マルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置
【課題】マルチディメンジョナルＧＣにおいて、第１カラムを通過した試料ガスが流路切替部において漏れなく第１検出器又は第２カラムに流れるようにするための分析パラメータの入力設定を容易に且つ短時間で行えるようにする。
【解決手段】流路切替部６に含まれる抵抗管やカラム５、９等のサイズ、カラムオーブン温度、キャリアガス供給圧などの分析を実施するために必要なパラメータが設定されると、流量計算部２１はハーゲン-ポアズイユの式を用いて流路切替部６の内部や出入りする各流路に流れるガス流量を計算する。回収率計算部２２はその流量計算値を用いて第１カラム５を通過して来た試料成分が２方の流路のうちの目的とする一方に流れる比率である回収率を計算し、表示部２４の画面上に表示する。担当者はこの表示された回収率を見ながらパラメータを修正し、回収率が100％で且つガス線速度が適切な分析が行える範囲に収まるようにする。
【解決手段】流路切替部６に含まれる抵抗管やカラム５、９等のサイズ、カラムオーブン温度、キャリアガス供給圧などの分析を実施するために必要なパラメータが設定されると、流量計算部２１はハーゲン-ポアズイユの式を用いて流路切替部６の内部や出入りする各流路に流れるガス流量を計算する。回収率計算部２２はその流量計算値を用いて第１カラム５を通過して来た試料成分が２方の流路のうちの目的とする一方に流れる比率である回収率を計算し、表示部２４の画面上に表示する。担当者はこの表示された回収率を見ながらパラメータを修正し、回収率が100％で且つガス線速度が適切な分析が行える範囲に収まるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離特性の相違する複数のカラムを用いたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境分析、石油化学分析、香料分析、食品分析などの分野では、多種類の微量成分が含まれる複雑な組成の試料中の各成分を分離して高い感度で定量分析する必要があるが、一般的なガスクロマトグラフ（ＧＣ）装置では複数の成分のピークを完全には分離できず、十分な分析ができない場合も多い。こうした場合に、分離特性の相違する複数のカラムを組み合わせたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置（以下、ＭＤＧＣと称す）が非常に有用である。
【０００３】
例えば特許文献１、２に記載のＭＤＧＣでは、試料気化室内で気化させた試料ガスを第１カラムに流して試料成分を分離した後の流路を第１検出器側と、第２カラム及び第２検出器側との２つに分岐し、通常（モニタリング分析）は第１カラムから流出した試料ガスを第１検出器に導入して試料成分を検出し、第１カラムでは十分に分離できない成分が含まれる試料ガスが通過するタイミングで以て試料ガスを選択的に第２カラムに導入し、第２カラムを通して分離特性を改善した後に第２検出器に導入して検出（高分解能分析）を行う。これにより、第１カラムでは十分に分離することができずクロマトグラム上でピークが重なってしまうような複数の成分を的確に分離し、且つ分析時間が極端に長くなることも防止することができる。
【０００４】
上記のようなＭＤＧＣにおける試料ガスの流路の切替えには、特許文献３に記載のように、ディーンズ（Deans）方式と呼ばれる構造の流路切替手段が一般に利用されている。また、本出願人は、典型的なディーンズ方式の流路切替手段を改良した構成を特許文献４、５で提案している。これら流路切替手段の構成はそれぞれ異なるが、いずれにしても、スイッチングガス供給源から供給されるスイッチングガスの流れを切り替えて流路中のガス圧のバランスを変えることで、第１カラムから送られて来る試料ガスを２つの流路のいずれかに流し、他方の流路にはスイッチングガスを流すように流路の切替えを達成することができる。
【０００５】
上述の流路切替手段において好ましいのは、第１カラムを通過して来た試料成分の全量が第１検出器又は第２カラムに流れ、他方の流路には漏れないことである。しかしながら、前述のようにこうした流路切替手段における流路切替えは圧力のバランス関係により達成されるため、それには様々なパラメータ、例えば、カラムの種類（内径、長さ等のサイズ）やそれらカラムが内装されるカラムオーブン温度、キャリアガスの供給圧、第１及び第２カラムに流れるガスの流量、流路切替手段に含まれる１又は複数の流量抵抗部（抵抗管）のサイズ、などの分析条件が関与する。
【０００６】
従来、流路切替手段における適切な流路切替えが行えるパラメータを見い出すために、分析担当者は試行錯誤的にパラメータを変更して分析を行ってみる必要があったが、上記のようにパラメータが多いためにかなり面倒で時間が掛かる作業であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６６７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６６７９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７９７１４号公報
【特許文献４】特開２００６−６４６４６号公報
【特許文献５】特開２００６−３２９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、マルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置における分析条件（パラメータ）の設定を担当者が容易に、つまり効率的で且つ確実に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、試料ガス中の各成分を時間的に分離する第１カラムと、該第１カラムを通過した試料ガスを第２カラムに向かう流路と検出器に向かう流路との２つの流路の一方に選択的に流す流路切替手段と、を具備し、該流路切替手段は、少なくとも１つの流量抵抗部を有し、スイッチングガス供給源から供給されたスイッチングガスが所定の流量抵抗部を流れる際の圧力降下を利用した圧力バランスに応じて一方の流路に試料ガスを他方の流路にスイッチングガスを流すように流路を切り替えるマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置において、
a)分析を実施するための各種パラメータの少なくとも一部を分析担当者が入力する入力手段と、
b)前記流路切替手段の前記流量抵抗部についての既知の流体方程式に前記入力手段により入力されたパラメータを含む各種パラメータを適用し、各流量抵抗部を流れるガスの流量を求め、さらに該流路切替手段から前記第２カラム及び検出器へ向かう、それぞれのガスの流量を計算する流量計算手段と、
c)前記流量計算手段による流量計算値に基づき、前記第１カラムを通過した試料ガスの全量のうち前記第２カラム又は前記検出器に向かう量の比率を示すスイッチング回収率を計算する回収率計算手段と、
d)前記計算により得られたスイッチング回収率を表示する表示手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
第１カラムを通過して来た試料成分の全量が、漏れなく目的とする検出器又は第２カラムに流れるときに、上記スイッチング回収率は１００％であるとすることができる。この場合、スイッチング回収率が１００％未満であれば、試料成分の一部が目的でない他方側に漏れてしまっていることを意味する。
【００１１】
