(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便に還元反応部の性能評価を行うことができる反応装置、及びこの反応装置を備えるクロマトグラフを提供する。【解決手段】カラムを通過したサンプルガスを酸化する酸化反応部２と、酸化反応部で酸化されたサンプルガスを還元する還元反応部３と、酸化反応部と還元反応部との間を接続した配管５とを備えるガスクロマトグラフ用の反応装置１であって、還元反応部の性能を評価するための評価用ガスを、既知の流量又は分量にして還元反応部に供給する評価用ガス供給部７と、を備え、評価用ガス供給部と還元反応部とを連通する供給配管５ａの終端が、配管に接続されているか、又は、還元反応部に接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラムを通過したサンプルガスを酸化する酸化反応部と、前記酸化反応部で酸化された前記サンプルガスを還元する還元反応部と、前記酸化反応部と前記還元反応部との間を接続した接続配管とを備えるガスクロマトグラフ用の反応装置であって、
前記還元反応部の性能を評価するための評価用ガスを、既知の流量又は分量にして前記還元反応部に供給する評価用ガス供給部と、を備え、
前記評価用ガス供給部と前記還元反応部とを連通する供給配管の終端が、前記接続配管に接続されているか、又は、前記還元反応部に接続されていることを特徴とするガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項２】
前記還元反応部が、還元反応を促進する還元触媒を備え、該還元反応部に供給されたガスを還元用ガスを用いて還元するものであり、
前記還元反応部に供給された前記評価用ガスが還元されるように、該還元反応部に前記還元用ガスを供給するものであって、始端が前記還元用ガスが貯留された還元用ガス源に接続され、終端が前記還元反応部に連通する還元用ガス配管を備えることを特徴とする請求項１記載のガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項３】
前記評価用ガス供給部が、管内に前記評価用ガスを充満させて、その分量を定量にする定量管であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項４】
前記還元用ガス配管の終端が前記定量管の基端に接続するとともに、前記定量管の終端が前記接続配管に接続する第１接続状態と、前記定量管を介さずに、前記還元用ガス配管の終端が前記接続配管の基端に接続する第２接続状態とに切り替える切替バルブをさらに備える請求項３記載のガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項５】
前記切替バルブが、前記第２接続状態において、前記定量管を評価用ガスが貯留された評価用ガス源に連通させることを特徴とする請求項４記載のガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項６】
前記還元反応部に、前記還元用ガス及び前記評価用ガスが並列、又は混合して供給されることを特徴とする請求項２記載のガスクロマトグラフ用の反応装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の反応装置を用いたガスクロマトグラフ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カラムを通過したサンプルガスを酸化及び還元するガスクロマトグラフ用の反応装置、及びこの反応装置を備えるガスクロマトグラフに関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のガスクロマトグラフは、例えば特許文献１に開示されているように、カラムと、カラムを通過したサンプルガスを酸化して二酸化炭素に変換する酸化反応部、及び、酸化反応部で酸化された二酸化炭素を還元してメタンに変換する還元反応部を備える反応装置と、反応装置においてメタンに変換されたサンプルガスを検出する水素炎イオン化型検出器等の検出器とを備える。上述の酸化反応部及び還元反応部は、それぞれ酸化反応又は還元反応を促進するための酸化触媒又は還元触媒を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６８５０号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、上述のクロマトグラフでは、還元触媒の劣化等によって還元反応部の物質を還元する性能が劣化することについては何も開示されていないが、還元反応部が劣化すると、還元反応部に供給されるガスを全てメタンに還元することができなくなるので、検出器において正確な検出結果を得ることができなくなるという問題が発生する。
