JP2021011414A - 二酸化炭素安定同位体の製造装置、一酸化炭素安定同位体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一酸化炭素中の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御でき、優れた収率で一酸化炭素の安定同位体を製造できる一酸化炭素安定同位体の製造装置の提供。【解決手段】一酸化炭素の安定同位体の供給部１０と水の安定同位体の供給部２０と一酸化炭素の安定同位体と水の安定同位体とを第１の触媒の存在下で反応させ、二酸化炭素安定同位体を含む第１の混合物を得る第１の反応部３０と酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む酸性液体と第１の混合物とを接触させることで、第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とを分離する分離部４０と水素の供給部５０と水素と二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得る第２の反応部６０とを備える、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１。【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素安定同位体の製造装置、一酸化炭素安定同位体の製造装置に関する。

一酸化炭素の安定同位体は反応性に富むため、研究試薬、医薬品、医療等の産業分野における標識用物質等として有用であり、工業的に広く製造されている。一酸化炭素の安定同位体としては^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏの六種類の安定同位体が主に存在する。

複数種類の安定同位体を含む一酸化炭素から、特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を濃縮する方法の一つとして、深冷分離法が知られている。深冷分離法によれば、^１３Ｃを有する一酸化炭素の安定同位体（^１３ＣＯ）を濃縮して、^１３Ｃの存在比率を上げることができる。深冷分離法によれば、一酸化炭素中の^１３ＣＯの濃度を、例えば９５原子％以上に濃縮できる。

深冷分離法と同位体の交換反応とを組み合わせた一酸化炭素の安定同位体の濃縮方法も知られている（非特許文献１）。非特許文献１に記載の方法では、例えば、まず深冷分離法によって^１２Ｃ^１８Ｏを濃縮する。次いで、下式（１）に示す同位体の交換反応によって濃縮した^１２Ｃ^１８Ｏの一部を^１３Ｃ^１８Ｏに変換する。
^１２Ｃ^１８Ｏ＋^１３Ｃ^１６Ｏ→^１３Ｃ^１８Ｏ＋^１２Ｃ^１６Ｏ ・・・式（１）

深冷分離法と同位体の交換反応とを組み合わせる濃縮方法では、式（１）に示す同位体の交換反応で得られた^１３Ｃ^１８Ｏを深冷分離法で再び濃縮する。
非特許文献１に記載の方法によれば、^１３ＣＯを９８〜９９原子％にまで濃縮し、^１３Ｃの存在比率をさらに高くすることも可能である。

一方で深冷分離法によれば、特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を濃縮し、一酸化炭素中の^１３ＣＯの濃度を９５原子％未満の値に任意に制御しながら濃縮することもできる。
表１は深冷分離法によって濃縮される一酸化炭素の各安定同位体の存在比の一例を示す。表１に示すように深冷分離法によれば、天然存在比が１．１原子％である^１３Ｃ^１６Ｏを９２．４原子％程度にも濃縮できる。
このように従来技術においては、^１３Ｃの存在比率を任意の値に自在に制御しながら特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を濃縮することが可能である。

Ｂ．Ａｎｄｒｅｅｖ著，"Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ ｏｆ Ｂｉｏｇｅｎｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ"，第１版，ＩＳＢＮ：９７８０４４４５２９８１７，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６年１２月２８日，ｐ２１７−２４５．

しかしながら非特許文献１に記載の従来の方法では、酸素の安定同位体の存在比率の制御についてなんら検討がなされていない。そのため、酸素の安定同位体の存在比率は^１３ＣＯの濃縮と同時に成り行きで決定されてしまう。よって非特許文献１に記載の従来の方法では、特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御することが困難であった。

本発明の発明者が従来の方法で^１３ＣＯを濃縮して確認したところ、濃縮した^１３ＣＯにおける^１８Ｏの存在比率は８〜１７原子％程度であった。そのため、従来の方法で濃縮された^１３ＣＯはそのままでは産業上の用途に適用困難な場合があることが判った。
例えば、約１５原子％の^１３Ｃ^１８Ｏと約８５原子％の^１３Ｃ^１６Ｏとを主に含む^１３ＣＯは、さらに高濃度の^１３Ｃ^１６Ｏを必要とする産業上又は医療上の用途には適用しにくい場合がある。この場合、^１３Ｃ^１８Ｏの存在比率を１原子％未満に減少させるプロセスがさらに必要となる。
一方で従来の方法で濃縮した^１３ＣＯにおける^１８Ｏの存在比率は８〜１７原子％程度である。そのため、高濃度の^１３Ｃ^１８Ｏを必要とする用途に適用するには、^１３Ｃ^１８Ｏの存在比率を９８原子％以上に増大させるプロセスがさらに必要となる。
加えて、一酸化炭素の安定同位体の製造には、収率のさらなる向上が求められる。

本発明は、一酸化炭素中の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御でき、優れた収率で一酸化炭素の安定同位体を製造できる一酸化炭素安定同位体の製造装置の提供を課題とする。

本発明は以下の構成を備える。
［１］ ^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素の供給部と、Ｈ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む水の供給部と、前記一酸化炭素と前記水とを第１の触媒の存在下で反応させ、二酸化炭素安定同位体を含む第１の混合物を得る第１の反応部と、酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む酸性液体と前記二酸化炭素安定同位体とを接触させることで、前記第１の混合物中の水分と前記二酸化炭素安定同位体とを分離する分離部と、を備える、二酸化炭素安定同位体の製造装置。
［２］ 前記分離部が、前記第１の混合物を冷却する第１の冷却器を有する、［１］の二酸化炭素安定同位体の製造装置。
［３］ 前記分離部が、前記水分と分離された前記二酸化炭素安定同位体を含む第２の混合物を冷却する第２の冷却器をさらに有する、［２］の二酸化炭素安定同位体の製造装置。
［４］ 前記酸性化合物が、^１６Ｏ、^１７Ｏ及び^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に有する、［１］〜［３］のいずれかの二酸化炭素安定同位体の製造装置。
［５］ ［１］〜［４］のいずれかの二酸化炭素安定同位体の製造装置と、水素の供給部と、前記水素と前記二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得る第２の反応部と、を備える、一酸化炭素安定同位体の製造装置。

本発明によれば、一酸化炭素中の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御でき、優れた収率で一酸化炭素の安定同位体を製造できる一酸化炭素安定同位体の製造装置が提供される。

第１の実施形態に係る二酸化炭素安定同位体の製造装置及び一酸化炭素安定同位体の製造装置の構成の一例を示す模式図である。 図１の二酸化炭素安定同位体の製造装置及び一酸化炭素安定同位体の製造装置が有する第１の除湿器の構成の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る二酸化炭素安定同位体の製造装置及び一酸化炭素安定同位体の製造装置の構成の一例を示す模式図である。

本明細書において「安定同位体を選択的に含む」とは、特定の種類の安定同位体を天然存在比率より多く含むことを意味する。
本明細書において「安定同位体を選択的に有する」とは、特定の種類の原子の安定同位体を天然存在比率より多く有することを意味する。
本明細書において、特定の炭素の安定同位体とは、^１２Ｃ及び^１３Ｃのいずれか一方又は両方であり、特定の酸素の安定同位体とは、^１６Ｏ、^１７Ｏ及び^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類である。
本明細書で数値範囲を示す際に「〜」を用いた場合、「〜」の前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む。

以下、本発明を適用した一実施形態の一酸化炭素安定同位体の製造方法及び二酸化炭素安定同位体の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る二酸化炭素安定同位体の製造装置１及び一酸化炭素安定同位体の製造装置８１の構成の一例を示す模式図である。以下、二酸化炭素安定同位体の製造装置１、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１について順に説明する。

（二酸化炭素安定同位体の製造装置）
図１に示すように、二酸化炭素安定同位体の製造装置１は、一酸化炭素の供給部１０と水の供給部２０と第１の反応部３０と分離部４０とを備える。
二酸化炭素安定同位体の製造装置１は、特定の種類の二酸化炭素の安定同位体を選択的に含む二酸化炭素安定同位体を得るための装置である。

一酸化炭素の供給部１０は、^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素を第１の反応部３０に供給する。一酸化炭素の供給部１０は、一酸化炭素の供給源２と第１の供給ラインＬ１と第１の流量調整器Ｍ１と第１の温度調節器Ｈ１とを有する。

一酸化炭素の供給源２は、第１の供給ラインＬ１を介して一酸化炭素を第１の反応部３０に供給する。
一酸化炭素は^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む。一酸化炭素は複数種類の安定同位体を含んでもよい。ここで複数種類の安定同位体とは、^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも二種類以上を意味する。

一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量は、一酸化炭素に含まれる全種類の安定同位体の合計１００原子％に対し、３０原子％以上が好ましく、５０原子％以上がより好ましく、９０原子％以上がさらに好ましく、９５原子％以上が特に好ましい。一酸化炭素が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量がこの範囲内であると、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の炭素の安定同位体の存在比率及び特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御しやすくなる。

一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素においては、^１２Ｃ又は^１３Ｃの存在比率があらかじめ任意の値に制御されていることが好ましい。これにより、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御でき、特定の炭素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御できる。
さらに、一酸化炭素が選択的に含む特定の安定同位体は、^１２Ｃ又は^１３Ｃのいずれか一方を有することが好ましい。一酸化炭素が選択的に含む特定の安定同位体が^１２Ｃ又は^１３Ｃのいずれか一方を有すると、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御でき、特定の炭素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御しやすくなる。