上記流路切替手段はディーンズ方式による流路切替装置又はディーンズ方式の改良型の流路切替装置を用いることができ、具体的には例えば特許文献４、５などで本出願人が提案している構成の流路切替装置を用いることができる。
【００１２】
また、上記既知の流体方程式としては、ハーゲン-ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の式として知られる方程式を利用することができる。
【００１３】
また、分析を実施するための各種パラメータとは、例えば、第１及び第２カラムの内径、長さなどのサイズ、それらカラムが内装されるカラムオーブンの温度、キャリアガスの供給圧、スイッチングガスの供給圧（又はガスの線速度）、キャリアガス（スイッチングガス）の種類など、である。
【００１４】
なお、装着されるカラムの種類の自動判別機能などを当該装置が有している場合には、カラムのサイズなどのパラメータをいちいち担当者が入力する必要はないが、上記入力手段はそうしたパラメータ設定手段も含む。また、一般的にＧＣでは、過去の分析に使用されたパラメータをメモリに記憶しておき、それを呼び出して使用することも可能であるし、或いは予め決められたデフォルト値が使用される場合もあるから、上記入力手段はそうした呼び出された値を変更する手段も含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＭＤＧＣによれば、分析担当者が分析を実施するために必要なパラメータを入力すると、それに従って実際の分析を実行することなく、流量計算手段及び回収率計算手段が理論的にスイッチング回収率を計算し、その結果が表示手段に表示される。入力手段によりパラメータを変更すれば、表示されるスイッチング回収率もそれに応じて更新される。したがって、スイッチング回収率を１００％とするような、即ち、第１カラムを通過して来た試料成分の全量が目的とする検出器又は第２カラムのいずれかに選択的に流れるような分析パラメータを、短時間で且つ確実に見い出すことができる。これにより、分析作業の効率向上を図ることができる。また、スイッチング回収率１００％の下での高分解能分析が確実に行えるので、目的成分を高感度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るＭＤＧＣの一実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＭＤＧＣの全体構成図、図２は本実施例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図である。この流路切替部は周知の典型的なディーンズ方式による流路切替装置である。
【００１７】
本実施例のＭＤＧＣにおいて、試料気化室１には、キャリアガス流路２を通してヘリウム等のキャリアガスＧｃが略一定流量で供給され、このガスＧｃが第１カラムオーブン４内に収容された第１カラム５に送り込まれる。この状態で、インジェクタ３により少量の液体試料が、図示しないヒータにより加熱されている試料気化室１内に注入されると、液体試料は即座に気化し、キャリアガスＧｃの流れに乗って第１カラム５に送り込まれる。但し、場合によっては、試料気化室１にスプリット流路を接続し、試料気化室１内で気化した試料の大部分をスプリット流路を通して排出し、試料の一部のみを第１カラム５に送り込む、いわゆるスプリット分析を行うこともある。第１カラム５の出口端は流路切替部６の入口端Ａに接続され、流路切替部６の第１出口端Ｂは第１検出器７に接続される。他方、流路切替部６の第２出口端Ｃは第２カラムオーブン８内に収容された第２カラム９の入口端に接続され、この第２カラム９の出口端は第２検出器１０に接続される。
【００１８】
流路切替部６は、分析制御部２６の指令に従い、スイッチングガス供給部１１から供給されるキャリアガスと同一成分のスイッチングガスＧｓの流れを切り替えることで、入口端Ａに導入される、つまり第１カラム５を通過して来た試料ガスＧａ（キャリアガスＧｃ＋試料成分）を、第１検出器７側と第２カラム９側との一方に択一的に流す。このとき、試料ガスＧａが流れない方の出口端Ｂ又はＣからはスイッチングガスＧｓが流出する。
【００１９】
第１検出器７及び第２検出器１０による検出信号はいずれもデータ処理部２５に送られる。データ処理部２５は得られた検出信号に基づいてクロマトグラムを作成するとともに、クロマトグラムの波形解析を行うことで各種成分の定量分析や定性分析を実行する。インジェクタ３や流路切替部６、カラムオーブン４、８に付設された図示しないヒータ、スイッチングガス供給部１１などの動作は、中央制御部２０の統括的な指示の下に分析制御部２６により制御される。また、中央制御部２０は分析制御部２６及びデータ処理部２５を制御するとともに、データ処理部２５よりクロマトグラムなどの処理結果を受け取って表示部２４に表示する。また、中央制御部２０には各種の入力パラメータ設定を行うための入力部２３と入力されたパラメータや分析結果などを表示するための表示部２４と、が接続されている。なお、中央制御部２０及びデータ処理部２５の実体は汎用のパーソナルコンピュータであって、このパーソナルコンピュータにインストールされた所定の制御・処理プログラムを動作させることで後述するような制御・処理が達成される。
【００２０】
本実施例のＭＤＧＣに特徴的な構成として、中央制御部２０は、流量計算部２１及び回収率計算部２２を機能ブロックとして備える。これらもパーソナルコンピュータのＣＰＵ上で上記制御・処理プログラムを動作させることで実現される処理機能である。
【００２１】
図２において、スイッチングガス供給部１１からスイッチングガスＧｓが供給されるスイッチングガス供給流路６０１上には圧力制御弁６０２が設置され、スイッチングガス供給流路６０１の末端は三方切替弁６０３の入口端ａに接続されている。三方切替弁６０３の２つの出口端ｂ、ｃにはそれぞれ第１、第２スイッチングガス分岐流路６０４、６０５が接続され、この両分岐流路６０４、６０５の途中は抵抗管６０６を介して互いに接続されている。三方切替弁６０３は例えばモータ等の駆動源により、分岐流路６０４、６０５のいずれか一方を択一的にスイッチングガス供給流路６０１に連通させる。
【００２２】
第２スイッチングガス分岐流路６０５の末端は、第１カラム５から送られて来る試料ガスＧａが供給される入口流路６０７に接続されている。この入口流路６０７と第２スイッチングガス分岐流路６０５との接続個所の近傍で、入口流路６０７には第１検出器７へと向かう第１出口流路６１０も接続されている。一方、第１スイッチングガス分岐流路６０４の末端は、第２カラム９へと向かう第２出口流路６０８に接続されている。ほぼ一直線上に位置する入口流路６０７端部と第２出口流路６０８の端部との間は、ジョイント等により形成される金属ブロック６１１内の直線状の連通管６０９により接続されている。この連通管６０９は内径が小さく、一種の抵抗管であるとみなせる。一方、分岐流路６０４、６０５など、連通管６０９及び抵抗管６０６以外の管路はその内径が相対的に格段に大きく、流量抵抗がないものとみなすことができる。
【００２３】
この流路切替部６の基本的な流路切替え動作を説明する。
