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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-21
(54)【発明の名称】ガスクロマトグラフィーシステム
(51)【国際特許分類】
G01N 30/46 20060101AFI20240514BHJP
G01N 30/26 20060101ALI20240514BHJP
G01N 30/88 20060101ALI20240514BHJP
G01N 30/64 20060101ALI20240514BHJP
【ＦＩ】
G01N30/46 A
G01N30/26 M
G01N30/26 A
G01N30/88 G
G01N30/64 F
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023569972
(86)(22)【出願日】2022-04-06
(85)【翻訳文提出日】2023-11-10
(86)【国際出願番号】 US2022023704
(87)【国際公開番号】W WO2022245440
(87)【国際公開日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】63/189,525
(32)【優先日】2021-05-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】399117121
【氏名又は名称】アジレント・テクノロジーズ・インク
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100180231
【弁理士】
【氏名又は名称】水島 亜希子
(72)【発明者】
【氏名】フー，ミンハオ
(72)【発明者】
【氏名】リー，ワン
(72)【発明者】
【氏名】シュイー，リー
(72)【発明者】
【氏名】プー，ティンティン
(72)【発明者】
【氏名】タオ，チエン
(57)【要約】
本発明は、マトリックスから分析物を分離するためのガスクロマトグラフィー（ＧＣ）システムであって、ＧＣシステム入口と、第１の弁を通じてＧＣシステム入口に流体的に接続された第１のカラムと、第２の弁を通じて第１のカラムに流体的に接続された第２のカラムと、第２の弁を通じて第１のカラムに流体的に接続された第３のカラムと、第３の弁を通じて第３のカラムに流体的に接続された第４のカラムと、第４の弁を通じて第４のカラムおよび第２のカラムの両方に流体的に接続されたＧＣシステム出口とを備えるＧＣシステムを開示する。さらに本発明は、ＧＣシステムを使用することによりガスマトリックスからおよびＣＯ２から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯ２のうちの１種または複数種を含む分析物部分を含む様々な分析物を分離する方法も開示する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マトリックスから分析物を分離するためのガスクロマトグラフィー（ＧＣ）システムであって、ＧＣシステム入口と、
第１の弁を通じて前記ＧＣシステム入口に流体的に接続された第１のカラムであり、ガスマトリックスからおよびＣＯ２から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を分離することができる第１のカラムと、
第２の弁を通じて前記第１のカラムに流体的に接続された第２のカラムであり、前記ガスマトリックスからＣＯ２を分離することができる第２のカラムと、
前記第２の弁を通じて前記第１のカラムに流体的に接続された第３のカラムであり、前記ガスマトリックスからおよび１種または複数種の前記分析物の別の分析物から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯからなる群から選択される１種または複数種の分析物を分離することができる第３のカラムと、
第３の弁を通じて前記第３のカラムに流体的に接続された第４のカラムであり、前記ガスマトリックスから、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種をさらに分離することができる第４のカラムと、
第４の弁を通じて前記第４のカラムおよび前記第２のカラムの両方に流体的に接続されたＧＣシステム出口と
を備え、前記第１の弁が、１０個以上のポートを備え、かつ２つ以上のポジションを有し、１つのポジションにおいて、前記第１の弁が、サンプルインレットとサンプルループの間の流路を形成し、別のポジションにおいて、前記第１の弁が、前記サンプルループと前記第１のカラムの間の流路を形成し、
前記第２の弁が、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、前記第２の弁が、前記第１のカラムと前記第２のカラムの間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、前記第２の弁が、前記第１のカラムと前記第３のカラムの間の流体的接続を形成し、
前記第３の弁が、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、前記第３の弁が、前記第３のカラムと前記第４のカラムの間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、前記第３の弁が、前記第３のカラムとベントの間の流体的接続を形成し、
前記第４の弁が、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、前記第３の弁が、前記第２のカラムと前記ＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、それが、前記第４のカラムと前記ＧＣシステム出口の間の流体接続を形成する、ＧＣシステム。
【請求項2】
前記第２の弁、前記第３の弁および前記第４の弁のそれぞれが、６個以上のポートを備える、請求項１に記載のＧＣシステム。
【請求項3】
前記第１のカラムおよび前記第４のカラムのうちの一方または両方が、ポリスチレン－ジビニルベンゼン相を有する多孔質層開管（ＰＬＯＴ）カラムである、請求項１に記載のＧＣシステム。
【請求項4】
前記第２のカラムおよび前記第３のカラムのうちの一方または両方が分子ふるいカラムである、請求項１に記載のＧＣシステム。
【請求項5】
前記第１のカラムが、２つの端部を有し、前記第１の弁ポートのうちの１つが、前記ＧＣシステム入口に流体的に接続されており、
前記第１の弁ポートのうちの２つが、前記第１のカラムの端部に流体的に接続されており、
１つのポジションにおいて、前記第１の弁が、前記第１のカラムと前記第２の弁の間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、前記第１の弁が、前記第１のカラムとベントの間の流体接続を形成する、請求項１に記載のＧＣシステム。
【請求項6】
前記第１の弁を前記第２の弁に直接接続する導管をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項7】
そのインレットおよびアウトレットが前記第２の弁の別々のポートに取り付けられている導管と、そのインレットおよびアウトレットが前記第３の弁の別々のポートに取り付けられている導管と、
そのインレットおよびアウトレットが前記第４の弁の別々のポートに取り付けられている導管と
のうちの１つまたは複数をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項8】
前記第１の弁および／または前記第３の弁および／または前記第４の弁が、可変または固定リストリクタを備えるベントに接続されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項9】
前記第１、第２、第３および第４の弁のそれぞれがダイヤフラム弁である、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項10】
前記第１のカラム、前記第２のカラム、前記第３のカラム、および前記第４のカラムが、オーブンに収納されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項11】
前記弁が、パージ室に収納されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項12】
前記第１の弁の２つ以上のポートに流体的に接続された１つまたは複数のキャリアガス源をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項13】
前記第２の弁に流体的に接続されたキャリアガス源と、前記第３の弁に流体的に接続されたキャリアガス源とをさらに備え、前記第１、第２および第３の弁について、前記キャリアガス源が同じかまたは異なる、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項14】
キャリアガスを精製するように、前記キャリアガス源と前記第１、第２または第３の弁の間に、１つまたは複数のゲッタをさらに備える、請求項１３に記載のＧＣシステム。