【０００５】
このような問題に対し、例えばカラムの基端から既知の化合物で構成された既知の流量または分量の評価用ガスを導入して還元反応部の性能を評価することが考えられるが、この場合、既知の流量または分量の評価用ガスがそのまま還元反応部に供給されるように、カラムを評価用ガス専用のものに交換するとともに、酸化反応部の酸化触媒を取り除く手間が必要となる。そのため、簡便に還元反応部の性能を評価することができない。
【０００６】
本発明は、上記問題を一挙に解決することを鑑みてなされたものであり、簡便に還元反応部の性能を評価できる反応装置、及びこの反応装置を備えるクロマトグラフを提供することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のガスクロマトグラフ用の反応装置は、カラムを通過したサンプルガスを酸化する酸化反応部と、前記酸化反応部で酸化された前記サンプルガスを還元する還元反応部と、前記酸化反応部と前記還元反応部との間を接続した接続配管とを備えるガスクロマトグラフ用の反応装置であって、前記還元反応部の性能を評価するための評価用ガスを、既知の流量又は分量にして前記還元反応部に供給する評価用ガス供給部と、を備え、前記評価用ガス供給部と前記還元反応部とを連通する供給配管の終端が、前記接続配管に接続されているか、又は、前記還元反応部に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
上述の構成によって、予め流量又は分量が既知である評価用ガスが、カラムや酸化反応部を通過せずに還元反応部に供給されるので、カラムの交換や、酸化反応部の酸化触媒の除去といった手間が必要なくなり、簡便に還元反応部の性能を評価できる。
【０００９】
本発明のガスクロマトグラフ用の反応装置の具体的な一態様としては、前記還元反応部が、還元反応を促進する還元触媒を備え、該還元反応部に供給されたガスを還元用ガスを用いて還元するものであり、前記還元反応部に供給された前記評価用ガスが還元されるように、該還元反応部に前記還元用ガスを供給するものであって、基端が前記還元用ガスが貯留された還元用ガス源に接続され、終端が前記還元反応部に連通する還元用ガス配管を備えるものを挙げることができる。
【００１０】
このようなものであれば、還元用ガス配管が、還元反応部に供給された評価用ガスが還元されるように該還元反応部に還元用ガスを供給するので、還元反応部に評価用ガスを供給する場合においても、還元反応部を還元雰囲気に保ち、評価用ガスを還元できるとともに、還元触媒が劣化することを防止することができる。
【００１１】
本発明のガスクロマトグラフ用の反応装置の別の具体的な一態様としては、前記評価用ガス供給部が、管内に前記評価用ガスを充満させて、その分量を定量にする定量管であるものを挙げることができる。
【００１２】
このようなものであれば、定量管内に評価用ガスを充満させるだけで、評価用ガスの分量を定量することができるので、簡便に評価用ガスを定量して、還元反応部に供給することができる。
【００１３】
上述の定量管を用いた本発明のガスクロマトグラフ用の反応装置の具体的な一態様としては、前記還元用ガス配管の終端が前記定量管の基端に接続するとともに、前記定量管の終端が前記供給配管に接続する第１接続状態と、前記定量管を介さずに、前記還元用ガス配管の終端が前記供給配管の基端に接続する第２接続状態とに切り替える切替バルブをさらに備えるものを挙げることができる。
【００１４】
このようなものであれば、切替バルブを第１接続状態に切り替えるだけで、定量管で定量された評価用ガスを、還元用ガスに押し出させて還元反応部に供給することができる。そのため、切替バルブと定量管とを用いた簡便な装置構成で、既知の分量の評価用ガスを還元反応部に供給することができる。
【００１５】
また、上述の定量管を用いた本発明の反応装置の別の具体的な一態様としては、
前記切替バルブが、前記第２接続状態において、前記定量管を評価用ガスが貯留された評価用ガス源に連通させるものを挙げることができる。
