(57)【要約】【課題】分析カラム及びカラムオーブンを備えるガスクロマトグラフィー分析を行うためのシステム。【解決手段】分析カラムは、材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有する。分析カラムは、材料サンプルを注入器から検出器に指向させるように適合される。カラムオーブンは、検出器による検出のために材料サンプルの構成成分を分離させるために分析カラムを加熱するように適合される。【選択図】図１
2018205302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクロマトグラフィーシステムに使用するためのフルードレス型カラムオーブンであって、
前記ガスクロマトグラフィーシステムは、材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有する分析カラムを含み、前記分析カラムは、前記注入器から前記検出器に前記材料サンプルを指向させるように適合され、前記フルードレス型カラムオーブンは、
支持フレームと、
前記支持フレームの第１の部分に結合された入口ヒーターと、
前記第１の部分と異なる前記支持フレームの第２の部分に結合された出口ヒーターと、
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに作動可能に結合されたコントローラーと
を備え、
前記コントローラーは、前記分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに選択的に電力を供給することを特徴とする、フルードレス型カラムオーブン。
【請求項２】
前記入口ヒーターは、前記分析カラムの入口部に沿って少なくとも第１の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記出口ヒーターは、前記分析カラムの出口部に沿って少なくとも第２の発熱ゾーンを生成するように構成される、請求項１に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項３】
前記第１の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第１の温度で維持され、前記第２の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第２の温度で維持され、前記第１及び第２の温度は異なる、請求項２に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項４】
前記第２の温度は、前記第１の温度よりも低い、請求項３に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項５】
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターのうちの少なくとも１つは、前記分析カラムに沿って前記第１及び第２の発熱ゾーンの間に位置された第３の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第３の温度で維持され、前記第３の温度は、前記第１の温度及び第２の温度よりも低い、請求項４に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項６】
前記入口ヒーターは、少なくとも第１の発熱ゾーン及び第２の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第１の発熱ゾーンは、第１の直径を有する抵抗熱線の第１のセクションによって生成され、前記第２の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第１のセクションの一端部に結合された抵抗熱線の第２のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第２のセクションは、前記第１の直径と異なる第２の直径を有する、請求項１に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項７】
前記出口ヒーターは、少なくとも第３の発熱ゾーン及び第４の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、第３の直径を有する抵抗熱線の第３のセクションによって生成され、前記第４の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第３のセクションの一端部に結合された抵抗熱線の第４のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第４のセクションは、前記第３の直径と異なる第４の直径を有する、請求項６に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項８】
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は、負の温度勾配を有する、請求項１に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項９】
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は、正の温度勾配を有する、請求項８に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項１０】
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は、正の温度勾配を有する、請求項１に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【請求項１１】
前記入口ヒーターに結合された入口温度センサー及び前記出口ヒーターに結合された出口温度センサーをさらに備え、前記コントローラーは、前記入口温度センサー及び前記出口温度センサーからデータを受信するように構成される、請求項１に記載のフルードレス型カラムオーブン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスクロマトグラフィー（「ＧＣ」）またはガスクロマトグラフィー質量分析方法（「ＧＣＭＳ」）分析に関し、より詳細には、ＧＣ分析を実施するために使用されるＧＣシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
基本レベルにおいて、ＧＣシステムは、注入器、分析カラム、カラムオーブン（ｃｏｌｕｍｎ  ｏｖｅｎ）、及び検出器を含む。分析すべき材料のサンプルは、検出装置へ化合物を運ぶためのキャリアガスと共に注入器を通して分析カラムに導入する。分析カラムは、温度制御型カラムオーブン内部に位置し、検出器による検出のために材料サンプルの構成成分化合物を分離させる。カラムオーブンは一定の等温温度で維持され得るか、または時間の経過と共に温度が上昇するようにプログラミングすることができるので、材料サンプルの構成成分化合物を分離及び溶出させることができる。一旦カラムで放出されると、キャリアガスは化合物を検出器にスウィープ（ｓｗｅｅｐ）する。材料サンプルの各々の測定された化合物は、出力チャート上のピークとして表される。各化合物の滞留時間は、ピークで示され、ＧＣシステムによって材料サンプルの化学的構成を識別するために使用される。直接加熱式カラムアセンブリを有する等温カラムオーブンの一例が、例えば、米国特許第７，２２８，０６７号に記述されている。分析カラムに沿って温度勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を移動させるための温度プログラミングされたオーブンの一例は、例えば、米国特許第３，１４６，６１６号に記述されている。
【０００３】
従来のカラムオーブンは、分析カラム周囲の熱的環境の温度制御のために流体（例えば、水、油、空気、または他の液体またはガス）を使用する。例えば、Ｊｏｈｎ  Ｖ．Ｈｉｎｓｈａｗの「ガスクロマトグラフィーオーブン」、ＬＣＧＣ  Ａｓｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ、Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１、ｐｐ．１７−２１を参照する。液体流体の少なくとも１つの難点は、カラム取替えの際流体が分析カラムを損傷すること、又はルーズなすき間を通して漏れ出ることを防ぐことであった。また、空気浴（ａｉｒ  ｂａｔｈ）オーブンは、設定点温度に到逹することにおいて遅延時間が長くなるという問題と、例えば、米国特許第３，０５３，０７７号及び第４，１８１，６１３号に示したシステムのような、付加的な冷却システムを必要とするという問題とを伴う。
【０００４】
一旦等温オーブンが初期始動から平衡状態になると、オーブン温度が分析実行などの間に決して変わらないので、温度を維持することが比較的容易である。しかしながら、類似の沸騰点を有する化合物のみが単一温度で分離され得る。より広範の化合物の分析のために、一般に温度プログラムが使用される。温度プログラムが開始されるとき、カラム温度とランプ(ｒａｍｐ)設定点温度との間には、わずかな遅延時間がある。温度が増加するにつれて、実際オーブン温度は設定点より遅くなり、カラムはより遅延される。このような温度遅延は、熱がオーブンエレメントから空気流体を通ってカラムに伝達するのにより長い時間がかかるので、より高いランプ速度でより大きくなる。ＧＣシステムは、実行などの間に同一の時間及び温度プロファイルを繰り返すことができなければならない。速いＧＣのためにより狭くてより短いカラムを選択すると、カラムオーブンに対する要求事項が大きく増加する。さらに、温度プログラミングされたオーブンは、実行などの間にクールダウン及び平衡化時間を必要とする。一般的な実施例は、空気浴オーブンが設定点に到逹した後、余分の２〜４分間平衡を維持させて、このような残留熱が消散されるようにすることである。
【０００５】
過去数十年にわたる空気の乱流混合及び温度制御回路におけるさらなる発展により、現代のＧＣ設計において正確なＧＣオーブン温度制御が可能になったが、平衡時間、残留熱、周囲空気の安全性、温度遅延、及び実行などの間の正確な一貫性の要件に関連する前述した蹉跌を依然として経験している。
【０００６】
ガスクロマトグラフィーは、識別及び定量化のために複雑な混合物を個別成分に分離するための強力なツールであるが、典型的に、ＧＣ分析は、通常３０〜６０分の範囲の長い分析時間を要求する。速いＧＣ分析の発展は、初期には、より高い電力の発熱体とより強力な冷却ファンを使用する、分析などの間でより速い温度上昇及びより速いオーブン冷却に関連した。例えば、米国特許第４，９２３，４８６号、米国特許第５，０２８，２４３号、米国特許第５，２１５，５５６号、米国特許第５，８０８，１７８号、米国特許第５，１１４，４３９号、米国特許第６，４２７，５２２号、米国特許第９，１９４，８４９号、及び国際公開第２０１５／０１４４１１７号を参照する。これらは、加熱及び冷却サイクル時間を短縮させるのにある程度成功したことを立証した。しかし、従来の流体オーブンでより速い分析を提供しようとすると妥協を必要とする。ＧＣ温度プログラムのみで速度を高めると、カラム分離効率が減少し、カラム寿命が短縮され得る。また、これらのシステムは、様々なカラムタイプ及び／または長さと互換せず、温度を制御するために依然として流体を必要とする。
【０００７】
ＧＣ分析時間を短縮させるためのこれらの流体オーブンの試みはそれぞれが限界を持つ。ほとんどのＧＣ方法は、可能な最も低いレベルで化合物を検出することを目的とし、これは分離及び検出のために分析カラムに可能な限り多くの材料サンプルを導入する必要があることを意味する。短くて狭いボア（ｂｏｒｅ）カラムは、低いレベルの化合物分析に適していない。より速い加熱及び冷却により長い分析カラムが役に立つが、結果が再現可能になるために、カラムが次の材料サンプルを注入する前に温度平衡を維持する必要があるので、各サイクルに数分が追加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，２２８，０６７号
【特許文献２】米国特許第３，１４６，６１６号
【特許文献３】米国特許第３，０５３，０７７号
【特許文献４】米国特許第４，１８１，６１３号
【特許文献５】米国特許第４，９２３，４８６号
【特許文献６】米国特許第５，０２８，２４３号
【特許文献７】米国特許第５，２１５，５５６号
【特許文献８】米国特許第５，８０８，１７８号
【特許文献９】米国特許第５，１１４，４３９号
【特許文献１０】米国特許第６，４２７，５２２号
【特許文献１１】米国特許第９，１９４，８４９号
