JP2001208737A - ガスクロマトグラフ装置 - Google Patents

ガスクロマトグラフ装置

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JP2001208737A
JP2001208737A JP2000020629A JP2000020629A JP2001208737A JP 2001208737 A JP2001208737 A JP 2001208737A JP 2000020629 A JP2000020629 A JP 2000020629A JP 2000020629 A JP2000020629 A JP 2000020629A JP 2001208737 A JP2001208737 A JP 2001208737A
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carrier gas
pressure
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Kenji Hirai
研治 平井
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/04Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/06Preparation
    • G01N30/12Preparation by evaporation
    • G01N2030/126Preparation by evaporation evaporating sample

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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料注入による圧力上昇時に、気化試料が拡
散してパージ流路から排出されてしまうことを防止す
る。 【解決手段】 試料注入前の定常状態時には、第1圧力
センサ13の検出値P1が設定圧力になるように調節弁
12を制御する。試料注入後に試料気化室1内のガス圧
が急激に上昇すると、流量抵抗11を介した第2圧力セ
ンサ14の検出値P2との圧力差ΔP(=P2−P1)
が縮小するから、この圧力差ΔPが所定値以下になった
らΔPが所定値に維持されるように調節弁12を制御す
べく切り替える。これにより、パージ流量よりも大きな
一定流量のキャリアガスを試料気化室1へと供給し続け
ることができ、気化試料の拡散が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスクロマトグラフ
装置に関し、更に詳しくは、ガスクロマトグラフ装置に
おいて液体試料を気化するための試料気化室を含む試料
導入部に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にガスクロマトグラフ装置では、カ
ラム入口に設けた試料気化室内に液体試料を注入し、気
化した試料をキャリアガスに乗せてカラム内へと送り込
む構成を有する。カラムに導入する試料の量を制御しつ
つ減少させる方法として、いわゆるスプリット導入法が
利用されている。スプリット導入を行うガスクロマトグ
ラフ装置では、試料気化室に、キャリアガスを導入する
ためのキャリアガス流路、シリコンゴム製のセプタムが
発生する不所望の成分を外部へ排出するためのパージ流
路、そしてキャリアガスと共に余分な気化試料を外部へ
排出するためのスプリット流路が接続されている。
【0003】このような装置では、略一定流量のキャリ
アガスをカラムに流通させるために、定圧制御方式(入
口圧制御方式ともいう)及び背圧制御方式という2つの
制御方式が利用されている。定圧制御方式とは、キャリ
アガス流路に圧力調節弁を設け、試料気化室の入口での
キャリアガスの供給圧力を一定に維持するように圧力調
節弁の開度を制御する方法である。一方、背圧制御方式
とは、キャリアガス流路にマスフローコントローラ(流
量調節器)を設けて一定流量のキャリアガスを試料気化
室に導入する一方、スプリット流路に圧力調節弁を設
け、試料気化室の出口(スプリット流路接続部)での圧
力を一定に維持するように圧力調節弁を制御する方法で
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ガスクロマトグラフ分
析の際に、試料気化室に液体試料を注入すると、注入さ
れた試料は気化することによって急激に体積が膨張す
る。そのため、試料気化室内の圧力は急激に上昇する。
上記定圧制御方式の場合、入口圧が急に高くなると圧力
