JP2947742B2 - Isotope gas spectrometry method and measurement device - Google Patents

Isotope gas spectrometry method and measurement device

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】同位体の入った薬物を生体に
投与した後、同位体の濃度変化、又は濃度比の変化を測
定することにより、生体の代謝機能を測定することがで
きるので、同位体の分析は、医療の分野での病気の診断
に利用されている。また、医療の分野以外でも、同位体
の分析は、光合成の研究、植物の代謝作用の研究に利用
され、地球化学分野では生態系のトレースに利用されて
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION The metabolic function of a living body can be measured by administering a drug containing an isotope to a living body and then measuring the change in the isotope concentration or the change in the concentration ratio. Body analysis has been used to diagnose diseases in the medical field. In addition to the fields of medicine, isotope analysis is used for studies of photosynthesis and metabolism of plants, and is used for tracing ecosystems in the field of geochemistry.

【0002】本発明は、同位体の光吸収特性に着目し
て、同位体ガスの濃度又は濃度比を測定する同位体ガス
分光測定方法及び測定装置に関するものである。
[0002] The present invention relates to an isotope gas spectrometry method and apparatus for measuring the concentration or concentration ratio of an isotope gas by focusing on the light absorption characteristics of the isotope.

【0003】[0003]

【従来の技術】一般に、胃潰瘍、胃炎の原因として、ス
トレスの他に、ヘリコバクタピロリー(HP)と言われ
ているバクテリアが存在することが知られている。患者
の胃の中にHPが存在すれば、抗生物質の投与等による
除菌治療を行う必要がある。したがって、患者にHPが
存在するか否かを確認することが重要である。HPは、
強いウレアーゼ活性を持っていて、尿素を二酸化炭素と
アンモニアに分解する。
2. Description of the Related Art In general, it is known that bacteria other than stress include bacteria called Helicobacter pylori (HP) as a cause of gastric ulcer and gastritis. If HP is present in the patient's stomach, it is necessary to perform eradication treatment by administration of antibiotics or the like. Therefore, it is important to determine whether HP is present in the patient. HP is
It has strong urease activity and breaks down urea into carbon dioxide and ammonia.

【0004】一方、炭素には、質量数が12のものの
他、質量数が13や14の同位体が存在するが、これら
の中で質量数が13の同位体13Cは、放射性がなく、安
定して存在するため取扱いが容易である。そこで、同位
13Cでマーキングした尿素を生体に投与した後、最終
代謝産物である患者の呼気中の13CO2 の濃度、具体的
には13CO2 12CO2 との濃度比を測定することがで
きれば、HPの存在を確認することができる。
[0004] On the other hand, carbon has a mass number of 12 and isotopes having a mass number of 13 and 14 in addition to a carbon atom having a mass number of 12. Among these, the isotope 13 C having a mass number of 13 has no radioactivity, Handling is easy because it exists stably. Therefore, after administering urea marked with the isotope 13 C to the living body, the concentration of 13 CO 2 in the patient's breath, which is the final metabolite, specifically, the concentration ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 is measured. If it can, the existence of the HP can be confirmed.

【0005】ところが、13CO2 12CO2 との濃度比
は、自然界では1:100と大きく、このため患者の呼
気中の濃度比を精度よく測定することは難しい。従来、
13CO2 12CO2 との濃度比を求める方法として、赤
外分光を用いる方法が知られている(特公昭61−42
219号、特公昭61−42220号公報参照)。
However, the concentration ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 is as large as 1: 100 in nature, and it is difficult to accurately measure the concentration ratio in a patient's breath. Conventionally,
As a method for determining the concentration ratio between 13 CO 2 and 12 CO 2 , a method using infrared spectroscopy is known (Japanese Patent Publication No. Sho 61-42).
No. 219, JP-B-61-42220).

【0006】特公昭61−42220号記載の方法は、
長短2本のセルを用意し、一方のセルでの13CO2 の吸
収と、一方のセルでの12CO2 の吸収とが等しくなるよ
うなセルの長さにし、2本のセルを透過した光を両方の
セルに導いて、それぞれ最大感度を実現する波長での光
強度を測定する方法である。この方法によれば、自然界
の濃度比での光吸収比を1にすることができ、これから
濃度比がずれると、ずれた分だけ光吸収比がずれるの
で、光吸収比の変化を知って濃度比の変化を知ることが
できる。
[0006] The method described in JP-B-61-42220 is
Two long and short cells were prepared, and the length of the cell was set so that the absorption of 13 CO 2 in one cell was equal to the absorption of 12 CO 2 in one cell, and the cells were transmitted through the two cells. In this method, light is guided to both cells, and the light intensity at a wavelength that achieves the maximum sensitivity is measured. According to this method, the light absorption ratio at the concentration ratio in the natural world can be set to 1. If the concentration ratio deviates from this, the light absorption ratio deviates by the amount of the deviation. You can see the change in the ratio.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報記載
の方法を用いて濃度比を求めようとしても、次のような
問題がある。12CO2 の濃度と13CO2 の濃度を求める
には、12CO2 濃度の分かっているガスと、13CO2
度の分かっているガスを用いて、それぞれ検量線を作成
しなければならない。
However, even if an attempt is made to obtain the concentration ratio by using the method described in the above-mentioned publication, there are the following problems. To find the 12 CO 2 concentrations and the 13 CO 2 concentration, a gas of known 12 CO 2 concentration, using a gas of known 13 CO 2 concentration shall prepare a calibration curve, respectively.

【0008】12CO2 濃度の検量線を作成するには、12
CO2 濃度を幾通りか変えてみて、 12CO2 の吸光度を
測定し、横軸を12CO2 濃度にとり、縦軸を12CO2
光度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線を決
定するのが通常である。13CO2 濃度の検量線の作成も
同様にして行なう。ところが赤外分光法で13CO2 濃度
又は13CO2 濃度比(13CO2 濃度/12CO2 濃度のこ
とをいう。以下同じ)を測定する場合、被測定ガスに含
まれている酸素濃度の違いによって、実際の13CO2
度又は13CO2 濃度比と違った結果が現れることが、種
々の実験によって判明した。
[0008]12COTwoTo create a concentration calibration curve,12
COTwoTry changing the concentration several times, 12COTwoThe absorbance of
Measure and set the horizontal axis12COTwoFor concentration, the vertical axis is12COTwoSucking
Plot the magnitude, determine the curve using least squares
It is usual to specify.13COTwoConcentration calibration curve creation
Perform in a similar manner. However, infrared spectroscopy13COTwoconcentration
Or13COTwoConcentration ratio (13COTwoconcentration/12COTwoConcentration saw
I say. The same applies hereinafter) when measuring
The actual difference in oxygen concentration13COTwoDark
Degree or13COTwoThe result that is different from the concentration ratio appears,
It has been found by various experiments.

【0009】図9は、13CO2 濃度が同じで酸素の濃度
が異なるように、13CO2 を酸素と窒素で希釈した被測
定ガスを作り、酸素含有率に対して、13CO2 濃度比の
測定値をプロットしたグラフである。ただし、13CO2
濃度比の測定値は、酸素含有率が0%のときの13CO2
濃度比で規格化している。このグラフから、13CO2
度比は一定にならす、酸素濃度に応じて変化することが
分かる。
[0009] Figure 9, 13 CO 2 concentration so that the concentration of the same oxygen different, making the measurement gas obtained by diluting 13 CO 2 in oxygen and nitrogen, relative to oxygen content, 13 CO 2 concentration ratio 5 is a graph in which the measured values are plotted. However, 13 CO 2
The measured value of the concentration ratio is 13 CO 2 when the oxygen content is 0%.
Standardized by concentration ratio. From this graph, it can be seen that the 13 CO 2 concentration ratio is constant and changes according to the oxygen concentration.

【0010】したがって、この事実を知らないで、酸素
を含む被測定ガスについて13CO2濃度又は13CO2
度比を測定すれば、実際とは異なった結果が現れること
は明らかである。図10は、酸素を含まない被測定ガス
について、13CO2 濃度比を色々変えて測定した結果を
示すグラフである。横軸は実際の13CO2 濃度比、縦軸
13CO 2 濃度比の測定値を表す。ただし、13CO2
度比は、13CO2 濃度比の一番小さな値で規格化してい
る。
Therefore, without knowing this fact, oxygen
Gas to be measured including13COTwoConcentration or13COTwoDark
If you measure the power ratio, a different result will appear
Is clear. FIG. 10 shows the measured gas containing no oxygen.
about,13COTwoThe results of measurement with various density ratios
It is a graph shown. The horizontal axis is the actual13COTwoConcentration ratio, vertical axis
Is13CO TwoIt represents the measured value of the concentration ratio. However,13COTwoDark
The degree ratio is13COTwoNormalized with the smallest value of concentration ratio
You.