【００１６】
このようなものであれば、還元用ガスが還元反応部に供給される第２接続状態において、評価用ガス源が定量管に評価用ガスを導入して、定量管が評価用ガスで充満するので、定量管が評価用ガスを定量することができる。また、還元反応部に評価用ガスが導入された後に、間隔をあけずに還元用ガスが導入されるので、評価用ガスが供給された後に、還元反応部に還元用ガスが供給されないまま放置されることを防止して、還元触媒が劣化することを防止することができる。
【００１７】
本発明のガスクロマトグラフ用の反応装置の別の具体的な一態様としては、前記還元反応部に、前記還元用ガス及び前記評価用ガスが並列、又は混合して供給されるものを挙げることができる。
【００１８】
このようなものであれば、還元反応部を常に一定の還元雰囲気に保つことができるので、還元触媒が劣化することを確実に防止することができる。
【００１９】
本発明の反応装置を用いたガスクロマトグラフも本発明の１つである。
【００２０】
本発明によれば、簡便に還元反応部の性能評価を行うことができる反応装置、及びこの反応装置を備えるクロマトグラフを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態のクロマトグラフを示す概略図。
【図２】本実施形態の反応装置を示す概略図。
【図３】本実施形態の反応装置を示す概略図。
【図４】他の実施形態における反応装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る反応装置１は、例えばサンプルガスの分析を行うクロマトグラフに用いられるものであって、このガスクロマトグラフ１００は、図１に示すように、カラム１０３を収容したカラム収容部１０１と、カラム１０３を通過したサンプルガスを酸化及び還元する反応装置１と、反応装置１を経たサンプルガスを検出する検出器１０２とを備える。
【００２３】
カラム収容部１０１は、カラム１０３と、カラム１０３を収容する恒温槽１０４と、カラム１０３の先端部に設けられてサンプルガスをカラム１０３に導入する導入部１０５とを備える。
【００２４】
検出器１０２には、例えば酸化炎によって反応装置１を経たサンプルガスを熱分解させ、生成したイオン性の燃焼生成物を電極で検出することによって、サンプルガスの分量やサンプルガスの組成を検出する水素炎イオン化型検出器（ＦＩＤ）が用いられる。なお、この検出器１０２はＦＩＤに限定されるものではなく、例えば熱伝導検出器（ＴＣＤ）や熱イオン化検出器（ＦＴＤ）等、サンプルガスの種類に応じて適宜変更することができる。
【００２５】
しかして、本実施形態のガスクロマトグラフ用の反応装置１は、図２に示すように、カラム１０３を通過したサンプルガスを酸化する酸化反応部２と、酸化反応部２で酸化されたサンプルガスを還元する還元反応部３と、カラム１０３と酸化反応部２との間を接続した第１配管４と、酸化反応部２と還元反応部３との間を接続した接続配管５と、還元反応部３と検出器１０２との間を接続した第２配管６とを備えるとともに、還元反応部３の性能を評価するための評価用ガスを、既知の流量又は分量にして還元反応部３に供給する評価用ガス供給部７と、評価用ガス供給部７と還元反応部３とを連通する供給配管５ａとを備える。
【００２６】
第１配管４は、カラム１０３を酸化反応部２に接続させるものであって、その基端にはカラム１０３の終端部が挿通されており、終端は酸化反応部２の上流側に接続されている。そして、第１配管４には、酸化反応部２に酸化反応を生じさせるために必要な酸化用ガスを供給する酸化用ガス配管８が、三方継手９を介して接続されている。
【００２７】
酸化用ガス配管８は、酸化反応部２に例えば空気等の酸化用ガスを供給するものであって、その基端が酸化用ガスを供給する酸化用ガス源に接続されたものである。なお、この三方継手９には、酸化用ガス配管８から導出した酸化用ガスがカラム１０３に向かって逆流しないようにする逆流防止弁が設けられている。
【００２８】
酸化反応部２は、酸化用ガスを用いてサンプルガスを酸化して、例えば二酸化炭素等の酸化物に変換するものであり、サンプルガスが酸化される酸化反応室２ａと、酸化反応室２ａに収容されて酸化反応を促進する例えばパラジウム等の酸化触媒２ｂと、酸化反応室２ａを加熱するための例えばヒータ等の加熱手段２ｃとを備える。
【００２９】