【特許文献１２】国際公開第２０１５／０１４４１１７号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ジョン  ヒンショー（Ｊｏｈｎ  Ｖ．Ｈｉｎｓｈａｗ）「ガスクロマトグラフィーオーブン」、ＬＣＧＣ  Ａｓｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ、第１８巻  第１号、１７〜２１頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開始の一態様によって、ガスクロマトグラフィー分析を行うためのシステムは、分析カラム及びカラムオーブンを含む。分析カラムは、材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有する。分析カラムは、材料サンプルを注入器から検出器に指向させるように適合される。カラムオーブンは、検出器による検出のために材料サンプルの構成成分を分離させるための分析カラムを加熱するように適合される。
【００１１】
例示的な実施形態において、入口ヒーターは、分析カラムの入口部に結合され、分析カラムの入口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される。出口ヒーターは、分析カラムの出口部に結合され、分析カラムの出口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される。コントローラーは、入口ヒーター及び出口ヒーターに作動可能に結合され、分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、入口ヒーター及び出口ヒーターに選択的に電力を供給する。
【００１２】
例示的な実施形態において、入口ヒーターは、少なくとも第１の発熱ゾーン及び第２の発熱ゾーンを生成するように構成される。第１の発熱ゾーンは、第１の直径を有する抵抗熱線の第１のセクションによって生成され、第２の発熱ゾーンは、抵抗熱線の第１のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第２のセクションによって生成され、抵抗熱線の第２のセクションは、第１の直径と異なる第２の直径を有する。出口ヒーターは、少なくとも第３の発熱ゾーン及び第４の発熱ゾーンを生成するように構成される。第３の発熱ゾーンは、第３の直径を有する抵抗熱線の第３のセクションによって生成され、第４の発熱ゾーンは、抵抗熱線の第３のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第４のセクションによって生成され、抵抗熱線の第４のセクションは、第３の直径と異なる第４の直径を有する。
【００１３】
例示的な実施形態において、温度プロファイルは、少なくとも第１の温度勾配及び第２の温度勾配を有する。第１の温度勾配は負であり、第２の温度勾配は正である。
例示的な実施形態において、入口ヒーターは、分析カラムの入口部に沿って少なくとも第１の発熱ゾーンを生成するように構成され、出口ヒーターは、分析カラムの出口部に沿って少なくとも第２の発熱ゾーンを生成するように構成される。第１の発熱ゾーンは、コントローラーによって第１の温度で維持され、第２の発熱ゾーンは、コントローラーによって第２の温度で維持される。第２の温度は、第１の温度未満である。
【００１４】
例示的な実施形態において、入口ヒーター及び出口ヒーターのうちの少なくとも１つは、分析カラムに沿って第１の発熱ゾーンと第２の発熱ゾーンとの間に位置された第３の発熱ゾーンを生成するように構成される。第３の発熱ゾーンは、コントローラーによって第３の温度で維持される。第３の温度は、第１及び第２の温度未満である。
例示的な実施形態において、入口ヒーター及び出口ヒーターは、フルードレス型（ｆｌｕｉｄｌｅｓｓ）カラムオーブンの一部である。入口ヒーターは、フルードレス型カラムオーブンの支持フレームの第１の部分に結合される。出口ヒーターは、第１の部分と異なる支持フレームの第２の部分に結合される。
【００１５】
本開示の他の態様によって、高速ガスクロマトグラフィーを実施する方法は、入口ヒーターを使用して分析カラムの入口部に沿って第１の定常状態温度勾配を生成するステップ、出口ヒーターを使用して分析カラムの出口部に沿って第２の定常状態温度勾配を生成するステップ、及び検出器による検出のために、サンプルの構成成分化合物が分離及び溶出されるように、分析カラムを通って注入器から検出器に分析されるべき材料のサンプルを通過させるステップを含む。
【００１６】
例示的な実施形態において、第１及び第２の温度勾配は異なる。入口ヒーターは、分析カラムの入口部に沿って少なくとも２つの発熱ゾーンを形成するように構成され、各々の発熱ゾーンは異なる温度を有する。出口ヒーターは、分析カラムの出口部に沿って少なくとも２つの発熱ゾーンを形成するように構成され、各々の発熱ゾーンは異なる温度を有する。
【００１７】
本開示の追加的な特徴は、現在認識される開示を実施する最良の態様を例示する例示的な実施形態を考慮するとき、当業者に明らかになるであろう。
詳細な説明は、添付された図面などを参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本開示によるガスクロマトグラフィー（ＧＣ）システムの概路図であって、ＧＣシステムは、分析すべき材料のサンプルを検出器に向かって伝達するために分析カラムに結合された注入器を含むことを示し、ＧＣシステムのフルードレス型カラムオーブンは、図２に提示されたような温度プロファイルを定義するために、カラムに沿って複数の発熱ゾーンを形成することを提示する。
【図２】図２は、図１のＧＣシステムの発熱ゾーンにおける様々な温度によって定義される本開示による温度プロファイルの実施形態を示すグラフである。
【図３】図３は、図１のＧＣシステムの分解組立図であって、ＧＣシステムのカラムアセンブリから分離したフルードレス型カラムオーブンを示し、フルードレス型カラムオーブンが、カラムアセンブリで分析カラムを加熱するためにカラムアセンブリに収容されることを提示する。
【図４】図４は、図３のＧＣシステムの分解組立図であって、フルードレス型カラムオーブンが入口及び出口ヒーターをその上に収容するように配置された支持フレームを含むことを示し、入口ヒーターがカラムに沿って温度プロファイルの入口部を定義するように構成され、出口ヒーターが温度プロファイルの出口部を定義するように構成されることを提示する。
【図５】図５は、図４の入口ヒーターの拡大された部分断面図であって、入口ヒーターが分析カラムの入口部に沿って様々な発熱ゾーンを定義するために終端の間に連結された複数の様々なサイズの抵抗性ワイヤを含むことを示し、入口ヒーターをわたって印加された電圧によって、様々なサイズのワイヤが互いに異なる温度に加熱されることを提示する。
【図６】図６は、本開示の一実施形態による図５の入口ヒーターに対するゾーン温度を示すグラフであって、様々なゾーンにおける実際の温度は、ゾーンなどのうちの１つから測定された設定点温度に基づいて決定されることができ、カラムに沿った温度プロファイルの入口部は、この設定点温度に基づいて調整され得るということを提示する。
【図７】図７は、本開示によるＧＣシステムを使用するＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、及びキシレン）分析のクロマトグラムである。
【図８】図８は、本開示によるＧＣシステムを使用する有機塩素農薬分析のクロマトグラムである。
【図９】図９は、本開示によるＧＣシステムの別の実施形態の概路図であって、ＧＣシステムの分析カラムが、１次カラム入口、１次カラム出口、及び２次カラムを含むことを示し、セレクタバルブは、１次カラム出口から直接的にまたは２次カラムを介して、材料サンプルを検出器に選択的に指向するように構成されるということを提示する。
【図１０】図１０は、材料サンプルを、１次カラム出口を通して検出器に指向させる開放位置のセレクタバルブを示す図８のＧＣシステムの概路図である。
【図１１】図１１は、材料サンプルを１次カラム出口から２次カラムを通って検出器に指向させる閉鎖位置のセレクタバルブを示す図１０と同様の図面であって、キャリアガスバルブが１次カラムをバイパスするのに使用されて、１次カラムを通った材料サンプルの流動を停止させることができ、キャリアガスを２次カラムに指向させることができるということを提示する。
【図１２】図１２は、図９のＧＣシステムの発熱ゾーンで温度を可変させることによって定義される本開示による温度プロファイルのまた他の実施形態を示すグラフであって、１次カラム出口の発熱ゾーンよりも低い温度の発熱ゾーンに２次カラムが配置されることを提示する。
【図１３】図１３は、本開示によるＧＣシステムを使用するｎ−アルカン炭化水素分析のクロマトグラムであり、これにより、サンプルはカラムの１次出口部を通って検出器に指向される。
【図１４】図１４は、本開示によるＧＣシステムを使用するｎ−アルカン炭化水素分析のクロマトグラムであり、これにより、サンプルは１次カラム出口を通って指向された後、材料サンプルのさらなる２次元分離のために２次カラムを通って指向される。
【図１５】図１５は、図４のＧＣシステムに使用するための本開示によるＦＣＯコントローラーの一実施形態の概路図である。
【図１６】図１６は、図９のＧＣシステムに使用するための本開示によるＦＣＯ２Ｄコントローラーの一実施形態の概路図である。
【図１７】図１７は、本開示によるＧＣシステムの他の実施形態の概路図であって、ＧＣシステムが分析カラムに沿って配置された複数のバンドヒーターを含むことを示し、バンドヒーターがカラムに沿って温度プロファイルを調整するために互いに対して独立的に調整可能であることを提示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示によるガスクロマトグラフィー（「ＧＣ」）システム１００が図１に示される。ガスクロマトグラフィーシステム１００は、分析する材料のサンプルを検出器１０６に向かって送るように分析カラム１０４に結合された注入器１０２を含む。ＧＣシステム１００のフルードレス型カラムオーブン（「ＦＣＯ」）１０は、図１及び図２に提示されたように、分析カラム１０４に沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、複数の発熱ゾーン１２を形成する。本明細書で使用されるように、カラムオーブン１０に関連した「フルードレス型」という用語は、カラム温度を維持するために分析カラム１０４を加熱または冷却させるのに流体（例えば、水、油、空気、または他の液体やガス）が使用されないということを意味する。すなわち、本明細書でより詳細に説明されるように、流体は、本開示によるＦＣＯ１０における温度制御のメインドライバではない。分析カラム１０４は、図１に示したように、注入器１０２に結合された入口部１１及び検出器１０６に結合された出口部１３を含む。
【００２０】
本開示によるＦＣＯ１０によって定義された温度プロファイルの一実施形態が図２に示す。例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０は、分析カラム１０４に沿って位置された６つの発熱ゾーンを形成するように構成され、ゾーン１〜３は入口部１１に沿って位置され、ゾーン４〜６は出口部１３に沿って位置される。各々の発熱ゾーン１〜６は、隣接した発熱ゾーンと比較して同一または異なる温度を有するように調整され得る。各々の発熱ゾーンは、次の発熱ゾーンに直ちに隣接しており、それらの間で熱を共有して、平滑な連続的な温度曲線を形成する。ＦＣＯ１０の発熱ゾーンによって定義されるように、温度プロファイルは、発熱ゾーン１〜６の間の様々な温度に基づいて、例えば、入口部１１に沿って負の温度勾配部、及び例えば、出口部１３に沿って後続的な正の温度勾配部を含む。本明細書で使用されるような「温度プロファイル」という用語は、一般に、分析カラムの長さに沿って経験する温度を指す。本明細書で使用されるような「温度勾配」という用語は、一般に、温度プロファイルの正または負の変化を指す。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、正の温度勾配部及び後続的な負の温度勾配部を含む。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、全体負の温度勾配または全体正の温度勾配を有する。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、実質的にゼロの温度勾配を有する。
【００２１】