いま三方切替弁６０３が図２（ａ）に示すように入口端ａと出口端ｂとが連通した状態である場合、圧力制御弁６０２により所定供給圧Ｐで以て供給されたスイッチングガスは第１スイッチングガス分岐流路６０４を経由し、一部は抵抗管６０６中を左方から右方へと流れ、残りは第２出口流路６０８へ入る。抵抗管６０６をスイッチングガスが流れる際にそのガス流量と流量抵抗に応じた圧力降下ΔＰが生じるから、連通管６０９の両端の圧力は、左端が約Ｐ、右端がＰ−ΔＰとなる。その圧力差によって、連通管６０９内を左から右へとスイッチングガスが流れる。即ち、第１スイッチングガス分岐流路６０４から第２出口流路６０８に流れ込んだスイッチングガスの一部が連通管６０９中を左方から右方へと流れ、その残りが第２出口流路６０８を通って第２カラム９へと向かって流れる。第１カラム５から送られて来た試料成分を含む試料ガスＧａは、連通管６０９を経て流入する少量のスイッチングガスと合流し、第１出口流路６１０を経て第１検出器７へと流れる。
【００２４】
三方切替弁６０３が図２（ｂ）に示すように入口端ａと出口端ｃとが連通した状態である場合、圧力制御弁６０２により所定供給圧Ｐで以て供給されたスイッチングガスは第２スイッチングガス分岐流路６０５を経由し、一部は抵抗管６０６中を右方から左方へと流れ、残りは入口流路６０７へと入る。上述のように抵抗管６０６中をスイッチングガスが流れる際に圧力降下ΔＰが生じるから、連通管６０９の両端の圧力は、右端が約Ｐ、左端がＰ−ΔＰとなる。その圧力差によって、第１カラム５から入口流路６０７に送り込まれた試料ガスＧａは連通管６０９中を右から左へと流れ、第２出口流路６０８においてスイッチングガスと合流して第２カラム９へと向かう。第２スイッチングガス分岐流路６０５から入口流路６０７に流れ込んだスイッチングガスはほぼそのまま第１出口流路６１０から第１検出器７へと流れる。
【００２５】
上記流路切替部６における好ましい切替えは、図２（ａ）の状態では第１カラム５から送られてきた試料ガスＧａの全量が第１検出器７へと向かい、図２（ｂ）の状態では第１カラム５から送られてきた試料ガスＧａの全量が第２カラム９へと向かうことである。そのために、図２（ａ）の状態では連通管６０９の左端における圧力が右端における圧力よりも確実に高い状態である必要がある。また、図２（ｂ）の状態では入口流路６０７への第１出口流路６１０の接続端におけるガス圧が連通管６０９の右端部におけるガス圧よりも高い状態である必要がある。そうでないと、反対側の流路への試料ガスＧａの漏れが生じ、例えば第２カラム９で分離分析したい試料成分の量が減少してしまい、分析感度の低下をもらたすことになる。
【００２６】
上記のようなガス圧の条件は、この流路切替部６に接続される第１カラム５、第２カラム９のサイズ（内径、長さなど）、キャリアガスの供給圧（或いは線速度）、抵抗管６０６や連通管６０９のサイズ（内径、長さなど）、キャリアガス（スイッチングガス）の種類（主として粘性）などの様々なパラメータの影響を受ける。また、カラム５、９にはその分離特性に最適なガス流速の範囲があり、これを逸脱するほど流速が大きく又は小さくなると分離特性が劣化してしまうため、これら条件の可変範囲にも制約がある。こうしたことから、本実施例のＭＤＧＣでは、スイッチング回収率をできるだけ高く（好ましくは１００％）しながら分析条件を適切に設定するために、スイッチング回収率の事前計算機能を有している。この機能について詳述する。
【００２７】
分析担当者は分析に先立って各種の分析条件を設定する必要があるから、まず入力部２３で所定の操作を行うことにより、図３に示すような設定画面３０を表示部２４の画面上に表示させる。この設定画面３０の下部には、第１カラム（1st GC）５に関連した各種パラメータ（カラム流量、カラム線速度、スプリット比など）を入力したり表示したりするための第１入力設定部３１と、第２カラム（2nd GC）９に関連した各種パラメータ（カラム流量、カラム線速度、検出器圧力など）を入力したり表示したりするための第２入力設定部３２とが設けられている。各入力設定部３１、３２はタブの切替えにより設定項目欄の切替えが可能となっており、図に例示するようないくつかの項目に関して数値を直接入力可能なテキスト入力欄となっている。なお、カラムの長さ、内径、膜厚などは装着したカラムの種類により決まるからここでは変更できず、変更したい場合にはカラムを交換する必要がある。また、そのほかのキャリアガス供給圧、カラムオーブン温度、流路切替部６におけるスイッチングガス供給圧などもこの設定画面３０上で変更することが可能である。
【００２８】
分析担当者は上記設定画面３０上で各設定項目に適宜の数値を入力する。但し、こうして一旦設定されたパラメータはメソッドファイルとして記憶させておくことができるから、メソッドファイルを指定してそのファイルの情報を読み出して来ることにより、各設定項目に自動的に数値を入力することもできる。また、予めデフォルト値を設定しておき、そのデフォルト値を表示させた後に適宜に数値を変更することもできる。このように、各設定項目（パラメータ）の実際の入力の仕方には様々な方法が考え得る。
【００２９】
分析担当者が「ＯＫ」ボタン３３をクリック操作すると入力された各パラメータが一旦確定し、それに応じて流量計算部２１が流路切替部６における図２に示す各流量ｆ１〜ｆ６の計算処理を実行する。ｆ１は入口端Ａから送り込まれるガス（試料ガスＧａ）の流量、ｆ２は第２第２出口端Ｃから送り出されるガスの流量、ｆ３は連通管６０９中を通るガスの流量、ｆ４は三方切替弁６０３の出口端ｂ又はｃから送り出されるガス（スイッチングガス）の流量、ｆ５は抵抗管６０６を通るガス（スイッチングガス）の流量、ｆ６は第１出口端Ｂから送り出されるガスの流量、である。
【００３０】
一般に、或る抵抗管におけるガス流量、圧力、温度、抵抗管のサイズ（内径、長さ）、ガスの粘性などの関係は、ハーゲン-ポアズイユの法則に基づく次の（１）式で表せることが知られている。
ｆ＝Ｋ・｛ｒ４／（η・Ｌ・Ｔ）｝・（Ｐ１２−Ｐ２２） …（１）
ここで、ｆ：抵抗管中のガスの流量、Ｋ：比例係数、ｒ：抵抗管の内径、Ｔ：抵抗管の温度、η：温度Ｔにおけるガスの粘性係数、Ｌ：抵抗管の長さ、Ｐ１：抵抗管の上流側端部のガス圧、Ｐ２：抵抗管の下流側端部のガス圧、である。
【００３１】
流路切替部６の入口端Ａには第１カラム５の出口端が接続され、第２出口端Ｃには第２カラム９の入口端が接続されており、これらカラム５、９はいずれも一種の抵抗管である。また、上述のように流路切替部６には抵抗管６０６と連通管６０９とが抵抗管に相当するものとして含まれる。したがって、流量ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ５は上記（１）式を用いて求めることが可能である。この際の計算に必要なパラメータは上記のように入力設定される分析パラメータを利用することができる。また、各流量の関係は、
ｆ２＝ｆ４−ｆ５−ｆ３
ｆ６＝ｆ１＋ｆ５＋ｆ３
である。従って、上記のように求まるｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ５と上記関係とから、残りのｆ４、ｆ６も求めることができる。
【００３２】
次に、回収率計算部２２は上記のように求まる流量ｆ１〜ｆ６を用いて、流路切替部６のスイッチング性能を示す指標の１つでスイッチング回収率Ｕを計算する。図２（ａ）の場合の回収率Ｕ１（％）は、
Ｕ１＝｛（ｆ１−ｆ３）／ｆ１｝・１００
である。計算上、この値が１００を超える場合には１００％と表記されるのが一般的である。図２（ａ）に示すように、流量ｆ３が連通管６０９中を左方から右方へ向かう流れである場合には、スイッチング回収率Ｕ１は１００％となる。この場合、試料ガスＧａは全て第１検出器７に流れ、第２カラム９へはスイッチングガスＧｓのみが流れる。
一方、図２（ｂ）の場合の回収率Ｕ２（％）は、
Ｕ２＝（ｆ３／ｆ１）・１００
である。スイッチング回収率Ｕ２が１００％となるのはｆ３＝ｆ１のときのみであり、この場合、試料ガスＧａは全て第２カラム９に流れ、第１検出器７へはスイッチングガスＧｓのみが流れる。
