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JP7410495B2 - Gas component detection device - Google Patents
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JP7410495B2 - Gas component detection device - Google Patents

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Description

本発明は、ガスクロマトグラフィの技術を用いて、気体の成分を検出する気体成分検出装置に関する。 The present invention relates to a gas component detection device that detects gas components using gas chromatography technology.

現在、クロマトグラフィを用いて成分を検出する装置(例えば、特許文献1参照)が、各種実用化されている。そして、クロマトグラフィの一種として、ガスクロマトグラフィがある。ガスクロマトグラフィは、気体に含まれる成分を検出する。 Currently, various devices for detecting components using chromatography (see, for example, Patent Document 1) are put into practical use. Gas chromatography is one type of chromatography. Gas chromatography detects components contained in gases.

従来、ガスクロマトグラフィを用いた気体成分検出装置は、被検出気体をキャリアガスによって搬送し、検出器に曝すことによって、気体の成分を検出する。そして、このような気体成分検出装置は、カラムを用いる。 Conventionally, gas component detection devices using gas chromatography detect gas components by transporting a gas to be detected using a carrier gas and exposing the gas to a detector. Such a gas component detection device uses a column.

カラムは、所謂、被検出気体が混合されたキャリアガスの流路であり、検出器の上流側に配置される。そして、カラムの仕様を適宜設定することによって、被検出気体およびキャリアガスにおける複数の成分は、カラムを異なる伝搬時間で通過する。これにより、被検出気体に含まれる複数の成分が検出器に到達する時間は、異なる。したがって、検出器は、複数の成分を個別に検出できる。 The column is a so-called flow path for a carrier gas mixed with a gas to be detected, and is arranged upstream of the detector. By appropriately setting the specifications of the column, a plurality of components in the gas to be detected and the carrier gas pass through the column at different propagation times. As a result, the times at which the plurality of components contained in the gas to be detected reach the detector are different. Therefore, the detector can detect multiple components individually.

特表2005-517197号公報Special Publication No. 2005-517197

しかしながら、検出器として特定のセンサ(半導体式、接触燃焼式、電気化学式)を用いる場合、検出感度を所定レベルに確保しながら、検出時間を短くすることは、容易ではなかった。 However, when using a specific sensor (semiconductor type, catalytic combustion type, electrochemical type) as a detector, it is not easy to shorten the detection time while ensuring detection sensitivity at a predetermined level.

したがって、本発明の目的は、検出器として半導体センサのような特定のセンサを用いながら、高い検出感度を有し、且つ検出時間を短くすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to have high detection sensitivity and shorten detection time while using a specific sensor such as a semiconductor sensor as a detector.

この発明の気体成分検出装置は、カラム、第1流路、および、遅延機構を備える。カラムは、被検出気体が混合されたキャリアガスの搬送方向において、半導体センサよりも上流側に配置される。第1流路は、カラムと半導体センサとの間に接続される。遅延機構は、カラムにおけるキャリアガスの流速を、第1流路におけるキャリアガスの流速よりも遅くする。 The gas component detection device of the present invention includes a column, a first flow path, and a delay mechanism. The column is arranged upstream of the semiconductor sensor in the transport direction of the carrier gas mixed with the gas to be detected. The first flow path is connected between the column and the semiconductor sensor. The delay mechanism causes the flow rate of carrier gas in the column to be slower than the flow rate of carrier gas in the first flow path.

この構成では、カラムを流れる被検出気体の流速は遅く、被検出気体の複数の成分の分離能は向上する。また、この構成では、半導体センサに到達する被検出気体の流速は速く、検出速度は高くなる。 With this configuration, the flow rate of the gas to be detected flowing through the column is slow, and the ability to separate multiple components of the gas to be detected is improved. Furthermore, in this configuration, the flow rate of the gas to be detected that reaches the semiconductor sensor is high, and the detection speed is high.

この発明によれば、高い検出感度を実現しながら、検出時間を短くできる。 According to this invention, the detection time can be shortened while achieving high detection sensitivity.

図1は、本発明の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a gas component detection device according to an embodiment of the present invention. 図2は、濃度別の半導体センサの出力電圧の遷移状態を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the transition state of the output voltage of the semiconductor sensor for each concentration. 図3は、キャビティ内での流速別の半導体センサの出力電圧の遷移状態を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the transition state of the output voltage of the semiconductor sensor depending on the flow velocity within the cavity. 図4は、本願発明の構成によるガスクロマトグラフィのクロマトグラムと、比較構成によるクロマトグラムとを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a chromatogram of gas chromatography according to the configuration of the present invention and a chromatogram according to a comparative configuration. 図5は、本発明の実施形態に係る気体成分検出装置のおけるカラム部分の構成を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a column portion of the gas component detection device according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係る気体成分検出装置について、図を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。なお、図1は、気体成分検出装置の一例を、機能ブロック等を用いて模式的に示している。 A gas component detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a gas component detection device according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 schematically shows an example of a gas component detection device using functional blocks and the like.