【0011】図11は、酸素を高濃度(約90%)に含
む各被測定ガスについて、13CO2濃度比を色々変えて
測定した結果を示すグラフである。横軸は実際の13CO
2 濃度比、縦軸は13CO2 濃度比の測定値を表す。ただ
し、13CO2 濃度比は、13CO2 濃度比の一番小さな値
で規格化している。図10と図11とを比較すると、図
10のグラフでは、実際の13CO2 濃度比と測定した13
CO2 濃度比との相関(グラフの傾き)はほぼ1:1で
あるのに対して、図11のグラフでは、実際の13CO2
濃度比と測定13CO2 濃度比との相関は約1:0.3と
変化している。
FIG. 11 is a graph showing the results of measurement of each gas to be measured containing oxygen at a high concentration (about 90%) with various 13 CO 2 concentration ratios. The horizontal axis is the actual 13 CO
2 The concentration ratio, and the vertical axis represents the measured value of the 13 CO 2 concentration ratio. However, the 13 CO 2 concentration ratio is normalized by the smallest value of the 13 CO 2 concentration ratio. Comparing FIGS. 10 and 11, in the graph of FIG. 10, and the measured actual 13 CO 2 concentration ratio 13
The correlation with the CO 2 concentration ratio (slope of the graph) is almost 1: 1 whereas the graph of FIG. 11 shows the actual 13 CO 2 concentration.
The correlation between the concentration ratio and the measured 13 CO 2 concentration ratio has changed to about 1: 0.3.

【0012】このように、13CO2 濃度又は13CO2
度比の測定値は、その原因はよく分からないが、被測定
ガスの酸素濃度の影響を受ける。この酸素濃度による補
正しないで、成分ガスの濃度又は濃度比を求めると、大
きな誤差が入ってくることが予想される。そこで、本発
明は、上述の技術的課題を解決し、成分ガスとして二酸
化炭素13CO2 を含む被測定ガスをセルに導き、分光測
定をする場合に、成分ガスの濃度又は濃度比を精密に測
定することができる同位体ガス分光測定方法及び測定装
置を実現することを目的とする。
As described above, the measured value of the 13 CO 2 concentration or the 13 CO 2 concentration ratio is affected by the oxygen concentration of the gas to be measured, although the cause is not well understood. If the concentration or concentration ratio of the component gas is obtained without correction based on the oxygen concentration, it is expected that a large error will occur. Therefore, the present invention solves the above-mentioned technical problem, introduces a gas to be measured containing carbon dioxide 13 CO 2 as a component gas into a cell, and precisely measures the concentration or concentration ratio of the component gas when performing spectroscopic measurement. It is an object of the present invention to realize an isotope gas spectroscopic measurement method and a measurement apparatus that can perform measurement.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の同位体ガス分光
測定方法は、被測定ガスをセルに導き、成分ガス13CO
2 の波長に対応する吸光度を求める第1の工程、既知の
濃度の13CO2を含むガスを測定することによって作成
された検量線を用いて、13CO2の濃度を求める第2の
工程、並びに被測定ガスに含まれる酸素濃度を測定し、
酸素濃度及び13CO2の濃度が既知のガスを測定するこ
とによって作成された補正線を用いて、測定された酸素
濃度に応じて13CO2の濃度を補正する第3の工程を含
むものである(請求項1)。
According to the isotope gas spectrometry of the present invention, a gas to be measured is introduced into a cell, and a component gas 13 CO 2 is supplied.
First step of determining the absorbance corresponding to 2 wavelengths, by using a calibration curve prepared with 13 CO 2 of a known concentration by measuring including gas, a second seeking the 13 CO 2 concentration Step, and measure the oxygen concentration contained in the gas to be measured,
Using the correction curve prepared by concentration of the oxygen concentration and 13 CO 2 is measuring a known gas, in which a third step of correcting the concentration of 13 CO 2 in accordance with the measured oxygen concentration (Claim 1).

【0014】また、本発明の同位体ガス分光測定方法
は、複数の成分ガスが二酸化炭素12CO2 及び二酸化炭
13CO2 であり、被測定ガスをセルに導き、12CO2
及び13CO2の波長に対応する吸光度を求める第1の工
程、既知の濃度の12CO2 及び13CO2を含むガスを測
定することによって作成された検量線を用いて、12CO
2の濃度と13CO2の濃度を求め、12CO2 13CO2
の濃度比を求める第2の工程、並びに被測定ガスに含ま
れる酸素濃度を測定し、酸素濃度並びに12CO2 及び13
CO2の濃度が既知のガスを測定することによって得ら
れた補正線を用いて、測定された酸素濃度に応じて12
2 13CO2との濃度比を補正する第3の工程を含む
ものである(請求項2)。
Further, proportional gas spectroscopic measurement method of the present invention is a plurality of component gases carbon dioxide 12 CO 2 and carbon dioxide 13 CO 2, guides the measurement gas to the cell, 12 CO 2
And 13 a first step of determining the absorbance corresponding to the wavelength of CO 2, by using a calibration curve prepared by measuring a gas containing 12 CO 2 and 13 CO 2 in the known concentration, 12 CO
2 to determine the concentration of 13 CO 2 , the second step of determining the concentration ratio of 12 CO 2 and 13 CO 2, and measure the concentration of oxygen contained in the gas to be measured, oxygen concentration and 12 CO 2 and 13
Using the correction curve obtained by the concentration of CO 2 measuring a known gas, 12 C depending on the measured oxygen concentration
The method includes a third step of correcting the concentration ratio between O 2 and 13 CO 2 (claim 2).

【0015】前記の各方法によれば、従来の方法と比べ
て、第3の工程において、酸素濃度が既知のガスを測定
することによって作成された補正線を用いて、測定され
た酸素濃度に応じて成分ガスの濃度又は濃度比を補正す
る方法が追加されている。この補正により、成分ガスの
濃度が本来一定値であるべきだが、酸素濃度の違いに応
じて成分ガスの測定濃度が変動するという、今回発見さ
れた現象を補正して、成分ガスの濃度又は濃度比の測定
精度を高めることができる。
According to the method described above, as compared with conventional methods, in the third step, the oxygen concentration by using the correction curve prepared was measured by the oxygen concentration measuring a known gas A method of correcting the concentration or the concentration ratio of the component gas according to the above is added. By this correction, the concentration of component gas should be a constant value, but the phenomenon discovered this time, that the measured concentration of component gas fluctuates according to the difference in oxygen concentration, is corrected, and the concentration or concentration of component gas is corrected. The measurement accuracy of the ratio can be improved.

【0016】なお、酸素濃度は、各種の酸素センサを用
いて検出してもよく、分光学的方法により酸素分子スペ
クトルにおける吸光度を求めて算出してもよい。前記請
求項1記載の方法における第3の工程における補正線
は、具体的には、13CO2の濃度及び酸素濃度が既知
スについて、13CO2の波長に対応する吸光度を求
め、前記検量線を用いて13CO2の濃度を求め、求めら
れた13CO2の濃度を酸素濃度に対してプロットするこ
とにより得られ、前記第3の工程における補正方法は、
被測定ガスについて第3の工程で得られた酸素ガスの濃
度を補正線に当てはめて13CO2の濃度補正値を求め、
第2の工程で得られた13CO2の濃度を、補正線から得
られた前記濃度補正値で割ることにより行う(請求項
3)。
The oxygen concentration may be detected using various oxygen sensors, or may be calculated by obtaining the absorbance in an oxygen molecule spectrum by a spectroscopic method. The correction line in the third step of the method according to claim 1, wherein the concentration of 13 CO 2 and the oxygen concentration are known .
For gas, obtains the absorbance corresponding to a wavelength of 13 CO 2 is obtained a 13 CO 2 concentration using the calibration curve obtained by plotting the concentration of 13 CO 2 obtained relative to the oxygen concentration The correction method in the third step is as follows:
By applying the concentration of oxygen gas obtained in the third step for the gas to be measured to a correction line, a concentration correction value of 13 CO 2 was obtained,
This is performed by dividing the concentration of 13 CO 2 obtained in the second step by the concentration correction value obtained from the correction line (claim 3).

【0017】前記請求項2記載の方法における第3の工
程における補正線は、具体的には、12CO2及び13CO2
の濃度並びに酸素濃度が既知のガスについて、12CO2
及び13CO2の波長に対応する吸光度を求め、前記検量
線を用いて12CO213CO2との濃度比を求め、求めら
れた濃度比を酸素濃度に対してプロットすることにより
得られ、前記第3の工程における補正方法は、被測定ガ
スについて第3の工程で得られた酸素ガスの濃度を補正
線に当てはめて12CO213CO2との濃度比補正値を求
め、第2の工程で得られた12CO213CO2との濃度比
を、補正線から得られた前記濃度比補正値で割ることに
より行う(請求項4)。
The correction line in the third step of the method according to the second aspect is, specifically, 12 CO 2 and 13 CO 2.
Concentrations and the oxygen concentration for known gas of, 12 CO 2
And the absorbance corresponding to the wavelength of 13 CO 2 is obtained, the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 is obtained using the calibration curve, and the obtained concentration ratio is plotted against the oxygen concentration. The correction method in the third step is to apply a concentration line of the oxygen gas obtained in the third step with respect to the gas to be measured to obtain a concentration ratio correction value between 12 CO 2 and 13 CO 2 , This is performed by dividing the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 obtained in the step 2 by the concentration ratio correction value obtained from the correction line (claim 4).

