脱自在であってもよい。
【００４１】
＜ガス捕集管１３’ （サンプルガス捕集器１０’）＞
ガス捕集管１３’は、内部に吸着剤１５が充填されたサンプルガスの捕集部であって、板状のヒータ１１’の加熱面１１ａ’に沿って屈曲し、加熱面１１ａ’に対して密着して配設されている。このように配設されたガス捕集管１３’の内径φおよび長さ、さらに吸着剤１５のこぼれ出しを防止するための保持部材の設置は、第１実施形態で説明したガス捕集管と同様である。また、ガス捕集管１３’は、ガスクロマトグラフ用前処理装置に固定されたヒータ１１’に対して着脱自在であるか、またはヒータ１１’と共にガスクロマトグラフ用前処理装置に対して着脱自在であってもよい。
【００４２】
以上説明した第２実施形態の構成であっても、吸着剤１５が充填されたガス捕集管１３’が、ヒータ１１’の加熱面１１ａ’に密着した状態で加熱面１１ａ’に沿って屈曲して配設された構成となっている。これにより、第１実施形態のガスクロマトグラフ用前処理装置と同様に、ガス捕集管１３の内径φを例えば１．０ｍｍ以下に縮小することができ、これによってガス捕集管１３内に導入されるキャリアガスの流速を速め、ガス捕集管１３内に充填された吸着剤からのサンプルガスの脱離効率を向上させることが可能になる。そしてガスクロマトグラフを有する分析装置においてのサンプルガス分析感度の向上を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１…ガスクロマトグラフ用前処理装置
１０，１０’…サンプルガス捕集器
１１，１１’…ヒータ
１１ａ，１１ａ’…加熱面
１３，１３’…ガス捕集管
１５…吸着剤
２１…サンプルガス導入管
２３…サンプルガス導出管
２５…ガス吸引管
２７…キャリアガス導入管
φ…内径（ガス捕集管）
【図１】
2018009931.tif 000003
【図２】
2018009931.tif 000004
【図３】
2018009931.tif 000005
【図４】
2018009931.tif 000006
【図５】
2018009931.tif 000007