ＧＣ分析において、カラム温度と化合物滞留との間の関係は基本的である。滞留時間は、キャリアガスの影響を受けるカラム圧力降下及びカラム温度を管理することによって制御される。安定したカラムオーブン温度環境は、分析カラムから溶出される化合物に対して一貫した滞留時間を維持するために必須である。オーブン温度のわずかな変更は、相当な滞留時間変化を誘発することができ、これは分析される材料サンプルで化合物の適切な識別に影響を及ぼす。全体オーブン温度が若干高くなると、化合物がより早く溶出され、滞留時間が減少する一方に、オーブン温度がわずかに低くなると、化合物が後で溶出され、滞留時間が増加する。実行などの間の温度変化に加えて、動的短期オーブン温度変動及び温度勾配によるカラムに沿う空間変動のような変数なども滞留時間変化の問題に影響を与える。最速分析サイクルのためには、加熱及び冷却サイクルを無くし、カラムを平衡状態に維持することが最善である。
【００２２】
一般に、より低い沸騰化合物は、材料サンプルのより高い沸騰化合物よりも高速で負の勾配を通過して移動する。分析カラム１０４内部の固定相化合物の相互作用は、従来の空気浴オーブンにおけるように化合物分離において同一の役割を果たす。結果的に、ＦＣＯ１０で生成されたクロマトグラム（例えば、図７及び図８に示されたものなど）は、空気浴オーブンで生成されたものなどと同一の化合物溶出シーケンスを有する。付加的な利点として、負の温度勾配は、ピークの前方がピークの後方よりわずかに低い温度にあるから、ピークを集中させ、後方に対して前方を遅くする役割を果たし、ピークが負の勾配に下がるにつれてピークを鮮明にし、集中させる。後続的な正の勾配は出口部１３で圧力を増加させ、ピークをさらにわずかに圧縮させる。
【００２３】
フルードレス型カラムオーブン１０は、図３に提案されたように、ＧＣシステム１００のカラムアセンブリ１０８に収容されるように構成される。例えば、分析カラム１０４の様々なタイプ及び長さを有するカラムアセンブリ１０８と共に、異なるカラムアセンブリ１０８がＦＣＯ１０に使用され得る。ＦＣＯ１０はまた、様々なＧＣシステム１００に使用され得る。例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０は、ＦＣＯ１０によって形成された温度プロファイルを調整及び維持するためにＦＣＯコントローラー１４に結合される。キャリアガス供給器１０５は、ＧＣシステム１００によって分析される材料サンプルを注入器１０２及び分析カラム１０４を介して検出器１０６に向かって移動させるためのキャリアガスを提供する。ＧＣコントローラー１０１は、ＦＣＯコントローラー１４と独立的であり、キャリアガス供給器１０５、注入器１０２及び検出器１０６のパラメーターのようなＧＣシステム１００の動作を制御する。いくつかの実施形態において、ＧＣコントローラー１０１は、独立型ＦＣＯコントローラー１４が必要ではないように、ＦＣＯコントローラー１４の機能を実施することができる。ＧＣシステム１００によって実施された分析からのグラフ出力結果の例が図７及び図８に示される。検出器１０６は、火炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、光イオン化検出器（ＰＩＤ）、ヘリウムイオン化検出器（ＨＩＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、火炎光度検出器（ＦＰＤ）、窒素リン検出器（ＮＰＤ）、または質量分析計（ＭＳ）を含むが、これに限定されない任意のタイプの検出器であり得る。
【００２４】
例示的な一実施形態において、ＦＣＯ１０は、図４に示したように、入口ヒーター１６及び出口ヒーター１８を含む。入口ヒーター１６は、分析カラム１０４の入口部１１に沿って発熱ゾーン１２を形成するように構成され、出口ヒーター１８は、出口部１３に沿って発熱ゾーン１２を形成するように構成される。入口及び出口ヒーター１６、１８は、ヒーター支持フレーム２２上に取り付けられる。いくつかの実施形態において、ヒーター支持フレーム２２は、円筒形状に形成された低質量金属スクリーンである。例えば、ステンレス鋼のような低質量金属材料は、構造的安全性を提供しながら、隣接した発熱ゾーンなど１２の間の熱伝導度を制限する。断熱材２４は、ヒーター支持フレーム２２の内部及び外部を取り囲む。
【００２５】
入口及び出口ヒーター１６、１８は、図４に示されたように、ＦＣＯコントローラー１４に連結される。入口温度センサー２６は、ヒーター支持フレーム２２に結合され、入口ヒーター１６に沿って位置される。入口温度センサー２６は、例えば、発熱ゾーン１のような入口ヒーター１６によって形成された発熱ゾーンの温度を感知し、入口ヒーター１６に供給される電力を調節するために感知された温度をＦＣＯコントローラー１４に伝達するように構成される。同様に、出口温度センサー２８は、ヒーター支持フレーム２２に結合され、出口ヒーター１８に沿って位置される。出口温度センサー２８は、例えば、発熱ゾーン６のような出口ヒーター１８によって形成された発熱ゾーンの温度を感知し、出口ヒーター１８に供給される電力を調節するために感知された温度をＦＣＯコントローラー１４に伝達するように構成される。いくつかの実施形態において、入口及び出口温度センサー２６、２８は熱電対である。
【００２６】
入口ヒーター１６の例示的な一実施形態が図５に示される。抵抗性ワイヤ３０は、入口ヒーター１６によって形成された発熱ゾーンに対応する複数のワイヤセクション３２、３４、３６を含む。抵抗性ワイヤ３０をわたって印加される電力は、抵抗性ワイヤ３０が熱を生成するようにする。ワイヤセクション３２、３４、３６は、与えられた電力入力に対して様々な発熱レベルを提供するために、様々な直径を有する。例えば、ワイヤセクション３２は、ワイヤセクション３４よりも小さい直径を有し、電力が図６に提案されたように、抵抗性ワイヤ３０をわたって印加されるによってワイヤセクション３２は、ワイヤセクション３４よりも多くの熱を生成する。同様に、ワイヤセクション３６は、２つのワイヤセクション３２、３４よりも大きい直径を有し、電力が抵抗性ワイヤ３０をわたって印加されることによって２つのワイヤセクション３２、３４は、ワイヤセクション３６よりも多くの熱を生成する。熱伝導性電気絶縁部３８は、図５に示されたように、抵抗性ワイヤ３０の周りに延びて、熱が通過するようにしながら入口ヒーター１６の隣接したセクションなどの間の電気接触を遮断する。いくつかの実施形態において、熱伝導性電気絶縁部３８は、密着されるように編組された（ｂｒａｉｄｅｄ）連続フィラメント繊維ガラスから形成される。
【００２７】
発熱ゾーン２及び３における温度は、例えば、図６に提案されたような抵抗性ワイヤ３０の特性に基づいて、入口温度センサー２６によって感知されるようなゾーン１の設定点温度から決定され得る。分析カラム１０４の入口部１１に沿う温度プロファイルは、入口ヒーター１６に供給される電力量に基づいて調整され得る。いくつかの実施形態において、出口ヒーター１８はまた、様々な直径の熱伝導性電気絶縁部の抵抗性ワイヤを含む。出口ヒーター１８によって生成される熱は、ＦＣＯコントローラー１４及び出口温度センサー２８を使用して入口ヒーター１６と同様に制御され得る。
【００２８】
ＦＣＯコントローラー１４は、図２に提案されたような選択された温度プロファイルを維持するために入口ヒーター１６及び出口ヒーター１８に供給される電力量を制御するように構成される。いくつかの実施形態において、ＦＣＯコントローラー１４は、図４に提示されたように、入口及び出口温度センサー２６、２８によって提供される温度信号に基づいて、入口及び出口ヒーター１６、１８に選択的に電力を印加する。ＦＣＯ１０による温度制御がフルードレス型であっても、ＦＣＯ１０を取り囲む断熱材を通る熱の拡散は、入口及び出口ヒーター１６、１８への電力が減少または遮断されるとき、自然的にＦＣＯ１０及び分析カラム１０４を冷却させるであろう。
【００２９】
カラムアセンブリ１０８の一実施形態が図４に示される。カラムアセンブリ１０８は、分析カラム１０４を支持するためのカラム支持フレーム１０７、及び分析カラム１０４の外部の周りに延びる断熱材１０９を含む。カラム支持フレーム１０７は、熱が分析カラム１０４に直接的に印加され得るように、その中にＦＣＯ１０を収容するサイズになっている。いくつかの実施形態において、カラム支持フレーム１０７は、円筒形状に形成された低質量金属スクリーンである。
【００３０】
例示的な実施形態によって、オンカラム注入器及び火炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を備えた、ＤＰＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｅｕｒｏｐｅ  ＧｍｂＨによって製造されたＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  ＧＣシステムに設置される、ＦＣＯ１０を有するＧＣシステム１００を使用するＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレン）分析の本開示による例示的なクロマトグラムは、図７に示される。１４０℃の入口設定点温度及び４５℃の出口設定点温度が分析のために選択される。入口及び出口温度は、システムのＧＣコントローラー１０１が独立型ＦＣＯコントローラーの代わりに使用されるように、ＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  ＧＣシステム内の標準加熱回路によって制御される。ＦＩＤ検出器温度は、分析カラム１０４から溶出されるすべての化合物が検出器１０６まで通過するように保障するために１５０℃に設定される。ＦＩＤの利得は６に設定され、−１００Ｖのコレクタ電圧が増幅器及び後続するクロマトグラフィーデータシステムに印加され、データを収集する。分離は、キャリアガスとしてヘリウムを使用して、３０ｍ×０．５３ｍｍ、１μｍの膜の厚さＭＸＴ−１キャピラリーカラムで実施される。いくつかの実施形態において、ＦＣＯ１０は、入口及び出口ヒーター１６、１８と温度センサー２６、２８をそこに連結させることによって、商業的に利用可能ないくつかのＧＣシステムにある温度制御回路で制御され得る。その回路が利用可能でない場合、ＦＣＯ１０はまた、図４に提案されたように、独立型ＦＣＯコントローラー１４によって制御されることもできる。キャリアガスの制御は、ＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  ＧＣにあるような標準圧力制御回路を介して行われることができる。
【００３１】
図７のクロマトグラム結果は、１分未満で良好なピーク形状及び分離を示す。従来の空気浴オーブンを使用すると、同一の分析に約６分がかかり、クールダウンのために追加２分がかかり、温度平衡維持のためにさらに２分がかかって、実行などの間の総サイクル時間が１０分になる。ＦＣＯ１０を使用すると、加熱及び冷却サイクルを必要とせずに、材料サンプルなどを相次いで直ちに分析することができるため、１０倍より速い分析を提供する。いくつかの実施形態において、ＧＣシステム１００を使用して、時間当り６０個の材料サンプルが分析され得る。これは時間当り６つの材料サンプルのみを分析することができる従来の既存の流体オーブンと比較され得る。本開示によるＦＣＯ１０を使用するさらに高速な分析のために、より短くてより狭いボアカラムがＧＣシステム１００に設置され得る。キャリアガスを水素に変更することがまた、分析速度を速める。
【００３２】
ガスクロマトグラフィーシステム１００はまた、より高い沸点または半揮発性化合物に使用され得る。ＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  ＧＣシステムに設置される、ＦＣＯ１０を有するＧＣシステム１００を使用する有機塩素農薬分析の本開示による例示的なクロマトグラムは、図８に示される。３２０℃の入口温度設定点と１８０℃の出口温度設定点が選択される。前述のようなＤＰＳ  ＧＣシステムに含まれた同一のヒーター制御回路がこのような分析のために使用される。ＦＩＤ検出器温度は、分析カラム１０４から溶出されるすべての化合物が検出器１０６まで通過するように保障するために２５０℃に設定される。ＦＩＤの利得は６に設定され、−１００Ｖのコレクタ電圧が増幅器及び後続するクロマトグラフィーデータシステムに印加され、データを収集する。分離のために、３０ｍ×０．５３ｍｍ、１μｍの膜の厚さＭＸＴ−１キャピラリーカラムが使用される。これは農薬分析のための一般的な選択カラムではなく、ピーク分離は農薬特定のカラムほど良くないが、ＦＣＯ１０が使用される場合、クロマトグラムは一般的な目的の３０メートルキャピラリーカラムを使用して良好な結果を示す。ＧＣコントローラー１０１内のキャリア圧力プログラムの助けで、化合物が４分未満で溶出される。このような構成で、ＦＣＯ１０が設置されたＧＣシステム１００は、時間当り１５種の農薬分析を実施することができる。これは、一般的に時間当り２種の農薬分析範囲で実施される既存システムに比べて改善され、ＧＣシステム１００を７倍以上より速くする。
【００３３】
