JP2522865B2 - 炭素同位体分析装置 - Google Patents
炭素同位体分析装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の炭素同位体が混
在する試料物質に光を照射し、その光吸収スペクトルか
ら同位体の比率を求める炭素同位体分析装置に関する。
在する試料物質に光を照射し、その光吸収スペクトルか
ら同位体の比率を求める炭素同位体分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自然界には同位体が僅かに存在し、この
同位体の変化をトレースすることにより、医学分野では
病気の診断、農業分野では光合成の研究や植物の代謝作
用の研究、地球科学分野では生態系の捕捉に利用でき
る。
同位体の変化をトレースすることにより、医学分野では
病気の診断、農業分野では光合成の研究や植物の代謝作
用の研究、地球科学分野では生態系の捕捉に利用でき
る。
【０００３】このような用途の安定同位体の分析装置と
して、従来から使用されている装置の一例が図６に示さ
れている。同図の装置は赤外域の光吸収スペクトルを利
用した装置で、図中の１は赤外域の発光波長範囲の広い
ランプ、２は試料セル、３は試料ガス導入口、４は試料
ガス排出口、５は分散型分光器、６はミラー、７は回折
格子、８はスリット、９は光検出器である。
して、従来から使用されている装置の一例が図６に示さ
れている。同図の装置は赤外域の光吸収スペクトルを利
用した装置で、図中の１は赤外域の発光波長範囲の広い
ランプ、２は試料セル、３は試料ガス導入口、４は試料
ガス排出口、５は分散型分光器、６はミラー、７は回折
格子、８はスリット、９は光検出器である。
【０００４】この装置で、試料ガスは試料ガス導入口３
から試料セル２内に導入され、試料ガス排出口４より排
出される。ランプ１から出た光は試料セル２に入射し、
試料セル２内の試料ガスと相互作用して一部が共鳴吸収
される。残余の光が試料セル２を通過して分散型分光器
５に入り、ミラー６でビーム方向が変えられ、回折格子
７に照射される。回折格子７で波長分散がなされ、スリ
ット８で波長選択された波長の光強度が光検出器９で検
出される。ここで回折格子７の角度をθ方向に連続的に
回転することにより選択波長が変えられ、試料の光吸収
スペクトルが測定できる。
から試料セル２内に導入され、試料ガス排出口４より排
出される。ランプ１から出た光は試料セル２に入射し、
試料セル２内の試料ガスと相互作用して一部が共鳴吸収
される。残余の光が試料セル２を通過して分散型分光器
５に入り、ミラー６でビーム方向が変えられ、回折格子
７に照射される。回折格子７で波長分散がなされ、スリ
ット８で波長選択された波長の光強度が光検出器９で検
出される。ここで回折格子７の角度をθ方向に連続的に
回転することにより選択波長が変えられ、試料の光吸収
スペクトルが測定できる。
【０００５】このような分析に使われる同位体として、
炭素および窒素がある。なかでも炭素は質量数が１２の
炭素（以下「12C 」と記す）と、質量数が１３の炭素
（以下「13C 」と記す）の安定同位体が測定の対象にな
ることが多い。12C および１３Ｃは、放射性同位体のよ
うに放射線被爆がなく、取り扱いが容易であり、医療分
野での利用が積極的に研究されている。
炭素および窒素がある。なかでも炭素は質量数が１２の
炭素（以下「12C 」と記す）と、質量数が１３の炭素
（以下「13C 」と記す）の安定同位体が測定の対象にな
ることが多い。12C および１３Ｃは、放射性同位体のよ
うに放射線被爆がなく、取り扱いが容易であり、医療分
野での利用が積極的に研究されている。
【０００６】測定にあたって、炭素は赤外域の光と直接
共鳴しないので、あらかじめ二酸化炭素（ＣＯ２） に
した後に試料セル２へ導入され、そのスペクトルが測定
されることになる。二酸化炭素12CO2 と13CO2 には質量
差があるので、極僅かに光吸収周波数が異なる。従っ
て、回折格子７を回転して角度θを変えて12CO2 と13CO
2 との光吸収スペクトルをほぼ同時に測定し、両者の吸
収強度の比を求めることにより炭素同位体比の変化がト
レースできる。
共鳴しないので、あらかじめ二酸化炭素（ＣＯ２） に
した後に試料セル２へ導入され、そのスペクトルが測定
されることになる。二酸化炭素12CO2 と13CO2 には質量
差があるので、極僅かに光吸収周波数が異なる。従っ
て、回折格子７を回転して角度θを変えて12CO2 と13CO
2 との光吸収スペクトルをほぼ同時に測定し、両者の吸
収強度の比を求めることにより炭素同位体比の変化がト
レースできる。
【０００７】図３に12CO2 の光吸収スペクトルの微細構
造（振動・回転スペクトル）、図４に、13CO2 の光吸収
スペクトルの微細構造（振動・回転スペクトル）を示
す。これらの図に示すように、12CO2 と13CO2 のスペク
トルのずれは僅かである。微細構造の各スペクトル幅
は、0.07cm-1程度と非常に狭い。このような微細なスペ
クトルを正確に測定するには0.007cm-1 以上の高いスペ
クトル分解能が必要であるが、従来の分析装置のスペク
トル分解能は１cm-1程度であり、CO2 ガスの光吸収スペ