一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素は、深冷分離法で特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を濃縮することにより調製してもよい。他にも深冷分離法と同位体の交換反応とを組み合わせて、特定の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素を調製してもよい。例えば、深冷分離法又は深冷分離法と同位体の交換反応とを組み合わる方法により、一酸化炭素における炭素の安定同位体の存在比率をあらかじめ任意の値に制御できる。

第１の供給ラインＬ１は、一酸化炭素の供給源２から第１の反応部３０に一酸化炭素を供給するためのラインである。第１の供給ラインＬ１の第１の端部は、一酸化炭素の供給源２と接続されている。第１の供給ラインＬ１の第２の端部は、後述の第２の供給ラインＬ２の第２の端部と接続されている。
第１の供給ラインＬ１には一次側（上流側）から第１の流量調整器Ｍ１と第１の温度調節器Ｈ１とがこの順に設けられている。第１の流量調整器Ｍ１は、第１の供給ラインＬ１内を流れる一酸化炭素の流量を調節できる形態であれば、特に限定されない。第１の温度調節器Ｈ１は、第１の供給ラインＬ１内を流れる一酸化炭素の温度を調節できる形態であれば、特に限定されない。

水の供給部２０は、Ｈ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む水を第１の反応部３０に供給する。水の供給部２０は、水の供給源３と第２の供給ラインＬ２とポンプＰと第２の温度調節器Ｈ２とを有する。

水の供給源３は、第２の供給ラインＬ２を介して水を第１の反応部３０に供給する。
水の供給源３の水が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量は、水に含まれる全種類の安定同位体の合計１００原子％に対し、３０原子％以上が好ましく、５０原子％以上がより好ましく、９０原子％以上がさらに好ましく、９５原子％以上が特に好ましい。水の供給源３の水が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量が前記数値の範囲内であると、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御しやすくなる。

本実施形態においては、水が特定の種類の安定同位体としてＨ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ又はＨ_２ ^１８Ｏのいずれか一種類を選択的に含むことが好ましい。水が特定の種類の安定同位体としてＨ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ又はＨ_２ ^１８Ｏのいずれか一種類を選択的に含むと、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に高く制御できる。すなわち、一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体を任意の存在比率に濃縮できる。
例えば、水が特定の安定同位体としてＨ_２ ^１８Ｏの一種類を選択的に含む場合、得られる一酸化炭素安定同位体における^１８Ｏの存在比率を任意の値に濃縮できる。

第２の供給ラインＬ２は、水の供給源３から第１の反応部３０に水を供給するためのラインである。第２の供給ラインＬ２の第１の端部は、水の供給源３と接続されている。第２の供給ラインＬ２の第２の端部は、第１の供給ラインＬ１の第２の端部と接続されている。
第２の供給ラインＬ２には一次側からポンプＰと第２の温度調節器Ｈ２とがこの順に設けられている。ポンプＰは、第２の供給ラインＬ２内を流れる水の流量を調節できる形態であれば、特に限定されない。第２の温度調節器Ｈ２は、第２の供給ラインＬ２内を流れる水の温度を調節できる形態であれば、特に限定されない。
第２の供給ラインＬ２には第２の温度調節器Ｈ２が設けられているため、第２の供給ラインＬ２は、水の供給源３の水を加熱して、水蒸気として第１の反応部３０に供給できる。このように水の供給源３の水を気体状態の水蒸気として第１の反応部３０に供給することで、第１の反応部３０における一酸化炭素と水との反応が進みやすくなる。

第１の反応部３０は、一酸化炭素と水とを第１の触媒の存在下で反応させ、二酸化炭素安定同位体を含む第１の混合物を得るための部分である。第１の反応部３０は、第１の混合ラインＬ３と第１の触媒管Ｃ１とを有する。
第１の混合ラインＬ３は、一酸化炭素の供給源２から供給される一酸化炭素と、水の供給源３から供給される水とを混合して第１の触媒管Ｃ１に供給するためのラインである。第１の触媒管Ｃ１は第１の混合ラインＬ３に設けられている。

第１の混合ラインＬ３の第１の端部は、第１の供給ラインＬ１の第２の端部及び第２の供給ラインＬ２の第２の端部と接続されている。そのため、第１の混合ラインＬ３は、一酸化炭素の供給源２から供給される一酸化炭素と水の供給源３から供給される水とを混合できる。
第１の混合ラインＬ３の第２の端部は、第１の触媒管Ｃ１の一次側（上流側）と接続されている。そのため、第１の混合ラインＬ３は、第１の混合ラインＬ３内で混合された一酸化炭素と水を第１の触媒管Ｃ１に供給できる。

第１の触媒管Ｃ１は、一酸化炭素の供給源２から供給される一酸化炭素と、水の供給源３から供給される水とを第１の触媒の存在下で反応させ、二酸化炭素安定同位体を生成させるための部分である。
第１の触媒管Ｃ１は、第１の触媒を有する。第１の触媒は、一酸化炭素と水とが反応して二酸化炭素が生成する化学反応を促進する化合物である。
第１の触媒としては、例えば、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ_２Ｏ_３系の触媒、Ｃｕ／Ｃｒ／Ｆｅ系の触媒、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ／Ｍｇ系の触媒、Ｆｅ／Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃ系の触媒、Ｎｉ／Ａｌ系の触媒等が例示される。ただし、第１の触媒はこれらの例示に限定されない。

第１の触媒管Ｃ１内では、一酸化炭素の供給源２から供給される一酸化炭素と水の供給源３から供給される水（又は水蒸気）とが、第１の触媒と接触しながら混合される。これにより、一酸化炭素と水とが反応して、二酸化炭素安定同位体が生成する。その結果、二酸化炭素安定同位体と、未反応の水を水分として含む第１の混合物が、第１の触媒管Ｃ１内で得られる。
ここで、第１の触媒管Ｃ１では、ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２…（式Ａ）で示す反応が右向きに進行している。そのため、水の供給源３から過剰の水を供給した場合、未反応の水が第１の混合物に多量に含まれることになる。なお、第１の混合物には、二酸化炭素及び水素に加えて、原料の一酸化炭素及び水も含まれ得る。

分離部４０は、酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む酸性液体と第１の混合物とを接触させることで、第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とを分離する。分離部４０は、接続ラインＬ４と第１の除湿器Ｆ１と第３の温度調節器Ｈ３とを有する。

接続ラインＬ４には、一次側から第１の除湿器Ｆ１と第３の温度調節器Ｈ３とがこの順に設けられている。
接続ラインＬ４は、第１の除湿器Ｆ１の一次側の部分の接続ラインＬ４Ａと第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂとを有する。第３の温度調節器Ｈ３は、第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂに設けられている。
接続ラインＬ４の第１の端部は、第１の触媒管Ｃ１の二次側（下流側）と接続されている。そのため、接続ラインＬ４は、第１の触媒管Ｃ１内で得られた第１の混合物を第１の除湿器Ｆ１に供給できる。
接続ラインＬ４の第２の端部は、後述の第２の混合ラインＬ５の第１の端部と接続されている。そのため、接続ラインＬ４は、第１の除湿器Ｆ１を通過した二酸化炭素安定同位体を第２の混合ラインＬ５に供給できる。

図２は、第１の除湿器Ｆ１の構成の一例を示す模式図である。
図２に示すように、第１の除湿器Ｆ１は、酸性液体Ｅが貯留された容器３１と酸性液体Ｅの供給配管３２と第１の冷却器３３と攪拌子３４とヒーター３５とフロートセンサ３６とｐＨセンサ３７と排出配管３８と第２の冷却器３９とを有する。

容器３１は、酸性液体Ｅを貯留できる形態であれば特に限定されない。酸性液体Ｅの供給配管３２は、容器３１内の気相と接続されている。酸性液体Ｅの供給配管３２は、酸性液体Ｅを容器３１内に供給できる形態であれば特に限定されない。
容器３１の上面には、第１の除湿器Ｆ１の一次側の部分の接続ラインＬ４Ａ、第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂがそれぞれ接続されている。

第１の冷却器３３は、第１の除湿器Ｆ１の一次側の部分の接続ラインＬ４Ａに設けられている。第１の冷却器３３は、第１の混合物中の水分を冷却して液体状態の水に状態変化させることができる形態であれば特に限定されない。第１の冷却器３３としては、例えば、チラー溶液等の冷媒が貯留された容器と、冷媒の流路となる金属配管とを有する形態の冷却器、ガラス製のグラハム冷却器、ジムロート冷却器等が例示される。

第１の冷却器３３は、第１の触媒管Ｃ１内で得られた第１の混合物を冷却する。これにより、第１の混合物中の水蒸気が凝集して液体の水に状態変化する。第１の冷却器３３で凝集した液体の水は、容器３１内に貯留される。ここで、第１の混合物中に液体状態の水が水分として含まれている場合には、第１の混合物中の液体状態の水が、第１の冷却器３３で凝集した液体の水とともに、容器３１内に貯留される。
一方、第１の混合物中の二酸化炭素安定同位体、すなわち第１の混合物から凝縮した水分を除いた気体状混合物は、第１の除湿器Ｆ１の一次側の部分の接続ラインＬ４Ａから容器３１内の気相に供給される。その後、二酸化炭素安定同位体は、容器３１内から第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂから導出される。
このように分離部４０は、第１の冷却器３３を使用することで、気液分離によって第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とを分離できる。第１の混合物から水分を除去することで、後述の一酸化炭素安定同位体の製造装置８１において、第２の触媒管Ｃ２における式Ａの反応の平衡を左に傾け、一酸化炭素安定同位体の収率を上げることができる。