【請求項15】
前記第１、第２、第３および第４の弁のそれぞれと信号通信しているコントローラをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステム。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか１項に記載のガスクロマトグラフィーシステムと、検出器入口を有する検出器と
を備え、前記ＧＣシステム出口が、前記検出器入口に流体的に接続されている、ガス分析計システム。
【請求項17】
前記検出器がパルス放電ヘリウムイオン化検出器（ＰＤＨＩＤ）である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステムを動作させる方法であって、前記第１の弁が、前記第１の弁インレットをサンプルループに流体的に接続するポジションにある状態で、ガスサンプルを前記第１の弁の第１の弁インレットに流入させる工程と、
前記サンプルループおよび前記第１のカラムを流体的に接続するために前記第１の弁を切り替える工程と、
前記第１のカラム内で前記ガスサンプルをマトリックス部分、分析物部分およびＣＯ２部分へと分離する工程であり、前記分析物部分が、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を含む、工程と
を含む方法。
【請求項19】
前記第１のカラムと前記第３のカラムの間の流体的接続を形成するために前記第２の弁をポジショニングする工程と、前記分析物部分を前記第３のカラムに流す工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第３のカラムと前記第４のカラムの間の流体的接続を形成するために前記第３の弁をポジショニングする工程と、前記分析物部分を前記第４のカラムに流す工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記第３のカラムとベントの間の流体的接続を形成するために前記第３の弁をポジショニングする工程と、前記第３のカラムから溶出するガスマトリックスを前記ベントから排出する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項22】
前記第４のカラムとベントの間の流体的接続を形成するために前記第４の弁をポジショニングする工程と、前記第４のカラムから溶出するガスマトリックスを前記ベントから排出する工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項23】
前記第４のカラムと前記ＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成するために前記第４の弁をポジショニングする工程と、前記分析物部分を前記ＧＣシステム出口に流す工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項24】
前記第１のカラムと前記第２のカラムの間の流体的接続を形成するために前記第２の弁を切り替える工程と、前記ＣＯ２部分を前記第２のカラムに流す工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項25】
前記第２のカラムと前記ＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成するために前記第４の弁をポジショニングする工程と、前記ＣＯ２部分を前記ＧＣシステム出口に流す工程とをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
遮断弁を通過することなく、ＣＯ２を前記第２のカラムに、および前記ＧＣシステム出口に移す工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項27】
Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種が、前記第２のカラムをバイパスし、かつ前記第３のカラムおよび前記第４のカラムに移る、請求項１８に記載の方法。
【請求項28】
より重いアルカンが、前記第２のカラムに移ることなく前記第１のカラムからバックフラッシュされ排出されるような、前記第１のカラムとベントの間の流体的接続を形成するように、前記第１の弁が構成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項29】
高純度水素ガスを汚染物質に関して分析する方法であって、前記水素ガスのサンプルを請求項１から５のいずれか１項に記載のＧＣシステムの前記ＧＣシステム入口へと流す工程と、
前記サンプルを検出器に移す前に、前記サンプルからの前記水素の少なくとも一部を排出する工程と
を含む方法。
【請求項30】
前記サンプルを前記第１のカラムに通過させ、前記サンプルの水素、汚染物質およびＣＯ２部分を溶出する工程であり、前記水素および汚染物質部分が、前記サンプルのＣＯ２部分の前に溶出する、工程と、前記サンプルの前記汚染物質部分を前記第３のカラムに移す工程と
をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記ＣＯ２部分が、遮断弁を通過することなく検出器に流れる、請求項２９に記載の方法。
【請求項32】
前記サンプルの前記ＣＯ２部分が、前記サンプルの前記汚染物質部分の前に前記検出器により分析される、請求項２９に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年５月１７日に出願された米国特許出願第６３／１８９，５２５号に基づく優先権および利益を主張するものであり、その内容は、全体がここに引用することにより本明細書の記載の一部をなすものとする。
本出願は、２０２１年５月１７日に出願された米国特許出願第６３／１８９，５２５号に基づく優先権および利益を主張するものであり、その内容は、全体がここに引用することにより本明細書の記載の一部をなすものとする。
【0002】
本開示は概して、超高検出能力を有するガスクロマトグラフィーシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
ガスクロマトグラフ（ＧＣ）は、サンプル内の分析物を分離し、分析物の相対量および／または同一性を示す信号を生成することにより、サンプル（気相中に存在するサンプルまたは気化することができるサンプルを含む）を分析することができる。既知かつ／または再現可能な体積のサンプルが流路内に注入または挿入され、サンプルは、１本または複数本のＧＣカラムを通じて運ばれ、カラムは、典型的には加熱され、分析物を分離する固定相を含む。分離された分析物は、サンプル中の分析物の相対量および／または同一性を示す信号を生成する検出器に出る。キャリアガスは、ＧＣ流路を通じてサンプルを移動させる。ガスクロマトグラフィーにおいて使用される典型的なキャリアガスとしては、ヘリウム、水素、窒素、ならびにアルゴンおよびメタンの混合物が挙げられる。
【0004】
一部のガスサンプルは、分析に十分な分析物の分離を達成するために複数本のカラムによるクロマトグラフィー分離を必要とする。２本、３本またはそれ以上のクロマトグラフィー分離カラムを有する、多次元クロマトグラフィー分離スキームを使用するガスクロマトグラフィーシステムが利用可能である。多次元クロマトグラフィーカラム間のガス流路接続は、様々な切替弁および導管スキームにより導くことができる。
【発明の概要】
【0005】
本発明の一態様として、ガスクロマトグラフィーシステムが提供される。別の態様として、ガスマトリックスからおよびＣＯ２から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を含む分析物部分を含む様々な分析物を分離する、新規な方法が提供される。
【0006】
本デバイスおよび方法のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1B】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1C】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1D】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1E】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1F】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1G】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1H】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1I】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図1J】動作の様々な時間における本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態を示す図である。
