システムGC - アプリケーション

GX・エネルギー業界向けGCアプリケーションシステム

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メタネーション評価ガス分析

脱炭素社会実現のため研究開発が活発に進められているメタネーション技術は、温室効果ガスである二酸化炭素を原料として都市ガスの主成分となるメタンを生成する技術です。二酸化炭素の再利用技術として注目され、多くの研究では反応プロセスのモニタリングの高速化が求められています。

本アプリケーションは、メタネーション反応プロセスでモニタリングが必要とされる7成分を5分以内に分析した事例です。短時間で高速に分析できることに加え、サンプル中の余分な水分を分析過程で除去しています。

  • 検出器：TCD×3

    測定濃度範囲例
    測定成分名 測定範囲（％）
    H2 0.05 ～ 100
    O2 + Ar 0.25 ～ 1
    N2 0.05 ～ 1
    CH4 0.05 ～ 100
    CO 0.05 ～ 100
    CO2 0.05 ～ 100
    C2H4

    0.05 ～ 100
  • クロマトグラム

     

温室効果ガス分析

温室効果ガスには、気候変動の主な要因とされる二酸化炭素（CO2）、メタン（CH4）、一酸化二窒素（N2O）などがあります。これらのガスを効率的に測定するため、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構（農研機構）と共同で、温室効果ガスアナライザーガスクロマトグラフシステムを開発しました。

このシステムは、一度の測定でCO2、CH4、N2Oの同時測定を実現しています。同時測定が行えることにより、サンプルの導入誤差を低減し分析精度を向上するとともに、測定時間を大幅に短縮することができるようになりました。このシステムは、温室効果ガスの削減に関する研究を進めるための重要な測定技術として期待されています。

  • 検出器：TCD、FID、ECD

    測定濃度範囲例
    測定成分名 測定範囲（ppm）
    CO2 300 ～ 2,000
    CH4 300 ～ 3,000
    N2O 0.5 ～ 300
  • クロマトグラム

     

アンモニア中の不純物分析

アンモニアガス中の不純物分析を行ったアプリケーションです。アンモニアは、古くは肥料の製造過程、近年は半導体製造工程における様々な用途での使用、グリーンイノベーション関連技術としては、合成アンモニア燃料や水素の貯蔵/輸送の研究など、様々な分野で使用されています。

アンモニア中の不純物は、安定性や反応工程に影響を及ぼすため、厳密な管理が必要とされています。

本システムは分析カラムを複数使用することにより、主成分のアンモニアを流路内で除去することで安定した連続分析を行うことが可能です。また検出器を追加変更することで、さらに低濃度の不純物成分の測定や水素を含む多成分同時分析ができるなど、世の中の多様なニーズに応えることができるシステムです。

  • 検出器：TCD

    測定成分名 検出下限
    Ar + O2 10 ppm
    N2 10 ppm
    CH4 10 ppm
    CO 10 ppm
  • クロマトグラム

     

アンモニアの組成分析

  • 温室効果ガスの排出を削減するための「グリーンアンモニア」市場では、次世代の研究が盛んに行われています。グリーンアンモニアは、再生可能エネルギー由来の水素と窒素から合成され、合成燃料や肥料として利用されるだけでなく、将来的には大規模なエネルギー貯蔵手段としての活用も期待されています。

    グリーンアンモニアの製造技術は、今後の持続可能な社会の構築において重要な役割を果たすだろうと考えられています。そのためには課題であるアンモニア合成のエネルギー効率の改善が必要であり、製造プロセスの最適化が不可欠と言われています。

    N2 ＋ 3H2  → 2NH3

    システムは、アンモニアとその原料である水素や窒素を同時に測定することで一連の反応効率を評価することができ、製造プロセスの改善につなげることが可能です。

    検出器︓TCD × 2個

  • クロマトグラム

     

無機ガスおよび低級炭化水素分析

ガスクロマトグラフによるガス分析は、石油化学分野をはじめ、さまざまな領域で広く利用されています。主に分析される成分としては、水素（H2）、一酸化炭素（CO）、二酸化炭素（CO2）などの無機ガスや、メタン（CH4）などの低級炭化水素ガスが挙げられます。

