JP3336261B2 - 半導体レーザを用いた同位体の分光分析方法 - Google Patents
半導体レーザを用いた同位体の分光分析方法Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ光を
使用して被測定ガスの吸収スペクトルを測定し、そのス
ペクトルから被測定ガス中の同位体を同定したり、存在
比、濃度を高精度・高感度に分析する方法に関するもの
である。
使用して被測定ガスの吸収スペクトルを測定し、そのス
ペクトルから被測定ガス中の同位体を同定したり、存在
比、濃度を高精度・高感度に分析する方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】医療分野においては、身体内の各種器官
の状態を診断把握するために、安定同位体を投与して、
排気される呼気中の同位体を分析することによって行わ
れている。例えば、最近においては、胃炎や胃潰瘍とヘ
リコバクターピロリ（Ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒ ｐｙ
ｌｏｒｉ）菌の胃内感染との関係で、ヘリコバクターピ
ロリ菌の感染の診断のため13Ｃ-尿素呼気検査法が使用
されている。この検査法では、胃炎や胃潰瘍の患者等に
13Ｃ標識化合物を投与後、患者の呼気中に排泄される13
ＣＯ2の量を測定することによりその器官の状態を診断
する方法である。
の状態を診断把握するために、安定同位体を投与して、
排気される呼気中の同位体を分析することによって行わ
れている。例えば、最近においては、胃炎や胃潰瘍とヘ
リコバクターピロリ（Ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒ ｐｙ
ｌｏｒｉ）菌の胃内感染との関係で、ヘリコバクターピ
ロリ菌の感染の診断のため13Ｃ-尿素呼気検査法が使用
されている。この検査法では、胃炎や胃潰瘍の患者等に
13Ｃ標識化合物を投与後、患者の呼気中に排泄される13
ＣＯ2の量を測定することによりその器官の状態を診断
する方法である。
【０００３】このためには、この13Ｃ-尿素呼気検査法
では安定同位体を適正に分析する手段が必要である。こ
の同位体を分析手段としては、従来質量分析法や、赤外
線ランプ等を使用した赤外分光分析方法が知られてい
る。しかるに、前記質量分析法にあっては高精度な分析
ができるが、操作が煩雑であったり、装置が高価となる
ことに問題があった。このため、同位体13Ｃと12Ｃとの
質量の僅かな違いによって、同位体13Ｃと12Ｃとの赤外
光線に対する吸収波長に僅かに差があり、この僅かな吸
収波長の差を利用した赤外分光分析方法を一般に採用し
ている。しかし、この赤外分光分析法で使用する赤外線
ランプを使用した分光分析計は簡便で廉価であって汎用
的ではあるが、精度が低く、このため近年１５７０ｎｍ
（１０ー9ｍ）帯の波長の光を発振する半導体レーザを用
いた分光分析方法が提案されている。
では安定同位体を適正に分析する手段が必要である。こ
の同位体を分析手段としては、従来質量分析法や、赤外
線ランプ等を使用した赤外分光分析方法が知られてい
る。しかるに、前記質量分析法にあっては高精度な分析
ができるが、操作が煩雑であったり、装置が高価となる
ことに問題があった。このため、同位体13Ｃと12Ｃとの
質量の僅かな違いによって、同位体13Ｃと12Ｃとの赤外
光線に対する吸収波長に僅かに差があり、この僅かな吸
収波長の差を利用した赤外分光分析方法を一般に採用し
ている。しかし、この赤外分光分析法で使用する赤外線
ランプを使用した分光分析計は簡便で廉価であって汎用
的ではあるが、精度が低く、このため近年１５７０ｎｍ
（１０ー9ｍ）帯の波長の光を発振する半導体レーザを用
いた分光分析方法が提案されている。
【０００４】しかしながら、この波長１５７０ｎｍ帯の
領域は、炭酸ガス（ＣＯ2）の吸収係数が小さいため高
感度な分析は困難であり、それ故この感度を上げるため
呼気中のＣＯ2を低温吸着等により吸着剤を使用して濃
縮処理等の前処理をするようにしている。また、この波
長帯領域は、他の多くの分子が吸収される帯域であり、
同位体の吸収線ピークが近接して多数存在していて、測
定対象物である同位体 13Ｃと12Ｃとの吸収線を特定する
ことは困難であって、容易ではない。このため同位体で
ある13Ｃと12Ｃとのそれぞれの濃度を変えた数種類のガ
スを用いて測定して、これらを同定していた。
領域は、炭酸ガス（ＣＯ2）の吸収係数が小さいため高
感度な分析は困難であり、それ故この感度を上げるため
呼気中のＣＯ2を低温吸着等により吸着剤を使用して濃
縮処理等の前処理をするようにしている。また、この波
長帯領域は、他の多くの分子が吸収される帯域であり、
同位体の吸収線ピークが近接して多数存在していて、測
定対象物である同位体 13Ｃと12Ｃとの吸収線を特定する
ことは困難であって、容易ではない。このため同位体で
ある13Ｃと12Ｃとのそれぞれの濃度を変えた数種類のガ
スを用いて測定して、これらを同定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、最近は２０
００ｎｍ帯（１９９０〜２０６０ｎｍ）の波長領域の半
導体レーザを使用した分光分析方法が開発されて来てい
る。この波長帯の領域では、同位体13Ｃと12Ｃの吸収強
度が１５７０ｎｍ帯の領域の吸収強度より２桁大きく、
感度もそれに応じてほぼ２桁大きくなる。そして１５７
０ｎｍ帯の領域で分光分析での如き、感度を向上せしめ
るために同位体を濃縮する前処理も不要となる等の利点
を有することを知見した。 そこで、本発明者等は、こ
れらの利点の知見に基づき、同位体の分光分析にあた
り、２０００ｎｍ帯の領域の半導体レーザ光を使用する
ことに着目し、この２０００ｎｍ帯の領域の半導体レー
ザ光を巧みに配光して簡単なシステムを構成することに
より、高精度、高感度で同位体を同定し、量的分析を行
うことができる同位体の分析方法を提供することを本発
明の課題とするものである。
００ｎｍ帯（１９９０〜２０６０ｎｍ）の波長領域の半
導体レーザを使用した分光分析方法が開発されて来てい
る。この波長帯の領域では、同位体13Ｃと12Ｃの吸収強
度が１５７０ｎｍ帯の領域の吸収強度より２桁大きく、
感度もそれに応じてほぼ２桁大きくなる。そして１５７
０ｎｍ帯の領域で分光分析での如き、感度を向上せしめ
るために同位体を濃縮する前処理も不要となる等の利点
を有することを知見した。 そこで、本発明者等は、こ
れらの利点の知見に基づき、同位体の分光分析にあた
り、２０００ｎｍ帯の領域の半導体レーザ光を使用する
ことに着目し、この２０００ｎｍ帯の領域の半導体レー