クトル幅よりも10倍以上広いので、微細構造の各スペク
トルを分離して測定できない。その結果、炭素同位体相
互の光吸収スペクトルの影響を受け、正確なスペクトル
を測定できない。そのため、図５に示すような12CO2 と
13CO2 のスペクトルが重なったスペクトルを測定してい
る。
造（振動・回転スペクトル）、図４に、13CO2 の光吸収
スペクトルの微細構造（振動・回転スペクトル）を示
す。これらの図に示すように、12CO2 と13CO2 のスペク
トルのずれは僅かである。微細構造の各スペクトル幅
は、0.07cm-1程度と非常に狭い。このような微細なスペ
クトルを正確に測定するには0.007cm-1 以上の高いスペ
クトル分解能が必要であるが、従来の分析装置のスペク
トル分解能は１cm-1程度であり、CO2 ガスの光吸収スペ
クトル幅よりも10倍以上広いので、微細構造の各スペク
トルを分離して測定できない。その結果、炭素同位体相
互の光吸収スペクトルの影響を受け、正確なスペクトル
を測定できない。そのため、図５に示すような12CO2 と
13CO2 のスペクトルが重なったスペクトルを測定してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】12CO2 と13CO2 との天
然存在比は約99：１であるため、12CO2 の光吸収強度は
13CO2 の約 100倍になる。このような相互の影響を受け
るスペクトル測定では、12CO2 の濃度がごく僅か変化し
ても13CO2 のスペクトルが影響を受けて誤差が発生す
る。従来の分析装置では測定スペクトルより相互の重な
り量を計算で求めて補正しているが、その補正ではスペ
クトル相互の重なり量を充分に取り除けないので、精度
良く同位体比の変化をトレースできない。
然存在比は約99：１であるため、12CO2 の光吸収強度は
13CO2 の約 100倍になる。このような相互の影響を受け
るスペクトル測定では、12CO2 の濃度がごく僅か変化し
ても13CO2 のスペクトルが影響を受けて誤差が発生す
る。従来の分析装置では測定スペクトルより相互の重な
り量を計算で求めて補正しているが、その補正ではスペ
クトル相互の重なり量を充分に取り除けないので、精度
良く同位体比の変化をトレースできない。
【０００９】また、試料ガス中には同位体ガス（ CO2ガ
ス）以外の多くの不純物が含まれており、その不純物も
光を吸収するので、不純物の光吸収スペクトルがCO2 ガ
スのスペクトルの近辺に存在すると影響を受け、測定誤
差が生じる。この不純物の影響を極力除去するためには
スペクトル分解能を高くする必要があるが、前述したよ
うに従来の分析装置はスペクトル分解能が低い。
ス）以外の多くの不純物が含まれており、その不純物も
光を吸収するので、不純物の光吸収スペクトルがCO2 ガ
スのスペクトルの近辺に存在すると影響を受け、測定誤
差が生じる。この不純物の影響を極力除去するためには
スペクトル分解能を高くする必要があるが、前述したよ
うに従来の分析装置はスペクトル分解能が低い。
【００１０】さらに極微量の炭素同位体の変化を検出す
るためには光吸収スペクトルを高感度で検出する必要が
ある。上記した従来の分析装置では、スリット８の幅を
広くすると感度を高くできるが分解能が低くなるという
相反する関係があり、感度と精度とを両立させることは
難しい。
るためには光吸収スペクトルを高感度で検出する必要が
ある。上記した従来の分析装置では、スリット８の幅を
広くすると感度を高くできるが分解能が低くなるという
相反する関係があり、感度と精度とを両立させることは
難しい。
【００１１】本発明は前記の課題を解決するためなされ
たもので、炭素同位体相互の吸収の影響や不純物のスペ
クトル、外乱の影響を受けることなく、高感度で精度良
く炭素の同位体比をトレース可能な炭素同位体分析装置
を提供することを目的とする。
たもので、炭素同位体相互の吸収の影響や不純物のスペ
クトル、外乱の影響を受けることなく、高感度で精度良
く炭素の同位体比をトレース可能な炭素同位体分析装置
を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明者らは、装置の光源として半導体レーザを
使用することを想起して鋭意研究を重ねた結果、以下の
ような知見を得た。
めに、本発明者らは、装置の光源として半導体レーザを
使用することを想起して鋭意研究を重ねた結果、以下の
ような知見を得た。
【００１３】AlGaAs系又はInGaAsP 系材料を用いた近赤
外域の半導体レーザは、光通信や光情報処理用として研
究、開発され、小型、高効率、高信頼性になっている。
鉛塩系材料の赤外域半導体レーザは常温で発振しないの
で液体ヘリウムや液体窒素等による大型の冷却機が必要
となるが、近赤外域の半導体レーザは常温で発振しペル
チェ素子を用いて半導体レーザの温度を制御すれば波長
可変光源となる。このような実用上優れた特徴を持つ近
赤外域の半導体レーザを用いれば装置全体が非常に小型
化でき、取り扱いが容易でかつ信頼性の高い装置が実現
できる。このような近赤外域の半導体レーザの発振スペ
クトル幅は0.0003〜0.003cm-1 と非常に狭いのでこの半
導体レーザの発振波長を掃引することで、CO2 の振動、
回転の各スペクトルが容易に測定可能となる。
