JP5772376B2 - セプタムを使用した試料注入口 - Google Patents

Description

本発明は、分析装置の試料導入部に設けられた試料注入口であって、セプタムを使用した試料注入口に関するものである。

例えば、全有機炭素分析装置においては、液体試料（例えば懸濁物を含む水）を燃焼または分解するための燃焼管（ＴＣ燃焼管）の上端部に試料注入口が設けられるが、斯かる試料注入口は、キャリアーガスや生成される二酸化炭素の漏出を防止するため、円盤状のセプタム（隔壁）で封止されており、燃焼管に試料を注入する際は、昇降可能なインジェクターの注射針状の試料注入ノズルをセプタムに突き刺して燃焼管の上端部まで貫通させる。上記のようなセプタムは、フッ素樹脂などからなる成形体であり、ガスクロマトグラフ等のカラムの試料注入口にも一般的に使用されている。

特開２００７−９３２０９号公報 特開平５−５２８２７号公報

ところで、試料注入口から試料を注入した場合、試料注入ノズルによって僅かではあるがセプタムが破損し、その微粒子状の破片（渣）が燃焼管へ入り込むと言う問題がある。特に、上記の全有機炭素分析装置では、懸濁物を含む水を試料として注入するため、口径の比較的大きなノズルを使用する傾向にあり、セプタムの破片が発生し易いと言う状況がある。その結果、信号解析において、セプタム自体の炭素成分のシグナルが発生し、分析精度向上の阻害要因となっている。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分析装置の試料導入部に設けられた試料注入口であって、分析に影響を与えることがなく、一層高精度な分析を可能にするセプタムを使用した試料注入口を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のセプタムにおいては、円盤状のセプタム本体部に上面側から逆円錐台状または円筒状の窪みを設け且つ当該窪みの底部を半円周面状に湾曲させると共に、前記の底部の中央に裏面へ貫通する直線状の切り込みを形成することにより、インジェクターの試料注入ノズルを挿入した際、切り込みが押し開かれて試料注入ノズルが通過し、試料注入ノズルを取り外した際、素材の復元力および底部の湾曲構造により切り込みが封止するようにした。また、本発明の試料注入口においては、ノズル挿通穴が中心に設けられた３個以上のブロックを同軸状に結合し、各ブロックの間にそれぞれ上記のセプタムを配置することにより、インジェクターの試料注入ノズルを挿入する際ならびに試料注入ノズルを取り外した際の気密性を高めるようにした。

すなわち、本発明の第１の要旨は、分析装置の試料導入部に液体試料を注入するための試料注入口であって、注射針状の試料注入ノズルを挿通するノズル挿通穴が中心に設けられた３個以上のブロックを同軸状に結合して構成され、各ブロックの間には、各々、液体試料注入の際に前記試料注入ノズルを貫通させるセプタムが介装され、当該セプタムは、ゴム弾性を有する素材で外形を円盤状に形成され且つその表側の盤面に逆円錐台状または円筒状の窪みが設けられ、当該窪みの底部は、半円周面状に湾曲した形状を備え、前記底部の中央には、湾曲方向と直交する方向に伸長され且つ裏面へ貫通する切り込みが設けられていることを特徴とする試料注入口に存する。

また、本発明の第２の要旨は、全有機炭素分析装置の燃焼管に液体試料を注入するための試料注入口であって、注射針状の試料注入ノズルを挿通するノズル挿通穴が中心に設けられた上部ブロック、中間ブロック及び下部ブロックを同軸状に結合して構成され、かつ、前記下部ブロックの下端側が前記燃焼管の上端に装着可能に構成され、上部ブロックと中間ブロックとの間、ならびに、中間ブロックと下部ブロックとの間には、各々、液体試料注入の際に前記試料注入ノズルを貫通させるセプタムが介装され、当該セプタムは、ゴム弾性を有する素材で外形を円盤状に形成され且つその表側の盤面に逆円錐台状または円筒状の窪みが設けられ、当該窪みの底部は、半円周面状に湾曲した形状を備え、前記底部の中央には、湾曲方向と直交する方向に伸長され且つ裏面へ貫通する切り込みが設けられていることを特徴とする試料注入口に存する。

