JP2017215334A - アイソトープ比分析器のためのガス注入システム及びアイソトープ比を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスをアイソトープ比分析器に導入するためのガス注入システムであって、このガス注入システムは、第1既知アイソトープ比を有する基準ガスの第1供給源と;担体ガスの供給源であって、基準ガス及び担体ガスの供給源は、それぞれの基準ガスライン及び担体ガスラインにより基準ガスと担体ガスが混じり合う第1混合合流点にそれぞれ接続される、供給源と;第1混合合流点の下流に接続される、混じり合った基準ガスと担体ガスが混合する混合領域と;前記混合ガスを混合領域からアイソトープ比分析器へ運ぶ出口ラインと;混合領域の下流にある、出口ライン上の開口部とを含む照合システムを含む。アイソトープ比を決定する方法も提供される。
【選択図】図2
Description
検体ガスの供給源と、
検体ガスの供給源から検体ガスの流れを運ぶための検体ガスラインと、
担体ガスの供給源と、
担体ガスの供給源から担体ガスの流れを運ぶための担体ガスラインと、
を含み、検体ガスラインは、検体〜担体合流点において担体ガスラインと合流して検体ガスと担体ガスを混合するものであり、この合流点は、さらに、合流点からアイソトープ比分析器へ混合ガスを運ぶための出口ラインに接続されている。また、この合流点は、担体ガスライン上の開口部の下流に位置している。この合流点及び担体ガスライン上の開口部の配置により、検体ライン中の検体ガスの流量がアイソトープ比分析器へのガスの流量より少ない状況下では開口部と検体〜担体合流点間の流れは常にアイソトープ比分析器へ向かい、かつ検体ライン中の検体ガスの流量がアイソトープ比分析器へのガスの流量より多い状況下では開口部と検体〜担体合流点間の流れは常に開口部へ向かう。その結果、ガス注入システムは、検体ライン中の検体ガスの流量がアイソトープ比分析器へのガスの流量より少ない状態となる1つの動作モードで構成することが好ましい。その結果、このガス注入システムは、検体ライン中の検体ガスの流量がアイソトープ比分析器へのガスの流量より多い状態となる別の動作モードで構成することもできる。いずれにせよ、このガス注入システムは、検体ライン中の検体ガスの流量とアイソトープ比分析器へのガスの流量がほぼ同じとならないように構成することが好ましい。
少なくとも基準ガスの第1供給源(それは第1既知アイソトープ比)と、
担体ガスの供給源(好ましくは、本発明の第1の態様における担体ガスラインに供給する供給源と同じ担体ガスの供給源)であって、担体ガスは基準ガスを含まないことが好ましい、担体ガスの供給源と、
(以上において、基準ガスの供給源及び担体ガスの供給源は、それぞれの基準ガスライン及び担体ガスラインにより、基準ガスと担体ガスが混じり合う第1混合合流点に接続される。また、第1混合合流点への担体ガスの流れは流量制御手段により制御可能であることが好ましい。)
第1混合合流点の下流に接続される、混じり合った基準ガスと担体ガスが混合される混合領域と、
混合されたガスを混合領域からアイソトープ比分析器に運ぶための出口ラインと、
混合領域の下流にある、出口ライン上の開口部と、を含む。
第1既知アイソトープ比の基準ガスを供給するステップと、
担体ガス中の複数の濃度において第1既知アイソトープ比の基準ガスのアイソトープ比を測定するステップと、
第1既知アイソトープ比を有する基準ガスのアイソトープ比測定値の濃度依存を決定するステップと、
未知アイソトープ比及び未知濃度の試料ガスを供給するステップと、
試料ガスのアイソトープ比及び濃度を測定するステップと、
決定された濃度依存により試料ガスの測定されたアイソトープ比を補正するステップとを含む。
第2既知アイソトープ比の基準ガスを供給するステップと、
好ましくは第1の既知アイソトープ比の基準ガスの測定濃度の範囲内にある担体ガス中の1つ以上の濃度において、第2既知アイソトープ比の基準ガスのアイソトープ比を測定するステップと、
第1及び第2の既知アイソトープ比の基準ガスの測定アイソトープ比からアイソトープ比較正を決定するステップと、
さらに、決定されたアイソトープ比較正により試料ガスの測定アイソトープ比を補正するステップと
をさらに含む。
ここで:
I=スペクトル強度(単位cm)
L=光学経路の長さ(単位cm)
C=測定されるガスの濃度(単位ppm)
である。
好ましくは、無次元数(D*l/j)>0.67
ここで(SI単位系において)
D:担体ガス中における検体ガスの(相互)拡散係数(m2/s)
l:混合管の長さ(m)、
j:この管中の流量(m3/s)
である。
i.2つのT字型合流点間の長手方向に沿って角(たとえば90°の角)を設けること
ii.混合管の屈折(たとえば節止め及び蛇行を含む)
iii.管沿いの断面積を周期的又は適宜に変更すること
iv.高い相互拡散係数を有する担体ガスを使用すること
v.管を加熱すること
vi.基準ガスの付加が混合管の断面の中央で行われるようにT字型合流部を変更すること。
i.基準:ゼロエア中のCO2