外域の半導体レーザは、光通信や光情報処理用として研
究、開発され、小型、高効率、高信頼性になっている。
鉛塩系材料の赤外域半導体レーザは常温で発振しないの
で液体ヘリウムや液体窒素等による大型の冷却機が必要
となるが、近赤外域の半導体レーザは常温で発振しペル
チェ素子を用いて半導体レーザの温度を制御すれば波長
可変光源となる。このような実用上優れた特徴を持つ近
赤外域の半導体レーザを用いれば装置全体が非常に小型
化でき、取り扱いが容易でかつ信頼性の高い装置が実現
できる。このような近赤外域の半導体レーザの発振スペ
クトル幅は0.0003〜0.003cm-1 と非常に狭いのでこの半
導体レーザの発振波長を掃引することで、CO2 の振動、
回転の各スペクトルが容易に測定可能となる。
【００１４】測定可能な振動、回転の各スペクトルには
同位体比測定に適したスペクトルと、適さないスペクト
ルがあるため、同位体比の測定に最適なスペクトルを選
択する必要がある。本発明者らはさらに実験を重ねた結
果、スペクトル選択には下記の条件を満たす必要がある
という知見を得た。
同位体比測定に適したスペクトルと、適さないスペクト
ルがあるため、同位体比の測定に最適なスペクトルを選
択する必要がある。本発明者らはさらに実験を重ねた結
果、スペクトル選択には下記の条件を満たす必要がある
という知見を得た。
【００１５】１．13CO2 の光吸収スペクトルの吸収強度
は、12CO2 の吸収強度より２桁程度弱いため、13CO2 の
光吸収強度が強く、且つ、12CO2 のスペクトルの影響を
受けないスペクトルを選択する。
は、12CO2 の吸収強度より２桁程度弱いため、13CO2 の
光吸収強度が強く、且つ、12CO2 のスペクトルの影響を
受けないスペクトルを選択する。
【００１６】２．近赤外域で測定されるCO2 の光吸収ス
ペクトルはCO2 分子の振動、回転スペクトルを測定する
が、目的とする振動、回転スペクトル以外にも微弱な他
の振動、回転スペクトルが多く存在しているため、他の
振動、回転スペクトルの影響を受けないスペクトルを選
択する。
ペクトルはCO2 分子の振動、回転スペクトルを測定する
が、目的とする振動、回転スペクトル以外にも微弱な他
の振動、回転スペクトルが多く存在しているため、他の
振動、回転スペクトルの影響を受けないスペクトルを選
択する。
【００１７】３．12CO2 と13CO2 の光スペクトルをほぼ
同時に測定しその吸収強度比より同位体比を求めるの
で、13CO2 の吸収スペクトルと、12CO2 の吸収スペクト
ルとが適当な間隔で近接していること。
同時に測定しその吸収強度比より同位体比を求めるの
で、13CO2 の吸収スペクトルと、12CO2 の吸収スペクト
ルとが適当な間隔で近接していること。
【００１８】４．試料ガス中には同位体ガス以外に多く
の不純物が含まれているため、その不純物の光吸収スペ
クトルの影響を受けないスペクトルを選択する。
の不純物が含まれているため、その不純物の光吸収スペ
クトルの影響を受けないスペクトルを選択する。
【００１９】上記の知見に基いてなされた本発明の炭素
同位体分析装置は、図１に示すように、光吸収スペクト
ル強度比から複数の炭素同位体12CO2 と13CO2 が混在す
る被検物の同位体比を検出する同位体分析装置である。
この装置は、近赤外域の発振波長を持つ半導体レーザ１
０と、その発振波長を少なくとも12CO2の光吸収スペク
トル近傍から13CO2の光吸収スペクトル近傍までの波数
幅を掃引する手段１１であって波数幅が 波数6346.29±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6347.27±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6350.66±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6350.36±0.2cm -1 の 13 CO 2 の光吸収スペクトルまで、または 波数6374.38±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6374.55±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6376.17±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6375.91±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6377.03±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6377.23±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで の掃引手段と、半導体レーザ１０に周波数変調をかける
周波数変調手段１３と、半導体レーザ１０から複数の炭
素同位体が混在する被検物を通過したレーザ光を検出す
る光検出器１６と、周波数変調手段１３の変調周波数お
よび光検出器１６で検出した前記レーザ光との同期を検
出するロックイン増幅器１９とを有しており、ロックイ