ここで、一般に二酸化炭素は水に対して溶解性を示す。そのため、第１の除湿器Ｆ１が単なる気液分離器である場合、第１の触媒管Ｃ１で生成する二酸化炭素安定同位体の一部が、第１の冷却器３３で凝集した液体状態の水に溶解して容器３１内に貯留し、排出配管３８から排出されてしまう。そのため、容器３１内の気相側に存在する二酸化炭素安定同位体の割合が減少し、結果として二酸化炭素安定同位体の収率が低下するおそれがあった。
本発明の発明者が具体的に検討したところ、１当量の一酸化炭素に対し、１０当量の水を大気圧条件で加え反応させ、０〜５℃付近に冷却する冷却器を用いて気液分離を行うと、最大で２０％程度の二酸化炭素が水に溶解してしまうと推算された。
一方で、溶解した二酸化炭素を抜き出すために気液分離に使用する除湿器内を真空ポンプ等で負圧にすると、水蒸気としてガス中に混入する水の量が増え、式Ａに示す一酸化炭素の生成反応の平衡が左方向へ偏り、一酸化炭素の収率が下がってしまう。また、除湿器の温度を上げても、ガス中に混入する水の量が増大し、一酸化炭素の収率の低下を招くおそれがある。加えて、加熱、真空引きすると、装置全体が大型化してしまう点も、さらに懸念される。
除湿に際して、モレキュラーシーブ３Ａ（ＭＳ３Ａ）等の乾燥剤の使用も想定される。しかし、本実施形態に適用する場合には、飽和蒸気圧程度の水の吸着が続くため、乾燥剤の劣化が早く、コスト面で不利である。加えて、加熱、真空引きの場合と同様に、装置の大型化が懸念される。

これに対して本実施形態においては、酸性液体Ｅが容器３１内の液相に貯留されている。酸性液体Ｅは、酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む。酸性液体Ｅの酸解離定数が炭酸より低い値であるため、第１の冷却器３３で凝集した液体の水に二酸化炭素安定同位体が溶解したとしても、液体の水が酸性液体Ｅと接触することで、溶解した二酸化炭素安定同位体を遊離させることができる。
このように、本実施形態においては、第１の冷却器３３で凝集した液体の水に溶解した二酸化炭素安定同位体と、酸性液体Ｅとの接触により、二酸化炭素安定同位体が気体として遊離する。その結果、容器３１内の気相側に存在する二酸化炭素安定同位体の割合が増加し、二酸化炭素安定同位体の収率が向上する。

酸性液体Ｅは、酸性化合物と液状媒体とを含む。酸性液体Ｅは、本発明の効果を損なわない範囲であれば、酸性化合物、液状媒体以外の他の成分をさらに含んでもよい。
酸性化合物は、炭酸より酸解離定数(ｐＫａ)が低い値であれば、特に限定されない。酸性化合物は、有機化合物（有機酸）でも、無機化合物（無機酸）でもよい。酸性化合物の好適な具体例としては、例えばクエン酸、リン酸等の弱酸が好ましい。酸性化合物が弱酸性であると、酸性液体Ｅと接触する部品、機器に化学的耐性（強酸に対する耐腐食性等）を付与する必要性を低減でき、装置の製造コストを低くすることができる。

酸性化合物が構造中に酸素原子を含む場合、その酸素原子は、水の供給源３の水が選択的に含む特定の種類の水の安定同位体が有する酸素の安定同位体と同一であることがより好ましい。酸性化合物が有する酸素原子が、水の供給源３の水の安定同位体が有する酸素の安定同位体と同一であると、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に高く制御しやすい。すなわち、一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体を任意の存在比率に濃縮しやすい。
ただし、^１６Ｏ、^１７Ｏ及び^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に有する酸性化合物は、高価な分子である場合が多い。そのため、コスト面を考慮して適宜選択することが好ましい。

酸性液体ＥのｐＨは、０以上７未満が好ましく、２〜４が特に好ましい。酸性液体ＥのｐＨが前記下限値以上であると、酸性液体Ｅと接触する部品、機器に化学的耐性（強酸に対する耐腐食性等）を付与する必要性を低減でき、装置の製造コストを低くすることができる。
酸性液体ＥのｐＨが前記上限値以下であると、二酸化炭素安定同位体が酸性液体Ｅとの接触によって遊離しやすく、本発明の効果を充分に得られる傾向がある。
酸性液体ＥのｐＨは、ｐＨセンサ３７で測定できる。ｐＨセンサ３７は、容器３１内に貯留された酸性液体ＥのｐＨを測定できる形態であれば特に限定されない。

酸性液体Ｅ中の酸性化合物の濃度は、液状媒体に対する酸性化合物の溶解度を考慮して適宜選択できる。例えば、酸性液体Ｅ中の酸性化合物の濃度は、液状媒体に対する酸性化合物の溶解度の５０〜９０％の範囲内とすることができる。
酸性液体Ｅ中の酸性化合物の濃度が液状媒体に対する酸性化合物の溶解度の５０％以上であると、二酸化炭素安定同位体の製造に際して、酸性液体Ｅを供給する頻度が少なくても、充分に二酸化炭素安定同位体を酸性液体Ｅとの接触によって遊離させることができる。そのため、容器３１内の酸性液体Ｅの液量が容器３１の内容積を超えにくくなる。加えて、二酸化炭素安定同位体が酸性液体Ｅとともに排出配管３８から排出されることを防止しやすくなる。
酸性液体Ｅ中の酸性化合物の濃度が液状媒体に対する酸性化合物の溶解度の９０％以下であると、二酸化炭素安定同位体又は一酸化炭素安定同位体の製造を停止した際に、酸性化合物が供給配管３２の供給口で乾燥固化して結晶化しにくくなる。その結果、供給配管３２の供給口の閉塞を防止しやすくなり、装置の洗浄の頻度を少なくすることができる。

酸性液体Ｅの液状媒体は、第１の冷却器３３で凝集した液体の水と混合可能であり、かつ、酸性化合物が溶解可能なものであれば特に限定されない。
液状媒体の具体例としては、水が好ましく、Ｈ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む水がより好ましく、水の供給源３の水が選択的に含む水の安定同位体と同一の化学種である水の安定同位体を選択的に含む水が好ましい。
酸性液体Ｅの液状媒体が、特定の種類の水の安定同位体を選択的に含む場合、水が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量は、水に含まれる全種類の安定同位体の合計１００原子％に対し、５０原子％以上が好ましく、９０原子％以上がより好ましい。水が選択的に含む特定の種類の安定同位体の含有量が前記下限値以上であると、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御しやすくなる。

容器３１の容量及び形状は、特に限定されない。本実施形態においては、容器３１内の気相に、第１の混合物中の水分と分離された二酸化炭素安定同位体が存在する。そのため、容器３１内の気相は、第１の混合物中の水分と分離された二酸化炭素安定同位体と、第１の冷却器３３で凝集しなかった気体状態の水蒸気とを含む混合ガスが存在し得る。
本実施形態においては、容器３１内の気相に存在する混合ガスが第２の混合物である。第２の混合物は、第１の混合物中の水分と分離された二酸化炭素安定同位体と、第１の冷却器３３で凝集しなかった気体状態の水蒸気とを含む。なお、第２の混合物は、二酸化炭素及び未凝縮の水分に加えて、原料の一酸化炭素及び水素も含み得る。

本実施形態においては、容器３１の内容積は、例えば、０．１〜１０Ｌ程度が好ましい。容器３１の内容積が前記下限値以上であると、内容積が充分大きいため満水になりにくく、二酸化炭素安定同位体が酸性液体Ｅとともに排出配管３８から排出されることを防止しやすい。容器３１の内容積が前記上限値以下であると、装置の小型化が容易であり、攪拌子３４による酸性液体Ｅの攪拌、ヒーター３５による酸性液体Ｅの加熱効率がよくなる。
本実施形態では、攪拌子３４は、容器３１内に貯留された酸性液体Ｅを攪拌できる形態であれば特に限定されない。本実施形態においては、ヒーター３５は容器３１の外壁に設けられている。ヒーター３５は、容器３１内に貯留された酸性液体Ｅを加熱できる形態であれば特に限定されない。

容器３１は密閉容器が好ましく、容器３１内を負圧状態又は加圧状態にすることができるものが好ましい。例えばＳＵＳ製の容器本体を有するものが好ましい。容器３１としては、内圧を例えば、−１００ｋＰａ〜１００ｋＰａＧにすることができる金属容器でもよい。
容器３１の内径は例えば、５０〜５００ｍｍでもよい。容器３１の高さは例えば、２００〜２０００ｍｍでもよい。

容器３１内の酸性液体Ｅの液面高さは、容器３１の高さに対して、２０〜８０％の高さが好ましい。容器３１内の酸性液体Ｅの液面高さが、前記下限値以上であると、二酸化炭素安定同位体と酸性液体Ｅとの接触が充分となり、二酸化炭素安定同位体の遊離が充分に起きる。容器３１内の酸性液体Ｅの液面高さが、前記上限値以下であると、気液分離を充分に行うことができ、二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体の収率がさらによくなる。
容器３１内の酸性液体Ｅの液面高さは、フロートセンサ３６で測定できる。フロートセンサ３６は、容器３１内の酸性液体Ｅの液量が一定の閾値以上となったことを検知できる形態であれば特に限定されない。
排出配管３８は、容器３１内に貯留された酸性液体Ｅを容器３１外に排出する。排出された酸性液体Ｅは、再利用してもよい。