ザ光を巧みに配光して簡単なシステムを構成することに
より、高精度、高感度で同位体を同定し、量的分析を行
うことができる同位体の分析方法を提供することを本発
明の課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の同位体の分光分
析方法は、被測定ガス中に含有する同位体を、これら同
位体の存在で吸収される吸収スペクトルの波長により、
同位体を同定し、定量測定する同位体の分光分析方法で
あって、前記吸収スペクトルの波長の光源として、２０
００ｎｍ帯の波長帯領域で発光する半導体レーザ光を用
いるとともに、同定参照ガスとして、前記レーザ光の照
射で被測定同位体の吸収波長に近い波長域に、被測定同
位体を同定し得る２つの既知の吸収波長を有する照合成
分を含有するガスを使用し、同定参照ガスに含有される
照合成分が臭化水素であって、２つの既知の基準吸収波
長の照合成分がＨ 79 Ｂｒ、Ｈ 81 Ｂｒであり、被測定同位
体が炭酸ガスの同位体であることを特徴とする。本発明
の同位体の分光分析方法では、上記波長帯のスペクトル
によって、既知の照合成分として臭化水素の吸収スペク
トルを基準にして同位体を同定するとともに、該波長帯
で吸収スペクトルを生じる不純物の存在を同定すること
ができる。
析方法は、被測定ガス中に含有する同位体を、これら同
位体の存在で吸収される吸収スペクトルの波長により、
同位体を同定し、定量測定する同位体の分光分析方法で
あって、前記吸収スペクトルの波長の光源として、２０
００ｎｍ帯の波長帯領域で発光する半導体レーザ光を用
いるとともに、同定参照ガスとして、前記レーザ光の照
射で被測定同位体の吸収波長に近い波長域に、被測定同
位体を同定し得る２つの既知の吸収波長を有する照合成
分を含有するガスを使用し、同定参照ガスに含有される
照合成分が臭化水素であって、２つの既知の基準吸収波
長の照合成分がＨ 79 Ｂｒ、Ｈ 81 Ｂｒであり、被測定同位
体が炭酸ガスの同位体であることを特徴とする。本発明
の同位体の分光分析方法では、上記波長帯のスペクトル
によって、既知の照合成分として臭化水素の吸収スペク
トルを基準にして同位体を同定するとともに、該波長帯
で吸収スペクトルを生じる不純物の存在を同定すること
ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明の同位体の分光分析方法は図１に図示する
半導体レーザ分光分析装置により行うものである。即
ち、図１は半導体レーザ分光分析装置の一例を示す系統
略図であり、２０００ｎｍ波長帯のレーザ光を発振する
半導体レーザ光源１は、レーザ駆動部２により駆動され
る。該レーザ駆動部２は、適切な所望するレーザー光を
発振させるため、レーザ素子温度を適切に制御するため
温度コントローラー２ａ、レーザ素子に電流を供給しこ
れを駆動させるためのレーザダイオード（ＬＤという）
駆動器２ｂ、及び周波数変調法に基づいて、レーザの発
振周波数変調させるための周波数変調手段としてのファ
ンクションジェネレータ２ｃからなっている。なお、こ
れらを適正に運転するよう後述するようコンピュータ９
に接続されている。
する。本発明の同位体の分光分析方法は図１に図示する
半導体レーザ分光分析装置により行うものである。即
ち、図１は半導体レーザ分光分析装置の一例を示す系統
略図であり、２０００ｎｍ波長帯のレーザ光を発振する
半導体レーザ光源１は、レーザ駆動部２により駆動され
る。該レーザ駆動部２は、適切な所望するレーザー光を
発振させるため、レーザ素子温度を適切に制御するため
温度コントローラー２ａ、レーザ素子に電流を供給しこ
れを駆動させるためのレーザダイオード（ＬＤという）
駆動器２ｂ、及び周波数変調法に基づいて、レーザの発
振周波数変調させるための周波数変調手段としてのファ
ンクションジェネレータ２ｃからなっている。なお、こ
れらを適正に運転するよう後述するようコンピュータ９
に接続されている。
【０００８】そして、前記レーザ駆動部２でレーザ素子
の動作温度を調整して、レーザ素子への注入電流（直流
電流）を連続的に変化させることによりレーザ素子の発
振波長を連続的に変化させ、更にファンクションジェネ
レータ２ｃによって周波数変調法に基づく変調信号（交
流成分）をＬＤ駆動器２ｂに導入して、レーザ素子への
注入電流にこの変調信号を重畳させて、レーザ素子から
発振されるレーザ光に直接周波数変調をかけている。こ
のように駆動部２により発振されて、２０００ｎｍ波長
帯域（１９９０〜２０６０ｎｍ）のスペクトルを発光す
る半導体レーザ光源１としては、赤外ＩnＧaＡs／ＩnＧ
aＡsＰ半導体分布帰還型（ＤＦＢレーザ）が好適に使用
することができる。なお、この２０００ｎｍ帯域の半導
体レーザは、レーザの活性層に高圧縮歪み量子井戸を導
入することで、波長２１００ｎｍまでのレーザ発振が得
られるようになったものである。
の動作温度を調整して、レーザ素子への注入電流（直流
電流）を連続的に変化させることによりレーザ素子の発
振波長を連続的に変化させ、更にファンクションジェネ
レータ２ｃによって周波数変調法に基づく変調信号（交
流成分）をＬＤ駆動器２ｂに導入して、レーザ素子への
注入電流にこの変調信号を重畳させて、レーザ素子から
発振されるレーザ光に直接周波数変調をかけている。こ
のように駆動部２により発振されて、２０００ｎｍ波長
帯域（１９９０〜２０６０ｎｍ）のスペクトルを発光す
る半導体レーザ光源１としては、赤外ＩnＧaＡs／ＩnＧ
aＡsＰ半導体分布帰還型（ＤＦＢレーザ）が好適に使用
することができる。なお、この２０００ｎｍ帯域の半導
体レーザは、レーザの活性層に高圧縮歪み量子井戸を導
入することで、波長２１００ｎｍまでのレーザ発振が得
られるようになったものである。
【０００９】このようにして発振する半導体レーザ光源
１のレーザ光Ｌ0は集光レンズ３で集光された後、ビー
ムスプリッター４で光ＬSと光ＬRと２つに分割される。
なお、ビームスプリッター４からの反射戻り光が光路に
再注入されて一定のレーザ光の投射が乱されるのを防ぐ
ため、ビームスプリッター４への入射前、集光レンズ３
での集光後の光路に、アイソレータ（反射戻り光除去
器）５を設けるとよい。そして一方の光ＬSは、被測定
同位体を含有する試料ガスＧが供給されているサンプル
セル６へ投射され、そして該サンプルセル６を透過して
きた透過光ＬStを光検出器７で受光し、ＩnＧaＡsフォ
トダイオードの如きセンサーで光電変換し、その出力信
号をロックイン増幅器８に導入する。該ロックイン増幅
器８では前記光検出器７よりの信号を処理して二次微分
信号のみを出力し、該出力信号はコンピュータ９に導入
される。符号１０はコンピュータに蓄積されたデータを
映像せしめるデイスプレイである。又コンピュータ９に