本発明によれば、分析装置の試料導入部にインジェクターの試料注入ノズルを挿入した際、セプタム自体の破損がなく、円滑に試料注入ノズルを挿通でき、また、試料注入ノズルを取り外した際、試料導入部を気密に封止できるため、セプタムに起因する異常シグナルの発生もなく、一層高精度な分析が可能になる。

本発明に係るセプタムの構造を示す図であり、分図（ａ）は上面図、分図（ｂ）は底面図、分図（ｃ）は分図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図、分図（ｄ）は分図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図である。 本発明に係る試料注入口の一例を示す図であり、中心線に沿って破断した縦断面図である。 本発明に係る試料注入口およびインジェクターのノズル部の外観を示す斜視図である。

本発明に係るセプタム及び試料注入口（以下、「注入口」と言う。）の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の注入口は、分析装置の液体試料を導入する試料導入部、例えば、全有機炭素分析装置の燃焼管（ＴＣ燃焼管）、ガスクロマトグラフのキャピラリーカラム等に適用され、そして、本発明のセプタムは、上記の注入口に使用される。

先ず、本発明のセプタムについて説明する。図中に符号１で示す本発明のセプタムは、図２に示すように、上記のような分析装置の試料導入部（例えば燃焼管８）の注入口１Ａに隔壁として取り付けられ、液体試料注入の際に注射針状の試料注入ノズル（以下、「注入ノズル」と言う。）７０を貫通させて使用される。本発明のセプタム１は、フッ素ゴム、シリコンゴム、イソプレンゴム等、耐熱性、耐薬品性に優れ且つゴム弾性を有する柔軟な素材で構成され、通常は、これらの素材を射出成形して製造される。

図１に示すように、セプタム１は、本体部１０の外形を円盤状に形成され且つその表側（上面側）の盤面に逆円錐台状または円筒状の窪み１１が設けられる。適用する分析装置によっても異なるが、本体部１０の外径は８〜１４ｍｍ程度、本体部１０の厚さは２〜６ｍｍ程度、窪み１１の直径は３．５〜１０ｍｍ程度、後述する窪み１１の底部の肉厚は０．３〜０．５ｍｍ程度に設計される。図１（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、本体部１０の上面には、窪み１１の縁に沿って突出する環状の突起１２が設けられる。斯かる突起１２は、後述する注入口のブロック間にセプタム１を介装する際にブロックと軸合わせするためのズレ止めとして設けられる。

また、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本体部１０の底面（下面）には、上記の突起１２よりも小さな外径の環状リブ１３が当該本体部と同心状で且つ底面から突出する状態で設けられる。環状リブ１３の外径は、窪み１１の内径に略相当する大きさに設定される。環状リブ１３は、上記の突起１２と同様に、ブロックと軸合わせするためのズレ止めとして設けられ、また、肉厚の薄い窪み１１の底部を補強してその復元力を高めるために設けられる。なお、図示しないが、窪み１１の底部を更に補強してその復元力を高めるため、本体部１０の底面（裏面）の中央には、上記の環状リブ１３に架け渡された形状の直線状のリブが後述する窪み１１の底部の湾曲方向に沿って設けられてもよい。

本発明においては、注入口１Ａにインジェクターの注入ノズル７０を挿入した際（図３参照）、セプタム１を損傷させることなく円滑に注入ノズル７０を通過させ、注入ノズル７０を取り外した際、確実に注入口を封止するため、図１（ｃ）に示すように、上記の窪み１１の底部は、半円周面状に湾曲した形状を備えており、そして、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、窪み１１の底部の中央には、湾曲方向と直交する方向に伸長され且つ裏面へ貫通する切り込み１５が設けられる。

具体的には、窪み１１の底部は、円筒体をその中心線に沿って破断した場合の内周面に近似した湾曲面を備えている。また、切り込み１５の伸長方向は、窪み１１の底部の湾曲していない方向に沿った方向である。そして、切り込み１５の長さは、本体部１０の大きさや用途によっても異なるが、通常、窪み１１の内径の４０〜７０％に相当する長さとされる。

次に、本発明の注入口について説明する。本発明の注入口は、分析装置の試料導入部に液体試料を注入するための装置であり、注射針状の注入ノズル７０（図２，図３参照）を挿通するノズル挿通穴が中心に設けられた３個以上のブロックを同軸状に結合して構成される。そして、各ブロックの間には、各々、上記のセプタム１が介装される。以下、全有機炭素分析装置の燃焼管８に設けられる注入口１Ａを例に挙げて説明する。