【0018】また、本発明の同位体ガス分光測定装置
は、前記本発明の同位体ガス分光測定方法を実施するた
めの測定装置であって、データの処理機能の実現手段と
して、セルに導かれた12CO2及び13CO2について測定
された、各成分ガスに適した波長に対応する光の光量に
基づいて吸光度を求める吸光度算出手段と、既知の濃度
12CO2及び13CO2を含むガスを測定することによっ
て作成された検量線を用いて、12CO2 の濃度と13CO
2の濃度を求め、12CO213CO2との濃度比を求める
濃度算出手段と、被測定ガスに含まれる酸素濃度を測定
する酸素濃度測定手段と、酸素濃度並びに12CO2及び
13CO2の濃度が既知のガスを測定することによって作
成された補正線を用いて、測定された酸素濃度に応じて
12CO213CO2との濃度比を補正する濃度比の補正手
段を含むものである(請求項5)。
An isotope gas spectrometer of the present invention is a measuring device for performing the above-mentioned isotope gas spectrometry method of the present invention, and is provided to a cell as a means for realizing a data processing function. An absorbance calculating means for obtaining an absorbance based on the amount of light corresponding to the wavelength suitable for each component gas measured for the measured 12 CO 2 and 13 CO 2 , and a known concentration of 12 CO 2 and 13 CO 2 . using a calibration curve prepared by measuring the free gas, of 12 CO 2 concentration and 13 CO
2 , concentration calculating means for determining the concentration ratio of 12 CO 2 and 13 CO 2 , oxygen concentration measuring means for measuring the oxygen concentration contained in the gas to be measured, oxygen concentration and 12 CO 2 and
Using the correction curve prepared by the 13 CO 2 concentration measuring a known gas, depending on the measured oxygen concentration
A concentration ratio correcting means for correcting the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 is included (claim 5).

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、同位体13Cでマーキングし
たウレア診断薬を人間に投与した後、呼気中の13CO2
濃度比を分光測定する場合の、本発明の実施の形態を、
添付図面を参照しながら詳細に説明する。 I.呼気テスト まず、ウレア診断薬を投与する前の患者の呼気を呼気バ
ッグに採集する。呼気バッグの容量は、250ml程度
である。その後、ウレア診断薬を経口投与し、10−1
5分後、投与前と同様の方法で呼気バッグに呼気を採集
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, after a urea diagnostic agent marked with isotope 13 C is administered to humans, 13 CO 2 in exhaled breath
An embodiment of the present invention for performing spectral measurement of the concentration ratio,
This will be described in detail with reference to the accompanying drawings. I. Breath test First, the breath of the patient before administration of the urea diagnostic agent is collected in a breath bag. The capacity of the exhalation bag is about 250 ml. Thereafter, a urea diagnostic agent was orally administered and 10-1
Five minutes later, the breath is collected in a breath bag in the same manner as before administration.

【0020】投与前と投与後の呼気バッグをそれぞれ同
位体ガス分光測定装置の所定のノズルにセットし、以下
の自動制御を行う。 II.同位体ガス分光測定装置 図1は、同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。投与後の呼気(以下「サンプルガス」と
いう)を採集した呼気バッグと投与前の呼気(以下「ベ
ースガス」という)を採集した呼気バッグとはそれぞれ
ノズルN1 ,N2 にセットされる。ノズルN1 は、透明
樹脂パイプ(以下単に「パイプ」という)を通して三方
バルブにV1 につながり、ノズルN2 は、パイプを通し
て三方バルブV2 につながっている。
The exhalation bags before and after administration are respectively set in predetermined nozzles of the isotope gas spectrometer, and the following automatic control is performed. II. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an isotope gas spectrometer. The exhalation bag that collects exhaled air after administration (hereinafter referred to as “sample gas”) and the exhalation bag that collects exhaled air before administration (hereinafter referred to as “base gas”) are set in nozzles N 1 and N 2 , respectively. The nozzle N 1 is connected to a three-way valve V 1 through a transparent resin pipe (hereinafter simply referred to as “pipe”), and the nozzle N 2 is connected to a three-way valve V 2 through a pipe.

【0021】一方、ガスボンベからリファレンスガス
(測定対象波長域に吸収のないガスであれば何でもよ
い。例えば窒素ガス)が供給されている。リファレンス
ガスは二方に分かれ、一方は流量計M1 を通してリファ
レンスセル11cに入り、他方は流量計M2 を通して三
方バルブV3 に通じている。リファレンスセル11cに
入ったリファレンスガスはリファレンスセル11cから
出てそのまま排出される。
On the other hand, a reference gas (any gas having no absorption in the wavelength range to be measured, for example, nitrogen gas) is supplied from a gas cylinder. Reference gas divided into two-way, one enters a reference cell 11c through the flow meter M 1, the other leads to the three-way valve V 3 through the flow meter M 2. The reference gas that has entered the reference cell 11c exits the reference cell 11c and is discharged as it is.

【0022】三方バルブV3 から分かれた一方は、三方
バルブV1 につながり、他方は、12CO2 の吸収を測定
するための第1サンプルセル11aにつながっている。
また、三方バルブV2 から分かれた一方は、二方バルブ
4 を通して第1サンプルセル11aにつながり、他方
は三方バルブV1 につながっている。さらに、三方ハル
ブV3 と第1サンプルセル11aとの間には、サンプル
ガス又はベースガスを定量的に注入するためのガス注入
器21(容量60cc)が介在している。このガス注入
器21は、ピストンとシリンダーを有する注射器のよう
な形状のもので、ビストンの駆動は、図示しないモータ
と、モータに連結された送りネジと、ピストンに固定さ
れたナットとの共働によって行われる。
[0022] While the divided from way valve V 3 leads to the three-way valve V 1, and the other thereof is connected to the first sample cell 11a for measuring the absorption of 12 CO 2.
Also, while the divided from way valve V 2 are two-way leads to the first sample cell 11a through a valve V 4, the other is connected to the three-way valve V 1. Furthermore, between the three-way Harrub V 3 and the first sample cell 11a, the gas injector 21 for quantitatively injecting the sample gas or the base gas (volume 60 cc) is interposed. The gas injector 21 has a shape like a syringe having a piston and a cylinder. The drive of the piston is performed by a motor (not shown), a feed screw connected to the motor, and a nut fixed to the piston. Done by

【0023】セル室11は、図1に示すように、12CO
2 の吸収を測定するための短い第1サンプルセル11
a、13CO2 の吸収を測定するための長い第2サンプル
セル11b及びリファレンスガスを流すリファレンスセ
ル11cからなり、第1サンプルセル11aと第2サン
プルセル11bとは連通しており、第1サンプルセル1
1aに導かれたガスは、そのまま第2サンプルセル11
bに入り、排気されるようになっている。また、リファ
レンスセル11cにはリファレンスガスが導かれ、排気
されるようになっている。第1サンプルセル11aの長
さは具体的には13mmであり、第2サンプルセル11
bの長さは具体的には250mmであり、リファレンス
セル11cの長さは具体的には236mmである。
As shown in FIG. 1, the cell chamber 11 contains 12 CO 2.
Short first sample cell 11 for measuring the absorption of 2
a, comprising a long second sample cell 11b for measuring the absorption of 13 CO 2 and a reference cell 11c for flowing a reference gas, the first sample cell 11a and the second sample cell 11b are in communication with each other, Cell 1
The gas led to the first sample cell 11a
b and is exhausted. The reference gas is guided to the reference cell 11c and exhausted. The length of the first sample cell 11a is specifically 13 mm, and the length of the second sample cell 11a is 11 mm.
The length of b is specifically 250 mm, and the length of the reference cell 11c is specifically 236 mm.

【0024】リファレンスセル11cから導出されてい
る排気管には、O2 センサ18が設けられている。この
2 センサ18には、市販の酸素センサを用いることが
できる。例えばジルコニアセンサ等の固体電解質ガスセ
ンサ、ガルバニ電池式センサ等の電気化学ガスセンサを
使用することができる。符号Lは、赤外線光源装置を示
す。赤外線光源装置Lは赤外線を照射するための2つの
導波管23a,23bを備えている。赤外線発生の方式
は、任意のものでよく、例えばセラミックスヒータ(表
面温度450℃)等が使用可能である。また、赤外線を
一定周期でしゃ断し通過させる回転するチョッパ22が
設けられている。赤外線光源装置Lから照射された赤外
線のうち、第1サンプルセル11a及びリファレンスセ
ル11cを通るものが形成する光路を「第1の光路」と
いい、第2サンプルセル11bを通るものが形成する光
路を「第2の光路」という(図2参照)。
An O 2 sensor 18 is provided in an exhaust pipe led from the reference cell 11c. As the O 2 sensor 18, a commercially available oxygen sensor can be used. For example, a solid electrolyte gas sensor such as a zirconia sensor or an electrochemical gas sensor such as a galvanic cell type sensor can be used. Symbol L indicates an infrared light source device. The infrared light source device L includes two waveguides 23a and 23b for irradiating infrared rays. The method of generating infrared rays may be any method, for example, a ceramic heater (surface temperature of 450 ° C.) or the like can be used. In addition, a rotating chopper 22 that cuts off and passes infrared rays at a constant cycle is provided. Among the infrared rays emitted from the infrared light source device L, an optical path formed by a light passing through the first sample cell 11a and the reference cell 11c is referred to as a "first light path", and an optical path formed by a light passing through the second sample cell 11b. Is referred to as a “second optical path” (see FIG. 2).