(気体成分検出装置10の構成)
図1に示すように、気体成分検出装置10は、第1流路21、および、カラム30を備える。さらに、気体成分検出装置10は、第2流路22、第3流路23、第4流路24、第5流路25、第6流路26、センサデバイス40、成分検出部43、ブロア51、フィルタ52、投入容器60、弁231、および、駆動部510を備える。
(Configuration of gas component detection device 10)
As shown in FIG. 1, the gas component detection device 10 includes a first flow path 21 and a column 30. Further, the gas component detection device 10 includes a second flow path 22 , a third flow path 23 , a fourth flow path 24 , a fifth flow path 25 , a sixth flow path 26 , a sensor device 40 , a component detection section 43 , a blower 51 , a filter 52, an input container 60, a valve 231, and a drive section 510.

第1流路21、第2流路22、第3流路23、第4流路24、第5流路25、および、第6流路26は、径が一定の管状である。 The first flow path 21, the second flow path 22, the third flow path 23, the fourth flow path 24, the fifth flow path 25, and the sixth flow path 26 are tubular with a constant diameter.

第1流路21の一方端は、センサデバイス40に接続し、第1流路21の他方端は、カラム30に接続する。第2流路22の一方端は、カラム30に接続し、第2流路22の他方端は、ブロア51の吐出口に接続する。 One end of the first flow path 21 is connected to the sensor device 40 , and the other end of the first flow path 21 is connected to the column 30 . One end of the second flow path 22 is connected to the column 30, and the other end of the second flow path 22 is connected to the discharge port of the blower 51.

第3流路23の一方端は、第2流路22に接続し、第3流路23の他方端は、投入容器60に接続する。弁231は、第3流路23に設けられている。弁231の開閉によって、第2流路22と投入容器60との連通状態は、制御される。 One end of the third flow path 23 is connected to the second flow path 22 , and the other end of the third flow path 23 is connected to the charging container 60 . The valve 231 is provided in the third flow path 23. By opening and closing the valve 231, the state of communication between the second flow path 22 and the charging container 60 is controlled.

第4流路24の一方端は、センサデバイス40に接続し、第4流路24の他方端は、排出口240である。 One end of the fourth flow path 24 is connected to the sensor device 40, and the other end of the fourth flow path 24 is a discharge port 240.

第5流路25の一方端は、ブロア51の吸入口に接続し、第5流路25の他方端は、フィルタ52に接続する。第6流路26の一方端は、フィルタ52に接続し、第6流路26の他方端は、キャリアガス取込口260に接続する。 One end of the fifth flow path 25 is connected to the suction port of the blower 51, and the other end of the fifth flow path 25 is connected to the filter 52. One end of the sixth flow path 26 is connected to the filter 52, and the other end of the sixth flow path 26 is connected to the carrier gas intake port 260.

カラム30は、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34を備える。個別流路31の第1端、個別流路32の第1端、個別流路33の第1端、および、個別流路34の第1端は、流路結合部301によって結合する。個別流路31の第2端、個別流路32の第2端、個別流路33の第2端、および、個別流路34の第2端は、流路結合部302によって結合する。流路結合部301は、第1流路21に接続し、流路結合部302は、第2流路22に接続する。カラム30、すなわち、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34は、可撓性を有する材料からなり、被検出気体と反応しない材料からなる。なお、カラム30の具体的な構成は後述する。 The column 30 includes an individual flow path 31 , an individual flow path 32 , an individual flow path 33 , and an individual flow path 34 . A first end of the individual flow path 31 , a first end of the individual flow path 32 , a first end of the individual flow path 33 , and a first end of the individual flow path 34 are connected by a flow path coupling portion 301 . The second end of the individual flow path 31 , the second end of the individual flow path 32 , the second end of the individual flow path 33 , and the second end of the individual flow path 34 are connected by a flow path coupling portion 302 . The channel coupling portion 301 is connected to the first channel 21 , and the channel coupling portion 302 is connected to the second channel 22 . The column 30, that is, the individual channel 31, the individual channel 32, the individual channel 33, and the individual channel 34, are made of a flexible material and are made of a material that does not react with the gas to be detected. Note that the specific configuration of the column 30 will be described later.

センサデバイス40は、キャビティ41、および、センサ42を備える。キャビティ41は、センサデバイス40の筐体によって形成された空間であり、流入口411と流出口412とを備える。流入口411は、第1流路21に連通し、流出口412は、第4流路24に連通する。 Sensor device 40 includes a cavity 41 and a sensor 42. The cavity 41 is a space formed by the housing of the sensor device 40 and includes an inlet 411 and an outlet 412. The inlet 411 communicates with the first channel 21 , and the outlet 412 communicates with the fourth channel 24 .