第２の冷却器３９は、第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂに設けられている。第２の冷却器３９は、第２の混合物中の水蒸気を冷却して液体状態の水に状態変化させることができる形態であれば特に限定されない。第２の冷却器３９としては、第１の冷却器３３と同様の形態のものが例示される。

第２の冷却器３９は、容器３１内の気相の混合ガスである第２の混合物を冷却する。これにより、容器３１内の気相の水蒸気が液体状態の水に状態変化して凝集する。その結果、第２の混合物中の二酸化炭素安定同位体から水分が分離され、第１の除湿器Ｆ１全体で第１の混合物中の水分を充分に除去できる。

以上説明した二酸化炭素安定同位体の製造装置１は、一酸化炭素の供給部１０と水の供給部２０と第１の反応部３０とを備えるため、特定の種類の二酸化炭素の安定同位体を選択的に含む二酸化炭素安定同位体を製造できる。加えて、二酸化炭素安定同位体の製造装置１は、分離部４０を備えるため、優れた収率で二酸化炭素安定同位体を製造できる。
二酸化炭素安定同位体は、第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂから導出される。

（一酸化炭素安定同位体の製造装置）
図１に示すように、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１は、一酸化炭素の供給部１０と水の供給部２０と第１の反応部３０と分離部４０と水素の供給部５０と第２の反応部６０を備える。すなわち、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１と水素の供給部５０と第２の反応部６０を備える。

一酸化炭素安定同位体の製造装置８１は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１で得られる二酸化炭素安定同位体を使用して、特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素安定同位体を得るための装置である。

一酸化炭素安定同位体の製造装置８１においては、一酸化炭素の供給部１０、水の供給部２０、第１の反応部３０及び分離部４０の各構成は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１の項で説明した内容と同一の構成である。そのため、以下の一酸化炭素安定同位体の製造装置８１の説明においては、一酸化炭素の供給部１０、水の供給部２０、第１の反応部３０及び分離部４０の各構成についての説明を省略する。

水素の供給部５０は、水素を第２の反応部６０に供給する。水素の供給部５０は、水素の供給源４と第３の供給ラインＬ６と第２の流量調整器Ｍ２と第４の温度調節器Ｈ４とを有する。

水素の供給源４は、分離部４０で第１の混合物から分離された二酸化炭素安定同位体と反応させるための水素の供給源である。水素の供給源４の水素は、第２の反応部６０での反応効率を考慮して、水蒸気、塩基性ガスを含まないことが好ましい。

第３の供給ラインＬ６は、水素を水素の供給源４から第２の反応部６０に供給するためのラインである。第３の供給ラインＬ６の第１の端部は、水素の供給源４と接続されている。第３の供給ラインＬ６の第２の端部は、接続ラインＬ４の第２の端部及び後述の第２の混合ラインＬ５の第１の端部と接続されている。
第３の供給ラインＬ６には一次側から第２の流量調整器Ｍ２と第４の温度調節器Ｈ４とがこの順に設けられている。第２の流量調整器Ｍ２は、第３の供給ラインＬ６内を流れる水素の流量を調節できる形態であれば、特に限定されない。第４の温度調節器Ｈ４は、第３の供給ラインＬ６内を流れる水素の温度を調節できる形態であれば、特に限定されない。

第２の反応部６０は、水素と二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得るための部分である。第２の反応部６０は、第２の混合ラインＬ５と第２の触媒管Ｃ２と第２の除湿器Ｆ２とを有する。
第２の混合ラインＬ５は、水素の供給源４から供給される水素と、分離部４０から供給される二酸化炭素安定同位体とを混合するためのラインである。第２の混合ラインＬ５には、一次側から第２の触媒管Ｃ２と第２の除湿器Ｆ２がこの順に設けられている。

第２の混合ラインＬ５の第１の端部は、接続ラインＬ４の第２の端部及び第３の供給ラインＬ６の第２の端部と接続されている。そのため、第２の混合ラインＬ５は、水素の供給源４から供給される水素と分離部４０から接続ラインＬ４を経由して供給される二酸化炭素安定同位体とを混合できる。
第２の混合ラインＬ５の第２の端部（図示略）は、図示略の貯蔵容器と接続される。第２の除湿器Ｆ２の二次側の部分の第２の混合ラインＬ５には図示略の分析計が設けられている。分析計としては、ＦＴ−ＩＲ、ガスクロマトグラフィー等が例示される。ただし、分析計はこれらの例示に限定されない。

第２の触媒管Ｃ２は、水素の供給源４から供給される水素と分離部４０で第１の混合物から分離された二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を生成させるための部分である。第２の触媒管Ｃ２においては、水素の供給源４から供給された水素が水分を除去された第２混合物と接触し、式Ａの左向きの反応が進行する。
第２の触媒管Ｃ２は、第２の触媒を有する。第２の触媒は、水素と二酸化炭素とが反応して一酸化炭素が生成する化学反応を促進する化合物である。
第２の触媒としては、例えば、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ_２Ｏ_３系の触媒、Ｃｕ／Ｃｒ／Ｆｅ系の触媒、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ／Ｍｇ系の触媒、Ｆｅ／Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃ系の触媒、Ｎｉ／Ａｌ系の触媒等が例示される。ただし、第２の触媒はこれらの例示に限定されない。

第２の触媒管Ｃ２内では、水素の供給源４から供給される水素と、分離部４０で第１の混合物から分離された二酸化炭素安定同位体とが、第２の触媒と接触しながら混合される。これにより、二酸化炭素安定同位体と水素とが反応して、一酸化炭素安定同位体が生成する。

第２の除湿器Ｆ２は、第２の混合ラインＬ５内の気体から水分を除去できる形態であれば特に限定されない。第２の除湿器Ｆ２内では、一酸化炭素安定同位体を含む混合ガスから水分が除去される。

以上説明した一酸化炭素安定同位体の製造装置８１は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１で得られる二酸化炭素安定同位体と水素とを反応させる第２の反応部６０を備える。そのため、特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素安定同位体を優れた収率で製造できる。
一酸化炭素安定同位体は、第２の除湿器Ｆ２の二次側の部分の第２の混合ラインＬ５から導出される。

（二酸化炭素安定同位体の製造方法及び一酸化炭素安定同位体の製造方法）
以下、二酸化炭素安定同位体の製造装置１を用いる二酸化炭素安定同位体の製造方法、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１を用いる一酸化炭素安定同位体の製造方法について説明する。
ここで、以下の第１の実施形態においてはより具体的な説明をするために、下記の実施形態例（１１）、実施形態例（１２）について順に説明する。ただし、本発明は、実施形態例（１１）、実施形態例（１２）に限定されない。
・実施形態例（１１）：一酸化炭素の供給源２から^１３Ｃ^１６Ｏを供給し、水の供給源３からＨ_２ ^１８Ｏを選択的に含む水を供給し、二酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ）を製造して^１８Ｏの存在比率を高め、^１８Ｏが濃縮された一酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ）を得る例。
・実施形態例（１２）：一酸化炭素の供給源２から^１３Ｃ^１８Ｏを供給し、水の供給源３からＨ_２ ^１６Ｏ及びＨ_２ ^１７Ｏのいずれか一方又は両方を選択的に含む水を供給し、二酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ）を製造して^１８Ｏの存在比率を低下させ、^１８Ｏが希釈された一酸化炭素安定同位体（^１３ＣＯ）を得る例。

［実施形態例（１１）］
実施形態例（１１）では、一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素が特定の安定同位体として^１３Ｃ^１６Ｏの一種類を選択的に含み、水の供給源３の水が特定の安定同位体としてＨ_２ ^１８Ｏの一種類を選択的に含む。
まず、一酸化炭素の供給源２から一酸化炭素を第１の触媒管Ｃ１に供給し、水の供給源３から水を第１の触媒管Ｃ１に供給する。これにより、第１の混合ラインＬ３で一酸化炭素と水とを混合して、第１の触媒管Ｃ１に供給できる。
このとき、第１の流量調整器Ｍ１で供給ラインＬ１内の一酸化炭素の流量を調節してもよく、第１の温度調節器Ｈ１で供給ラインＬ１内の一酸化炭素を加熱してもよい。本実施形態例においては、第２の温度調節器Ｈ２で供給ラインＬ２内の水を加熱して気体状態の水、すなわち、水蒸気に状態変化させる。

一酸化炭素と水蒸気とを混合する際、水蒸気の流量Ｖ_１と一酸化炭素の流量Ｖ_２との体積比（Ｖ_１／Ｖ_２）を１〜１００とすることが好ましい。ただし、前記体積比（Ｖ_１／Ｖ_２）は、一酸化炭素が選択的に含む特定の安定同位体における炭素の安定同位体又は酸素の安定同位体の存在比率にあわせて適宜設定できる。特に、^１３Ｃ^１６Ｏを選択的に含む一酸化炭素における酸素の安定同位体の存在比率を制御する場合、前記体積比（Ｖ_１／Ｖ_２）は、１〜１０がより好ましく、５〜１０がさらに好ましい。前記体積比（Ｖ_１／Ｖ_２）が前記下限値以上であると、一酸化炭素と水蒸気との化学反応が進行しやすくなる。前記体積比（Ｖ_１／Ｖ_２）が前記上限値以下であると、コスト面で有利である。
一酸化炭素と水蒸気とを混合する際の温度は、特に限定されない。前記温度は例えば、１００〜７００℃とすることができる。前記温度は第１の触媒管Ｃ１が備える触媒の種類に合わせて適宜選択してもよい。

