JPH0217446A - Process evaluation by isotope enrichment - Google Patents

Process evaluation by isotope enrichment

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JPH0217446A
JPH0217446A JP11714789A JP11714789A JPH0217446A JP H0217446 A JPH0217446 A JP H0217446A JP 11714789 A JP11714789 A JP 11714789A JP 11714789 A JP11714789 A JP 11714789A JP H0217446 A JPH0217446 A JP H0217446A
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JP
Japan
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species
enriched
isotope
sample
tracer
Prior art date
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Pending
Application number
JP11714789A
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Japanese (ja)
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Peter Shu-Ti Lee
ピーター・シューチ・リー
Richard F Majkowski
リチャード・エフ・マジコースキ
Dale L Partin
デール・エル・パーティン
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Motors Liquidation Co
Original Assignee
Motors Liquidation Co
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Publication date
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    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/497Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath

Abstract

PURPOSE: To make it possible to directly measure substance concentration by holding gas sample at the pressure for making it possible to distinguish the absorption line of tracer species and the absorption line of related isotope species, transmitting monochromatic radiation therethrough, and detecting the spectral beam intensity for the concentrated species. CONSTITUTION: The wavelength of a tunable diode laser 10 is decided by altering an operating temperature. The applied current is varied to adjust the operating conditions corresponding to various isotope or molecules and to operate at high thermal sinking temperature. Laser radiation transmits a chopper 16 and a lens system 18 to a spectral lattice 20, and passed as single optical mode. The mode is regulated to contain the line of the isotope molecule to be. The radiant beam light is passed through a cell 22 filled with sample gas (including tracer species concentrated by the tracer isotope, pressure of 3200Pa). The light passed through the cell 22 is sensed by a detector 28, the detection signal is processed by a signal processor 30, and the result is displayed on a display unit 32. The lens 18 is replaced with a yawing parabolic mirror to make it possible to remove optical noise.

Description

【発明の詳細な説明】 (11産業上の利用分野 本発明は、ある系又はプロセスがある物質に与える影々
夛を測定するための安定同位体富化(濃縮)方法に関す
るもので、特に、赤外線分光分析を用いて種の濃度を直
接測定する方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention (11) Field of Industrial Application The present invention relates to a stable isotope enrichment method for measuring the influence of a certain system or process on a certain substance. The present invention relates to a method for directly measuring the concentration of species using infrared spectroscopy.

(2)  従来の技術、及び発明が解決しようとする課
題臨床生医学試験においては、あるいは工学又は科学的
試験においても、人体内又は他の系内で起こっているあ
るプロセスの評価を行うことがしばしばある。よく知ら
れた一つの方法は1通常開位体の形のトレーサで富化し
た( enriched witha tracer 
)物質の測定を行い、系内プロセスがその物雪に及ぼす
影響を評価する方法である。
(2) Prior art and the problem to be solved by the invention In clinical biomedical tests, or even in engineering or scientific tests, it is necessary to evaluate certain processes occurring within the human body or other systems. Often. One well-known method is enriched with a tracer, usually in the form of an open body.
) This is a method of measuring substances and evaluating the effects of internal processes on the snow.

この試験に放射性同位体を使用することは多くの文献に
報じられておシ1価値ある情報が集積されてきた。一方
、放射能は放射線に暴露された人体又は他の被験体に悪
影響を与えることもよく知られており、機械系の汚染や
廃粂物の問題もあって、この放射性トレーサ法は望まし
くないものとされている。もう一つの欠点はすべての試
験対象物質に対して適当な放射性同位体が存在しないこ
とである。
The use of radioactive isotopes in this test has been reported in many publications, and valuable information has been accumulated. On the other hand, it is well known that radioactivity has an adverse effect on the human body or other subjects exposed to radiation, and there are also problems with contamination of mechanical systems and waste, making this radioactive tracer method undesirable. It is said that Another drawback is the lack of suitable radioisotopes for all test substances.

安定同位体もトレーサとして用いられている。Stable isotopes have also been used as tracers.

この種類のトレーサ適用に関しては、「生科学及び医学
における安定同位体トレーサJ 、Matwiyoff
ほか、 5cience *第181巻、1125頁(
1973年9月〕り論じられている。この安定同位体は
、放射線に暴露される必要がなく安全である利点を持っ
ている。更に、トレーサとして使用できる同位体の種が
頓広いという利点もある。どの系にも自然に存在する多
量種は、通常化学的に等価な少量又は微量の同位体種で
あって富化試験に適したものを持っている。これまでは
、富化した種の濃度測定に良い方法がなかったため、こ
の方法の実用化は限られていた。
Regarding this type of tracer application, see ``Stable Isotope Tracers in Biosciences and Medicine J, Matwiyoff
et al., 5science *Volume 181, page 1125 (
September 1973] was discussed. This stable isotope has the advantage of being safe as it does not require exposure to radiation. Another advantage is that there is a wide range of isotopic species that can be used as tracers. The abundant species naturally present in any system usually have chemically equivalent minor or trace isotopic species suitable for enrichment studies. Until now, the practical application of this method was limited because there was no good way to measure the concentration of enriched species.

5ience誌に発表された上記論文で示されているよ
うに、安定同位体の」1j定には、特に生医学の分野で
は、質量分光分析法が用いられている。この方法は比率
測定では非常に正確な結果が得られるが、多くの場合直
接濃度測定はできない。質量分析法の一つの問題点は、
−酸化炭素(CO〕 のようなある物質ではff!を計
過剰を与えることである。
As shown in the above-mentioned paper published in the journal 5ience, mass spectrometry is used for the determination of stable isotopes, especially in the biomedical field. Although this method provides very accurate results for ratio measurements, direct concentration measurements are not possible in many cases. One problem with mass spectrometry is that
- For some substances, such as carbon oxide (CO), ff! gives an excess.