還元反応部３は、例えば水素等の還元用ガスを用いて還元反応部３に供給されたガスを還元して、例えばメタン等の炭化水素に変換するものであり、還元反応部３に供給されたガスが還元される還元反応室３ａと、還元反応室３ａに収容されて還元反応を促進する例えばニッケル等の還元触媒３ｂと、還元反応室３ａを加熱するための例えばヒータ等の加熱手段３ｃとを備える。
【００３０】
接続配管５は、酸化反応部２を還元反応部３に接続させるものであって、その基端が酸化反応部２の下流側に接続されるとともに、その終端が還元反応部３の上流側に接続されたものである。そして、この接続配管５には、接続配管５から分岐して評価用ガス供給部７に連通する供給配管５ａが設けられている。
【００３１】
供給配管５ａは、終端が、三方継手１１を介して接続配管５に接続されるとともに、基端が、切替バルブ１３を介して還元用ガスを供給する還元用ガス配管１２又は／及び評価用ガス供給部７に連通するものである。なお、この三方継手１１には、供給配管５ａから導出したガスが酸化反応部２に向かって逆流しないようにする逆流防止弁が設けられている。
【００３２】
還元用ガス配管１２は、還元反応部３に供給されたサンプルガス及び評価用ガスが還元されるように、還元反応部３に還元用ガスを供給するものであって、言い換えれば、還元反応室３ａが常に還元雰囲気に保たれるように還元用ガスを供給するものである。そして、基端が還元用ガスを貯留した還元用ガス源１４に接続し、終端が切替バルブ１３に接続している。
【００３３】
評価用ガス供給部７は、還元反応部３の性能を評価するための例えば二酸化炭素やメタン等の評価用ガスを、既知の流量又は分量にして還元反応部３に供給するものであって、本実施形態では、管内に評価用ガスを充満させて、その分量を定量にする定量管７ａで構成されている。そして、この定量管７ａは、切替バルブ１３を介して、評価用ガスを供給する評価用ガス源１５に連通している。
【００３４】
ここで、本実施形態では、評価用ガスとして二酸化炭素及びメタンをそれぞれ使用するため、評価用ガス源１５は、二酸化炭素を貯留した第１容器１５ａと、メタンを貯留した第２容器１５ｂと、第１容器１５ａ又は第２容器１５ｂからの評価用ガスが導入される評価用ガス導入管１５ｃとを備え、第１容器１５ａ、第２容器１５ｂ、評価用ガス導入管１５ｃは、それぞれ三方継手１６を介して接続されている。この三方継手１６には、評価用ガス導入管１５ｃを第１容器１５ａ又は第２容器１５ｂのいずれか一方に接続させるバルブ１５ｄが設けられており、このバルブ１５ｄを切り替えることによって、評価用ガス導入管１５ｃに導入される評価用ガスが、二酸化炭素又はメタンのいずれか一方に切り替えられる。
【００３５】
切替バルブ１３は、図２に示すように、還元用ガス配管１２の終端が定量管７ａの基端に接続するとともに、定量管７ａの終端が供給配管５ａに接続する第１接続状態と、図３に示すように、定量管７ａを介さずに、還元用ガス配管１２の終端が供給配管５ａの基端に接続する第２接続状態とに切り替えるものである。また、この切替バルブ１３は、第２接続状態において、定量管７ａを評価用ガスが貯留された評価用ガス源１５に連通させる。
【００３６】
上述のように構成された反応装置１において、還元反応部３の性能を評価する場合の動作について説明する。
【００３７】
まず、カラム１０３からサンプルガスの導入を停止した状態、又は、還元反応部３へのサンプルガスの導入を停止した状態で、切替バルブ１３を、第２接続状態に切り替えるとともに、バルブ１５ｄを第２容器１５ｂ側に切り替える。
【００３８】
すると、還元反応部３に還元用ガスが供給されるとともに、定量管７ａが評価用ガス導入管１５ｃに連通して、評価用ガス導入管１５ｃからメタンで構成された評価用ガスが導入される。このとき、定量管７ａの他端は開口しており、定量管７ａから溢れた評価用ガスが導出するので、定量管７ａ内に評価用ガスが充満して、評価用ガスの分量が定量される。
【００３９】
次に、切替バルブ１３を第１接続状態に切り替えると、定量管７ａの基端が還元用ガス配管１２の終端に接続するとともに、定量管７ａの終端が供給配管５ａの基端に接続するので、還元用ガス配管１２から定量管７ａに導入される還元用ガスが、定量管７ａで定量された評価用ガスを供給配管５ａに押し出して、還元反応部３に供給される。
【００４０】
ここで、還元反応部３に供給される評価用ガスはメタンであるので、メタンは還元反応部３で還元されずに還元反応部３を通過して検出器１０２等で検出される。この検出結果を以下基準値とする。
【００４１】