ン増幅器１９で同期を検出された信号を12CO2の光吸収
スペクトル、および13CO2の光吸収スペクトルとし、そ
の強度比から同位体比を検出するものである。
同位体分析装置は、図１に示すように、光吸収スペクト
ル強度比から複数の炭素同位体12CO2 と13CO2 が混在す
る被検物の同位体比を検出する同位体分析装置である。
この装置は、近赤外域の発振波長を持つ半導体レーザ１
０と、その発振波長を少なくとも12CO2の光吸収スペク
トル近傍から13CO2の光吸収スペクトル近傍までの波数
幅を掃引する手段１１であって波数幅が 波数6346.29±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6347.27±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6350.66±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6350.36±0.2cm -1 の 13 CO 2 の光吸収スペクトルまで、または 波数6374.38±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6374.55±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6376.17±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6375.91±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6377.03±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6377.23±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで の掃引手段と、半導体レーザ１０に周波数変調をかける
周波数変調手段１３と、半導体レーザ１０から複数の炭
素同位体が混在する被検物を通過したレーザ光を検出す
る光検出器１６と、周波数変調手段１３の変調周波数お
よび光検出器１６で検出した前記レーザ光との同期を検
出するロックイン増幅器１９とを有しており、ロックイ
ン増幅器１９で同期を検出された信号を12CO2の光吸収
スペクトル、および13CO2の光吸収スペクトルとし、そ
の強度比から同位体比を検出するものである。
【００２０】
【００２１】
【作用】この炭素同位体分析装置は、近赤外域の半導体
レーザ１０の12CO2 と13CO2 の相互の影響を受けない発
振波長を掃引し、発振器１３により周波数変調をかけた
レーザ光を炭素同位体が混在する被検物に入射し、検出
した信号のうち発振器１３の信号と同期のとれた信号の
みを検出する。これにより、光吸収スペクトル強度比を
高精度で検出し、同位体比を正確に求めることができ
る。
レーザ１０の12CO2 と13CO2 の相互の影響を受けない発
振波長を掃引し、発振器１３により周波数変調をかけた
レーザ光を炭素同位体が混在する被検物に入射し、検出
した信号のうち発振器１３の信号と同期のとれた信号の
みを検出する。これにより、光吸収スペクトル強度比を
高精度で検出し、同位体比を正確に求めることができ
る。
【００２２】表１に並べた12CO2 と13CO2 の光吸収スペ
クトルの組み合わせは、図２に示すように適当な間隔で
近接しており、13CO2 の光吸収スペクトルが12CO2 のス
ペクトルの影響を受けることがない。
クトルの組み合わせは、図２に示すように適当な間隔で
近接しており、13CO2 の光吸収スペクトルが12CO2 のス
ペクトルの影響を受けることがない。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。
明する。
【００２５】図１は本発明を適用する炭素同位体分析装
置の実施例のブロック図である。同図で１０は近赤外域
の半導体レーザ、１１は半導体レーザ１０の波数を掃引
するための温度制御部、１２は半導体レーザ１０の光出
力を制御するための電流制御部、１３は電流制御部１２
に変調周波数を与える発振器、１４はレーザ光を透過光
と反射光に分けるビームスプリッタ、１５はミラー、１
６および１８は光検出器、１９は光検出器１６の検出周
波数と発振器１３の発振周波数との同期が取れた信号の
みを検出するロックイン増幅器である。２は 12CO2ガス
と 13CO2ガスとが混在する試料ガスを収納するセル、３
は試料ガス導入口、４は試料ガス排出口である。１７
は、例えば 12CO2ガス50％と 13CO2ガス50％が封入され
ている参照セルである。
置の実施例のブロック図である。同図で１０は近赤外域
の半導体レーザ、１１は半導体レーザ１０の波数を掃引
するための温度制御部、１２は半導体レーザ１０の光出
力を制御するための電流制御部、１３は電流制御部１２
に変調周波数を与える発振器、１４はレーザ光を透過光
と反射光に分けるビームスプリッタ、１５はミラー、１
６および１８は光検出器、１９は光検出器１６の検出周
波数と発振器１３の発振周波数との同期が取れた信号の
みを検出するロックイン増幅器である。２は 12CO2ガス
と 13CO2ガスとが混在する試料ガスを収納するセル、３
