JP6068251B2 - ヘッドスペース試料導入装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料をガスクロマトグラフ（ＧＣ）またはガスクロマトグラフ／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）等の装置へ導入して、該試料の分離および分析を行うため、液体または固体中の揮発成分をヘッドスペース法により採取し、ＧＣ又はＧＣ／ＭＳ等の装置へ導入するためのヘッドスペース試料導入装置及び方法に関する。

ヘッドスペース試料導入方法は、ガラス容器内に収容した液体試料または固体試料を所定温度で所定時間加熱して揮発成分を揮発させ、容器内の上部空間（所謂ヘッドスペース）からその揮発成分を含むガスの一部を採取してガスクロマトグラフ（ＧＣ）またはガスクロマトグラフ／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）等の装置へ導入し、試料の分離および分析を行うものである。こういった試料導入法は水質分析、食品分析、材料分析、薬品中の残留有機溶媒分析、法医学分析などに広く利用されている。

ヘッドスペース試料導入方法に於いて重要なことは、液体や固体試料から試料の揮発成分を如何に迅速に得るかと云うことであり、その為に密封容器内での迅速な成分の揮発及びその採取が重要であり、その為に効率的な試料の加熱、撹拌が求められている。

このようなヘッドスペース試料導入装置として、例えば米国特許第６１６８７５９号明細書（特許文献１）や、日本特許第３７７５００８号（特許文献２）には、金属製プラテンに、試料ビン保持穴を設け、該試料ビン保持穴に試料を収納させた試料ビンを設置させ、金属製プラテンをヒーターにより加熱し、試料ビン内に於いて気液平衡を実現させ、試料ビン内の試料中の揮発成分を揮発させ、試料ビン内の揮発成分をニードル刺入により吸引する装置が提案されている。特許文献２の装置に於いては、更に試料ビン保持穴にオイル等の熱媒液体を充填させて、試料ビン加熱の均一化を図る工夫が追加されている。

又、例えば米国特許第５４４１７００号明細書（特許文献３）には加熱部内に試料ビンを多数回転軸に対し放射状に設置して、試料ビンを水平状にして回転させ、試料を試料ビン内壁に接触させつつ加熱することにより揮発成分を発生させ、気液平衡状態を実現させた後、ソレノイドプランジヤーにて試料ビン口部に設けたキャップにニードルを突立てヘッドスペースから揮発成分を吸引する装置が提案されている。

米国特許第６１６８７５９号明細書 特許第３７７５００８号公報 米国特許第５４４１７００号明細書 特開２０１１−２０３１１７号公報

以上の如く、ヘッドスペース試料導入方法に於いては、試料より揮発性成分を揮発させて気液平衡状態を早期に得るために試料液の所定温度での加熱が重要であることが理解されよう。

特許文献１等に於いて使用される金属製プラテンを使用する際、中心軸の近くに設置されるカートリッジヒーターにより、チャンバー内に収納された試料ガラス瓶は熱伝導により加熱される。しかし、プラテン自身の熱容量が大きく、その加熱を行うヒーター及びその駆動を行う駆動部に大きなエネルギーを必要とすると共に加熱に時間がかかる。又、分析条件を最適化する時、試料容器内の試料の温度を変化させる必要がある場合があり、プラテンを介しての試料の温度制御に時間がかかり過ぎ、実用性に欠ける点があった。

又、試料容器を金属製プラテンの保持穴に収納して加熱する装置、方法に於いては、試料容器と保持穴の間には試料容器の円滑な挿入、脱着のために適度のすき間が必要である。このすき間のため、場所により試料容器と保持穴との間には間隔差が生じ、保持穴と試料容器との接触度合に部分的な相違が出ることがあり、接触しない部分は、プラテンからの反射熱による加熱のみとなり、試料容器及び試料に対する効率的な加熱及び均一的な加熱が困難であった。

又、特許文献２のように、金属プラテンに設けた試料容器保持穴にオイル等の熱媒液体を充填させて加熱させる装置、方法に於いては、熱媒液体の循環機構、温度調節装置又は熱媒液体の管理等のための計測装置や機構が必要であり、構造全体が複雑化するのと、更に熱媒液体を拭う機構を必要とし、又、分析時に試料容器の洗浄も必要とされる等その維持管理が難しくなるという欠点、更に試料容器の上方に設置されているニードルが変温時に熱媒体蒸気に曝され、コンタミネーションによって分析に支障が生じるという欠点があった。

