特開 2021-50916 ガス分析装置、及びガス分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-50916(P2021-50916A)

(43)【公開日】2021年4月1日

(54)【発明の名称】ガス分析装置、及びガス分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20210305BHJP

   G01N 30/04 20060101ALI20210305BHJP

   G01N 30/26 20060101ALI20210305BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/62 C

   G01N30/04 A

   G01N30/26 M

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-171947(P2019-171947)

(22)【出願日】2019年9月20日

(71)【出願人】

【識別番号】301077552

【氏名又は名称】ネッチ ゲレーテバウ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186716

【弁理士】

【氏名又は名称】真能 清志

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健太

(72)【発明者】

【氏名】伊東 大輔

(72)【発明者】

【氏名】高石 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】木下 良一

【テーマコード（参考）】

2G041

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041EA06

2G041GA08

2G041HA01

(57)【要約】

【課題】複雑な制御を行うことなく、ダイレクトモードとトラップモードでの測定が可能なガス分析装置、及びガス分析方法を提供する。
【解決手段】本開示に係るガス分析装置１００は、分析対象ガスを分岐する分岐部２０と、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行う質量分析部８０と、分岐された他方の分析対象ガスを保持するトラップ部６０と、保持された他方の分析対象ガスを分析するガスクロマトグラフ７０と、一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスの流路を制御する制御部５０とを備え、分岐部２０は、熱分析装置による熱分析が行われている間、供給される該分析対象ガスを常時分岐して一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスを排出し、熱分析が終了すると、保持された他方の分析対象ガスがガスクロマトグラフ７０に供給されることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱分析装置から供給される分析対象ガスを分析するガス分析装置であって、
前記分析対象ガスを分岐する分岐部と、
分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行う質量分析部と、
分岐された他方の分析対象ガスを保持するトラップ部と、
保持された前記他方の分析対象ガスを分析するガスクロマトグラフと、
前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスの流路を制御する制御部と
を備え、
前記分岐部は、前記熱分析装置による熱分析が行われている間、供給される該分析対象ガスを常時分岐して前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスを排出し、
前記熱分析が終了すると、保持された前記他方の分析対象ガスが前記ガスクロマトグラフに供給されることを特徴とするガス分析装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記熱分析が行われている間、
前記分岐部を通過した前記一方の分析対象ガスが前記質量分析部に供給され、
前記分岐部を通過した前記他方の分析対象ガスが前記トラップ部に供給され、
キャリアガスが前記ガスクロマトグラフに供給されるように制御し、
前記熱分析が終了すると、
前記トラップ部内の前記他方の分析対象ガスが前記ガスクロマトグラフ及び前記質量分析部に供給されるように制御する、請求項１に記載のガス分析装置。

【請求項3】

前記制御部による、前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスの流路制御は、前記制御部が１０ポートバルブを制御することによって実行される、請求項１又は２に記載のガス分析装置。

【請求項4】

前記分析対象ガスは、前記熱分析装置内で分岐されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のガス分析装置。

【請求項5】

熱分析装置から供給される分析対象ガスを分析するガス分析方法であって、
前記熱分析装置による熱分析が行われている間、該熱分析装置から供給される該分析対象ガスを常時分岐するステップと、
前記熱分析が行われている間、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行うステップと、
前記熱分析が行われている間、分岐された他方の分析対象ガスを保持するステップと、
前記熱分析が終了した後、保持された前記他方の分析対象ガスに対してガスクロマトグラフィ及び質量分析を行うステップと
を含むことを特徴とするガス分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガス分析装置、及びガス分析方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

試料の温度を変化させながら、重量変化を定量化する熱重量測定（Thermogravimetry、以下、「ＴＧ」と記す）や、相転移及び反応等に伴う参照物質に対する試料の相対温度変化を測定する示差熱分析（Differential Thermal Analysis、以降「ＤＴＡ」と記す）、これらを同時に行うＴＧ−ＤＴＡ（以降、「ＳＴＡ」（Simultaneous Thermal Analysis）と記す）等は、物質の熱分解に伴う重量変化を捉えたり、吸脱着等の特性を捉える手法としてよく用いられている。

【0003】

ところで、上述のＴＧやＳＴＡでは、試料の重量変化等に伴って発生するガスを同定することはできない。従って、ＴＧ又はＳＴＡ装置から発生するガスを質量分析（Mass Spectrometry、以降、「ＭＳ」と記す）装置に導入してＴＧ又はＳＴＡと同期してリアルタイムにＭＳ測定を行う手法（ＴＧ−ＭＳ又はＳＴＡ−ＭＳによるダイレクトモード）が有効な手段として知られている（例えば、非特許文献１）。