すなわち、異なる同位体で構成された同種類の分子が同
じ質量を持つことがあり、質量分離が不可能となるため
、非常に有用な種をトレーサ物質として使用できなくな
る。また、質量分光分析装置は非常に高価であり、熟練
したオペレータを必要とし、試f+調製に多大の操作を
必要とするため結果を得るのに時間がかかる。同位体比
質量分光分析は異なった質量の種の比率を求めるものゆ
え測定すべき種と同じ質量を持つ何らかの妨害種がしば
しば存在するが、これは測定前に除去しなければならな
いものである。除去偵作は常に可能とは限らない。同位
体比質量分光分析装作は、広頓囲の種に適用可能である
ような汎用性はない。むしろ、近似質量に対する分解能
を向上させるため、質量スペクトルの狭い範囲の操作に
意を用いている。したがって、質量分光分析法は研究用
としては有用であるが、医学分野の要求に適合する汎用
臨床装置としては経済的に不適当である。[−酸化炭素
の赤外線分光分析による炭素13の定、清」McDow
e 11 : Ana 1ytical Chemis
tr3’ *第42巻、1192頁(1970年)Kよ
れば、純COと見られる試料中の Co/Co比の測定
には質量分光分析は避けるべきとしている。分光装置こ
の比較的広い帯域では個々の同位体線の分離ができず、
比の概略測定しかできない。この方法では、正確な比の
測定も絶対濃度の(1(1定もできない。ほかに赤外線
測定は自動車排気の測定に利用されているが、同位体富
化は用いられていない。J 、 Hi 11らの論文「
チューナプル(周波数可変式)ダイオードレーザによる
車両の硫酸塩及びメタン排気の時間的測定」、SAE 
 800510(1980年2月)では、チューナプル
ダイオードレーザが排気ガス試料中の分子の吸収線を走
査するのに用いられているが、同位体押は考慮されてい
ない。試料の圧力が高いので1固々の同位体線に対応す
る線の微細構造を分離できず、大まかな測定しか行われ
ていない。
That is, molecules of the same type made up of different isotopes can have the same mass, making mass separation impossible and making it impossible to use highly useful species as tracer substances. In addition, mass spectrometers are very expensive, require skilled operators, and require a large amount of manipulation to prepare sample f+, so it takes time to obtain results. Because isotopic mass spectrometry determines the ratio of species with different masses, there is often some interfering species with the same mass as the species to be measured, which must be removed before measurement. Removal scouting is not always possible. Isotopic mass spectrometry setups are not so versatile that they can be applied to a wide variety of species. Rather, care is taken to manipulate narrow ranges of the mass spectrum in order to improve resolution for approximate masses. Therefore, while mass spectrometry is useful for research purposes, it is economically unsuitable for general purpose clinical equipment meeting the requirements of the medical field. [-Determination and determination of carbon-13 by infrared spectroscopic analysis of carbon oxide” McDow
e11: Analytical Chemises
tr3'* Vol. 42, p. 1192 (1970) K states that mass spectrometry should be avoided for measuring the Co/Co ratio in a sample that appears to be pure CO. The spectroscopic device cannot separate individual isotope lines in this relatively wide band;
Only rough measurements of ratios can be made. This method cannot measure the exact ratio or the absolute concentration (1). Infrared measurements are also used to measure automobile exhaust, but isotope enrichment is not used. J, Hi The paper by 11 et al.
"Temporal Measurement of Vehicle Sulfate and Methane Emissions with Tunable Diode Lasers", SAE
800510 (February 1980), a tunable diode laser is used to scan the absorption lines of molecules in an exhaust gas sample, but isotopic extrusion is not taken into account. Due to the high pressure of the sample, it was not possible to separate the fine structure of the lines corresponding to a single solid isotope line, and only rough measurements were made.

赤外線吸収分光分析は、自然に存在する同位体種の測定
に有用なことが知られている。ある場合には、測定され
る特性値は同位体のスペクトルすなわち数本の吸収線の
波長である。これはJensen  ら(La5er 
Focus 、 1976年り月〕によって示されてお
り、自然のウラニウノ、同位体スペクトルの同定にチュ
ーナプルダイオードレーザを用いているが、同位体濃度
の測定については触れられていない。他の場合では同位
体濃度の測定が重要であり、11定精度が強調される。
Infrared absorption spectroscopy is known to be useful for measuring naturally occurring isotopic species. In some cases, the property value measured is the spectrum of the isotope, ie the wavelength of several absorption lines. This is what Jensen et al. (La5er
Focus, Ritsuki, 1976] uses a tunable diode laser to identify the isotope spectrum of natural uranium uranium, but does not mention the measurement of isotope concentrations. In other cases, the measurement of isotope concentration is important and 11 specific precision is emphasized.

たとえば、Lab r i eら(Applied P
hysics 、第24巻。
For example, Labrie et al.
hysics, Volume 24.

681頁、1981年〕 は、放射性炭素年代測定のだ
めにチューナプルダイオードレーザ及び多パス光電池を
用いて炭素14濃度の測定を行っているが1年代測定に
必要な精度を得るためには1測定に数時間を要している
。この論文は、量の少ない他の安定又は放射性同位体の
測定に赤外線レーザ分光分析が使用できると結論してい
る。この方法は興味があるが、測定時間の長いことは臨
床試験の要求には合わない。「赤外線レーザ吸収分光分
析による同位体分析J 、 Lehmannら、 Ap
pliedI’hystcs s第13巻、156頁(
1977年)では、同位体富化二酸化炭素の試験のため
のチューナプルPbSレーザについて論じており、各同
位体の吸収線の存在確認と異なった圧力における吸収係
数の測定を行っている。正確な結果を得るためには、分
割ビーム2パス系の必要なことが示されている。
681, 1981] used a tunable diode laser and a multi-pass photocell to measure the carbon-14 concentration in order to measure the carbon dating. It takes several hours. The paper concludes that infrared laser spectroscopy can be used to measure other stable or radioactive isotopes in low abundance. Although this method is interesting, the long measurement time does not meet the requirements of clinical trials. “Isotope Analysis by Infrared Laser Absorption Spectroscopy J, Lehmann et al., Ap
pliedI'hystcs Volume 13, Page 156 (
(1977) discusses a tunable PbS laser for testing isotopically enriched carbon dioxide, confirming the presence of absorption lines for each isotope and measuring absorption coefficients at different pressures. The necessity of a split-beam two-pass system has been shown to obtain accurate results.

生医学分野における安定同位体検出のために赤外線法を
適用するととKついては、前述のMa twi yo 
f fらによる5cience  誌における1973
年の論文で簡単に取り扱われているが、そこでは赤外線
装置については特定されていない。
Regarding the application of infrared method for stable isotope detection in the biomedical field, see the above-mentioned paper.
1973 in 5science magazine by f f et al.
Infrared devices are not specified there, although they are briefly addressed in a paper published in 2013.

彼らは13Cでラベル処理した基質を摂取し、真空にし
た球中に吹き込み、呼気中の過剰 Cを赤外線分光装置
によって定量する方法について論じている。しかし試料
調製の困難性やこの方法の精度については明らかにされ
ていない。この年代の分光装置における比較的広い帯域
では、同位体種の分離のためには十分でないことはよく
知られている。論文の池の章では、赤外線法の装置は簡
単で安価であるが、主として単純な気体試料に限定され
て分子内の同位体の位置についての情報は得られず、し
たがって核磁気共鳴(NMrt )や質量分光分析より
も劣ることを暗に述べている。
They discuss a method in which a substrate labeled with 13C is ingested, blown into an evacuated bulb, and excess C in exhaled breath is quantified using infrared spectroscopy. However, the difficulty of sample preparation and the accuracy of this method have not been clarified. It is well known that the relatively broad bands in spectroscopic instruments of this age are not sufficient for the separation of isotopic species. Ike's chapter in the paper notes that while infrared method equipment is simple and inexpensive, it is primarily limited to simple gaseous samples and does not provide information about isotope positions within molecules, and therefore cannot be used for nuclear magnetic resonance (NMrt). It is implied that it is inferior to mass spectrometry and mass spectrometry.

赤外線分光分析を生物学又は工学における系の安定同位
体測定に適用する可能性について、もつとも有望な情報
はLee  らによる以下の文献に示されている。即ち
、[安定同位体トレーサのチューナプルダイオードレー
ザ分光分析−同位体を含む一酸化炭素の存在比の検出と
測定J、Leeら。
Some of the most promising information regarding the possibility of applying infrared spectroscopy to stable isotope determination of systems in biology or engineering is provided in the following article by Lee et al. That is, [Tuned-pull diode laser spectroscopy of stable isotope tracers - detection and measurement of the abundance ratio of carbon monoxide containing isotopes J, Lee et al.