は半導体レーザー光を常に適切に発振するようなデータ
が記憶蓄積されていて、適宜運転状態に応じてレーザ駆
動部２に制御、運転信号を送信し、半導体レーザー光源
１を常に適切に発光するようにしている。
１のレーザ光Ｌ0は集光レンズ３で集光された後、ビー
ムスプリッター４で光ＬSと光ＬRと２つに分割される。
なお、ビームスプリッター４からの反射戻り光が光路に
再注入されて一定のレーザ光の投射が乱されるのを防ぐ
ため、ビームスプリッター４への入射前、集光レンズ３
での集光後の光路に、アイソレータ（反射戻り光除去
器）５を設けるとよい。そして一方の光ＬSは、被測定
同位体を含有する試料ガスＧが供給されているサンプル
セル６へ投射され、そして該サンプルセル６を透過して
きた透過光ＬStを光検出器７で受光し、ＩnＧaＡsフォ
トダイオードの如きセンサーで光電変換し、その出力信
号をロックイン増幅器８に導入する。該ロックイン増幅
器８では前記光検出器７よりの信号を処理して二次微分
信号のみを出力し、該出力信号はコンピュータ９に導入
される。符号１０はコンピュータに蓄積されたデータを
映像せしめるデイスプレイである。又コンピュータ９に
は半導体レーザー光を常に適切に発振するようなデータ
が記憶蓄積されていて、適宜運転状態に応じてレーザ駆
動部２に制御、運転信号を送信し、半導体レーザー光源
１を常に適切に発光するようにしている。
【００１０】又、前記ビームスプリッター４で２分割さ
れた他方の光ＬRは、既知の吸収波長を有する照合成分
を含有している参照ガスＲが導入されているリファレン
スセル１６に投射される。そして、該リファレンスセル
１６を透過してきた透過光ＬRtを光検出器１７で受光
し、ＩnＧaＡsフォトダイオードの如きセンサーで光電
変換し、その出力信号をロックイン増幅器１８に導入す
る。該ロックイン増幅器１８では前記光検出器１７より
の信号を処理して二次微分信号のみを出力し、該出力信
号はコンピュータ９に導入される。
れた他方の光ＬRは、既知の吸収波長を有する照合成分
を含有している参照ガスＲが導入されているリファレン
スセル１６に投射される。そして、該リファレンスセル
１６を透過してきた透過光ＬRtを光検出器１７で受光
し、ＩnＧaＡsフォトダイオードの如きセンサーで光電
変換し、その出力信号をロックイン増幅器１８に導入す
る。該ロックイン増幅器１８では前記光検出器１７より
の信号を処理して二次微分信号のみを出力し、該出力信
号はコンピュータ９に導入される。
【００１１】なお、前記ロックイン増幅器８、１８で導
出される二次微分信号の大きさは、被測定試料ガスＧや
参照ガスＲでのレーザ光の吸収度に依存し、ガス中に光
吸収成分の濃度が高いほど信号の大きさは小さくなる。
又レーザ光は、同位体の吸収波長と一致する時に吸収さ
れ、サンプルセル６やリファレンスセル１６を透過して
くる透過光ＬSt、ＬRtの光検出器７、１７での検出光信
号は小さくなる。
出される二次微分信号の大きさは、被測定試料ガスＧや
参照ガスＲでのレーザ光の吸収度に依存し、ガス中に光
吸収成分の濃度が高いほど信号の大きさは小さくなる。
又レーザ光は、同位体の吸収波長と一致する時に吸収さ
れ、サンプルセル６やリファレンスセル１６を透過して
くる透過光ＬSt、ＬRtの光検出器７、１７での検出光信
号は小さくなる。
【００１２】このようにして、試料ガスＧが導入されて
いるサンプルセル６を透過してきた透過光ＬStのスペク
トルは光検出器７で検出されて光電変換され、その出力
をロックイン増幅器８で処理して二次微分信号のみを選
択的に導出される。そして該信号はコンピュータ９に導
入される。同様に同時に既知の吸収波長を有する参照ガ
スが導入されているリファレンスセル１６を透過してき
た透過光ＬRtのスペクトルが光検出器１７で光電変換さ
れ、ロックイン増幅器１８で処理されて、二次微分信号
のみを選択的に導出して、これはコンピュータ９に導入
される。
いるサンプルセル６を透過してきた透過光ＬStのスペク
トルは光検出器７で検出されて光電変換され、その出力
をロックイン増幅器８で処理して二次微分信号のみを選
択的に導出される。そして該信号はコンピュータ９に導
入される。同様に同時に既知の吸収波長を有する参照ガ
スが導入されているリファレンスセル１６を透過してき
た透過光ＬRtのスペクトルが光検出器１７で光電変換さ
れ、ロックイン増幅器１８で処理されて、二次微分信号
のみを選択的に導出して、これはコンピュータ９に導入
される。
【００１３】そしてこのコンピュータ９で、被測定試料
ガスＧが導入されているサンプルセル６を透過してきた
透過光ＬStの吸収スペクトルは、既知の吸収スペクトル
を有する参照ガスＲが導入されているリファレンスセル
１６を透過してきた透過光ＬRtの既知の吸収スペクトル
と照合比較され、吸収スペクトルの現出波長により試料
ガスＧ中の被測定同位体を同定するとともに、既知の吸
収スペクトル大きさの値と比較して、その吸収スペクト
ルの大きさから被測定試料ガスＧ中の同位体の存在比、
濃度を演算し算出するものである。なお、符号１１は試
料ガス導入系でサンプルセル６に連設してなり、該セル
６内を排気する排気ポンプ及び試料ガス貯蔵容器よりな
っている。又符号１２は参照ガス導入系でリファレンス
セル１６に連設してなり、該セル１６内を排気する排気
ポンプ及び参照ガス貯蔵容器よりなっている。
ガスＧが導入されているサンプルセル６を透過してきた
透過光ＬStの吸収スペクトルは、既知の吸収スペクトル
を有する参照ガスＲが導入されているリファレンスセル
１６を透過してきた透過光ＬRtの既知の吸収スペクトル
と照合比較され、吸収スペクトルの現出波長により試料
ガスＧ中の被測定同位体を同定するとともに、既知の吸
収スペクトル大きさの値と比較して、その吸収スペクト
ルの大きさから被測定試料ガスＧ中の同位体の存在比、
濃度を演算し算出するものである。なお、符号１１は試
料ガス導入系でサンプルセル６に連設してなり、該セル
６内を排気する排気ポンプ及び試料ガス貯蔵容器よりな
っている。又符号１２は参照ガス導入系でリファレンス
セル１６に連設してなり、該セル１６内を排気する排気
ポンプ及び参照ガス貯蔵容器よりなっている。
【００１４】そして、本発明では、前記リファレンスセ
ル１６に導入して使用する既知の吸収スペクトルを有す
る参照ガスＲとして、 同位体の吸収スペクトルが数ｎｍの近接した波長間
隔を置いて存在するガスであること、 上記近接して存在する同位体の吸収スペクトルの吸
収強度がほぼ同じ強度であるガスであること、等の要件
を備えたガスを使用することを特徴とするものである。
ル１６に導入して使用する既知の吸収スペクトルを有す
る参照ガスＲとして、 同位体の吸収スペクトルが数ｎｍの近接した波長間