ii.オープンスプリット(6)毛細管経由の最低限流量:0.5ml/分(すなわち、少なくとも0.5ml/分の流量)
iii.オープンスプリット毛細管直径:1mm
iv.オープンスプリットへの最低限流量:1ml/分(すなわち、少なくとも1ml/分の流量)
v.オープンスプリット経由の流れの喪失<入力流量の1/1000
vi.分別<0.3per meg(質量46について)
この分別は、すべての長さ>1cmについて達成される。
i.基準:ゼロエア中のCO2
ii.オープンスプリット毛細管経由の最低限流量:0.5ml/分
iii.オープンスプリット毛細管直径:2mm
iv.オープンスプリットへの最低限流量:1ml/分
v.オープンスプリット経由の流れの喪失<入力流量の1/1000
vi.分別<0.5per meg(質量46について)
この分別は、すべての長さ>3.7cmについて達成される。
i.試料:ゼロエア中のCO2ガス(たとえば、試料:担体=1:1〜1:0の希釈)
ii.開放スプリット毛細管経由の最低限流量:0.5ml/分(すなわち、この流量は、少なくとも0.5ml/分とするべきである)
iii.開放スプリット毛細管直径:1mm
iv.開放スプリットへの最低限流量:10ml/分(すなわち、この流量は、少なくとも10ml/分とするべきである)
v.開放スプリット経由の流れの喪失<入力流量の1/1000
vi.分別<0.3per meg(質量46について)
この分別は、6mm超のすべての長さについて達成される。
i.試料:He中の水素
ii.開放スプリット毛細管経由の最低限流量:0.5ml/分
iii.開放スプリット毛細管直径:0.5mm
iv.開放スプリットへの最低限GC流量:0.8ml/分
v.開放スプリット経由の流れの喪失<入力流量の1/100
vi.H2/HD比について分別<60per meg(0.06per mil)。
この分別は、1.52cm超のすべての長さについて達成される。
Claims (45)
- アイソトープ比分析器にガスを導入するためのガス注入システムであって、
検体ガスの供給源と、
検体ガスの前記供給源から検体ガスの流れを運ぶ検体ガスラインと、
担体ガスの供給源と、
担体ガスの前記供給源から担体ガスの流れを運ぶ担体ガスラインと、を含み、
前記検体ガスラインは、検体担体合流点において前記担体ガスラインと合流して前記検体ガスと前記担体ガスを混合し、
前記検体担体合流点は、混合ガスを前記合流点から前記アイソトープ比分析器へ運ぶための出口ガスラインにさらに接続され、
前記検体担体合流点は、前記担体ガスライン上の開口部の下流に配置される、ガス注入システム。 - 前記検体ガスライン中の前記検体ガスの流量が前記アイソトープ比分析器へ流入するガスの流量より少なく、かつ前記開口部と前記検体担体合流点との間での流れが常に前記アイソトープ比分析器に向かうように構成されている、請求項1に記載のガス注入システム。
- 前記検体ガスライン中の前記検体ガスの流量が前記アイソトープ比分析器へ流入するガスの流量より多く、かつ前記開口部と前記検体担体合流点との間での流れが常に前記開口部に向かうように構成されている、請求項1に記載のガス注入システム。
- 前記担体ガスライン上の前記開口部は大気に対して開いている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記検体担体合流点から前記開口部までの距離は、前記流量において前記検体ガスの拡散が制限され、それにより前記開口部を介した検体ガスの喪失が殆ど発生しないように設定されている、請求項2に記載のガス注入システム。
- 前記検体ガスは、未知アイソトープ比及び/又は未知濃度の試料ガスである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記検体ガスは、前記分析器の較正のための既知アイソトープ比の基準ガスである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記担体ガスは、前記検体ガスを殆ど含まない、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記検体ガスはCO2であり、前記担体ガスはCO2無含有の空気又はCO2無含有の窒素である、請求項8に記載のガス注入システム。
- 前記検体ガスは、CO2、CH4、C2H6、CxH(2x+2)、水蒸気、CO、小さな炭化水素、アルコール、アルデヒド、NOx、NxOy、H2S、窒素、酸素、及び水素からなる群から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記担体ガスは、空気、窒素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群から選択される、請求項1〜8または請求項10のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記開口合流点への流量は、少なくとも10ml/分である、請求項1〜11のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記開口部を通る流量は、少なくとも0.5ml/分である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 較正システムをさらに含み、前記較正システムは、