同位体ラベル処理化合物の合成と応用に関する第2回国
際シンポジウム講演概要、441−446頁(1986
年);[同位体分析のための高分解能赤外線ダイオード
レーザ分光分析−同位体を含む一酸化炭素の測定J、L
eeら、Applied PhysicsLetter
s +第48巻、619頁(1986年3月〕り米国特
許4,684,805:及び「臨床スペクトル」。
Abstracts of the 2nd International Symposium on Synthesis and Application of Isotopically Labeled Compounds, pp. 441-446 (1986
); [High-resolution infrared diode laser spectroscopy for isotope analysis - Determination of carbon monoxide with isotopes J, L
ee et al., Applied Physics Letter
s+ Vol. 48, p. 619 (March 1986), U.S. Pat. No. 4,684,805: and "Clinical Spectrum."

5cientif ic American 、 19
87年12月。この研究はPartinによってMat
−R,es、 Soc。
5cientific American, 19
December 1987. This study was carried out by Partin
-R, es, Soc.

3ymp、 I’roc、 、第90巻(1987年)
で引用されている。この研究によれば、チューナプルダ
イオードレーザ及び1パスが調整可能な2パス測定セル
を用いた赤外線分光分析では非常に正確な結果が得られ
、患者の臨床試験に用いられた同位体種の測定によく適
合するとしている。装置は、以前に用いられていた質量
分光分析よりも簡単、かつ非常に安価な形で提示されて
おり、トレーサ法の適用範囲を拡大し得るものである。
3ymp, I'roc, Volume 90 (1987)
quoted in. The study shows that infrared spectroscopy using a tunable diode laser and a two-pass measurement cell with one pass tunable yields very accurate results and is useful for measuring isotopic species used in patient clinical trials. It is said to be well suited to The device is presented in a manner that is simpler and much cheaper than previously used mass spectrometry, and could extend the scope of application of tracer methods.

提示された装置は2パス試料セルを用いており、2種の
同位体(一般には自然に存在する多量同位体と富化可能
な極微量同位体〕の同時測定が可能なように1バスは調
整可能となっていて、同位体比が高い精度で測定できる
ものである。本発明は、この研究を発展させたものであ
る。
The presented device uses a two-pass sample cell, in which one bus is used to allow simultaneous measurement of two isotopes (generally a naturally occurring abundant isotope and an enrichable trace isotope). It is adjustable, and the isotope ratio can be measured with high precision.The present invention is an extension of this research.

(3)課題を解決するだめの手段 a、総論 本発明の目的は、したがって赤外線分光分析法を用いて
同位体で富化した物質の濃度を直接測定することにより
プロセスの評価を行う方法を提供することである。
(3) Means for Solving the Problems a. General The object of the present invention is therefore to provide a method for evaluating processes by directly measuring the concentration of isotopically enriched substances using infrared spectroscopy. It is to be.

本発明の他の目的は、同位体比の測定を行わずとも上記
測定を可能にする方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method that enables the above measurement without measuring isotope ratios.

更に本発明の他の目的は、簡単な1パスの装置しか要ら
ず、試料調整がきわめて簡単で、しかも短時間に結果の
得られる方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a method that requires only a simple one-pass device, allows very simple sample preparation, and provides results in a short time.

概して、本発明は、同位体を富化しやすい物質を含む系
内におけるプロセスを評価する方法によって達成される
もので、この方法とは、目的とする系をトレーサ同位体
で富化した物質で処理し、処理後、その系からトレーサ
同位体で富化したトレーサ種を含む物質の気体試料を採
取し、得られた気体試料に富化種に対する吸収線の波長
を持つ単色(単波長〕放射線を透過させ、そして試料中
のトレーサ種の富化値又は濃度を決定するために富化種
に対するスペクトル線の強度を検出する各手順を含むも
のである。
In general, the present invention is achieved by a method for evaluating processes in a system containing substances that are prone to isotope enrichment, which method comprises treating the system of interest with a substance enriched in a tracer isotope. After treatment, a gas sample of the substance containing the tracer species enriched with the tracer isotope is collected from the system, and the gas sample is exposed to monochromatic (single wavelength) radiation having the wavelength of the absorption line for the enriched species. The steps include transmitting and detecting the intensity of spectral lines for the enriched species to determine the enrichment value or concentration of the tracer species in the sample.

以上の、またそれ以外の本発明の効果は、以下の詳論及
び添付した図面によって更に明らかになる。
The above and other effects of the present invention will become clearer from the following detailed description and the attached drawings.

b、詳論 本発明の方法は主として生医学的な適用面について記し
ているが、本発明を熟知すれば工業における工程管理や
工学的試験に対する適用も為し得る筈である。適用の成
否は、目的に応じた十分な精度で、かつ比較的安価な装
置で測定を行うことにかかっている。高感度の1バス赤
外線分光分析装置により、人の呼気中の極微π同位体[
!I!の分析に適するような優れたS−N比の信号を得
られることが示された。ここでは1本発明の方法に使用
するための2種類の分光方法が提示されるが、一つは低
儂度の同位体種の正確な検出に特に有意義であり、他の
一つは簡単でより高濃度の場合に適している。
b. Detailed Description Although the method of the present invention is mainly described with respect to biomedical applications, if one is familiar with the present invention, it should be possible to apply it to industrial process control and engineering tests. Successful application depends on measuring with sufficient precision for the purpose and using relatively inexpensive equipment. A highly sensitive 1-bath infrared spectrometer has been used to detect ultrafine π isotopes in human exhaled breath [
! I! It was shown that a signal with an excellent signal-to-noise ratio suitable for analysis can be obtained. Two spectroscopic methods are presented here for use in the method of the invention, one that is particularly useful for the accurate detection of low-temperature isotopic species, and one that is simple. Suitable for higher concentrations.

一つの方法は2次調波検出(5econd harmo
nicdetection )  を用いる方法である
。この方法は周知の方法で詳細を説明する必要はない。
One method is second harmonic detection (5econd harmo detection).
This is a method using nicdetection). This method is well known and need not be described in detail.

詳細についてはl1eid らによる論文、[チューナ
プルダイオードレーザによる2次調波検出−実験と理論
の比較J −AI]p1.Phys、、B26巻、2[
]332210頁1981年)に記されているので参考
資料として挙げておく。第1図及び第2図−第2図は縦
軸を拡大したところだけ異なるーにCOにおける炭素1
2と炭素13の自然の同位体存在比での吸収線を示す2
次調波検出曲線を示す。 COのピークは17100〜
10/1100ppを表している。これらの線は、ある
人の呼気から水蒸気を除去しただけの試料によって得ら
れたものである。
For details, see the paper by Ileid et al. [Second-harmonic detection using tunable diode lasers - Comparison of experiment and theory J-AI] p1. Phys, Volume B26, 2[
]332210, 1981), so I will list it here as a reference. Figures 1 and 2 - Figure 2 differs only in the enlarged vertical axis - Carbon 1 in CO
2 showing absorption lines at the natural isotope abundance ratio of 2 and carbon-13
The harmonic detection curve is shown. The peak of CO is 17100~
It represents 10/1100pp. These lines were obtained by simply removing water vapor from a person's breath.

この試料は3200  Pa (24torr )の圧
力に保たれ、パス長さ20mを通じてチューナプルダイ
オードレーザからの放射で走査したものである。
The sample was held at a pressure of 3200 Pa (24 torr) and scanned with radiation from a tunable diode laser through a path length of 20 m.