本開示によるガスクロマトグラフィーシステム２００の他の実施形態が図９に示される。ＧＣシステム２００は、分析される材料のサンプルを検出器２０６に向かって送るために分析カラム２０４に結合された注入器２０２を含む。ＧＣシステム２００のフルードレス型カラムオーブン２１０は、図１２に提示されたように、分析カラム２０４に沿って温度プロファイルを定義するために複数の発熱ゾーンを形成する。分析カラム２０４は、カラムアセンブリ２０８の一部としてカラム支持フレーム２０７の周りに延びる。
【００３４】
分析カラム２０４は、図９に示されたように、１次カラム入口２１１、１次カラム出口２１３、及び２次カラム２１５を含む。１次カラム入口２１１は、材料サンプルを収容するために注入器２０２に結合される。セレクタバルブ２４２は、移送ライン２４５によって１次カラム出口２１３と２次カラム２１５を検出器２０６と連結する。セレクタバルブ２４２は、図９〜図１１に提案されたように、ＧＣシステム２００のユーザーの選択時に、１次カラム出口２１３から排出される材料サンプルを検出器２０６に、または２次カラム２１５を介して指向させるように構成される。セレクタバルブ２４２は、材料サンプルを検出器２０６に指向させるために、図１０の開放位置に示され、セレクタバルブ２４２は、検出器２０６に到逹する前に２次カラム２１５を介して材料サンプルを指向させるために、図１１の閉鎖位置に示される。さらなる分離のために、１次カラムから２次カラムへ溶出物の一部を指向させることを時には２次元（「２Ｄ」）分析と呼ばれる。
【００３５】
フルードレス型カラムオーブン２１０は、分析カラム２０４の１次カラム入口２１１に沿って延びる入口ヒーター２１６、１次カラム出口２１３に沿って延びる出口ヒーター２１８、及び図９に提案されたように、２次カラム２１５に沿って延びる２次ヒーター２１９を含む。いくつかの実施形態において、出口ヒーター２１８は、独立型２次ヒーター２１９の代わりに、１次カラム出口２１３及び２次カラム２１５の両方に沿って延びる。本開示によるＦＣＯ２１０によって定義された温度プロファイルの一実施形態が図１２に示される。例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０は、分析カラム２０４に沿って位置された７つの発熱ゾーンを形成するように構成され、ゾーン１〜３は１次カラム入口２１１に沿って位置され、ゾーン４〜６は１次カラム出口２１３に沿って位置され、ゾーン７は２次カラム２１５に沿って位置される。各々の発熱ゾーン１〜７は、隣接した発熱ゾーンと比較して同一または異なる温度を有するように調整され得る。ＦＣＯ（２１０）の発熱ゾーンによって定義されるように、温度プロファイルは、発熱ゾーン１〜６の間の様々な温度に基づいて、例えば、１次カラム入口２１１に沿って負の温度勾配部、及び例えば、１次カラム出口２１３に沿って後続的な正の温度勾配部を含む。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、正の温度勾配部及びその後の負の温度勾配部を含む。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、全体負の温度勾配または全体正の温度勾配を有する。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、実質的にゼロの温度勾配を有する。
【００３６】
例示的な実施形態において、２次カラム２１５に対するゾーン７の温度は、図１２に提案されたように、１次カラム出口２１３に対するゾーン４〜６よりも低い。いくつかの実施形態において、ＧＣシステム２００を使用して実施された分析は、閉鎖位置のセレクタバルブから始まり、材料サンプル内のより軽い構成成分化合物が１次カラム出口２１３から溶出させ、検出器２０６に到逹する前に２次カラム２１５を通過させる。分析の後半部で、セレクタバルブ２４２は、２次カラム２１５を通過せずに材料サンプルから溶出されるより重い構成成分化合物を、１次カラム出口２１３から検出器２０６に指向するように開放位置に戻される。２次カラム２１５を通過するより軽い構成成分化合物は、発熱ゾーン７のより低い温度に曝される一方に、より重い構成成分化合物は、検出器２０６に通過する前により高い温度の発熱ゾーン６に曝される。２つの異なる検出器温度は、揮発性及び半揮発性化合物の両方とも含む分析に有用である。
【００３７】
キャリアガスバルブ２４６は、図９〜図１１に示されたように、バイパスライン２４８によって注入器２０２及びセレクタバルブ２４２に結合される。キャリアガスバルブ２４６は、ＧＣ分析の間に使用されたキャリアガスをＧＣシステム２００のユーザーの選択時に、注入器２０２を介して（及び１次カラム入口２１１に）またはバイパスライン２４８を介してセレクタバルブ２４２に指向するように構成される。リストリクター２４９は、バイパスライン２４８に結合され、２次カラム２１５と結合して１次カラム入口２１１から１次カラム出口２１３までの流動制限と同様の流動制限を形成して、ＧＣシステム２００を通って一定のキャリアガス流動を維持する。例示的な実施形態において、セレクタバルブ２４２は、バイパスライン２４８、１次カラム出口２１３、２次カラム２１５の入口及び出口、及び移送ライン２４５に連結するための５つの連結点を有する３方向バルブである。キャリアガスバルブ２４６はまた、３方向バルブであることもできるが、キャリアガス供給器（図９〜図１１に図示せず）、注入器２０２、及びバイパスライン２４８への３つの連結を有することができる。
【００３８】
例示的な一実施形態において、キャリアガス及び材料サンプルは、図１０に提案されたように、開放位置で、注入器２０２を通って、１次カラム２０４を通って、そして、セレクタバルブ２４２を通って検出器２０６に送られる。セレクタバルブ２４２は、図１１の実線の矢印で提案されたように、材料サンプルの少なくとも一部分を２次カラム２１５に指向させるように閉鎖位置に移動される。キャリアガスバルブ２４６は、バイパスライン２４８を介してキャリアガスを伝達するように作動され、図１１の点線の矢印で提案されたように、２次カラム２１５を通って流動を継続する間に、１次カラム２０４を通る材料サンプルの流動を停止させることができる。
【００３９】
分析が開始されると、溶剤及びより軽い沸点化合物が発熱ゾーン７から２次カラム２１５に指向されるように、セレクタバルブ２４２が閉鎖位置に作動される。これは、材料サンプルの移動長さに追加され、より低い２次カラム温度でこれらの化合物をさらに分離させる。追加的な移動は、分離のためのより多くの時間を必要とし、３方向キャリアガスバイパスバルブ２０５は、２次カラム２１５が追加的な２次元分離を実施する間に１次カラム２０４を通る材料サンプルの移動を停止させるのに使用される。キャリアガスは、１次カラム２０４をバイパスし、セレクタバルブ２４２を介して２次カラム２１５に指向される。停止される１次カラム２０４の材料サンプルの一例が図１４に示され、ここで、クロマトグラム上のＣ１６ピークは、図１３でより０．７分より遅く、これはキャリアガスバイパスバルブ２０５が作動した時間に直接的に該当する。２次カラム２１５が追加的な分離を実施すると、セレクタバルブ２４２は開放位置に作動され、キャリアガスバイパスバルブ２０５が開放位置に作動され、分析カラム２０４内の残り化合物が、発熱ゾーン６でより高い出口温度を通じて溶出されるように許容する。
【００４０】
キャリアガスバルブ２４６は、セレクタバルブ２４２と独立的に制御され得る。キャリアガスは、セレクタバルブ２４２によって開放位置または閉鎖位置で２次カラム２１５にバイパスすることができる。セレクタバルブ２４２は、１次カラム出口２１３から２次カラム２１５へ材料サンプルの一部を指向させるために、分析中に１回または２回以上作動され得る。同様に、キャリアガスバルブ２４６は、１次カラム２０４を通る材料サンプルの流動を停止させるために、分析中に１回または２回以上作動され得る。セレクタバルブ２４２は、任意の潜在的な持ち越し（ｃａｒｒｙ−ｏｖｅｒ）を最小化する発熱ゾーン２でより高い入口温度に維持される。バルブ２４２の作動は、温度プロファイルに影響を及ぼさないので、１つの材料サンプルが依然として相次いで直ちに分析され得る。
【００４１】
ＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  ＧＣシステムに設置される、ＦＣＯ２１０を有するＧＣシステム２００を使用するｎ−アルカン炭化水素分析の本開示による例示的なクロマトグラムは、図１３及び図１４に示される。２００℃の１次カラム入口温度設定点及び１７０℃の１次カラム出口温度設定点が選択される。前述のようなＤＰＳ  ＧＣシステムに含まれた同一のヒーター制御回路がこのような分析のために使用される。付加的に、キャリアガスバルブ２４６及びセレクタバルブ２４２は、ＤＰＳ  ＧＣシステムを介して制御され；これにより、これは独立型ＦＣＯ２Ｄコントローラー２１４の代わりに作動するＤＰＳ  ＧＣシステム内のＧＣコントローラー１０１の一例になる。ＦＩＤ検出器温度は、分析カラム２０４から溶出されるすべての化合物が検出器１０６まで通過するように保障するために２５０℃に設定される。より高い濃度のサンプルによってＦＩＤに対してより低い４の利得が設定され、−１００Ｖのコレクタ電圧が増幅器及び後続クロマトグラフィーデータシステムに印加されてデータを収集する。分離のために３０ｍ×０．５３ｍｍ、１μｍの膜の厚さＭＸＴ−１キャピラリーカラムが使用され、キャリアガスとして水素が選択される。
【００４２】
図１３は、１次カラム２０４のみを使用する分離の一例であって、Ｃ１０ピークが溶剤ピークと併合される。図１４は、同一の材料サンプルの追加的な２次元分離を示し、ここでＣ１０ピークは、１２０℃の２次カラム２１５温度を有する溶剤から分離される。本実施形態において、２次カラム２１５は、１次カラム２０４に使用された同一のカラムの短い４メートルのセクションであり、発熱ゾーン７内に含まれる。発熱ゾーン７は、出口ヒーター２１８によって形成される。１７０℃の１次出口ヒーター２１８の設定点を有し、発熱ゾーン７が１２０℃の温度に後続される。２Ｄ分析を完了するために、図１４に示された時間の間、セレクタバルブ２４２及びキャリアガスバルブ２４６が作動される。
【００４３】
例示的な一実施形態において、ＦＣＯコントローラー１４は、図１５に示されたように、制御相互接続基板５０、パワーエントリモジュール５２、電源供給器５４及びグラフィカルユーザーインターフェース５６を含む。制御相互接続基板５０は、入口ヒーター１６及び出口ヒーター１８の温度を制御し、入口温度センサー２６及び出口温度センサー２８からの入力を受信するための温度制御回路を含む。ヒーター１６、１８及び温度センサー２６、２８に対する有線及び無線連結が使用され得る。パワーエントリモジュール５２は、電源スイッチ、電気接続部、フィルター（例えば、ラインフィルター）、及び／または回路遮断器のような様々な電源コンポーネントを含む。電源供給器５４は、（例えば、ヒーター１６、１８、グラフィカルユーザーインターフェース５６、または他のコンポーネントに電源を提供するために）電源を提供する。グラフィカルユーザーインターフェース５６は、他の用途の中でも、入口及び出口設定点温度を設定するのに使用され得る。ＦＣＯコントローラー１４は、ＧＣシステムコントローラーに統合され得る。代替的にまたは付加的に、ＦＣＯ１０及びＦＣＯコントローラー１４は、ほぼすべてのＧＣまたはＧＣ／ＭＳシステムを本開示による高速ＧＣシステムに作るために使用され得る独立型コンポーネントであり得る。
【００４４】
ＧＣシステム２００で使用するためのＦＣＯ２Ｄコントローラーの例示的な一実施形態が図１６に示される。ＦＣＯ２Ｄコントローラー２１４は、制御相互接続基板２５０、パワーエントリモジュール２５２、電源供給器２５４及びグラフィカルユーザーインターフェース２５６を含む。制御相互接続基板２５０は、入口ヒーター２１６、出口ヒーター２１８及び２次（２Ｄ）ヒーター２１９の温度を制御し、入口熱電対２２６、出口熱電対２２８、及び２次ヒーター２１９に隣接するように位置された２次（２Ｄ）熱電対（２２９）からの入力を受信するための温度制御回路を含む。制御相互接続基板２５０はまた、セレクタバルブ２４２及びキャリアガスバルブ２４６の作動を制御するために、セレクタバルブ２４２及びキャリアガスバルブ２４６のアクチュエーター２５８、２５９に連結される。いくつかの実施形態において、バルブアクチュエーター２５８は、例えば、回転によってセレクタバルブ２４２を作動させる。いくつかの実施形態において、バルブアクチュエーター２５９は、キャリアガスバルブ２４６を作動させる。いくつかの実施形態において、バルブアクチュエーター２５９は、ソレノイドである。ヒーター２１６、２１８、２１９、温度センサー２２６、２２８、２２９、及びバルブアクチュエーター２５８、２５９に対する有線及び無線連結が使用され得る。パワーエントリモジュール５２は、電源スイッチ、電気接続部、フィルター（例えば、ラインフィルター）、及び／または回路遮断器のような様々な電源コンポーネントを含む。電源供給器５４は、（例えば、ヒーター２１６、２１８、２１９、グラフィカルユーザーインターフェース２５６、バルブアクチュエーター２５８、２５９、または他のコンポーネントに対する電源を提供するために）電源を提供する。グラフィカルユーザーインターフェース２５６は、他の用途の中でも、入口及び出口設定点温度、及びバルブ作動のためのタイミングイベントを設定するのに使用され得る。ＦＣＯ２Ｄコントローラー２１４は、ＧＣシステムコントローラーに統合され得る。代替的にまたは付加的に、ＦＣＯ２１０及びＦＣＯ２Ｄコントローラー２１４は、ほとんどすべてのＧＣまたはＧＣ／ＭＳシステムを本開示による高速ＧＣシステムに作るのに使用され得る独立型コンポーネントであり得る。