【0004】

また、発生するガスが複数あって分析が複雑になる場合、発生するガスをトラップして、ＴＧ又はＳＴＡ終了後にトラップしたガスをガスクロマトグラフィ−質量分析法（Gas Chromatography - Mass spectrometry、以降、「ＧＣ／ＭＳ」と記す）によって分離分析する手法（ＴＧ−ＧＣ／ＭＳ又はＳＴＡ−ＧＣ／ＭＳによるトラップモード）は、ガス分析の更なる有効な手段として一般的に用いられている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第２５９６８８２号公報

【特許文献2】特開平０６−２５８２８５号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】木下良一、外５名、「ＴＧ／ＤＴＡ−ＭＳ測定条件の最適化と材料分析への応用」、J. Mass Spectrum. Soc. Jpn,、1998年、Vol.46, No.4、p.365

【非特許文献2】齋藤安俊著、「熱分析の基礎」、共立出版株式会社、1990年、p.300

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１のダイレクトモード及び特許文献１のトラップモードをＴＧの場合について説明すると、従来、ＴＧ−ＭＳとＴＧ−ＧＣ／ＭＳは、別測定として行う必要があり、双方を１回の測定で行うことはできなかった。また、ＴＧとＭＳとの接続、及びＴＧとＧＣ／ＭＳとの接続は、測定モードが変わるごとに接続し直さなければならなかった。

【0008】

上述の問題に対して、例えば非特許文献２には、ＴＧ−ＭＳによるダイレクトモードでの測定と、ＴＧ−ＧＣ／ＭＳによるトラップモードでの測定をコックにより切り替えて行う構成が開示されている。しかし、ガスクロマトグラフはパックドカラム形式のものであり、近年主流となっているガス分離に優れたキャピラリーカラムを使用したガスクロマトグラフには対応できない。

【0009】

また、特許文献２には、ＴＧ−ＭＳによるダイレクトモードと、ＴＧ−ＧＣ／ＭＳによるトラップモードを１回の測定で行い、接続の切り替えをバルブで行うガス分析装置が開示されている。しかし、熱分析装置からの発生ガスの流路を、熱分析中に質量分析装置側とトラップ装置側との間で切り替えなければならず、改良の余地があった。

【0010】

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、複雑な制御を行うことなく、ダイレクトモードとトラップモードでの測定が可能なガス分析装置、及びガス分析方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本開示に係るガス分析装置は、
熱分析装置から供給される分析対象ガスを分析するガス分析装置であって、
前記分析対象ガスを分岐する分岐部と、
分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行う質量分析部と、
分岐された他方の分析対象ガスを保持するトラップ部と、
保持された前記他方の分析対象ガスを分析するガスクロマトグラフと、
前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスの流路を制御する制御部と
を備え、
前記分岐部は、前記熱分析装置による熱分析が行われている間、供給される該分析対象ガスを常時分岐して前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスを排出し、
前記熱分析が終了すると、保持された前記他方の分析対象ガスが前記ガスクロマトグラフに供給されることを特徴とする。

【0012】

また、本開示に係るガス分析装置は、上記構成において、前記制御部は、前記熱分析が行われている間、前記分岐部を通過した前記一方の分析対象ガスが前記質量分析部に供給され、前記分岐部を通過した前記他方の分析対象ガスが前記トラップ部に供給され、キャリアガスが前記ガスクロマトグラフに供給されるように制御し、前記熱分析が終了すると、前記トラップ部内の前記他方の分析対象ガスが前記ガスクロマトグラフ及び前記質量分析部に供給されるように制御することが好ましい。

【0013】

また、本開示に係るガス分析装置は、上記構成において、前記制御部による、前記一方の分析対象ガス及び前記他方の分析対象ガスの流路制御は、前記制御部が１０ポートバルブを制御することによって実行されることが好ましい。

【0014】

また、本開示に係るガス分析装置は、上記構成において、前記分析対象ガスは、前記熱分析装置内で分岐されていることが好ましい。

【0015】

また、上記課題を解決するため、本開示に係るガス分析方法は、
熱分析装置から供給される分析対象ガスを分析するガス分析方法であって、
前記熱分析装置による熱分析が行われている間、該熱分析装置から供給される該分析対象ガスを常時分岐するステップと、
前記熱分析が行われている間、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行うステップと、
前記熱分析が行われている間、分岐された他方の分析対象ガスを保持するステップと、
前記熱分析が終了した後、保持された前記他方の分析対象ガスに対してガスクロマトグラフィ及び質量分析を行うステップと
を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、複雑な制御を行うことなく、ダイレクトモードとトラップモードでの測定が可能なガス分析装置、及びガス分析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の一実施形態に係るガス分析装置の構成を示す図である。