センサ42は、検出面420を有する。センサ42は、検出面420がキャビティ41内で露出するように、センサデバイス40の筐体に配置される。センサ42は、検出面420に接触した気体の成分の濃度に応じた強度の電圧を、出力端子421から出力する。センサ42は、具体的には、例えば、半導体式のセンサである。なお、センサ42は、半導体式のセンサに限らず、接触燃焼式、電気化学式のセンサであってもよい。 Sensor 42 has a detection surface 420. Sensor 42 is arranged in the housing of sensor device 40 such that detection surface 420 is exposed within cavity 41 . The sensor 42 outputs from the output terminal 421 a voltage whose intensity corresponds to the concentration of the gas component that has come into contact with the detection surface 420 . Specifically, the sensor 42 is, for example, a semiconductor type sensor. Note that the sensor 42 is not limited to a semiconductor type sensor, but may be a catalytic combustion type sensor or an electrochemical type sensor.

成分検出部43は、センサ42の出力電圧を用いて、被検出気体の成分、および、その濃度を検出する。なお、成分検出部43は、既知の構成であり、具体的な説明は省略する。 The component detection unit 43 uses the output voltage of the sensor 42 to detect the components of the gas to be detected and their concentrations. Note that the component detection unit 43 has a known configuration, and a detailed description thereof will be omitted.

ブロア51は、流体を一方向に搬送する装置であり、例えば、圧電体を用いたブロアである。圧電体を用いたブロアとすることで、ブロア51を小型化できる。ブロア51には、駆動部510が接続されている。駆動部510は、ブロア51に駆動電力を供給する。ブロア51は、この駆動電力によって駆動し、吸入口から吐出口へ流体を搬送する。 The blower 51 is a device that transports fluid in one direction, and is, for example, a blower using a piezoelectric material. By using a piezoelectric blower, the blower 51 can be made smaller. A drive section 510 is connected to the blower 51. The drive unit 510 supplies drive power to the blower 51. The blower 51 is driven by this driving power and transports the fluid from the suction port to the discharge port.

フィルタ52が、気体清浄化フィルタであり、例えば、空気に含まれる塵、微粒子等の不純物を濾過する。投入容器60は、被検出気体を収容する。例えば、気体成分検出装置がヒトの呼気中の特定の成分(例えばアセトン成分)を検出するために用いる装置の場合は、ヒトの呼気があらかじめ投入容器60に収容されている。 The filter 52 is a gas purification filter, and filters out impurities such as dust and particulates contained in the air, for example. The input container 60 contains the gas to be detected. For example, in the case where the gas component detection device is used to detect a specific component (for example, an acetone component) in human breath, the human breath is stored in the input container 60 in advance.

(気体成分検出装置10における被検出気体の搬送および成分の検出方法)
上記構成において、ブロア51を駆動し、弁231を開放する。これにより、キャリアガスの元となる空気は、キャリアガス取込口260から第6流路26に流入し、フィルタ52で濾過される。これにより、キャリアガスが生成される。キャリアガスは、フィルタ52から第5流路25に搬送され、ブロア51に吸入される。ブロア51は、キャリアガスを、第2流路22に吐出する。
(Method for transporting gas to be detected and detecting components in gas component detection device 10)
In the above configuration, the blower 51 is driven and the valve 231 is opened. Thereby, the air that is the source of the carrier gas flows into the sixth flow path 26 from the carrier gas intake port 260 and is filtered by the filter 52. This generates carrier gas. The carrier gas is transported from the filter 52 to the fifth flow path 25 and sucked into the blower 51. The blower 51 discharges carrier gas into the second flow path 22 .

第2流路22にキャリアガスが流れると、投入容器60から第3流路23を介して、被検出気体が第2流路22に流れ込む。これにより、被検出気体は、キャリアガスに混合し、被検出気体が混合したキャリアガス(以下、説明の便宜上、混合ガスと称する。)は、第2流路22からカラム30に搬送される。 When the carrier gas flows into the second flow path 22 , the gas to be detected flows into the second flow path 22 from the input container 60 via the third flow path 23 . Thereby, the gas to be detected is mixed with the carrier gas, and the carrier gas mixed with the gas to be detected (hereinafter referred to as mixed gas for convenience of explanation) is transported from the second flow path 22 to the column 30.

カラム30に搬入された混合ガスは、流路結合部302において、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34に分離する。混合ガスは、それぞれに、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34に流れる。この際、個別流路31-34に流れる混合ガスの流速は、低下する。個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34に流れた混合ガスは、流路結合部301で結合し、第1流路21に流入する。個別流路31-34に流れる混合ガスが合流することによって、第1流路21での混合ガスの流速は、再び、高くなる。 The mixed gas carried into the column 30 is separated into an individual flow path 31 , an individual flow path 32 , an individual flow path 33 , and an individual flow path 34 at the flow path coupling portion 302 . The mixed gas flows into individual channels 31, 32, 33, and 34, respectively. At this time, the flow rate of the mixed gas flowing through the individual channels 31-34 decreases. The mixed gases flowing through the individual channels 31 , 32 , 33 , and 34 are combined at the channel coupling portion 301 and flow into the first channel 21 . By merging the mixed gases flowing into the individual channels 31-34, the flow rate of the mixed gas in the first channel 21 increases again.