【図2】本ガスクロマトグラフィーシステムの一実施形態の動作による結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
添付図面において、装置内の利用可能な様々な流路を示すために様々なパターンの点線および破線が一般的に使用されている。点線および破線は、実線と比較して異なる構造を必ずしも表さないことが認識されるべきである。
【0009】
図面中の機構は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。本教示は、添付図面と併せて読むと、以下の詳細な説明から最も良く理解される。
【0010】
本開示は、１０ｐｐｂ（十億分率）未満の不純物の検出能力、高い制御精度およびシステム安定性を有する、高純度水素ガスなどの様々な高純度ガスを分析するためのＧＣシステムを提供する。本技術により解決または緩和される一部の問題には、遮断弁に起因する汚染およびピーク拡大のリスク；あるタイプのガスサンプルに限定された用途；手動調整によって引き起こされるシステム安定性および精度に対するリスク；ＧＣカラムメンテナンスにおける不便；ある分析物が、それらの分離に寄与しないカラムを流通することを必要とすることによるピーク拡大；分析物のピークとの純粋なガスマトリックスの干渉が含まれる。本技術のいくつかの実施形態の利点として、汚染およびピーク拡大のリスクを低減するために遮断弁を有さない弁システム；様々なタイプのガスサンプルのための１つのＧＣシステムにおける多用途分析能力；ＧＣシステム精度および安定性を確保するための高精度空気制御；メンテナンスに、およびメンテナンス後のパージングに必要なより少ない時間；分析物の分離に最も適切なカラム内にそれらを送るためのカラム切替（またはハートカッティング）；分析物ピークとの干渉を低減するための純粋なガスマトリックスの排出が挙げられる。
【0011】
本開示に鑑みて、システムおよび方法は本教示にしたがって実施することができることに留意されたい。さらに、様々な構成要素、材料、構造体、ステップおよびパラメータは、単に説明および例として含まれ、いかなる限定的な意味でも含まれない。本開示に鑑みて、本教示は、他の用途において実施することができ、これらの用途を実施するための構成要素、構造体、ステップおよび設備は、添付の特許請求の範囲内に留まりながら決定することができる。
【0012】
図１Ａ～１Ｊは、本ガスクロマトグラフィーシステム１００の一実施形態を示す。以下でより詳しく説明するように、ＧＣシステムは、ＧＣシステム入口１０１と、第１の弁１２０を通じてＧＣシステム入口に流体的に接続された第１のカラム１１０と、第２の弁１５０を通じて第１のカラム１１０に流体的に接続された第２のカラム１４０と、第２の弁１５０を通じて第１のカラム１１０に流体的に接続された第３のカラム１６０と、第３の弁１７０を通じて第３のカラム１６０に流体的に接続された第４のカラム１８０と、第４の弁１９０を通じて第４のカラム１８０および第２のカラム１４０の両方に流体的に接続されたＧＣシステム出口１９８とを備える。第１のカラム１１０は、Ｈ２などのガスマトリックスからおよびＣＯ２から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を分離することができる。分析物からのガスマトリックスのカラム分離は、分析物からガスマトリックスを部分的に分離することを含んでよいことに留意されたい。一部のガスマトリックスは依然として分析物と同時に溶出することがあるが、それは、カラムが分析物から部分ガスマトリックスを分離しなかった場合よりもはるかに少なくなる。第２のカラム１４０は、ＣＯ２からＨ２（または他のガスマトリックス）を分離することができる。第３のカラム１６０は、ガスマトリックスからおよび前記１種または複数種の分析物の別の分析物から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯからなる群から選択される１種または複数種の分析物を分離することができる。いくつかの実施形態において、第３のカラムは、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯから選択される前記１種または複数種の分析物のそれぞれを他の選択された分析物のそれぞれから分離することができる。第４のカラム１８０は、ガスマトリックスから、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種をさらに分離することができる。いくつかの実施形態において、第４のカラム内で分離された１種または複数種の分析物（Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４および／またはＣＯなど）にはガスマトリックスが実質的にない。この文脈において、マトリックスの量が分析物の検出または定量化を実質的に妨害しないとき、分析物にはガスマトリックスが実質的にない。前述のカラムは、他の分離が可能であってよく、言い換えれば、分離能力は、記載される成分に限定されない。例えば、第１のカラム１１０は、Ｈ２、ＣＨ４およびＣＯ２のうちの１種または複数種からより重いアルカンを分離することができてもよい。
【0013】
第１の弁１２０、第２の弁１５０、第３の弁１７０および第４の弁１９０は、任意の適したタイプまたは設計であり得る。図１Ａ～１Ｊに示されるように、第１の弁１２０は、ポート１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３０を有する１０ポート弁である。ポート１２１は、それがＧＣシステム入口１０１に流体的に接続されているので、第１の弁インレットとして構成される。ポート１２２は、サンプルアウトレット１０３に流体的に接続された弁アウトレットである。ポート１２３および１３０は、サンプルループ１０２のループ端部に接続されており、ポート１２４および１２７は、キャリアガス源１３４、１３３に接続されており、ポート１２５および１２９は、第１のカラム１１０のカラム端部に接続されており、ポート１２６は、第２の弁１５０への導管１３２に接続されており、ポート１２８は、ベント１３５に接続されている。第２の弁１５０は、ポート１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６を有する６ポート弁である。ポート１５１は、キャリアガス供給１６１に接続されており、ポート１５２および１５６は、導管１６２の端部に接続されており、ポート１５３は、第３のカラム１６０の入口に接続されており、ポート１５４は、第１の弁１２０からの導管１３２に接続されており、ポート１５５は、第２のカラム１４０の入口に接続されている。第３の弁１７０は、ポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６を有する６ポート弁である。ポート１７１は、導管１８３を介してキャリアガス源１８１に接続されており、ポート１７２および１７６は、導管１８２の端部に接続されており、ポート１７３は、第４のカラム１８０の入口に接続されており、ポート１７４は、第３のカラム１６０のアウトレットに接続されており、ポート１７５は、ベント１８４に接続されている。第４の弁１９０は、ポート１９１、１９２、１９３、１９４、１９５、１９６を有する６ポート弁である。いくつかの実施形態において、第４の弁は、時計回りに番号が付けられた部品１～６を有する６ポート弁であり（図１Ａ～１Ｊの部品１９１～１９６により示される通り）、ポート１９１は、ベント１８８に接続されており、ポート１９２は、第２のカラム１４０のアウトレットに接続されており、ポート１９３は、ＧＣシステム出口１９８に接続されており、それは、検出器１９９に通じており、ポート１９４および１９６は、導管１８９に接続されており、ポート１９５は、第４のカラム１８０のアウトレットに接続されている通り、ポートは、特定の要素に接続されている。
【0014】
以下に記載されるＧＣシステム１００の例示的な動作において、サンプルは、空気および一酸化炭素（空気＋ＣＯ）、より軽いアルカン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）、およびエタンまたはプロパンなどのより重いアルカン（Ｃ２＋）などの汚染物質を含む高純度水素（Ｈ２）サンプルである。ＧＣシステムは、高純度水素ガスをそれらの汚染物質の一部またはすべてに関して分析するために使用され、それらは、検出器により分析物として同定される。したがって本ＧＣシステムは、水素ガスまたは他の高純度ガスなどのガスマトリックス中の少量の汚染物質を検出することができる。もちろん、本ＧＣシステムは、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、メタン、二酸化炭素およびネオンガスなどの他のタイプのガスサンプルに使用することができることを理解される。異なるタイプの高純度ガス（例えば、高純度Ｈ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯ２またはＮｅ）が、異なるタイプの汚染物質を有してよい。ガスマトリックスのタイプを変更するとき、本ＧＣシステムのハードウェアの修正は必要ではなく、ＧＣ法の修正のみが必要になる。サンプル源は、圧縮ガスのタンクまたは他の容器（例えばガス流またはサンプルバイアル）から供給することができる。カラムを通じたガスの流れは、一定圧力または一定流量モードで制御されてよい。図１Ａは、サンプルループをサンプルで充填する状態のシステムに対するステップ１における動作を示す。多くのガスクロマトグラフにおいて、サンプルループはガスサンプルで充填され、次いで、サンプルループからガスサンプルをＧＣカラム内に負荷するために流体的接続が切り替えられる。