【0025】符号Dは、セルを通過した赤外線を検出す
る赤外線検出装置を示している。赤外線検出装置Dは、
第1の光路に置かれた第1の波長フィルタ24aと第1
の検出素子25a、第2の光路に置かれた第2の波長フ
ィルタ24bと第2の検出素子25bを備えている。第
1の波長フィルタ24aは、12CO2 の吸収を測定する
ため約4280nmの波長の赤外線を通し(バンド幅約
20nm)、第2の波長フィルタ24bは、 13CO2
吸収を測定するため約4412nmの波長の赤外線を通
すように設計されている(バンド幅約50nm)。第1
の検出素子25a、第2の検出素子25bは赤外線を検
出する素子であれば任意のものでよく、例えばPbSe
といった半導体赤外センサが使用される。
The symbol D detects infrared light passing through the cell.
FIG. The infrared detector D is
A first wavelength filter 24a placed in a first optical path and a first wavelength filter 24a;
Of the second wavelength filter placed in the second optical path.
It has a filter 24b and a second detection element 25b. No.
One wavelength filter 24a is12COTwoMeasuring absorption
For this reason, it passes infrared light with a wavelength of about 4280 nm (bandwidth about
20 nm), the second wavelength filter 24b 13COTwoof
Pass infrared light at a wavelength of about 4412 nm to measure absorption.
(Bandwidth about 50 nm). First
Detection element 25a and second detection element 25b detect infrared rays.
Any element can be used as long as the element emits, for example, PbSe.
Such a semiconductor infrared sensor is used.

【0026】第1の波長フィルタ24a、第1の検出素
子25aは、Ar等の不活性ガスで満たされたパッケー
ジ26aの中に入っており、第2の波長フィルタ24
b、第2の検出素子25bも、同じく不活性ガスで満た
されたパッケージ26bの中に入っている。赤外線検出
装置Dの全体はヒータ及びペルチェ素子により一定温度
(25°C)に保たれ、パッケージ26a,26bの中
の検出素子の部分はペルチェ素子により0°Cに保たれ
ている。
The first wavelength filter 24a and the first detection element 25a are contained in a package 26a filled with an inert gas such as Ar, and the second wavelength filter 24a.
b, the second detection element 25b is also contained in a package 26b filled with an inert gas. The entire infrared detecting device D is maintained at a constant temperature (25 ° C.) by a heater and a Peltier element, and the parts of the detecting elements in the packages 26a and 26b are maintained at 0 ° C. by a Peltier element.

【0027】図2は、前記セル室11の詳細な構造を示
す断面図である。セル室11は、それ自体ステンレス製
であり、上下左右が金属板(例えば真鍮板)12で挟ま
れ、上下又は左右に挟まれたヒータ13を介して、断熱
材14で密閉されている。セル室11の中は、2段に分
かれ、一方の段には第1サンプルセル11aと、リファ
レンスセル11cとが配置され、他方の段には第2サン
プルセル11bが配置されている。
FIG. 2 is a sectional view showing the detailed structure of the cell chamber 11. As shown in FIG. The cell chamber 11 itself is made of stainless steel, and is vertically and horizontally sandwiched by a metal plate (for example, a brass plate) 12, and is sealed by a heat insulating material 14 via a heater 13 sandwiched vertically and horizontally. The cell chamber 11 is divided into two stages, one of which has a first sample cell 11a and a reference cell 11c, and the other of which has a second sample cell 11b.

【0028】第1サンプルセル11a及びリファレンス
セル11cには第1の光路が直列に通り、第2サンプル
セル11bには第2の光路が通っている。符号15,1
6,17は、赤外線を透過させるサファイヤ透過窓であ
る。前記セル室11は、ヒータ13により一定温度(4
0℃)に保たれるよう制御されている。 III .測定手順 測定は、リファレンスガス測定→ベースガス測定→リフ
ァレンスガス測定→サンプルガス測定→リファレンスガ
ス測定→‥‥という手順で行う。しかし、この手順の他
に、ベースガス測定→リファレンスガス測定→ベースガ
ス測定,サンプルガス測定→リファレンスガス測定→サ
ンプルガス測定,‥‥という手順でもよいが、同じベー
スガス、サンプルガスを2回測定しなければならないの
で効率は落ちる。以下、効率の良い前者の手順を説明す
る。
A first optical path passes in series between the first sample cell 11a and the reference cell 11c, and a second optical path passes through the second sample cell 11b. Symbol 15, 1
Reference numerals 6 and 17 denote sapphire transmission windows that transmit infrared rays. The cell chamber 11 is heated at a constant temperature (4
(0 ° C.). III. Measurement procedure Measurement is performed in the order of reference gas measurement → base gas measurement → reference gas measurement → sample gas measurement → reference gas measurement → ‥‥. However, in addition to this procedure, the procedure of base gas measurement → reference gas measurement → base gas measurement, sample gas measurement → reference gas measurement → sample gas measurement, and ‥‥, but the same base gas and sample gas are measured twice Efficiency must be reduced. Hereinafter, the former efficient procedure will be described.

【0029】測定の間、リファレンスガス11cにはリ
ファレンスガスが常時流れている。 III −1.リファレンス測定 図3に示すように、同位体ガス分光測定装置のガス流路
及びセル室11に、清浄なリファレンスガスを約15秒
間、毎分200ml程度流してガス流路及びセル室11
の洗浄をする。
During the measurement, the reference gas is constantly flowing in the reference gas 11c. III-1. Reference Measurement As shown in FIG. 3, a clean reference gas is flowed through the gas flow path and the cell chamber 11 for about 15 seconds at a rate of about 200 ml per minute into the gas flow path and the cell chamber 11 of the isotope gas spectrometer.
Wash.

【0030】次に、図4に示すように、ガス流路を変え
てリファレンスガスを流し、ガス流路及びセル室11の
洗浄をする。約30秒経過後、それぞれの検出素子25
a,25bにより、光量測定をする。このようにリファ
レンス測定をするのは、吸光度の算出をするためであ
る。このようにして、第1の検出素子25aで得られた
光量を121 、第2の検出素子25bで得られた光量を
131 と書く。 III −2.ベースガス測定 次に、リファレンスガスが第1サンプルセル11a、第
2サンプルセル11bを流れないようにして、呼気バッ
グより、ベースガスをガス注入器21で吸い込む(図5
参照)。
Next, as shown in FIG. 4, a reference gas is flowed by changing the gas flow path, and the gas flow path and the cell chamber 11 are cleaned. After about 30 seconds, each detection element 25
The light quantity is measured by a and 25b. The reason for performing the reference measurement in this way is to calculate the absorbance. In this manner, the amount of light obtained by the first detection element 25a is 12 R 1 , and the amount of light obtained by the second detection element 25b is
13 written as R 1. III-2. Base Gas Measurement Next, the base gas is sucked from the expiration bag by the gas injector 21 so that the reference gas does not flow through the first sample cell 11a and the second sample cell 11b (FIG. 5).
reference).

【0031】ベースガスを吸い込んだ後、図6に示すよ
うに、ガス注入器21を用いてベースガスを一定流量で
機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子25
a,25bにより、光量測定をする。このようにして、
第1の検出素子25aで得られた光量を12B、第2の検
出素子25bで得られた光量を13Bと書く。 III −3.リファレンス測定 再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする(図3、図4参照)。
After the base gas has been sucked in, the base gas is mechanically pushed out at a constant flow rate using a gas injector 21 as shown in FIG. During this time, each detection element 25
The light quantity is measured by a and 25b. In this way,
The amount of light obtained by the first detection element 25a 12 B, write the resulting quantity and the 13 B in the second detection element 25b. III-3. Reference measurement The gas flow path and the cell are washed again, and the light quantity of the reference gas is measured again (see FIGS. 3 and 4).

【0032】このようにして、第1の検出素子25aで
得られた光量122 、第2の検出素子25bで得られた
光量132 と書く。 III −4.サンプルガス測定 リファレンスガスが第1サンプルセル11a、第2サン
プルセル11bを流れないようにして、呼気バッグよ
り、サンプルガスをガス注入器21で吸い込む(図7参
照)。
As described above, the light amount 12 R 2 obtained by the first detection element 25 a and the light amount 13 R 2 obtained by the second detection element 25 b are written. III-4. Sample gas measurement The sample gas is sucked from the expiration bag by the gas injector 21 so that the reference gas does not flow through the first sample cell 11a and the second sample cell 11b (see FIG. 7).