少なくとも第1の既知アイソトープ比を有する基準ガスの第1供給源であって、基準ガス及び担体ガスの前記供給源は、それぞれのガスラインにより、前記基準ガスと前記担体ガスが混じり合う混合合流点に接続される、第1供給源と、
前記混合合流点の下流に接続される、混じり合った基準ガスと担体ガスが混合される混合領域と、
混合された基準ガスと担体ガスを前記混合領域から前記アイソトープ比分析器へ運ぶための出口ガスラインと、
前記混合領域の下流にある、前記混合領域から大気への前記出口ライン上の開口部と、を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のガス注入システム。 - 前記基準ガスは実質的に純ガスであり、前記担体ガスは前記基準ガスを殆ど含まない、請求項14に記載のガス注入システム。
- 前記基準ガスはCO2であり、前記担体ガスはCO2無含有の空気又はCO2無含有の窒素である、請求項15に記載のガス注入システム。
- 前記基準ガスは、CO2、CH4、C2H6、CxH(2x+2)、水蒸気、CO、小さな炭化水素、アルコール、アルデヒド、NOx、NxOy、H2S、窒素、酸素、及び水素からなる群から選択される、請求項14又は15のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記合流点はT字型合流点である、請求項1〜17のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記ガスラインは毛細管を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 1つ又はそれ以上の合流点及び前記ガスラインの1つ又はそれ以上の部分は、機械加工ブロック中に設けられている、請求項1〜19のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記アイソトープ比分析器は、アイソトープ比質量分光計、又は、アイソトープ比光学分光計を含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載のガス注入システム。
- 前記アイソトープ比分析器は、レーザー吸収分光計であるアイソトープ比光学分光計を含む、請求項21に記載のガス注入システム。
- 請求項1〜22のいずれか一項に記載の前記ガス注入システムを含むアイソトープ比分析器。
- アイソトープ比を決定する方法であって、
基準ガスを第1既知アイソトープ比で供給するステップと、
前記第1既知アイソトープ比を有する前記基準ガスのアイソトープ比を担体ガス中の複数の濃度において測定するステップと、
前記第1既知アイソトープ比を有する前記基準ガスの前記アイソトープ比測定値の濃度依存を決定するステップと、
未知アイソトープ比及び未知濃度の試料ガスを供給するステップと、
前記試料ガスのアイソトープ比及び濃度を測定するステップと、
前記試料ガスの測定されたアイソトープ比を、決定された前記濃度依存により補正するステップと、を含む、方法。 - 前記基準ガスを第2既知アイソトープ比で供給するステップと、
前記第1既知アイソトープを有する前記基準ガスを測定した濃度範囲内にある前記担体ガス中の1つ又はそれ以上の濃度において、前記第2既知アイソトープ比を有する前記基準ガスのアイソトープ比を測定するステップと、
前記第1及び第2既知アイソトープ比を有する前記基準ガスの測定されたアイソトープ比からアイソトープ比較正を決定するステップと、
前記試料ガスの測定されたアイソトープ比を、決定されたアイソトープ比較正により更に補正するステップと、をさらに含む、請求項24に記載のアイソトープ比を決定する方法。 - 前記試料ガスは、そのアイソトープ比の測定に先立って前記担体ガス中で希釈される、請求項24又は25に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記試料ガスは、前記担体ガス中において前記第1既知アイソトープ比を有する前記基準ガスの濃度範囲内にある濃度に希釈される、請求項26に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記基準ガスは、前記担体ガス中において前記試料ガスの濃度範囲内にある濃度に希釈される、請求項26に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記基準ガスは実質的な純ガスとして供給され、前記担体ガスは前記基準ガスを殆ど含まずに供給される、請求項24〜28のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記第1既知アイソトープ比を有する基準ガスの単一供給源が設けられ、そのガスが前記担体ガスにより動的に希釈されて前記アイソトープ比を測定されるために使用される前記複数の濃度を与える、請求項29に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 