【図2】本開示の一実施形態に係るガス分析装置を構成する分岐部の構成を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態に係るガス分析方法を実施する手順を示すフローチャートである。

【図4】本開示の一実施形態に係るガス分析装置のダイレクトモードにおけるバルブの状態及びガスの流れを示す図である。

【図5】本開示の一実施形態に係るガス分析装置のトラップモードにおけるバルブの状態及びガスの流れを示す図である。

【図6】本開示の一実施形態に係るガス分析装置を構成する分岐部の第１変形例を示す図である。

【図7】本開示の一実施形態に係るガス分析装置を構成する分岐部の第２変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0019】

図１は、本開示の一実施形態に係るガス分析装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係るガス分析装置１００は、ＴＧ装置１０等の熱分析装置において熱分析によって発生した分析対象ガスを分岐する分岐部２０と、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行う質量分析部８０と、分岐された他方の分析対象ガスを保持するトラップ部６０と、トラップ部６０で保持された他方の分析対象ガスを分離／分析するガスクロマトグラフ７０と、一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスの流路を制御する１０ポートバルブ３０と、１０ポートバルブ３０、トラップ部６０、ガスクロマトグラフ７０及び質量分析部８０等の制御を行う制御部５０とを備えている。ここでいう制御とは、例えばガスクロマトグラフ７０及び質量分析部８０に測定トリガを送信する場合を含むものとする。

【0020】

なお、図１において制御部５０から他の機能部に延びる破線は、各種制御信号の流れを示している。各制御信号は、有線で送受信されてもよいし、無線で送受信されるようにしてもよい。

【0021】

ＴＧ装置１０は、試料の温度を変化させながら、重量変化を定量化する熱重量測定を行う装置である。ＴＧ装置１０は、図２に示すように、試料容器１１に載せられた試料と、試料容器１２に載せられた参照物質とを加熱炉１４内でヒータ１５により加熱し、試料と参照物質の重量差を電磁式電子天秤で測定することで試料温度と試料の重量変化を測定する。加熱炉１４の上端部には、排気口１６が設けられており、加熱によって試料から発生した分析対象ガスは、この排気口１６からガス分析装置１００に供給される。

【0022】

なお、本実施形態では、ガス分析装置１００にはＴＧ装置１０を含めないものとして記載しているが、ガス分析装置１００はＴＧ装置１０を含めたシステムとして構成してもよい。

【0023】

ＴＧ装置１０において熱分析中に発生した分析対象ガスは、図１及び図２に示すように、ガス分析装置１００に備えられた分岐部２０に供給される。分岐部２０は、ＴＧ装置１０からの分析対象ガスを一方の分析対象ガス（図４に太い実線で示す）と、他方の分析対象ガス（図４に太い破線で示す）とに分岐する。

【0024】

図２に、分岐部２０の構成の一例を示す。分岐部２０は、ＴＧ装置１０から供給された分析対象ガスを受け入れると共に所定の温度で加熱する加熱アダプタ２１と、分析対象ガスを質量分析部８０等に送るＳＵＳ細管２３を加熱する加熱トランスファーチューブ２４と、分析対象ガスを質量分析部８０側とトラップ部６０側とに分岐する三方ジョイント２５とを備えている。三方ジョイント２５で分岐された分析対象ガスは、キャピラリーチューブ２７経由で質量分析部８０側に送られると共に、更なるＳＵＳ細管２６経由でトラップ部６０側に送られる。

【0025】

加熱アダプタ２１は、ＴＧ装置１０からの分析対象ガスを所定温度で加熱する。加熱アダプタ２１における分析対象ガスの流入口２１ｂと対向する側には、分析対象ガスを三方ジョイント２５に送るＳＵＳ細管２３がフェラル２２によって取り付けられている。ＳＵＳ細管２３は加熱トランスファーチューブ２４によって覆われており、これによって、ＳＵＳ細管２３内を通る分析対象ガスを加熱することができる。加熱アダプタ２１には、図２に示すように排出口２１ａが設けられており、ＳＵＳ細管２３によって吸引されなかった分析対象ガスが排出口２１ａから排出される。