又、特許文献４記載の装置には、ヘッドスペースガスサンプラーに於いて、試料容器を収納するオーブン内の加熱に際して、ファンを用いて空気を撹拌し、オーブン内の温度をむらなくする機構が開示されている。しかし、この構造に於いては、プロペラファンを使用しているため、エアーの吹出しは上向き又は下向き等限定的であり、周囲に配置される試料容器にエアーを直接吹き付けて熱交換できないため、プロペラファンの回転数を上げないと加熱効果が得られない等加熱効果は限定的で、更に試料容器の送入による加熱部全体の温度低下があるので試料の温度管理は極めて困難であった。

そこで本発明に於いては、試料の加熱及び温度制御を短時間で行うためにオーブン内での加熱空気の循環を強制的に且迅速に行ない昇温速度が速くウォーミングアップ時間の短縮、省エネ効果を得ることを目的とする。又、試料への加熱を効率的に且均一に行うことを目的とする。更に、ヘッドスペース試料導入装置を構造的に簡単とすることで、その使用、管理維持を容易とすることを目的とする。更に、ヘッドスペースサンプリングを極めて効率的に行うことを可能とすることを目的とする。又、試料の温度管理を容易とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は試料バイアル、試料ビン等の試料容器を効率的に加熱でき、迅速な気液平衡、固液平衡を実現でき、ヘッドスペース試料採取に最適の試料容器加熱を齎すヘッドスペース試料導入装置を提案するもので、本発明は、ヒーターを設置したオーブン内に、回転基板を回転軸を中心に回転自在に設置すると共に、該回転基板の中央部分の上方に遠心送風機を設置し、前記回転基板上には、前記回転軸を中心とした同一円周上に、試料容器の保持部を設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記保持部は筒状または略筒状に形成され、当該保持部に通風部を設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記通風部は前記保持部に形成された切欠部で構成されたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記保持部は柱状体の集合で形成され、当該柱状体の隣接間隔が前記試料容器の横方向外径未満であることを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記保持部は前記遠心送風機の外側で、前記遠心送風機に対向させて複数設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記通風部は、前記遠心送風機の円周接線方向に対向させて設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記通風部は、前記回転基板の中心と前記保持部の中心とを結ぶ中心線に直交すると共に前記保持部の中心を通る前後分割線より回転基板の内側に２個、前後分割線より回転基板の外側に１個設け、前記前後分割線より回転基板の内側の２個は、前記中心線の両側に夫々１個づつ設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記遠心送風機は上方若しくは下方の一方吸引型または上下両側吸込型であることを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記ヒーターを、前記オーブンの内部側壁に設置したことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記オーブン上部において前記試料容器の上方に開口部を有し、当該開口部の上方に連続する空間内に目的成分を採取するニードルを配置したことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記空間の上端部を加熱媒体で覆ったことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

又、上記ヘッドスペース試料導入装置において、前記空間の側部を遮蔽材で覆ったことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置である。

更に、オーブン内中央に設置された遠心送風機を回転させて、ヒーターで加熱された空気を、当該遠心送風機の上方又は下方から吸引し、当該遠心送風機を中心とした同心円周上に配置された試料容器に送風することを特徴とするヘッドスペース試料導入方法である。

又、上記ヘッドスペース試料導入方法において、前記ヒーターは、前記オーブンの内部側壁に設置されていることを特徴とするヘッドスペース試料導入方法である。

本発明の方法及び装置によれば、遠心式送風機を用い、ファンの上部又は下部から加熱された空気を吸い込み、円周接線方向に吹き出すことにより、オーブン内での加熱空気の循環が強制的且迅速に行われると共にヒーターの容量が小さくても昇温速度が速く、ウォーミングアップ時間の短縮、省エネルギー効果が得られる。

更に加熱空気は、保持部の高さ方向に限定的に且保持部に集中的に吹きつけられ温度分布を最小限に押さえる。然も保持部に吹きつけられた加熱空気は保持部の通風部より入り、保持部に収納された試料容器を包み込み加熱し、送風下流側の通風部より出て、ヒーターによる加熱の後に、再び循環されるので試料の加熱速度が極めて速い。この結果、試料容器内の試料の平衡化効率が高められ平衡化時間、分析時間の短縮化が図られ分析の再現性が得られる等実用効果が大きい。