【0015】
図１Ａにおいて、弁１２０、１５０、１７０、１９０のすべてが、それらのＯＦＦポジションにある。サンプルループ１０２の体積がサンプルで充填されるまで加圧ガスサンプルをサンプルループ１０２に流通させることにより、サンプルはサンプルループ１０２内に負荷される。第１の弁１２０は、複数の弁インレット（例えば、弁インレット１２１、１２４、１２７）および少なくとも１つの弁アウトレット１２６を備える。図１Ａにおいて、サンプルは、ＧＣサンプル入口１０１を通じて入り、ポート１３０を通じてサンプルループ１０２に移る。ＯＦＦポジションにおいて、第１の弁１２０は、サンプルアウトレット１０３への流路を形成する。サンプルループ１０２は、任意選択であり、かつＧＣシステム１００の外にあってよく、いくつかの実施形態におけるように、サンプル入口がカラム１１０に直接接続される。図１Ａ～１Ｊは、キャリアガス導管１３１、第１の弁出口導管１３２、およびキャリアガス源１３３も示す。
【0016】
図１Ｂは、サンプルを第１のカラム１１０に注入することを望むときのステップ２におけるガスクロマトグラフィーシステムの動作を示す。サンプルループが充填された後、ＧＣカラム流路に沿ってサンプルループを配置するために、第１の弁１２０は、そのＯＮポジションに切り替えられ、キャリアガス源１３４からのキャリアガスは、サンプルループに含まれるサンプルを分析のためのＧＣカラム１１０へと押す。サンプルの成分は、カラム１１０からＨ２、空気＋ＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２、およびＣ２＋の順序で溶出する。Ｈ２がガスマトリックスであるため、その濃度が非常に高いので、それが比較的長時間尾を引くことになり、それは、ベースライン信号が増加する原因となることにより他の成分分析に影響することになる。本ＧＣシステムは、他のステップおよび特徴の中でも、パージング、ヒートカッティング、カラム選択によりマトリックス効果を低減または排除する。
【0017】
図１Ｃは、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯおよびＣＨ４を第３のカラム１６０に移すことを望むときのステップ３における動作を示す。第１および第２の弁１２０、１５０は、それらのＯＮポジションにあり、第３および第４の弁１７０、１９０は、それらのＯＦＦポジションに残る。分析物は、カラム１１０からＨ２、空気＋ＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｃ２＋の順序で溶出し続ける。ＣＯ２が第１のカラム１１０から溶出する前に、Ｈ２、空気＋ＣＯ、およびＣＨ４を第３のカラム１６０内に送るために、第２の弁１５０は、そのＯＮポジションに切り替えられる。
【0018】
図１Ｄは、ＣＯ２を第２のカラム１４０に移すことが望まれるときのステップ４における動作を示す。Ｈ２、空気＋ＣＯ、ＣＨ４を第３のカラム１６０内に送った後、第１の弁１２０はＯＮのままであるが、第２の弁１５０は、そのＯＦＦポジションに切り替えられ、ここで第１のカラム１１０および第２のカラム１４０が流体的に接続される。第２のカラム１４０において、Ｈ２マトリックス効果を低減または排除するために、ＣＯ２が第４の弁１９０に移る前にサンプルのマトリックス残留物（Ｈ２）からさらに分離される。第４の弁１９０から、ＣＯ２サンプル部分が検出のための検出器１９９に流されることになる。
【0019】
本明細書に記載されるＧＣシステムの利益は、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯおよびＣＨ４のうちの１種または複数種を含む分析物部分を、それらの汚染物質を第２のカラムに流通させることなく第３のカラムに送るために第２の弁を使用すること、およびＣＯ２部分を、ＣＯ２を第３のカラムに流通させることなく第２のカラムに送るために第２の弁を使用することである。これは、それらの分析物の分離に実質的に寄与しないカラムを分析物が流通することを不要とすることによりピーク形状を改善する（バンドの広がりを縮小することによるなど）。加えて、第２の弁が分析物を適切な分離カラムに切り替えるようにすることにより、本ＧＣシステムは、サンプルの部分を遮断弁内に蓄積するのではなく、システムを通じたサンプルの連続流を維持することができる。そのような遮断弁を排除することは、既知のＧＣシステムと比較して改善されたピーク形状にも寄与する。
【0020】
図１Ｅは、第１のカラム１１０からＣ２＋などの重い汚染物質をバックフラッシュすることを望む場合のステップ５における動作を示す。これは、これらの分析物を定量化または同定することが望まれない場合にシステム汚染を低減すること、および分析時間を短縮することによりシステム性能を改善する。第１の弁１２０は、そのＯＦＦポジションに切り替えられ、このポジションにあるけれども、流体が第１の弁１２０のあるポートを通じて流される。とりわけ、ＯＦＦポジションにおいて、サンプルがサンプルループ１０２から第１のカラム１１０に流れることも、第１の弁１２０から第２の弁１５０に流れることも許容されない。しかし、Ｃ２＋などのより重い汚染物質を第１のカラム１１０から、そしてベント１３５の外へバックフラッシュするために、ＯＦＦポジションにおいて、第１の弁ポート１２４は、キャリアガス源１３４からのキャリアガスを受け入れる。キャリアガス源１３３からのキャリアガスは、弁ポート１２７に流入し、導管１３２を通じて第２の弁１５０の弁ポート１５４に流入して、カラム１４０を通じて分析物を移動させ続ける。第２の弁１５０は、そのＯＦＦポジションに切り替えられ、このポジションにあるけれども、流体が第２の弁１５０のあるポートを通じて流される。とりわけ、ＯＦＦポジションにおいて、キャリアガスは、キャリアガス源１６１から第２の弁インレット１５１に流入し、第２の弁ポート１５６、１５２、１５３を通じてカラム１６０に流れる。成分は、第３のカラム１６０からＨ２、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯの順序で溶出し（汚染物質の溶出時間超を含む比較的長時間、Ｈ２マトリックスが尾を引くが）、このカラム１６０も、ＡｒおよびＯ２を分離する能力を有する。システム１００において、第３のカラム１６０は、第３の弁１７０に流体的に接続されており、それは、第３の弁アウトレット１７５へ、そしてベント１８４へ外へのキャリアガスおよびマトリックス（この例ではＨ２）の流れを許容するが、そのＯＦＦポジションにある。このように、Ｈ２マトリックスは、第３のカラム１６０から、そしてベント１８４を介してシステム１００からパージされる。
【0021】
図１Ｆは、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯをカラム１８０に流すことが望まれる場合のステップ６における動作を示す。第１の弁１２０および第２の弁１５０は、それらのＯＦＦポジションにある。大部分のＨ２マトリックスがベント１８４を介してパージされた後かつＡｒがカラム１６０から溶出される前に、第３の弁１７０は、そのＯＮポジションに切り替えられる。そのＯＮポジションにおいて、第３の弁１７０は、サンプルがシステム内の次の分離カラムに流れるのを可能にし、それは第４のカラム１８０である。第３の弁１７０は、第３の弁インレット１７４から第３の弁アウトレット１７３への流路を形成し、それは、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯおよび可能性として他の分析物を含むサンプル部分がカラム１８０に流入するように、第４のカラム１８０に流体的に接続されている。
【0022】
図１Ｇは、ステップ７における動作を示す。システムの弁１２０、１５０、１７０、１９０のすべてが、それらのＯＦＦポジションにある。ステップ７の間、Ｈ２マトリックス残留物がベント１８４を介してさらにパージされる間にＡｒおよびＯ２のみがカラム１８０内に送られる。このように、分析物Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯを失うことなく、カラム１８０に導入されるＨ２マトリックスの量が低減される。システム１００において、第４の弁１９０および様々な導管が、ポート１９５、１９４、１９６および１９１を通るベント１８８への流路を形成する。
【0023】
