JPH1048191A - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 恒温槽への冷媒の供給を従来よりもより安定
的に行なうことのできるガスクロマトグラフを提供す
る。 【解決手段】 冷媒供給管２６の途上に、ソレノイドに
印加する電圧に応じて開度が変化する流量制御弁１２を
配設する。演算装置１４は白金センサ３６等によりモニ
タされる恒温槽内の温度と設定温度との差に応じた電圧
指示信号を出し、流量制御弁駆動回路１６は上記信号の
指示する電圧を流量制御弁１２のソレノイドに印加す
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、特にその低温制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスクロマトグラフにおいて、試料を分
離するためのカラムは恒温槽に格納されている。この恒
温槽には加熱手段が備えられており、分析時には恒温槽
内の温度が試料に応じた一定温度に維持されるように加
熱手段により適宜恒温槽を加熱する。加熱手段により設
定、維持可能な恒温槽内の温度は室温＋５℃〜４００℃
程度というのが一般的である。しかし、試料によっては
室温よりも低い温度で分離を行なわなければならないこ
ともある。そこで、上記温度範囲に含まれないような低
温にも対応するために、恒温槽を適宜冷却するための低
温制御装置を備えたガスクロマトグラフも開発されてい
る。

【０００３】ガスクロマトグラフ用の低温制御装置の一
つとして、恒温槽内へ液化炭酸ガスや液体窒素等の冷媒
を導入することにより恒温槽内の温度を低温で制御する
装置が従来より知られている。

【０００４】図５は冷媒を用いた低温制御装置の概略的
構成を示す一部破断図である。この低温制御装置では、
ボンベ２２に封入された冷媒は冷媒供給管２６を通って
カラム２３が格納された恒温槽２４内へ供給される。冷
媒供給管２６の途上に電磁弁２８が配設されている。電
磁弁２８の作動は電気制御部３０により制御される。フ
ァン３２は恒温槽２４内の気体を攪拌して温度分布を均
一にするためのものである。また、恒温槽２４内には白
金センサ等から成る感熱体３４が配されている。感熱体
３４は電気制御部３０に接続されている。

【０００５】図６は上記低温制御装置の電気系の構成を
示すブロック図である。上記感熱体に含まれる白金セン
サ３６はアースされている。白金センサ３６には定電流
源３８により常に一定量の電流が流されるようになって
いる。白金センサ３６の電気抵抗が恒温槽内の温度に応
じて変化すると、白金センサ３６の両端間の電位差も変
化する。この電位差は増幅器４０により増幅された後Ａ
／Ｄ変換器４２によりデジタルデータに変換されて演算
装置４４に入力される。演算装置４４は入力されたデー
タに基づいて恒温槽内の温度を求め、その温度と予め設
定された温度との差に応じて所定の方法でデューティ比
（電磁弁２８を開成状態（ＯＮ）に保持する時間と閉成
状態（ＯＦＦ）に保持する時間との比）を決定し、その
デューティ比で電磁弁２８が開閉されるように電磁弁駆
動回路４６に駆動信号を出力する。駆動信号を受けた電
磁弁駆動回路４６は上記タイミングで電磁弁２８を開閉
する。

【０００６】電磁弁２８を開閉するためのデューティ比
を決定する方法を図７を参照しながら説明する。

【０００７】まず、冷却を開始した時刻をｔ0とし、ｔ0
から所定の時間間隔θ毎に恒温槽内の温度をモニタする
時刻ｔn（n＝1, 2, …）を設定し、各時間θの間には電
磁弁を所定回数だけＯＮ／ＯＦＦさせるものとする。い
ま、各モニタ時刻ｔnにおける恒温槽内の温度をＴnと
し、設定温度をＴとするとき、各モニタ時刻ｔn毎に両
者の差ｅnを式 ｅn＝Ｔn−Ｔ により求め、更に操作変数ｙnを次式 ｙn＝Ｋ｛ｅn＋（θ／ＴI）Σｅn＋（ＴD／θ）（ｅn−
ｅn-1）｝ （ただし、Ｋ、ＴI及びＴDは定数、Σｅn＝ｅ1＋ｅ2＋
…＋ｅn）により求める。このようにして求められたｙn
を、時刻ｔnからｔn+1までの時間θにおいて電磁弁のＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御を行なうためのデューティ比とするので
ある。この方法によれば、例えばモニタ温度Ｔnが設定
温度Ｔよりも十分高い段階では常に電磁弁はＯＮ状態で
あるが、ＴnがＴに十分近い値になると、電磁弁は安定
したデューティ比でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようにな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
り恒温槽内の温度を制御した場合、図８（ａ）及び
（ｂ）に示したように、電磁弁の状態がＯＮ／ＯＦＦ間
で切り替わるのに応じて、恒温槽内の温度が設定温度Ｔ
を中心にして変動することが避けられない。更に、冷媒
供給管からの冷媒の急激な吹き出し／停止に応じて恒温
槽内の圧力や温度分布に乱れが生じ、これにより例えば
カラムが風圧で振動したり、カラムの温度が局所的に低
下したりする。このようにカラムが各種の外乱を受ける
と、その影響は検出器のベースラインの乱れあるいは変
動等の形で現われるため、測定の精度が損なわれてしま
う。