本発明一実施例自動導入システム流路図 本発明一実施例要部断面概略説明図 本発明一実施例一要部斜視図 同上一実施例他要部斜視図 本発明一実施例一要部平面説明図 本発明一実施例一要部縦断説明図 本発明一実施例他要部縦断説明図 本発明一実施例要部作動状態説明図 本発明一実施例他要部作動状態説明図 本発明一実施例要部概略斜視図 本発明一実施例他要部概略斜視図

以下図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図２は本発明ヘッドスペース試料導入装置Ｗの概略説明図である。ヘッドスペース試料導入装置Ｗはオーブン１、回転基板２、回転軸２１、保持部４、ヒーター５、遠心送風機６その他の部材を備えて構成されている。オーブン１は、中央で分割可能なる如くケース構成部を合体して、夫々の張出部をビス等の固定具により固定して、一体化する構成とするのが便利である。オーブン１は試料及び試料容器３の加熱部を構成し、断熱材で被覆するか、断熱材自体で構成して、断熱性を持たせている。なお、オーブン全体の形状としては特に限定されないが、内部が円柱形状となっていれば、加熱空気が効率的に流れるため、加熱効率が高まる。可能であれば、オーブン内部全体が球体であればさらに熱効率は高まるが、実際は、コストや加工のし易さ等も考慮に入れて形成している。

回転基板２は試料容器３，３，…を保持する保持部４，４，…を設置するための基板であって、オーブン１内に回転軸２１により支えられ、該回転軸２１はオーブン１の底板１２に設けられた透孔１３を介して延設され下部に設けたモーター２２により、動輪或いは歯車２３，２４を介して回転自在に設置されている。試料容器３はバイアル、ガラス瓶等により所望形状に形成されるが、筒状体に形成されるのが好ましい。

図３、４に示すように、保持部４は筒状の保持部材４０により形成され、その側壁に縦長の切欠を設け通風部４１として形成させてある。ここで、加熱された空気は遠心送風機６から当該遠心送風機６の円周接線方向に送風されるため、当該方向に対して通風部４１を位置させると、試料容器３に加熱された空気が直接当たるため、試料容器３内の試料の加熱効果が向上する。通風部４１の形成形態及びその数は特に限定されないが、複数、特に３個とすることが好ましい。そして、この３個の通風部４１，４１，４１は特に限定されないが１２０度の間隔をおいた配置で筒状の保持部材４０の軸方向に沿って形成することが好ましい。

図５に示すように、保持部材４０に形成した３個の通風部４１，４１，４１は、回転基板２の中心と保持部４の中心とを結ぶ中心線Ｘに直交すると共に保持部４の中心を通る前後分割線Ｙより回転基板２の内側に２個、前後分割線Ｙより回転基板２の外側に１個設けている。このような配置によって、送風された加熱空気が前記２つの通風部４１，４１から拡散することなく保持部４内の試料容器３を暖め、残りの１つの通風部４１から排出される。ここで、前記１つの通風部４１から空気が排出されるまで、試料容器３が加熱空気によって加熱され続けることは試料容器３の加熱効果の向上に有用である。

尚、保持部材４０に設ける通風部４１は上記構成に限定されず、回転基板２の中心と保持部４の中心とを結ぶ中心線Ｘに直交すると共に保持部４の中心を通る前後分割線Ｙより回転基板２の内側に１個、前後分割線Ｙより回転基板２の外側に２個設けた構成とすることとしてもよい。

尚、図３に示すように、保持部材４０の上端を連結部４３，４３により連結させるように形成させても良いし、図４に示すように、切欠により保持部材４０の上端を開放させるように形成させても良い。長期に渡って使用した場合では、上端を連結させた方が耐久性が高いことが想定される。

更に、保持部４としては、試料容器３の挿入及び取出しにおいて倒れず、且、遠心送風機６から加熱空気が試料容器３に直接送風され得るような、試料容器３を保持するための機構を有していれば、上記構成に限定されず、筒状体に多数の透孔を穿設して通風部を設けたり、図１１に示すように、筒状体を網状の壁体４９で形成して多数の通風部４１を保持部の全面に形成したり、図１０に示すように、数本の柱状体４７，４７…を一円周上に立設することにより構成することもできる。この場合、柱状体４７の隣接間隔は前記試料容器３の横方向外径未満である。そうすることにより、試料容器３のオーブン１内への挿入やそこからの取出し、加熱時の撹拌の際、試料容器３が横転することがない。又、保持部４の素材は特に限定されず、５００℃程度までの耐熱性を有していれば金属、陶磁器、セラミック、合成樹脂等所望の材質で形成できる。特に熱伝導の良い金属であれば、加熱された当該金属からの放射熱も試料の加熱に有用である。実際は、加工の容易性や費用面が考慮される。