は試料ガス導入口、４は試料ガス排出口である。１７
は、例えば 12CO2ガス50％と 13CO2ガス50％が封入され
ている参照セルである。
【００２６】上記した装置で、近赤外域の半導体レーザ
１０は、常温で連続発振し、半導体レーザ１０の温度ま
たは駆動電流を掃引することにより波長可変光源とな
る。半導体レーザ１０の発光波数は、温度制御部１１に
より温度を掃引されて、波数6350.15±0.2cm-1 と、波
数 6350.36±0.2cm-1 近辺が連続掃引される。半導体レ
ーザ１０の駆動電流は、発振器１３の信号で電流制御部
１２により電流変調され僅かに周波数変調がかけられて
いる。このように波数掃引、周波数変調された半導体レ
ーザ１０からのレーザ光は、ビームスプリッタ１４で透
過光と反射光とに分けられ、透過光は試料セル２に入射
する。その入射レーザ光はセル２内に混在する12CO2 ガ
スおよび 13CO2ガスと相互作用し、一部が吸収される。
試料セル２からの出射レーザ光は、光検出器１６で検出
される。光検出器１６で検出された光信号は、ロックイ
ン増幅器１９で発振器１３と同期の取れた信号のみが検
出される。その結果、半導体レーザ１０の光強度のドリ
フトが除去でき、Ｓ／Ｎ比の良い信号が検出できる。こ
のようにして検出された光信号は、光吸収強度の１次微
分となっている。従って、波数 6350.15±0.2cm-1 と 6
350.36±0.2cm-1 での両検出信号のピーク値、または吸
収の面積を求めて吸収量の比を求めれば、セル２内に混
在する 12CO2ガスと13CO2ガスの比、すなわち同位体比
が求められる。
１０は、常温で連続発振し、半導体レーザ１０の温度ま
たは駆動電流を掃引することにより波長可変光源とな
る。半導体レーザ１０の発光波数は、温度制御部１１に
より温度を掃引されて、波数6350.15±0.2cm-1 と、波
数 6350.36±0.2cm-1 近辺が連続掃引される。半導体レ
ーザ１０の駆動電流は、発振器１３の信号で電流制御部
１２により電流変調され僅かに周波数変調がかけられて
いる。このように波数掃引、周波数変調された半導体レ
ーザ１０からのレーザ光は、ビームスプリッタ１４で透
過光と反射光とに分けられ、透過光は試料セル２に入射
する。その入射レーザ光はセル２内に混在する12CO2 ガ
スおよび 13CO2ガスと相互作用し、一部が吸収される。
試料セル２からの出射レーザ光は、光検出器１６で検出
される。光検出器１６で検出された光信号は、ロックイ
ン増幅器１９で発振器１３と同期の取れた信号のみが検
出される。その結果、半導体レーザ１０の光強度のドリ
フトが除去でき、Ｓ／Ｎ比の良い信号が検出できる。こ
のようにして検出された光信号は、光吸収強度の１次微
分となっている。従って、波数 6350.15±0.2cm-1 と 6
350.36±0.2cm-1 での両検出信号のピーク値、または吸
収の面積を求めて吸収量の比を求めれば、セル２内に混
在する 12CO2ガスと13CO2ガスの比、すなわち同位体比
が求められる。
【００２７】ビームスプリッタ１４で反射されたレーザ
光は、ミラー１５で参照セル１７に導入され、セル内に
50％ずつ混在する 12CO2ガスおよび 13CO2ガスと相互作
用して一部が吸収される。参照セル１７を透過したレー
ザ光は検出器１８で検出される。検出器１８で検出され
た信号より CO2スペクトルテーブルを参照し、両波数の
位置を正確に求めることができる。
光は、ミラー１５で参照セル１７に導入され、セル内に
50％ずつ混在する 12CO2ガスおよび 13CO2ガスと相互作
用して一部が吸収される。参照セル１７を透過したレー
ザ光は検出器１８で検出される。検出器１８で検出され
た信号より CO2スペクトルテーブルを参照し、両波数の
位置を正確に求めることができる。
【００２８】さらに、発振器１３で発振した信号の２倍
の周波数成分のみをロックイン増幅器１９で検出すれ
ば、光吸収強度の２次微分形状が測定できる。前記と同
様に波数 6350.15±0.2cm-1 と波数 6350.36±0.2cm-1
での両検出信号のピーク値の比を求めれば同位体比が求
まる。この方式では光吸収強度の２次微分形状を測定し
ているので半導体レーザ１０から出力されたレーザ光の
光強度変化の１次的変化、２次的変化がキャンセルさ
れ、より高精度で同位体比が測定できる。
の周波数成分のみをロックイン増幅器１９で検出すれ
ば、光吸収強度の２次微分形状が測定できる。前記と同
様に波数 6350.15±0.2cm-1 と波数 6350.36±0.2cm-1
での両検出信号のピーク値の比を求めれば同位体比が求
まる。この方式では光吸収強度の２次微分形状を測定し
ているので半導体レーザ１０から出力されたレーザ光の
光強度変化の１次的変化、２次的変化がキャンセルさ
れ、より高精度で同位体比が測定できる。
【００２９】上記の実施例では、光吸収スペクトル強度
比の検出に、半導体レーザの発光波長が波数 6350.15±
0.2cm-1 のときの12CO2 の光吸収スペクトル強度と、同
じく発光波長が波数 6350.36±0.2cm-1 のときの13CO2
の光吸収スペクトル強度とを用いたが、この組み合わせ
以外にも、表１の組み合わせで実施できる。