【００４５】
本開示によるガスクロマトグラフィーシステム３００の他の実施形態が図１７に示される。ＧＣシステム３００は、分析される材料のサンプルを検出器３０６に向かって送るために、分析カラム３０４に結合された注入器３０２を含む。ＧＣシステム３００のフルードレス型カラムオーブン３１０は、分析カラム３０４に沿って温度プロファイルを定義するために複数の発熱ゾーンを形成する。分析カラム３０４は、注入器３０２に結合された入口部３１１及び検出器３０６に結合された出口部３１３を含む。
【００４６】
フルードレス型カラムオーブン３１０は、図１７に示されたように分析カラム３０４に沿って位置された複数のバンドヒーター３１９を含む。各々のバンドヒーター３１９は、発熱ゾーンを提供するように構成され、他のバンドヒーター３１９に対して独立的に制御可能である。各々の発熱ゾーンの温度は、分析カラム３０４に沿って異なる温度プロファイルを提供するように調整され得る。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、例えば、入口部（３１１）に沿って負の温度勾配部、及び例えば、出口部３１３に沿って後続する正の温度勾配部を含む。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、正の温度勾配部及び後続的な負の温度勾配部を含む。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、全体負の温度勾配または全体正の温度勾配を有する。いくつかの実施形態において、温度プロファイルは、実質的にゼロの温度勾配を有する。
【００４７】
例示的な実施形態において、ＧＣシステム内部にフルードレス型カラムオーブン（ＦＣＯ）を配置することによって高速ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を達成するためのシステム及び方法が開示され、ここで、発熱ゾーンは、温度プロファイルを分析カラム上に伝達する。ＦＣＯは、等温、負、及び正の温度勾配プロファイル領域などの様々な組み合わせを提供する一連の抵抗性で加熱された温度ゾーンを含む。発熱ゾーン及びヒーターと分析カラムを取り囲む断熱材のための温度制御回路は、分析カラム上で定常状態温度プロファイルを維持する。分析などの間で分析カラムを冷却させるためにどんな流体も使用されず、従来の分析流体オーブンにある一般的な加熱及び冷却サイクルを除去することによってより高速の分析を提供する。
【００４８】
例示的な実施形態において、カラム１０４に沿う温度プロファイルは、閉ループ加熱回路に連結されたヒーター１６、１８を使用して生成される。２つまたは３つ以上のヒーター１６、１８が互いに連携して使用されるとき、正及び負の温度勾配の両方とも形成され得る。これらの温度勾配は、カラム温度プロファイルを生成するカラム１０４の異なる部分上に様々な温度を配置するのに使用され得る。カラム１０４上の温度プロファイルは、１つの分析が実施された直後に他の分析が実施されるように許容する正常状態条件に維持される。カラム温度制御がフルードレス型であっても、ＦＣＯ１０を取り囲む断熱材を通る熱の拡散は、発熱体１６、１８への電力が減少または遮断されるときにカラム１０４を自然的に冷却させるであろう。
【００４９】
例示的な実施形態において、フルードレス型カラムオーブン１０は、高速ＧＣ装置及び流体オーブンＧＣ装置で以前に存在した限界を減少させるように設計された装置である。例えば、ＦＣＯ１０は、カラムボアサイズに制限がない、充填カラム、マイクロ−充填カラム、及び長い（例えば、３０または６０メートル）キャピラリーカラムの使用を許容し、これは、（ｉ）カラムを一定の温度プロファイルに維持することによって、（ｉｉ）分析サイクルの温度上昇部分を除去することによって、（ｉｉｉ）サイクルのクールダウン部分を除去することによって、（ｉｖ）分析などの間の平衡または休止時間を除去することによって、及び（ｖ）等温実行と同一の温度安全性を達成することによって許容される。ＦＣＯ１０を有するＧＣシステム１００を使用する分析時間は、他のカラム加熱方法と比較して５〜１０倍減少される。
【００５０】
例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０は、ＧＣシステム１００の注入器１０２を妨げないので、例えば、オンカラム、分割／非分割、及びプログラミングされた温度気化のような、ほとんどの標準注入器が使用され得る。また、そのような実施形態は、ヘッドスペース（ｈｅａｄｓｐａｃｅ）、パージ及びトラップ、または注入の前に材料サンプルを事前濃縮させる空気濃縮器のような、ＧＣシステムに連結された自動注入器または濃縮装置の位置、設置または機能を妨げない。また、大容量ガスサンプル注入またはガスサンプルバルブ注入も許容され、注入量は単に選択したカラムの積載量に左右される。ＦＣＯ１０は、ＧＣ検出器１０６を妨げないので、すべての共通検出器または質量分析計が検出システムに使用されるように許容する。
【００５１】
例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０は、ヒーターエレメント３０、入口熱電対２６、出口熱電対２８、電気絶縁シース３８、入口ヒーター終端ワイヤ、出口ヒーター終端ワイヤ、及びヒーター支持フレーム２２を使用する、入口ヒーターアセンブリ１６及び出口ヒーターアセンブリ１８を含む。ＦＣＯ１０は、カラムに沿って発熱ゾーン１２を形成する。ヒーター支持フレーム２２は、円筒形状の低質量金属スクリーンである。ヒーター支持フレーム２２の両側面は、金属支持フレームを通る発熱ゾーン１２の間の熱伝達を防止するように絶縁される。ヒーター支持フレーム２２の直径または形状は、特定のカラムタイプに適合するように様々なサイズであり得る。３．５インチほどの小さなコイルであり得る金属キャピラリーカラムの場合、ヒーター支持フレーム２２の直径は、例えば、約２．５インチほどに小さいことができる。３０メートルの金属キャピラリーカラムを有するＦＣＯ１０は、ＤＰＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｅｕｒｏｐｅ  ＧｍｂＨで製造したＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎのような、小型オーブン及びポータブルＧＣシステムに設置するのに十分に小さい。より大きな直径のヒーター支持フレーム２２は、ワイドボア溶融シリカキャピラリーカラムのような他のカラムに必要な場合があり、これはカラムに応力を加えて破壊することを防止するために、より大きなカラムコイルを必要とする。
【００５２】
例示的な実施形態において、入口ヒーターアセンブリ１６は、ヒーター支持フレーム２２の上部の周りにラップされるか、または巻き付けられる発熱体部分３２、３４、３６から形成され得る。いくつかの実施形態において、入口ヒーターアセンブリ１６の発熱体３０は、入口ヒーターアセンブリ１６に対する温度プロファイルを制御するために、単一発熱ゾーンまたは複数の発熱ゾーンを形成することができる。単一発熱ゾーンは、カラム１０４の該当の部分上に等温プロファイルを形成する。より微細な温度制御のために、追加的な発熱体または様々な発熱体が使用されて、異なる発熱量の複数の発熱ゾーンを生成することができる。後続するまたは隣接した発熱ゾーンが以前の発熱ゾーンよりも低い発熱量を有する場合、負の温度勾配が形成される。後続するまたは隣接した発熱ゾーンが以前の発熱ゾーンよりも高い発熱量を有する場合、カラム１０４上の温度プロファイルの該当のセクションに正の温度勾配が形成される。
【００５３】
例示的な実施形態において、３つの発熱ゾーンは、入口ヒーターアセンブリ１６を形成するために終端の間に取り付けられる３つの発熱体部分３２、３４、３６によって形成される。いくつかの実施形態において、入口ヒーターアセンブリ１６の発熱体部分３２、３４、３６は、便宜上、終端の間に取り付けられることができる。代替的にまたは付加的に、各々の発熱ゾーンは、３つの個別ゾーン（ヒーター及び熱電対装置）に分離されることができ、３つの温度制御回路を使用して制御され得る。ＧＣアナリストのようなユーザーのための簡便で容易なプログラミング使用のために、３つの発熱ゾーンが単一発熱アセンブリに結合される。各々の発熱ゾーン１２は、異なる発熱体部分３２、３４、３６及び発熱量を有することができる。発熱体部分３２、３４、３６は、様々な直径を有する抵抗線であり得る。これらの抵抗線は、様々な方法を介して終端の間に連結され得る。例えば、抵抗線は、電気コネクター内部でクリンプ（ｃｒｉｍｐ）されるか、銀半田やその他の接着剤を使用して溶接されるか、またはスポット溶接され得る。他のタイプのヒーターが使用されることもできる。例えば、ＦＣＯは、バンドヒーター（ＦＣＯ３１０のような）、１つ以上の発熱ゾーンに沿うヒーターロープ、または任意の他のタイプの非流体発熱装置を使用することができる。様々なヒータータイプはまた、１つ以上の発熱ゾーンを生成することができ、発熱ゾーンは、熱電対及び制御回路に連動され得る。いくつかの実施形態において、より初期の発熱ゾーンの発熱量は、入口ヒーターアセンブリ１６に対する負の温度勾配を形成するために、以後の発熱ゾーンの発熱量よりも大きい。
【００５４】
例示的な実施形態において、熱電対２６（またはサーミスターまたは他の温度センサー）は、第１の発熱ゾーン内の温度を測定するために、ヒーターコイルなどの間のヒーター支持フレーム２２に固定される。熱電対２６における温度は、分析カラム１０４内に注入される化合物の入口温度と呼ばれることができる。入口終端ワイヤは、入口ヒーターアセンブリ１６の端部を制御相互接続基板上のＦＣＯコントローラー１４内のヒーターコントローラー回路に連結する。ヒーターコントローラー回路及び熱電対２６は、閉ループ温度制御回路を形成するのに使用され得る。電気絶縁性シース３８は、発熱体３０を取り囲む。電気絶縁性シース３８は、発熱体部分３２、３４、３６、熱電対２６、及びカラム支持フレーム１０７の隣接した部分などの間の接触を緩和させる。
【００５５】
例示的な実施形態において、出口ヒーターアセンブリ１８は、ヒーター支持フレーム２２の底部の周りにラップされるか、または巻き付けられた発熱体から形成され得る。入口ヒーターアセンブリ１６と同様に、出口ヒーターアセンブリ１８は、出口ヒーターアセンブリ１８に対する温度プロファイルを制御するために、単一発熱ゾーンまたは複数の発熱ゾーンを形成することができる。単一発熱ゾーンは、カラム１０４の該当の部分上に等温プロファイルを形成する。追加的な発熱体または様々な発熱体が異なる発熱量の複数の発熱ゾーンを生成するのに使用され得る。いくつかの実施形態において、出口ヒーターアセンブリ１８を形成する終端の間に取り付けられた発熱体によって形成される、３つの発熱ゾーン及び選択的に第４の発熱ゾーンがある。出口ヒーターアセンブリ１８は、便宜上、終端の間に取り付けられた抵抗線を介して形成される。しかし、各々の発熱ゾーンは個別発熱ゾーン（ヒーター及び熱電対装置）に分離されることができ、個別温度制御回路を使用して制御され得る。ＧＣアナリストのようなユーザーのための簡便で容易なプログラミング使用のために、４つの発熱ゾーンが単一発熱アセンブリに結合される。いくつかの実施形態において、発熱ゾーンは、同一の発熱量を得るために、同一の発熱体部分を使用することができる。例えば、２つの隣接した発熱ゾーンは、同一の発熱体、及び以後の発熱体部分の発熱量よりも低い発熱量を使用することができる。これは、出口ヒーターアセンブリ１８に対して正の温度勾配を形成する。
【００５６】
例示的な実施形態において、入口ヒーターアセンブリ１６に対する負の温度勾配及び出口ヒーターアセンブリ１８に対する正の温度勾配が使用される。いくつかの実施形態において、単一温度勾配または他の温度勾配の組み合わせ（例えば、負−正−正または負−正−負）が使用され得る。セレクタバルブ２４２を使用して、カラム２０４の１次カラム出口２１３からの溶出物を低温で短冊の分析カラムのような２次カラム２１５に切り替えることは、負−正−負の温度勾配を有する温度プロファイルの一例である。図１２に示されたようなそれらの温度勾配を達成するために、様々な発熱ゾーンが生成されるか使用され得る。例えば、２つの発熱ゾーンを使用して単一温度勾配を生成することができる。いくつかの実施形態において、多くの発熱ゾーン（例えば、５つまたはその以上）を使用して温度勾配を微細調整することができる。