図１Ｈは、ＣＯ２が検出器１９９により検出され、かつ残っている分析物をカラム１８０から検出器１９９に移すことを望んだ後のステップ８における動作を示す。第１、第２および第３の弁１２０、１５０、１７０は、それらのＯＦＦポジションにある。検出のために、減量したＨ２マトリックスを分析物ＡｒおよびＯ２と共に送るためにカラム１８０が検出器１９９と流体的に接続されるように、第４の弁１９０は、ＣＯ２が検出器１９９（例えばＰＤＨＩＤ）により検出された後にそのＯＮポジションに切り替えられる。この状態において、キャリアガスは、カラム１１０からＣ２＋をバックフラッシュし続け、キャリアガスは、Ｈ２マトリックスをカラム１６０から、そしてポート１７５およびベント１８４を介して外へパージし続ける。
【0024】
図１Ｉは、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯなどの分析物がカラム１６０からカラム１８０に、そして検出器１９９に流れるときのステップ９における動作を示す。第１および第２の弁１２０、１５０は、それらのＯＦＦポジションにある。第３および第４の弁１７０、１９０は、それらのＯＮポジションにある。この状態において、Ｎ２、ＣＨ４、およびＣＯをカラム１８０に送るために、カラム１６０は、カラム１８０と流体的に接続されており、検出器１９９がＡｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯを検出するように、カラム１８０は、それと流体的に接続されている。
【0025】
図１Ｊは、サンプル分析物が検出器に移された後のステップ１０における動作を示す。サンプルの分析物の分析は完了しており、第１、第２、第３および第４の弁１２０、１５０、１７０、１９０は、それらのＯＦＦポジションにある。
【0026】
いくつかの実施形態において、ＧＣシステムは、本明細書に示される通りの特定の接続を含み得るが、前述の説明は、すべての実施形態における特定のポートへの様々な要素の接続を限定するものではない。いくつかの実施形態において、第１の弁は、時計回りに番号が付けられたポート１～１０を有する１０ポート弁であり（図１Ａ～１Ｊのポート１２１～１３０により示される通り）、ポート１は、ＧＣシステム入口に接続されており、ポート２は、サンプルアウトレットに接続されており、ポート３および１０は、サンプルループのループ端部に接続されており、ポート４および７は、キャリアガス源に接続されており、ポート５および９は、第１のカラムのカラム端部に接続されており、ポート６は、第２の弁への導管に接続されており、ポート８は、ベントに接続されている通り、ポートは、特定の要素に接続されている。いくつかの実施形態において、第２の弁は、時計回りに番号が付けられたポート１～６を有する６ポート弁であり（図１Ａ～１Ｊのポート１５１～１５６により示される通り）、ポート１は、キャリアガス供給に接続されており、ポート２および６は、導管の端部に接続されており、ポート３は、第３のカラムの入口に接続されており、ポート４は、第１の弁からの導管に接続されており、ポート５は、第２のカラムの入口に接続されている通り、ポートは、特定の要素に接続されている。いくつかの実施形態において、第３の弁は、時計回りに番号が付けられたポート１～６を有する６ポート弁であり（図１Ａ～１Ｊのポート１７１～１７６により示される通り）、ポート１は、キャリアガス源に接続されており、ポート２および６は、導管の端部に接続されており、ポート３は、第４のカラムの入口に接続されており、ポート４は、第３のカラムのアウトレットに接続されており、ポート５は、ベントに接続されている通り、ポートは、特定の要素に接続されている。いくつかの実施形態において、第４の弁は、時計回りに番号が付けられたポート１～６を有する６ポート弁であり（図１Ａ～１Ｊのポート１９１～１９６により示される通り）、ポート１は、ベントに接続されており、ポート２は、第２のカラムのアウトレットに接続されており、ポート３は、ＧＣシステム出口に接続されており、それは、検出器に通じており、ポート４および６は、導管に接続されており、ポート５は、第４のカラムのアウトレットに接続されている通り、ポートは、特定の要素に接続されている。前述の接続は、ポートと他の要素の間の物理的な直接接続、および／または流体的接続でよく、ここで１つまたは複数の他の要素が流路内にあってよい。６ポート弁または１０ポート弁としてこの段落に記載される弁に関して、それらは、そのような弁に対して最小数のポートであり、それらは、希望するならば、より多数のポートを備えてよいことが企図される。本ＧＣシステムのいくつかの実施形態は、記載されたばかりの特定の要素への接続のすべてを有する第１、第２、第３および第４の弁を備える。市販の弁が、永久に標識されたそのポートを有しても、有さなくてもよく、上記の接続の順序にしたがう限り、そのような番号が弁において標識された番号付けと一致するかどうかに関わらず、本明細書に記載の通りポートに自由に番号を付けることができることが理解されるべきである。
【0027】
いくつかの実施形態において、本システムは、様々な点でそれらをさらに改善し得る他の特徴を含む。例えば、ベースラインが低く、かつ空気制御が正確であるように、キャリアガス流／および／または検出器放出流を電子空気力学制御／空気力学制御モジュール（ＥＰＣ／ＰＣＭ）により制御することができ、かつ小型ゲッタにより精製することができる。いくつかの実施形態において、キャリアガスはヘリウムでよい。ヘリウム、好ましくは９９．９９９％よりも高い純度を有するヘリウムを使用してＧＣシステム流路をフラッシュすることができる。キャリアガスとして、または流路パージガスとして使用されるヘリウムガスを主ゲッタなどの精製器を介してＥＰＣに、または検出器に分配することができ、各ガス導管は、ＥＰＣから出てくることができる。いくつかの実施形態において、ガスは、１つまたは複数のより小さいゲッタなどの別の精製器により精製される。
【0028】
いくつかの実施形態において、本システムの弁は、パージ室に収納されている。いくつかの実施形態において、カラムおよび／または流体的導管もパージ室に収納されてよい。パージ室は、不活性環境を弁に提供し、かつ弁への空気侵入を低減する働きをし得る。これは、分析を妨害し得る流路汚染を低減する。パージ室は、プレート上のガスケットにより密封されてよく、パージ室カバーは、プレート上に固定することができるが、パージ室を構築および／または密封する他の方法も企図される。ガスを供給することができるパージ室の気密シールを作るようにステンレス鋼管などの導管を溶接するか、またはさもなければ取り付けることができる。パージ室内へのパージガス流速を制御するために計量弁を設けることができる。いくつかの実施形態において、パージガスはヘリウムである。
【0029】
本ＧＣシステムの弁は、少なくとも２つの弁ポジションを一般に有する。弁のすべてのポートがＯＦＦポジションで必ずしも閉じておらず、すべてのポートがＯＮポジションで必ずしも開いていないが、所与の弁の弁ポジションは、システムを通じた流体流全体に対するＯＮおよびＯＦＦと考えられたり、表されたりすることがある。例えば、第２の弁のポジションのうちの１つにおいて、第２の弁インレットおよび第２のカラムは流体的に接続されており、第２の弁のポジションのうちのもう１つにおいて、弁インレットは、第３のカラムに流体的に接続されている。いくつかの実施形態において、弁は、３ポート、４ポート、６ポートまたは１０ポートダイヤフラム弁および／または回転弁でよく、かつ捕捉されるサンプルに最小限のデッドボリュームを与えるべきである。
【0030】
いくつかの実施形態において、第１、第２、第３および第４の弁の一部またはすべてがダイヤフラム弁でよい。ダイヤフラム弁の使用は、弁への空気侵入によるＧＣ流路の汚染のリスクを低減するためにＧＣシステムを密封するパージ室へのＧＣシステムの収納を容易にする。パージ室に取り付けられた管を通じて高圧ガスにより弁を作動させ、それによって、弁を取り囲むパージ室内のモータまたはパージ室内に達するシャフトの必要を回避することができる。弁、導管、ＥＰＣ／ＰＣＭ、および検出器の間の接続は気密であるべきである。管とカラムの間の接続は、当技術分野において既知の最小限のデッドボリュームを有するフェルールまたは他の接続の方法を利用してよい。弁に直接カラムを取り付ける代わりに、ＧＣオーブン内に達し、かつＧＣオーブン内に収容されたカラムに結合する弁に中間導管が取り付けられてよい。パージ室内ではなくＧＣオーブン内の１本または複数本のカラムへの接続を保つことにより、カラムメンテナンスを実施するためにパージ室が排気される必要がないため、カラムを交換またはトリミングするときのメンテナンス時間を短縮することができる。
【0031】
