JPH09203724A - 水素炎イオン化検出器 - Google Patents

水素炎イオン化検出器

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JPH09203724A
JPH09203724A JP8032617A JP3261796A JPH09203724A JP H09203724 A JPH09203724 A JP H09203724A JP 8032617 A JP8032617 A JP 8032617A JP 3261796 A JP3261796 A JP 3261796A JP H09203724 A JPH09203724 A JP H09203724A
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JP
Japan
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amplifier
nozzle
ion current
voltage
converter
Prior art date
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Pending
Application number
JP8032617A
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English (en)
Inventor
Kazuya Nakagawa
一也 中川
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPH09203724A publication Critical patent/JPH09203724A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイドボアカラムやパックドカラム等の大容
量カラムを用いた場合でも、アンプやA/D変換器を飽
和させることなく正しく定量することができるようにす
る。 【解決手段】 水素炎を形成するノズル22の先端に直
流のノズル電圧を印加し、該水素炎中で生成されたイオ
ンをコレクタ電極23により捕捉する水素イオン化検出
器において、コレクタ電極23から出力されるイオン電
流を測定し、そのイオン電流の大きさに応じてノズル電
圧を変化させる。例えば、イオン電流が所定値以上にな
った場合は、イオン電流がその所定値に維持されるよう
に、ノズル電圧を低下させる。これにより、アンプ部1
2への入力(イオン電流)がアンプ部12のダイナミッ
クレンジを超えたり、アンプ部12の出力がA/D変換
器13のダイナミックレンジを超えるという事態が防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にガスクロマト
グラフの検出器として用いられる水素炎イオン化検出器
(FID)に関する。
【0002】
【従来の技術】水素炎イオン化検出器(Flame Ionizati
on Detector、FID)は、試料ガス中の有機物を水素
炎中で燃焼させてイオン化し、水素炎の周囲に設けられ
たコレクタ電極でそのイオンを捕捉することにより、試
料中の有機化合物の濃度を検出するものである。ここ
で、水素炎を形成するノズルとコレクタ電極との間に、
イオンをコレクタ電極に向かわせるための直流電圧(ノ
ズル電圧。通常、200V程度)を印加しておく。
【0003】FIDはダイナミックレンジが広く、温度
やキャリヤガス流量の変化に対して比較的鈍感である
上、バックグラウンド電流やノイズレベルが非常に低い
ので高感度の検出を行なうことができるという特長を有
する。
【0004】一方、このようにダイナミックレンジが広
いことから、FIDのコレクタ電極から出力されるイオ
ン電流を処理して適切な範囲内の出力信号を生成するア
ンプには、LOGアンプ、平方根アンプ、フィードバッ
ク抵抗をリレーにより切り替えるレンジ切替アンプ等が
用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】キャピラリカラムによ
る分析の場合は、従来のFIDにおいても上記の各種ア
ンプを用いることにより、低い濃度の試料から溶媒自体
まで飽和することなく定量が可能であった。しかし、ワ
イドボアカラムやパックドカラム(充填カラム)を用い
る場合、その溶媒の量及び試料の量がキャピラリカラム
の場合と比較して遙かに多いため、上記アンプのダイナ
ミックレンジ(入力可能範囲)を超え、或いはアンプか
ら出力される信号をデジタルデータに変換するA/D変
換器のダイナミックレンジ(変換可能範囲)を超えてし
まい、正しい定量が行なえないという問題があった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、ワイドボアカラムやパックドカラ
ム等の大容量カラムを用いた場合でも正しく定量するこ
とのできるFIDを提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、水素炎を形成するノズルの先端に
直流のノズル電圧を印加し、該水素炎中で生成されたイ
オンをコレクタ電極により捕捉する水素イオン化検出器
において、 a)コレクタ電極により捕捉されるイオンによる電流を測