【０００９】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、その目的とするところは、液化炭
酸ガスや液体窒素等の冷媒を用いて恒温槽の低温制御を
行なうガスクロマトグラフにおいて、恒温槽への冷媒の
供給を従来よりもより安定的に行なうことのできるガス
クロマトグラフを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係るガスクロマトグラフは、カラム
が格納された恒温槽内へ冷媒を供給することにより該恒
温槽内の温度を制御する低温制御手段を備えるガスクロ
マトグラフにおいて、該低温制御手段が、 a)上記恒温槽内へ冷媒を供給するための冷媒流路の途上
に配設された連続的に可変な開度を有する流量制御弁
と、 b)上記恒温槽内の温度をモニタするための温度モニタ手
段と、 c)該温度モニタ手段によりモニタされた上記恒温槽内の
温度と予め設定された温度との差に応じて所定の方法で
上記流量制御弁の開度を連続的に変化させることにより
上記恒温槽内への冷媒の流量を変化させ、以て上記恒温
槽内の温度を上記予め設定された温度で安定させる冷媒
制御手段と、を備えることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】分析の準備段階において、冷媒制
御手段が流量制御弁を開くと、ボンベ等の冷媒供給源に
封入された冷媒は冷媒供給源から流出し、冷媒流路を通
って恒温槽内へ供給される。温度モニタ手段は恒温槽内
の温度をモニタしてその値を示すデータを冷媒制御手段
へ送る。冷媒制御手段は、モニタ温度と設定温度の差に
応じて所定の方法により流量制御弁の開度を連続的に変
化させ、以てモニタ温度と設定温度との差を徐々に小さ
くし、最終的にはモニタ温度を設定温度で安定させる。
そして、恒温槽内の温度が安定したら分析を開始する。
分析を通じて冷媒制御手段は常にモニタ温度が設定温度
に維持されるように流量制御弁の開度をフィードバック
制御する。

【００１２】

【発明の効果】冷媒の流量を連続的に変化させる手段を
備える本発明のガスクロマトグラフでは、一定流量の冷
媒を供給／停止する時間比を制御する従来のガスクロマ
トグラフよりも安定的にカラムの低温制御を行なうこと
ができるだけでなく、冷媒の急激な吹き出し／停止に起
因する各種外乱により検出器のベースラインに乱れある
いは変動等が生じるということがないため、分析により
得られるデータの精度もより高いものとなる。

【００１３】なお、本発明はカラムの試料注入口（イン
ジェクションユニット）の低温制御に応用することも可
能である。

【００１４】

【実施例】本発明に係る、低温制御装置を備えたガスク
ロマトグラフの実施例を図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は本実施例のガスクロマトグラフの低
温制御装置の電気系の構成を示すブロック図である。こ
の電気系において、白金センサ３６、定電流源３８、増
幅器４０及びＡ／Ｄ変換器４２の構成及び作用は図６の
場合と同様である。冷媒供給管２６の途上には、図示せ
ぬソレノイドに印加する電圧を変化させることによりそ
の開度を変化させることができる流量制御弁１２が配設
されている。演算装置１４はＡ／Ｄ変換器４２から入力
されたデータに基づいて恒温槽内の温度を求め、その温
度と設定温度との差に応じて流量制御弁１２の開度を変
化させるために流量制御弁駆動回路１６に電圧指示信号
を出力する。流量制御弁駆動回路１６は電圧指示信号に
応じた電圧を流量制御弁１２のソレノイドに印加する。

【００１６】恒温槽内のモニタ温度と設定温度との差に
応じて流量制御弁１２の開度を変化させる方法とは、例
えば次のようなものである。まず、モニタ温度が設定温
度を上回っているときは、冷媒の流量を増加させるため
に流量制御弁１２の開度をより大きくする。逆に、モニ
タ温度が設定温度を下回っているときは、冷媒の流量を
減少させるために流量制御弁１２の開度をより小さくす
る。開度を増加又は減少させる量は温度差の大小に比例
させる。このようなフィードバック制御により流量制御
弁１２の開度を微小時間間隔毎に調整し、恒温槽内の温
度を設定温度に安定させる。

【００１７】図２は本実施例の低温制御装置に用いられ
る流量制御弁の各種例を示す概略構成図である。図２
（ａ）の流量制御弁は、一端が固定されたフラッパ５１
をソレノイド５２の電磁力で弾性的に変形させることに
より流路５３の開度を変化させる構成のものである。ま
た、図２（ｂ）の流量制御弁では、ソレノイド５４の電
磁力とバネ５５の弾性力により弁体５６が支持されてお
り、ソレノイド５４による電磁力を変化させると弁体５
６の位置が変化し、以て流路５７の開度も変化する構成
となっている。