第1流路21を流れた混合ガスは、流入口411からキャビティ41内に流入し、流出口412から第4流路24を介して、排出口240から排出される。この際、混合ガスが、キャビティ41内において、センサ42の検出面420に接触することで、被検出気体の成分は検出される。 The mixed gas that has flowed through the first channel 21 flows into the cavity 41 from the inlet 411 , passes through the fourth channel 24 from the outlet 412 , and is discharged from the outlet 240 . At this time, the mixed gas comes into contact with the detection surface 420 of the sensor 42 in the cavity 41, so that the components of the gas to be detected are detected.

そして、被検出気体の複数の成分は、カラム30での流速が異なるので、センサ42は、複数の成分を個別に検出できる。 Since the plurality of components of the gas to be detected have different flow rates in the column 30, the sensor 42 can detect the plurality of components individually.

(カラム30の具体的な構成)
上述のように、カラム30は、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34を備える。個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34は、流路結合部301と流路結合部302との間において並列に接続されている。
(Specific configuration of column 30)
As described above, the column 30 includes the individual channels 31, 32, 33, and 34. The individual channels 31, 32, 33, and 34 are connected in parallel between the channel coupling section 301 and the channel coupling section 302.

個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34は、径が一定の管状である。個別流路31の流路断面積S31、個別流路32の流路断面積S32、個別流路33の流路断面積S33、および、個別流路34の流路断面積S34は、同じである。なお、本願おいて、流路断面積とは、管の延びる方向に対して直交する面で管を切断したときの、内部空間の切断面の面積であり、カラムが複数の個別流路を有する場合は、それらの個別流路のそれぞれの断面積を加算した面積を指す。 The individual channels 31, 32, 33, and 34 are tubular with a constant diameter. The channel cross-sectional area S31 of the individual channel 31, the channel cross-sectional area S32 of the individual channel 32, the channel cross-sectional area S33 of the individual channel 33, and the channel cross-sectional area S34 of the individual channel 34 are the same. . In addition, in this application, the cross-sectional area of the flow path is the area of the cut surface of the internal space when the pipe is cut at a plane perpendicular to the direction in which the pipe extends, and the cross-sectional area of the flow path is the area of the cut surface of the internal space when the tube is cut in a plane perpendicular to the direction in which the tube extends. In this case, it refers to the area that is the sum of the cross-sectional areas of each of those individual channels.

さらに、個別流路31の内部構造、個別流路32の内部構造、個別流路33の内部構造、および、個別流路34の内部構造は同じである。内部構造が同じであるとは、例えば、管の内壁面に形成される吸着体または担体の材料、厚みが同じであることを意味する。管内に吸着体や担体を充填する構造と比較して、管の内壁面に吸着体または担体を形成する構成とすることによって、個別流路31、個別流路32、個別流路33、および、個別流路34の内部構造を、より精度良く同じにしやすく、有効である。なお、カラム30は、パックドカラムまたはキャピラリーカラムのいずれを用いてもよい。固定相や液相はそれぞれ公知のものを用いることができる。 Furthermore, the internal structure of the individual flow path 31, the internal structure of the individual flow path 32, the internal structure of the individual flow path 33, and the internal structure of the individual flow path 34 are the same. The same internal structure means, for example, that the material and thickness of the adsorbent or carrier formed on the inner wall surface of the tube are the same. Compared to a structure in which the adsorbent or carrier is filled inside the tube, by forming the adsorbent or the carrier on the inner wall surface of the tube, the individual flow paths 31, the individual flow paths 32, the individual flow paths 33, and This is effective because it is easier to make the internal structures of the individual flow paths 34 the same with higher accuracy. Note that the column 30 may be either a packed column or a capillary column. As the stationary phase and the liquid phase, known ones can be used.

このような構成において、個別流路31の流路断面積S31、個別流路32の流路断面積S32、個別流路33の流路断面積S33、および、個別流路34の流路断面積S34は、第1流路21の流路断面積S21と同じである。 In such a configuration, the channel cross-sectional area S31 of the individual channel 31, the channel cross-sectional area S32 of the individual channel 32, the channel cross-sectional area S33 of the individual channel 33, and the channel cross-sectional area of the individual channel 34 S34 is the same as the channel cross-sectional area S21 of the first channel 21.

カラム30としての流路断面積は、個別流路31の流路断面積S31、個別流路32の流路断面積S32、個別流路33の流路断面積S33、および、個別流路34の流路断面積S34を加算した面積である。したがって、カラム30の流路断面積は、第1流路21の流路断面積S21よりも大きくなる。これにより、カラム30を流れる混合ガスの流速は、第1流路21を流れる混合ガスの流速よりも遅くなる。すなわち、カラム30は、遅延機構として機能する。 The cross-sectional area of the column 30 is the cross-sectional area S31 of the individual flow path 31, the cross-sectional area S32 of the individual flow path 32, the cross-sectional area S33 of the individual flow path 33, and the cross-sectional area S33 of the individual flow path 34. This is the area obtained by adding the flow path cross-sectional area S34. Therefore, the channel cross-sectional area of the column 30 is larger than the channel cross-sectional area S21 of the first channel 21. Thereby, the flow rate of the mixed gas flowing through the column 30 becomes slower than the flow rate of the mixed gas flowing through the first channel 21. That is, column 30 functions as a delay mechanism.