線のピークは、既知濃度標準試料を用いた装置の補正に
よって得られた検量線から、411定された(重の一度
と関連付けられる。この兄事な手順は極低濃度の41定
に対しては非常に有効だが、より高ど61度の測定には
、後述のようにより簡単でより直接的な方法が用いられ
る。いずれの場合も種の比率測定は必要なく、共に同じ
基本的な分光装置を使用するものである。
The peak of the line was determined from the calibration curve obtained by calibrating the instrument using standard samples of known concentrations. is very effective, but for higher 61 degree measurements a simpler and more direct method is used, as described below.In both cases no species ratio measurements are required, and in both cases the same basic spectroscopic equipment is used. is used.

本方法の測定を行う代表的な装置を第6図に示す。装置
は、チューナプルダイオードレーザ10、レーザ10の
電源12、及び温度制御部14から構成されている。レ
ーザはLo に付与された米国特許4,350,990
及び4,186,355、並びにPartinに付与さ
れた4、577.322及び4.608,694に記さ
れた鉛塩型のものを用いると便利であるが、Ga1nA
sSb  型のものであってもよい。このレーザは操作
温度を変えることによって波長が決められ、2.5〜3
0μmの波長範囲で使用できる。また、約0.5〜30
 という狭い帯域を500サイクル毎秒の速度で走査で
きる。たとえばある吸収ピークを対象に設定した波長を
、走査動作なしで発生するようにすることもできる。あ
るいは、走査を行うことによって、測定すべき単一線に
関連した全吸収曲線を得ることもできる。投入電流を変
えることによって、レーザ装はの操作条件を各種の同位
体や分子に対応してA掩することができる。この装置を
用いれば。
A typical apparatus for carrying out measurements using this method is shown in FIG. The device includes a tunable diode laser 10, a power source 12 for the laser 10, and a temperature control section 14. The laser is covered by U.S. Patent 4,350,990 issued to Lo.
and 4,186,355, and 4,577.322 and 4.608,694 to Partin.
It may also be of the sSb type. The wavelength of this laser is determined by changing the operating temperature, and the wavelength is 2.5 to 3
Can be used in the wavelength range of 0 μm. Also, about 0.5 to 30
This narrow band can be scanned at a speed of 500 cycles per second. For example, a wavelength set for a certain absorption peak can be generated without a scanning operation. Alternatively, by performing a scan it is also possible to obtain a total absorption curve associated with a single line to be measured. By changing the applied current, the operating conditions of the laser system can be varied to accommodate various isotopes and molecules. If you use this device.

適切なスペクトルをもっていればどんな赤外線活性分子
でも調査できる。したがって、本装置は単一同位体(I
専用というより汎用ということができる。同位体スペク
トル線はよく分離され、通常の質11分光分析のような
パックグラウンド干渉を受けることがない。
Any infrared active molecule with the appropriate spectrum can be investigated. Therefore, the device can be used for a single isotope (I
It can be said to be general purpose rather than exclusive. The isotopic spectral lines are well separated and are not subject to background interference as in conventional quality 11 spectroscopy.

上記のGa I nAs sb  系レーザは短波長ダ
イオードレーザに属し、 Caneauらのr Ga 
InAsSb /AlGaAsSb  レーザの19[
]Ktでのcw操作」。
The Ga I nAs sb laser mentioned above belongs to short wavelength diode lasers, and is based on the Ga I nAs sb laser of Caneau et al.
19 [ of InAsSb /AlGaAsSb laser
] cw operation at Kt.”

Appl、 Phys、 Lett 、第49巻、55
百(1986年)に記されたように、AJJ、 Ga、
 In、 P、 A!1  及びsbのいずれかの元素
を含むm−vi化合物から成る。これらのレーザは基底
の振動−回転筒e、数では放射せず、安定同位体分析用
のさらに高感度の検出器とともに複合又は倍音帯(co
mbinationor overtone band
+ )に対して利用される。これら短波長レーザは、比
較的高い熱シンク(hea t −5ink)温度で作
動し、短波長赤外線検出器で検出されるので、熱電冷却
器のような安価な冷却器を使用することができ、又は室
温以下への冷却を必要としない。
Appl, Phys, Lett, Volume 49, 55
As noted in Hyaku (1986), AJJ, Ga.
In, P, A! It consists of an m-vi compound containing either the elements 1 and sb. These lasers do not emit in the fundamental vibratory-rotating cylinder, but rather in the complex or harmonic band (co) with more sensitive detectors for stable isotope analysis.
mbinationor overtone band
+). Because these short wavelength lasers operate at relatively high heat sink temperatures and are detected with short wavelength infrared detectors, inexpensive coolers such as thermoelectric coolers can be used; or does not require cooling below room temperature.

更にもう一つのレーザ源は帯域配列図格子レーザで、こ
れは室温動作用として製作できる可能性がある。この種
類のレーザはYuh  らの「新しい赤外線帯域配列超
格子レーザJ 、 Appl、 Ph)’s。
Yet another laser source is a band-array grating laser, which could potentially be fabricated for room temperature operation. This type of laser is described in Yuh et al.'s "New Infrared Band Array Superlattice Laser J, Appl, Ph.

Lett、 、第51巻、1404頁(1987年)に
記されている。
Lett, Vol. 51, p. 1404 (1987).

レーザ放射はチョッパ(断続器)13及びレンズ系18
を通過して分光格子20に至り、単一光学モードとして
通過する。レーザはこのモードが対象の同位体分子の吸
収線を含むように調整される。次いで放射(光)は試料
気体の入ったセル22を通過する。検出部28がセル2
2を通過した放射(光)を感知し、信号処理部が検出信
号を処理して表示部32に結果を表示する。2次調波検
出法を用いるときはチョッパは省略でき、投入電流を変
化させて放射(光〕を変調させる。さらに信号処理器は
2次調波検出に応じて信号を解析できるように設けられ
ている。本発明の方法を実施するに当たっては、基本的
装置に変更を加えてもよい。たとえば、第2図の曲線に
おいて基線上に少し認められるノイズは主として反射光
学系に起因する光学的ノイズである。このノイズ源はレ
ンズを離軸(off −axis )放物面鏡にほき換
えることによって除去できる。このようにして、よシ低
濃度の同位仕種がノイズの干渉なしに測定できる。単一
モード操作のときは、分光格子も省略できる。
Laser radiation is transmitted through a chopper (interrupter) 13 and a lens system 18
and reaches the spectroscopic grating 20, where it passes as a single optical mode. The laser is tuned so that this mode contains the absorption line of the isotope molecule of interest. The radiation (light) then passes through a cell 22 containing the sample gas. The detection unit 28 is the cell 2
The signal processing unit processes the detection signal and displays the result on the display unit 32. When using the second harmonic detection method, the chopper can be omitted and the input current is changed to modulate the radiation (light).Furthermore, a signal processor is provided to analyze the signal according to the second harmonic detection. In carrying out the method of the present invention, changes may be made to the basic equipment.For example, in the curve of Fig. 2, the slight noise observed on the baseline is mainly due to optical noise caused by the reflective optical system. This noise source can be eliminated by replacing the lens with an off-axis parabolic mirror. In this way, very low concentration conspecific species can be measured without noise interference. For single mode operation, the spectroscopic grating can also be omitted.

たとえば、生物学的又は工学的試験においては。For example, in biological or engineering tests.