比の検出に、半導体レーザの発光波長が波数 6350.15±
0.2cm-1 のときの12CO2 の光吸収スペクトル強度と、同
じく発光波長が波数 6350.36±0.2cm-1 のときの13CO2
の光吸収スペクトル強度とを用いたが、この組み合わせ
以外にも、表１の組み合わせで実施できる。
【００３０】なお、上記の実施例では一個の半導体レー
ザ１０を温度制御してその発光波長を掃引したが、半導
体レーザ１０の駆動電流を制御して夫々の波数近辺を掃
引しても良い。また、半導体レーザを二個用いて夫々の
波数近辺のレーザ光を同時に発振させて、試料セル２内
へ交互に入射させてもよい。半導体レーザ１０の周波数
変調は電流変調により行なっているが、外部にＥＯ変調
器（Electoro-OpticModulator ）を設けて変調しても良
い。
ザ１０を温度制御してその発光波長を掃引したが、半導
体レーザ１０の駆動電流を制御して夫々の波数近辺を掃
引しても良い。また、半導体レーザを二個用いて夫々の
波数近辺のレーザ光を同時に発振させて、試料セル２内
へ交互に入射させてもよい。半導体レーザ１０の周波数
変調は電流変調により行なっているが、外部にＥＯ変調
器（Electoro-OpticModulator ）を設けて変調しても良
い。
【００３１】このように 12CO2ガスおよび13CO2 ガスの
夫々光吸収強度の強いスペクトルを測定することがで
き、炭素同位体相互の吸収の影響や不純物のスペクトル
の影響を受けることがなく外乱の影響を除去できる。発
光スペクトル幅が非常に狭いうえに、小型で信頼性の高
い近赤外域の半導体レーザ光を波長可変光源として使用
し、ロックイン増幅器１９で測定しているため、スペク
トル形状を正確に測定できる。
夫々光吸収強度の強いスペクトルを測定することがで
き、炭素同位体相互の吸収の影響や不純物のスペクトル
の影響を受けることがなく外乱の影響を除去できる。発
光スペクトル幅が非常に狭いうえに、小型で信頼性の高
い近赤外域の半導体レーザ光を波長可変光源として使用
し、ロックイン増幅器１９で測定しているため、スペク
トル形状を正確に測定できる。
【００３２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明を適
用する炭素同位体分析装置は、小型で信頼性が高く、近
赤外域のスペクトル幅が非常に狭いレーザを波長可変光
源として使用し、炭素同位体の光吸収スペクトル強度を
測定しているため、炭素同位体相互の吸収の影響や不純
物のスペクトルの影響を受けることなく高精度、高感度
に炭素同位体比がトレースできる。
用する炭素同位体分析装置は、小型で信頼性が高く、近
赤外域のスペクトル幅が非常に狭いレーザを波長可変光
源として使用し、炭素同位体の光吸収スペクトル強度を
測定しているため、炭素同位体相互の吸収の影響や不純
物のスペクトルの影響を受けることなく高精度、高感度
に炭素同位体比がトレースできる。
【図１】本発明を適用する炭素同位体分析装置を示すブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図２】本発明を適用する炭素同位体分析装置で測定さ
れたCO2 の赤外吸収スペクトル図である。
れたCO2 の赤外吸収スペクトル図である。
【図３】12CO2 の赤外吸収スペクトル図である。
【図４】13CO2 の赤外吸収スペクトル図である。
【図５】従来の同位体分析装置により測定された赤外吸
収スペクトル図である。
収スペクトル図である。
【図６】従来の同位体分析装置の一例を示すブロック図
である。
である。
１はランプ、２は試料セル、３は試料ガス導入口、４は
試料ガス排出口、５は分散型分光器、６・１５はミラ
ー、７は回折格子、８はスリット、９・１６・１８は光
検出器、１０は半導体レーザ、１１は半導体レーザの温
度制御部、１２は半導体レーザの電流制御部、１３は発
振器、１４はビームスプリッタ、１７は参照セル、１９
はロックイン増幅器、である。
試料ガス排出口、５は分散型分光器、６・１５はミラ
ー、７は回折格子、８はスリット、９・１６・１８は光
検出器、１０は半導体レーザ、１１は半導体レーザの温
度制御部、１２は半導体レーザの電流制御部、１３は発
振器、１４はビームスプリッタ、１７は参照セル、１９
はロックイン増幅器、である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−197837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−42890（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57942（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−42041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−11634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−197837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−42889（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−40336（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−13071（ＪＰ，Ｂ２) ＡＣＴＡ．ＰＨＹＳ．ＡＣＡＤ．ＳＣ Ｉ．ＨＵＮＧ．，ＶｏＬ．48，Ｎｏ．１ （1980）Ｐ．93−102