隔を置いて存在するガスであること、 上記近接して存在する同位体の吸収スペクトルの吸
収強度がほぼ同じ強度であるガスであること、等の要件
を備えたガスを使用することを特徴とするものである。
【００１５】その具体的な例として、図２に図示した２
０００ｎｍ波長帯の吸収スペクトルの一例を示す吸収ス
ペクトル図に示されている如く臭化水素があり、該臭化
水素は同位体Ｈ79ＢrとＨ81Ｂrの吸収波長として、１９
３０〜２１００ｎｍの波長帯に約０．３ｎｍ間隔で強い
吸収波長が２本存在し、そしてほぼ同じ強度の吸収であ
ることが知られていて、参照ガスＲとして好適に使用し
得る。なお、前記図２は１９８６年に米国のエア フォ
ース ジェオフィジックス ラボラトリー（Ａｉｒ Ｆｏ
ｒｃｅ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）
より発行された「ハイ リソリュウション トランスミッ
ション モレキュラーアブソープション データ ベース
（Ｈｉｇｈ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｄａｔ
ａ Ｂａｓｅ）」より引用したものである。
０００ｎｍ波長帯の吸収スペクトルの一例を示す吸収ス
ペクトル図に示されている如く臭化水素があり、該臭化
水素は同位体Ｈ79ＢrとＨ81Ｂrの吸収波長として、１９
３０〜２１００ｎｍの波長帯に約０．３ｎｍ間隔で強い
吸収波長が２本存在し、そしてほぼ同じ強度の吸収であ
ることが知られていて、参照ガスＲとして好適に使用し
得る。なお、前記図２は１９８６年に米国のエア フォ
ース ジェオフィジックス ラボラトリー（Ａｉｒ Ｆｏ
ｒｃｅ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）
より発行された「ハイ リソリュウション トランスミッ
ション モレキュラーアブソープション データ ベース
（Ｈｉｇｈ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｄａｔ
ａ Ｂａｓｅ）」より引用したものである。
【００１６】なお、これら参照ガスＲは、図１の系統略
図においては、リファレンスセル１６を設けて、これに
導入し、リファレンスセル１６と併設したサンプルセル
６ガスに導入する被測定試料ガスＧと同時に、これらの
セル１６、６を透過する透過光ＬRt、ＬStを検出して、
これらの検出値をコンピュータ９で比較、演算して、同
定したり、存在比を演算する例を示している。しかし、
リファレンスセル１６は必ずしも必要はなく、サンプル
セル６のみの設置でもよい。この場合、被測定試料ガス
Ｇをサンプルセル６に導入して測定する前に、参照ガス
Ｒをサンプルセル６に導入し、参照ガスＲの吸収スペク
トルを測定して採取し、これをコンピュータ９に記憶し
ておく。次いで被測定試料ガスＧをサンプルセル６に導
入し、被測定試料ガスＧの吸収スペクトルを採取し、こ
れをコンピュータ９に導入し、先に記憶した参照ガスＲ
の吸収スペクトルと照合比較し、演算して分析結果を得
ることもできる。
図においては、リファレンスセル１６を設けて、これに
導入し、リファレンスセル１６と併設したサンプルセル
６ガスに導入する被測定試料ガスＧと同時に、これらの
セル１６、６を透過する透過光ＬRt、ＬStを検出して、
これらの検出値をコンピュータ９で比較、演算して、同
定したり、存在比を演算する例を示している。しかし、
リファレンスセル１６は必ずしも必要はなく、サンプル
セル６のみの設置でもよい。この場合、被測定試料ガス
Ｇをサンプルセル６に導入して測定する前に、参照ガス
Ｒをサンプルセル６に導入し、参照ガスＲの吸収スペク
トルを測定して採取し、これをコンピュータ９に記憶し
ておく。次いで被測定試料ガスＧをサンプルセル６に導
入し、被測定試料ガスＧの吸収スペクトルを採取し、こ
れをコンピュータ９に導入し、先に記憶した参照ガスＲ
の吸収スペクトルと照合比較し、演算して分析結果を得
ることもできる。
【００１７】次ぎに、上記した分光分析装置を使用して
コンピュータ９で、同位体を同定し、同位体の濃度、存
在比を分析測定する方法について説明する。その操作順
序は次の通りの順序で行われる。 （１）参照ガスＲの吸収スペクトルを測定する。同一レ
ーザダイオード（ＬＤ）による、参照ガスＲの吸収スペ
クトルの波長の駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）と吸収波
長［Ｗ1、Ｗ2］（ｎｍ）の対応関係を採取する。 （２）被測定試料ガスＧの同位体吸収波長と同位体の位
置関係を特定する。 一方の同位体の含有量を変化せ
しめて、これに伴う吸収スペクトルの変化状態を検査し
て吸収スペクトルと同位体との関係を特定する。 被
測定ガスＧの同位体の吸収スペクトルの同一レーザダイ
オード（ＬＤ）での駆動電流［ｙ1、ｙ2］（ｎｍ）の対
応関係を採取する。
コンピュータ９で、同位体を同定し、同位体の濃度、存
在比を分析測定する方法について説明する。その操作順
序は次の通りの順序で行われる。 （１）参照ガスＲの吸収スペクトルを測定する。同一レ
ーザダイオード（ＬＤ）による、参照ガスＲの吸収スペ
クトルの波長の駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）と吸収波
長［Ｗ1、Ｗ2］（ｎｍ）の対応関係を採取する。 （２）被測定試料ガスＧの同位体吸収波長と同位体の位
置関係を特定する。 一方の同位体の含有量を変化せ
しめて、これに伴う吸収スペクトルの変化状態を検査し
て吸収スペクトルと同位体との関係を特定する。 被
測定ガスＧの同位体の吸収スペクトルの同一レーザダイ
オード（ＬＤ）での駆動電流［ｙ1、ｙ2］（ｎｍ）の対
応関係を採取する。
【００１８】（３）被測定試料ガスＧの同位体の吸収ス
ペクトルの波長を演算し確定する。 前記（１）項で
得られた参照ガスＲの既知の同位体の吸収波長とそのス
ペクトル波長［Ｗ1、Ｗ2］（ｎｍ）の同一レーザダイオ
ード（ＬＤ）での駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）の関係
より、半導体レーザの駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）に
対する既知の同位体の吸収スペクトルの波長［Ｗ1、Ｗ
2］（ｎｍ）の変化率 ［Ｚ］（ｎｍ／ｍＡ）を、Ｚ＝（Ｗ2ーＷ1）／（Ｙ2ーＹ1） …（１） で演算して求める。 次いで前記（２）項の被測定試
料ガスＧの同位体の吸収波長［ｗ1、ｗ2］（ｎｍ）を、
該吸収スペクトルの波長を発光せしめたレーザダイオー
ド（ＬＤ）の駆動電流値［ｙ1、ｙ2］（ｍＡ）と前記参