【００５７】
例示的な実施形態において、熱電対２８（または他の温度センサー）は、温度を測定するために、発熱体のコイルなどの間のヒーター支持フレーム２２に固定される。いくつかの実施形態において、熱電対２８は、出口ヒーターアセンブリ１８のコイルなどの間に位置され得る。熱電対２８における温度は、カラム１０４から検出器１０６に排出される化合物の出口温度と呼ばれることができる。出口終端ワイヤは、出口ヒーターアセンブリ１８の端部をＦＣＯコントローラー１４内のヒーターコントローラー回路に連結する。
【００５８】
例示的な実施形態において、ＧＣシステム２００は、高温バルブ２４２及びキャリアガスバイパスバルブ２４６を含む。発熱ゾーンは、断熱ブランケットの一部のような断熱バリアー、またはゾーンの間の熱伝達を制限するその他の断熱材を含むことができる。例えば、断熱バリアーは、発熱ゾーン６と発熱ゾーン７との間に位置されて、発熱ゾーン６と発熱ゾーン７との間の熱伝達を制限することができる。いくつかの実施形態において、発熱ゾーン７の発熱量は発熱ゾーン４及び５の発熱量未満であり、発熱ゾーン４及び５の発熱量は発熱ゾーン６の発熱量未満である。発熱ゾーン７は、他の発熱ゾーンと熱的に分離され、正の温度勾配の一部を形成しない。発熱ゾーン７は、検出器に移動する前にずっと低い温度ゾーンを通して分析カラムからの溶出物を指向させるのに使用され得る。
【００５９】
例示的な実施形態において、分析カラム１０４は、各々の発熱ゾーンに対してほぼ同一の間隔にあるように、カラム支持フレーム１０７の周りにラップされるかまたは巻き付けられる。カラム支持フレーム１０７は、円筒形状の低質量の開放ホール金属スクリーンであり得る。低い質量は、１つの発熱ゾーンから次の発熱ゾーンへの金属を通る熱伝達を制限する。カラム支持フレーム１０７は、各々の発熱ゾーン直上に位置するように、カラム１０４を維持するためのリブ（図示せず）を含むことができる。リブなどは、互いにおおよそ同一の間隔であることができるため、カラム１０４のコイルが各々のリブの間にカウントされ得る。例えば、３０メートル幅のボアキャピラリーカラムは、各々の０．２５インチ（６．３５ｍｍ）リブの間に６つのコイルが巻き付けられるようにするか、または約４．２５メートルのセクションに実質的に均等に分割されるようにすることができる。カラムフレームの直径または形状は、特定のカラムタイプに適するように様々なサイズであり得る。金属キャピラリーカラムの場合、カラム支持フレームの直径は、例えば、３．５インチ程度に小さいことができる。カラムに応力を加えて破壊することを防止するために、より大きいカラムコイルを要求する広いボア溶融シリカキャピラリーカラムには、より大きい直径の支持フレームが必要であることができる。カラム支持フレーム１０７は、ＦＣＯ１０上にスライディングされることができ、合うカラムタイプに応じてヒーター支持フレーム２２が選択され得る。カラム支持フレーム１０７は、一側面上の電気絶縁性シース３８と接触することができ、ＦＣＯ１０の発熱ゾーンを密封するために、例えば、断熱材１０９によってカラム側面上で断熱され得る。カラム１０４及びヒーター１６、１８は、断熱材で完全に包まれることができ、外部環境から保護され得る。これは技術的有用性を提供し、部分的に周囲環境への自然的な拡散と別個にカラム１０４を冷却させるために、ＦＣＯ１０内部に流入される流体がないため、以前のシステムよりも外部の環境及び温度で作動することができるように許容する。
【００６０】
例示的な実施形態において、注入器１０２は、分析カラム１０４の入口部１１に連結される。いくつかの実施形態において、注入器１０２とＦＣＯ１０との間の距離は、冷点の発生を緩和させるように最小化される。また、ＦＣＯ１０には、分析カラム１０４を取り囲む発熱型移送ラインチューブが具備され得る。分離移送チューブは、注入器１０２に対する発熱ゾーン１及び検出器１０６に対する発熱ゾーン６に隣接する入口部１１及び出口部１３に連結され、ここに熱を伝達することができ、ＧＣシステム１００のＦＣＯ１０、注入器１０２、及び検出器１０６の間の冷点を緩和させる。分析カラム１０４に連結するために任意の標準タイプのＧＣ注入器が使用され得る。
【００６１】
例示的な実施形態において、ＧＣシステム２００の１次カラム出口２１３は、高温バルブ２４２に連結される。高温バルブ２４２は、低容量、３方向、高温バルブまたは任意の他の高温バルブであり得る。いくつかの実施形態において、バルブ２４２の代わりに圧力スイッチング装置（例えば、ディーン（Ｄｅａｎｓ）スイッチ）または他のスイッチング装置が使用され得る。高温バルブ２４２が「開放」位置にあるとき、分析カラムからの溶出物は、検出器移送ライン２４５（例えば、短冊のカラム）を通ってセレクタバルブ２４２を貫通して検出器２０６に通過する。このような方式で、分析カラムから検出器に通じるすべてのチューブは同一の直径であり得る。
【００６２】
例示的な実施形態において、任意の標準タイプのＧＣ検出器がＦＣＯ１０、２１０に使用されることができ；いくつかの例は、火炎イオン化検出器ＦＩＤ、光イオン化検出器ＰＩＤ、ヘリウムイオン化検出器ＨＩＤ、熱伝導度検出器ＴＣＤ、火炎光度検出器ＦＰＤ、窒素リン検出器ＮＰＤまたは質量分析計（ＭＳ）である。移送ライン２４５の長さは最小化され、ＦＣＯ２１０の高温発熱ゾーンに沿って、そして、検出器２０６への密接な連結のために便利な任意の地点で断熱材を通って外部に送られ得る。いくつかの実施形態において、高温バルブ２４２及びすべての連結チューブは、発熱ゾーン２の分析カラム１０４の隣に位置される。このような方式で、これらのアイテムなどは、任意の冷点を緩和させるために出口温度設定点よりも高い温度に維持される。
【００６３】
例示的な実施形態において、溶出物は、セレクタバルブ２４２が「閉鎖」位置にあるときに、２次カラム２１５（例えば、発熱ゾーン７に位置された短冊の分析カラム）に指向される。いくつかの実施形態において、２次カラム２１５の長さは、検出器２０６への２次低温経路を形成する発熱ゾーン７内で合うように各々の他の発熱ゾーンのカラムの長さと同一である。いくつかの実施形態において、２次カラム２１５は、分析カラム２０４と異なる固定相を含むことができるか、分離能力を向上させるために異なる直径であり得る。２次カラム２１５は、セレクタバルブ２４２に結合され、ここで溶出物が移送ライン２４５を通って検出器２０６に流動される。発熱ゾーン７は、出口設定点温度がＦＣＯ２１０から検出器２０６まで２つの明確に異なる出口温度を提供するように、より冷却され得る。
【００６４】
例示的な実施形態において、２次カラム２１５が発熱ゾーン７内に含まれる限り、所望の低温分離に応じて、２次カラム２１５の長さが、より長く、またはより短く調整され得る。２次元分析（例えば、１０、１５または３０メートル）のためにより長い２次カラム２１５を所望する場合、２次カラム２１５に温度プロファイルを伝達するために、より広い等温領域を形成するように発熱ゾーン７のサイズが拡張され得る。いくつかの実施形態において、発熱ゾーン７は１次出口ヒーター２１８と直列に連結され、それに応じて発熱ゾーン７の温度は、１次出口ヒーター２１８に対する設定点温度に応じる。したがって、ＦＣＯ２１０のサイズは、より大きな２次カラム２１５及び発熱ゾーン７を収容するように拡張される。
【００６５】
例示的な実施形態において、より長い２次カラム２１５（例えば、１０、１５または３０メートル）に対する温度プロファイルは、図１６に示されたように、第３の独立型２Ｄヒーターアセンブリ２１９及び２Ｄ熱電対２２９を通って制御され得る。２Ｄヒーターアセンブリ２１９は、ヒーター支持フレームの底部の周りに、例えば、１次出口ヒーターアセンブリ２１８の下でラップされるか、または巻き付けられる発熱体から形成され得る。構成及び制御における入口ヒーターアセンブリ２１６と同様に、２Ｄヒーターアセンブリ２１９は、２Ｄヒーターアセンブリ２１９に対する温度プロファイルを制御するために、単一発熱ゾーンまたは複数の発熱ゾーンを形成することができる。単一発熱ゾーンは、２次カラム２１５の該当の部分上に等温プロファイルを形成する。追加的な発熱体または様々な発熱体が異なる発熱量の複数の発熱ゾーンを生成するのに使用され得る。いくつかの実施形態において、２Ｄヒーターアセンブリ２１９を形成する終端の間に取り付けられた発熱体によって形成される３つの発熱ゾーンがある。２Ｄヒーターアセンブリ２１９は、便宜上、終端の間に取り付けられた抵抗線を介して形成される。しかし、各々の発熱ゾーンは、個別発熱ゾーン（ヒーター及び熱電対装置）に分離されることができ、個別温度制御回路を使用して制御され得る。ＧＣアナリストのようなユーザーのための簡便で容易なプログラミング使用のために、３つの発熱ゾーンが１つの発熱アセンブリに結合される。いくつかの実施形態において、より初期の発熱ゾーンの発熱量は、２Ｄヒーターアセンブリ２１９に対する負の温度勾配を形成するために、以後の発熱ゾーンの発熱量よりも多い。したがって、ＦＣＯ２１０のサイズは、より大きな２次カラム２１５及び２Ｄヒーターアセンブリ２１９を収容するように拡張される。
【００６６】
例示的な実施形態において、「開放」位置にある高温バルブ２４２において、キャリアガスは注入器２０２を通って分析カラム２０４に流動する。分析カラム２０４の１次カラム出口２１３を出るキャリアガスは、高温バルブ２４２を通って流動され、その次に検出器移送ライン２４５を通って検出器２０６に流動される。高温バルブ２４２が「閉鎖」位置にあるとき、キャリアガスは注入器２０２を通って分析カラム２０４に流動し、その次に分析カラム２０４の１次カラム出口２１３を出るキャリアガスは高温バルブ２４２を通って流動され、今溶出物を２次カラム２１５に転換させる。２次カラム２１５を通って出るキャリアガスはまた、高温バルブ２４２及び移送ライン２４５を通って検出器２０６に通過される。２次カラム２１５が分離を実施するのに十分時間を許容するために、キャリアガスバイパスバルブ２４６は、キャリアガスを２次カラム２１５に指向させることによってカラム２０４を通るサンプル材料の移動を停止させるように閉鎖位置に作動され得る。キャリアガスバイパスバルブ２４６は、ソレノイド、または３方向バルブをスイッチングするために使用される任意の他のアクチュエーション装置によって作動され得る。
【００６７】
例示的な実施形態において、負及び正の温度勾配の両方がＦＣＯ１０で使用され得る。注入器１０２を通って、材料サンプルがカラム１０４の入口部１１に進入する。入口設定点温度は、サンプルが発熱ゾーン１〜３を介して負の勾配に沿って移動する際に、材料サンプルのすべての化合物が溶出されるほど十分に高くプログラミングされるかまたは決定される。入口温度は、入口設定点温度が正確になるように保障するために発熱ゾーン１で測定され得る。設定点温度に使用される発熱ゾーン１と共に、発熱ゾーン２と発熱ゾーン３が安定し、予測可能であり、線形の方式に後続される。例えば、いくつかの実施形態において、発熱ゾーン１を２５０℃の高い入口温度に設定すると、発熱ゾーン２が１９８℃で後続され、発熱ゾーン３は１３５℃で後続される。発熱ゾーン１〜３は、互いに隣接することができ、それらの間の一部の熱を伝達して、入口発熱ゾーン領域内に連続的な勾配を形成することができる。ほぼ分析カラム１０４の第１の半分部はこのような負の勾配に曝される。他の実施形態において、１つ以上の発熱ゾーンは、発熱ゾーンの間の熱伝達を減少させるための絶縁シースを含むことができる。
【００６８】
例示的な実施形態において、分析カラム１０４の第２の半分部は、わずかに正の温度勾配を形成することができるＦＣＯ１０の発熱ゾーン４〜６に位置される。他の場合などにおいて、発熱ゾーン４〜６は、同一であり得るかまたは２次負の勾配を形成することができる。典型的に、発熱ゾーン６は、発熱ゾーン４及び５よりも高い温度にあり、発熱ゾーン６は出口設定点温度に使用される。いくつかの実施形態において、同一の発熱体が発熱ゾーン１及び６に使用される一方に、第２の発熱体が発熱ゾーン２、４及び５に使用され、第３の発熱体は発熱ゾーン３及び７に使用される。これは、作動のための例示的な温度勾配を提供し、部品の標準化及びコストの節減を許容する。
【００６９】
例示的な実施形態において、入口温度は２５０℃に設定され、出口温度は１５０℃に設定される。発熱ゾーン１から始まる負の温度勾配は、今発熱ゾーン５を通って延びて、材料サンプル導入と共に発熱ゾーン１で始まったピークフォーカシング、鮮明化（ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）及び分離を続く。化合物が発熱ゾーン５から発熱ゾーン６に移動するにつれて、材料サンプルは検出器１０６に進入する前に正の温度勾配を経験する。このような固有した正の温度勾配は、発熱ゾーン５と６との間のピークに対するさらなる鮮明化レベルを追加する。分析カラムを出るときにピークが経験するこのような追加のスクイッシング（ｓｑｕｉｓｈｉｎｇ）効果は、発熱ゾーン６のカラム内部の圧力が発熱ゾーン５よりわずかにより高いためである。