Claims (1)
- 【請求項１】 光吸収スペクトル強度比から複数の炭素
同位体12CO2と13CO2が混在する被検物の同位体比を検出
する同位体分析装置において、近赤外域の発振波長を持
つ半導体レーザと、該発振波長を少なくとも12CO2の光
吸収スペクトル近傍から13CO2の光吸収スペクトル近傍
までの波数幅を掃引する手段であって波数幅が 波数6346.29±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6347.27±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6346.80±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6350.66±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6350.36±0.2cm -1 の 13 CO 2 の光吸収スペクトルまで、または 波数6374.38±0.2cm -1 の 12 CO 2 の光吸収スペクトルから 波数6374.55±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6376.17±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6375.91±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで、または 波数6377.03±0.2cm-1の12CO2の光吸収スペクトルから 波数6377.23±0.2cm-1の13CO2の光吸収スペクトルまで の掃引手段と、該半導体レーザに周波数変調をかける周
波数変調手段と、該半導体レーザから該複数の炭素同位
体が混在する被検物を通過したレーザ光を検出する光検
出器と、該周波数変調手段の変調周波数と該光検出器で
検出した前記レーザ光との同期を検出するロックイン増
幅器とを有し、該ロックイン増幅器で同期を検出された
信号を12CO2の光吸収スペクトル、および13CO2の光吸収
スペクトルとしてその強度比から同位体比を検出するこ
とを特徴とする炭素同位体分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13987591A JP2522865B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 炭素同位体分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13987591A JP2522865B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 炭素同位体分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364442A JPH04364442A (ja) | 1992-12-16 |
| JP2522865B2 true JP2522865B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=15255603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13987591A Expired - Fee Related JP2522865B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 炭素同位体分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522865B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016063918A1 (ja) * | 2014-10-23 | 2017-08-31 | 国立研究開発法人理化学研究所 | ガス分析装置、ガス分析方法、メタボローム解析方法およびデータベース |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4419458C2 (de) * | 1994-06-03 | 2003-11-27 | Fisher Rosemount Gmbh & Co Ges | Verfahren zur Messung der Reinheit von Kohlendioxid |
| AU707754B2 (en) | 1995-10-09 | 1999-07-22 | Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. | Method for spectrometrically measuring isotopic gas and apparatus thereof |