図２に示すように、本発明の注入口１Ａは、全有機炭素分析装置の試料導入部である燃焼管８に液体試料（懸濁物を含む水）を注入するための口であり、インジェクターの注射針状の注入ノズル７０を挿通するノズル挿通穴２ｃ、３ｃ、４ｃがそれぞれ中心に設けられた上部ブロック２、中間ブロック３及び下部ブロック４を同軸状に結合して構成される。そして、下部ブロック４の下端側が燃焼管８の上端に装着可能に構成される。

上部ブロック２は、下段が小径の２段円柱状に形成され、その中心にノズル挿通穴２ｃが設けられる。上部ブロック２の小径部２３の外周面には、中間ブロック３に結合するためのねじが設けられる。ノズル挿通穴２ｃの上部は、インジェクターの注入ノズル７０を挿入する際に当該注入ノズルをノズル挿通穴２ｃ内へ円滑に案内するため、上部ブロック２の上端に向かうに従い漸次拡径された漏斗状に形成される。ノズル挿通穴２ｃの下端は、前述のセプタム１の上端部が嵌り込む逆浅皿状の空間部として拡径される。

中間ブロック３は、上記の上部ブロック２と同様に、下段が小径の２段円柱状に外形を形成され、その中心にノズル挿通穴３ｃが設けられる。中間ブロック３の小径部３４の外周面には、下部ブロック４に結合するためのねじが設けられる。中間ブロック３の上端側には、上部ブロック２の小径部２３を螺着するためのブロック結合穴３２が設けられ、そして、ブロック結合穴３２に開口するノズル挿通穴３ｃの上端は、セプタム１を収容する空間部として拡径される。また、ノズル挿通穴３ｃの下端は、第２のセプタム１の上端部が嵌り込む逆浅皿状の空間部として拡径される。

下部ブロック４は、下段が小径の２段円柱状に外形を形成され且つ後述する本体ブロック５への着脱操作に使用するフランジ部が上端に設けられ、そして、下部ブロック４の中心には、ノズル挿通穴４ｃが設けられる。下部ブロック４の大径部４５の外周面には、本体ブロック５に結合するためのねじが設けられる。下部ブロック４の大径部４５の上端側には、中間ブロック３の小径部３４を螺着するためのブロック結合穴４３が設けられる。更に、ブロック結合穴４３に開口するノズル挿通穴４ｃの上端は、セプタム１を収容する空間部として拡径される。

下部ブロック４の小径部４６には、ノズル挿通穴４ｃに通じ且つ当該下部ブロックの下端側に開放されたガス導入室４０が設けられる。また、斯かるガス導入室４０の下方は、燃焼管８の上端が緩く勘合する大きさに拡径された短軸円筒状の空間部として形成され、更に、下部ブロック４の小径部４６の下端面は、前記の短軸円筒状の空間部から漸次拡径された逆テーパー面に形成される。

下部ブロック４の小径部４６の高さの略中間部分の外周面には、後述する本体ブロック５との気密性を確保するため、円周方向に連続する溝が設けられ且つ当該溝にＯリング６１が装着される。更に、小径部４６の下端面の上記の逆テーパー面の内側には、燃焼管８上端との気密性を確保するためのＯリング６２が配置される。また、小径部４６の上記Ｏリング６１よりも下方の部位には、キャリアーガスをガス導入室４０へ導入するため、円周方向に連続するガス導入溝４１が設けられ、当該ガス導入溝からガス導入室４０に通じる複数のガス導入穴４２が開口される。

一方、分析装置においては、上記の下部ブロック４の装着構造部として、燃焼管８の配置箇所、具体的には電気炉９１の上部のフレーム（架台）９０に本体ブロック５が取り付けられる。斯かる本体ブロック５は、２段円筒状に形成され、その上段の円筒部が上記の下部ブロック４の大径部４５を螺着するブロック結合穴５４として構成される。本体ブロック５の下段の円筒部は、下部ブロック４の小径部４６が勘合するブロック嵌合穴５６として構成される。ブロック嵌合穴５６の下側、すなわち、本体ブロック５の下端部の中心には、ブロック嵌合穴５６よりも小径で且つ燃焼管８の上端部を挿通可能な燃焼管装着穴５８が開口される。