(気体成分検出装置10の構成による作用効果)
気体成分検出装置10は、上述の構成を備えることによって、次の作用効果を得られる。
(Effects due to the configuration of the gas component detection device 10)
By having the above-described configuration, the gas component detection device 10 can obtain the following effects.

図2は、濃度別の半導体センサの出力電圧の遷移状態を示すグラフである。図2は、検出対象とする1種類の成分(例えば、アセトン)を検出する場合を示している。図2において、横軸は、検出開始からの経過時間を示し、縦軸は、ベースライン電圧に対する電圧差ΔVを示す。図2は、濃度DE1、濃度DE2、濃度DE3、および、濃度DE4の場合を示している。濃度DE3は、濃度DE4よりも高く、濃度DE2は濃度DE3よりも高く、濃度DE1は濃度DE2よりも高い。すなわち、濃度DE1>濃度DE2>濃度DE3>濃度DE4の関係にある。 FIG. 2 is a graph showing the transition state of the output voltage of the semiconductor sensor for each concentration. FIG. 2 shows a case where one type of component to be detected (for example, acetone) is detected. In FIG. 2, the horizontal axis shows the elapsed time from the start of detection, and the vertical axis shows the voltage difference ΔV with respect to the baseline voltage. FIG. 2 shows cases of density DE1, density DE2, density DE3, and density DE4. The density DE3 is higher than the density DE4, the density DE2 is higher than the density DE3, and the density DE1 is higher than the density DE2. That is, the relationship is density DE1>density DE2>density DE3>density DE4.

図2に示すように、センサ42を用いた場合、検出対象の成分の濃度が高くなるほど、飽和時の電圧差ΔVは、高くなる。したがって、気体成分検出装置10は、電圧差ΔVの大きさから、成分の濃度を検出できる。 As shown in FIG. 2, when the sensor 42 is used, the higher the concentration of the component to be detected, the higher the voltage difference ΔV at saturation. Therefore, the gas component detection device 10 can detect the concentration of the component from the magnitude of the voltage difference ΔV.

図3は、キャビティ内での流速別の半導体センサの出力電圧の遷移状態を示すグラフである。図3は、検出対象とする1種類の成分(例えば、アセトン)を検出する場合を示している。図3において、横軸は、検出開始からの経過時間を示し、縦軸は、ベースライン電圧に対する電圧差ΔVを示す。図3は、流速FV1、流速FV2、流速FV3、および、流速FV4の場合を示している。流速FV3は、流速FV4よりも高く、流速FV2は流速FV3よりも高く、流速FV1は流速FV2よりも高い。すなわち、流速FV1>流速FV2>流速FV3>流速FV4の関係にある。 FIG. 3 is a graph showing the transition state of the output voltage of the semiconductor sensor depending on the flow velocity within the cavity. FIG. 3 shows a case where one type of component to be detected (for example, acetone) is detected. In FIG. 3, the horizontal axis shows the elapsed time from the start of detection, and the vertical axis shows the voltage difference ΔV with respect to the baseline voltage. FIG. 3 shows cases of flow velocity FV1, flow velocity FV2, flow velocity FV3, and flow velocity FV4. The flow rate FV3 is higher than the flow rate FV4, the flow rate FV2 is higher than the flow rate FV3, and the flow rate FV1 is higher than the flow rate FV2. That is, the relationship is as follows: flow velocity FV1>flow velocity FV2>flow velocity FV3>flow velocity FV4.

図3に示すように、センサ42を用いた場合、検出対象の成分を含む混合ガスの流速が高くなるほど、ベースライン電圧に対する電圧差ΔV(出力電圧)が飽和する時間は早くなる。すなわち、過渡応答は高速になる。このため、流速が高くなるほど、短時間で検出対象の成分を検出できる。すなわち、第1流路21の流速を高くすることで、検出時間を短くできる。 As shown in FIG. 3, when the sensor 42 is used, the higher the flow rate of the mixed gas containing the component to be detected, the faster the time for the voltage difference ΔV (output voltage) with respect to the baseline voltage to become saturated. That is, the transient response becomes faster. Therefore, the higher the flow rate, the faster the detection target component can be detected. That is, by increasing the flow velocity in the first flow path 21, the detection time can be shortened.

ここで、例えば、本願の構成を備えない従来のカラムでは、カラムの流速は、第1流路21の流速と同等になってしまう。カラムでの流速が高くなると、カラムにおける被検出気体の成分の分離能が低下し、検出対象の成分に対して所望の感度は、得られない。 Here, for example, in a conventional column that does not have the configuration of the present application, the flow rate of the column becomes equivalent to the flow rate of the first flow path 21. When the flow rate in the column increases, the separation ability of the component of the gas to be detected in the column decreases, and the desired sensitivity for the component to be detected cannot be obtained.