【００３３】
こうして計算されたスイッチング回収率は、図３中の回収率表示欄３４に数値として表示される。そして、分析担当者がパラメータの入力値を変更した上で「ＯＫ」ボタン３３をクリック操作すると、その度にその時点で設定されているパラメータに基づいたスイッチング回収率の再計算が実行され、回収率表示欄３４の数値が更新される。したがって、分析担当者はこの数値を確認しながらパラメータの入力値を変更することで、スイッチング回収率が１００％になり且つガス流速などがカラムに適した範囲に収まるような分析条件を効率的に見つけることができる。
【００３４】
なお、基本的にはスイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２をともに計算・表示することが好ましいが、抵抗管やカラムなどのサイズの選択によっては、スイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２の一方が常時１００％となることが予見できる場合があり、その場合には１００％とならないおそれがあるほうの回収率のみを計算・表示するようにしてもよい。
【００３５】
［変形例］
上記実施例は典型的なディーンズ方式の流路切替装置に本発明を適用していたが、ディーンズ方式の改良型である特許文献４、５に記載のような流路切替装置に本発明を適用することもできる。
【００３６】
図４は特許文献５で本出願人が提案している流路切替部の概略流路構成図である。図４では図２に示した構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付している。この流路切替部６は、連通管６０９以外に、２つの抵抗管６０６、６２２を含む。ここで、第１抵抗管６０６の流量抵抗は第２抵抗管６２２の流量抵抗よりも大きな値に設定しておく。
【００３７】
試料ガスＧａを第１検出器７に流したい場合には、三方切替弁６０３を出力端ｂ側に切り替えた状態で、スイッチングガスＧｓを所定の供給圧Ｐで以て供給する。このスイッチングガスＧｓは、分岐部６２０において２方向に分割され、その一方が第２抵抗管６２２を通過する。その際に圧力降下ΔＰ１が生じるため、連通管６０９の端部に相当する分岐部６２３におけるガス圧Ｐ１はＰ−ΔＰ１で、必ずＰ１＜Ｐとなる。
【００３８】
分岐部６２０で分割されたスイッチングガスＧｓの他方は、三方切替弁６０３から直接的に分岐部６２４を経て分岐部６２５に供給される。即ち、スイッチングガスＧｓは第１抵抗管６０６を通過することなく分岐部６２５へ供給されるため、分岐部６２５におけるガス圧はスイッチングガス供給圧Ｐと等しくなる。したがって、連通管６０９の両端のガス圧の関係は分岐部６２５側が分岐部２２３よりも高くなり、連通管６０９中のガス流は図４で左方から右方へと向かう。これにより、試料ガスＧａは連通管６０９を経て流れて来たスイッチングガスＧｓと合流し、出口流路６１０を経て第１検出器７へと送り出される。
【００３９】
この場合、分岐部６２０の周りのガスの流量を図４に示すようにｆ１１、ｆ１２、ｆ１３とすると、ｆ１２は（１）式により求まる。また、ｆ１、ｆ２、ｆ３も上記実施例と同様に（１）式より求まる。また、流量ｆ１〜ｆ４、ｆ１１〜ｆ１３の関係は、
ｆ１１＝ｆ１２＋ｆ１３
ｆ６＝ｆ１＋ｆ３＋ｆ１２
ｆ２＝ｆ１３−ｆ３
である。したがって、他の流量ｆ１１〜ｆ１３も全て求まる。これにより、上記実施例と同様にしてスイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２を計算することができる。
【００４０】
一方、試料ガスを第２カラム９に流したい場合には、三方切替弁６０３を出力端ｃ側に切り替えた状態で、スイッチングガスＧｓを所定の供給圧Ｐで以て供給する。この場合も、分岐部６２３には上記と同様に分岐部６２０で分割されたスイッチングガスＧｓが第２抵抗管６２２を通って供給される。一方、分岐部６２０で分割され、三方切替弁６０３に供給されたスイッチングガスＧｓは上記の場合とは異なり第１抵抗管６０６を通り、分岐部６２４を経て分岐部６２５に供給される。第１抵抗管６０６及び第２抵抗管６２２をスイッチングガスＧｓが通過することでそれぞれ圧力降下ΔＰ２、ΔＰ１が生じるが、第１抵抗管６０６は第２抵抗管６２２よりも流量抵抗が大きいために圧力降下も大きい（ΔＰ２＞ΔＰ１）。そのため、連通管６０９の両端のガス圧の関係は分岐部６２５のほうが分岐部６２３よりも小さくなる。これにより、試料ガスは連通管６０９を通して右方から左方へと流れる。このとき、ｆ１３は第１抵抗管６０６を流れるガスの流量であるから、上記の場合とは異なり（１）式より求まる。そして、上記と同様に全ての流量を求め、スイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２を計算することができる。
【００４１】
さらにまた、流路切替部６がより多くの抵抗管を含むように流路構成を変形する場合でも、同様にして各抵抗管を流れるガスの流量を計算し、さらに各流量の関係を示す式も利用することで不明な流量を求め、それに基づいてスイッチング回収率を計算することができる。
【００４２】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることを当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例によるＭＤＧＣの全体構成図。
【図２】本実施例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図。
【図３】本実施例のＭＤＧＣにおいて分析パラメータを入力設定するための設定画面の一例を示す図。
【図４】本発明の変形例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１…試料気化室
２…キャリアガス流路
３…インジェクタ
４…第１カラムオーブン
５…第１カラム
６…流路切替部
６０１…スイッチングガス供給流路
６０２…圧力制御弁
６０３…三方切替弁
６０４…第１スイッチングガス分岐流路
６０５…第２スイッチングガス分岐流路
６０６…抵抗管
６０７…入口流路
６０８…第２出口流路
６０９…連通管
６１０…第１出口流路
６１１…金属ブロック
６２０、６２３、６２４、６２５…分岐部
６２２…第２抵抗管
７…第１検出器
８…第２カラムオーブン
９…第２カラム
１０…第２検出器
１１…スイッチングガス供給部
２０…中央制御部
２１…流量計算部
２２…回収率計算部
２３…入力部
２４…表示部
２５…データ処理部
２６…分析制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離特性の相違する複数のカラムを用いたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境分析、石油化学分析、香料分析、食品分析などの分野では、多種類の微量成分が含まれる複雑な組成の試料中の各成分を分離して高い感度で定量分析する必要があるが、一般的なガスクロマトグラフ（ＧＣ）装置では複数の成分のピークを完全には分離できず、十分な分析ができない場合も多い。こうした場合に、分離特性の相違する複数のカラムを組み合わせたマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置（以下、ＭＤＧＣと称す）が非常に有用である。
【０００３】
