JPH0219738Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この考案はキヤリアガスの流量を設定流量値ど
おり自動的に保持するガスクロマトグラフに関す
る。

(ロ) 従来技術 ガスクロマトグラフによる分析においては、キ
ヤリアガスの流量を所定値に保つことが必要であ
る。キヤリアガスの最適流量は、カラムの内径に
よつて異なり、一般に内径1/4インチの場合には、
50〜70ml／min，1/8インチの場合には25〜30
ml／min程度である。

しかしこれらの値はあくまでも目安にすぎず、
実際には近接した沸点をもつ液体、たとえばベン
ゼンと四塩化炭素の分離とガス流量との関係を測
定して個々のカラムについて最適流量を求めなけ
ればならない。一度設定したキヤリアガス流量を
一定に保つためには一般にはガス圧を一定に保持
するだけでよいので、殆んどの場合キヤリアガス
として用いられるガスの高圧ボンベの減圧弁もし
くはこの目的のために設計さたれ精密なニードル
バルブの調節で十分である。

しかし昇温分析においては、入口のガス圧を一
定にしておいてもカラムの温度が時々刻々変化
し、カラム温度が上昇すると気体の膨脹やその粘
性抵抗の増加を生じキヤリアガスが流れにくくな
り、カラム出口の流量は低下する。そしてその影
響をうけてガスクロマトグラフの検出器の感度が
変化して定量分析が困難になる。これに対して質
量制御弁を使用すれば、この弁は一度出口の流量
を所定の流量に設定しておくとカラムの抵抗が変
化しても、出口流量がつねに同一に保たれるよう
入口圧が自動的に変化していく特性を有するの
で、定圧バルブ使用の際におこる不都合が解決さ
れる。以上のべたように個々のカラムについてキ
ヤリアガスの最適流量を維持するにあたつても、
昇温分析において高い精度の分析を行う場合にキ
ヤリアガスの流量のよりすぐれた制御方式である
質量制御方式を採用するにあたつても、いずれに
しても多くとも100ml／min程度の微少流量のキ
ヤリアガスを正確かつ再現性のある流量計で測定
する必要がある。

このキヤリアガス流量を測定する流量計として
従来ロータメータや石鹸液膜流量計が用いられて
きた。前者は精度があまり高くなく、ロータの管
壁へのひつかかりなどの不具合が往々にして生
じ、またキヤリアガスの種類によつて異なる目盛
を必要とするなどの欠点を有している。後者は体
積を目盛つたガラス管中に薄い石鹸液膜を作り、
このガラス管をガスクロマトグラフに出口にゴム
管で接続し、キヤリアガスの流れが石鹸液膜を押
し上げ、ガラス管の目盛りをはい昇らせる。この
ようにして一定容量のガス流に要する時間または
一定時間（15〜20秒）における石鹸液膜の移動量
を読みとり流量（ml／min）を算出するものであ
り、比較的正確にカラム出口のキヤリアガスの流
量を測定することができるが、ガスクロマトグラ
フの検出器に水素炎イオン化検出器が使用される
場合にはキヤリアガスと水素ガスが別々の管路か
ら送りこまれ、合流管路である比率で混合される
ため管路途中での測定が行い難く、石鹸液膜流量
計も使用し難いものである。また両者とも検出結
果を電気信号として取り出すのが困難であり、キ
ヤリアガスの流量を設定流量値どおりに自動的に
保持するガスクロマトグラフの構成をとれないも
のである。

(ハ) 考案が解決しようとする問題点 この考案は、従来のガスクロマトグラフでは上
記したようにカラム温度が上昇すると、気体の膨
脹やその粘性抵抗の増加が生じるためにキヤリア
ガスが流れにくくなり、検出器の感度が変化し、
キヤリアガス送給管路の途中においてキヤリアガ
スの流量を精度良く測定しえない点、また流量計
の検出結果を電気信号として取り出すのが困難な
ため設定最適流量値に合致するように流量を自動
的に制御できない点を解消し、微小流量のキヤリ
アガスでも正確かつすぐれた再現性をもつて測定
できるようにし、定量分析を精度高く行ないうる
ガスクロマトグラフの提供を図るものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 この考案に係るガスクロマトグラフは、キヤリ
アガス管路上流においてその管路に挿入されたフ
イラメントヒータを介してキヤリアガスにパルス
状に熱を加えるように設置した熱パルス発生装置
と、前記フイラメントヒータが挿入されるキヤリ
アガス管路のさらに上流に挿入された感温素子と
前記フイラメントヒータに対して一定間隔をおい
てその管路の下流に挿入された前記感温素子と同
種の感温素子との差動増幅信号により、前記熱パ
ルス発生装置によつて与えられたキヤリアガスの
温度むらを検出するように設置した温度検出装置
と、前記熱パルス発生装置および前記温度検出装
置の両者に接続され、前記熱パルス発生装置から
の熱パルスによりキヤリアガスに付けられた温度
むら目印が、管路を移動し、前記温度検出装置に
て検出される移動時間を前記両装置からの信号到
達時間差により測定し、この測定値からキヤリア
ガスの移動平均速度を算出し、さらにそれをキヤ
リアガスの流量に換算するようにした演算装置と
で構成される流量測定装置、並びに前記演算装置
にフイードバツク結合され、かつキヤリアガス管
路中に介在された流量調整器とを備えてなる。