【００７０】
例示的な実施形態において、入口及び出口温度の設定点は、可変的であり、ほとんどのＧＣ方法に対する要件に適合するように調整され得る。いくつかの実施形態において、入口温度は、従来の空気浴温度プログラムの最終温度に設定されることができ、これは入口がすべての化合物が通過するのに十分に高温であり得るように保障するであろう。出口温度は、どの化合物（ある場合）がカラム上に残っているかを決定することができる。より低い温度はより多くの化合物を滞留させる一方に、より高い温度はより多くの化合物が通過されるようにする。負の勾配によって、カラムから溶出される化合物は、これらの液相温度により近い。伝統的な流体オーブンと同様に、化合物がカラム上で凝縮すると、それらが検出器に出ない。出口温度が、化合物が通過できるほど十分に高いように保障するために注意しなければならない。
【００７１】
例示的な実施形態において、高温セレクタバルブ２４２（例えば、低いデッドボリューム（ｄｅａｄ  ｖｏｌｕｍｅ）バルブ）及びバルブアクチュエーター、ならびにキャリアガスバイパスバルブ２４６及びアクチュエーターと共に、より広い範囲の化合物を分析するのに追加の発熱ゾーン７が使用される。発熱ゾーン７の温度は、出口温度設定点に依存するように設定され得る。いくつかの実施形態において、出口温度設定点は１７０℃であり、対応する発熱ゾーン７の温度は１２０℃である。化合物が移動するための２つの互いに異なる選択可能な温度発熱ゾーンを使用して広範囲な分析が可能である。
【００７２】
いくつかの実施形態において、より長い２次カラム２１５、第３の独立型２Ｄヒーター２１９（例えば、発熱ゾーン７、８及び９を生成するために）及び制御回路を使用して、より広い範囲の２Ｄ分析が可能であるので、２次カラム２１５上に勾配温度プロファイルを形成する拡張された２Ｄ発熱ゾーン（より小さいカラムゾーン７の代わりに）を生成することができる。単一ゾーン７または拡張された２Ｄ発熱ゾーンを使用する分析の範囲は、任意の公知された従来の負の勾配システムよりもはるかに広い。
【００７３】
例示的な実施形態において、ＦＣＯ１０及びカラムアセンブリ１０８は、一緒にパッケージングされ、提供された注入器に入口部１１を簡単に連結し、提供された検出システムに出口部１３を連結し、ＦＣＯ１０を提供されたコントローラーに連結することによって、ほとんどの商業的に利用可能なＧＣシステムに設置され得る。キャリアガス制御、注入器温度、検出器温度、データ収集、及びＧＣシステム内の他のすべての機能は変更されずに維持される。ＦＣＯは、１次カラムオーブンとして使用され得るか、または２つのＦＣＯを二重オーブン構成で使用することができるので、ＤＰＳ  Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ  ２のような小型ＧＣでも二重オーブンＧＣとして使用することができるように許容する。ＧＣシステムは、２次元分析のために１次及び２次カラムを含むことができる。ＦＣＯはまた、２次元分析における１次または２次カラムオーブンとして、または単一オーブンＧＣで二重オーブンを生成するための１次または２次カラムオーブンとして、従来の空気浴オーブンと結合され得る。
【００７４】
本明細書で提供される図面及び説明は、明瞭性のために、典型的な装置、システム、及び方法で発見され得る他の態様を除去しながら、本明細書において説明された装置、システム及び方法の明確な理解に関連する態様を例示するために簡略化されている。当業者は、本明細書に説明された装置、システム及び方法を具現するために、他のエレメント及び／または作動が好ましいか及び／または必要であることを認識することができる。そのようなエレメント及び作動は、当該技術分野でよく知られており、本開示のより良い理解を容易にしないので、そのようなエレメント及び作動に対する議論は本明細書で提供されないかもしれない。しかし、本開示は、当業者に公知の説明された態様に対するすべてのエレメント、変動及び変形を本質的に含むと見なされる。
【００７５】
本明細書において「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」などの引用は、説明された実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含むことができることを示すが、すべての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含む必要はないことを示す。また、そのような文句は、必ずしも同一の実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が実施形態に関連して説明されるとき、明示的に説明されても説明されなくても、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは、通常の当業者の知識の範囲内にいるように提示される。付加的に、「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」の形態でリストに含まれた項目は、（Ａ）；（Ｂ）；（Ｃ）；（Ａ及びＢ）；（Ａ及びＣ）；（Ｂ及びＣ）；または（Ａ、Ｂ及びＣ）を意味することができることを理解すべきである。同様に、「Ａ、ＢまたはＣのうちの少なくとも１つ」の形態で羅列された項目は、（Ａ）；（Ｂ）；（Ｃ）；（Ａ及びＢ）；（Ａ及びＣ）；（Ｂ及びＣ）；または（Ａ、Ｂ及びＣ）を意味することができる。
【００７６】
図面などにおいて、いくつかの構造的または方法的な特徴などは、特定の配置及び／または順序で示すことができる。しかし、そのような特定の配置及び／または順序が要求されないことがあるということを理解すべきである。むしろ、いくつかの実施形態において、そのような特徴は、例示的な図面などに示されたものとは異なる方式及び／または順序で配置され得る。付加的に、特定の図面で構造的または方法的な特徴を含むことは、そのような特徴がすべての実施形態で要求されることを意味するのではなく、いくつかの実施形態では含まれないか他の特徴と結合され得る。
【００７７】
以下の番号付けされた項は、考慮される非限定的な実施形態を含む：
【００７８】
第１項。
ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステムであって、
材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有し、前記注入器から前記検出器に材料サンプルを指向するように適合される、分析カラム；
前記分析カラムの入口部に結合され、前記分析カラムの入口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、入口ヒーター；
前記分析カラムの出口部に結合され、前記分析カラムの出口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、出口ヒーター；及び
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに作動可能に結合されたコントローラーを含み、
前記コントローラーは、前記分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに選択的に電力を供給することを特徴とする、ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステム。
【００７９】
第２項。
前記入口ヒーターは、前記分析カラムの入口部に沿って少なくとも第１の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記出口ヒーターは、前記分析カラムの出口部に沿って少なくとも第２の発熱ゾーンを生成するように構成される、ガスクロマトグラフィー分析を実施するための第１項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８０】
第３項。
前記第１の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第１の温度で維持され、前記第２の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第２の温度で維持され、前記第１及び第２の温度は異なる、ガスクロマトグラフィー分析を実施するための第２項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８１】
第４項。
前記第２の温度は、前記第１の温度未満である、ガスクロマトグラフィー分析を実施するための第３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８２】
第５項。
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターのうちの少なくとも１つは、前記分析カラムに沿って前記第１及び第２の発熱ゾーンの間に位置された第３の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、前記コントローラーによって第３の温度で維持され、前記第３の温度は、前記第１及び第２の温度未満である、ガスクロマトグラフィー分析を実施するための第４項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８３】
第６項。
前記入口ヒーターは、少なくとも第１の発熱ゾーン及び第２の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第１の発熱ゾーンは、第１の直径を有する抵抗熱線の第１のセクションによって生成され、前記第２の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第１のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第２のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第２のセクションは、前記第１の直径と異なる第２の直径を有する、第１項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８４】
第７項。
前記出口ヒーターは、少なくとも第３の発熱ゾーン及び第４の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、第３の直径を有する抵抗熱線の第３のセクションによって生成され、前記第４の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第３のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第４のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第４のセクションは、前記第３の直径と異なる第４の直径を有する、第６項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８５】
第８項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は負の温度勾配を有する、第１項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８６】
第９項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第８項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８７】
第１０項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第１項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８８】
第１１項。
前記入口ヒーターに結合された入口温度センサー及び前記出口ヒーターに結合された出口温度センサーをさらに含み、前記コントローラーは、前記入口温度センサー及び前記出口温度センサーからデータを受信するように構成される、第１項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００８９】
第１２項。
ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステムであって、