調節弁は閉鎖されるため、試料気化室へのキャリアガス
の供給は一時的に停止する。すると、気化試料は試料気
化室内で拡散し易くなり、キャリアガス流路やパージ流
路へと流入する。このため、カラムへ送り込まれるべき
気化試料の一部がパージ流路を通して外部へ逃げたり、
或いは、時間的に遅延してカラムへ運ばれたりする。そ
の結果、定量分析の精度が低下するという問題がある。
【0005】一方、背圧制御方式では、注入された試料
の気化によって試料気化室内の圧力が急激に上昇する
と、圧力調節弁を開放して試料気化室内のガスをスプリ
ット流路を介して外部へ逃がすことにより試料気化室内
の圧力を下げようとする。そのため、一時的にスプリッ
ト比が変化し、カラムへ導入される試料の割合が小さく
なるので、結果的に分析の精度が低下するという問題が
ある。
【0006】即ち、何れの方式であっても従来のガスク
ロマトグラフ装置では、試料注入時の気化試料の拡散に
よって定量分析の精度が低下するという課題を有してい
た。本発明はこのような問題を解決するために成された
ものであり、その目的とするところは、試料気化時の圧
力上昇の影響を軽減して、定量分析の精度を向上させる
ことができるガスクロマトグラフ装置を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るガスクロマトグラフ装置は、試料気化
室へのキャリアガスの流入口での圧力に応じてキャリア
ガスの流量を調節するという定圧制御方式を基本とする
ものの、試料注入直後に試料気化室内のガス圧が上昇し
た場合でも、少なくとも或る所定量のキャリアガスを継
続的に試料気化室へ供給することができるようにしたも
のである。
【0008】即ち、本発明に係る第1のガスクロマトグ
ラフ装置は、カラム入口に設けた試料気化室内に液体試
料を注入して気化させ、該気化試料をキャリアガス流に
乗せてカラムに導入するガスクロマトグラフ装置におい
て、 a)前記試料気化室にキャリアガスを供給するキャリアガ
ス流路と、 b)該キャリアガス流路上に配設された流量抵抗と、 c)該流量抵抗よりも上流側のキャリアガス流路上に配設
された調節弁と、 d)前記流量抵抗の出口側の圧力を検出する第1の圧力セ
ンサと、 e)前記流量抵抗の入口側の圧力を検出する第2の圧力セ
ンサと、 f)定常状態では第1の圧力センサの検出値に基づいて前
記調節弁を制御し、試料注入後には第2の圧力センサの
検出値、又は第1及び第2の両方の圧力センサの検出値
に基づいて前記調節弁を制御する制御手段と、を備える
ことを特徴としている。
【0009】また、本発明に係る第2のガスクロマトグ
ラフ装置は、カラム入口に設けた試料気化室内に液体試
料を注入して気化させ、該気化試料をキャリアガス流に
乗せてカラムに導入するガスクロマトグラフ装置におい
て、前記試料気化室にキャリアガスを供給するキャリア
ガス流路として、試料気化室側の圧力に応じて流量を調
節する調節弁を有する第1のキャリアガス流路と、所定
の一定流量のキャリアガスを流通させる流量調節手段を
有する第2のキャリアガス流路とを備え、試料注入後
に、前記調節弁の開度に拘わらず第2のキャリアガス流
路を通して試料気化室にキャリアガスを供給するように
したことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】まず、本発明の第1のガスクロマ
トグラフ装置の一実施形態について図面を参照して説明
する。図1は、本実施形態によるガスクロマトグラフ装
置の試料気化室を中心とする要部の構成図である。
【0011】内部が中空である試料気化室1には、セプ
タムパージ流路6、スプリット流路7、キャリアガス流
路8が接続されており、その頭部開口にはシリコンゴム
製のセプタム4が嵌挿されている。試料気化室1の内側
には円筒形状のガラスインサート5が嵌挿されており、
カラム2は試料気化室1の底部からガラスインサート5
の内側まで挿入されている。
【0012】セプタムパージ流路6及びスプリット流路
7にはそれぞれニードル弁9、10が設けられており、
流量抵抗が適宜に調節できるようになっている。キャリ
アガス流路8には、下流側から第1圧力センサ13、流
量抵抗11、第2圧力センサ14、調節弁12が設けら
れており、制御部15は、第1圧力センサ13の検出ガ
ス圧P1と第2圧力センサ14の検出ガス圧P2とに応
じて調節弁12の開度を制御する。第1圧力センサ13
と試料気化室1との間にはガス抵抗が殆ど無いため、検
出ガス圧P1は試料気化室1内部のガス圧とほぼ同一で
あると看做すことができる。なお、必要に応じて、セプ
タムパージ流路6及びスプリット流路7には電磁開閉弁
を設けてもよい。