例えば特許文献１、２に記載のＭＤＧＣでは、試料気化室内で気化させた試料ガスを第１カラムに流して試料成分を分離した後の流路を第１検出器側と、第２カラム及び第２検出器側との２つに分岐し、通常（モニタリング分析）は第１カラムから流出した試料ガスを第１検出器に導入して試料成分を検出し、第１カラムでは十分に分離できない成分が含まれる試料ガスが通過するタイミングで以て試料ガスを選択的に第２カラムに導入し、第２カラムを通して分離特性を改善した後に第２検出器に導入して検出（高分解能分析）を行う。これにより、第１カラムでは十分に分離することができずクロマトグラム上でピークが重なってしまうような複数の成分を的確に分離し、且つ分析時間が極端に長くなることも防止することができる。
【０００４】
上記のようなＭＤＧＣにおける試料ガスの流路の切替えには、特許文献３に記載のように、ディーンズ（Deans）方式と呼ばれる構造の流路切替手段が一般に利用されている。また、本出願人は、典型的なディーンズ方式の流路切替手段を改良した構成を特許文献４、５で提案している。これら流路切替手段の構成はそれぞれ異なるが、いずれにしても、スイッチングガス供給源から供給されるスイッチングガスの流れを切り替えて流路中のガス圧のバランスを変えることで、第１カラムから送られて来る試料ガスを２つの流路のいずれかに流し、他方の流路にはスイッチングガスを流すように流路の切替えを達成することができる。
【０００５】
上述の流路切替手段において好ましいのは、第１カラムを通過して来た試料成分の全量が第１検出器又は第２カラムに流れ、他方の流路には漏れないことである。しかしながら、前述のようにこうした流路切替手段における流路切替えは圧力のバランス関係により達成されるため、それには様々なパラメータ、例えば、カラムの種類（内径、長さ等のサイズ）やそれらカラムが内装されるカラムオーブン温度、キャリアガスの供給圧、第１及び第２カラムに流れるガスの流量、流路切替手段に含まれる１又は複数の流量抵抗部（抵抗管）のサイズ、などの分析条件が関与する。
【０００６】
従来、流路切替手段における適切な流路切替えが行えるパラメータを見い出すために、分析担当者は試行錯誤的にパラメータを変更して分析を行ってみる必要があったが、上記のようにパラメータが多いためにかなり面倒で時間が掛かる作業であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６６７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６６７９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７９７１４号公報
【特許文献４】特開２００６−６４６４６号公報
【特許文献５】特開２００６−３２９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、マルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置における分析条件（パラメータ）の設定を担当者が容易に、つまり効率的で且つ確実に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、試料ガス中の各成分を時間的に分離する第１カラムと、該第１カラムを通過した試料ガスを第２カラムに向かう流路と検出器に向かう流路との２つの流路の一方に選択的に流す流路切替手段と、を具備し、該流路切替手段は、少なくとも１つの流量抵抗部を有し、スイッチングガス供給源から供給されたスイッチングガスが所定の流量抵抗部を流れる際の圧力降下を利用した圧力バランスに応じて一方の流路に試料ガスを他方の流路にスイッチングガスを流すように流路を切り替えるマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置において、
a)分析を実施するための各種パラメータの少なくとも一部を分析担当者が入力する入力手段と、
b)前記流路切替手段の前記流量抵抗部についての既知の流体方程式に前記入力手段により入力されたパラメータを含む各種パラメータを適用し、各流量抵抗部を流れるガスの流量を求め、さらに該流路切替手段から前記第２カラム及び検出器へ向かう、それぞれのガスの流量を計算する流量計算手段と、
c)前記流量計算手段による流量計算値に基づき、前記第１カラムを通過した試料ガスの全量のうち前記第２カラム又は前記検出器に向かう量の比率を示すスイッチング回収率を計算する回収率計算手段と、
d)前記計算により得られたスイッチング回収率を表示する表示手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
第１カラムを通過して来た試料成分の全量が、漏れなく目的とする検出器又は第２カラムに流れるときに、上記スイッチング回収率は１００％であるとすることができる。この場合、スイッチング回収率が１００％未満であれば、試料成分の一部が目的でない他方側に漏れてしまっていることを意味する。
【００１１】
上記流路切替手段はディーンズ方式による流路切替装置又はディーンズ方式の改良型の流路切替装置を用いることができ、具体的には例えば特許文献４、５などで本出願人が提案している構成の流路切替装置を用いることができる。
【００１２】
また、上記既知の流体方程式としては、ハーゲン-ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の式として知られる方程式を利用することができる。
【００１３】
また、分析を実施するための各種パラメータとは、例えば、第１及び第２カラムの内径、長さなどのサイズ、それらカラムが内装されるカラムオーブンの温度、キャリアガスの供給圧、スイッチングガスの供給圧（又はガスの線速度）、キャリアガス（スイッチングガス）の種類など、である。
【００１４】
なお、装着されるカラムの種類の自動判別機能などを当該装置が有している場合には、カラムのサイズなどのパラメータをいちいち担当者が入力する必要はないが、上記入力手段はそうしたパラメータ設定手段も含む。また、一般的にＧＣでは、過去の分析に使用されたパラメータをメモリに記憶しておき、それを呼び出して使用することも可能であるし、或いは予め決められたデフォルト値が使用される場合もあるから、上記入力手段はそうした呼び出された値を変更する手段も含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＭＤＧＣによれば、分析担当者が分析を実施するために必要なパラメータを入力すると、それに従って実際の分析を実行することなく、流量計算手段及び回収率計算手段が理論的にスイッチング回収率を計算し、その結果が表示手段に表示される。入力手段によりパラメータを変更すれば、表示されるスイッチング回収率もそれに応じて更新される。したがって、スイッチング回収率を１００％とするような、即ち、第１カラムを通過して来た試料成分の全量が目的とする検出器又は第２カラムのいずれかに選択的に流れるような分析パラメータを、短時間で且つ確実に見い出すことができる。これにより、分析作業の効率向上を図ることができる。また、スイッチング回収率１００％の下での高分解能分析が確実に行えるので、目的成分を高感度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るＭＤＧＣの一実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＭＤＧＣの全体構成図、図２は本実施例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図である。この流路切替部は周知の典型的なディーンズ方式による流路切替装置である。