材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有し、前記注入器から前記検出器に前記材料サンプルを指向させるように適合される、分析カラム；
前記分析カラムの入口部に結合され、前記分析カラムの入口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、入口ヒーター；
前記分析カラムの出口部に結合され、前記分析カラムの出口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、出口ヒーター；及び
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに作動可能に結合されたコントローラーを含み、
前記コントローラーは、前記分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに選択的に電力を供給し、前記温度プロファイルは、少なくとも第１の温度勾配及び第２の温度勾配を有する、ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステム。
【００９０】
第１３項。
前記第１の温度勾配は負であり、前記第２の温度勾配は正である、第１２項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００９１】
第１４項。
前記第１の温度勾配は、前記分析カラムの入口部に沿って前記入口ヒーターによって定義され、前記第２の温度勾配は、前記分析カラムの出口部に沿って前記出口ヒーターによって定義される、第１３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのシステム。
【００９２】
第１５項。
ガスクロマトグラフィーシステムに使用するためのフルードレス型（ｆｌｕｉｄｌｅｓｓ）カラムオーブンであって、
支持フレーム；
前記支持フレームの第１の部分に結合された入口ヒーター；及び
前記第１の部分と異なる前記支持フレームの第２の部分に結合された出口ヒーターを含み、
前記入口ヒーターは、１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記出口ヒーターは、前記支持フレームに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、ガスクロマトグラフィーシステムに使用するためのフルードレス型カラムオーブン。
【００９３】
第１６項。
前記入口ヒーターは、少なくとも第１の発熱ゾーン及び第２の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第１の発熱ゾーンは、第１の直径を有する抵抗熱線の第１のセクションによって生成され、前記第２の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第１のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第２のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第２のセクションは、前記第１の直径と異なる第２の直径を有する、第１５項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９４】
第１７項。
前記出口ヒーターは、少なくとも第３の発熱ゾーン及び第４の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、第３の直径を有する抵抗熱線の第３のセクションによって生成され、前記第４の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第３のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第４のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第４のセクションは、前記第３の直径と異なる第４の直径を有する、第１６項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９５】
第１８項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は負の温度勾配を有する、第１５項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９６】
第１９項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第１８項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９７】
第２０項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第１５項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９８】
第２１項。
前記入口ヒーターに隣接するように前記支持フレームに結合された入口温度センサー、及び前記出口ヒーターに隣接した前記入口ヒーターに隣接するように前記支持フレームに結合された出口温度センサーをさらに含む、第１５項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【００９９】
第２２項。
ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステムであって、
カラムアセンブリであって：
カラム支持フレーム；及び
前記カラム支持フレームに結合され、材料サンプルを収容するために注入器に結合された入口部、及び検出器に結合された出口部を有し、前記注入器から前記検出器に前記材料サンプルを指向させるように適合される、分析カラムを含み；
フルードレス型カラムオーブンであって：
ヒーター支持フレーム；
前記分析カラムの入口部に隣接するように前記ヒーター支持フレームに結合され、前記分析カラムの入口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、入口ヒーター；
前記分析カラムの出口部に隣接するように前記ヒーター支持フレームに結合され、前記分析カラムの出口部に沿って１つ以上の発熱ゾーンを生成するように構成される、出口ヒーター；及び
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに作動可能に結合されたコントローラーを含み、
前記フルードレス型カラムオーブンは、前記分析カラムの加熱のために前記カラムアセンブリに収容されるように構成され、前記コントローラーは、前記分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに選択的に電力を供給する、ガスクロマトグラフィー分析を実施するためのシステム。
【０１００】
第２３項。
ガスクロマトグラフィーシステムに使用するためのフルードレス型カラムオーブンであって、前記ガスクロマトグラフィーシステムは、材料サンプルを収容するために、注入器に結合された入口部及び検出器に結合された出口部を有する分析カラムを含み、前記分析カラムは、前記注入器から前記検出器に前記材料サンプルを指向させるように構成され、前記フルードレス型カラムオーブンは、
支持フレーム；
前記支持フレームの第１の部分に結合された入口ヒーター；
前記第１の部分と異なる前記支持フレームの第２の部分に結合された出口ヒーター；及び
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに作動可能に結合されたコントローラーを含み、
前記コントローラーは、前記分析カラムに沿って定常状態温度プロファイルを定義するために、前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターに選択的に電力を供給する、ガスクロマトグラフィーシステムに使用するためのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０１】
第２４項。
前記入口ヒーターは、前記分析カラムの入口部に沿って少なくとも第１の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記出口ヒーターは、前記分析カラムの出口部に沿って少なくとも第２の発熱ゾーンを生成するように構成される、第２３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０２】
第２５項。
前記第１の発熱ゾーンは前記コントローラーによって第１の温度で維持され、前記第２の発熱ゾーンは前記コントローラーによって第２の温度で維持され、前記第１及び第２の温度は異なる、第２４項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０３】
第２６項。
前記第２の温度は前記第１の温度未満である、第２５項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０４】
第２７項。
前記入口ヒーター及び前記出口ヒーターのうちの少なくとも１つは、前記分析カラムに沿って前記第１及び第２の発熱ゾーンの間に位置された第３の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは前記コントローラーによって第３の温度で維持され、前記第３の温度は前記第１及び第２の温度未満である、第２６項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０５】
第２８項。
前記入口ヒーターは、少なくとも第１の発熱ゾーン及び第２の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第１の発熱ゾーンは、第１の直径を有する抵抗熱線の第１のセクションによって生成され、前記第２の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第１のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第２のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第２のセクションは、前記第１の直径と異なる第２の直径を有する、第２３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０６】
第２９項。
前記出口ヒーターは、少なくとも第３の発熱ゾーン及び第４の発熱ゾーンを生成するように構成され、前記第３の発熱ゾーンは、第３の直径を有する抵抗熱線の第３のセクションによって生成され、前記第４の発熱ゾーンは、前記抵抗熱線の第３のセクションの端部に結合された抵抗熱線の第４のセクションによって生成され、前記抵抗熱線の第４のセクションは、前記第３の直径と異なる第４の直径を有する、第２８項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０７】
第３０項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は負の温度勾配を有する、第２３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０８】
第３１項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第３０項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１０９】
第３２項。
前記温度プロファイルの少なくとも一部分は正の温度勾配を有する、第２３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１１０】
第３３項。
前記入口ヒーターに結合された入口温度センサー及び前記出口ヒーターに結合された出口温度センサーをさらに含み、前記コントローラーは、前記入口温度センサー及び前記出口温度センサーからデータを受信するように構成される、第２３項、任意の他の項、または項どうしの任意の組み合わせのフルードレス型カラムオーブン。
【０１１１】
本開示は、前述した図面及び説明において詳細に示され説明されたが、これは例示的なものと見なされるべきであり、文面にとらわれず、この単なる例示的な実施形態などが示され説明され、本開示の原理に属するすべての変更及び変形が保護を受けることを所望すると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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