定するイオン電流測定手段と、 b)測定されたイオン電流の大きさに応じて、ノズル電圧
を変化させる制御手段と、を備えることを特徴とするも
のである。
【0008】
【発明の実施の形態】ガスクロマトグラフのカラムを出
た試料ガスに水素ガスを混合し、これをFIDのノズル
の先端で燃焼させると、水素炎中で試料ガス中の有機成
分が燃焼し、炭素を中心としたイオンが生成される。水
素炎の周囲に設けたコレクタ電極とノズルとの間に直流
電圧(ノズル電圧)を印加すると、水素炎中で生成され
たイオンがコレクタ電極により捕捉され、イオン電流と
して出力される。イオン電流測定手段は、このイオン電
流を測定する。
【0009】FIDの特性により、イオン電流は大きな
ダイナミックレンジを有するため、A/D変換器を用い
てデジタルデータに変換し、各種データ処理を行なう後
処理の都合上、イオン電流は上記LOGアンプ等の非線
形アンプにより適切な範囲内に収まる信号に変換され
る。しかし、ワイドボアカラム等を用いた場合には溶媒
の量及び試料の量がキャピラリカラムの場合と比較して
遙かに多いため、イオン電流が非常に大きいものとな
り、非線形アンプ或いはA/D変換器のダイナミックレ
ンジを超える可能性がある。
【0010】そのため制御手段は、測定されたイオン電
流の大きさに応じてノズル電圧を変化させる。ノズル電
圧を下げると、同じ試料の量に対してイオン電流が減少
し、ノズル電圧を上げるとイオン電流は増加する。従っ
て制御手段は、イオン電流が過大である場合にはノズル
電圧を低下させ、イオン電流を減少させてアンプ等のダ
イナミックレンジ内に収まるようにする。逆に、イオン
電流が非常に小さい場合にはノズル電圧を上げてFID
の検出感度を上げる。なお、いずれの場合にせよ制御手
段は、予め求めておいたノズル電圧とイオン電流との関
係に基づいて、ノズル電圧を変化させた後のイオン電流
の値より、ノズル電圧を変化させなかった場合のイオン
電流の値を算出し、試料の量に正しく対応した出力を行
なう。
【0011】
【発明の効果】本発明に係るFIDを用いることによ
り、キャピラリカラムばかりでなく、ワイドボアカラム
や充填カラムを使った場合でも、アンプやA/D変換器
を飽和させることなく、ガスクロマトグラフの出力ガス
を常に正しく分析することができるようになる。
【0012】また、本発明による効果は、上記のような
過大入力そのものによる歪の排除のみならず、過大入力
による間接的悪影響をも除去する。すなわち、上記のよ
うにアンプが過大入力により飽和すると熱的に不安定な
状態となり、一旦不安定な状態になると飽和状態から脱
しても熱的に安定な状態に戻るまでには時間を要する。
この現象は、クロマトグラムでは図4に示すように、大
きなピークPaの立ち下がり部分で尾を引くという現象
(テーリング)となって現われ、その部分にピークPb
が存在する場合にそのピークPbを不明確なものとして
しまう。これに対して本発明に係るFIDでは、アンプ
をこのような熱的に不安定な状態にしないため、大きな
ピークPaの直後に生起するピークPbでも正しく分析で
きるようになる。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例であるFIDの構成を図1
及び図3に示す。図1に示すように、本実施例のFID
10は、検出部11、アンプ部12、A/D変換器1
3、直流電圧発生部14、制御部15から構成される。
検出部11は従来のFIDと同様であり、図3に示すよ
うに、水素ガス供給管21、ノズル22、コレクタ電極
23等から成る。アンプ部12には従来と同様のLOG
アンプ、平方根アンプ、レンジ切替アンプ等を用いるこ
とができる。
【0014】このような構成を有する本実施例のFID
10の作用を次に説明する。ガスクロマトグラフのカラ
ムから出た試料ガスは下部の試料ガス導入路24から検
出部内に導入され、水素ガス供給管21から供給される
水素ガス+メイクアップガス(He、N2等)と混合さ
れてノズル22の先端から吐出される。混合ガスはイグ
ナイタ25により点火され、ノズル22先端で水素炎を
形成する。水素炎中では試料ガス中の有機物が燃焼によ
りイオンとなり、このイオンはノズル22先端に印加さ
れた直流電圧(ノズル電圧)により、ノズル22先端の
周囲に設けられたコレクタ電極23の方に加速される。
ノズル電圧は直流電圧発生部14により印加される。コ
レクタ電極23により捕捉されたイオンは電流としてシ
グナルケーブル26を介してアンプ部12に送られる。
【0015】アンプ部12はこの微弱なイオン電流を受
けて大きな信号に増幅し、平方根アンプ等の非線形アン
プによりダイナミックレンジを圧縮しつつ、イオン電流
の大きさに対応した電圧を出力する。アンプ部12のア
ナログ電圧出力はA/D変換器13によりデジタルデー
タに変換され、制御部15に送られる。制御部15はこ
のデータを自乗することによりイオン電流とリニアな関
係を有する値に戻し、それをガスクロマトグラフ装置の
データ処理部16に送る。データ処理部16では、この
ようにして送られてくるFID10の検出データを基
に、試料の分析値算出等のデータ処理を行なう。なお、
制御部15のデータを直接レコーダやディスプレイ等に
出力するようにしてもよい。
【0016】制御部15では、また、A/D変換器13
からのデータ(測定値)を所定値と比較し、測定値が所