【００１７】
本実施例のＭＤＧＣにおいて、試料気化室１には、キャリアガス流路２を通してヘリウム等のキャリアガスＧｃが略一定流量で供給され、このガスＧｃが第１カラムオーブン４内に収容された第１カラム５に送り込まれる。この状態で、インジェクタ３により少量の液体試料が、図示しないヒータにより加熱されている試料気化室１内に注入されると、液体試料は即座に気化し、キャリアガスＧｃの流れに乗って第１カラム５に送り込まれる。但し、場合によっては、試料気化室１にスプリット流路を接続し、試料気化室１内で気化した試料の大部分をスプリット流路を通して排出し、試料の一部のみを第１カラム５に送り込む、いわゆるスプリット分析を行うこともある。第１カラム５の出口端は流路切替部６の入口端Ａに接続され、流路切替部６の第１出口端Ｂは第１検出器７に接続される。他方、流路切替部６の第２出口端Ｃは第２カラムオーブン８内に収容された第２カラム９の入口端に接続され、この第２カラム９の出口端は第２検出器１０に接続される。
【００１８】
流路切替部６は、分析制御部２６の指令に従い、スイッチングガス供給部１１から供給されるキャリアガスと同一成分のスイッチングガスＧｓの流れを切り替えることで、入口端Ａに導入される、つまり第１カラム５を通過して来た試料ガスＧａ（キャリアガスＧｃ＋試料成分）を、第１検出器７側と第２カラム９側との一方に択一的に流す。このとき、試料ガスＧａが流れない方の出口端Ｂ又はＣからはスイッチングガスＧｓが流出する。
【００１９】
第１検出器７及び第２検出器１０による検出信号はいずれもデータ処理部２５に送られる。データ処理部２５は得られた検出信号に基づいてクロマトグラムを作成するとともに、クロマトグラムの波形解析を行うことで各種成分の定量分析や定性分析を実行する。インジェクタ３や流路切替部６、カラムオーブン４、８に付設された図示しないヒータ、スイッチングガス供給部１１などの動作は、中央制御部２０の統括的な指示の下に分析制御部２６により制御される。また、中央制御部２０は分析制御部２６及びデータ処理部２５を制御するとともに、データ処理部２５よりクロマトグラムなどの処理結果を受け取って表示部２４に表示する。また、中央制御部２０には各種の入力パラメータ設定を行うための入力部２３と入力されたパラメータや分析結果などを表示するための表示部２４と、が接続されている。なお、中央制御部２０及びデータ処理部２５の実体は汎用のパーソナルコンピュータであって、このパーソナルコンピュータにインストールされた所定の制御・処理プログラムを動作させることで後述するような制御・処理が達成される。
【００２０】
本実施例のＭＤＧＣに特徴的な構成として、中央制御部２０は、流量計算部２１及び回収率計算部２２を機能ブロックとして備える。これらもパーソナルコンピュータのＣＰＵ上で上記制御・処理プログラムを動作させることで実現される処理機能である。
【００２１】
図２において、スイッチングガス供給部１１からスイッチングガスＧｓが供給されるスイッチングガス供給流路６０１上には圧力制御弁６０２が設置され、スイッチングガス供給流路６０１の末端は三方切替弁６０３の入口端ａに接続されている。三方切替弁６０３の２つの出口端ｂ、ｃにはそれぞれ第１、第２スイッチングガス分岐流路６０４、６０５が接続され、この両分岐流路６０４、６０５の途中は抵抗管６０６を介して互いに接続されている。三方切替弁６０３は例えばモータ等の駆動源により、分岐流路６０４、６０５のいずれか一方を択一的にスイッチングガス供給流路６０１に連通させる。
【００２２】
第２スイッチングガス分岐流路６０５の末端は、第１カラム５から送られて来る試料ガスＧａが供給される入口流路６０７に接続されている。この入口流路６０７と第２スイッチングガス分岐流路６０５との接続個所の近傍で、入口流路６０７には第１検出器７へと向かう第１出口流路６１０も接続されている。一方、第１スイッチングガス分岐流路６０４の末端は、第２カラム９へと向かう第２出口流路６０８に接続されている。ほぼ一直線上に位置する入口流路６０７端部と第２出口流路６０８の端部との間は、ジョイント等により形成される金属ブロック６１１内の直線状の連通管６０９により接続されている。この連通管６０９は内径が小さく、一種の抵抗管であるとみなせる。一方、分岐流路６０４、６０５など、連通管６０９及び抵抗管６０６以外の管路はその内径が相対的に格段に大きく、流量抵抗がないものとみなすことができる。
【００２３】
この流路切替部６の基本的な流路切替え動作を説明する。
いま三方切替弁６０３が図２（ａ）に示すように入口端ａと出口端ｂとが連通した状態である場合、圧力制御弁６０２により所定供給圧Ｐで以て供給されたスイッチングガスは第１スイッチングガス分岐流路６０４を経由し、一部は抵抗管６０６中を左方から右方へと流れ、残りは第２出口流路６０８へ入る。抵抗管６０６をスイッチングガスが流れる際にそのガス流量と流量抵抗に応じた圧力降下ΔＰが生じるから、連通管６０９の両端の圧力は、左端が約Ｐ、右端がＰ−ΔＰとなる。その圧力差によって、連通管６０９内を左から右へとスイッチングガスが流れる。即ち、第１スイッチングガス分岐流路６０４から第２出口流路６０８に流れ込んだスイッチングガスの一部が連通管６０９中を左方から右方へと流れ、その残りが第２出口流路６０８を通って第２カラム９へと向かって流れる。第１カラム５から送られて来た試料成分を含む試料ガスＧａは、連通管６０９を経て流入する少量のスイッチングガスと合流し、第１出口流路６１０を経て第１検出器７へと流れる。
【００２４】
三方切替弁６０３が図２（ｂ）に示すように入口端ａと出口端ｃとが連通した状態である場合、圧力制御弁６０２により所定供給圧Ｐで以て供給されたスイッチングガスは第２スイッチングガス分岐流路６０５を経由し、一部は抵抗管６０６中を右方から左方へと流れ、残りは入口流路６０７へと入る。上述のように抵抗管６０６中をスイッチングガスが流れる際に圧力降下ΔＰが生じるから、連通管６０９の両端の圧力は、右端が約Ｐ、左端がＰ−ΔＰとなる。その圧力差によって、第１カラム５から入口流路６０７に送り込まれた試料ガスＧａは連通管６０９中を右から左へと流れ、第２出口流路６０８においてスイッチングガスと合流して第２カラム９へと向かう。第２スイッチングガス分岐流路６０５から入口流路６０７に流れ込んだスイッチングガスはほぼそのまま第１出口流路６１０から第１検出器７へと流れる。
【００２５】
上記流路切替部６における好ましい切替えは、図２（ａ）の状態では第１カラム５から送られてきた試料ガスＧａの全量が第１検出器７へと向かい、図２（ｂ）の状態では第１カラム５から送られてきた試料ガスＧａの全量が第２カラム９へと向かうことである。そのために、図２（ａ）の状態では連通管６０９の左端における圧力が右端における圧力よりも確実に高い状態である必要がある。また、図２（ｂ）の状態では入口流路６０７への第１出口流路６１０の接続端におけるガス圧が連通管６０９の右端部におけるガス圧よりも高い状態である必要がある。そうでないと、反対側の流路への試料ガスＧａの漏れが生じ、例えば第２カラム９で分離分析したい試料成分の量が減少してしまい、分析感度の低下をもらたすことになる。
【００２６】
上記のようなガス圧の条件は、この流路切替部６に接続される第１カラム５、第２カラム９のサイズ（内径、長さなど）、キャリアガスの供給圧（或いは線速度）、抵抗管６０６や連通管６０９のサイズ（内径、長さなど）、キャリアガス（スイッチングガス）の種類（主として粘性）などの様々なパラメータの影響を受ける。また、カラム５、９にはその分離特性に最適なガス流速の範囲があり、これを逸脱するほど流速が大きく又は小さくなると分離特性が劣化してしまうため、これら条件の可変範囲にも制約がある。こうしたことから、本実施例のＭＤＧＣでは、スイッチング回収率をできるだけ高く（好ましくは１００％）しながら分析条件を適切に設定するために、スイッチング回収率の事前計算機能を有している。この機能について詳述する。