これらの成分分析は、検出器としてTCDとBIDを用いることで、低濃度から高濃度までの幅広い濃度範囲をカバーして分析することができます。

また、ガスサンプルの導入を自動化したオートガスインジェクタGI-30 を用いることで、再現性よく効率的に分析を行うことができるようになります。

  • 測定成分：H2, O2, N2, CO, CH4, CO2  N2O, C2H2, C2H4, C2H6

    検出器：TCD, BID
     

    クロマトグラム

    Brevis GC-2050＋GI-30の外観と GI-30の概略図

  • クロマトグラム

    TCDによる分析時のクロマトグラム

    クロマトグラム

    BIDによる分析時のクロマトグラム
    （拡大図：10ppm CH4のクロマトグラム）

医療用酸素および医療用窒素の分析

医療機関で使用されているガスは、安全性や品質を保証するために、ガスクロマトグラフなどの分析装置を使用して品質管理を行っています。

本アプリケーションは、医療用に使用される酸素（O2）中の不純物としての窒素（N2）および、医療用に使用される窒素中の不純物としての酸素を分析した一例です。

本システムを使用することで、対象ガスを自動で装置に導入し分析結果を得るまでの一連の工程を自動で行うことができます。

  • 測定濃度範囲例
    主成分 測定成分名 測定範囲（％） 検出下限（％）
    O2 N2 0.05 ～ 0.5 0.01
    N2 O2 0.05 ～ 0.5 0.01
  • クロマトグラム

    O2中のN2分析例

    クロマトグラム

    N2中のO2分析例

     

触媒反応ガス分析

  • 触媒を用いた研究は、脱硫や排ガスの浄化、有機合成など、さまざまな分野で行われています。近年では、グリーンイノベーションに係る新エネルギーやカーボンニュートラルの分野でも研究が盛ん行われています。

    本アプリケーションは、触媒反応から発生したガスをシステムGCを用いて一斉分析をした事例になります。

    検出器︓TCD、FID1、FID2

    測定成分：H2, O2＋Ar, N2, CO, CO2, C1～C2

  • クロマトグラム

     

大気中のCO2、CH4分析

近年、世界的に温室効果ガスの排出削減の取り組みが行われていて、排出量を実質ゼロにするカーボンニュートラル社会を実現するための研究開発が盛んに進められています。主な温室効果ガスには、二酸化炭素 (CO2)、メタン (CH4)があり簡便な分析方法が求められています。

この2成分を高感度で一斉分析する手法として、従来からメタナイザーを使用したGC-FID法があります。メタナイザーは、ニッケル触媒と水素ガス使用し、FID検出器には感度がないCO2をCH4に還元することで、高感度で一斉分析を行うことができます。ただ、メタナイザーを分析流路内に組み込む必要があることやニッケル触媒がサンプル中の酸素と反応し還元能力が落ちるなど、使用上の煩雑さがありました。

一方、島津製作所が販売するJetanzierは、メタナイザーと同様の効果を得られ、酸素耐性の強い触媒を使用しかつ、触媒をFIDのノズル内に組み込むことで、余分な流路がなくなり簡便に測定をすることができるようになりました。また、メンテナンスもFIDのノズル交換と同様の手順で行うことできるため、取り扱いも容易になりました。

測定成分：CO2, CH4　※ COも測定することが可能です。

検出器：FID + Jetanizer

 

Polyarcを用いたリチウムバッテリー中の電解液分析

リチウムイオン電池の電解液は、世界各地で製造されています。電解液組成のばらつきは、電池の性能や安全性に大きな影響を与えるため、正確な濃度を測定することは必要不可欠です。一般的に、電解液の分析にはGC-FID法が用いられます。電解液に含まれる有機化合物の正確な定量には、対象となる化合物それぞれの標準物質を用いた検量線が必要になります。しかし、これら標準物質の一部は、購入価格が高いだけでなく、標準物質そのものが入手できない場合もあります。

本アプリケーションで使用したPolyarcデバイスは、FID検出器の直前に設置するとにより、すべての有機化合物を酸化還元反応によりメタン分子に変換することができます。このことから有機化合物をメタン換算濃度として算出することができるようになり、複数の有機化合物をメタンの検量線１本で測定できるようなり、困難な電解液の分析も容易に行うことができるようになります。

測定対象：ジメチルカーボネート（DMC）, エチルメチルカーボネート（EMC）, ジエチルカ ーボネート（DEC）, ビニレンカーボネート（VC）, フルオロエチレンカーボネート（FEC）, エチレンカーボネート（EC）

測定範囲：1 ％ ～ 100 ％

検出器：FID＋Polyarc

  • Polyarc
  • 電解液の分析例

    電解液の分析例