しかしながら、本願発明の気体成分検出装置10では、上述のように、カラム30での流速は、第1流路21での流速よりも遅く(低く)できる。これにより、カラム30での被検出気体の成分の分離能の低下を抑制でき、高い感度で、検出対象の成分を検出できる。 However, in the gas component detection device 10 of the present invention, the flow rate in the column 30 can be made slower (lower) than the flow rate in the first channel 21, as described above. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the separation ability of the components of the gas to be detected in the column 30, and the component to be detected can be detected with high sensitivity.

図4は、本願発明のガスクロマトグラフィの構成によるクロマトグラムと、比較構成によるクロマトグラムとを示す図である。比較構成とは、本願発明のような流路断面積の大きなカラム30を備えておらず、第1流路21と同じ流路断面積で、カラム30の個別流路31-34の長さの合計値と同等の長さのカラムを備えた構成を示す。図4に示すように、本願構成を備えることによって、検出対象の成分の信号強度は、比較構成よりも高くなる。したがって、本願の気体成分検出装置10は、高い感度で、検出対象の成分を検出できる。 FIG. 4 is a diagram showing a chromatogram according to the gas chromatography configuration of the present invention and a chromatogram according to a comparative configuration. The comparative configuration does not include the column 30 with a large flow passage cross-sectional area like the present invention, has the same flow passage cross-sectional area as the first flow passage 21, and has the same length as the individual flow passages 31-34 of the column 30. Shows a configuration with columns of length equal to the sum value. As shown in FIG. 4, by providing the configuration of the present application, the signal strength of the component to be detected becomes higher than that of the comparative configuration. Therefore, the gas component detection device 10 of the present application can detect the component to be detected with high sensitivity.

このように、本実施形態の構成を備えることによって、気体成分検出装置10は、検出対象の成分を高い感度で検出しながら、検出時間を短くできる。 In this way, by having the configuration of this embodiment, the gas component detection device 10 can shorten the detection time while detecting the component to be detected with high sensitivity.

さらに、図2(B)に示すように、過渡応答の期間においても、濃度と電圧差ΔVとの関係は、飽和状態と同じである。したがって、過渡応答の期間中であっても、検出対象の成分の濃度を高精度に検出することは、可能である。これにより、例えば、図2の計測時間tmのように、電圧差ΔVが飽和する前の過渡応答期間内において成分を検出でき、気体成分検出装置10は、検出時間をさらに短くできる。 Furthermore, as shown in FIG. 2(B), the relationship between the concentration and the voltage difference ΔV is the same as in the saturated state even during the transient response period. Therefore, even during the transient response period, it is possible to detect the concentration of the component to be detected with high accuracy. Thereby, the component can be detected within the transient response period before the voltage difference ΔV is saturated, for example, like the measurement time tm in FIG. 2, and the gas component detection device 10 can further shorten the detection time.

なお、この際、第1流路21の流路断面積S21は、センサ42の検出の過渡応答特性、すなわち、反応速度に基づいて設定し、カラム30の流路断面積(各個別流路31、32、33、34の流路断面積S31、S32、S33、S34の和)は、被検出気体の成分の分離能に基づいて、設定するとよい。すなわち、第1流路21の流路断面積S21とカラム30の流路断面積との比は、センサ42において精度を保持でき、時間短縮が可能な最適な計測時間tmと、カラム30で必要とされる分離能に基づいて、設定されているとよりよい。 At this time, the channel cross-sectional area S21 of the first channel 21 is set based on the transient response characteristic of detection by the sensor 42, that is, the reaction rate, and the channel cross-sectional area S21 of the column 30 (each individual channel 31 , 32, 33, and 34 (the sum of flow path cross-sectional areas S31, S32, S33, and S34) may be set based on the separation ability of the components of the gas to be detected. In other words, the ratio between the flow path cross-sectional area S21 of the first flow path 21 and the flow path cross-sectional area of the column 30 determines the optimum measurement time tm that can maintain accuracy in the sensor 42 and shorten the time required for the column 30. It is better if the setting is based on the expected resolution.

また、上述のカラム30では、個別流路31の長さL31、個別流路32の長さL32、個別流路33の長さL33、および、個別流路34の長さL34は、可能な限り同じであることが好ましい。これにより、個別流路31、32、33、34における分離能の差が小さく、または、無くなり、より高い感度で、検出対象の成分を検出できる。ただし、これら個別流路31の長さL31、個別流路32の長さL32、個別流路33の長さL33、および、個別流路34の長さL34は、気体成分検出装置10の必要とする最低限の分離能の範囲内において、異なっていてもよい。なお、この概念は、流路断面積、内部構造に対しても適用でき、分離能の許容する範囲内において異なっていてもよいが、可能な限り同じであることが好ましい。 In addition, in the column 30 described above, the length L31 of the individual flow path 31, the length L32 of the individual flow path 32, the length L33 of the individual flow path 33, and the length L34 of the individual flow path 34 are set as much as possible. Preferably they are the same. As a result, the difference in resolution between the individual channels 31, 32, 33, and 34 is reduced or eliminated, and the component to be detected can be detected with higher sensitivity. However, the length L31 of these individual channels 31, the length L32 of the individual channels 32, the length L33 of the individual channels 33, and the length L34 of the individual channels 34 are determined according to the requirements of the gas component detection device 10. They may be different within the minimum resolution required. Note that this concept can also be applied to the flow path cross-sectional area and internal structure, and although they may be different within the range allowed by the separation ability, it is preferable that they be the same as possible.