【0033】サンプルガスを吸い込んだ後、図8に示す
ように、ガス注入器21を用いてサンプルガスを一定速
度で機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子2
5a,25bにより、光量測定をする。このようにし
て、第1の検出素子25aで得られた光量を12S、第2
の検出素子25bで得られた光量を13Sと書く。 III −5.リファレンス測定 再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする(図3、図4参照)。
After the sample gas has been sucked in, the sample gas is mechanically pushed out at a constant speed using a gas injector 21 as shown in FIG. During this time, each detection element 2
The light quantity is measured by 5a and 25b. In this manner, the amount of light obtained by the first detection element 25a 12 S, second
The amount of light obtained by the detection element 25b are the 13 S. III-5. Reference measurement The gas flow path and the cell are washed again, and the light quantity of the reference gas is measured again (see FIGS. 3 and 4).

【0034】このようにして、第1の検出素子25aで
得られた光量を123 、第2の検出素子25bで得られ
た光量を133 と書く。 IV.データ処理 IV−1.ベースガスの吸光度の算出 まず、前記リファレンスガスの透過光量121
131 、ベースガスの透過光量12B、13B、リファレン
スガスの透過光量122 132 を使って、ベースガス
における12CO2 の吸光度12Abs(B) と、13CO2 の吸
光度13Abs(B) とを求める。
Thus, the light quantity obtained by the first detection element 25a is written as 12 R 3 , and the light quantity obtained by the second detection element 25b is written as 13 R 3 . IV. Data processing IV-1. Calculation of absorbance of base gas First, the transmitted light amount of the reference gas 12 R 1 ,
Using 13 R 1 , the transmitted light amount of the base gas 12 B, 13 B, and the transmitted light amount of the reference gas 12 R 2 , 13 R 2 , the absorbance of 12 CO 2 in the base gas, 12 Abs (B) and 13 CO 2 The absorbance is determined as 13 Abs (B).

【0035】ここで12CO2 の吸光度12Abs(B) は、12 Abs(B) =− log〔212B/(121 122 )〕 で求められ、13CO2 の吸光度13Abs(B) 、13 Abs(B) =− log〔213B/(131132 )〕 で求められる。[0035] Here, 12 CO 2 absorbance 12 Abs (B) is, 12 Abs (B) = - calculated in log [2 12 B / (12 R 1 + 12 R 2) ], 13 CO 2 absorbance 13 determined by log [2 13 B / (13 R 1 + 13 R 2) ] - abs (B), 13 abs (B) =.

【0036】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量の平均値(R1 +R
2 )/2をとり、その平均値と、ベースガス測定で得ら
れた光量とを用いて吸光度を算出しているので、ドリフ
ト( 時間変化が測定に影響を及ぼすこと) の影響を相殺
することができる。したがって、装置の立ち上げ時に完
全に熱平衡になるまで( 通常数時間かかる) 待たなくて
も、速やかに測定を始めることができる。
As described above, when calculating the absorbance, the average value (R 1 + R) of the light amounts of the reference measurements performed before and after
2 ) Take the value of 2 and calculate the absorbance using the average value and the amount of light obtained from the base gas measurement. Therefore, offset the effect of drift (time change affects the measurement). Can be. Therefore, measurement can be started immediately without having to wait for complete thermal equilibrium (usually several hours) when starting up the device.

【0037】なお、III .の冒頭で述べたようにべース
ガス測定→リファレンスガス測定→ベースガス測定→サ
ンプルガス測定→リファレンスガス測定→サンプルガス
測定,……という手順を採用した場合は、ベースガスの
12CO2 の吸光度12Abs(B)は、12 Abs(B) =− log〔(121 122 )/212R〕 で求められ、13CO2 の吸光度13Abs(B) は、13 Abs(B) =− log〔(131132 )/213R〕 で求められる。ここで、Rは、リファレンスガスの透過
光量、B1 ,B2 は、それぞれリファレンスガスの測定
前後のベースガスの透過光量である。 IV−2. サンプルガスの吸光度の算出 次に、前記リファレンスガスの透過光量122
132 、サンプルガスの透過光量12S、13S、リファレ
ンスガスの透過光量123 133 を使って、サンプル
ガスにおける12CO2 の吸光度12Abs(S) と、13CO2
の吸光度13Abs(S) とを求める。
It should be noted that III. As described at the beginning of the above, when the procedure of base gas measurement → reference gas measurement → base gas measurement → sample gas measurement → reference gas measurement → sample gas measurement, etc. is adopted, the base gas measurement
12 CO 2 absorbance 12 Abs (B) is, 12 Abs (B) = - calculated by log [(12 B 1 + 12 B 2 ) / 2 12 R ], 13 CO 2 absorbance 13 Abs (B) is , 13 Abs (B) = - it is determined by the log [(13 B 1 + 13 B 2 ) / 2 13 R ]. Here, R is the transmitted light amount of the reference gas, and B 1 and B 2 are the transmitted light amounts of the base gas before and after the measurement of the reference gas, respectively. IV-2. Calculation of Absorbance of Sample Gas Next, the transmitted light amount of the reference gas 12 R 2 ,
Using 13 R 2 , the transmitted light amount of the sample gas 12 S, 13 S and the transmitted light amount of the reference gas 12 R 3 , 13 R 3 , the absorbance of 12 CO 2 in the sample gas, 12 Abs (S), and 13 CO 2
Absorbance 13 Request and Abs (S).

【0038】ここで12CO2 の吸光度12Abs(S) は、12 Abs(S) =− log〔212S/(122 123 )〕 で求められ、13CO2 の吸光度13Abs(S) は、13 Abs(S) =− log〔213S(132 133 )〕 で求められる。[0038] Here, 12 CO 2 absorbance 12 Abs (S) is, 12 Abs (S) = - calculated in log [2 12 S / (12 R 2 + 12 R 3) ], 13 CO 2 absorbance 13 abs (S) is, 13 abs (S) = - is determined by the log [2 13 S (13 R 2 + 13 R 3) ].

【0039】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量平均値をとり、その
平均値と、サンプルガス測定で得られた光量とを用いて
吸光度を算出しているので、ドリフトの影響を相殺する
ことができる。なお、III .の冒頭で述べたようにべー
スガス測定→リファレンスガス測定→ベースガス測定,
サンプルガス測定→リファレンスガス測定→サンプルガ
ス測定,……という手順を採用した場合は、サンプルガ
スの12CO2 の吸光度12Abs(S) は、12 Abs(S) =− log〔(121 122 )/212R〕 で求められ、13CO2 の吸光度13Abs(S) は、13 Abs(S) =− log〔(131 132 )/213R〕 で求められる。ここで、Rは、リファレンスガスの透過
光量、S1 ,S2 は、それぞれリファレンスガスの測定
前後のサンプルガスの透過光量である。 IV−3.濃度の算出 検量線を使って、12CO2 の濃度と13CO2 の濃度を求
める。
As described above, when calculating the absorbance, the average value of the light amounts of the reference measurements performed before and after is taken, and the absorbance is calculated using the average value and the light amount obtained by the sample gas measurement. Therefore, the influence of the drift can be offset. In addition, III. Base gas measurement → reference gas measurement → base gas measurement,
If the procedure of sample gas measurement → reference gas measurement → sample gas measurement, etc. is adopted, the absorbance 12 Abs (S) of 12 CO 2 of the sample gas is 12 Abs (S) = − log [( 12 S 1 + 12 S 2) / 2 12 R ] at sought, 13 CO 2 absorbance 13 Abs (S) is, 13 Abs (S) = - in log [(13 S 1 + 13 S 2 ) / 2 13 R ! Desired. Here, R is the transmitted light amount of the reference gas, and S 1 and S 2 are the transmitted light amounts of the sample gas before and after the measurement of the reference gas, respectively. IV-3. Calculation of Concentration The concentration of 12 CO 2 and the concentration of 13 CO 2 are determined using a calibration curve.

【0040】検量線は、12CO2 濃度の分かっている被
測定ガスと、13CO2 濃度の分かっている被測定ガスを
用いて、作成する。なお厳密にいうと、12CO2 の入っ
ているガスと、13CO2 の入っているガスをそれぞれ単
独で測定するのと、12CO213CO2 とが混合してい
るガスを測定するのでは、13CO2 の吸光度が違ってく
る。これは、使用する波長フィルタがバンド幅を持って
いることと、12CO2 の吸収スペクトルと13CO2 の吸
収スペクトルとがー部重なっているからである。本棚定
では、12CO2 13CO2 とが混合しているガスを測定
対象とするので、検量線を決定するときに前記重なり分
を補正しておく必要がある。本測定では実際、吸収スペ
クトルのー部重なりを補正したデータを採用している。
The calibration curve is created by using a measured gas having a known 12 CO 2 concentration and a measured gas having a known 13 CO 2 concentration. Strictly speaking, a gas containing 12 CO 2 and a gas containing 13 CO 2 are measured independently, and a gas containing 12 CO 2 and 13 CO 2 is measured. So, the absorbance of 13 CO 2 will be different. This is because the wavelength filter used has a bandwidth and the absorption spectrum of 12 CO 2 and the absorption spectrum of 13 CO 2 overlap. In the book shelf determination, since a gas in which 12 CO 2 and 13 CO 2 are mixed is to be measured, it is necessary to correct the overlap when determining a calibration curve. In this measurement, data obtained by correcting the partial overlap of the absorption spectrum is actually used.