本体ブロック５の下段の円筒部には、下部ブロック４を結合した際に小径部４６のガス導入溝４１に通じるガス供給ポート５１が当該円筒部の半径方向に沿って設けられる。斯かるガス供給ポート５１は、キャリアーガスの流路を接続するための接続口である。すなわち、図２に示す注入口１Ａにおいては、ガス供給ポート５１から供給されるキャリアーガスが下部ブロック４のガス導入溝４１、ガス導入穴４２を通じてガス導入室４０に導入され、燃焼管８に供給されるように構成される。

本発明の注入口１Ａにおいては、複数個のセプタム１を配置することにより、燃焼管８からの気体の漏出を確実に防止するようになされている。すなわち、上部ブロック２と中間ブロック３との間、ならびに、中間ブロック３と下部ブロック４との間には、各々、セプタム１が介装される。

具体的には、中間ブロック３の上端側のブロック結合穴３２に開口するノズル挿通穴３ｃ上端の拡径された空間部に第１のセプタム１（図２の上方のセプタム）が収容される。そして、中間ブロック３に上部ブロック２を螺着した場合、上部ブロック２の小径部２３の下端側の逆浅皿状の空間部にセプタム１の上端部が嵌り込み、セプタム１が僅かに加圧されることにより、上部ブロック２と中間ブロック３との気密性が確保され、かつ、ノズル挿通穴２ｃとノズル挿通穴３ｃとがセプタム１によって隔離されるようになされている。

同様に、下部ブロック４の大径部４５のブロック結合穴４３に開口するノズル挿通穴４ｃの上端の拡径された空間部に第２のセプタム１（図２の下方のセプタム）が収容される。そして、下部ブロック４に中間ブロック３を螺着した場合、中間ブロック３の小径部３４の下端側の逆浅皿状の空間部にセプタム１の上端部が嵌り込み、セプタム１が僅かに加圧されることにより、中間ブロック３と下部ブロック４との気密性が確保され、かつ、ノズル挿通穴３ｃとノズル挿通穴４ｃとがセプタム１によって隔離されるようになされている。

本発明の注入口１Ａを分析装置に装着するには、例えば、先ず、下部ブロック４のブロック結合穴４３の底部にセプタム１（第２のセプタム）を配置し、下部ブロック４のブロック結合穴４３に中間ブロック３の小径部３４を締め込むことにより、下部ブロック４に中間ブロック３を結合する。次いで、中間ブロック３のブロック結合穴３２の底部にセプタム１（第１のセプタム）を配置し、中間ブロック３のブロック結合穴３２に上部ブロック２の小径部２３を締め込むことにより、中間ブロック３に上部ブロック２を結合する。

続いて、下部ブロック４の小径部４６の外周面にＯリング６１を装着する。他方、分析装置に配置された燃焼管８の上端部にも予めＯリング６２を装着しておく。そして、本体ブロック５のブロック嵌合穴５６に下部ブロック４の小径部４６を挿入し且つ本体ブロック５のブロック結合穴５４に下部ブロック４の大径部４５を締め込むことにより、本体ブロック５に下部ブロック４を結合する。なお、組立順序に関しては、最初に上部ブロック２と中間ブロック３を結合した後、中間ブロック３を下部ブロック４に結合してもよい。

上記のように組み立てられた注入口１Ａにおいては、上部ブロック２、中間ブロック３及び下部ブロック４の各ノズル挿通穴２ｃ、３ｃ及び４ｃが同軸状に繋がり、かつ、これらノズル挿通穴が第１及び第２のセプタム１で封止されている。そして、本体ブロック５のガス供給ポート５１が下部ブロック４のガス導入溝４１及びガス導入穴４２を介してガス導入室４０に繋がり、ガス導入室４０に燃焼管８が開口し、かつ、ガス導入室４０及び燃焼管８の内部はＯリング６１及び６２により気密が保持されている。

全有機炭素分析においては、最初に、試料中の全炭素（ＴＣ）の濃度を測定するため、キャリアーガスとして高純度空気をガス供給ポート５１からガス導入室４０を通じて燃焼管８に供給しながら、液体試料（懸濁物を含む水）をインジェクターで注入する。試料注入用のインジェクターは、図３に示すように、試料カラムから試料を採取するシリンジ（図示省略）、当該シリンジから押し出される試料を分析装置へ注入する移動可能なノズル部７を備えており、当該ノズル部の下端に注入ノズル７０が設けられている。