【0026】

ＳＵＳ細管２３の他端は、図２に示すように、三方ジョイント２５に連結されている。三方ジョイント２５に流入した分析対象ガスの一部は、キャピラリーチューブ２７を経由して１０ポートバルブ３０のポートａに供給される（図１参照）。また、三方ジョイント２５に流入した分析対象ガスの他の一部は、更なるＳＵＳ細管２６を経由して１０ポートバルブ３０のポートｅに供給される。１０ポートバルブ３０のポートｅ−ｆ、トラップ部６０及び１０ポートバルブ３０のポートｉ−ｊを接続し、その先に更にダイヤフラムポンプやロータリーポンプ等の吸引ポンプ（図示せず）を接続すると、分岐部２０からトラップ部６０への吸引がより積極的に行われるため望ましい。更には前記吸引ポンプと１０ポートバルブ３０のポートjとの間にニードルバルブ又はマスフローコントローラ(図示せず)を配置すると、トラップ部６０への吸引ガス量を制御でき、分析対象ガスのトラップ部６０への適切な量の導入が制御できるため更に望ましい。三方ジョイント２５はオーブン２８内に配置されており、分析対象ガスが分岐される際に凝縮しないような温度に設定されている。

【0027】

本実施形態では、上述のように、他方の分析対象ガスは更なるＳＵＳ細管２６を通してトラップ部６０に供給されている。他方の分析対象ガスは、吸引ポンプ、マスフローコントローラにより積極的に吸引制御されてトラップ部６０に供給されている。なお、ＳＵＳ細管２６に内径が大きい配管を用いると共に、吸引ポンプ及びマスフローコントローラを設けない構成としてもよい。また、質量分析部８０にキャピラリーチューブ２７経由で供給される一方の分析対象ガスは、上述のトラップ吸引経路とは独立に質量分析部８０により吸引される。そして、質量分析部８０及びトラップ部６０に吸引されなかった残りの分析対象ガス及びＴＧ装置１０からのキャリアガスは排出口２１ａから外部に排出される。このように、ＴＧ装置１０から排出される分析対象ガスは、質量分析経路、トラップ経路及び外部排出経路へと自然に分岐されるように構成されている。

【0028】

従って、ＴＧ装置１０内に導入されるキャリアガスは、種類、流量、ガス圧等を、分析対象ガスとは全く独立に設定することができる。従って、ＴＧ装置１０における熱分析は、ガス分析装置１００との接続を行わない場合と同じ条件で測定することが可能となる。

【0029】

更に、トラップ吸引経路に取り込まれる分析対象ガスは、マスフローコントローラ等によって流量制御することにより、分析対象ガスの希釈や増量を制御することができる。

【0030】

キャピラリーチューブ２７は、例えば内径０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度の毛細管であり、端部の圧力差によって、一方の分析対象ガスを移送可能である。本実施形態では、ＴＧ装置１０の加熱炉１４内が大気圧に近い圧力であるのに対し、質量分析部８０のイオン化装置は高真空とされているので、その圧力差によって、加熱炉１４からの一方の分析対象ガスを質量分析部８０に供給することができる。キャピラリーチューブ２７には、例えば、溶融石英キャピラリーチューブや内面不活性処理済みのＳＵＳキャピラリーチューブを用いることができる。なお、一方の分析対象ガスは、必ずしもキャピラリーチューブ２７のみによって質量分析部８０に送られる必要はなく、例えば図１に示すようにバルブ等を介して質量分析部８０と連結されていてもよい。

【0031】

ＳＵＳ細管２３及び更なるＳＵＳ細管２６は、例えば、外径が約１／１６インチ又は１／８インチのＳＵＳ製の配管である。しかし、この態様には限定されず、分析対象ガスの流量、成分等に応じて他の外径及び材質を適宜選択可能である。また、ＳＵＳ細管２３及び更なるＳＵＳ細管２６は、異なる外径又は内径を備えていてもよい。

【0032】

１０ポートバルブ３０は、図１に示すように１０個の入出力ポートａからｊを備えるバルブであり、制御部５０によって制御されて各ポートａからｊの間の連通／非連通の切り替えを行う。図１において、ポートａとポートｂ、ポートｃとポートｄ、ポートｅとポートｆ、ポートｇとポートｈ、ポートｉとポートｊを接続する実線は、三方ジョイント２５から送出される一方の分析対象ガスを質量分析部８０に供給して質量分析を行わせると共に、三方ジョイント２５から送出される他方の分析対象ガスをトラップ部６０に供給して保持させる、ダイレクトモードにおける１０ポートバルブ３０内の接続状態を示している。また、ポートｂとポートｃ、ポートｄとポートｅ、ポートｆとポートｇ、ポートｈとポートｉ、ポートｊとポートａを接続する破線は、ＴＧ装置１０による熱分析が終了した後に、トラップ部６０内に保持された他方の分析対象ガスをガスクロマトグラフ７０に供給してガスクロマトグラフィを行い、更にその後質量分析部８０において質量分析を行う、トラップモードにおける１０ポートバルブ３０内の接続状態を示している。制御部５０は、ＴＧ装置１０から情報を取得し、ＴＧ装置１０が熱分析をおこなっているか否かに応じて１０ポートバルブ３０の接続を切り替え制御する。