しばしは被験体又は系を通過してきた物質、あるいは化
学変化を伴うようなプロセスを経た物質を測定すること
がある。本発明によれば、対象物質についてその分子成
分の安定同位体を富化することによって、系内の他の部
分を通過したか又は化学変化若しくは生物学的変化を経
た物質の量を、系又は被験体から採取した試゛料中の絶
対ε4度として測定することができる。測定はトレーサ
同位体鍾のスペクトル中の単一の吸収線について行われ
る。この線は他の種の干渉を受けない領域から運ばれ、
試料は水蒸気除去以外の処理を必要とせず、また圧力に
よるスペクトル線の広がりを且けるために低圧に保つ必
要もない。同位体比質■分光分析の場合のように、富化
物質の他の物質に対する比を測定する必要はない。更に
、濃度はスペクトル線の位置の放射強度と入射強度から
直接測定することができる。比率測定から濃度を算出す
るに当たって生じ得る誤差も避けることができる。
Often we measure substances that have passed through a subject or system, or that have undergone a process that involves a chemical change. According to the present invention, by enriching the target substance with stable isotopes of its molecular components, the amount of the substance that has passed through other parts of the system or has undergone chemical or biological changes can be reduced. It can be measured as the absolute ε4 degrees in a sample taken from a subject. Measurements are made on a single absorption line in the tracer isotope spectrum. This line is carried from an area free from interference from other species,
The sample does not require any treatment other than water vapor removal, nor does it need to be kept at low pressure to avoid pressure-induced broadening of the spectral lines. It is not necessary to measure the ratio of enriched substances to other substances, as is the case with isotope ratio spectroscopy. Furthermore, the concentration can be measured directly from the radiated and incident intensities at the location of the spectral lines. Possible errors in calculating concentrations from ratio measurements are also avoided.

生医学的試験においては、被験体げ同位体を富化した物
質又はトレーサ物質を投与するが、その物質は生理学的
プロセスを経た後組識に沈着するか又は排出される。多
くの場合この試験で用いるトレーサとしては、二酸化炭
素、−酸化炭素、アンモニア又は水に変化して呼気中に
排出されるものを用いる。そこで、被験体から排出され
る呼気を試料として採取する。試料中の水蒸気を除去し
く水蒸気自身が試験対象のときは別とし)、試料を32
00I’a (24torr )という低い圧力で試料
セルに入れる。対象同位体トレーサ種の吸収線に対応す
る波長の放射をセルに透過させ、透過後の強度■を測定
する。絶対濃度を求めるときは入射強度■。の測定が必
要である。■。は、セルを真空にしてそこを透過した同
じ波長の強度を測定することによって得られる。第4図
に示したように、入射強度■。を求める他の方法として
、放射を吸収線の近くでその線による吸収のない位!な
の波長f0  に調整して強度を測定してもよい。トレ
ーサ種の濃度は13eer −Lambertの法則か
ら決定apjff される。すなわち、I=I。e   で、ここに、pは
同位体分子の分圧(torr )、lはパス長さ(cm
)、aは同位体分子のスペクトル吸収係数である。呼気
試料の場合、同立体富化物質はしばしば炭素13、酸素
18又は窒素15で富化され、トレーサ種は通常二酸化
炭素、−酸化炭素、水又はアンモニアである。そして、
他の同位体f!1!と関係なく2種類の濃度測定法が適
用可能である。いずれを適用するかは対象とする生理プ
ロセスに依存する。
In biomedical tests, a subject is administered isotopically enriched substances or tracer substances, which are deposited in the tissues or excreted after undergoing physiological processes. The tracer used in this test is often one that is converted into carbon dioxide, carbon oxide, ammonia or water and is excreted in the exhaled breath. Therefore, exhaled breath from the subject is collected as a sample. (Except when the water vapor itself is the test object in order to remove water vapor in the sample), the sample is
The sample cell is placed at a low pressure of 00 I'a (24 torr). Radiation with a wavelength corresponding to the absorption line of the target isotope tracer species is transmitted through the cell, and the intensity (■) after transmission is measured. When determining the absolute concentration, use the incident intensity■. It is necessary to measure ■. is obtained by evacuating the cell and measuring the intensity of the same wavelength transmitted through it. As shown in Figure 4, the incident intensity ■. Another way to find the radiation is to get it as close to an absorption line as there is no absorption by that line! The intensity may be measured by adjusting the wavelength f0 of . The concentration of the tracer species is determined from the 13eer-Lambert law. That is, I=I. e, where p is the partial pressure of the isotope molecule (torr) and l is the path length (cm
), a is the spectral absorption coefficient of the isotope molecule. In the case of breath samples, the isosterically enriched substances are often enriched with carbon-13, oxygen-18 or nitrogen-15, and the tracer species is usually carbon dioxide, -carbon oxide, water or ammonia. and,
Other isotopes f! 1! Two types of concentration measurement methods are applicable regardless of the Which one to apply depends on the target physiological process.

米国特許4,684,805に示されているように、C
Oを用いたある研究では酸素18でラベル処理したオン
ン(0,)又は二酸化窒素(No、)を摂取し1組織か
らCOを含む気体試料を採取してそこに沈着したトレー
サを定量し+ Cl80/C”0比を測定して試料中の
富化比を決定している。本発明によれば、COの測定は
行わすにCO濃度の直接測定が可能である。気体試料は
低圧で試料セル中に導入され、濃度測定法の一つを適用
して試料中のトレーサ濃度を直接測定する。
As shown in U.S. Pat. No. 4,684,805, C
In one study using O2, researchers ingested O2 (0,) or nitrogen dioxide (No,) labeled with oxygen 18, collected a gas sample containing CO from one tissue, and quantified the tracer deposited there. /C''0 ratio is measured to determine the enrichment ratio in the sample.According to the present invention, it is possible to directly measure the CO concentration while measuring CO. is introduced into the cell and one of the concentration measurement methods is applied to directly measure the tracer concentration in the sample.

よく知られたぶどう糖耐性試験は通常、ある量のぶどう
糖を摂取した後一連の白液試料を採り。
The well-known glucose tolerance test typically involves taking a series of white liquor samples after ingesting a certain amount of glucose.

それを分析しである時間経過後に結果が得られる。It is analyzed and the results are obtained after a certain amount of time.

本発明によれば、特に被験者の立場から見てより簡易な
試験が可能であり、はとんど即時に結果が得られる。被
験者に摂取させるぶどう糖を炭素13でラベル処理し、
最初に杉験者の呼気を採取して標準試料とし、ラベル処
理したぶどう糖を口から摂取するにしたがって定期的に
呼気試料を採取する。ラベル処理したぶどう糖は呼気中
二酸化炭素の前1堅物質で、試料を測定して呼気中の炭
素13同位体種を定量する。各試料から通常冷凍又は吸
収させて水分を除去し、印をつけたCO7の絶対濃度を
数分間で測定する。各試料中の濃度はぶどう糖の生理学
的変化の様相を表すもので、これは他の源からのCO2
の存在と無関係である。
According to the present invention, a simpler test is possible, especially from the standpoint of the subject, and results can be obtained almost immediately. The glucose ingested by the subjects was labeled with carbon-13,
First, the breath of the Sugi tester is collected as a standard sample, and breath samples are collected periodically as the labeled glucose is ingested orally. Labeled glucose is a precursor to exhaled carbon dioxide, and samples are measured to quantify the carbon-13 isotope species in exhaled breath. Water is removed from each sample, usually by freezing or absorption, and the absolute concentration of marked CO7 is measured within a few minutes. The concentration in each sample is representative of the physiological changes in glucose, which is reflected in CO2 from other sources.
is unrelated to the existence of

各試料の富化は標準試料との簡単な比較で決定できる。The enrichment of each sample can be determined by simple comparison with standard samples.