【0041】12CO2 濃度について検量線を求めるに
は、12CO2 濃度を0%〜6%程度の範囲で20ポイン
トとって、12CO2 の吸光度を測定する。各データ点を
通る曲線は、最小自乗法を用いて決定する。2 次式で近
似したものが、比較的誤差の少ない曲線となったので、
本実施形態では、2 次式で近似した検量線を採用してい
る。
[0041] The 12 CO 2 concentration is obtained a calibration curve, 12 the CO 2 concentration taking 20 points in the range of about 0% to 6%, measuring the absorbance of 12 CO 2. The curve passing through each data point is determined using the least squares method. The approximation by the quadratic equation resulted in a curve with relatively few errors.
In the present embodiment, a calibration curve approximated by a quadratic equation is employed.

【0042】次に、ベースガスについて前記検量線を用
いて求められた12CO2 の濃度の付近で5ポイントのデ
ータをとる。この5ポイントのデータの範囲は、濃度幅
でいえば、1.5%に相当し、上で求めた検量線の範囲
(6%)の1/4になっている。そして、この狭い範囲
で再度、検量線を作成する。このような狭い範囲のデー
タを用いて検量線を作成すると、データと近似曲線との
フィッティングがよくなり、検量線作成上の誤差が非常
に少なくなることが認められる。したがって、この再度
作成した検量線を用いて、ベースガスの吸光度12Abs
(B) から成分ガスの濃度を求める。
Next, five points of data are taken in the vicinity of the concentration of 12 CO 2 determined for the base gas using the above calibration curve. This 5-point data range is equivalent to 1.5% in terms of the concentration range, and is 1/4 of the calibration curve range (6%) obtained above. Then, a calibration curve is created again in this narrow range. When a calibration curve is created using such a narrow range of data, it is recognized that the fitting between the data and the approximate curve is improved, and the error in creating the calibration curve is extremely reduced. Therefore, using the re-created calibration curve, the absorbance of the base gas was 12 Abs.
Calculate the concentration of the component gas from (B).

【0043】サンプルガスについても同様にして12CO
2 の濃度を求める。次に、13CO2 濃度について検量線
を求めるには、13CO2 濃度を0.00%〜0.07%
程度の範囲で20ポイントとって、13CO2 の吸光度を
測定する。各データ点を通る曲線は、最小自乗法を用い
て決定する。2次式で近似したものが、比較的誤差の少
ない曲線となったので、本実施形態では、2次式で近似
した検量線を採用している。
Similarly, for the sample gas, 12 CO
Find the concentration of 2 . Next, determine the calibration curve for 13 CO 2 concentration, the 13 CO 2 concentration 0.00% 0.07%
Take 20 points in the range and measure the absorbance of 13 CO 2 . The curve passing through each data point is determined using the least squares method. Since the curve approximated by the quadratic equation has a relatively small error curve, the calibration curve approximated by the quadratic equation is employed in the present embodiment.

【0044】次に、ベースガスについて前記検量線を用
いて求められた13CO2 の濃度の付近で5ポイントのデ
ータをとる。この5ポイントのデータの範囲は、濃度幅
でいえば、0.015%に相当し、上で求めた検量線の
範囲(0.07%)の1/4になっている。そして、こ
の狭い範囲で再度、検量線を作成する。このような狭い
範囲のデータを用いて検量線を作成すると、データと近
似曲線とのフィッティングがよくなり、検量線作成上の
誤差が非常に少なくなることが認められる。したがっ
て、この再度作成した検量線を用いて、ベースガスの吸
光度13Abs(B) から成分ガスの濃度を求める。
Next, five points of data are obtained for the base gas near the 13 CO 2 concentration determined using the above calibration curve. This 5-point data range corresponds to 0.015% in terms of the concentration range, which is 1/4 of the calibration curve range (0.07%) obtained above. Then, a calibration curve is created again in this narrow range. When a calibration curve is created using such a narrow range of data, it is recognized that the fitting between the data and the approximate curve is improved, and the error in creating the calibration curve is extremely reduced. Therefore, the concentration of the component gas is determined from the absorbance 13 Abs (B) of the base gas using the re-created calibration curve.

【0045】次に、サンブルガスについても同様にして
13CO2 の濃度を求める。前記検量線を用いて求められ
た、ベースガスにおける12CO2 の濃度を12Conc(B) 、
さらに補正されたベースガスにおける13CO2 の濃度を
13Conc(B) 、サンプルガスにおける12CO2 の濃度を12
Conc(S) 、補正されたサンプルガスにおける13CO2
濃度を13Conc(S) と書く。 IV−4.濃度比の算出13 CO212CO2 との濃度比を求める。ベースガスに
おける13CO2 濃度比は、13 Conc(B) /12Conc(B) サンプルガスにおける13CO2 濃度比は、13 ConC(S) /12Conc(S) で求められる。
Next, the same applies to sample gas.
13 Determine the concentration of CO 2 . The concentration of 12 CO 2 in the base gas, determined using the calibration curve, is calculated as 12 Conc (B),
Further corrected the concentration of 13 CO 2 in the base gas
13 Conc (B), the concentration of 12 CO 2 in the sample gas 12
Conc (S), the concentration of 13 CO 2 in the corrected sample gas is written as 13 Conc (S). IV-4. Calculation of concentration ratio The concentration ratio between 13 CO 2 and 12 CO 2 is determined. The 13 CO 2 concentration ratio in the base gas is: 13 Conc (B) / 12 Conc (B) The 13 CO 2 concentration ratio in the sample gas is obtained by 13 ConC (S) / 12 Conc (S).

【0046】なお、濃度比は、13Conc(B) / 12Conc(B)
13Conc(B), 13Conc(S)/12Conc(S) +13Conc(S) と
定義してもよい。12CO2 の濃度のほうが13CO2 の濃
度よりはるかに大きいので、いずれもほぼ同じ値となる
からである。 IV−5.濃度比の補正 そして、ベースガス及びサンブルガスの13CO2 濃度比
に対して、本発明に係る酸素濃度補正を行う。
The concentration ratio is 13 Conc (B) / 12 Conc (B)
+ 13 Conc (B), 13 Conc (S) / 12 Conc (S) + 13 may be defined as Conc (S). This is because the concentration of 12 CO 2 is much higher than the concentration of 13 CO 2 , so that both have substantially the same value. IV-5. Correction of Concentration Ratio Then, the oxygen concentration correction according to the present invention is performed on the 13 CO 2 concentration ratio of the base gas and the sample gas.

【0047】このため、被測定ガスの酸素含有率に対し
13CO2 濃度比の測定値をプロットしたグラフ(図
9)を用いて、13CO2 濃度比を補正する。具体的に
は、O2 センサ18によって検出された呼気に含まれる
酸素濃度値を図9の横軸にあてはめて、13CO2 濃度比
規格化値を求める。そして、ベースガス及びサンブルガ
スの13CO2 濃度比を、この13CO2 濃度比規格化値で
割る。すると、酸素濃度により補正された13CO2 濃度
比を求めることができる。 IV−6.13Cの変化分の決定 サンプルガスとベースガスとを比較した13Cの変化分は
次の式で求められる。
Therefore, the 13 CO 2 concentration ratio is corrected using a graph (FIG. 9) in which the measured value of the 13 CO 2 concentration ratio is plotted against the oxygen content of the gas to be measured. Specifically, the oxygen concentration value contained in the exhaled air detected by the O 2 sensor 18 is applied to the horizontal axis in FIG. 9 to obtain the 13 CO 2 concentration ratio normalized value. Then, the 13 CO 2 concentration ratio of the base gas and the sample gas is divided by the 13 CO 2 concentration ratio standardized value. Then, the 13 CO 2 concentration ratio corrected by the oxygen concentration can be obtained. IV-6. 13 C 13 C variation in comparing the variation of the determined sample gas and the base gas is obtained by the following expression.

【0048】Δ13C=〔サンプルガスの濃度比−ベース
ガスの濃度比〕×103 /〔ベースガスの濃度比〕
(単位: パーミル(千分率)) V.変更例 本発明は、前記の各実施形態に限られるものではない。
前記実施形態では、ベースガス及びサンブルガスの12
2 濃度、13CO2 濃度を求め、濃度比を算出し、この
濃度比に対して、酸素濃度補正を行っていた。しかし、
ベースガス及びサンブルガスの12CO2 濃度、13CO2
濃度を求め、酸素濃度補正を行い、12CO2 濃度、13
2 濃度を補正し、それから濃度比をとることも可能で
ある。
Δ 13 C = [concentration ratio of sample gas−concentration ratio of base gas] × 10 3 / [concentration ratio of base gas]
(Unit: per mill (per thousand)) Modifications The present invention is not limited to the above embodiments.
In the above embodiment, the base gas and sample gas of 12 C
The O 2 concentration and 13 CO 2 concentration were determined, the concentration ratio was calculated, and the oxygen concentration was corrected for this concentration ratio. But,
12 CO 2 concentration of base gas and sample gas, 13 CO 2
Determine the concentration and correct the oxygen concentration to obtain 12 CO 2 concentration, 13 C
It is also possible to correct the O 2 concentration and then take the concentration ratio.