照ガスＲの既知の吸収波長［Ｗ1、Ｗ2］と駆動電流値
［Ｙ1、Ｙ2］の関係及びこれの変化率［Ｚ］を用いて以
下の如く演算して確定する。 ｗ2＝（ｙ2ーＹ2）×Ｚ＋Ｗ2 …（２）、ｗ1＝（ｙ1ーＹ1）×Ｚ＋Ｗ1 …（３ ）ただし、ｗ2＞ｗ1、Ｗ2＞Ｗ1である。 なお、半導体レーザ光源１の温度の変動で波長が変化す
るので、上記式に温度補正をする必要があるが、本発明
の半導体レーザ光源１の如くレーザ駆動部２により、適
切に温度制御されていれば、温度補正することなく上記
の式で０．０５ｎｍ以下の誤差の範囲で同位体の波長を
演算確定し得る。
ペクトルの波長を演算し確定する。 前記（１）項で
得られた参照ガスＲの既知の同位体の吸収波長とそのス
ペクトル波長［Ｗ1、Ｗ2］（ｎｍ）の同一レーザダイオ
ード（ＬＤ）での駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）の関係
より、半導体レーザの駆動電流［Ｙ1、Ｙ2］（ｍＡ）に
対する既知の同位体の吸収スペクトルの波長［Ｗ1、Ｗ
2］（ｎｍ）の変化率 ［Ｚ］（ｎｍ／ｍＡ）を、Ｚ＝（Ｗ2ーＷ1）／（Ｙ2ーＹ1） …（１） で演算して求める。 次いで前記（２）項の被測定試
料ガスＧの同位体の吸収波長［ｗ1、ｗ2］（ｎｍ）を、
該吸収スペクトルの波長を発光せしめたレーザダイオー
ド（ＬＤ）の駆動電流値［ｙ1、ｙ2］（ｍＡ）と前記参
照ガスＲの既知の吸収波長［Ｗ1、Ｗ2］と駆動電流値
［Ｙ1、Ｙ2］の関係及びこれの変化率［Ｚ］を用いて以
下の如く演算して確定する。 ｗ2＝（ｙ2ーＹ2）×Ｚ＋Ｗ2 …（２）、ｗ1＝（ｙ1ーＹ1）×Ｚ＋Ｗ1 …（３ ）ただし、ｗ2＞ｗ1、Ｗ2＞Ｗ1である。 なお、半導体レーザ光源１の温度の変動で波長が変化す
るので、上記式に温度補正をする必要があるが、本発明
の半導体レーザ光源１の如くレーザ駆動部２により、適
切に温度制御されていれば、温度補正することなく上記
の式で０．０５ｎｍ以下の誤差の範囲で同位体の波長を
演算確定し得る。
【００１９】 （４）被測定試料ガスＧの同位体の存在比と濃度の算
出。 このようにして被測定試料ガスＧの同位体の吸収スペク
トルの波長が正確に同定される。そしてこれらの同定さ
れた同位体の吸収スペクトルにおけるの吸収度を測定す
ることにより、この吸収度の比率を算出して同位体の存
在比を得る。そして、この吸収スペクトルの強度と該波
長のスペクトルにおける同位体の吸収係数を適用するこ
とにより、被測定試料ガスＧ中の同位体の濃度を正確に
算出し得る。更に、実用的には、被測定同位体の濃度と
吸収波長の吸収強度との関係を予め既知濃度のもので検
量して目盛りつけした検量線を作成して、コンピュータ
９に記憶しておけば濃度測定が極めて容易になし得る。
出。 このようにして被測定試料ガスＧの同位体の吸収スペク
トルの波長が正確に同定される。そしてこれらの同定さ
れた同位体の吸収スペクトルにおけるの吸収度を測定す
ることにより、この吸収度の比率を算出して同位体の存
在比を得る。そして、この吸収スペクトルの強度と該波
長のスペクトルにおける同位体の吸収係数を適用するこ
とにより、被測定試料ガスＧ中の同位体の濃度を正確に
算出し得る。更に、実用的には、被測定同位体の濃度と
吸収波長の吸収強度との関係を予め既知濃度のもので検
量して目盛りつけした検量線を作成して、コンピュータ
９に記憶しておけば濃度測定が極めて容易になし得る。
【００２０】
【実施例】次ぎに、本発明の実施例について説明する。
以下の実施例では半導体レーザ光源１として、２０００
ｎｍ波長帯（１９９０〜２０６０ｎｍ）の分布帰還型
（ＤＦＢ型）のレーザを使用し、その波長は０．０２ｎ
ｍ／ｍＡで変化するものである。このＤＦＢ型のレーザ
を用いることにより、レーザの発光線幅が約１０ＭＨz
（０．１ｃｍー1）まで狭められ鋭くなり、例えば同位体
12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収線幅の約１／５０であるため、
同位体の吸収スペクトルを細かく分析することができ
る。
以下の実施例では半導体レーザ光源１として、２０００
ｎｍ波長帯（１９９０〜２０６０ｎｍ）の分布帰還型
（ＤＦＢ型）のレーザを使用し、その波長は０．０２ｎ
ｍ／ｍＡで変化するものである。このＤＦＢ型のレーザ
を用いることにより、レーザの発光線幅が約１０ＭＨz
（０．１ｃｍー1）まで狭められ鋭くなり、例えば同位体
12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収線幅の約１／５０であるため、
同位体の吸収スペクトルを細かく分析することができ
る。
【００２１】［実施例１］被測定試料ガスとして炭酸ガ
ス中に含有する同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2を本発明の方法
により同定した。 参照ガスＲとして臭化水素（ＨＢr）を使用し、吸
収スペクトルを測定。臭化水素は、図２に図示されてい
る如く、単純な２本の吸収スペクトルが数ｎｍの間隔で
存在し、その波長についても一般的に知られており、有
効に活用した。そこで、既知の臭化水素の同位体Ｈ79Ｂ
rと、Ｈ81Ｂrの吸収スペクトルの波長（Ｗ1、Ｗ2）に対
応する、本実施例で使用する半導体レーザでのレーザダ
イオード（ＬＤ）の駆動電流値（Ｙ1、Ｙ2）をレーザ温
度２５℃に一定温度を保って測定した。これを表１に示
す。
ス中に含有する同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2を本発明の方法
により同定した。 参照ガスＲとして臭化水素（ＨＢr）を使用し、吸
収スペクトルを測定。臭化水素は、図２に図示されてい
る如く、単純な２本の吸収スペクトルが数ｎｍの間隔で
存在し、その波長についても一般的に知られており、有
効に活用した。そこで、既知の臭化水素の同位体Ｈ79Ｂ
rと、Ｈ81Ｂrの吸収スペクトルの波長（Ｗ1、Ｗ2）に対
応する、本実施例で使用する半導体レーザでのレーザダ
イオード（ＬＤ）の駆動電流値（Ｙ1、Ｙ2）をレーザ温
度２５℃に一定温度を保って測定した。これを表１に示
す。
【００２２】
【表１】
【００２３】 次ぎに、被測定試料ガスの同位体12Ｃ
Ｏ2と13ＣＯ2の吸収スペクトル採取し、吸収スペクトル
と同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2との対応関係を同定した。先
ず、同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の濃度比が９９：１である
炭酸ガスを１０％を含有する窒素ガスの吸収スペクトル
を採取した。この結果図３に図示した符号（イ）の如き