そして、切替バルブ１３を再度第２接続状態に切り替えて、還元反応部３に還元用ガスを供給するとともに、今度はバルブ１５ｄを第１容器１５ａ側に切り替えて、二酸化炭素で構成された評価用ガスを評価用ガス導入管１５ｃに導入させる。すると、評価用ガス導入管１５ｃから定量管７ａに導入された評価用ガスが、定量管７ａ内に残留した還元用ガスを定量管７ａの開口する一端から押し出して、定量管７ａ内に評価用ガスが充満し、評価用ガスが定量される。
【００４２】
次に切替バルブ１３を第１接続状態に切り替えて、定量管７ａで定量された評価用ガスを還元反応部３に供給すると、還元反応部３に供給される評価用ガスは二酸化炭素であるので、還元反応部３に残留した還元用ガスによって還元されてメタンに変換され、検出器１０２等で検出される。そして、この検出結果と、先程検出した基準値とを比較することによって、還元反応部３の性能を評価する。
【００４３】
上述のように構成した本実施形態の反応装置１は、以下のような格別の効果を有する。
【００４４】
すなわち、評価用ガス供給部７によって定量された既知の分量の評価用ガスが、カラム１０３や酸化反応部２を通過することなく還元反応部３に供給されるので、カラム１０３の交換や、酸化反応部２の酸化触媒２ｂの除去といった手間が必要なくなり、簡便に還元反応部３の性能評価を行うことができる。
【００４５】
また、還元用ガス配管１２が、還元反応部３に供給された評価用ガスが還元されるように、該還元反応部３に還元用ガスを供給するので、還元反応部３を評価する場合においても還元反応部３を還元雰囲気に保つことができ、還元触媒３ｂが劣化することを防止することができる。
【００４６】
評価用ガス供給部７に定量管７ａを用いたので、定量管７ａ内に評価用ガスを充満させるだけで、簡便に評価用ガスの分量を定量して、還元反応部３に供給することができる。また、切替バルブ１３と定量管７ａとを用いた簡便な装置構成で、予め既知の分量の評価用ガスを還元反応部３に供給することができる。
【００４７】
加えて、第２接続状態において、評価用ガス源１５が定量管７ａに評価用ガスを導入するので、定量管７ａが評価用ガスで充満して、評価用ガスを定量管７ａで定量することができる。
【００４８】
また、第１接続状態において、評価用ガスが還元用ガスに押し出されるので、還元反応部３には評価用ガスが導入された後に、間隔をあけずに還元用ガスが導入される。そのため、評価用ガスが供給された後に、還元反応部３に還元用ガスが供給されないまま放置されることを防止して、還元触媒３ｂが劣化することを防止することができる。
【００４９】
なお、本発明は上述した実施形態に限られたものではない。
図４は、別の実施形態におけるガスクロマトグラフ用の反応装置２０を示すものである。このガスクロマトグラフ用の反応装置２０では、図４に示すように、還元用ガス配管２２が、評価用ガス供給部２１とは別に接続配管５に接続されており、評価用ガス供給部２１を定量管２１ａで構成するとともに、この定量管２１ａの終端が、接続配管５に接続されるとともに、定量管２１ａの始端が、評価用ガス源２４に接続されている。
このように構成すれば、還元反応部３に還元用ガス及び評価用ガスが並列、又は混合して供給されるので、還元反応室３ａを常に一定の還元雰囲気に保つことができるので、還元触媒３ｂが劣化することを確実に防止することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、評価用ガス供給部が、評価用ガスを既知の分量を定量するものであったが、既知の流量となるようにするものであってもよい。この場合、例えば、分岐配管にベンチュリを設けて、分岐配管を流れる評価用ガスの流量を既知の流量にするものを挙げることができる。または、分岐配管にマスフローコントローラを設けて、予め入力した流量となるようにマスフローコントローラを作動させるものを挙げることができる。
【００５１】
さらに、還元反応部に直接接続配管を接続して、評価用ガスを供給するように構成してもよい。
【００５２】
本発明は、その他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・・・反応装置
２・・・酸化反応部
３・・・還元反応部
５・・・接続配管
５ａ・・供給配管
７・・・評価用ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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