【0033】

制御部５０は、１０ポートバルブ３０、トラップ部６０、ガスクロマトグラフ７０及び質量分析部８０等の制御を行う。制御部５０は、マイクロコンピュータを有しており、入出力インターフェイス、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random-Access Memory)およびＲＯＭ(Read-Only Memory)等を備えている。ＣＰＵは、制御プログラムを実行することができる。ＲＡＭは、例えばプログラムの実行に必要な変数や演算結果を一時的に記憶することができる。ＲＯＭは、例えば制御プログラムを記憶することができる。

【0034】

トラップ部６０は、ＴＧ装置１０が熱分析を行っている間、三方ジョイント２５から更なるＳＵＳ細管２６を経由して送られてきた他方の分析対象ガスを保持する。三方ジョイント２５からの分析対象ガスは、マスフローコントローラ及びダイヤフラムポンプにより流量制御されてトラップ部６０に供給される。トラップ部６０は、供給された他方の分析対象ガスを液化窒素等により冷却して保持する。トラップ部６０は、また、ＴＧ装置１０が熱分析を終了したとき、保持したガスを瞬時に加熱してガスクロマトグラフ７０に送出するためのヒータを備えている。

【0035】

ガスクロマトグラフ７０は、トラップ部６０からキャリアガス（Ｈｅ）によって運ばれてきた他方の分析対象ガスを気化させるオーブンと、分析対象ガスを各化合物に分離するためのキャピラリーカラムと、分離された各化合物を検出する検出器を備えている。オーブンは、ガスクロマトグラフィを行う際、キャピラリーカラムを４０℃から３００℃まで概ね一定速度で温度上昇させる。

【0036】

質量分析部８０は、ダイレクトモードにおいて三方ジョイント２５から直接供給された一方の分析対象ガス、又はガスクロマトグラフィを行った後の他方の分析対象ガスの質量分析を行う。質量分析部８０は、供給された分析対象ガスをイオン化するイオン化装置と、電場を形成する電極と、イオン検知器とを備えている。

【0037】

次に、図１に示すガス分析装置１００を用いて、本実施形態に係るガス分析方法を実行する手順について図３から図５等を用いて説明する。

【0038】

まず、ガス分析装置１００の制御部５０は、ＴＧ装置１０と通信を行い、ＴＧ装置１０が熱分析（熱重量測定）を実行中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この判定は、例えば制御部５０がＴＧ装置１０とシリアル通信を行い、ＴＧ装置１０の現在の状態を取得することによって行う。制御部５０は、ステップＳ１０１において、ＴＧ装置１０から熱分析終了のトリガ信号を受け取るまでは、熱分析を実行中であると判断（ステップＳ１０１で「Ｙｅｓ」と判断）して、ダイレクトモードを継続させるようにしてもよい。

【0039】

制御部５０は、ステップＳ１０１においてＴＧ装置１０が熱分析を実行中であると判定すると（ステップＳ１０１で「Ｙｅｓ」の場合）、ダイレクトモードの状態を継続する制御を行う。制御部５０は、例えば、ＴＧ装置１０から熱分析終了のトリガ信号を受け取っていないとき、熱分析を実行中である（ステップＳ１０１で「Ｙｅｓ」）と判断する。制御部５０は、ＴＧ装置１０の加熱炉１４から排出された分析対象ガスを分岐部２０において分岐させる（ステップＳ１０３）。この分析対象ガスの分岐は、例えば、制御部５０がＴＧ装置１０にキャリアガスを供給して、ＴＧ装置１０からの分析対象ガスがガス分析装置１００側に流れるように制御することによって行うことができる。

【0040】

この分岐部２０における分析対象ガスの分岐は、図２に示すように、ＳＵＳ細管２３内を通って供給された分析対象ガスが、三方ジョイント２５によって、質量分析部８０に供給される流路と、トラップ部６０に供給される流路に分けられることによって実現されている。つまり、本実施形態では、供給される分析対象ガスは分岐部２０で常時分岐されて一方の分析対象ガスと他方の分析対象ガスとに分けられて排出されている。従って、ＴＧ装置１０からの発生ガスの流路を、熱分析中に質量分析部８０側とトラップ部６０側との間で切り替える必要がない。これらの点において、本実施形態に係るガス分析装置１００は、熱分析中に質量分析装置側とガストラップ装置側に交互に切り替えられてガスが不連続に供給される特許文献２とは構成が大きく異なっている。