ヒーター５は、回転基板２上に設けた試料容器３の保持部４，４，４外周囲を囲む如く、オーブン１の底部１２或いは側壁１９、天板１０等に設置してある。ここで、試料を効率良く気化させるために試料容器３全体の温度を均一にするのが望ましい。そのため、ヒーター５の位置は、試料容器３の半分程の高さに位置させることが好ましい。また、様々な容量の試料容器３に対応するため、保持部４の半分程の高さに位置させることもできる。ヒーター５としては、一例としてシーズヒーターを用いることが出来、例えば、シーズヒーターを円弧型に形成し、２本乃至３本により同心円上に設けてもよく、或いは保持部４，４，４全体を囲繞する円型状に形成したりできる。また、ヒーター５として、昇温速度の速いセラミックヒーターを用いることで、試料の急速な気化が可能となる。さらに、ヒーター５として、ハロゲンヒーターを用いることで、加熱したい試料のみにフォーカスした加熱が可能となり、エネルギー効率の良い加熱が可能となる。ただし、これらの場合であっても、試料容器３と周囲との温度差による加熱効果低減防止のために、中心部からの送風でオーブン内全体が暖められることが望ましい。上記はいずれも、周囲のヒーター５からの試料の直接的な加熱と、加熱空気をオーブン１の中心から遠心方向に送風することによる加熱との、二重の加熱により試料を加熱していることが特徴となっている。
その他にも、カートリッジヒーターを回転基板２の中心に設置したり、オーブン１の天板１０に吊るす等により設置場所、設置方法を適宜選択しうる。

遠心式送風機６は、送風機の円周接線方向に送風するものであればどのような送風機でもよい。その１例として、遠心多翼式ファンであるシロッコファンを用いる。このシロッコファンを駆動するためのモーター６２を回転軸２１の中心を通して設けた軸６３により連結してある。このシロッコファンの形状は各種あり、夫々利用できるが、ここには典型的な１例を示す。

シロッコファンは、側板に多数のブレードと透孔を設け、円板状主板に固定して形成され、円板状主板中央に回転軸穴を設け、軸６３を挿通固定させてある。尚、シロッコファンは上方又は下方からの片側吸込型で良いが、必要に応じて上下両側吸込型を用いることとしてもよい。透孔は縦長に形成され、吹出される風は上下に拡散されず保持部４の高さ以内に集中される。ファンの回転速度は、特に限定されないが、１０００〜５０００ｒｐｍ程度が適当であり、３０００ｒｐｍがよく用いられる。１０００ｒｐｍ以下では、風力が弱いため、加熱された空気による試料の加熱効果が低い。なお、５０００ｒｐｍ以上でも加熱効果は生じるが、その効果は５０００ｒｐｍまでの効果に比べて格段に高まるわけではない。

保持部４の底部には回転基板２に設けた開口２４と連通する孔部４４を設けてあり、後述の試料容器３のエレベーター７及びニードルエレベーター１０５を通過自在としてある。

試料容器３のエレベーター７は、オーブン１の底部１２に設けた透孔１３１を介して前述の如く回転基板２に設けた開口２４、保持部４の孔部４４を通してトレイ８から試料容器３をオーブン１内へ挿入させるための装置である。

トレイ８は、試料容器３，３，…を収納する、多数の収納孔８１，８１…を軸８３を中心とし同心円状に形成し、軸８３と連結したモーター８２により回転自在に構成してある。図６、７に示すように、トレイ８はオーブン１の天板１０或いはヘッドスペース試料導入装置Ｗの天板１４に接しており、更にその当該天板１４に透孔１５が設けられている。又、オーブン１の上方の天板１０にはシャッター９がその軸９１により回動自在に設けられている。