次いで、第１の触媒管Ｃ１内で一酸化炭素と水蒸気とを第１の触媒の存在下で反応させる。これにより、実施形態例（１１）においては、第１の触媒管Ｃ１内で下式（２）に示す平衡反応が起きる。
^１３Ｃ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ⇔^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（２）

実施形態例（１１）においては、式（２）に示す平衡反応が起きることで、水蒸気中の特定の水の安定同位体が有する酸素原子（^１８Ｏ）が、一酸化炭素が選択的に含む安定同位体（^１３Ｃ^１６Ｏ）に導入され、^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏが生成する。

加えて、式（２）に示す平衡状態において、Ｈ_２ ^１８Ｏの水蒸気を過剰に供給することで、下式（３）に示す同位体の交換反応が起きる。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ→^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ ・・・式（３）

実施形態例（１１）においては、式（３）に示す同位体の交換反応が起きることで、^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏの酸素原子が過剰量の水蒸気中の特定の水の安定同位体が有する酸素原子（^１８Ｏ）と交換され、特定の種類の二酸化炭素の安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ）を選択的に含む二酸化炭素安定同位体が生成する。
その結果、二酸化炭素安定同位体と、未反応の水（Ｈ_２ ^１８Ｏ）を水分として含む第１の混合物が得られる。ここで、水分としての未反応の水は、液体状態の水と気体状態の水（すなわち、水蒸気）との両方を含む。液体状態の水の割合、気体状態の水の割合は、第１の触媒管Ｃ１内の温度に応じて変動する。
第１の触媒管Ｃ１内の温度は、少なくとも１１０℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。これにより、第１の混合物中の気体状態の水分の割合を高くすることができ、式（２）に示す平衡反応において、^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏの生成反応が進みやすくなる。

次いで、第１の混合物を分離部４０が有する第１の除湿器Ｆ１に供給する。このとき、図２に示す第１の冷却器３３で第１の混合物を冷却する。これにより、第１の混合物中に含まれる水蒸気の大半が凝集して液体状態の水に状態変化する。液体状態に変化した水は、容器３１内に貯留される。一方、第１の混合物中の二酸化炭素安定同位体は気体であるため、容器３１内の気相部分に主に存在する。このように気液分離によって、第１の混合物中の未反応の水と二酸化炭素安定同位体の大半とが分離される。

ここで、一般に二酸化炭素は水に対して溶解性を示す。そのため、第１の触媒管Ｃ１で生成する二酸化炭素安定同位体の一部が、第１の冷却器３３で凝集した液体状態の水に溶解してしまう。したがって、気液分離によって、二酸化炭素安定同位体と水分とを分離する場合、二酸化炭素安定同位体の水への溶解に起因して、容器３１内の気相側に存在する二酸化炭素安定同位体の割合が減少し、結果として二酸化炭素安定同位体の収率が低下するおそれがあった。

これに対して、本実施形態においては、凝集した液体の水中に含まれる二酸化炭素安定同位体と酸性液体Ｅとを接触させることで、第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とを分離する。酸性液体Ｅは、酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含むため、第１の冷却器３３で凝集した液体の水に二酸化炭素安定同位体が溶解したとしても、酸性液体Ｅとの接触により二酸化炭素安定同位体が遊離して容器３１内の気相に移動する。
このように、本実施形態においては、第１の冷却器３３で凝集した液体の水に溶解した二酸化炭素安定同位体と、酸性液体Ｅとを接触させることで、二酸化炭素安定同位体が気体として遊離して、第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とが分離される。
その結果、容器３１内の気相側に存在する二酸化炭素安定同位体の割合が増加し、二酸化炭素安定同位体の収率が向上する。
よって、二酸化炭素安定同位体の製造装置１によれば、^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体を優れた収率で製造できる。

二酸化炭素安定同位体の遊離に際して、容器３１内の圧力は、−０．１〜０．１ｋＰａＧが好ましく、−０．５〜０ｋＰａＧがより好ましい。
容器３１内の圧力が前記下限値以上であると、第１の混合物から水分が充分に除去される傾向がある。
容器３１内の圧力が前記上限値以下であると、容器３１内の気液分離を充分に行うことができ、ＣＯ_２の回収効率がよくなる傾向がある。

二酸化炭素安定同位体の遊離に際して、容器３１内の酸性液体Ｅの温度は、３０〜８０℃が好ましい。また、攪拌子３４の回転数は、酸性液体Ｅの液面が揺動しない範囲内であれば特に限定されない。攪拌子３４の回転数は、例えば、５〜５００ｒｐｍ程度でもよい。

実施形態例（１１）においては、酸性液体Ｅの液状媒体が、特定の水の安定同位体としてＨ_２ ^１８Ｏを選択的に含むことが好ましい。この場合、容器３１内の二酸化炭素安定同位体の遊離に際して、二酸化炭素安定同位体の遊離反応が進行するにつれ、酸性液体Ｅ内の酸素安定同位体（^１８Ｏ）の原子濃度が少しずつ低下する。そのため、定期的に酸性液体Ｅ内の酸素の安定同位体の分析を行い、水が選択的に含む特定の種類の安定同位体（Ｈ_２ ^１８Ｏ）の含有量を、水に含まれる全種類の安定同位体の合計１００原子％に対し、５０原子％以上に維持することが好ましく、９０原子％以上に維持することがより好ましい。これにより、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体（^１８Ｏ）の存在比率を任意の値に制御しやすくなる。

容器３１内の気相には、第１の混合物中の水分と分離された二酸化炭素安定同位体と、第１の冷却器３３で凝集しなかった気体状態の水蒸気とを含む混合ガスである第２の混合物が存在する。本実施形態では、第２の冷却器３９で第２の混合物を冷却する。これにより、第２の混合物中の水蒸気が液体状態の水に状態変化して凝集する。その結果、第２の混合物中の二酸化炭素安定同位体から水分が分離され、第１の除湿器Ｆ１全体で第１の混合物中の水分を充分に除去できる。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体は、第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂから導出される。

第１の混合物及び第２の混合物の冷却に際して、第１の冷却器３３の設定温度は、例えば１〜１０℃が好ましい。第２の冷却器３９の設定温度は、例えば、０〜５℃が好ましい。ここで、第２の冷却器３９の設定温度は、第１の冷却器３３の設定温度より、０〜５℃程度低いことが好ましい。第２の冷却器３９の設定温度は、第１の冷却器３３の設定温度より、０〜５℃程度低いと、第２の冷却器３９による凝集能力が充分となり、第１の除湿器Ｆ１の二次側に水蒸気が含まれにくくなる。その結果、一酸化炭素安定同位体及び二酸化炭素安定同位体の収率がさらによくなる。

次に、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１を用いる一酸化炭素安定同位体の製造方法について説明する。具体的には、実施形態例（１１）で得られた^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体から、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体を製造する。
まず、^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体を第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂから第２の触媒管Ｃ２に供給し、水素を水素の供給源４から第２の触媒管Ｃ２に供給する。
このとき、第３の温度調節器Ｈ３で二酸化炭素安定同位体を加熱してもよい。また、流量調整器Ｍ２で水素の流量を調節してもよく、第４の温度調節器Ｈ４で水素を加熱してもよい。

第２の触媒管Ｃ２では、水素を過剰に供給することで下式（４）に示す化学反応が起きる。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２→^１３Ｃ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ ・・・式（４）

下式（４）に示す化学反応を行う際の温度は、特に制限されない。第２の触媒管Ｃ２内の温度は、少なくとも１１０℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。

次いで、第２の除湿器Ｆ２を用いて、式（４）に示す化学反応の反応生成物から水分を除去して^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体を得る。その後、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体は、図示略の貯蔵容器に貯留される。この際、図示略の分析計で特定の種類の一酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ）の存在比率を分析してもよい。

式（４）に示す化学反応が起きることで、二酸化炭素安定同位体が選択的に含む特定の二酸化炭素の安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ）と水素との間で酸素原子が交換される。その結果、特定の安定同位体（^１３Ｃ^１６Ｏ）に特定の酸素原子の同位体（^１８Ｏ）を導入できる。このような化学反応により、一酸化炭素における酸素原子の同位体の存在比率を容易且つ効率的に変更でき、特定の一酸化炭素安定同位体を選択的に生成させることが可能になる。

二酸化炭素安定同位体と水素とを混合する際、水素の流量Ｖ_３と二酸化炭素安定同位体の流量Ｖ_４との体積比（Ｖ_３／Ｖ_４）を１〜２０とすることが好ましく、５〜２０とすることがより好ましい。前記体積比（Ｖ_３／Ｖ_４）が前記下限値以上であると、二酸化炭素安定同位体と水素との化学反応が進行しやすくなる。前記体積比（Ｖ_３／Ｖ_４）が前記上限値以下であると、コスト面で有利である。
二酸化炭素安定同位体と水素とを混合する際の温度は、特に限定されない。前記温度は例えば、６００〜８００℃とすることができる。前記温度は触媒管Ｃ２が備える触媒の種類に合わせて適宜選択してもよい。