ａ、ｂ、ｃの３つの吸収ピークを有するスペクトル図が
得られた。次いで、前記ガスに一方の同位体13ＣＯ2を
少量加えて増量し、この同位体の濃度を高めたガスの吸
収スペクトルを採取した。この結果図３の符号（ロ）の
如きｏ、ｐ、ｑ、ｒの４つのピークを有する吸収スペク
トル線図がえられた。
Ｏ2と13ＣＯ2の吸収スペクトル採取し、吸収スペクトル
と同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2との対応関係を同定した。先
ず、同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の濃度比が９９：１である
炭酸ガスを１０％を含有する窒素ガスの吸収スペクトル
を採取した。この結果図３に図示した符号（イ）の如き
ａ、ｂ、ｃの３つの吸収ピークを有するスペクトル図が
得られた。次いで、前記ガスに一方の同位体13ＣＯ2を
少量加えて増量し、この同位体の濃度を高めたガスの吸
収スペクトルを採取した。この結果図３の符号（ロ）の
如きｏ、ｐ、ｑ、ｒの４つのピークを有する吸収スペク
トル線図がえられた。
【００２４】そこで、図３の（イ）、（ロ）の吸収スペ
クトル線図を対比して見ると、それぞれのピークは、ピ
ークｒを除いてはａ−ｏ、ｂーｐ、ｃーｑ、ーｒと対応
して同じ位置（同一の駆動電流値）に現出している。そ
して一方の同位体13ＣＯ2を増量したガスの吸収スペク
トル線図（ロ）では、吸収スペクトル線図（イ）ピーク
ａに対応するｏのピークが高くなっている。また吸収ス
ペクトル線図（イ）では現出していないピークが、同位
体13ＣＯ2を増量したガスの吸収スペクトル線図（ロ）
でピークｒが現出している。
クトル線図を対比して見ると、それぞれのピークは、ピ
ークｒを除いてはａ−ｏ、ｂーｐ、ｃーｑ、ーｒと対応
して同じ位置（同一の駆動電流値）に現出している。そ
して一方の同位体13ＣＯ2を増量したガスの吸収スペク
トル線図（ロ）では、吸収スペクトル線図（イ）ピーク
ａに対応するｏのピークが高くなっている。また吸収ス
ペクトル線図（イ）では現出していないピークが、同位
体13ＣＯ2を増量したガスの吸収スペクトル線図（ロ）
でピークｒが現出している。
【００２５】このことから、図３のピークａ−ｏ及びｒ
が同位体13ＣＯ2の吸収スペクトルであり、ピークｂー
ｐ及びｃーｑが同位体12ＣＯ2の吸収スペクトル線であ
ることを同定し確定した。この炭酸ガスの同位体に限ら
ず、どの同位体のものであるかを同定し確定する場合
は、同様にして同位体の濃度比を変化させて、それぞれ
の吸収スペクトル線図を採取し、その変化を検討するこ
とにより確定することができる。
が同位体13ＣＯ2の吸収スペクトルであり、ピークｂー
ｐ及びｃーｑが同位体12ＣＯ2の吸収スペクトル線であ
ることを同定し確定した。この炭酸ガスの同位体に限ら
ず、どの同位体のものであるかを同定し確定する場合
は、同様にして同位体の濃度比を変化させて、それぞれ
の吸収スペクトル線図を採取し、その変化を検討するこ
とにより確定することができる。
【００２６】 引き続き、被測定試料ガスの同位体12
ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルを採取し、該吸収スペ
クトルの波長を発光せしめるレーザダイオード（ＬＤ）
の駆動電流値（ｙ1、ｙ2）を測定した。なお、前記の
吸収波長の同位体との対応を特定する作業で、駆動電流
値ｙ2で発振する波長が同位体12ＣＯ2であることが同定
されている。これを表２に表示する。
ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルを採取し、該吸収スペ
クトルの波長を発光せしめるレーザダイオード（ＬＤ）
の駆動電流値（ｙ1、ｙ2）を測定した。なお、前記の
吸収波長の同位体との対応を特定する作業で、駆動電流
値ｙ2で発振する波長が同位体12ＣＯ2であることが同定
されている。これを表２に表示する。
【００２７】
【表２】
【００２８】 前記項の作業で得た被測定試料ガス
の同位体の12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長を
確定する。前記項で得た被測定試料ガスの同位体の12
ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長のＬＤ駆動電流
値（ｙ1、ｙ2）と、前記項で得た参照ガスＲとして、
既知の臭化水素の同位体Ｈ79Ｂrと、Ｈ81Ｂrの吸収スペ
クトルの波長（Ｗ1、Ｗ2）に対応する、本実施例で使用
する半導体レーザでのレーザダイオード（ＬＤ）の駆動
電流値（Ｙ1、Ｙ2）と、これの変化率Ｚ＝（Ｗ2−Ｗ1）
／（Ｙ2−Ｙ1）とを、前記式（２）と式（３）に当ては
めて被測定試料ガスの同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収ス
ペクトルの波長（ｗ1、ｗ2）を確定した。
の同位体の12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長を
確定する。前記項で得た被測定試料ガスの同位体の12
ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長のＬＤ駆動電流
値（ｙ1、ｙ2）と、前記項で得た参照ガスＲとして、
既知の臭化水素の同位体Ｈ79Ｂrと、Ｈ81Ｂrの吸収スペ
クトルの波長（Ｗ1、Ｗ2）に対応する、本実施例で使用
する半導体レーザでのレーザダイオード（ＬＤ）の駆動
電流値（Ｙ1、Ｙ2）と、これの変化率Ｚ＝（Ｗ2−Ｗ1）
／（Ｙ2−Ｙ1）とを、前記式（２）と式（３）に当ては
めて被測定試料ガスの同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収ス
ペクトルの波長（ｗ1、ｗ2）を確定した。
【００２９】図４は、レーザダイオードＬＤ1を使用し
て発振したレーザ光を用いて、図１の装置により、参照
ガス（Ｒ）として臭化水素（ＨＢr）を使用して、被測
定試料ガス（Ｇ）中の炭酸ガスの同位体12ＣＯ2と13Ｃ
Ｏ2の吸収スペクトルを測定したスペクトル図である。
この吸収スペクトルグラフにより、被測定試料ガスの同
位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長（ｗ1、
ｗ2）を確定する。レーザダイオードＬＤ1を使用した場
合、同位体12ＣＯ2の吸収スペクトルの波長［ｗ2］は、
前記式（２）により、ｗ2＝（ｙ2ーＹ2）×Ｚ＋Ｗ2 で
あり、これに表１、表２の数値を代入して、 ｗ2＝（６８．３ー６５．５）×０．０２１１＋２０５
４．３１、＝２．８×０．０２１１＋２０５４．３１＝