【0041】

ダイレクトモードでは、１０ポートバルブ３０が図４に示す状態に設定されており、分岐部２０と質量分析部８０は、キャピラリーチューブ２７並びに１０ポートバルブ３０のポートａ及びポートｂを介して直結されるため、分岐された一方の分析対象ガスがダイレクトに質量分析部８０に導入され、質量分析が行われる（ステップＳ１０５）。図４には、一方の分析対象ガスの流れを太い実線で示す。なお、ＴＧ装置１０における熱分析と質量分析部８０における質量分析との同期は、装置同士で直接行わせるようにしてもよい。

【0042】

ダイレクトモードでは同時に、分岐部２０において分岐した分析対象ガスのうちの他方の分析対象ガスは、１０ポートバルブ３０のポートｅ，ｆを介してトラップ部６０で保持される（ステップＳ１０７）。また、制御部５０は、トラップ部６０に供給された他方の分析対象ガスを液化窒素で冷却する。図４には、他方の分析対象ガスの流れを太い破線で示している。

【0043】

なお、図３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０５の次にステップＳ１０７を実行するように記載されているが、ステップＳ１０３からステップＳ１０７は並行して実行させることが好ましい。特に、１０ポートバルブ３０の制御は、ステップＳ１０５とステップＳ１０７に必要な切り替えを同時に行うことが好ましい。

【0044】

更にダイレクトモードでは同時に、図４に示すように、ポートｇとポートｈを流体連結させ、ポートｈに流入させたＨｅガスをポートｇから流出させて、ＳＵＳ細管及びガスクロマトグラフ７０のインジェクションポート経由でキャピラリーカラムに導入する。

【0045】

ダイレクトモードでは、ＴＧ装置１０の熱分析測定が終了するまでは、ポートｃとポートｄ、並びにポートｉとポートｊをそれぞれ流体連結させる。これによって、トラップ部６０及びガスクロマトグラフ７０の一端が大気開放される。

【0046】

他方、制御部５０は、ステップＳ１０１においてＴＧ装置１０が熱分析を実行中ではないと判定すると（ステップＳ１０１で「Ｎｏ」の場合）、トラップモードにおける制御を行う。制御部５０は、例えば、ＴＧ装置１０から測定終了のトリガ信号を受け取ると、ステップＳ１０１において、ＴＧ装置１０が熱分析を実行中ではない（ステップＳ１０１で「Ｎｏ」）と判定する。制御部５０は、保持された他方の分析対象ガスに対してガスクロマトグラフィ質量分析（ＧＣ／ＭＳ）を実施する（ステップＳ１０９）。このステップＳ１０９の実行は、図５に示すように、制御部５０が１０ポートバルブ３０を制御し、ポートｆとポートｇ、ポートｈとポートｉを流体連結することにより行われる。このとき、制御部５０は、トラップ部６０内の保持されている他方の分析対象ガスをヒータで加熱する。これによって、ポートｈに流入したＨｅガスがポートｉから流出してトラップ部６０に供給されるため、トラップ部６０内の他方の分析対象ガスは、ヒータによって加熱されると共にＨｅガスによって移送され、ポートｆ及びポートｇを経由してガスクロマトグラフ７０のインジェクションポートに供給される。制御部５０は、同時にガスクロマトグラフ７０に測定開始のトリガ信号を出力して、ＧＣ／ＭＳを開始させる。

【0047】

また、ＧＣ／ＭＳを行うトラップモードでは、図５に示すように、１０ポートバルブ３０によって、ポートｂとポートｃが流体連結されるため、ガスクロマトグラフ７０と質量分析部８０が直結してＧＣ／ＭＳが実施される。図５には、他方の分析対象ガスの流れを太い破線で示している。

【0048】

ＧＣ／ＭＳを行うトラップモードでは、更にポートｄとポートｅ、並びにポートｊとポートａがそれぞれ流体連結される。これによって、分岐部２０からのキャピラリーチューブ２７及び更なるＳＵＳ細管２６の一端が大気開放される。

【0049】

このように、１０ポートバルブ３０を採用することによって、制御部５０は、１０ポートバルブ３０を１回切り替えるだけの簡単な制御によって、ダイレクトモードによる質量分析（ＭＳ）と、保持された分析対象ガスのＧＣ／ＭＳとを切り替えることができる。また、ダイレクトモードによる質量分析を行っている間に、ガスクロマトグラフ７０のキャピラリーカラムにキャリアガスとしてのＨｅガスを連続して供給することができる。従って、キャピラリーカラムの劣化を防ぐと共に、ダイレクトモードの後に行われるＧＣ／ＭＳの際にキャピラリーカラムの状態が安定しているので、すぐにＧＣ／ＭＳを開始することができる。