【0049】[0049]

【実施例】酸素を高濃度(約90%)に含む被測定ガス
について、13CO2 濃度比(既知)を変えて吸光度を測
定し、検量線に当てはめて、13CO2 濃度比を測定し
た。さらに、図9で求められた補正線を使って、13CO
2 濃度比を補正した。実際の13CO2 濃度比を規格化し
て横軸に、補正後の13CO2 濃度比を規格化して縦軸に
プロットしたところ、図12に示すようになった。
[Example] For a gas to be measured containing oxygen in a high concentration (about 90%), the absorbance was measured while changing the 13 CO 2 concentration ratio (known), and the 13 CO 2 concentration ratio was measured by applying to a calibration curve. . Further, by using the correction line determined in FIG. 9, 13 CO
2. The concentration ratio was corrected. When the actual 13 CO 2 concentration ratio was normalized and plotted on the horizontal axis, and the corrected 13 CO 2 concentration ratio was normalized and plotted on the vertical axis, the result was as shown in FIG.

【0050】実際の13CO2 濃度比と測定13CO2 濃度
比との相関(グラフの傾き)はほぼ1:1になってい
る。これは、図11のグラフで、実際の13CO2 濃度比
と測定 13CO2 濃度比との相関が約1:0.3となって
いるのと比較すると、大きな改善である。したがって、
補正線を用いて補正することにより、13CO2 濃度比の
精度が顕著に向上することが分かった。
The actual13COTwoConcentration ratio and measurement13COTwoconcentration
The correlation with the ratio (slope of the graph) is almost 1: 1
You. This is the graph of FIG.13COTwoConcentration ratio
And measurement 13COTwoThe correlation with the concentration ratio is about 1: 0.3
This is a significant improvement compared to Therefore,
By correcting using a correction line,13COTwoConcentration ratio
It was found that the accuracy was significantly improved.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のように本発明の同位体ガス分光測
定方法又は測定装置によれば、成分ガスとして二酸化炭
13CO2 を含む被測定ガスをセルに導き分光測定をす
る場合に、被測定ガスに含まれる酸素濃度による補正を
施しているので、成分ガスの濃度又は濃度比をより良好
な精度で測定することができる。
As described above, according to the isotope gas spectroscopic measurement method or measuring apparatus of the present invention, when a gas to be measured containing carbon dioxide 13 CO 2 as a component gas is introduced into a cell and spectroscopically measured, Since the correction based on the concentration of oxygen contained in the measurement gas is performed, the concentration or concentration ratio of the component gas can be measured with better accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an isotope gas spectrometer.

【図2】セル室の構造を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a cell chamber.

【図3】同位体ガス分光測定装置のガス流路及びセル室
に、清浄なリファレンスガスを流して洗浄するときのガ
ス流路を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a gas flow path when a clean reference gas is flown through a gas flow path and a cell chamber of the isotope gas spectrometer for cleaning.

【図4】同位体ガス分光測定装置のガス流路及びセル室
に、清浄なリファレンスガスを流して洗浄し、かつリフ
ァレンス測定をするときのガス流路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a gas flow path when a clean reference gas is flown through a gas flow path and a cell chamber of the isotope gas spectrometer to perform cleaning and reference measurement.

【図5】リファレンスガスが第1サンプルセル11a、
第2サンプルセル11bを流れないようにして、呼気バ
ッグより、ベースガスをガス注入器21で吸い込む途中
の状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a first sample cell 11a having a reference gas;
It is a figure which shows the state in which the base gas is inhaled by the gas injector 21 from the expiration bag so that it may not flow through the 2nd sample cell 11b.

【図6】ベースガスを吸い込んだ後、ガス注入器21を
用いてべースガスをー定速度で機械的に押し出し、この
間、それぞれの検出素子25a,25bにより、光量測
定をするときのガス流路を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a gas flow path when a light amount is measured by each of the detection elements 25a and 25b while the base gas is mechanically pushed out at a constant speed by using the gas injector 21 after sucking the base gas. FIG.

【図7】リファレンスガスが第1サンプルセル11a、
第2サンプルセル11bを流れないようにして、呼気バ
ッグより、サンプルガスをガス注入器21で吸い込む途
中の状態を示す図である。
FIG. 7 shows a first sample cell 11a having a reference gas;
FIG. 9 is a diagram showing a state in which a sample gas is being sucked in from a breath bag by a gas injector 21 so as not to flow through a second sample cell 11b.

【図8】サンプルガスを吸い込んだ後、ガス注入器21
を用いてサンプルガスをー定速度で機械的に押し出し、
この間、それぞれの検出素子25a,25bにより、光
量測定をするときのガス流路を示す図である。
FIG. 8 shows a gas injector 21 after aspirating a sample gas.
Mechanically extrude the sample gas at a constant speed using
FIG. 4 is a diagram showing gas flow paths when measuring the amount of light by the detection elements 25a and 25b during this time.

【図9】13CO2 濃度比が同じで酸素の濃度が異なるよ
うに、13CO2 を酸素と窒素で希釈した被測定ガスを作
り、酸素含有率に対して、13CO2 濃度比の測定値をプ
ロットしたグラフである。13CO2 濃度比の測定値は、
酸素含有率が0%のときの13CO2 濃度比で規格化して
いる。
FIG. 9: A gas to be measured is prepared by diluting 13 CO 2 with oxygen and nitrogen so that the 13 CO 2 concentration ratio is the same and the oxygen concentration is different, and the 13 CO 2 concentration ratio is measured with respect to the oxygen content. It is the graph which plotted the value. 13 The measured value of the CO 2 concentration ratio is
It is standardized by the 13 CO 2 concentration ratio when the oxygen content is 0%.

【図10】酸素を含まない被測定ガスについて、13CO
2 濃度比を変えて測定した結果を示すグラフである。横
軸は実際の13CO2 濃度比、縦軸は13CO2 濃度比の測
定値を表す。13CO2 濃度比は、13CO2 濃度比の一番
小さな値で規格化している。
FIG. 10 shows 13 CO for the gas to be measured containing no oxygen.
2 is a graph showing the results of measurement with changing the concentration ratio. The horizontal axis represents the actual 13 CO 2 concentration ratio, and the vertical axis represents the measured value of the 13 CO 2 concentration ratio. The 13 CO 2 concentration ratio is standardized by the smallest value of the 13 CO 2 concentration ratio.

【図11】酸素を高濃度(約90%)に含む被測定ガス
について、13CO2 濃度比を変えて測定した結果を示す
グラフである。横軸は実際の13CO2 濃度比、縦軸は13
CO2 濃度比の測定値を表す。13CO2 濃度比は、13
2 濃度比の一番小さな値で規格化している。
FIG. 11 is a graph showing the results of measurement of a gas to be measured containing oxygen at a high concentration (about 90%) while changing the 13 CO 2 concentration ratio. The horizontal axis is the actual 13 CO 2 concentration ratio, and the vertical axis is 13
It represents the measured value of the CO 2 concentration ratio. The 13 CO 2 concentration ratio is 13 C
It is standardized by the smallest value of the O 2 concentration ratio.

【図12】酸素を高濃度(約90%)に含む被測定ガス
について、13CO2 濃度比を変えて測定し、本発明によ
る補正をした結果を示すグラフである。横軸は実際の13
CO2 濃度比、縦軸は13CO2 濃度比の補正値を表す。
13CO2 濃度比は、13CO 2 濃度比の一番小さな値で規
格化している。
FIG. 12 is a gas to be measured containing oxygen at a high concentration (about 90%).
about,13COTwoThe measurement was performed while changing the concentration ratio, and
9 is a graph showing a result of the correction. The horizontal axis is the actual13
COTwoConcentration ratio, vertical axis is13COTwoIndicates the correction value of the density ratio.
13COTwoThe concentration ratio is13CO TwoSpecify the smallest value of the concentration ratio.
It has been formalized.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

D 赤外線検出装置 L 赤外線光源装置 M1 ,M2 流量計 N1 ,N2 ノズル V1 〜V4 バルブ 11a 第1サンプルセル 11b 第2サンプルセル 11c リファレンスセル 18 O2 センサ 21 ガス注入器 24a 第1の波長フィルタ 25a 第1の検出素子 24b 第2の波長フィルタ 25b 第2の検出素子D Infrared detector L Infrared light source device M 1 , M 2 Flow meter N 1 , N 2 nozzle V 1 -V 4 valve 11a First sample cell 11b Second sample cell 11c Reference cell 18 O 2 sensor 21 Gas injector 24a 1 wavelength filter 25a first detection element 24b second wavelength filter 25b second detection element