| JP2002071557A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-08 | Japan Science & Technology Corp | アイソトポマー吸収分光分析方法及びその装置 |
| US6888127B2 (en) | 2002-02-26 | 2005-05-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for performing rapid isotopic analysis via laser spectroscopy |
| CA2541393C (en) | 2003-10-31 | 2011-05-10 | Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. | Gas injection amount determining method in isotope gas analysis, and isotope gas analyzing and measuring method and apparatus |
| US7251037B2 (en) | 2005-03-07 | 2007-07-31 | Caleb Brett Usa, Inc. | Method to reduce background noise in a spectrum |
| JP4921307B2 (ja) * | 2007-10-02 | 2012-04-25 | 日本電信電話株式会社 | 光吸収分析装置 |
| JP5073844B2 (ja) * | 2011-05-13 | 2012-11-14 | 株式会社堀場製作所 | 吸光分析計 |
| JP2013113664A (ja) | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析装置 |
| JP2014206541A (ja) * | 2014-07-01 | 2014-10-30 | 横河電機株式会社 | レーザガス分析装置 |
| CN111812057B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-03-17 | 山东省科学院能源研究所 | 基于稳定碳同位素在线监测生物质掺烧比系统及分析方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5342890A (en) * | 1976-09-30 | 1978-04-18 | Nippon Bunko Kogyo Kk | Measuring method of methabolism function of organ |
| JPS5513071A (en) * | 1978-07-13 | 1980-01-29 | Yukio Sasaki | Largeescale mannmade gatheringgplace for fish |
| JPS59197837A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-09 | Japan Spectroscopic Co | 光学式同位体ガス分析装置 |
| JPS6140336A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-26 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | ポリアミノ酸ウレタン樹脂系多孔質膜の製造法 |
| DE3923831A1 (de) * | 1989-07-19 | 1991-01-31 | Hartmann & Braun Ag | Interferometrische einrichtung |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP13987591A patent/JP2522865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＣＴＡ．ＰＨＹＳ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．ＨＵＮＧ．，ＶｏＬ．４８，Ｎｏ．１（１９８０）Ｐ．９３−１０２ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016063918A1 (ja) * | 2014-10-23 | 2017-08-31 | 国立研究開発法人理化学研究所 | ガス分析装置、ガス分析方法、メタボローム解析方法およびデータベース |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04364442A (ja) | 1992-12-16 |
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|---|---|---|---|
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