一酸化炭素安定同位体の製造及び二酸化炭素安定同位体の製造に際して、第１の温度調節器Ｈ１、第２の温度調節器Ｈ２、第３の温度調節器Ｈ３、第４の温度調節器Ｈ４による加熱温度は、少なくとも１１０℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。また、一度気化した水の再凝縮を防止できることから、第２の混合ラインＬ５の二次側も同様の温度に加熱することが好ましい。

以上説明した実施形態例（１１）のように、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１においては、^１３Ｃ^１６Ｏの一種類を選択的に含む一酸化炭素と、Ｈ_２ ^１８Ｏの一種類を選択的に含む水とを第１の触媒の存在下で反応させる。そのため、^１３Ｃ^１８Ｏを濃縮する工程を追加しなくても、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体を任意の存在比率に濃縮できる。

本発明では、下記の操作Ａ１〜Ａ３のうち少なくとも一つを行うことができる。
操作Ａ１：一酸化炭素と水とを混合する前に、一酸化炭素における炭素の安定同位体の存在比率をあらかじめ任意の値に制御する操作。
操作Ａ２：一酸化炭素と水とを混合する前に、水における酸素の安定同位体の存在比率をあらかじめ任意の値に制御する操作。
操作Ａ３：二酸化炭素安定同位体と水素とを混合した後に、一酸化炭素安定同位体における炭素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御する操作。

操作Ａ１〜Ａ３のうち少なくとも一つを行うと、本実施形態で得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御すると同時に、特定の炭素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御できる。
操作Ａ１，Ａ３において、炭素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御する方法としては、一酸化炭素安定同位体又は二酸化炭素安定同位体を第２の混合ラインＬ５から貯蔵容器に導出し、深冷分離法又は深冷分離法と同位体の交換反応とを組み合わる方法がある。ここで、二酸化炭素安定同位体を第２の混合ラインＬ５から貯蔵容器に導出する際には、水素の供給源４から第２の反応部６０への水素の供給を停止する。
操作Ａ１〜Ａ３はいずれか１つを単独で行ってもよく、複数の操作を組み合わせて行ってもよい。複数の操作を組み合わせて行う場合でも、組み合わせたそれぞれの操作による効果を得ることができる。

操作Ａ２について、実施形態例（１１）を一例としてより詳細に説明する。実施形態例（１１）において、一酸化炭素と水蒸気とを混合する前に、水蒸気における酸素の安定同位体の存在比率をあらかじめ任意の値に制御すると、得られる二酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意に制御できる。そのため、得られる一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意に制御できる。
より具体的に説明すると、一酸化炭素と水蒸気とを混合する前に、水蒸気における酸素の安定同位体の存在比率をあらかじめ任意の値に制御し、Ｈ_２ ^１６ＯとＨ_２ ^１７ＯとＨ_２ ^１８Ｏとの合計１００原子％に対し、Ｈ_２ ^１８Ｏを９５原子％以上含む水蒸気を用いる場合にあっては、得られる二酸化炭素安定同位体における^１８Ｏの存在比率を９５原子％以上に制御できる。その結果、得られる一酸化炭素安定同位体における^１３Ｃ^１８Ｏの存在比率を９５原子％以上にまで任意に制御して濃縮できる。
このように、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１によれば、水蒸気に含まれる特定の種類の安定同位体（Ｈ_２ ^１８Ｏ）が有する酸素原子の存在比率を任意に変更することにより、得られる二酸化炭素安定同位体及び一酸化炭素安定同位体における特定の種類の酸素の安定同位体（^１８Ｏ）の存在比率を任意に制御できる。

［実施形態例（１２）］
実施形態例（１２）では、一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素が特定の安定同位体として^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含み、水の供給源３の水が特定の安定同位体としてＨ_２ ^１６Ｏ及びＨ_２ ^１７Ｏのいずれか一方又は両方を選択的に含む。
まず、一酸化炭素と水蒸気とを第１の触媒管Ｃ１に供給してこれらを混合する。これにより、第１の触媒管Ｃ１で下式（５）〜（１０）に示す平衡反応の少なくとも１つが、一酸化炭素が含む安定同位体の種類に応じて起きる。
^１３Ｃ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ⇔^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（５）
^１３Ｃ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１７Ｏ⇔^１３Ｃ^１７Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（６）
^１３Ｃ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ⇔^１３Ｃ^１６Ｏ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（７）
^１３Ｃ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ^１７Ｏ⇔^１３Ｃ^１７Ｏ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（８）
^１３Ｃ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ⇔^１３Ｃ^１６Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（９）
^１３Ｃ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１７Ｏ⇔^１３Ｃ^１６Ｏ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（１０）

式（５）に示す平衡状態において、Ｈ_２ ^１６Ｏを過剰に供給すると、下式（１１）に示す同位体の交換反応が起きる。下式（１１）に示す反応が起きることで、^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏの酸素原子が過剰量の水蒸気に含まれる^１６Ｏと交換され、^１３Ｃ^１６Ｏ^１６Ｏが生成する。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ→^１３Ｃ^１６Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ ・・・式（１１）

式（６）に示す平衡状態において、Ｈ_２ ^１７Ｏを過剰に供給すると、下式（１２）に示す同位体の交換反応が起きる。下式（１２）に示す反応が起きることで、^１３Ｃ^１７Ｏ^１８Ｏの酸素原子が過剰量の水蒸気に含まれる^１７Ｏと交換され、^１３Ｃ^１７Ｏ^１７Ｏが生成する。
^１３Ｃ^１７Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１７Ｏ→^１３Ｃ^１７Ｏ^１７Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ ・・・式（１２）

式（１１），（１２）に示すように実施形態例（１２）においては、^１３Ｃ^１８Ｏの酸素原子が^１６Ｏ又は^１７Ｏと交換され、二酸化炭素安定同位体における^１８Ｏの存在比率が低下する。このように^１８Ｏの存在比率が低下した二酸化炭素安定同位体と水素とを触媒管Ｃ２に供給してこれらを混合することで、触媒管Ｃ２では式（１３）に示す化学反応が主に起きる。式（１３）に示す反応が起きることで、^１８Ｏの存在比率が低下した一酸化炭素安定同位体が得られる。
^１３ＣＯＯ＋Ｈ_２→^１３ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ ・・・式（１３）
ただし式（１３）において、Ｏは^１６Ｏ又は^１７Ｏのいずれか一方である。

実施形態例（１２）において、式（５）〜（１３）に示す反応を行う際の流量及び温度等の条件については、実施形態例（１１）における式（２）〜（４）に示す反応を行う際と同様である。

以上説明した実施形態例（１２）のように二酸化炭素安定同位体の製造装置１によれば、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素とＨ_２ ^１６Ｏ及びＨ_２ ^１７Ｏのいずれか一方又は両方を選択的に含む水蒸気とを反応させる。そのため、^１８Ｏの存在比率が低下した二酸化炭素安定同位体が得られる。よって、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１によれば、実施形態例（１２）のように^１８Ｏを減損する工程を追加することなく、^１８Ｏの存在比率を任意の値に低下させて希釈できる。

一酸化炭素安定同位体の製造装置８１によれば、例えば、一酸化炭素が^１６Ｏを有する安定同位体と^１７Ｏを有する安定同位体と^１８Ｏを有する安定同位体との合計１００原子％に対し、^１８Ｏを有する安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ）を１〜２０原子％含む場合であっても、二酸化炭素安定同位体における^１８Ｏの存在比率を８原子％未満に制御できる。そのため、^１８Ｏを減損する工程を追加することなく、^１３Ｃ^１８Ｏの存在比率を８原子％未満に低下させて希釈できる。

このように実施形態例（１２）においては、一酸化炭素が選択的に含む安定同位体が有する少なくとも一種類の酸素の安定同位体（^１８Ｏ）と、水蒸気に選択的に含まれる安定同位体が有する酸素の安定同位体（^１６Ｏ又は^１７Ｏ）とが異なる。そのため、一酸化炭素と水蒸気とを混合することで得られる二酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体（^１８Ｏ）の存在比率を任意の値に低下させて希釈できる。
さらに、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１によれば、二酸化炭素安定同位体と水素とを第２の触媒管Ｃ２内で反応させることができる。そのため、一酸化炭素安定同位体における特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に低下させて希釈できる。

以上説明した実施形態例（１２）においては、複数の安定同位体を含む一酸化炭素中の特定の種類の安定同位体の存在比率を低下させて特定の種類の安定同位体を希釈する。
実施形態例（１２）では水がＨ_２ ^１６Ｏ及びＨ_２ ^１７Ｏのいずれか一方又は両方を選択的に含む場合を一例として説明を行ったが、実施形態例（１２）はこの一例に限定されない。例えば、一酸化炭素における^１３Ｃ^１６Ｏの存在比率を任意の値に低下させて希釈するには、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏのいずれか一方又は両方を選択的に含む水蒸気と一酸化炭素とを混合すればよい。

（第１の実施形態の作用効果）
以上説明した第１の実施形態においては、^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素と、Ｈ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む水とを第１の触媒の存在下で反応させる。そのため、特定の種類の二酸化炭素の安定同位体を選択的に含む二酸化炭素安定同位体が得られ、水由来の特定の酸素原子の同位体を一酸化炭素に導入できる。
よって、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１によれば、酸素の安定同位体の存在比率を減損又は増大させるプロセスを追加することなく、一酸化炭素安定同位体中の特定の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御できる。
加えて、第１の実施形態においては、酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む酸性液体と二酸化炭素安定同位体とを接触させることで、第１の混合物中の水と二酸化炭素安定同位体とを分離する。そのため、凝集した液体の水に二酸化炭素安定同位体が溶解したとしても、二酸化炭素安定同位体が溶解した液体の水が酸性液体と接触することで、二酸化炭素安定同位体を遊離させることができる。その結果、凝集分離の際に水に溶解してしまう二酸化炭素安定同位体を充分に回収することができ、二酸化炭素安定同位体の収率がよくなる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の説明において、第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の語及び同一の符号を用いてその説明を省略する。