フロントページの続き (72)発明者 池上 英司 滋賀県甲賀郡水口町東名坂112番地 (72)発明者 筒井 和典 滋賀県甲賀郡水口町水口670番地の38 (56)参考文献 特開 平5−296922(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 33/497 JICSTファイル(JOIS)Continued on the front page (72) Inventor Eiji Ikegami 112 Tonasaka, Minaguchi-machi, Koka-gun, Shiga Pref. JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 G01N 33/497 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】二酸化炭素13CO2を成分ガスとして含む
被測定ガスをセルに導き、成分ガスに適した波長の透過
光の光量を測定しデータ処理することによって、成分ガ
スの濃度を測定する同位体ガス分光測定方法において、 被測定ガスをセルに導き、13CO2の波長に対応する吸
光度を求める第1の工程、 既知の濃度の13CO2を含むガスを測定することによっ
て作成された検量線を用いて、被測定ガス中の13CO2
の濃度を求める第2の工程、並びに被測定ガスに含まれ
る酸素濃度を測定し、酸素濃度及び13CO2の濃度が既
知のガスを測定することによって作成された補正線を用
いて、測定された酸素濃度に応じて13CO2の濃度を補
正する第3の工程を含むことを特徴とする同位体ガス分
光測定方法。
1. A gas to be measured containing carbon dioxide 13 CO 2 as a component gas is introduced into a cell, the amount of transmitted light having a wavelength suitable for the component gas is measured, and data processing is performed to measure the concentration of the component gas. in proportional gas spectroscopic measurement methods, lead to the measurement gas to the cell, a first step of determining the absorbance corresponding to a wavelength of 13 CO 2, is created by measuring a gas containing 13 CO 2 in the known concentration Using the calibration curve, 13 CO 2
A second step of determining the concentration of oxygen and the concentration of oxygen contained in the gas to be measured, and the oxygen concentration and 13 CO 2 concentration are measured using a correction line created by measuring a known gas. A third step of correcting the concentration of 13 CO 2 according to the oxygen concentration.
【請求項2】二酸化炭素12CO2 と、二酸化炭素13CO
2とを成分ガスとして含む被測定ガスをセルに導き、各
成分ガスに適した波長の透過光の光量を測定しデータ処
理することによって、成分ガスの濃度又は濃度比を測定
する同位体ガス分光測定方法において、 被測定ガスをセルに導き、12CO2 及び13CO2の波長
に対応する吸光度を求める第1の工程、 既知の濃度の12CO2及び13CO2を含むガスを測定する
ことによって作成された検量線を用いて、被測定ガスの
12CO2 の濃度と13CO2の濃度を求め、12CO2 13
CO2との濃度比を求める第2の工程、並びに被測定ガ
スに含まれる酸素濃度を測定し、酸素濃度並びに12CO
2及び13CO2の濃度が既知のガスを測定することによっ
て作成された補正線を用いて、測定された被測定ガスの
酸素濃度に応じて12CO2 13CO2との濃度比を補正
する第3の工程を含むことを特徴とする同位体ガス分光
測定方法。
2. Carbon dioxide 12 CO 2 and carbon dioxide 13 CO 2
Isotope gas spectroscopy to measure the concentration or concentration ratio of component gases by introducing the gas to be measured containing 2 as a component gas into a cell, measuring the amount of transmitted light having a wavelength suitable for each component gas, and processing the data. in the method, measuring the gas containing lead to the measurement gas to the cell, a first determining the absorbance corresponding to a wavelength of 12 CO 2 and 13 CO 2 process, the 12 CO 2 and 13 CO 2 in the known concentration Using the calibration curve created by
Seeking 12 CO 2 concentrations and the 13 CO 2 concentration, 12 CO 2 and 13
A second step of obtaining the concentration ratio of the CO 2, as well as to measure the concentration of oxygen contained in the measurement gas, the oxygen concentration and 12 CO
Using the correction curve prepared by concentration of 2 and 13 CO 2 is measuring a known gas, the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 in response to the measured oxygen concentration in the measurement gas was An isotope gas spectrometry method, comprising a third step of correcting.
【請求項3】前記第3の工程における補正線は、13CO
2の濃度及び酸素濃度が既知のガスについて、13CO2
波長に対応する吸光度を求め、前記検量線を用いて13
2の濃度を求め、求められた13CO2の濃度を酸素濃度
に対してプロットすることにより得られ、 前記第3の工程における補正方法は、被測定ガスについ
て第3の工程で得られた酸素ガスの濃度を補正線に当て
はめて13CO2の濃度補正値を求め、第2の工程で得ら
れた13CO2の濃度を、補正線から得られた前記濃度補
正値で割ることを特徴とする請求項1記載の同位体ガス
分光測定方法。
3. The correction line in the third step is: 13 CO
About 2 concentration and the oxygen concentration is known gas, obtains the absorbance corresponding to a wavelength of 13 CO 2, by using the calibration curve 13 C
The concentration of O 2 was obtained, and the obtained concentration of 13 CO 2 was plotted against the oxygen concentration. The correction method in the third step was obtained in the third step for the gas to be measured. the concentration of the oxygen gas obtains a 13 CO 2 concentration correction value by applying the correction line, the concentration of 13 CO 2 obtained in the second step, characterized by dividing by the density correction value obtained from the correction line The isotope gas spectrometry method according to claim 1, wherein
【請求項4】前記第3の工程における補正線は、12CO
2及び13CO2の濃度並びに酸素濃度が既知のガスについ
て、12CO2 及び13CO2の波長に対応する吸光度を求
め、前記検量線を用いて12CO2 13CO2との濃度比
を求め、求められた12CO213CO2との濃度比を酸素
濃度に対してプロットすることにより得られ、 前記第3の工程における補正方法は、被測定ガスについ
て第3の工程で得られた酸素ガスの濃度を補正線に当て
はめて12CO2 13CO2との濃度比補正値を求め、第
2の工程で得られた12CO2 13CO2との濃度比を、
補正線から得られた前記濃度比補正値で割ることを特徴
とする請求項2記載の同位体ガス分光測定方法。
4. The correction line in the third step is 12 CO
Concentrations and the oxygen concentration of 2 and 13 CO 2 is the known gas, obtains the absorbance corresponding to a wavelength of 12 CO 2 and 13 CO 2, the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 using the calibration curve Is obtained by plotting the determined concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 with respect to the oxygen concentration. The correction method in the third step is a method in which the gas to be measured is obtained in the third step. the concentration of oxygen gas obtained concentration ratio correction value for the 12 CO 2 and 13 CO 2 by applying the correction line, the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 obtained in the second step,
3. The isotope gas spectrometry method according to claim 2, wherein the isotope gas is divided by the concentration ratio correction value obtained from a correction line.
【請求項5】二酸化炭素12CO2 と、二酸化炭素13CO
2とを成分ガスとして含む被測定ガスをセルに導き、各
成分ガスに適した波長の透過光の光量を測定し、測定さ
れた光量をデータ処理手段によってデータ処理すること
によって、成分ガスの濃度又は濃度比を測定する同位体
ガス分光測定装置において、 前記データ処理手段が、 セルに導かれた被測定ガスについて測定された、12CO
2 及び13CO2に適した波長に対応する光の光量に基づ
いて吸光度を求める吸光度算出手段と、 既知の濃度の12CO2 及び13CO2を含むガスを測定す
ることによって作成された検量線を用いて、被測定ガス
12CO2 の濃度と13CO2の濃度を求め、12CO2
13CO2との濃度比を求める濃度算出手段と、 被測定ガスに含まれる酸素濃度を測定する酸素濃度測定
手段と、 酸素濃度並びに12CO2及び13CO2の濃度が既知のガ
を測定することによって作成された補正線を用いて、測
定された酸素濃度に応じて12CO2 13CO2との濃度
比を補正する濃度比の補正手段を含むことを特徴とする
同位体ガス分光測定装置。
5. Carbon dioxide 12 CO 2 and carbon dioxide 13 CO 2
The gas to be measured containing 2 as a component gas is led to the cell, the amount of transmitted light having a wavelength suitable for each component gas is measured, and the measured light amount is subjected to data processing by data processing means, thereby obtaining the concentration of the component gas. or in isotope gas spectroscopic measurement apparatus for measuring the concentration ratio, the data processing means, were measured for the measurement gas introduced into the cell, 12 CO
Calibration curve prepared by measuring the absorbance calculation means for determining the absorbance based on the amount of light corresponding to a wavelength suitable for 2 and 13 CO 2, a gas containing 12 CO 2 and 13 CO 2 in the known concentration using, determine the 12 CO 2 concentrations and the 13 CO 2 concentration in the measurement gas, and 12 CO 2
A density calculating means for calculating a concentration ratio between 13 CO 2, and the oxygen concentration measuring means for measuring a concentration of oxygen contained in the measurement gas, the concentration of the oxygen concentration and 12 CO 2 and 13 CO 2 are known gas measurement Isotope gas spectroscopy, comprising a concentration ratio correcting means for correcting the concentration ratio between 12 CO 2 and 13 CO 2 in accordance with the measured oxygen concentration using the correction line created by measuring device.
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