様々なＧＣ分離カラムが本システムおよび方法における使用に適している。例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｊ＆Ｗ ＨＰ－ＰＬＯＴ Ｑは、Ｐｏｒａｐａｋ－ＱとＰｏｒａｐａｋ－Ｎの間に極性を有する結合ポリスチレン－ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）カラムであり、それは、第１のカラムおよび／または第２のカラムとしての使用に特に適している。それは、標的とする非極性および極性化合物の分離によく適している。いくつかの実施形態において、カラムは、モノマー、プレポリマー、ポリマー、またはそれらの組合せを含む固定相材料を含む。例えば、固定相材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリフェニルメチルシロキサン、ポリ（トリフルオロプロピルジメチル）シロキサン、ポリシアノプロピル－フェニルシロキサン、ジエトキシジメチルシラン（ＤＥＤＭＳ）、ポリエチレングリコール、およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される１種または複数種のポリマーを含むことができる。例えば、第１および第２のカラムは、ポリスチレン－ジビニルベンゼン相を有する多孔質層開管（ＰＬＯＴ）カラムであり得、第３および第４のカラムは、分子ふるいカラムであり得る。さらなる例として、第１のカラムは、ＨＰ－ＰＬＯＴ－Ｑ ３０ｍ、０．５３ｍｍ、４０ｕ、および２ ＰＴであり得、第２のカラムは、ＨＰ－ＰＬＯＴ－Ｑ １５ｍ、０．５３ｍｍ、４０ｕ、および２ ＰＴであり得、第３のカラムは、ＣＰ－Ｍｏｌｓｉｅｖｅ ５Ａ ５０ｍ×０．５３ｍｍ×５０ｕｍおよび２ ＰＴであり得、第４のカラムは、ＣＰ－Ｍｏｌｓｉｅｖｅ ５Ａ ２５ｍ×０．５３ｍｍ×５０ｕｍ ５インチであり得る。標的分析物に応じて、本ＧＣシステム内の分子ふるいにおいて使用されてよいいくつかの他のカラムが存在する。例えば、第１および第２のカラムは、他の成分からＣＯ２を分離することができる任意のカラムであり得る。第３および第４のカラムは、異なる長さおよび／または膜厚を有する他のタイプの分子ふるいであり得る。第３および第４のカラムはシンカーボン（ｓｉｎｃａｒｂｏｎ）カラムでもあり得る。いくつかの実施形態において、溶融シリカまたは金属管など、制限が第２のカラムに加えられる。
【0032】
ＧＣシステムは、その内部にカラムのうちの１本または複数本が位置する１つまたは複数のオーブンをさらに備えることができる。いくつかの実施形態において、ＧＣシステムは、異なる温度または異なる温度調節プログラムに設定することができる複数のオーブン区画を有する１つのオーブンを備える。オーブンは、所望の温度調節プログラムにしたがって加熱および／または冷却することができる。オーブンは、対流式オーブン、伝導加熱デバイス、または他のタイプのカラム加熱装置でよい。オーブンは、分析中、周囲温度から４５０℃までの範囲の温度を達成することができ、かつ等温のままでも、温度が勾配をなしてもよい。本ＧＣシステムは、その内部に弁のうちの１つまたは複数が位置する弁箱を備えることもできる。弁箱は加熱されても、加熱されなくてもよく、またはヒータもしくは温度コントローラを含んでも、含まなくてもよい。
【0033】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるＧＣシステムは、検出器も備えるガス分析計システムの一部でよい。検出器は、ＧＣシステム出口に流体的に接続されている検出器入口を有することができる。ガス分析のためのガスクロマトグラフィーのために一緒に使用される検出器は、様々な技術において利用可能である。一般に使用される検出器には、炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、炎光光度検出器（ＦＰＤ）、電子捕獲検出器（ＥＣＤ）、窒素－リン検出器（ＮＰＤ）、アルカリ炎検出器（ＡＦＤ）、アルカリ炎イオン化検出器（ＡＦＩＤ）、真空紫外（ＶＵＶ）検出器が含まれる。質量分析計（ＭＳ）が検出器としてであるとき、ガス分析計システムは、典型的にはＧＣ－ＭＳシステムと呼ばれる。
【0034】
いくつかの実施形態において、本ガス分析計システムは、パルス放電ヘリウムイオン化検出器（ＰＤＨＩＤ）などのパルス放電イオン化検出器（ＰＤＩＤ）を備える。ＰＤＩＤは、プラズマ放電源、ＧＣシステムからの分析物のための検出器入口、および電極のアレイを一般に含む。放電ゾーンからのヘリウムの流れとは反対に流れるＧＣカラムからの溶出剤は、ヘリウム放電による光子によりイオン化される。（１つまたは複数の）バイアス電極は、生じる電子をコレクター電極に向かって集中させ、そこで、それらは、検出器信号として定量化される定常電流（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）を変化させる。ＰＤＩＤは、パルス放電ヘリウムイオン化検出器（ＰＤＨＩＤ）モード、パルス放電電子捕獲検出器（ＰＤＥＣＤ）モード、およびパルス放電発光検出器（ＰＤＥＤ）モードなど、様々なモードで動作させることができる。ＰＤＨＩＤモードにおいて、ＰＤＩＤは、ガス中でパルスＤＣ放電を使用して、ＧＣカラムから溶出する分析物を光イオン化し、この光イオン化プロセスにより放出された電子が電極アレイに導かれる。測定電流の変化が検出器信号を与える。
【0035】
いくつかの実施形態において、ＧＣシステムから排出されるキャリアガス、マトリックスおよび／または汚染物質の流速を制御するために、ベント１３５、１８４、１８８、および／またはサンプルアウトレット１０３など、フローリストリクタを備えるベントが設けられる。このフローリストリクタは、ニードル弁、指定の内径および長さを有する１本の管、または流体の流速を低下させることができる他のデバイスであり得る。いくつかの実施形態において、第１の弁、第３の弁、および／または第４の弁は、可変リストリクタを備えるベントに接続されている。いくつかの実施形態において、ベントは、システムから排出される汚染物質を捕捉するためにフィルタを有してよい。
【0036】
本装置（本明細書に記載される実施形態により示される通り）は、ＧＣシステムの一部として、またはそれと通信している外部デバイスとしてコントローラを備えることもできる。コントローラは典型的には、プロセッサおよびメモリを備える。コントローラは、第１、第２、第３および第４の弁、検出器、流れ制御モジュール、加熱装置、ならびにＧＣシステムを構成する他のデバイスと電気通信しており、それらからデータを受信し、かつ／またはそれらに命令を送信する（直接的または間接的に）。いくつかの実施形態において、コントローラは、第１、第２、第３および第４の弁を切り替える作動システムと電気通信しており、それからデータを受信し、かつ／またはそれに命令を送信する。
【0037】
ＧＣシステムに注入される前に、サンプルは、加圧ガスボンベ、サンプルバイアル、または他の気密容器内に収容されてよい。サンプルは、ガス流の形態でもよい。サンプル容器がＧＣシステム入口に流体的に取り付けられてよく、または本ＧＣシステムが、ガスサンプルをＧＣシステム入口に導入するように構成されたサンプルインジェクタを含むこともできる。いくつかの実施形態において、サンプルインジェクタは、高純度水素などの高純度ガスサンプルを導入するように構成される。サンプルインジェクタは、サンプル気化器を含んでも、含まなくてもよい。
【0038】
サンプルループは、それをサンプルで充填することができ、既知かつ再現可能な体積のサンプルが分析のためのＧＣシステムに注入されることを可能にし得るような既知の体積の導管（例えば、指定の長さおよび内径を有する管）でよい。あるいは、いくつかの実施形態において、トラップがサンプルループの代わりに使用され得る。
【0039】
本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するものであり、限定するものではないことが理解されるべきである。定義される用語は、本教示の技術分野において一般に理解され、かつ受け入れられている定義される用語の技術的および科学的意味を補うものである。
【0040】
「弁」という用語は一般に、任意の構造体を包含し、該構造体は、その中への、それからの、および／またはそれを通る流路を変更するために調整することができる（切り替えたり、オンまたはオフにしたりすることによるなど）。一般に、弁は、流路からの流体の損失を防ぐように実質的に液密である。適した弁（例えば、第１、第２、第３または第４の弁）の一例は、ステータおよびロータを備える回転弁などの回転弁である。回転弁は、ステータおよびロータを備え、ここでステータおよびロータのうちの一方または両方が、異なる回転弁ポジションに回転可能（ｒｏｔａｂｌｅ）である。ステータおよびロータは、互いに隣接する表面を有し、一方または両方が、他方に対して回転するように構成される。この実施形態における弁インレットおよび（１つまたは複数の）アウトレットは、ステータ内の通路または貫通孔である。ロータは、切替可能な流体通路を備え、それは、ロータ表面の溝でよい。ステータおよび／またはロータを回転させることにより、流体通路は、異なる弁インレットを弁アウトレットと接続する。適した弁の他の例は、ダイヤフラム弁である。典型的な弁材料には、不活性でも、不活性でなくてもよい金属材料が含まれる。弁は望ましくは、短いフラッシュ時間を残し、かつサンプルを捕捉しないような小さいデッドボリュームを有する。
【0041】