また、センサ42の検出面420は、キャビティ41における混合ガスの搬送方向に対して平行であることが好ましい。検出面420と搬送方向とが平行であることによって、信号強度のベースラインのバラツキは、低減される。これは、例えば、混合ガスの接触によるセンサ42の検出面420の温度変化を抑制できるからである。 Further, the detection surface 420 of the sensor 42 is preferably parallel to the direction of conveyance of the mixed gas in the cavity 41. Since the detection surface 420 and the transport direction are parallel, variations in the baseline of signal strength are reduced. This is because, for example, changes in temperature of the detection surface 420 of the sensor 42 due to contact with the mixed gas can be suppressed.

これにより、センサ42の出力電圧のSN比を改善できる。したがって、気体成分検出装置10は、検出対象の成分を、さらに高精度に検出できる。 Thereby, the SN ratio of the output voltage of the sensor 42 can be improved. Therefore, the gas component detection device 10 can detect the component to be detected with even higher accuracy.

また、上述の流速の制御は、第2流路22の上流側に配置されたブロア51によって実現される。そして、第2流路22の流路断面積S22は、第1流路21の流路断面積S21と同じである。これにより、第2流路22に流速計等を配置して、流速を計測し、駆動部510にフィードバックすることで、第1流路21の流速は、容易に制御できる。そして、第2流路22における第3流路23との接続位置よりも上流側に、流速計を配置することで、流速計が、被検出気体に曝されることを抑制できる。 Further, the above-mentioned control of the flow rate is realized by the blower 51 arranged on the upstream side of the second flow path 22. The flow passage cross-sectional area S22 of the second flow passage 22 is the same as the flow passage cross-sectional area S21 of the first flow passage 21. Thereby, by arranging a current meter or the like in the second flow path 22 to measure the flow speed and feeding it back to the drive unit 510, the flow speed in the first flow path 21 can be easily controlled. By arranging the current meter on the upstream side of the connection position with the third flow path 23 in the second flow path 22, it is possible to suppress the current meter from being exposed to the gas to be detected.

また、上述の構成では、第2流路22において、第1流路21と同様の流速を稼いだ後に、カラム30において、一時的に流速を低減させている。そして、流速の高い第2流路22に第3流路23が接続している。これにより、投入容器60から被検出気体は、高い流速によって、第2流路22に引き込まれ、気体成分検出装置10は、被検出気体を効率的に引き込むことができる。 Furthermore, in the above-described configuration, after the second flow path 22 achieves the same flow rate as the first flow path 21, the flow rate is temporarily reduced in the column 30. A third flow path 23 is connected to the second flow path 22 having a high flow rate. Thereby, the gas to be detected is drawn into the second flow path 22 from the input container 60 at a high flow rate, and the gas component detection device 10 can efficiently draw in the gas to be detected.

また、第3流路23は、カラム30の複数の個別流路31-34に接続させることも可能である。ただし、上述のように、第3流路23が第2流路22に接続することで、被検出気体の引き込みは、効率的になる。 Further, the third channel 23 can also be connected to a plurality of individual channels 31-34 of the column 30. However, as described above, by connecting the third flow path 23 to the second flow path 22, the gas to be detected can be drawn in efficiently.

また、上述の説明では、複数の個別流路31-34によってカラム30を構成することで、カラム30の流路断面積を第1流路21の流路断面積S21よりも大きくする態様を示した。しかしながら、例えば、図5に示すような別の態様を適用することも可能である。図5は、本発明の実施形態に係る気体成分検出装置のおけるカラム部分の構成を示す概略図である。 Furthermore, in the above description, a mode is shown in which the column 30 is configured with a plurality of individual channels 31-34, so that the channel cross-sectional area of the column 30 is made larger than the channel cross-sectional area S21 of the first channel 21. Ta. However, it is also possible to apply another embodiment, for example as shown in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a column portion of the gas component detection device according to the embodiment of the present invention.

図5に示すように、カラム30Aは、第1流路21および第2流路22よりも径の大きな管状である。すなわち、カラム30Aの流路断面積S30Aは、第1流路21の流路断面積S21、および、第2流路22の流路断面積S22よりも大きい。 As shown in FIG. 5, the column 30A has a tubular shape with a larger diameter than the first flow path 21 and the second flow path 22. That is, the channel cross-sectional area S30A of the column 30A is larger than the channel cross-sectional area S21 of the first channel 21 and the channel cross-sectional area S22 of the second channel 22.

このような構成であっても、気体成分検出装置は、高い検出感度を実現しながら、検出時間を短くできる。 Even with such a configuration, the gas component detection device can shorten the detection time while achieving high detection sensitivity.