【００２７】
分析担当者は分析に先立って各種の分析条件を設定する必要があるから、まず入力部２３で所定の操作を行うことにより、図３に示すような設定画面３０を表示部２４の画面上に表示させる。この設定画面３０の下部には、第１カラム（1st GC）５に関連した各種パラメータ（カラム流量、カラム線速度、スプリット比など）を入力したり表示したりするための第１入力設定部３１と、第２カラム（2nd GC）９に関連した各種パラメータ（カラム流量、カラム線速度、検出器圧力など）を入力したり表示したりするための第２入力設定部３２とが設けられている。各入力設定部３１、３２はタブの切替えにより設定項目欄の切替えが可能となっており、図に例示するようないくつかの項目に関して数値を直接入力可能なテキスト入力欄となっている。なお、カラムの長さ、内径、膜厚などは装着したカラムの種類により決まるからここでは変更できず、変更したい場合にはカラムを交換する必要がある。また、そのほかのキャリアガス供給圧、カラムオーブン温度、流路切替部６におけるスイッチングガス供給圧などもこの設定画面３０上で変更することが可能である。
【００２８】
分析担当者は上記設定画面３０上で各設定項目に適宜の数値を入力する。但し、こうして一旦設定されたパラメータはメソッドファイルとして記憶させておくことができるから、メソッドファイルを指定してそのファイルの情報を読み出して来ることにより、各設定項目に自動的に数値を入力することもできる。また、予めデフォルト値を設定しておき、そのデフォルト値を表示させた後に適宜に数値を変更することもできる。このように、各設定項目（パラメータ）の実際の入力の仕方には様々な方法が考え得る。
【００２９】
分析担当者が「ＯＫ」ボタン３３をクリック操作すると入力された各パラメータが一旦確定し、それに応じて流量計算部２１が流路切替部６における図２に示す各流量ｆ１〜ｆ６の計算処理を実行する。ｆ１は入口端Ａから送り込まれるガス（試料ガスＧａ）の流量、ｆ２は第２第２出口端Ｃから送り出されるガスの流量、ｆ３は連通管６０９中を通るガスの流量、ｆ４は三方切替弁６０３の出口端ｂ又はｃから送り出されるガス（スイッチングガス）の流量、ｆ５は抵抗管６０６を通るガス（スイッチングガス）の流量、ｆ６は第１出口端Ｂから送り出されるガスの流量、である。
【００３０】
一般に、或る抵抗管におけるガス流量、圧力、温度、抵抗管のサイズ（内径、長さ）、ガスの粘性などの関係は、ハーゲン-ポアズイユの法則に基づく次の（１）式で表せることが知られている。
ｆ＝Ｋ・｛ｒ４／（η・Ｌ・Ｔ）｝・（Ｐ１２−Ｐ２２） …（１）
ここで、ｆ：抵抗管中のガスの流量、Ｋ：比例係数、ｒ：抵抗管の内径、Ｔ：抵抗管の温度、η：温度Ｔにおけるガスの粘性係数、Ｌ：抵抗管の長さ、Ｐ１：抵抗管の上流側端部のガス圧、Ｐ２：抵抗管の下流側端部のガス圧、である。
【００３１】
流路切替部６の入口端Ａには第１カラム５の出口端が接続され、第２出口端Ｃには第２カラム９の入口端が接続されており、これらカラム５、９はいずれも一種の抵抗管である。また、上述のように流路切替部６には抵抗管６０６と連通管６０９とが抵抗管に相当するものとして含まれる。したがって、流量ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ５は上記（１）式を用いて求めることが可能である。この際の計算に必要なパラメータは上記のように入力設定される分析パラメータを利用することができる。また、各流量の関係は、
ｆ２＝ｆ４−ｆ５−ｆ３
ｆ６＝ｆ１＋ｆ５＋ｆ３
である。従って、上記のように求まるｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ５と上記関係とから、残りのｆ４、ｆ６も求めることができる。
【００３２】
次に、回収率計算部２２は上記のように求まる流量ｆ１〜ｆ６を用いて、流路切替部６のスイッチング性能を示す指標の１つでスイッチング回収率Ｕを計算する。図２（ａ）の場合の回収率Ｕ１（％）は、
Ｕ１＝｛（ｆ１−ｆ３）／ｆ１｝・１００
である。計算上、この値が１００を超える場合には１００％と表記されるのが一般的である。図２（ａ）に示すように、流量ｆ３が連通管６０９中を左方から右方へ向かう流れである場合には、スイッチング回収率Ｕ１は１００％となる。この場合、試料ガスＧａは全て第１検出器７に流れ、第２カラム９へはスイッチングガスＧｓのみが流れる。
一方、図２（ｂ）の場合の回収率Ｕ２（％）は、
Ｕ２＝（ｆ３／ｆ１）・１００
である。スイッチング回収率Ｕ２が１００％となるのはｆ３＝ｆ１のときのみであり、この場合、試料ガスＧａは全て第２カラム９に流れ、第１検出器７へはスイッチングガスＧｓのみが流れる。
【００３３】
こうして計算されたスイッチング回収率は、図３中の回収率表示欄３４に数値として表示される。そして、分析担当者がパラメータの入力値を変更した上で「ＯＫ」ボタン３３をクリック操作すると、その度にその時点で設定されているパラメータに基づいたスイッチング回収率の再計算が実行され、回収率表示欄３４の数値が更新される。したがって、分析担当者はこの数値を確認しながらパラメータの入力値を変更することで、スイッチング回収率が１００％になり且つガス流速などがカラムに適した範囲に収まるような分析条件を効率的に見つけることができる。
【００３４】
なお、基本的にはスイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２をともに計算・表示することが好ましいが、抵抗管やカラムなどのサイズの選択によっては、スイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２の一方が常時１００％となることが予見できる場合があり、その場合には１００％とならないおそれがあるほうの回収率のみを計算・表示するようにしてもよい。
【００３５】
［変形例］
上記実施例は典型的なディーンズ方式の流路切替装置に本発明を適用していたが、ディーンズ方式の改良型である特許文献４、５に記載のような流路切替装置に本発明を適用することもできる。
【００３６】
図４は特許文献５で本出願人が提案している流路切替部の概略流路構成図である。図４では図２に示した構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付している。この流路切替部６は、連通管６０９以外に、２つの抵抗管６０６、６２２を含む。ここで、第１抵抗管６０６の流量抵抗は第２抵抗管６２２の流量抵抗よりも大きな値に設定しておく。
【００３７】
試料ガスＧａを第１検出器７に流したい場合には、三方切替弁６０３を出力端ｂ側に切り替えた状態で、スイッチングガスＧｓを所定の供給圧Ｐで以て供給する。このスイッチングガスＧｓは、分岐部６２０において２方向に分割され、その一方が第２抵抗管６２２を通過する。その際に圧力降下ΔＰ１が生じるため、連通管６０９の端部に相当する分岐部６２３におけるガス圧Ｐ１はＰ−ΔＰ１で、必ずＰ１＜Ｐとなる。
【００３８】