以上のように1本発明の方法は、安定同位体トレーサを
使用して試料中の他の種と無関係に同位仕種を直接測定
することによって、プロセスの調査を行うことを可能に
するものである。本方法は比較的安価な既知の装置を利
用するもので、臨床試験への応用は医学分野全般にわた
って可能であるものである。工業での適用もまた可能で
ある。
As described above, the method of the present invention makes it possible to investigate processes by directly measuring isotope species independently of other species in the sample using stable isotope tracers. . This method utilizes known equipment that is relatively inexpensive, and can be applied to clinical trials across all medical fields. Industrial applications are also possible.

本方法は、特に気体試料が用いられるときに試料調製の
手間が少なく、結果は短時間で得られる。
This method requires less sample preparation, especially when gaseous samples are used, and results can be obtained in a short time.

更に、生理学面での適用においては、はとんどの場合悪
影響をもたらさないものである。
Moreover, in physiological applications, it almost always has no adverse effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は1本発明の方法によって測定した1
人の呼気中の一酸化炭素のスペクトル線を示した図であ
る。両図は、縦1曲のスケールが異なる。 第6図は、本発明の方法を実施するための装置の構成図
である。 第4図は、同位仕種の高分解能スペクトルの線強度をグ
ラフで示した図である。 (外4名) 2031.005 2031.632 阜2U!J 1敦〔Cm−1) 第47 2゜ 3゜ 手 続 補 正置 平成元年8月70日 平成1年 特許願 第117147号 発明の名称 同位体濃縮によるプロセス評価方法 補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所 名 称   ゼネラルφモータースφコーポレーション
新大手町ビル206区 6、補正の内容 1、発明の名称をつぎのように変更する。 「同位体濃縮によるプロセス評価方法」2、特許請求の
範囲を別紙のように補正する。 3、発明の詳細な説明において、 (1)第7頁13行目の「富化(濃縮)」を「濃縮」と
補正し、 (2)第11頁1行目、第12頁13行目、第15頁下
から2行目、第13頁7行目、第22頁3行目、第22
頁13行目、第22頁下から3〜2行目、第24頁1行
目、第24頁13行目及び第25頁下から7行目の「富
化」を「濃縮」と補正し、 (3)第8頁2行目、第15頁9行目、第13頁2行目
、第13頁3行目及び第24頁2行目の「で富化」を「
を濃縮」と補正する。 以上 別  紙 「1.同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する方法、すなわち二上記系をトレーサ
同位体を濃縮した物質で処理し;その処理の後、該トレ
ーサ同位体を濃縮したトレーサ種を含む系の物質の気体
試料を作製し;そしてさらに、存在する該トレーサ同位
体の量を決定する為に該気体試料を分析する各手順を含
む方法であって、 該気体試料を、該トレーサ種の吸収線と関連同位仕種の
吸収線とを識別できるような圧力に保ち;濃縮された種
に対する吸収線の周波数をもつ単色放射を該気体試料に
透過させ;そして試料中のトレーサ種の濃縮値を決定す
るために試料中の濃縮種に対するスペクトル線強度を検
出する手順を含むことを特徴とする方法。 2、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 吸収線からわずか離れた周波数の放射を試料に透過させ
て入射強度を検出することによって入射放射レベルを決
定し、相対検出強度から濃縮値を決定する手順を含むこ
とを特徴とする方法。 3、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 吸収試料の無い状態で放射を検出し、検出強度の比から
濃縮値を計算することによって強度の参照値を決定する
ことを特徴とする方法。 4、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 透過手順が、放射周波数を変調すること及び該放射周波
数を濃縮種の吸収線をまたいで変化させることを含み、
そして検出手順が透過放射の調波検出を含むことを特徴
とする方法。 5、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 濃縮処理に先立ってトレーサ種が量的に濃縮していない
物質の参照気体試料を作製し;トレーサ種に対する参照
スペクトル線強度を求めるために透過及び検出手順を実
行し、そして参照スペクトル線強度と濃縮スペクトル線
強度との差から濃縮値を決定する手順を含むことを特徴
とする方法。 6、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 異なった時間又は場所において複数の濃縮試料を取り、
濃縮量の変動を決定するためにそれらの濃縮値を測定す
ることを特徴とする方法。 7、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理機能を安定同位体トレーサによ
って評価する方法であり、それは:生理機能の支配を受
け、かつ最終的には同位体が濃縮された気体重として呼
気中に排出されるような、同位体を濃縮した物質を被験
者に投与し;その処理の後、該被験者から呼気試料を採
取し;その気体試料の圧力を、濃縮された種の吸収線と
関連同位仕種の吸収線とが識別できるように十分低く保
ち;濃縮された種の吸収線の周波数を持つ前記単色放射
を該呼気試料に透過させ;そして、濃縮された種に近接
するスペクトル線強度を測定して試料中の濃縮された種
の濃度を求める各手順を含むものであることを特徴とす
る方法。 8、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理機能を安定同位体トレーサによ
って評価する方法であり、それは:生理機能の支配を受
け、かつ生物試料中に濃縮された種として沈着するよう
な、同位体を濃縮した物質を被験者に投与し;その処理
の後、該試料から同位体トレーサの濃縮した種を含む気
体試料を作製し;該気体試料の圧力を、濃縮された種の
吸収線と近接する同位仕種の吸収線とが前記のように識
別できるように十分低く保ち;濃縮された種の吸収線の
周波数を持つ前記単色放射を該気体試料に透過させ;そ
して、近接するスペクトル線の強度を検出する各手順を
含むものであることを特徴とする方法。 9、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内におけるプ
ロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体が炭素13であり、気体試料中の濃縮種が炭
素13を濃縮した二酸化炭素であることを特徴とする方
法。 10、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体トレーサが炭素又は酸素の少量存在同位体で
あり、気体試料中の濃縮種が二酸化炭素であることを特
徴とする方法。 11、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体が酸素18であり、気体試料中の濃縮種が酸
素18を濃縮した水蒸気であることを特徴とする方法。 12、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体が窒素15であり、気体試料中の濃縮種が窒
素15を濃縮したアンモニアであることを特徴とする方
法。 13、同位体濃縮を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理プロセスを濃縮種の赤外線分光
分析によって評価する方法であり、それは: 測定すべき濃縮同位仕種の前駆物質であるトレーサ同位
体を濃縮した物質を調製し;被験者から第1の気体試料
を採取し;測定すべき同位体種の吸収線の周波数を持つ
赤外線を該気体試料に透過させ;試料中の同位仕種濃度
を測定するため透過後のスペクトル線強度を検出し;被
験者に同位体濃縮物質を与えた後、被験者から第2の気
体試料を採取し;第2の試料に対して透過及び検出の手
順を繰り返し;そして、該第1及び第2の気体試料中の
該同位体濃度の測定値を比較することによって、生理プ
ロセスが該濃縮物質に及ぼす影響を明らかにする手順を
含むものであることを特徴とする方法。」
Figures 1 and 2 show 1 measured by the method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing spectral lines of carbon monoxide in human exhaled breath. Both figures differ in the scale of one vertical song. FIG. 6 is a block diagram of an apparatus for carrying out the method of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the line intensity of a high-resolution spectrum of the same grade. (4 other people) 2031.005 2031.632 Fu2U! J 1 Atsushi [Cm-1] No. 47 2゜3゜Procedural amendment August 70, 1989 Patent application No. 117147 of 1999 Name of the invention Person who amends process evaluation method by isotope enrichment Relationship with the case Patent Applicant Address Name General φ Motors φ Corporation Shin-Otemachi Building 206 Ward 6 Contents of Amendment 1: The name of the invention is changed as follows. "Process evaluation method using isotope enrichment" 2, the claims are amended as in the attached sheet. 3. In the detailed description of the invention, (1) "Enrichment (concentration)" on page 7, line 13 is corrected to "concentration," (2) Page 11, line 1, page 12, line 13. , page 15, line 2 from the bottom, page 13, line 7, page 22, line 3, 22
"Enrichment" in line 13 of page 13, lines 3-2 from the bottom of page 22, line 1 of page 24, line 13 of page 24, and line 7 from the bottom of page 25 has been corrected to "concentration." , (3) Change "enriched with" to "