図３は、第２の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体の製造装置８２の構成の一例を示す模式図である。
図３に示すように、一酸化炭素安定同位体の製造装置８２は、一酸化炭素の供給部１０と水の供給部２０と第１の反応部３０と分離部４０と水素の供給部５１と第２の反応部６０と第３の反応部７０とを備える。すなわち、一酸化炭素安定同位体の製造装置８２は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１と水素の供給部５１と第２の反応部６１と第３の反応部７０とを備える。
一酸化炭素安定同位体の製造装置８２は、二酸化炭素安定同位体の製造装置１で得られた二酸化炭素安定同位体を使用して、特定の種類の一酸化炭素の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素安定同位体を得るための装置である。

水素の供給部５１は、水素を第２の反応部６１及び第３の反応部７０に供給する。水素の供給部５１は、水素の供給源４と第３の供給ラインＬ６と第２の流量調整器Ｍ２と第４の温度調節器Ｈ４と第４の供給ラインＬ７と第３の流量調整器Ｍ３と第６の温度調節器Ｈ６とを有する。

第４の供給ラインＬ７は、水素を水素の供給源４から第３の反応部７０に供給するためのラインである。第４の供給ラインＬ７の第１の端部は、第２の流量調整器Ｍ２の一次側の部分の第３の供給ラインＬ６と接続されている。第４の供給ラインＬ７の第２の端部は、第２の混合ラインＬ５の第２の端部及び後述の第３の混合ラインＬ８の第１の端部と接続されている。
第４の供給ラインＬ７には一次側から第３の流量調整器Ｍ３と第６の温度調節器Ｈ６とがこの順に設けられている。第３の流量調整器Ｍ３は、第４の供給ラインＬ７内を流れる水素の流量を調節できる形態であれば、特に限定されない。第６の温度調節器Ｈ６は、第４の供給ラインＬ７内を流れる水素の温度を調節できる形態であれば、特に限定されない。

第２の反応部６１は、水素と二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得るための部分である。第２の反応部６１は、第２の混合ラインＬ５と第２の触媒管Ｃ２と第２の除湿器Ｆ２と第５の温度調節器Ｈ５を有する。
第２の反応部６１においては、第２の混合ラインＬ５には、一次側から第２の触媒管Ｃ２と第２の除湿器Ｆ２と第５の温度調節器Ｈ５がこの順に設けられている。
第２の反応部６１においては、第２の混合ラインＬ５の第２の端部が後述の第３の混合ラインＬ８の第１の端部と接続されている。

第３の反応部７０は、第２の反応部６１で未反応のまま供給される二酸化炭素安定同位体と水素とを第３の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得るための部分である。第３の反応部７０は、第３の混合ラインＬ８と第３の触媒管Ｃ３と第３の除湿器Ｆ３とを有する。
第３の混合ラインＬ８は、水素の供給源４から第４の供給ラインＬ７を経由して供給される水素と、分離部４０から第２の反応部６１を経由して供給される未反応の二酸化炭素安定同位体とを混合するためのラインである。第３の混合ラインＬ８には、一次側から第３の触媒管Ｃ３と第３の除湿器Ｆ３がこの順に設けられている。

第３の混合ラインＬ８の第１の端部は、第２の混合ラインＬ５の第２の端部及び第４の供給ラインＬ７の第２の端部と接続されている。そのため、第３の混合ラインＬ８は、水素の供給源４から供給される水素と分離部４０から第２の反応部６１を経由して供給される未反応の二酸化炭素安定同位体とを混合できる。
第３の混合ラインＬ８の第２の端部（図示略）は、図示略の貯蔵容器と接続される。第３の除湿器Ｆ３の二次側の部分の第３の混合ラインＬ８には図示略の分析計が設けられている。分析計としては、ＦＴ−ＩＲ、ガスクロマトグラフィー等が例示される。ただし、分析計はこれらの例示に限定されない。

第３の触媒管Ｃ３は、水素の供給源４から供給される水素と、分離部４０から第２の反応部６１を経由して供給される未反応の二酸化炭素安定同位体とを第３の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を生成させるための部分である。
第３の触媒管Ｃ３は、第３の触媒を有する。第３の触媒は、第２の触媒と同様、水素と二酸化炭素とが反応して一酸化炭素が生成する化学反応を促進する化合物である。
第３の触媒としては、例えば、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ_２Ｏ_３系の触媒、Ｃｕ／Ｃｒ／Ｆｅ系の触媒、Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ／Ｍｇ系の触媒、Ｆｅ／Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃ系の触媒、Ｎｉ／Ａｌ系の触媒等が例示される。ただし、第３の触媒はこれらの例示に限定されない。

第３の触媒管Ｃ３内では、水素の供給源４から供給される水素と、分離部４０から第２の反応部６１を経由して供給される未反応の二酸化炭素安定同位体とが、第３の触媒と接触しながら混合される。これにより、未反応の二酸化炭素安定同位体と水素とが反応して、一酸化炭素安定同位体がさらに生成する。その結果、二酸化炭素安定同位体から得られる一酸化炭素安定同位体の収率がさらによくなる。

第３の除湿器Ｆ３は、第３の混合ラインＬ８内の気体から水分を除去できる形態であれば特に限定されない。第３の除湿器Ｆ３内では、一酸化炭素安定同位体を含む混合ガスから水分が除去される。

（一酸化炭素安定同位体の製造方法）
以下、図３を参照しながら、一酸化炭素安定同位体の製造装置８２を用いる一酸化炭素安定同位体の製造方法の一例について説明する。以下の第２の実施形態においてはより具体的な説明をするために、下記の実施形態例（２１）について説明する。ただし、本発明は、実施形態例（２１）に限定されない。
・実施形態例（２１）：一酸化炭素の供給源２から^１３Ｃ^１６Ｏを供給し、水の供給源３からＨ_２ ^１８Ｏを選択的に含む水を供給し、二酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ）を製造して^１８Ｏの存在比率を高め、濃縮された一酸化炭素安定同位体（^１３Ｃ^１８Ｏ）を得る例。

［実施形態例（２１）］
実施形態例（２１）では、一酸化炭素が特定の安定同位体として^１３Ｃ^１６Ｏの一種類を選択的に含み、水が特定の安定同位体としてＨ_２ ^１８Ｏの一種類を選択的に含む。
まず、一酸化炭素の供給源２から一酸化炭素を第１の触媒管Ｃ１に供給し、水の供給源３から水を加熱して水蒸気として第１の触媒管Ｃ１に供給する。これにより、第１の触媒管Ｃ１では、下式（２）に示す平衡反応が起きる。
^１３Ｃ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ⇔^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ・・・式（２）

実施形態例（２１）では、上述の実施形態例（１１）と同様に、式（２）に示す平衡反応が起きることで、水蒸気中の特定の水の安定同位体が有する酸素原子（^１８Ｏ）が、一酸化炭素が選択的に含む安定同位体（^１３Ｃ^１６Ｏ）に導入され、^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏが生成する。

加えて、式（２）に示す平衡状態において、水蒸気（Ｈ_２ ^１８Ｏ）を過剰に供給することで、下式（３）に示す同位体の交換反応が起きる。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１６Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ→^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１６Ｏ ・・・式（３）

その結果、実施形態例（１１）と同様に、^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体が生成する。その結果、二酸化炭素安定同位体と、未反応の水を水分として含む第１の混合物が得られる。

次いで、第１の混合物を第１の除湿器Ｆ１に供給する。このとき、図２に示す第１の冷却器３３で第１の混合物を冷却する。これにより、第１の混合物中に含まれる水蒸気の大半が凝集して液体状態の水に状態変化する。液体状態に変化した水は、容器３１内に貯留される。一方、第１の混合物中の二酸化炭素安定同位体は気体であるため、容器３１内の気相部分に主に存在する。このように気液分離によって、第１の混合物中の未反応の水と二酸化炭素安定同位体の大半とが分離される。
そのため、実施形態例（１１）と同様に、第１の冷却器３３で凝集した液体の水に溶解した二酸化炭素安定同位体が容器３１内で遊離する。これにより、第１の混合物中の水分と二酸化炭素安定同位体とが分離される。その結果、容器３１内の気相側に存在する二酸化炭素安定同位体の割合が増加し、二酸化炭素安定同位体の収率が向上する。

次に、^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体を第１の除湿器Ｆ１の二次側の部分の接続ラインＬ４Ｂから第２の触媒管Ｃ２に供給し、水素を水素の供給源４から第２の触媒管Ｃ２に供給する。
第２の触媒管Ｃ２では、水素を過剰に供給することで下式（４）に示す化学反応が起きる。
^１３Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２→^１３Ｃ^１８Ｏ＋Ｈ_２ ^１８Ｏ ・・・式（４）

次いで、式（４）に示す化学反応の反応生成物から、第２の除湿器Ｆ２を用いて水分を除去し、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体を得る。
ここで、式（４）に示す反応において水素と反応しなかった未反応の二酸化炭素安定同位体が存在することがある。
そこで、第２の実施形態においては、未反応の二酸化炭素安定同位体と水素と反応させる操作をさらに行う。