(ホ) 作用 この考案に係るガスクロマトグラフは、上記熱
パルス発生装置、温度検出装置、演算装置からな
る流量測定装置によりこれに設定した最適流量値
に合致するように流量調整器を制御し、ガスクロ
マトグラフの検出器の感度変化を抑える。

(ヘ) 実施例 第１図はこの考案に係るガスクロマトグラフの
流量測定装置の基本構成を示す説明図である。図
において１はキヤリアガスの管路で２は上流管路
中央に取付けられたたとえば白金線からなるフイ
ラメントヒータ、３は下流管路中央に取付けられ
た感温素子であり、たとえば抵抗温度計素子とし
ての白金線、または熱電対もしくはサーミスタエ
レメントなどである。図では管路の流れ方向に
２，３のエレメントが表示されているが、実際は
これらエレメントは熱容量のきわめて小さいもの
を用い流れに垂直な方向に、一定の間隔Ｌをへだ
ててセツトされる。熱パルス発生装置によつて２
のフイラメントヒータに熱パルスを加え、その加
えられた熱をキヤリアガスに温度むらとして目印
をつける。このガスにつけられた温度むらの目印
がキヤリアガスの流れとともに移動し、下流に取
付けられた感温素子３にキヤツチされ、その検出
装置で検出される。この場合キヤリアガスにつけ
られた温度むらはその前後のキヤリアガスおよび
通過する管壁への熱拡散によつて、感温素子を介
して検出装置へ伝達される信号が小さくなる。そ
こで信号のベースラインの安定化をはかるため
に、熱パルス発生用のフイラメントヒータ２を取
付けたキヤリアガス管路１の上流に前記検出端に
取付けた感温素子３と同種の感温素子８を取付
け、これを標準側として差動で働かせ、検出装置
で雑音を消去して信号を増幅するようにしてい
る。

演算装置は熱パルス発生装置と検出装置の両者
に接続されており、フイラメントヒータ２と感温
素子３との間隔Ｌを前記の温度むらの目印が移動
する時間を測定し、同時にその移動平均速度を計
算し流量に換算し、表示装置に流量をml／minの
単位にて表示するようにされる。

第２図は前記のキヤリアガスにフイラメントヒ
ータ２によつて印付けられた熱パルスすなわちキ
ヤリアガスにつけられた温度むら目印の時間経過
による変化を模式的に示したものである。Ａは瞬
間加熱された熱量投入点における熱パルス、Ｂは
キヤリアガスの流れにのつて時間経過とともに矩
形形の前記熱パルスは前後のキヤリアガスおよび
管路壁面に対する熱伝導により山状となつた熱パ
ルス、Ｃはピークが低くなりさらにその裾野が左
右にひろがつた形状となつた検出端における熱パ
ルスをそれぞれ示している。矢印は流れの方向を
示す。この場合流路１内のキヤリアガスの混合拡
散が少く、感温素子３に到達するまでにフイラメ
ント２によつてつけられた温度むらが保存されて
いるとすれば、相互相関関数が最大になる遅延時
間（τmax）がキヤリアガスの到達時間を示すこ
とになる。熱量投入点と検出点との距離はＬであ
りこれが固定されているときはτmax＝ｆ（）
の形となりτmaxからを求めることができる。
ここには平均の流速であり、τmaxはインパル
ス状に熱量を投入したときの検出端での温度変化
すなわちインパルス応答が最大となる時間であ
る。

第３図は前記のτmaxととの関係を示すグラ
フである。Ｌは短い距離であるから、内径一定の
チユーブからなる管路１の流量は平均流速（）
と管の流路面積との積によつて求められる。この
ことは第２図Ｃで示されるピーク（彎曲点）を電
子回路で検出し、前記時間（τmax）を求め、そ
の時間（τmax）と設定した距離Ｌとから平均流
速（）を、平均流速（）から流量を演算装置
で算出することであり、演算装置からの信号によ
つて表示装置に流量が（ml／min）の単位にて表
示される。