It is corrected as "concentrated". Attachment 1. A method for evaluating processes in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, that is, 2. Treating the above system with a substance enriched with tracer isotopes; A method comprising the steps of: preparing a gaseous sample of a system of matter containing an enriched tracer species; and further analyzing the gaseous sample to determine the amount of the tracer isotope present, the method comprising: is maintained at a pressure that allows the absorption lines of the tracer species to be distinguished from those of the associated isotope species; monochromatic radiation at the frequency of the absorption line for the enriched species is transmitted through the gaseous sample; A method characterized in that it comprises a step of detecting spectral line intensities for enriched species in a sample in order to determine the enrichment value of tracer species. 2. Evaluating processes in systems involving substances susceptible to isotopic enrichment. 2. A method according to claim 1, comprising: determining the level of incident radiation by transmitting radiation at a frequency slightly away from the absorption line through the sample and detecting the incident intensity; and determining the enrichment value from the relative detected intensity. 3. The method according to claim 1, which evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, comprising: detecting radiation in the absence of an absorbing sample; 4. The method according to claim 1, characterized in that the reference value of the intensity is determined by calculating the enrichment value from the ratio of the intensities. wherein the transmission procedure comprises modulating a radiation frequency and varying the radiation frequency across an absorption line of the concentrated species;
and the detection step includes harmonic detection of the transmitted radiation. 5. The method according to claim 1, for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein a reference gas sample of a substance that is not quantitatively enriched in tracer species is used prior to the enrichment treatment. performing a transmission and detection procedure to determine a reference spectral line intensity for the tracer species; and determining an enrichment value from the difference between the reference spectral line intensity and the enriched spectral line intensity. . 6. The method of claim 1 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, the method comprising: taking a plurality of enriched samples at different times or locations;
A method characterized in that the enrichment values are measured in order to determine variations in the enrichment amount. 7. The method according to claim 1, wherein the method evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, the method being a method for evaluating the physiological function of a subject using a stable isotope tracer; : Administering to a subject an isotopically enriched substance that is subject to physiological function and is ultimately excreted in the exhaled air as an isotopically enriched gas mass; after the treatment, the subject taking a breath sample from; keeping the pressure of the gas sample low enough to distinguish between the absorption lines of the enriched species and the associated isotopic species; A method comprising the steps of: transmitting monochromatic radiation through the breath sample; and measuring spectral line intensities proximate to the enriched species to determine the concentration of the enriched species in the sample. 8. The method according to claim 1, wherein the method evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, the method is a method for evaluating the physiological function of a subject using a stable isotope tracer; : Administering to a subject an isotopically enriched substance that is subject to physiological function and is deposited as an enriched species in a biological sample; after treatment, the isotope tracer enriched species is extracted from the sample. prepare a gas sample containing; maintain the pressure of the gas sample low enough such that the absorption lines of the enriched species and the adjacent isotopes can be distinguished as described above; A method characterized in that it comprises the steps of: transmitting said monochromatic radiation having a frequency of a line through said gaseous sample; and detecting the intensity of adjacent spectral lines. 9. The method of claim 8 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the stable isotope is carbon-13 and the enriched species in the gas sample is carbon-13 enriched. A method characterized in that carbon dioxide. 10. The method according to claim 8, wherein the stable isotope tracer is a low-abundance isotope of carbon or oxygen, and the stable isotope tracer is a low-abundance isotope of carbon or oxygen. A method characterized in that the species is carbon dioxide. 11. The method of claim 8 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the stable isotope is oxygen-18 and the enriched species in the gas sample enriches oxygen-18. A method characterized in that water vapor is used. 12. The method of claim 8 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the stable isotope is nitrogen-15 and the enriched species in the gas sample enriches nitrogen-15. A method characterized in that it is ammonia. 13. The method according to claim 8, wherein the method evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the method evaluates a physiological process of a subject by infrared spectroscopic analysis of the enriched species. , which: prepares a material enriched with a tracer isotope that is a precursor of the enriched isotopic species to be measured; obtains a first gas sample from the subject; passing through the gas sample; detecting the spectral line intensity after transmission to measure the concentration of isotope species in the sample; administering the isotope-enriched substance to the subject and then collecting a second gas sample from the subject; repeating the transmission and detection procedure for a second sample; and determining the influence of physiological processes on the concentrated substance by comparing measurements of the isotope concentration in the first and second gaseous samples. A method characterized by comprising a step of clarifying. ”

