JP2017219428A - レーザ分光式安定同位体比分析法、装置、および多地点安定同位体比分析システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、安定同位体比分析を行うためには、安定同位体比質量分析法(IRMS:Isotope Ratio Mass Spectrometry)や核磁気共鳴分光法(NMR:Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)のような、高価で大型で操作が複雑な計測装置を用いる必要があるため、時間とコストがかかるという問題があり、これが普及を妨げる一つの要因となっていた。
図12は、一般的なレーザ分光法の動作原理を示す説明図である。図12(a)に示すように、レーザ分光法で用いるレーザ分光式安定同位体比分析装置50は、可変波長のレーザ光Lを、ガスセル52内にあるガス状の被測定物Eに照射するレーザ光源51と、被測定物Eを通過したレーザ光L’の光強度を検出する光検出器53とから構成されている。
前記レーザ分光式安定同位体比分析装置において、前記被検査物の炭素、水素、またはその両方の安定同位体比の測定値を校正するために用いる、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードが、少なくとも2種以上のポリマからなるものである。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかるレーザ分光式安定同位体比分析装置10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかるレーザ分光式安定同位体比分析装置(TDLS)の構成を示すブロック図である。
なお、図1に示したレーザ分光式安定同位体比分析装置10は、波長可変レーザ分光法(TDLS)のうち、最も基本的な構成が例として示されている。
なお、以上では、1試料ごとに5サンプルずつ測定する例について説明したが、測定するサンプル数は、5サンプルに限定されるものではなく、測定する試料の特質や目標とする測定精度等を鑑み、適宜設定すればよい。
CRDSの場合は、レーザ光Lの波長を離散的に掃引し、それぞれの波長においてリングダウンタイムを測定することにより被測定物Eのガス種と濃度を測定・分析する。
したがって、被検査物eから発生させた二酸化炭素および水蒸気に含まれる同位体の比率を分析すれば、被検査物eである食品や飲料の産地、製法、成分などの起源に関する情報を判別・推定することができる。
食品などの被検査物の炭素や水素同位体比のサンプルごとの差はごく僅かであるため、極めて高い精度で分析することが必要である。安定同位体比分析装置で測定した測定値そのものを用いるだけでは、装置間の誤差や、測定環境の差などにより生じる測定値の微妙な誤差が問題となり、十分な精度を得られない場合がある。
本発明では、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードを複数種用意して、その安定同位体比を測定し、その測定値と既知の安定同位体比の真値との関係から校正式を算出し、その校正式を用いて被検査物eの測定値を校正する。
(A)安価であること
(B)常用的に使用できるだけの十分な量(数g以上)が入手できること
(C)炭素、水素同位体比が安定していて経時変化が十分小さいこと
(D)均質性が高く、炭素、水素同位体比の同一試料内の変動分布が十分小さいこと
(E)揮発性や昇華性がなく、安定して取扱い易いこと
(F)校正式が測定値を精度よく内挿できるよう、炭素、水素同位体比の値が、測定したい物質の炭素、水素同位体比が分布する範囲を大方カバーできる程度の差を有すること
図2に示す水素同位体比δDVSMOWおよび炭素同位体比δ13CVPDBのうち、IAEA−CH−7(PE)は、IAEAによって値付けされた値、それ以外はDual Inletタイプの同位体比質量分析計(IRMS)を用いて値付けを行ったものである。
次に、選定したワーキングスタンダードを用いた被検査物の炭素・水素安定同位体比の測定例について説明する。ここでは、被検査物として蜂蜜および水飴を例として用いて説明するが、被検査物についてはこれらに限定されるものではない。
この際、測定の再現性・精度を評価するため、同じ測定を同じ装置を用いて数日後に行った。図7は、炭素・水素安定同位体比の測定結果(2回目:校正なし)である。図8は、炭素・水素安定同位体比の測定結果(2回目:校正あり)である。
このように本実施の形態は、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードとして、少なくとも2種以上のポリマを用いるようにしたものである。
これにより、例えばIRMS用の水素同位体比測定用ワーキングスタンダードとして頒布されている試薬類(非特許文献7)と比較して、ポリマは、安価で常用的に十分な量を入手でき、均質性が高くて炭素同位体比や水素同位体比の同一試料内の変動分布が十分小さく、さらに揮発性や昇華性がなく、安定して取扱い易い。したがって、多くの作業負担を必要とすることなく安価に精度よく安定同位体比を測定することが可能となる。
これらPE、PET、PP等のポリマ材料は、また、水素同位体比の経時変化が大きい、ヒドロキシル基やカルボキシル基、アミノ基などの交換性水素を含んでいない。このため、測定基準となる炭素、水素同位体比が安定していて経時変化が十分小さいため、高い精度で、被検査物の測定結果を校正することができる。