【００１８】図３は本実施例の低温制御装置に用いられ
る流量制御弁駆動回路の各種例を示す概略構成図であ
る。

【００１９】まず、図３（ａ）の回路はＤ／Ａ変換器６
０を利用したものである。この回路では、演算装置１４
から出力された電圧指示信号を受けたＤ／Ａ変換器６０
は、流量制御弁のソレノイド１３の一端に上記電圧指示
信号により指示された電圧を印加する。一方、流量制御
弁のソレノイド１３の他端の電位は直流電圧発生回路
（ＤＣ）６２により一定値に維持されている。この回路
によれば、ソレノイド１３の両端間の電圧は電圧指示信
号の変化に応じて変化することになり、従って流量制御
弁の開度を連続的に変化させることが可能となる。

【００２０】次に、図３（ｂ）の回路はパルス幅変調回
路（ＰＷＭ）６４を利用したものである。一般に、周期
的にＯＮ／ＯＦＦするパルス電圧をソレノイドのような
誘導性負荷に印加すると、その負荷を流れる電流は図４
（ａ）及び（ｂ）に示したように上限値と下限値の間で
増減する鋸状の波形を呈する。ここで、１周期における
ＯＮ時間の割合を小さくすれば電流の上限値及び下限値
はともに下降し（図４（ａ））、ＯＮ時間の割合を大き
くすれば電流の上限値及び下限値はともに上昇する（図
４（ｂ））。この現象を利用して、パルス幅変調回路６
４を用いてソレノイド１３に流れる電流の量を制御する
というのが図３（ｂ）の回路の原理である。

【００２１】演算装置１４からの電圧指示信号を受けた
パルス幅変調回路６４は、その電圧指示信号に対応する
デューティ比のパルス電圧をソレノイド１３の一端に印
加する。ここで、パルス電圧のＯＮ／ＯＦＦに流量制御
弁のフラッパや弁体が応答してしまわないように、パル
ス電圧の周波数は充分高い値（例えば１ｋＨｚ程度）と
する。また、高周波整流にも対応できるショットキー・
バリヤ・ダイオード６６を用いることにより、電流の上
限値と下限値の差、すなわち電流の変動を小さくするこ
とが望ましい。このような回路によっても、Ｄ／Ａ変換
器を用いた回路と同様に流量制御弁の開度制御を行なう
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であるガスクロマトグラフの
低温制御装置の電気系の構成を示すブロック図。

【図２】 （ａ）、（ｂ）実施例の低温制御装置に用い
られる流量制御弁の各種例を示す概略構成図。

【図３】 （ａ）、（ｂ）実施例の低温制御装置に用い
られる流量制御弁駆動回路の各種例を示す概略構成図。

【図４】 （ａ）、（ｂ）誘導性負荷にパルス電圧を印
加したときの電流の波形を示す図。

【図５】 冷媒を用いた低温制御装置の概略的構成を示
す一部破断図。

【図６】 従来の低温制御装置の電気系の構成を示すブ
ロック図。

【図７】 電磁弁を開閉するためのデューティ比を決定
する方法を説明するための図。

【図８】 （ａ）、（ｂ）電磁弁の状態がＯＮ／ＯＦＦ
間で切り替わるのに応じて恒温槽内の温度が変動する様
子を示す図。

【符号の説明】

１２…流量制御弁 １３、５２、５４…ソレノイド １４、４４…演算装置 １６…流量制御弁駆動回路 ２２…ボンベ ２３…カラム ２４…恒温槽 ２６…冷媒供給管 ２８…電磁弁 ３０…電気制御部 ３４…感熱体 ３６…白金センサ ４０…増幅器 ４２…Ａ／Ｄ変換器 ４６…電磁弁駆動回路 ６０…Ｄ／Ａ変換器 ６２…直流電圧発生回路 ６４…パルス幅変調回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラムが格納された恒温槽内へ冷媒を供
   給することにより該恒温槽内の温度を制御する低温制御
   手段を備えるガスクロマトグラフにおいて、該低温制御
   手段が、 a)上記恒温槽内へ冷媒を供給するための冷媒流路の途上
   に配設された連続的に可変な開度を有する流量制御弁
   と、 b)上記恒温槽内の温度をモニタするための温度モニタ手
   段と、 c)該温度モニタ手段によりモニタされた上記恒温槽内の
   温度と予め設定された温度との差に応じて所定の方法で
   上記流量制御弁の開度を連続的に変化させることにより
   上記恒温槽内への冷媒の流量を変化させ、以て上記恒温
   槽内の温度を上記予め設定された温度で安定させる冷媒
   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。