２０５４．３７（ｎｍ） を得た。
て発振したレーザ光を用いて、図１の装置により、参照
ガス（Ｒ）として臭化水素（ＨＢr）を使用して、被測
定試料ガス（Ｇ）中の炭酸ガスの同位体12ＣＯ2と13Ｃ
Ｏ2の吸収スペクトルを測定したスペクトル図である。
この吸収スペクトルグラフにより、被測定試料ガスの同
位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長（ｗ1、
ｗ2）を確定する。レーザダイオードＬＤ1を使用した場
合、同位体12ＣＯ2の吸収スペクトルの波長［ｗ2］は、
前記式（２）により、ｗ2＝（ｙ2ーＹ2）×Ｚ＋Ｗ2 で
あり、これに表１、表２の数値を代入して、 ｗ2＝（６８．３ー６５．５）×０．０２１１＋２０５
４．３１、＝２．８×０．０２１１＋２０５４．３１＝
２０５４．３７（ｎｍ） を得た。
【００３０】又同位体13ＣＯ2の吸収スペクトルの波長
［ｗ1］は、前記式（３）により、ｗ1＝（ｙ1ーＹ1）×
Ｚ＋Ｗ1 であり、これに表１、表２の数値を代入して、 ｗ1＝（４９．０ー５１．８）×０．０２１１＋２０５
４．０２、＝ー２．８×０．０２１１＋２０５４．０２
＝ー０．０５９１＋２０５４．０２＝２０５３．９６
（ｎｍ） を得た。 以下表２に表示した被測定試料ガスの同位体の吸収波長
のレーザダイオードＬＤ2、3、……、nにおける駆動電流値
を使用して、同様に同位体の吸収スペクトルの波長を確
定した。これを前記表２に加えて表示した。
［ｗ1］は、前記式（３）により、ｗ1＝（ｙ1ーＹ1）×
Ｚ＋Ｗ1 であり、これに表１、表２の数値を代入して、 ｗ1＝（４９．０ー５１．８）×０．０２１１＋２０５
４．０２、＝ー２．８×０．０２１１＋２０５４．０２
＝ー０．０５９１＋２０５４．０２＝２０５３．９６
（ｎｍ） を得た。 以下表２に表示した被測定試料ガスの同位体の吸収波長
のレーザダイオードＬＤ2、3、……、nにおける駆動電流値
を使用して、同様に同位体の吸収スペクトルの波長を確
定した。これを前記表２に加えて表示した。
【００３１】 このようにして得た、被測定試料ガス
の同位体の吸収スペクトルより同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2
の吸収スペクトルの吸収強度より、これら同位体の存在
比及び濃度を求める。前記表２に表示した如き、項で
得られた同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの吸
収強度は濃度に比例するので、吸収スペクトルの吸収強
度を測定し、両者の比を演算して両同位体12ＣＯ2と13
ＣＯ2の存在比を得ることができる。又、これら同位体
12ＣＯ2と13ＣＯ2の当該波長での吸収係数を挿入するこ
とにより、その吸収スペクトルの強度と組み合わせて濃
度の絶対値を算出することができた。なお、不純物が存
在する場合でも、不純物の吸収スペクトルが現出される
ので、不純物の影響は取り除かれるとともに、不純物の
分析も同様に可能となる。実用的には、被測定試料ガス
の同位体の濃度と吸収スペクトルの吸収強度との関係を
予め既知濃度のもので検量して目盛りつけした検量線を
作成して、コンピュータ９に記憶しておくことにより、
濃度測定が極めて容易になし得る。
の同位体の吸収スペクトルより同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2
の吸収スペクトルの吸収強度より、これら同位体の存在
比及び濃度を求める。前記表２に表示した如き、項で
得られた同位体12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収スペクトルの吸
収強度は濃度に比例するので、吸収スペクトルの吸収強
度を測定し、両者の比を演算して両同位体12ＣＯ2と13
ＣＯ2の存在比を得ることができる。又、これら同位体
12ＣＯ2と13ＣＯ2の当該波長での吸収係数を挿入するこ
とにより、その吸収スペクトルの強度と組み合わせて濃
度の絶対値を算出することができた。なお、不純物が存
在する場合でも、不純物の吸収スペクトルが現出される
ので、不純物の影響は取り除かれるとともに、不純物の
分析も同様に可能となる。実用的には、被測定試料ガス
の同位体の濃度と吸収スペクトルの吸収強度との関係を
予め既知濃度のもので検量して目盛りつけした検量線を
作成して、コンピュータ９に記憶しておくことにより、
濃度測定が極めて容易になし得る。
【００３２】上記実施例では、被測定試料ガスの同位体
として、炭酸ガスを例示して説明したが、本発明はこれ
に限定されるものでなく、特に２０００ｎｍの波長帯域
に吸収スペクトルが存在する如何なる同位体の分析にも
効果的に適用することができることは勿論である。そし
て、極めて精度よく高感度で分析することができる効果
を発揮する。
として、炭酸ガスを例示して説明したが、本発明はこれ
に限定されるものでなく、特に２０００ｎｍの波長帯域
に吸収スペクトルが存在する如何なる同位体の分析にも
効果的に適用することができることは勿論である。そし
て、極めて精度よく高感度で分析することができる効果
を発揮する。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上に説明した如き形態で実
施され、以下に記載する如き効果を奏する。本発明は、
臭化水素のような吸収スペクトルの波長が数ｎｍの間隔
で現出し、吸収強度がほぼ同じの２本の既知の近接する
吸収スペクトル線を有するガスを参照ガスとして使用す
るので、同位体の吸収スペクトルの同定のために極めて
簡単で、効率よく活用することができる。そして、この
ようなガスを同位体の同定のための参照ガスとして使用
することにより、被測定試料ガスの同位体の吸収スペク
トルの波長の同定が容易になる。同時に濃度の絶対値の
算出が極めて容易で精度よくすることができる。
施され、以下に記載する如き効果を奏する。本発明は、
臭化水素のような吸収スペクトルの波長が数ｎｍの間隔
で現出し、吸収強度がほぼ同じの２本の既知の近接する
吸収スペクトル線を有するガスを参照ガスとして使用す
るので、同位体の吸収スペクトルの同定のために極めて
簡単で、効率よく活用することができる。そして、この
ようなガスを同位体の同定のための参照ガスとして使用
することにより、被測定試料ガスの同位体の吸収スペク
トルの波長の同定が容易になる。同時に濃度の絶対値の
算出が極めて容易で精度よくすることができる。
【００３４】又、被測定試料ガス中の測定対象物である
同位体以外の不純物の検出も可能であり、特に不純物の
吸収スペクトルの波長位置が既知な不純物であれば、そ
の不純物の特定ができる。更に、使用する半導体レーザ