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する方法、すなわち:上記系をトレーサ
同位体で富化した物質で処理し;その処理の後、該系か
ら該トレーサ同位体で富化したトレーサ種を含む系の物
質の気体試料を作製し;そしてさらに、存在する該トレ
ーサ同位体の量を決定する為に該気体試料を分析する各
手順を含む方法であって、 該気体試料を、該トレーサ種の吸収線と近い同位体種の
吸収線とを識別できるような圧力に保ち;富化された種
に対する吸収線の周波数をもつ単色放射を該気体試料に
透過させ;そして試料中のトレーサ種の富化値を決定す
るために試料中の富化種に対するスペクトル線強度を検
出する手順を含むことを特徴とする方法。 2、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 吸収線からわずか離れた周波数の放射を試料に透過させ
て入射強度を検出することによって入射放射レベルを決
定し、相対検出強度から富化値を決定する手順を含むこ
とを特徴とする方法。 3、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 吸収試料の無い状態で放射を検出し、検出強度の比から
富化値を計算することによって強度の参照値を決定する
ことを特徴とする方法。 4、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であつて、 透過手順が、放射周波数を変調すること及び該放射周波
数を富化種の吸収線をまたいで変化させることを含み、
そして検出手順が透過放射の調波検出を含むことを特徴
とする方法。 5、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 富化処理に先立ってトレーサ種が量的に富化していない
物質の参照気体試料を作製し;トレーサ種に対する参照
スペクトル線強度を求めるために透過及び検出手順を実
行し、そして参照スペクトル線強度と富化スペクトル線
強度との差から富化値を決定する手順を含むことを特徴
とする方法。 6、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 異なった時間又は場所において複数の富化試料を取り、
富化量の変動を決定するためにそれらの富化値を測定す
ることを特徴とする方法。 7、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理機能を安定同位体トレーサによ
って評価する方法であり、それは:生理機能の支配を受
け、かつ最終的には同位体が富化された気体種として呼
気中に排出されるような、同位体を富化した物質を被験
者に投与し;その処理の後、該被験者から呼気試料を採
取し;その気体試料の圧力を、富化された種の吸収線と
関係同位体種の吸収線とが識別できるように十分低く保
ち;富化された種の吸収線の周波数を持つ前記単色放射
を該呼気試料に透過させ;そして、富化された種に近接
するスペクトル線強度を測定して試料中の富化された種
の濃度を求める各手順を含むものであることを特徴とす
る方法。 8、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項1に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理機能を安定同位体トレーサによ
って評価する方法であり、それは:生理機能の支配を受
け、かつ生物試料中に富化された種として沈着するよう
な、同位体で富化した物質を被験者に投与し;その処理
の後、該試料から同位体トレーサの富化した種を含む気
体試料を作製し;該気体試料の圧力を、富化された種の
吸収線と近接する同位体種の吸収線とが前記のように識
別できるように十分低く保ち;富化された種の吸収線の
周波数を持つ前記単色放射を該気体試料に透過させ;そ
して、近接するスペクトル線の強度を検出する各手順を
含むものであることを特徴とする方法。 9、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内における
プロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体が炭素13であり、気体試料中の富化種が炭
素13を富化した二酸化炭素であることを特徴とする方
法。 10、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内におけ
るプロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体トレーサが炭素又は酸素の少量存在同位体で
あり、気体試料中の富化種が二酸化炭素であることを特
徴とする方法。 11、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内におけ
るプロセスを評価する請求項8に記載の方法であつて、 安定同位体が酸素18であり、気体試料中の富化種が酸
素18を富化した水蒸気であることを特徴とする方法。 12、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内におけ
るプロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 安定同位体が窒素15であり、気体試料中の富化種が窒
素15を富化したアンモニアであることを特徴とする方
法。 15、同位体の富化を受けやすい物質を含む系内におけ
るプロセスを評価する請求項8に記載の方法であって、 該方法が、被験者の生理プロセスを富化種の赤外線分光
分析によって評価する方法であり、それは: 測定すべき富化同位体種の前駆物質であるトレーサ同位
体で富化した物質を調製し;被験者から第1の気体試料
を採取し;測定すべき同位体種の吸収線の周波数を持つ
赤外線を該気体試料に透過させ;試料中の同位体種濃度
を測定するため透過後のスペクトル線強度を検出し;被
験者に同位体富化物質を与えた後、被験者から第2の気
体試料を採取し;第2の試料に対して透過及び検出の手
順を繰り返し;そして、該第1及び第2の気体試料中の
該同位体濃度の測定値を比較することによって、生理プ
ロセスが該富化物質に及ぼす影響を明らかにする手順を
含むものであることを特徴とする方法。
[Claims] 1. A method for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, namely: treating the system with a substance enriched with a tracer isotope; after the treatment, producing a gaseous sample of the material of the system containing a tracer species enriched with the tracer isotope from the system; and further steps of analyzing the gaseous sample to determine the amount of the tracer isotope present. a method comprising: holding the gaseous sample at a pressure that allows the absorption lines of the tracer species to be distinguished from absorption lines of a nearby isotopic species; emitting monochromatic radiation at the frequency of the absorption line for the enriched species; A method comprising: transmitting the gas to the sample; and detecting the spectral line intensity for the enriched species in the sample to determine the enrichment value of the tracer species in the sample. 2. The method according to claim 1, for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, the method comprising transmitting radiation at a frequency slightly away from the absorption line through the sample and detecting the incident intensity. and determining an enrichment value from the relative detected intensities. 3. The method according to claim 1, which evaluates a process in a system containing a substance that is susceptible to isotope enrichment, wherein radiation is detected in the absence of an absorbing sample, and the enrichment value is determined from the ratio of detected intensities. A method characterized in that a reference value of intensity is determined by calculating . 4. The method of claim 1 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the transmission step comprises modulating a radiation frequency and directing the radiation frequency to that of the enriched species. including changing across the absorption line,
and the detection step includes harmonic detection of the transmitted radiation. 5. The method according to claim 1, which evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the reference of the substance is not quantitatively enriched in tracer species prior to the enrichment treatment. preparing a gas sample; performing a transmission and detection procedure to determine a reference spectral line intensity for the tracer species; and determining an enrichment value from the difference between the reference spectral line intensity and the enriched spectral line intensity. A method characterized by: 6. The method of claim 1 for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, comprising taking a plurality of enriched samples at different times or locations;
A method characterized in that the enrichment values are measured in order to determine variations in the enrichment. 7. The method according to claim 1, which evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, wherein the method evaluates the physiological function of a subject using a stable isotope tracer. , which: administers to a subject an isotopically enriched substance that is subject to physiological function and is ultimately excreted in the exhaled breath as an isotopically enriched gaseous species; a breath sample is then collected from the subject; the pressure of the gas sample is kept low enough to distinguish the absorption lines of the enriched species from the isotopic species of interest; transmitting said monochromatic radiation having an absorption line frequency through said breath sample; and measuring the spectral line intensities proximate to the enriched species to determine the concentration of enriched species in the sample. A method characterized by: 8. The method according to claim 1, which evaluates a process in a system containing a substance susceptible to isotope enrichment, wherein the method evaluates the physiological function of a subject using a stable isotope tracer. , which: administers to a subject an isotopically enriched substance that is subject to physiological function and is deposited as an enriched species in a biological sample; after its treatment, the isotope tracer is removed from the sample; preparing a gaseous sample containing an enriched species; maintaining the pressure of the gaseous sample low enough so that the absorption lines of the enriched species and the adjacent isotopic species can be distinguished as described above; a method comprising: transmitting said monochromatic radiation having a frequency of an absorption line of an enriched species through said gaseous sample; and detecting the intensity of adjacent spectral lines. 9. The method according to claim 8, for evaluating a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the stable isotope is carbon-13 and the enriched species in the gas sample is carbon-13. A method characterized in that the carbon dioxide is enriched with carbon dioxide. 10. The method according to claim 8, wherein the stable isotope tracer is a low-abundance isotope of carbon or oxygen, and the stable isotope tracer is a low-abundance isotope of carbon or oxygen. A method characterized in that the enriched species is carbon dioxide. 11. The method of claim 8, wherein the stable isotope is oxygen-18 and the enriched species in the gaseous sample is oxygen-18. A method characterized in that the water vapor is enriched with 12. The method of claim 8, wherein the stable isotope is nitrogen-15 and the enriched species in the gaseous sample is nitrogen-15. A method characterized in that the ammonia is enriched with ammonia. 15. The method of claim 8, wherein the method assesses a process in a system containing a substance susceptible to isotopic enrichment, wherein the method assesses a physiological process in the subject by infrared spectroscopy of the enriched species. The method is: preparing a substance enriched with a tracer isotope that is a precursor of the enriched isotopic species to be measured; obtaining a first gas sample from a subject; absorbing the isotopic species to be measured. transmit infrared radiation having a frequency of detecting the physiological A method comprising the step of determining the effect of a process on the enriched substance.
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