第４図はこの考案の実施例であるガスクロマト
グラフ装置全体のブロツク図である。この図にお
いては第１図の熱パルス発生装置、検出装置なら
びに演算装置を一括して流量検出部として表示し
てある。４は調圧弁、５は試料注入室、６はカラ
ムである。この装置においては流量測定装置をカ
ラム入口の前に設けてある。それはカラム出口の
後に設けると、試料注入室５にシリンジを用いて
注入された試料が直接流量測定装置を通ることと
なり、フイラメントヒータ２や感温素子３などの
エレメントを汚染することとなり流量の測定値不
正確になるからである。カラムの前に流量測定装
置を設けるときは、流量測定装置の圧力をつねに
一定にするように制御するか、またはその圧力を
測定して補正を加える必要がある。流量測定装置
の圧力と温度が一定であればキヤリアガスの種類
に関係なく第３図に示した熱パルスの移動時間
（τmax）と平均流速（）の関係はつねに一定
である。このことは石鹸液膜流量計を除いた他の
流量計にはみられないこの装置の特長である。

第４図においては、流量測定装置と流量調整器
とが直結フイードバツク結合されており、一方随
時流量が流量表示装置に表示されるようになつて
いる。すなわち流量測定装置に設定流量値をセツ
トしておけば、つねに自動的に流量を流量調整器
が制御し、設定流量値どおり流量が保持される。

第５−１〜３図はこの装置において検出部から
の出力信号によつて流量制御する場合の流量調整
器の種々の例を示したブロツク図である。第５−
１図は調圧器の流量設定つまみを流量測定装置の
信号によつて駆動する場合、第５−２図は管路の
流路抵抗を増減できる可変抵抗器７を駆動する場
合第５−３図は質量流量制御弁（マスフローコン
トローラ）の流量設定つまみを駆動する場合であ
る。

(ト) 効 果 この考案に係るガスクロマトグラフは、上記の
ように構成され動作するので下記の効果を有す
る。

流量測定装置と流量調整器とがたがいにフイ
ードバツク結合されているので、キヤリアガス
の流量を設定流量値どおり保持することがで
き、たとえばカラム温度が上昇し、気体の膨脹
や粘性抵抗の増加が生じ、キヤリアガスが流れ
にくくなり、従来のガスクロマトグラフではそ
の検出器の感度が変化して定量分析が困難にな
る場合でも、前記流量調整器の動作部に例えば
質量制御弁を用いることによつてガスクロマト
グラフの定量分析を精度高く行うことができ
る。

熱パルス発生用のフイラメントヒータが挿入
されるキヤリアガス管路のさらに上流に温度検
出装置の検出端と同種の別な感温素子が挿入さ
れており、これを標準側として差動で働かせ温
度検出装置へ伝達される感温素子からの信号に
まじる雑音を消去して、信号を増幅でき、した
がつて微小流量のキヤリアガスの流量でも正確
かつすぐれた再現性をもつて測定できることか
ら、ガスクロマトグラフの定量分析精度を高く
維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例であるガスクロマト
グラフの流量測定装置の基本構成を示す説明図、
第２図はキヤリアガスに印付けられた熱パルスの
時間経過による形状変化の模様を示す模式説明
図、第３図はキヤリアガスの熱パルス投入点とそ
の検出点間の距離を熱パルスが移動する時間とキ
ヤリアガスの管路の平均流速との関係を示すグラ
フ、第４図は実施例装置全体のブロツク図であ
る。第５−１，５−２および５−３図はこの装置
において流量検出装置からの出力信号によつて流
量制御する場合の流量調整器の種々の例を示した
ブロツク図である。 １……管路、２……フイラメントヒータ、３，
８……感温素子、４……調圧弁、５……試料注入
室、６……カラム、７……可変流路抵抗器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. キヤリアガス管路上流においてその管路に挿入
   されたフイラメントヒータを介してキヤリアガス
   にパルス状に熱を加えるように設置した熱パルス
   発生装置と、前記フイラメントヒータが挿入され
   るキヤリアガス管路のさらに上流に挿入された感
   温素子と前記フイラメントヒータに対して一定間
   隔をおいてその管路の下流に挿入された前記感温
   素子と同種の感温素子とから差動増幅信号を得、
   これにより前記熱パルス発生装置によつて与えら
   れたキヤリアガスの温度むらを検出するように設
   置した温度検出装置と、前記熱パルス発生装置お
   よび前記温度検出装置の両者に接続され、前記熱
   パルス発生装置からの熱パルスによりキヤリアガ
   スに付けられた温度むら目印が、管路を移動し、
   前記温度検出装置にて検出される移動時間を前記
   両装置からの信号到達時間差により測定し、この
   測定値からキヤリアガスの移動平均速度を算出
   し、さらにそれをキヤリアガスの流量に換算する
   ようにした演算装置とから構成された流量測定装
   置、並びに前記演算装置にフイードバツク結合さ
   れ、かつキヤリアガス管路中に介在された流量調
   整器とを備えてなるガスクロマトグラフ。