【0013】上記構成において、ガスクロマトグラフ分
析を行なう際には、試料注入器3により液体試料をセプ
タム4を通して試料気化室1内へと注入する。注入され
た試料は適宜の温度に加熱されている試料気化室1内で
殆ど瞬時に気化し、キャリアガス流に乗ってカラム2内
へと運ばれる。そして、カラム2内を通過する過程で成
分分離される。
【0014】本ガスクロマトグラフ装置の特徴である制
御を、図3のフローチャートに従って説明する。また、
図4はこのときの試料注入前後の試料気化室1内のガス
圧の変化の一例を示す図である。液体試料を試料気化室
1に注入する以前の定常状態では、制御部15は第1圧
力センサ13による検出ガス圧P1を監視し、このガス
圧P1が設定圧力Pcになるように調節弁12を制御す
る(ステップS1)。これにより、略一定流量のキャリ
アガスがキャリアガス流路8を通して試料気化室1に供
給される。このとき、流量抵抗11の両端には、その流
量抵抗値と流量とに応じた圧力差ΔP(=P2−P1)
が生じている。
【0015】試料気化室1内に液体試料が注入され試料
が気化すると(ステップS2)、図4に示すように、試
料気化室1内のガス圧が急激に上昇するから、第1圧力
センサ13による検出ガス圧P1は急激に増加する。一
方、流量抵抗11を介して試料気化室1に接続される第
2圧力センサ14の検出ガス圧P2は上記ガス圧の増加
にあまり追随しないため、圧力差ΔPは減少又は場合に
よってはマイナスになる。そこで、制御部15は試料注
入後には圧力差ΔPを監視し、圧力差ΔPが所定値Pa
以下になると(ステップS3で「Y」)、検出ガス圧P
1のみを用いた制御を止め、圧力差ΔPが所定値Paに
なるように調節弁12を制御する(ステップS4)。
【0016】即ち、検出ガス圧P1のみを用いた制御を
継続していると、検出ガス圧P1が急激に上昇したこと
によって最悪の場合、調節弁12が閉鎖されてキャリア
ガスの供給が完全に停止する可能性がある。キャリアガ
スが流入しなくなると、図2(b)に示すように、気化
試料が試料気化室1内の上方にまで拡散し、セプタムパ
ージ流路6に流れ込んで外部へ排出されてしまう恐れが
ある。これに対し、圧力差ΔPを所定値に維持するよう
な制御に切り替えると、この圧力差ΔPと流量抵抗11
の抵抗値で決まるほぼ一定流量のキャリアガスを試料気
化室1へ供給し続けることができる。そのため、図2
(a)に示すように、試料気化室1内で気化した試料は
キャリアガス流によって上方への拡散が抑制され、決め
られたスプリット比に応じてカラム2とスプリット流路
7へと流れる。また、このキャリアガスの最低流量はセ
プタムパージ流路6を通して排出されるガス流量以上に
設定しておくことが好ましい。そうすれば、キャリアガ
スが優先的にセプタムパージ流路6に流れるため、気化
試料がセプタムパージ流路6に流れ込んで排出されてし
まうことを一層効果的に防止できる。
【0017】上述したようにガス圧が急激に上昇してス
テップS4の制御が行われたあと、図4に示したよう
に、試料気化室1内のガス圧つまり検出ガス圧P1が緩
やかに下降して設定圧力Pcに戻ったならば(ステップ
S5で「Y」)、制御部15は再び検出ガス圧P1が設
定圧力Pcになるように調節弁12を制御する(ステッ
プS6)。例えば、注入される液体試料がごく微量であ
る等、試料注入直後に圧力差ΔPがPa以下にならなけ
ればステップS3→S6と進み、検出ガス圧P1が設定
圧力Pcになるような制御が継続して行われる。
【0018】次に、上記制御の具体例を数値を挙げて説
明する。いま、セプタムパージ流路6に流れるパージ流
量が2mL/分、スプリット流路7に流れるスプリット
流量が47mL/分、カラム2に流れる流量が1mL/
分であるとすると、キャリアガス流路8を通して試料気
化室1へ供給すべきキャリアガス流量は50mL/分と
なる。このときの試料気化室1のガス圧(つまり設定圧
力Pc)は100kPaであるものとし、このとき圧力
差ΔPは10kPaであるとする。すると、この圧力差
ΔPのうち、パージ流量の寄与、つまり上記パージ流量
を確保するために必要な流量抵抗11両端の圧力差は1
0×2/50=0.4kPaと求まる。そこで、ΔPの
判定閾値Paはこの0.4kPaよりも大きな1kPa
と定めておく。
【0019】試料注入前、制御部15は検出ガス圧P1
が設定圧力Pc=100kPaとなるように調節弁12
を制御している。これにより、キャリアガス流路8を通
して試料気化室1には50mL/分の流量でキャリアガ
スが供給され、パージ流量は2mL/分となる。試料注
入によって検出ガス圧P1が急上昇し、圧力差ΔPが1
kPa以下になると、制御部15はP1の値に拘わらず
ΔPが1kPaになるように調節弁12を制御する。従