分岐部６２０で分割されたスイッチングガスＧｓの他方は、三方切替弁６０３から直接的に分岐部６２４を経て分岐部６２５に供給される。即ち、スイッチングガスＧｓは第１抵抗管６０６を通過することなく分岐部６２５へ供給されるため、分岐部６２５におけるガス圧はスイッチングガス供給圧Ｐと等しくなる。したがって、連通管６０９の両端のガス圧の関係は分岐部６２５側が分岐部２２３よりも高くなり、連通管６０９中のガス流は図４で左方から右方へと向かう。これにより、試料ガスＧａは連通管６０９を経て流れて来たスイッチングガスＧｓと合流し、出口流路６１０を経て第１検出器７へと送り出される。
【００３９】
この場合、分岐部６２０の周りのガスの流量を図４に示すようにｆ１１、ｆ１２、ｆ１３とすると、ｆ１２は（１）式により求まる。また、ｆ１、ｆ２、ｆ３も上記実施例と同様に（１）式より求まる。また、流量ｆ１〜ｆ４、ｆ１１〜ｆ１３の関係は、
ｆ１１＝ｆ１２＋ｆ１３
ｆ６＝ｆ１＋ｆ３＋ｆ１２
ｆ２＝ｆ１３−ｆ３
である。したがって、他の流量ｆ１１〜ｆ１３も全て求まる。これにより、上記実施例と同様にしてスイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２を計算することができる。
【００４０】
一方、試料ガスを第２カラム９に流したい場合には、三方切替弁６０３を出力端ｃ側に切り替えた状態で、スイッチングガスＧｓを所定の供給圧Ｐで以て供給する。この場合も、分岐部６２３には上記と同様に分岐部６２０で分割されたスイッチングガスＧｓが第２抵抗管６２２を通って供給される。一方、分岐部６２０で分割され、三方切替弁６０３に供給されたスイッチングガスＧｓは上記の場合とは異なり第１抵抗管６０６を通り、分岐部６２４を経て分岐部６２５に供給される。第１抵抗管６０６及び第２抵抗管６２２をスイッチングガスＧｓが通過することでそれぞれ圧力降下ΔＰ２、ΔＰ１が生じるが、第１抵抗管６０６は第２抵抗管６２２よりも流量抵抗が大きいために圧力降下も大きい（ΔＰ２＞ΔＰ１）。そのため、連通管６０９の両端のガス圧の関係は分岐部６２５のほうが分岐部６２３よりも小さくなる。これにより、試料ガスは連通管６０９を通して右方から左方へと流れる。このとき、ｆ１３は第１抵抗管６０６を流れるガスの流量であるから、上記の場合とは異なり（１）式より求まる。そして、上記と同様に全ての流量を求め、スイッチング回収率Ｕ１、Ｕ２を計算することができる。
【００４１】
さらにまた、流路切替部６がより多くの抵抗管を含むように流路構成を変形する場合でも、同様にして各抵抗管を流れるガスの流量を計算し、さらに各流量の関係を示す式も利用することで不明な流量を求め、それに基づいてスイッチング回収率を計算することができる。
【００４２】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることを当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例によるＭＤＧＣの全体構成図。
【図２】本実施例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図。
【図３】本実施例のＭＤＧＣにおいて分析パラメータを入力設定するための設定画面の一例を示す図。
【図４】本発明の変形例のＭＤＧＣにおける流路切替部の概略構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１…試料気化室
２…キャリアガス流路
３…インジェクタ
４…第１カラムオーブン
５…第１カラム
６…流路切替部
６０１…スイッチングガス供給流路
６０２…圧力制御弁
６０３…三方切替弁
６０４…第１スイッチングガス分岐流路
６０５…第２スイッチングガス分岐流路
６０６…抵抗管
６０７…入口流路
６０８…第２出口流路
６０９…連通管
６１０…第１出口流路
６１１…金属ブロック
６２０、６２３、６２４、６２５…分岐部
６２２…第２抵抗管
７…第１検出器
８…第２カラムオーブン
９…第２カラム
１０…第２検出器
１１…スイッチングガス供給部
２０…中央制御部
２１…流量計算部
２２…回収率計算部
２３…入力部
２４…表示部
２５…データ処理部
２６…分析制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガス中の各成分を時間的に分離する第１カラムと、該第１カラムを通過した試料ガスを第２カラムに向かう流路と検出器に向かう流路との２つの流路の一方に選択的に流す流路切替手段と、を具備し、該流路切替手段は、少なくとも１つの流量抵抗部を有し、スイッチングガス供給源から供給されたスイッチングガスが所定の流量抵抗部を流れる際の圧力降下を利用した圧力バランスに応じて一方の流路に試料ガスを他方の流路にスイッチングガスを流すように流路を切り替えるマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置において、
a)分析を実施するための各種パラメータの少なくとも一部を分析担当者が入力する入力手段と、
b)前記流路切替手段の前記流量抵抗部についての既知の流体方程式に前記入力手段により入力されたパラメータを含む各種パラメータを適用し、各流量抵抗部を流れるガスの流量を求め、さらに該流路切替手段から前記第２カラム及び検出器へ向かう、それぞれのガスの流量を計算する流量計算手段と、
c)前記流量計算手段による流量計算値に基づき、前記第１カラムを通過した試料ガスの全量のうち前記第２カラム又は前記検出器に向かう量の比率を示すスイッチング回収率を計算する回収率計算手段と、
d)前記計算により得られたスイッチング回収率を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置。
【請求項１】
試料ガス中の各成分を時間的に分離する第１カラムと、該第１カラムを通過した試料ガスを第２カラムに向かう流路と検出器に向かう流路との２つの流路の一方に選択的に流す流路切替手段と、を具備し、該流路切替手段は、少なくとも１つの流量抵抗部を有し、スイッチングガス供給源から供給されたスイッチングガスが所定の流量抵抗部を流れる際の圧力降下を利用した圧力バランスに応じて一方の流路に試料ガスを他方の流路にスイッチングガスを流すように流路を切り替えるマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置において、
a)分析を実施するための各種パラメータの少なくとも一部を分析担当者が入力する入力手段と、
b)前記流路切替手段の前記流量抵抗部についての既知の流体方程式に前記入力手段により入力されたパラメータを含む各種パラメータを適用し、各流量抵抗部を流れるガスの流量を求め、さらに該流路切替手段から前記第２カラム及び検出器へ向かう、それぞれのガスの流量を計算する流量計算手段と、
c)前記流量計算手段による流量計算値に基づき、前記第１カラムを通過した試料ガスの全量のうち前記第２カラム又は前記検出器に向かう量の比率を示すスイッチング回収率を計算する回収率計算手段と、
d)前記計算により得られたスイッチング回収率を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするマルチディメンジョナルガスクロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１２１９７０（Ｐ２００９−１２１９７０Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９６７０５（Ｐ２００７−２９６７０５）
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
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