「導管」という用語は一般に、導管が流体を中間点まで搬送することもできるが、流体がある点（例えば、導管のインレット）から別の点（例えば、導管のアウトレット）まで進む流路を画定するように構成された任意の構造体を包含する。導管は、可撓性であるか、剛性であるか、ある程度またはある部分において両方であり得る。導管は、それが、ある構成要素（ガス源など）から別の構成要素（ベントなど）までの流路を形成する限り、比較的長いことも、短いこともあり、かつ／または直線的もしくは非直線的である。例えば、導管は、長いチューブ、短いフィッティング、または複数の入口および／もしくは出口を有するマニホールドであり得る。導管は典型的には、１つの入口および１つの出口を有するが、いくつかの実施形態において、２つ以上の入口を有する導管が１つの出口に収束もしくは連結する場合、または１つの入口を有する導管が２つ以上の出口に分岐もしくは分割する場合など、導管は、複数の入口および／または出口を有することができる。導管は、導管の体積を計算するために使用することができるその長さおよび内径（ｉ．ｄ．）によりしばしば記載される。例えば、例示的な導管は、１０ｃｍ～５０ｃｍの間の長さおよび０．０２インチの内径を有し、そのような導管は、０．０２～０．１０ｍＬの体積を有する。もちろん、他の長さ、内径および体積の導管も企図される。導管の幾何形状は、大きく変化してもよく、かつ円形、長方形、正方形、Ｄ字形、台形または他の多角形の断面を含む。導管は、様々な幾何形状（例えば、あるセクションにおいて長方形断面および別のセクションにおいて台形断面）を備えてよい。サンプル流路内の導管については、ステンレス鋼または他の金属管が、汚染を回避するためにしばしば好ましいが、プラスチック、溶融シリカ、および他の金属などの他の材料が使用されてよい。導管および弁は、任意選択で、不活性化コーティングなど、不活性を改善する材料でコートされてよい。
【0042】
「接続される」という用語は、２つの構成要素が流体的に接続されるか、物理的に接続されるか、またはその両方であることを意味する。「流体的に接続される」という用語は、２つの構成要素が流体連通していることを意味し、かつ２つの構成要素間の直接接続ならびに１つまたは複数の他の構成要素が２つの構成要素間の流路内にある間接接続を含む。例えば、第１の構成要素からのアウトレットが第２の構成要素のインレットに物理的に接続されている場合、または導管が第１および第２の構成要素を接続する場合、または流体が第１の構成要素から第２の構成要素まで、もしくはその逆に流れるとき、弁、ポンプ、もしくは他の構造体など、間にある１つもしくは複数の構成要素が２つの構成要素間にある場合、第１の構成要素および第２の構成要素は、流体的に接続されている。構成要素は、フェルール、ろう付け、および他のアプローチを使用することによるなど、任意の適した方法で物理的に接続することができる。一般に、液密であり、かつ／またはデッドボリュームを最小限にする物理的な接続が本装置に望ましい。
【0043】
本開示において、「実質的な」または「実質的に」という用語は、当業者にとって許容される範囲内または程度を意味する。「およそ」および「約」という用語は、当業者にとって許容される範囲内または量を意味する。「約」という用語は一般に、示された数値の±１５％を指す。例えば、「約１０」は、８．５～１１．５の範囲を示し得る。例えば、「およそ同じ」は、比較されている項目が同じであると当業者が考えることを意味する。値の範囲が本開示に記載されるとき、厳密な値ならびにおよその値の両方が開示されていることが理解されるべきである。任意のより小さい値およびより大きい値を組み合わせて、範囲を形成することができることも理解されるべきである。
【0044】
特に定義されない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等の任意の方法および材料も本教示の実行または試験において使用することができるが、いくつかの例示的な方法および材料がここで説明される。本明細書において引用されるすべての特許および刊行物は、引用により本明細書の記載の一部をなすものとする。
【0045】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるとき、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という用語は、文脈により特に明確に指示されない限り、単数および複数両方の指示対象を含む。したがって、例えば、「導管」は、１つの導管および複数の導管を含む。特に示されない限り、「第１」、「第２」、「第３」という用語、および他の序数は、本デバイスおよび方法の異なる要素を区別するために本明細書において使用され、数値限界を与えるものではない。第１および第２の弁ポジションへの言及は、デバイスが２つの弁ポジションのみを有することを意味すると解釈されるべきではない。第１および第２の要素を有する装置は、特に示されない限り、第３、第４、第５などを含むこともできる。
【0046】
［実施例１］
この実施例では、本ＧＣシステムを使用して高純度Ｈ２ガスを汚染物質に関して分析した。Ｈ２マトリックス中に汚染物質を含むサンプルを図１Ａ～１ＪのＧＣシステムに導入し、それらの図に関連して概ね上記したように動作させ、ここでステップ１～１０を以下の時点で実施した。
この実施例では、本ＧＣシステムを使用して高純度Ｈ２ガスを汚染物質に関して分析した。Ｈ２マトリックス中に汚染物質を含むサンプルを図１Ａ～１ＪのＧＣシステムに導入し、それらの図に関連して概ね上記したように動作させ、ここでステップ１～１０を以下の時点で実施した。
【0047】
【表1】
【0048】
カラム１１０、１４０、１６０および１８０のそれぞれにおける初期流速は、１０ｍｌ／分であるか、あるいは５～１５ｍｌ／分の範囲内である。オーブン温度は、５０℃であり、２分間保持し、１１０℃まで２０℃／分であり、１１分間保持する。検出器１９９、この場合パルス放電ヘリウムイオン化検出器（ＰＤＨＩＤ）については、ヘリウムガスを３１ｍｌ／分、１２０℃で流す。例のオーブンプログラムは、オーブン初期温度が５０℃であり、２分間保持し、次いで、温度を２０℃／分の速度で１１０℃まで勾配させ、１１分間保持し、合計で１６分間である。
【0049】
図２は、高純度Ｈ２ガスのサンプル中で検出された分析物（汚染物質）を示す。ＧＣシステムは、他の分析物の前にＣＯ２を検出器に供給し、それが、著しい量のパージされなかったＨ２から、ＣＯ、ＣＨ４、Ｎ２、ＡｒおよびＯ２のそれぞれを分離した。ＡｒおよびＯ２を分離し、パージされなかったＨ２マトリックスとは別に検出した。
【0050】
［例示的な実施形態］
本発明に開示される主題にしたがって提供される例示的な実施形態には以下が含まれるが、これらに限定されない。
本発明に開示される主題にしたがって提供される例示的な実施形態には以下が含まれるが、これらに限定されない。
【0051】
実施形態１．マトリックスから分析物を分離するためのガスクロマトグラフィー（ＧＣ）システムであって、ＧＣシステム入口と、第１の弁を通じてＧＣシステム入口に流体的に接続された第１のカラムであり、ガスマトリックスからおよびＣＯ２から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を分離することができる第１のカラムと、第２の弁を通じて第１のカラムに流体的に接続された第２のカラムであり、ガスマトリックスからＣＯ２を分離することができる第２のカラムと、第２の弁を通じて第１のカラムに流体的に接続された第３のカラムであり、ガスマトリックスからおよび１種または複数種の前記分析物の別の分析物から、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯからなる群から選択される１種または複数種の分析物を分離することができる第３のカラムと、第３の弁を通じて第３のカラムに流体的に接続された第４のカラムであり、ガスマトリックスから、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種をさらに分離することができる第４のカラムと、第４の弁を通じて第４のカラムおよび第２のカラムの両方に流体的に接続されたＧＣシステム出口とを備える、ＧＣシステムである。第１の弁は、１０個以上のポートを備え、かつ２つ以上のポジションを有し、１つのポジションにおいて、第１の弁は、サンプルインレットとサンプルループの間の流路を形成し、別のポジションにおいて、第１の弁は、サンプルループと第１のカラムの間の流路を形成する。第２の弁は、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、第２の弁は、第１のカラムと第２のカラムの間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、第２の弁は、第１のカラムと第３のカラムの間の流体的接続を形成する。第３の弁は、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、第３の弁は、第３のカラムと第４のカラムの間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、第３の弁は、第３のカラムとベントの間の流体的接続を形成する。第４の弁は、２つ以上のポジションを有するマルチポート弁であり、１つのポジションにおいて、第３の弁は、第２のカラムとＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、それは、第４のカラムとＧＣシステム出口の間の流体接続を形成する。
【0052】
実施形態２．第２、第３および第４の弁のそれぞれが、６個以上のポートを備える、実施形態１に記載のＧＣシステム。