って、定められた2mL/分というパージ流量よりも大
きな略一定流量のキャリアガスが確実に試料気化室1に
供給され続け、このキャリアガスにより上述したように
気化試料の拡散が抑制される。
【0020】なお、図4に点線で示すカーブは従来の定
圧制御方式によるガス圧制御を行った場合の例であっ
て、本発明によるガスクロマトグラフ装置では、試料注
入直後にもキャリアガスが確実に供給され続けることに
より、従来よりも試料気化室1内のガス圧自体は高くな
ることを示している。
【0021】図5は、本発明の第2のガスクロマトグラ
フ装置の一実施形態を示す構成図である。この実施形態
では、調節弁12を設けたキャリアガス主流路81とマ
スフローコントローラ16を設けたキャリアガス副流路
82とを並設し、キャリアガス副流路82を通して最低
限の流量(少なくともパージ流量以上)のキャリアガス
を試料気化室1へと供給する。これにより、試料注入直
後に調節弁12が閉鎖されてもキャリアガス副流路82
を通して一定流量のキャリアガスを試料気化室1へ導入
することができる。
【0022】なお、上記実施形態は何れも一例であっ
て、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことが
できることは明らかである。
【0023】
【発明の効果】本発明に係る第1及び第2のガスクロマ
トグラフ装置によれば、試料気化室に液体試料が注入さ
れた直後に急激に圧力が上昇しても、試料気化室へキャ
リアガスが供給され続けるので、気化試料の拡散が抑制
され、所定量又は所定スプリット比に応じた量の気化試
料を確実にカラムへ送り込むことができる。このため、
高精度の定量分析が行え、再現性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1のガスクロマトグラフ装置の一
実施形態における試料気化室を中心とする要部の構成
図。
【図2】 本発明の第1のガスクロマトグラフ装置と従
来の装置とにおける気化試料の挙動を示す模式図。
【図3】 本実施形態のガスクロマトグラフ装置におけ
るガス圧制御のフローチャート。
【図4】 試料注入前後の試料気化室内のガス圧の変化
を示す図。
【図5】 本発明の第2のガスクロマトグラフ装置の一
実施形態における要部の構成図。
【符号の説明】
1…試料気化室 2…カラム 6…セプタムパージ流路 7…スプリット
流路 8…キャリアガス流路 9、10…ニー
ドル弁 11…流量抵抗 12…調節弁 13…第1圧力センサ 14…第2圧力
センサ 15…制御部 16…マスフロ
ーコントローラ 81…キャリアガス主流路 82…キャリア
ガス副流路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カラム入口に設けた試料気化室内に液体
    試料を注入して気化させ、該気化試料をキャリアガス流
    に乗せてカラムに導入するガスクロマトグラフ装置にお
    いて、 a)前記試料気化室にキャリアガスを供給するキャリアガ
    ス流路と、 b)該キャリアガス流路上に配設された流量抵抗と、 c)該流量抵抗よりも上流側のキャリアガス流路上に配設
    された調節弁と、 d)前記流量抵抗の出口側の圧力を検出する第1の圧力セ
    ンサと、 e)前記流量抵抗の入口側の圧力を検出する第2の圧力セ
    ンサと、 f)定常状態では第1の圧力センサの検出値に基づいて前
    記調節弁を制御し、試料注入後には第2の圧力センサの
    検出値、又は第1及び第2の両方の圧力センサの検出値
    に基づいて前記調節弁を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
  2. 【請求項2】 カラム入口に設けた試料気化室内に液体
    試料を注入して気化させ、該気化試料をキャリアガス流
    に乗せてカラムに導入するガスクロマトグラフ装置にお
    いて、前記試料気化室にキャリアガスを供給するキャリ
    アガス流路として、試料気化室側の圧力に応じて流量を
    調節する調節弁を有する第1のキャリアガス流路と、所
    定の一定流量のキャリアガスを流通させる流量調節手段
    を有する第2のキャリアガス流路とを備え、試料注入後
    に、前記調節弁の開度に拘わらず第2のキャリアガス流
    路を通して試料気化室にキャリアガスを供給するように
    したことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
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