シャッター９は、上下二段に構成され、オーブン１の透孔１６及びヘッドスペース試料導入装置Ｗの透孔１５を夫々覆っており、トレイ８からの試料容器３の落下及び、外気に触れることによるオーブン１内の温度低下を防いでいる。トレイ８から試料容器３をオーブン１内に挿入する際は、透孔１５及び１６とシャッター９の透孔９３とを連通することで、試料容器３を通過させる。

図８、９に示すように、オーブン１の天板１０に、加熱により気化した目的成分を気相内に有する試料容器３の上方に試料容器加熱部開口部１１を形成させている。また、当該開口部１１の上方に、保温管１０２により、目的成分を採取するニードル１０１の設けられた空間１８が外気と遮断した状態で当該開口部１１と連続して設けられている。当該空間１８の上部には加熱媒体が配置されている。具体的には、加熱媒体として加熱プレート１０４が設置され、当該加熱プレート１０４からニードル１０１が前記空間１８に挿入されている。この構造により、オーブン１内を空気が遠心送風機６の上方又は下方へ巡回する際に、加熱された空気により、当該開口部１１および空間１８が暖められる。これにより、開口部１１に近いニードル１０１先端部はオーブン１内とほぼ同じ温度となる。そのため、ニードル１０１先端部と試料容器３内との温度差により、気液又は気固平衡を損なうことも目的成分が変性することもない。

別の構成としては、上記空間１８を設けず、オーブン１に加熱プレート１０４を隣接させ、当該加熱プレート１０４からニードル１０１がオーブン１内に配置される構造とすれば、ニードル１０１先端部はオーブン１内の温度となり、ニードル１０１は加熱プレート１０４の設定温度とすることができる。

一方、ニードル１０１上部は加熱プレート１０４に接続していることから、加熱プレート１０４と同じ温度とすることができる。加熱プレート１０４はオーブン１より５〜３０℃程度高く設定されている。この構造から、ニードル１０１先端部はオーブン１の温度に近く、ニードル１０１上部は加熱プレート１０４に近い温度に設定することができる。その結果、目的成分採取後のニードル１０１内では、コールドポイントが発生しないことから、目的成分導入途中での吸着といった問題も、それにより生じるキャリーオーバーの問題も無くなる。また、ニードル１０１の先端部が設置されている空間１８の側部は保温管１０２で覆われており、当該保温管１０２は断熱性部材等からなる遮蔽部１０３を設けてもよい。

そして、加熱あるいは撹拌され、目的成分が気相に含まれた試料容器３をニードルエレベーター１０５で押し上げ、前記空間１８に試料容器３が挿入される。その際、試料容器３のセプタム３１に空間１８内のニードル１０１が刺さり、試料容器３内の気相内の目的成分が採取される。目的成分はニードル１０１で採取された後に、加熱プレート１０４内のバルブＡ２や導管等を通じて、分析装置等へ送られる。

ニードルエレベーター１０５は、オーブン１の底板１２に設けられた透孔１７を介して回転基板２に設けられた透孔２４、保持部４の底部に設けられた孔部４４を通して、保持部４に収納された試料容器３を押上げ、オーブン１上方に設置したニードル１０１に試料容器３を合接させる如く構成してある。

本発明のヘッドスペース試料自動導入システム１００は、図１に示すように、主に、トレイ８及び試料容器加熱部たるオーブン１を備えた上述のヘッドスペース試料導入装置Ｗの他、試料計量部Ａ、インターフェース部Ｂ、ガス制御部Ｃ、電気制御部及びホストコンピュータユーザーインタフェイスＤ等を備えて構成される。

オーブン１は試料容器加熱部自身の構成のみならず、試料容器３の移送及びミキシング手段を備えている。試料計量部ＡはニードルＡ１、６方または８方インジェクションバルブＡ２の所定温度と同等以上の温度で加熱を可能とする。

インターフェース部ＢはトランスファラインＢ１を有しており、しかもオーブン１の所定温度以上の温度で加熱することが可能としてある。ガス制御部Ｃは電子流体制御ディバイスＣ１、電磁弁（Ｐｒｅｓｓ．Ｖａｌｖｅ）Ｃ２と電磁弁（Ｖｅｎｔ Ｖａｌｖｅ）Ｃ３、抵抗体（抵抗管）Ｃ４などを用いて自動的にガスの流量および圧力を調整する。電気制御部Ｄは試料容器３のトレイ８の回転、試料容器３の認識、試料容器３の移送、オーブン１の加熱部たるヒーター５の動作と温度制御、試料計量部Ａの動作と温度、インターフェース部Ｂの温度制御、ガス制御部Ｃのガス流量と圧力などを制御するもので、使用者がホストコンピュータユーザーインターフェースＤから設定して、ヘッドスペース試料自動導入システム本体、ＧＣ（ガスクロマトグラフ）とホストコンピュータの間の通信により一連の分析目的に合せる動作を自動的に制御することを可能とする。