【0050】

本実施形態では、１０ポートバルブ３０を使用しているが、複数の４ポート，６ポート，又は８ポートバルブ等を組み合わせて、各ポートバルブを同時に切り替えることで同様なシステムが得られるのは明らかである。また、１２ポート以上のポートバルブにおける１０ポートのみを使用しても、同様のシステムが得られるのは言うまでもない。

【0051】

また、ダイレクトモードの終了（つまり、ＴＧ装置１０の熱分析測定の終了）をトリガとして、１０ポートバルブ３０の切り替え、トラップ部６０のヒータ制御、ＧＣ／ＭＳの開始、ＧＣ／ＭＳの終了、１０ポートバルブ３０の再切り替え（トラップモードからダイレクトモードへの再切り替え）、等を制御部５０によりシーケンシャルに制御することができる。従って、熱分析／ＭＳ／トラップ（ダイレクトモード）、及びＧＣ／ＭＳ（トラップモード）を一連の連続した自動測定として実現することができる。

【0052】

また、ＴＧ装置１０においてオートサンプラを採用することによって、複数の試料に対して上述の自動測定を実現することができる。

【0053】

制御部５０は、ステップＳ１０９の後、ガス分析を終了するか否かを判定し（ステップＳ１１１）、ガス分析を終了すべきであれば（ステップＳ１１１で「Ｙｅｓ」の場合）制御を終了する。他方、ガス分析を継続すべきであると判定すると（ステップＳ１１１で「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ１０１に戻って制御を継続する。

【0054】

なお、図２に示す分岐部２０の構成はこの態様には限定されず、例えば図６又は図７に示す構成を採用することもできる。

【0055】

図６は、分岐部２０の第１変形例である分岐部２０Ａを示している。第１変形例では、図２に示す分岐部２０と比較して、キャピラリーチューブ２７ＡのＴＧ装置１０側が、三方ジョイント２５内、ＳＵＳ細管２３内及び加熱アダプタ２１内を通り、更に加熱アダプタ２１の流入口２１ｂを越えてＴＧ装置１０の加熱炉１４内にまで延在している点において異なっている。すなわち、分岐部２０の第１変形例では、ダイレクトモードにおいて、質量分析部８０に供給される一方の分析対象ガスの流路と、トラップ部６０に供給される他方の分析対象ガスの流路とが、実質的にＴＧ装置１０の加熱炉１４内で分岐されている。このような構成によって、ダイレクトモードにおいて、ＴＧ装置１０から質量分析部８０への分析対象ガスの供給をより安定的に行うことができる。

【0056】

図７は、分岐部２０の第２変形例である分岐部２０Ｂを示している。第２変形例では、第１変形例と比較して、まず三方ジョイント２５を用いていない点において異なっている。そして、第１変形例と同様に一端が加熱炉１４内に配置されているキャピラリーチューブ２７Ｂは、ＳＵＳ細管２３とは異なる第２のフェラル２２によって加熱アダプタ２１に固定され、加熱トランスファーチューブ２４内におけるＳＵＳ細管２３とは異なる経路を通って質量分析部８０に直接分析対象ガスを供給している。すなわち、分岐部２０の第２変形例においても、ダイレクトモードにおいて、質量分析部８０に供給される一方の分析対象ガスの流路と、トラップ部６０に供給される他方の分析対象ガスの流路とが、実質的にＴＧ装置１０の加熱炉１４内で分岐されている。このような構成によって、他方の分析対象ガスの流れを妨げることなく、一方の分析対象ガスを直接質量分析部８０に安定的に供給することができる。

【0057】

なお、ここでいう「分析対象ガスを直接質量分析部８０に供給」とは、キャピラリーチューブの一端が質量分析部８０まで延びていることを意味するものではなく、一方の分析対象ガスがトラップ部６０で保持されたり、ガスクロマトグラフ７０において分析されることなく質量分析部８０に供給されることを意味するものである。