インジェクターによって液体試料を注入する場合、図３に示すように、注入口１Ａの上部に位置させたインジェクターのノズル部７を下降させ、上部ブロック２のノズル挿通穴２ｃから注入ノズル７０を挿入し、中間ブロック３のノズル挿通穴３ｃ、下部ブロック４のノズル挿通穴４ｃを通じて燃焼管８まで注入ノズル７０を挿通する。その際、各セプタム１においては、注入ノズル７０によって切り込み１５が押し開かれるため、セプタム自体が破損することなく、円滑に注入ノズル７０を通過させることができる。

燃焼管８の上部に注入ノズル７０を挿入し、インジェクターのシリンジを作動させて液体試料を注入した後は、ノズル部７を上昇させ、注入口１Ａから注入ノズル７０を取り外す。その際、各セプタム１においては、素材の復元力および窪み１１の底部の湾曲構造により切り込み１５が封止するため、燃焼管８から気体が外部に漏れ出すことがない。

しかも、本発明の注入口１Ａにおいては、上部ブロック２、中間ブロック３及び下部ブロック４の３つのブロックを同軸状に結合し、各ブロックの間にそれぞれセプタム１を配置しているため、注入ノズル７０を挿入する操作および注入ノズル７０を取り外す操作において気密性を一層高めることができる。

すなわち、本発明のセプタム１及び注入口１Ａによれば、全有機炭素分析装置の試料導入部である燃焼管８にインジェクターの注入ノズル７０を挿入した際、セプタム１自体の破損がなく、円滑に注入ノズル７０を挿通でき、また、注入ノズル７０を取り外した際、燃焼管８を気密に封止できるため、セプタム１に起因する異常シグナルの発生もなく、一層高精度な分析が可能になる。また、本発明によれば、仮に分析装置内で故障が発生して燃焼管８内部の圧力が異常に上昇した場合、セプタム１を逃し弁として機能させることもできる。なお、本発明は、全有機炭素分析装置に限らず、液体試料を注入して分析する各種の分析装置の試料注入口に適用できる。

１ ：セプタム
１０：本体部
１１：窪み
１５：切り込み
１Ａ：試料注入口
２ ：上部ブロック
２ｃ：ノズル挿通穴
３ ：中間ブロック
３ｃ：ノズル挿通穴
４ ：下部ブロック
４０：ガス導入室
４ｃ：ノズル挿通穴
５ ：本体ブロック
５１：ガス供給ポート
５８：燃焼管装着穴
６１：Ｏリング
６２：Ｏリング
７ ：インジェクターのノズル部
７０：試料注入ノズル
８ ：燃焼管（分析装置の試料導入部）
９１：電気炉

Claims (2)

1. 分析装置の試料導入部に液体試料を注入するための試料注入口であって、注射針状の試料注入ノズルを挿通するノズル挿通穴が中心に設けられた３個以上のブロックを同軸状に結合して構成され、各ブロックの間には、各々、液体試料注入の際に前記試料注入ノズルを貫通させるセプタムが介装され、当該セプタムは、ゴム弾性を有する素材で外形を円盤状に形成され且つその表側の盤面に逆円錐台状または円筒状の窪みが設けられ、当該窪みの底部は、半円周面状に湾曲した形状を備え、前記底部の中央には、湾曲方向と直交する方向に伸長され且つ裏面へ貫通する切り込みが設けられていることを特徴とする試料注入口。
2. 全有機炭素分析装置の燃焼管に液体試料を注入するための試料注入口であって、注射針状の試料注入ノズルを挿通するノズル挿通穴が中心に設けられた上部ブロック、中間ブロック及び下部ブロックを同軸状に結合して構成され、かつ、前記下部ブロックの下端側が前記燃焼管の上端に装着可能に構成され、上部ブロックと中間ブロックとの間、ならびに、中間ブロックと下部ブロックとの間には、各々、液体試料注入の際に前記試料注入ノズルを貫通させるセプタムが介装され、当該セプタムは、ゴム弾性を有する素材で外形を円盤状に形成され且つその表側の盤面に逆円錐台状または円筒状の窪みが設けられ、当該窪みの底部は、半円周面状に湾曲した形状を備え、前記底部の中央には、湾曲方向と直交する方向に伸長され且つ裏面へ貫通する切り込みが設けられていることを特徴とする試料注入口。

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