次に、本発明のヘッドスペース試料自動導入システム１００及びヘッドスペース試料導入装置Ｗの流路および動作の概略を説明する。分析試料（液体または固体試料）は、試料ガラス瓶等の試料容器３に封入した後に、試料容器トレイ８の収納孔８１に収納する。前記試料容器３は試料容器３の押上機構たるエレベーター７によりオーブン１内の所定位置の保持部４に送入され保持される。試料は一定温度で一定時間加熱され、試料容器３内で気液または固気分配により揮発成分が気相に追い出される。必要に応じて、試料容器３の移送及びミキシング手段により試料容器３を加熱する時に試料容器３に、上下方向および前後方向といった三次元的な振動を与えて平衡化を促進することもある。この振動により、液相内部の目的成分が気相近くに移動したり、液相と気相との接触面積が増すことにより、迅速な平衡化が達成できる。

試料容器３内に揮発成分が溜まった時、回転基板２の回動により、試料容器３をニードルエレベーター１０５上に位置させる。ニードルエレベーター１０５の上昇により試料容器３をオーブン１内の所定位置に持ち上げ、ニードル１０１を試料容器３のセプタム３１に突き刺させる。電磁弁Ｃ３が閉じたままで、加圧ガス（例えば、窒素またはヘリウム）が電磁弁Ｃ２を経由して試料容器３内を加圧する。電磁弁Ｃ２が閉じて、電磁弁Ｃ３が開ける状態で試料容器３内に存在する分析成分を含めたガス試料の一部が試料計量管（サンプルループ）Ａ３に流れ込む。６方または８方インジェクションバルブＡ２を切り替え、ＧＣまたはＧＣ／ＭＳのキャリヤーガスがＧＣ電子流体制御部（ＧＣ／ＥＰＣ）Ｄにより調整され、サンプルループＡ３を経由し、計量されたサンプルをトランスファーラインＢ１を通ってＧＣに注入する。そして、ＧＣまたはＧＣ／ＭＳにより試料の分離および分析を行う。

オーブン１内には回転基板２が回転軸２１により回動自在に支承されている。回転基板２上には同一円周上に等間隔に６個の保持部材４，４…が設置されている。保持部材４は回転軸２１の中心に向かって前方に２本、後方に１本の通風部４１を形成してある。各通風部４１の上端に連結部４３により夫々連結させてある。回転基板２の中心部の上方には回転軸２１を中心とするシロッコファン６がその軸６３に支持され、回転基盤２の回転軸２１の中空を通りモーター６２により回動自在に設けられている。

オーブン１内に於いて、保持部４，４，４の外周を囲む如く半円形に形成したシーズヒーター５をオーブン１の側壁１９に設置している。試料容器３のエレベーター７は、オーブン１の底部１２に設けた透孔１３１を通り保持部４内に出入自在としてあり、試料容器３の押上或いは下降設定ができるように構成してある。

上記の構成により、シーズヒーター５によりオーブン１内の空気は加熱される。シロッコファン６の回転により、シロッコファン６の上部から加熱空気を吸い込み、シロッコファン６の中心部から透孔を通り、ブレードによりシロッコファン６の円周接線方向に規則正しく加熱空気が吹出される。

この加熱空気は、保持部４の上下に拡散せず、保持部４の高さ以内に集中的に吹きつけられ、該保持部４に設けた通風部４１、４１を通してそこに収納されている試料容器３に直接当たり、試料容器３を包み込み、効率良く加熱する。この試料容器３に当たった熱風は試料容器３を加熱しつつ反対側を均一に回って後部の通風部４１から抜け、その外周のシーズヒーター５に当たり加熱されて上方に至り再びシロッコファン６に吸い込まれると云う高速の循環を繰り返す。