【0058】

以上述べたように、本実施形態は、熱分析装置（ＴＧ装置１０）から供給される分析対象ガスを分析するガス分析装置１００であって、分析対象ガスを分岐する分岐部２０と、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行う質量分析部８０と、分岐された他方の分析対象ガスを保持するトラップ部６０と、保持された他方の分析対象ガスを分析するガスクロマトグラフ７０と、一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスの流路を制御する制御部５０とを備え、分岐部２０は、熱分析装置による熱分析が行われている間、供給される該分析対象ガスを常時分岐して一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスを排出し、熱分析が終了すると、保持された他方の分析対象ガスがガスクロマトグラフ７０に供給されるように構成した。このような構成の採用によって、熱分析を行う間ＴＧ装置１０から供給される分析対象ガスは分岐部２０で常時連続的に分岐されて質量分析部８０側とトラップ部６０側に排出されるので、熱分析中に質量分析部８０側とトラップ部６０側との間で流路を切り替える必要がない。また、分析対象ガスが供給されている間は常に質量分析部８０側とトラップ部６０側に排出されるので、ダイレクトモードにおいて分析対象ガスが質量分析部８０に不連続に供給されることがない。従って、ダイレクトモードにおける質量分析の精度を高めることができる。

【0059】

また、本実施形態では、制御部５０は、熱分析が行われている間、分岐部２０を通過した一方の分析対象ガスが質量分析部８０に供給され、分岐部２０を通過した他方の分析対象ガスがトラップ部６０に供給され、キャリアガスがガスクロマトグラフ７０に供給されるように制御し、熱分析が終了すると、トラップ部６０内の他方の分析対象ガスがガスクロマトグラフ７０及び質量分析部８０に供給されるように制御するように構成した。このような構成の採用によって、ダイレクトモードによる質量分析を行っている間に、ガスクロマトグラフ７０のキャピラリーカラムにキャリアガスとしてのＨｅガスを連続して供給することができる。従って、キャピラリーカラムの劣化を防ぐと共に、ダイレクトモードの後に行われるＧＣ／ＭＳの際にキャピラリーカラムの状態が安定しているので、すぐにＧＣ／ＭＳを開始することができる。

【0060】

また、本実施形態では、制御部５０による、一方の分析対象ガス及び他方の分析対象ガスの流路制御は、制御部５０が１０ポートバルブ３０を制御することによって実行されるように構成した。このような構成の採用によって、制御部５０は、１０ポートバルブ３０を１回切り替えるだけの簡単な制御によって、ダイレクトモードによる質量分析と、保持された分析対象ガスのＧＣ／ＭＳ（トラップモード）とを切り替えることができる。

【0061】

また、本実施形態では、分析対象ガスは、熱分析装置（ＴＧ装置１０）内で分岐されるように構成した。このような構成の採用によって、ダイレクトモードにおいて、ＴＧ装置１０から質量分析部８０への分析対象ガスの供給をより安定的に行うことができる。

【0062】

また、本実施形態に係るガス分析方法は、熱分析装置（ＴＧ装置１０）から供給される分析対象ガスを分析するガス分析方法であって、熱分析装置による熱分析が行われている間、熱分析装置から供給される分析対象ガスを常時分岐するステップと、熱分析が行われている間、分岐された一方の分析対象ガスの質量分析を行うステップと、熱分析が行われている間、分岐された他方の分析対象ガスを保持するステップと、熱分析が終了した後、保持された他方の分析対象ガスに対してガスクロマトグラフィ及び質量分析を行うステップとを含むように構成した。このような構成の採用によって、ＴＧ装置１０から供給される分析対象ガスは分岐部２０で常時連続的に分岐されて質量分析部８０側とトラップ部６０側に排出されるので、熱分析中に質量分析部８０側とトラップ部６０側との間で流路を切り替える必要がない。また、分析対象ガスが供給されている間は常に質量分析部８０側とトラップ部６０側に排出されるので、ダイレクトモードにおいて分析対象ガスが質量分析部８０に不連続に供給されることがない。従って、ダイレクトモードにおける質量分析の精度を高めることができる。

【0063】

本開示を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0064】

例えば、本実施形態では、熱分析装置としてＴＧを用いるように構成したが、この態様には限定されない。熱分析装置として、ＤＳＣ，ＤＴＡ，及び各種ＳＴＡを用いるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１０ ＴＧ装置
１１，１２ 試料容器
１４ 加熱炉
１５ ヒータ
１６ 排気口
２０，２０Ａ，２０Ｂ 分岐部
２１ 加熱アダプタ
２１ａ 排出口
２１ｂ 流入口
２２ フェラル
２３ ＳＵＳ細管
２４ 加熱トランスファーチューブ
２５ 三方ジョイント
２６ 更なるＳＵＳ細管
２７，２７Ａ，２７Ｂ キャピラリーチューブ
２８ オーブン
３０ バルブ
５０ 制御部
６０ トラップ部
７０ ガスクロマトグラフ
８０ 質量分析部
１００ ガス分析装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】