光として２０００ｎｍ波長帯のレーザ光であるので、従
来の１５７０ｎｍ帯のレーザ光に比べて、比較的不純物
の吸収が少ないため、不純物の存在での吸収による影響
（吸収スペクトルが重なる等）が少なく良好な吸収スペ
クトルが得られ、測定精度が極めて高くなる。等々の顕
著な独自の効果を奏する。
同位体以外の不純物の検出も可能であり、特に不純物の
吸収スペクトルの波長位置が既知な不純物であれば、そ
の不純物の特定ができる。更に、使用する半導体レーザ
光として２０００ｎｍ波長帯のレーザ光であるので、従
来の１５７０ｎｍ帯のレーザ光に比べて、比較的不純物
の吸収が少ないため、不純物の存在での吸収による影響
（吸収スペクトルが重なる等）が少なく良好な吸収スペ
クトルが得られ、測定精度が極めて高くなる。等々の顕
著な独自の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体レーザ分光分析装置の一例を示す系統
略図である。
略図である。
【図２】 ２０００ｎｍ波長帯の吸収スペクトルの一例
を示す吸収スペクトル図である。
を示す吸収スペクトル図である。
【図３】 同位体の濃度を変化せしめた炭酸ガス同位体
の吸収スペクトルの変動を示す吸収スペクトル図であ
る。
の吸収スペクトルの変動を示す吸収スペクトル図であ
る。
【図４】 参照ガスとしてＨＢrを使用して、被測定試
料ガス中の炭酸ガス同位体の分析する本発明の分析方法
の一例を説明する吸収スペクトル図である。
料ガス中の炭酸ガス同位体の分析する本発明の分析方法
の一例を説明する吸収スペクトル図である。
１…半導体レーザ光源、 ２…レーザ駆動部、 ３…集
光レンズ、４…ビームスプリッター、 ５…アイソレー
タ、 ６…サンプルセル、１６…リファレンスセル、
７、１７…光検出器、８、１８…ロックイン増幅器、
９…コンピュータ、 １０…デイスプレー、１１…試料
ガス導入系、 １２…参照ガス導入系、 Ｌ0…レーザ
光、ＬS…サンプルセル投射光、 ＬR…リファレンスセ
ル投射光、ＬSt…サンプルセル透過光、 ＬRt…リファ
レンスセル透過光、Ｒ…参照ガス、 Ｇ…被測定試料ガ
ス、Ｗ1、Ｗ2…参照ガスの吸収スペクトル波長、ｗ1、
ｗ2…被測定試料ガスの同位体の吸収スペクトル波長、
Ｙ1、Ｙ2…参照ガスの吸収スペクトル波長Ｗ1、Ｗ2の駆
動電流値、ｙ1、ｙ2…被測定試料ガスの同位体の吸収ス
ペクトル波長ｗ1、ｗ2の駆動電流値
光レンズ、４…ビームスプリッター、 ５…アイソレー
タ、 ６…サンプルセル、１６…リファレンスセル、
７、１７…光検出器、８、１８…ロックイン増幅器、
９…コンピュータ、 １０…デイスプレー、１１…試料
ガス導入系、 １２…参照ガス導入系、 Ｌ0…レーザ
光、ＬS…サンプルセル投射光、 ＬR…リファレンスセ
ル投射光、ＬSt…サンプルセル透過光、 ＬRt…リファ
レンスセル透過光、Ｒ…参照ガス、 Ｇ…被測定試料ガ
ス、Ｗ1、Ｗ2…参照ガスの吸収スペクトル波長、ｗ1、
ｗ2…被測定試料ガスの同位体の吸収スペクトル波長、
Ｙ1、Ｙ2…参照ガスの吸収スペクトル波長Ｗ1、Ｗ2の駆
動電流値、ｙ1、ｙ2…被測定試料ガスの同位体の吸収ス
ペクトル波長ｗ1、ｗ2の駆動電流値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 功 東京都港区西新橋一丁目16番７号 日本 酸素株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−364442（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−42041（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−297061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−266440（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／26497（ＷＯ，Ａ１) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＯＬＥＣＵ ＬＡＲ ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ，Ｖ 167，282−287 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＯＬＥＣＵ ＬＡＲ ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ，Ｖ 63，317−321 ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｖ36 Ｎ24，5822−5826 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＯＬＥＣＵ ＬＡＲ ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ, 182，309−314 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定ガス中に含有する同位体を、これ
ら同位体の存在で吸収される吸収スペクトルの波長によ
り、同位体を同定し、定量測定する同位体の分光分析方
法であって、 前記吸収スペクトルの波長の光源として、２０００ｎｍ
帯の波長帯領域で発光する半導体レーザ光を用いるとと
もに、 同定参照ガスとして、前記レーザ光の照射で被測定同位
体の吸収波長に近い波長域に、被測定同位体を同定し得
る２つの既知の吸収波長を有する照合成分を含有するガ
スを使用し、同定参照ガスに含有される照合成分が臭化水素であっ
て、２つの既知の基準吸収波長の照合成分がＨ 79 Ｂｒ、
Ｈ 81 Ｂｒであり、 被測定同位体が炭酸ガスの同位体である ことを特徴とす
る同位体の分光分析方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の波長帯のスペクトルに
よって、既知の照合成分として臭化水素の吸収スペクト
ルを基準にして同位体を同定するとともに、該波長帯で
吸収スペクトルを生じる不純物の存在を同定することを
特徴とする半導体レーザを用いた同位体の分光分析方
法。
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| ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ，Ｖ６３，３１７−３２１ |
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