この結果、加熱対象たる試料容器３の全体を均等に熱風が包み効率的高速に熱交換が行われる。しかも、室温の試料容器３がオーブン１内に送入されても、他の試料容器３の温度が影響されることはほとんどない。この点はプロペラファンの如く、室温の試料容器３がオーブン１内に送入された場合の加熱部全体の温度が直接影響され大巾な温度低下を来たすのとは全く異なる。

本実施例に於いて使用される遠心式送風機６はシロッコファン６を二段に重ねた構成をとる。ヒーターはシーズヒーター５を用い円形状に形成し、保持部４，４…全体の外周を囲繞する如く設置しておく。その他の構成は、円板状主板の外側縁上に、多数のブレードと透孔を形成させた側板を同様構成の側板を夫々設置して構成してある。

この構成により、該シロッコファン６を回転させる時には、円板状主板を境として、上方の側板内には上方から加熱空気を吹き込み、下方の側板内には下方から加熱空気を吹き込み、夫々の透孔からブレードに沿って接線方向に加熱空気を吹出すことになり、オーブン１内をくまなく均等に加熱する。

試料を保持し、加熱する部材、部分の構成を簡素化することにより送風機による送風で極めて効率的に試料容器の加熱が行われることが可能にでき、所謂ヘッドスペース試料導入が極めて効率的に行える。
このため化学的試料から揮発性成分を含む液体の抽出、更にそれを各種分析機器に供給することが極めて円滑に行われることになった。
このため、水質分析、大気分析、試料分析、薬品中の残留有機溶媒分析に貢献することができる。

Ｗ ヘッドスペース試料導入装置
１ オーブン
１００ ヘッドスペース試料自動導入システム
２ 回転基板
２１ 回転軸
２３ 動輪
２４ 歯車
３ 試料容器
４ 保持部
４０ 保持部材
４１ 通風部
５ ヒーター
６ 遠心式送風機
６３ 透孔
７ エレベーター
８ トレイ
９ シャッター
１０５ ニードルエレベーター

Claims (13)

1. ヒーターを設置したオーブン内に、回転基板を回転軸を中心に回転自在に設置すると共に、該回転基板の中央部分の上方に遠心送風機を設置し、前記回転基板上には、前記回転軸を中心とした同一円周上に、試料容器の保持部を設けたことを特徴とするヘッドスペース試料導入装置。
2. 前記保持部は筒状または略筒状に形成され、当該保持部に通風部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドスペース試料導入装置。
3. 前記通風部は前記保持部に形成された切欠部で構成されたことを特徴とする請求項２に記載のヘッドスペース試料導入装置。
4. 前記保持部は柱状体の集合で形成され、当該柱状体の隣接間隔が前記試料容器の横方向外径未満であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドスペース試料導入装置。
5. 前記通風部は、前記遠心送風機の円周接線方向に対向させて設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のヘッドスペース試料導入装置。
6. 前記通風部は、前記回転基板の中心と前記保持部の中心とを結ぶ中心線に直交すると共に前記保持部の中心を通る前後分割線より回転基板の内側に２個、前後分割線より回転基板の外側に１個設け、前記前後分割線より回転基板の内側の２個は、前記中心線の両側に夫々１個づつ設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のヘッドスペース試料導入装置。
7. 前記遠心送風機は上方若しくは下方の一方吸引型または上下両側吸込型であることを特徴とする請求項１から６のうち何れか一項に記載のヘッドスペース試料導入装置。
8. 前記ヒーターを、前記オーブンの内部側壁に設置したことを特徴とする請求項１から６のうち何れか一項に記載のヘッドスペース試料導入装置。
9. 前記オーブン上部において前記試料容器の上方に開口部を有し、当該開口部の上方に連続する空間内に目的成分を採取するニードルを配置したことを特徴とする請求項８に記載のヘッドスペース試料導入装置。
10. 前記空間の上端部を加熱媒体で覆ったことを特徴とする請求項９に記載のヘッドスペース試料導入装置。
11. 前記空間の側部を遮蔽材で覆ったことを特徴とする請求項９又は１０に記載のヘッドスペース試料導入装置。
12. オーブン内中央に設置された遠心送風機を回転させて、ヒーターで加熱された空気を、当該遠心送風機の上方又は下方から吸引し、当該遠心送風機を中心とした同心円周上に配置された試料容器に送風することを特徴とするヘッドスペース試料導入方法。
13. 前記ヒーターは、前記オーブンの内部側壁に設置されていることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドスペース試料導入方法。

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