【0053】
実施形態３．第１のカラムおよび第４のカラムのうちの一方または両方が、ポリスチレン－ジビニルベンゼン相を有する多孔質層開管（ＰＬＯＴ）カラムである、実施形態１または２に記載のＧＣシステム。
【0054】
実施形態４．第２のカラムおよび第３のカラムのうちの一方または両方が分子ふるいカラムである、実施形態１から３のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0055】
実施形態５．第１のカラムが、２つの端部を有し、前記第１の弁ポートのうちの１つが、ＧＣシステム入口に流体的に接続されており、前記第１の弁ポートのうちの２つが、第１のカラムの端部に流体的に接続されており、１つのポジションにおいて、第１の弁が、第１のカラムと第２の弁の間の流体的接続を形成し、別のポジションにおいて、第１の弁が、第１のカラムとベントの間の流体接続を形成する、実施形態１に記載のＧＣシステム。
【0056】
実施形態６．第１の弁を第２の弁に直接接続する導管をさらに備える、実施形態１から５のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0057】
実施形態７．そのインレットおよびアウトレットが第２の弁の別々のポートに取り付けられている導管と、そのインレットおよびアウトレットが第３の弁の別々のポートに取り付けられている導管と、そのインレットおよびアウトレットが第４の弁の別々のポートに取り付けられている導管とのうちの１つまたは複数をさらに備える、実施形態１から６のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0058】
実施形態８．第１の弁および／または第３の弁および／または第４の弁が、可変または固定リストリクタを備えるベントに接続されている、実施形態１から７のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0059】
実施形態９．第１、第２、第３および第４の弁のそれぞれがダイヤフラム弁である、実施形態１から８のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0060】
実施形態１０．第１のカラム、第２のカラム、第３のカラム、および第４のカラムが、オーブンに収納されている、実施形態１から９のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0061】
実施形態１１．弁が、パージ室に収納されている、実施形態１から１０のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0062】
実施形態１２．第１の弁の２つ以上のポートに流体的に接続された１つまたは複数のキャリアガス源をさらに備える、実施形態１から１１のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0063】
実施形態１３．第２の弁に流体的に接続されたキャリアガス源、および第３の弁に流体的に接続されたキャリアガス源をさらに備え、第１、第２および第３の弁について、キャリアガス源が同じかまたは異なる、実施形態１から１２のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0064】
実施形態１４．キャリアガスを精製するように、キャリアガス源と第１、第２または第３の弁の間に、１つまたは複数のゲッタをさらに備える、実施形態１３に記載のＧＣシステム。
【0065】
実施形態１５．第１、第２、第３および第４の弁のそれぞれと信号通信しているコントローラをさらに備える、実施形態１から１４のいずれか１つに記載のＧＣシステム。
【0066】
実施形態１６．実施形態１から１５のいずれか１つに記載のガスクロマトグラフィーシステムと、検出器入口を有する検出器とを備えるガス分析計システムであって、ＧＣシステム出口が、検出器入口に流体的に接続されている、システム。
【0067】
実施形態１７．検出器がパルス放電ヘリウムイオン化検出器（ＰＤＨＩＤ）である、実施形態１６に記載のシステム。
【0068】
実施形態１８．実施形態１から１７のいずれか１つに記載のＧＣシステムを動作させる方法であって、第１の弁が、第１の弁インレットをサンプルループに流体的に接続するポジションにある状態で、ガスサンプルを第１の弁の第１の弁インレットに流入させる工程と、サンプルループおよび第１のカラムを流体的に接続するために第１の弁を切り替える工程と、第１のカラム内でガスサンプルをマトリックス部分、分析物部分、およびＣＯ２部分へと分離する工程であり、分析物部分が、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種を含む工程とを含む、方法。
【0069】
実施形態１９．第１のカラムと第３のカラムの間の流体的接続を形成するために第２の弁をポジショニングする工程と、分析物部分を第３のカラムに流す工程とをさらに含む、実施形態１８に記載の方法。
【0070】
実施形態２０．第３のカラムと第４のカラムの間の流体的接続を形成するために第３の弁をポジショニングする工程と、分析物部分を第４のカラムに流す工程とをさらに含む、実施形態１８または１９に記載の方法。
【0071】
実施形態２１．第３のカラムとベントの間の流体的接続を形成するために第３の弁をポジショニングする工程と、第３のカラムから溶出するガスマトリックスをベントから排出する工程とをさらに含む、実施形態１８から２０のいずれか１つに記載の方法。
【0072】
実施形態２２．第４のカラムとベントの間の流体的接続を形成するために第４の弁をポジショニングする工程と、第４のカラムから溶出するガスマトリックスをベントから排出する工程とをさらに含む、実施形態１８から２１のいずれか１つに記載の方法。
【0073】
実施形態２３．第４のカラムとＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成するために第４の弁をポジショニングする工程と、分析物部分をＧＣシステム出口に流す工程とをさらに含む、実施形態１８から２２のいずれか１つに記載の方法。
【0074】
実施形態２４．第１のカラムと第２のカラムの間の流体的接続を形成するために第２の弁を切り替える工程と、ＣＯ２部分を第２のカラムに流す工程とをさらに含む、実施形態１８から２３のいずれか１つに記載の方法。
【0075】
実施形態２５．第２のカラムとＧＣシステム出口の間の流体的接続を形成するために第４の弁をポジショニングする工程と、ＣＯ２部分をＧＣシステム出口に流す工程とをさらに含む、実施形態２４に記載の方法。
【0076】
実施形態２６．遮断弁を通過することなく、ＣＯ２を第２のカラムに、およびＧＣシステム出口に移す工程を含む、実施形態１８から２５のいずれか１つに記載の方法。
【0077】
実施形態２７．Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４およびＣＯのうちの１種または複数種が、第２のカラムをバイパスし、かつ第３のカラムおよび第４のカラムに移る、実施形態１８から２６のいずれか１つに記載の方法。
【0078】
実施形態２８．より重いアルカンが、第２のカラムに移ることなく第１のカラムからバックフラッシュされ排出されるような、第１のカラムとベントの間の流体的接続を形成するように、第１の弁が構成される、実施形態１８から２７のいずれか１つに記載の方法。
【0079】
実施形態２９．高純度水素ガスを汚染物質に関して分析する方法であって、水素ガスのサンプルを実施形態１から１７のいずれか１つに記載のＧＣシステムのＧＣシステム入口へと流す工程と、サンプルを検出器に移す前に、サンプルからの水素の少なくとも一部を排出する工程とを含む、方法。
【0080】
実施形態３０．サンプルを第１のカラムに通過させ、かつサンプルの水素、汚染物質、およびＣＯ２部分を溶出する工程であり、水素および汚染物質部分が、サンプルのＣＯ２部分の前に溶出する工程と、サンプルの汚染物質部分を第３のカラムに移す工程とをさらに含む、実施形態２９に記載の方法。
【0081】
実施形態３１．ＣＯ２部分が、遮断弁を通過することなく検出器に流れる、実施形態２９または実施形態３０に記載の方法。
【0082】
実施形態３２．サンプルのＣＯ２部分が、サンプルの汚染物質部分の前に検出器により分析される、実施形態２９から３１のいずれか１つに記載の方法。
【0083】
例示的な実施形態または好ましい実施形態の前述の説明は、実施形態により定義されるように本発明を限定するものではなく、例示するものであると見なされるべきである。容易に理解されるように、実施形態に記載の本発明から逸脱することなく、上記の特徴の多数の変形および組合せを利用することができる。そのような変形は、本発明の範囲からの逸脱とは見なされず、すべてのそのような変形は、以下の実施形態の範囲内に含まれるものである。本明細書において引用したすべての参考文献は、その全体が引用することによって本明細書の記載の一部をなすものとする。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図1J】
【図2】
【国際調査報告】