基準ガスの希釈は、担体ガスによる2段階の希釈を含む、請求項30に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記基準ガスの第1希釈段階における前記担体ガスの流れは、流量制御手段により動的に制御される、請求項31に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 第2希釈段階における前記担体ガスの流れは動的に制御されない、請求項32に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記基準ガスはCO2であり、前記担体ガスはCO2無含有の空気又はCO2無含有の窒素であり、前記試料ガスはCO2を含む、請求項29〜33のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記基準ガス及び前記試料ガスは、CO2、CH4、C2H6、CxH(2x+2)、水蒸気、CO、小さな炭化水素、アルコール、アルデヒド、NOx、NxOy、H2S、窒素、酸素、及び水素からなる群から選択される、請求項29〜33のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記担体ガスは、空気、窒素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群から選択される、請求項29〜33又は35のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 担体ガス中の前記複数の濃度は、約200〜4,000ppmの間、好ましくは約200〜1500ppmの間の範囲の空気中のCO2の濃度又は窒素中のCO2の濃度を含む、請求項34に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 測定されるアイソトープ比は、比13C/12C又は18O/16Oである、請求項34又は37に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記試料ガスは、合流点において前記担体ガスにより希釈され、
前記合流点は、前記混合ガスを前記合流点から前記アイソトープ比分析器へ運ぶための出口ガスラインにさらに接続され、
前記合流点は、担体ガスライン上の大気への開口部の下流に配置されており、それにより前記合流点への前記検体ガスの流量が、前記アイソトープ比分析器へ流入するガスの流量より少なくなり、それにより前記開口部と前記合流点との間での流れが常に前記アイソトープ比分析器に向かう、請求項24〜38のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。 - 前記基準ガス及び担体ガスを、それぞれの基準ガスライン及び担体ガスラインにより、前記基準ガスと前記担体ガスが混じり合う第1混合合流点に接続するステップと、
混じり合った基準ガスと担体ガスを前記第1混合合流点の下流の混合領域において混合するステップと、
混合ガスを前記混合領域から前記アイソトープ比分析器に出口ラインに沿って運ぶステップと、
前記混合領域の下流の前記出口ライン上に大気への開口部を設けるステップと、をさらに含む、請求項24〜39のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。 - すでに混合された混合ガスに更なる担体ガスを混合するために前記混合領域からの前記出口ライン上に第2混合合流点を設けるステップと、
前記第2混合領域に第2担体ガスラインを介して更なる担体ガスを供給するステップと、をさらに含み、
前記第2混合合流点は、前記出口ライン上の前記開口部の下流にある、請求項40に記載のアイソトープ比を決定する方法。 - 前記第2混合合流点に供給される前記担体ガスは、前記第1混合合流点に供給する同一の担体ガスの供給源から到来する、請求項41に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記合流点のそれぞれがT字型合流点である、請求項39〜42のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記ガスラインの1つ又はそれ以上の部分は、機械加工ブロック中に設けられている、請求項39〜43のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
- 前記アイソトープ比の測定は、アイソトープ比光学分光計、又は、アイソトープ比質量分光計を使用して行われる、請求項24〜44のいずれか一項に記載のアイソトープ比を決定する方法。
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