未反応の二酸化炭素安定同位体は、除湿器Ｆ２で水分が除去された後、第５の温度調節器Ｈ５で加熱された後、第３の触媒管Ｃ３に供給される。一方で、第３の触媒管Ｃ３には供給源５から供給ラインＬ７を経由して過剰量の水素が供給される。
よって、第３の触媒管Ｃ３内では、水素の供給源４から供給される水素と、分離部４０から第２の反応部６１を経由して供給される未反応の二酸化炭素安定同位体とが、第３の触媒と接触しながら混合される。これにより、未反応の二酸化炭素安定同位体と水素とが反応して、一酸化炭素安定同位体がさらに生成する。その結果、二酸化炭素安定同位体から得られる一酸化炭素安定同位体の収率がさらによくなる。
その後、^１３Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体は、第３の混合ラインＬ８を経由し、第３の除湿器Ｆ３で水分が除去された後、図示略の貯蔵容器に導出される。

（第２の実施形態の作用効果）
以上説明した第２の実施形態にあっては、二酸化炭素安定同位体と水素とを混合する操作を複数回行うため、１回目の式（４）に示す化学反応では水素と反応しなかった未反応の二酸化炭素安定同位体を確実に水素と反応させることができる。よって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる他、一酸化炭素安定同位体の収率が第１の実施形態の場合と比較してさらによくなる。

以上、いくつかの実施の形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。

例えば上述した第１の実施形態及び第２の実施形態においては、一酸化炭素が^１３Ｃ^１６Ｏの一種類を選択的に含み、水蒸気がＨ_２ ^１８Ｏの一種類を選択的に含む場合を一例として説明を行ったが、第１の実施形態はこの一例に限定されない。すなわち、一酸化炭素は^１３Ｃ^１６Ｏ以外の一種類の安定同位体を選択的に含んでもよく、少なくとも二種類以上の安定同位体を含んでもよい。同様に、水蒸気はＨ_２ ^１８Ｏ以外の一種類の安定同位体を選択的に含んでもよく、少なくとも二種類以上の安定同位体を含んでもよい。

＜実施例＞
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。ここで、下記の実施例では一酸化炭素は^１７Ｏを有する安定同位体（Ｃ^１７Ｏ）を含むが、説明の簡略のためＣ^１７Ｏの記載を省略することがある。

（使用原料）
［一酸化炭素の供給源２の一酸化炭素］
特定の一酸化炭素の安定同位体として、^１２Ｃ^１６Ｏを選択的に含む一酸化炭素を使用した。使用した一酸化炭素は、^１２Ｃ^１６Ｏの含有量が９９原子％であり、^１２Ｃ^１８Ｏの含有量が１原子％であり、微量の^１２Ｃ^１７Ｏを含んでいた。

［水の供給源３の水］
特定の水の安定同位体として、Ｈ_２ ^１８Ｏを選択的に含む水を使用した。使用した水は、Ｈ_２ ^１６Ｏの含有量が２原子％であり、Ｈ_２ ^１８Ｏの含有量が９８原子％であった。

［触媒］
第１の触媒として、Ｃｕ／Ｃｒ／Ｆｅ系の触媒を使用した。
第２の触媒として、Ｎｉ／Ａｌ系の触媒を使用した。

［酸性液体Ｅ］
クエン酸水溶液を（ｐＨ３±１、温度：４０℃）を２５０ｍＬ使用した。

（実施例１）
二酸化炭素安定同位体の製造装置１を用いて、一酸化炭素から^１２Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏを選択的に含む二酸化炭素安定同位体を製造した。次いで、一酸化炭素安定同位体の製造装置８１を用いて^１２Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏから、^１２Ｃ^１８Ｏを選択的に含む一酸化炭素安定同位体を製造した。
各供給ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６、混合ラインＬ３，Ｌ５、接続ラインＬ４からなる系内の圧力は、２００〜３００ｋＰａＧとした。第１の除湿器Ｆ１において、攪拌子３４の回転数１００ｒｐｍとし、容器３１内の気相の圧力は５ｋＰａＧとした。
第１の供給ラインＬ１内の一酸化炭素の供給量は、１００ｃｃｍとした。また、第２の供給ラインＬ２内の水の供給量は、供給量は、５００ｍＬ/ｍｉｎとした。第１の触媒管Ｃ１内の温度は、２５０℃とした。第２の触媒管Ｃ２内の温度は、６００℃とした。ここで、本明細書中の実施例及び比較例において「ｃｃｍ」とは、１ａｔｍ、０℃での流量を意味する。
製造した一酸化炭素安定同位体の濃度分析は、ＦＴ−ＩＲ及びガスクロマトグラフィーにより行なった。製造した二酸化炭素安定同位体の発生量の測定は、流量計により行なった。

実施例１においては、供給量１００．０ｃｃｍの一酸化炭素に対して、第１の除湿器Ｆ１の二次側で９９．５ｃｃｍの二酸化炭素安定同位体を得ることができた。実施例１において、二酸化炭素安定同位体の安定同位体の存在比率は、^１２Ｃ^１６Ｏ^１６Ｏが２原子％、^１２Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏが３原子％、^１２Ｃ^１８Ｏ^１８Ｏが９５原子％であった。
そして、実施例１においては、９９．５ｃｃｍの流量の二酸化炭素安定同位体に対して、６５ｃｃｍの一酸化炭素安定同位体を得ることができた。実施例１において、一酸化炭素安定同位体の安定同位体の存在比率は、^１２Ｃ^１６Ｏが４原子％、^１２Ｃ^１８Ｏが９６原子％であった。

（比較例１）
二酸化炭素安定同位体の製造装置１及び一酸化炭素安定同位体の製造装置８１から第１の除湿器Ｆ１を除去した装置を使用した以外は、実施例１と同条件で、二酸化炭素安定同位体を製造し、次いで、一酸化炭素安定同位体を製造した。
比較例１においては、供給量１００．０ｃｃｍの一酸化炭素に対して、第１の除湿器Ｆ１の二次側で９５〜９７ｃｃｍの二酸化炭素安定同位体を得た。このように、比較例１では実施例１と比較して、二酸化炭素安定同位体の流量が低下した。これは、第１の触媒管Ｃ１で一酸化炭素から二酸化炭素安定同位体に変換した後、二酸化炭素安定同位体が凝集した液体の水に溶解したためであると考えられる。
比較例１においては、第１の触媒管Ｃ１内の水素ガスの発生量が実施例１と変化しなかった。そのため、二酸化炭素安定同位体が凝集した液体の水に溶解したことがより強く示唆された。

以上の実施例の結果から、本発明によれば、優れた収率で一酸化炭素の安定同位体を製造でき、一酸化炭素中の酸素の安定同位体の存在比率を任意の値に制御して濃縮できることを確認した。また、酸素安定同位体の原子濃度比には変化がなかったことから、本装置は原子濃度制御へ悪影響を及ぼさないことが示唆された。

本発明の一酸化炭素安定同位体の製造方法及び二酸化炭素安定同位体の製造方法は、安定同位体標識ガスの製造産業に適用できる。

１…二酸化炭素安定同位体の製造装置、２…一酸化炭素の供給源、３…水の供給源、４…水素の供給源、１０…一酸化炭素の供給部、２０…水の供給部、３０…第１の反応部、４０…分離部、５０，５１…水素の供給部、６０，６１…第２の反応部、７０…第３の反応部、８１，８２…一酸化炭素安定同位体の製造装置、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７…供給ライン、Ｌ３，Ｌ５，Ｌ８…混合ライン、Ｌ４…接続ライン、Ｃ１〜Ｃ３…触媒管、Ｆ１〜Ｆ３…除湿器、Ｈ１〜Ｈ６…温度調節器、Ｍ１〜Ｍ３…流量計。

Claims (5)

1. ^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１７Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１７Ｏ及び^１３Ｃ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む一酸化炭素の供給部と、
   Ｈ_２ ^１６Ｏ、Ｈ_２ ^１７Ｏ及びＨ_２ ^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に含む水の供給部と、
   前記一酸化炭素と前記水とを第１の触媒の存在下で反応させ、二酸化炭素安定同位体を含む第１の混合物を得る第１の反応部と、
   酸解離定数が炭酸より低い値である酸性化合物を含む酸性液体と前記二酸化炭素安定同位体とを接触させることで、前記第１の混合物中の水分と前記二酸化炭素安定同位体とを分離する分離部と、
   を備える、二酸化炭素安定同位体の製造装置。
2. 前記分離部が、前記第１の混合物を冷却する第１の冷却器を有する、請求項１に記載の二酸化炭素安定同位体の製造装置。
3. 前記分離部が、前記水分と分離された前記二酸化炭素安定同位体を含む第２の混合物を冷却する第２の冷却器をさらに有する、請求項２に記載の二酸化炭素安定同位体の製造装置。
4. 前記酸性化合物が、^１６Ｏ、^１７Ｏ及び^１８Ｏからなる群より選ばれる少なくとも一種類の安定同位体を選択的に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二酸化炭素安定同位体の製造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の二酸化炭素安定同位体の製造装置と、
   水素の供給部と、
   前記水素と前記二酸化炭素安定同位体とを第２の触媒の存在下で反応させ、一酸化炭素安定同位体を得る第２の反応部と、
   を備える、一酸化炭素安定同位体の製造装置。

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