これにより、植物系原料を含む原料から作られたバイオプラスチックである、サトウキビやトウモロコシなどのC4植物は、炭素同位体比が−15〜−10‰程度の値をとるため、コメや小麦、トウモロコシなどの代表的食品類の多くが持つ炭素同位体比−30〜−10‰の分布範囲を大方カバーすることができる。したがって、被検査物がコメや小麦、トウモロコシなどの代表的食品類である場合でも、極めて高い精度で、被検査物の測定結果を校正することができる。
次に、図9を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる多地点安定同位体比分析システム30について説明する。図9は、第2の実施の形態にかかる多地点安定同位体比分析システムの構成例である。
図9の例では、東京および大阪に本発明にかかるワーキングスタンダードを用いたレーザ分光式安定同位体比分析装置10または20が設置されており、札幌には本発明にかかるワーキングスタンダードを用いた一般的な質量式安定同位体比分析装置31が設置されており、博多には従来のワーキングスタンダードを用いた一般的な質量式安定同位体比分析装置31が設置されている。なお、質量式に代えて他の方式の安定同位体比分析装置を用いてもよい。
高価で十分な量を確保するのが難しいうえに、揮発性や昇華性を有する物質であるため、取扱いが難しく、測定の準備・待機中に生じる蒸発や昇華の影響を受け易く、多くの作業負担が必要となるため、精度よく測定することが難しい。したがって、地点間、装置間の測定誤差を補正することが難しく、複数の分析拠点を有する多地点安定同位体比分析システム30を構築する際は、大きな問題となる。
また、多地点安定同位体比分析システム30で用いる安定同位体比分析装置が、すべてレーザ分光式安定同位体比分析装置10,20であってもよく、その場合は、すべてのレーザ分光式安定同位体比分析装置10,20で、同じワーキングスタンダードを用いればよい。
図10を前述した図5および図7と比較すると、測定に使用する装置が異なると、装置の調製状態や、内部の校正パラメータの設定等の違いにより、安定同位体比の測定値そのものには大きな差が生じていることがわかる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (7)
- 被検査物を燃焼させて発生させた二酸化炭素および水蒸気にレーザ光を照射してレーザ分光することにより、前記被検査物中に含まれる炭素、水素、またはその両方の安定同位体比を分析するレーザ分光式安定同位体比分析法であって、
前記被検査物の炭素、水素、またはその両方の安定同位体比の測定値を校正するために用いる、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードが、少なくとも2種以上のポリマからなることを特徴とするレーザ分光式安定同位体比分析法。 - 請求項1に記載のレーザ分光式安定同位体比分析法において、
前記ポリマの主材料が、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、またはポリプロピレンからなることを特徴とするレーザ分光式安定同位体比分析法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザ分光式安定同位体比分析法において、
前記ポリマのうちの少なくともいずれか1種は、植物系原料を含む原料から作られたバイオプラスチックからなることを特徴とするレーザ分光式安定同位体比分析法。 - 被検査物を燃焼させて発生させた二酸化炭素および水蒸気にレーザ光を照射してレーザ分光することにより、前記被検査物中に含まれる炭素、水素、またはその両方の安定同位体比を分析するレーザ分光式安定同位体比分析装置であって、
前記被検査物の炭素、水素、またはその両方の安定同位体比の測定値を校正するために用いる、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードが、少なくとも2種以上のポリマからなることを特徴とするレーザ分光式安定同位体比分析装置。 - 被検査物中に含まれる炭素、水素、またはその両方の安定同位体比を分析する安定同位体比分析装置を複数の分析拠点に配置し、これら分析拠点間の分析結果を比較する多地点安定同位体比分析システムであって、
前記分析拠点のうちの少なくともいずれか1か所以上の分析拠点に配置された前記安定同位体比分析装置が、前記被検査物を燃焼させて発生させた二酸化炭素および水蒸気にレーザ光を照射してレーザ分光することにより、前記被検査物中に含まれる炭素、水素、またはその両方の安定同位体比を分析するレーザ分光式安定同位体比分析装置からなり、
前記レーザ分光式安定同位体比分析装置において、前記被検査物の炭素、水素、またはその両方の安定同位体比の測定値を校正するために用いる、安定同位体比が既知のワーキングスタンダードが、少なくとも2種以上のポリマからなる
ことを特徴とする多地点安定同位体比分析システム。 - 請求項5に記載の多地点安定同位体比分析システムにおいて、
前記ポリマの主材料が、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、またはポリプロピレンからなることを特徴とする多地点安定同位体比分析システム。 - 請求項5または請求項6に記載の多地点安定同位体比分析システムにおいて、
前記ポリマのうちの少なくともいずれか1種は、植物系原料を含む原料から作られたバイオプラスチックからなることを特徴とする多地点安定同位体比分析システム。
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