定値を超える場合には所定値に維持されるように、直流
電圧発生部14に対して制御信号を送る。この制御につ
いて次に詳しく説明する。図2に示すように、アンプ部
12に平方根アンプを用いたFID10の感度Sはノズ
ル22先端に印加する直流電圧(ノズル電圧)Vが増加
するに従って平方根カーブRに沿って増加するが、ある
電圧Vsat以降は増加しない。これは、FIDの構造原
理に起因するものである。すなわち、イオンを捕集する
効率が或る電圧にて飽和することによる。従って、通常
のFIDでは、この飽和電圧Vsatと同程度の電圧Vnom
をノズル電圧として印加する。
【0017】ところが、A/D変換器13から出力され
る測定値データがA/D変換器13の変換可能範囲の上
限値である場合には、A/D変換器13への入力がA/
D変換器13のダイナミックレンジを超えている可能性
がある。また、A/D変換器13の出力がその上限値に
近い場合でも、イオン電流の大きさがアンプ部12のダ
イナミックレンジを超えている可能性がある。これらの
場合、A/D変換器13の出力が試料の量を正しく反映
していない可能性があるとともに、アンプ部12が熱的
に不安定になっており、テーリング(図4(a))を生
ずる可能性がある。
【0018】そこで、本実施例のFID10の制御部1
5は、このような問題が生じないようなA/D変換器1
3の出力の上限値を予め所定値として定めておき、A/
D変換器13の出力がこの所定値を超えた場合には、A
/D変換器13の出力がその値に維持されるように、直
流電圧発生部14を制御してノズル電圧Vを下げてゆ
く。
【0019】いま、このようにして下げられた時のノズ
ル電圧をVo、この時のA/D変換器13の出力レベル
をLo、A/D変換器13のベースレベルをLbaseとす
ると、V=Vnomであると仮定した時の出力値は (Lo−Lbase)2×(Vnom/Vo)1/2 …(1) と算出することができる。従って制御部15は、直流電
圧発生部14を上記のように制御するとともに、A/D
変換器13の出力を上記式により演算することにより、
平方根アンプ及びA/D変換器13ともに飽和すること
なく常に適切な範囲内で使用しつつ、しかも正しい出力
値をデータ処理部16に送る。
【0020】なお、ノズル電圧VがVnom以下の状態で
A/D変換器13の出力が下がり始めた場合には、上記
と逆に、A/D変換器13の出力を所定値に維持しつつ
ノズル電圧Vを上昇させてゆく。そして、ノズル電圧V
が通常の印加電圧Vnomに達した後はノズル電圧VをVn
omに保持し、A/D変換器13の出力をそのまま(上記
式(1)の演算を行なうことなく)自乗してリニアな関
係に戻し、データ処理部16に送る。
【0021】上記実施例ではA/D変換器13の出力が
所定値を超えた場合は、出力が所定値に維持されるよう
にノズル電圧を連続的に変化させるという制御を行なっ
ていたが、ノズル電圧をステップ状に変化させてそこで
固定し、A/D変換器13の出力が変化するようにして
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるFIDの概略構成
図。
【図2】 実施例のFIDのノズル電圧と感度との関係
を示すグラフ。
【図3】 実施例のFIDの検出部の断面図。
【図4】 アンプが飽和した場合の悪影響を説明するピ
ークグラフ。
【符号の説明】
10…FID 11…検出部 12…アンプ部 13…A/D変換器 14…直流電圧発生部 15…制御部 16…ガスクロマトグラフ装置のデータ処理部 21…水素ガス供給管 22…ノズル 23…コレクタ電極 24…試料ガス導入路 25…イグナイタ 26…シグナルケーブル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素炎を形成するノズルの先端に直流の
    ノズル電圧を印加し、該水素炎中で生成されたイオンを
    コレクタ電極により捕捉する水素イオン化検出器におい
    て、 a)コレクタ電極により捕捉されるイオンによる電流を測
    定するイオン電流測定手段と、 b)測定されたイオン電流の大きさに応じて、ノズル電圧
    を変化させる制御手段と、 を備えることを特徴とする水素炎イオン化検出器。
JP8032617A 1996-01-26 1996-01-26 水素炎イオン化検出器 Pending JPH09203724A (ja)

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JP8032617A JPH09203724A (ja) 1996-01-26 1996-01-26 水素炎イオン化検出器

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JP8032617A JPH09203724A (ja) 1996-01-26 1996-01-26 水素炎イオン化検出器

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ID=12363822

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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