環境計量士 第76回 環濃 問題3｜ガスクロマトグラフ用カラムの理論段相当高さ【過去問解説】

「誤っているものを一つ選べ」となっていますが、選択肢の多く、場合によっては全部が理論段相当高さに影響し得るからです。

理論段相当高さとは

理論段相当高さは、カラム効率を表す指標で、一般に HETP とも呼ばれます。$$H = \frac{L}{N}$$H=NL​

ここで、

• $H$H：理論段相当高さ
• $L$L：カラム長さ
• $N$N：理論段数

です。

H が小さいほど、カラム効率がよいことを意味します。

また、理論段相当高さは、ガスクロマトグラフィーでは主に以下のような要因に影響されます。$$H = A + \frac{B}{u} + Cu$$H=A+uB​+Cu

これは van Deemter 式として知られており、

• $A$A：多流路拡散
• $B/u$B/u：縦方向拡散
• $Cu$Cu：物質移動抵抗

を表します。

各選択肢の確認

1　カラムの内径

カラムの内径は、カラム内での流れ方や拡散、壁面の影響などに関係します。
特にキャピラリーカラムでは、内径が小さいほど分離効率が高くなりやすく、理論段相当高さにも影響します。

したがって、影響するパラメーターと考えられます。

2　充てん剤粒子の粒径

充てんカラムでは、充てん剤粒子の粒径が小さいほど、物質移動距離が短くなり、カラム効率がよくなりやすいです。
また、多流路拡散にも関係します。

したがって、これは明らかに 理論段相当高さに影響するパラメーターです。

3　固定相膜厚

固定相膜厚は、固定相内での物質移動抵抗に関係します。
膜が厚いと、成分が固定相内を移動する距離が長くなり、ピークが広がりやすくなります。

したがって、理論段相当高さに影響します。

4　キャリヤーガスの線速度

キャリヤーガスの線速度は、van Deemter 式に直接出てくる重要なパラメーターです。

線速度が遅すぎると縦方向拡散の影響が大きくなり、速すぎると物質移動抵抗の影響が大きくなります。

したがって、これは 理論段相当高さに大きく影響するパラメーターです。

5　注入口温度

ここが一番「誤り」として狙われた可能性があります。

ただし、注入口温度も試料の気化状態や導入状態に影響します。
注入口温度が不適切だと、試料が十分に気化しなかったり、導入時にピークが広がったりする可能性があります。

厳密には、カラム内部の理論段相当高さそのものを決める代表的なパラメーターというより、試料導入条件としてピーク形状や見かけの分離効率に影響する条件です。

そのため、試験問題としては「5 注入口温度」を誤りにしたかった可能性があります。

なぜ全員正解になったのか

おそらく理由は、5を誤りと断定しにくいからです。

この問題では「理論段相当高さに影響するパラメーター」と書かれていますが、どこまでを「影響する」とみなすかが曖昧です。

本来、理論段相当高さに直接関係する代表的なものは、

• 充てん剤粒子の粒径
• 固定相膜厚
• キャリヤーガスの線速度
• カラム内径
• 拡散係数
• 温度
• 固定相・移動相間の物質移動

などです。

一方で、注入口温度はカラム内の分離過程そのものというより、試料導入時の条件です。
そのため、出題者は 5を誤り と想定していた可能性があります。

しかし、注入口温度もピーク幅や見かけの効率に影響し得るため、完全に「誤っている」とは言い切りにくいです。