なお、上述の図1に示す構成と図5に示す構成とを組み合わせることも可能である。すなわち、図1に示すカラムの個別流路の流路断面積は、第1流路21の流路断面積S21よりも大きくてもよい。また、カラムとしての流路断面積が第1流路21の流路断面積S21よりも大きければ、個別流路の流路断面積は、第1流路21の流路断面積S21に対して小さい等、異なっていてもよい。 Note that it is also possible to combine the configuration shown in FIG. 1 and the configuration shown in FIG. 5 described above. That is, the flow path cross-sectional area of each individual flow path of the column shown in FIG. 1 may be larger than the flow path cross-sectional area S21 of the first flow path 21. Further, if the flow path cross-sectional area as a column is larger than the flow path cross-sectional area S21 of the first flow path 21, the flow path cross-sectional area of the individual flow path is larger than the flow path cross-sectional area S21 of the first flow path 21. It may be different, such as smaller.

10:気体成分検出装置
21:第1流路
22:第2流路
23:第3流路
24:第4流路
25:第5流路
26:第6流路
30、30A:カラム
31、32、33、34:個別流路
40:センサデバイス
41:キャビティ
42:センサ
43:成分検出部
51:ブロア
52:フィルタ
60:投入容器
231:弁
240:排出口
260:キャリアガス取込口
301:流路結合部
302:流路結合部
411:流入口
412:流出口
420:検出面
421:出力端子
510:駆動部
10: Gas component detection device 21: First flow path 22: Second flow path 23: Third flow path 24: Fourth flow path 25: Fifth flow path 26: Sixth flow path 30, 30A: Columns 31, 32 , 33, 34: Individual flow path 40: Sensor device 41: Cavity 42: Sensor 43: Component detection unit 51: Blower 52: Filter 60: Input container 231: Valve 240: Outlet 260: Carrier gas intake port 301: Flow Channel coupling section 302: Channel coupling section 411: Inflow port 412: Outflow port 420: Detection surface 421: Output terminal 510: Drive section

Claims (6)

被検出気体の成分を検出するセンサと、
前記被検出気体が混合されたキャリアガスの搬送方向において、前記センサよりも上流側に配置されたカラムと、
前記カラムと前記センサとの間に接続された第1流路と、
を備え、
前記カラムは、前記カラムにおける前記キャリアガスの流速を、前記第1流路における前記キャリアガスの流速よりも遅くする遅延機構を含み、
前記センサは、半導体式のセンサであり、
前記センサ、および、前記センサの検出面が内蔵されるキャビティを有するセンサデバイスをさらに備える、
気体成分検出装置。
A sensor that detects the components of the gas to be detected;
a column disposed upstream of the sensor in the transport direction of the carrier gas mixed with the gas to be detected;
a first flow path connected between the column and the sensor;
Equipped with
The column includes a delay mechanism that makes the flow rate of the carrier gas in the column slower than the flow rate of the carrier gas in the first flow path,
The sensor is a semiconductor type sensor,
further comprising a sensor device having a cavity in which the sensor and a detection surface of the sensor are built;
Gas component detection device.
前記遅延機構は、
前記カラムの流路断面積を、前記第1流路の流路断面積よりも大きくしたものを含む、
請求項1に記載の気体成分検出装置。
The delay mechanism is
Including one in which the flow passage cross-sectional area of the column is larger than the flow passage cross-sectional area of the first flow passage.
The gas component detection device according to claim 1.
前記遅延機構は、
前記カラムを複数の個別流路で構成し、
前記複数の個別流路は、第1端および第2端においてそれぞれ1つの流路に結合し、
前記第1端は、前記第1流路に接続したものと含む、
請求項2に記載の気体成分検出装置。
The delay mechanism is
The column is configured with a plurality of individual channels,
The plurality of individual channels are each coupled to one channel at a first end and a second end,
The first end is connected to the first flow path.
The gas component detection device according to claim 2.
前記カラムの流速は、前記被検出気体の成分の分離能に基づいて設定され、
前記第1流路の流速は、前記センサの反応速度に基づいて設定されている、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の気体成分検出装置。
The flow rate of the column is set based on the separation ability of the components of the detected gas,
The flow rate of the first flow path is set based on the reaction rate of the sensor,
A gas component detection device according to any one of claims 1 to 3.
記センサの検出面は、前記キャビティ内における前記キャリアガスの搬送方向に対して平行である、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の気体成分検出装置。
The detection surface of the sensor is parallel to the transport direction of the carrier gas within the cavity.
A gas component detection device according to any one of claims 1 to 4.
前記センサの出力信号から前記被検出気体の成分を検出する検出部を備え、
前記検出部は、前記センサの過渡応答から、前記成分を検出する、
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の気体成分検出装置。
comprising a detection unit that detects a component of the detected gas from the output signal of the sensor,
The detection unit detects the component from a transient response of the sensor.
A gas component detection device according to any one of claims 1 to 5 .
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