JP3338497B2 - 同位分析方法と装置 - Google Patents

同位分析方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は同位分析方法と装置に
関するものであり、さらに詳しくは同位分析とトレーサ
ー同位元素を用いての諸テスト技術の改良に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】材料中に含まれる異なる同位元素の量を
決定することはしばしば必要となる。同位元素は同一の
化学的元素の異なる形態であり、異なる質量の原子核を
有したものである。例えば天然の炭素は主として 12Ｃ
（質量数１２の炭素、以下これを「１２＊Ｃ」などと表
記する）からなるものである。すなわち１２原子質量単
位の原子を有した炭素であって、その他にも少量の１３
＊Ｃと１４＊Ｃ同位元素などからなっている。これらは
それぞれ１３および１４ＡＭＵの原子質量を有したもの
である。１２＊Ｃ同位元素と１３＊Ｃ同位元素とは安定
であるが、１４＊Ｃ同位元素は放射性であり、時間が経
つとともに他の元素に崩壊する。
【０００３】いわゆる炭素年代決定においては、試料中
の１４＊Ｃと１２＊Ｃとの比が測定されて、これにより
試料の年代を表示する。種々の生物的および化学的テス
トにおいて１４＊Ｃなどのトレーサーが用いられてい
る。生体器官などの生物的または化学的システムと反応
する含炭素化合物は天然炭素に代えて１４＊Ｃを用いて
用意されるものであり、かかる化合物は１４＊Ｃによっ
て身元を「識別」または「表示」されている。
【０００４】生物的試料はこの識別された化合物に暴露
されてこれと反応する。この反応により、識別された化
合物からの１４＊Ｃを取り込んだテスト試料または検体
を形成し、その量は生物的反応に直接関係してくるもの
である。例えばラジオイムノサイテスト（Ｒａｄｉｏ
Ｉｍｍｕｎｏｓｓａｙ ｔｅｓｔ）においては、生物試
料中の特定の抗体の量の測定は、試料を抗体と化学的に
結合するのに適した１４＊Ｃ識別抗原に暴露することに
より行なわれる。試料により取り込まれた抗原の量、す
なわち試料により取り込まれた１４＊Ｃの量により試料
中の抗体の量を測定できる。
【０００５】他のテストにおいては、試料は生物的試料
から排せつ、またはにじみ出た物質であってもよい。例
えば１４＊Ｃ識別尿素を人間などのほにゅう性生物主体
に与えた場合、もしある種のバクテリアが主体の腸管内
に存在するときは、主体の息中に吐出された二酸化炭素
は尿素中に含まれる識別同位元素を含んでいるだろう。
したがってこのようなバクテリアは主体の息中の１４＊
Ｃの１２Ｃに対する比を調べることにより探知すること
ができる。
【０００６】１４＊Ｃは通常は種々のテストにおいて識
別同位元素として用いられる。なぜなら崩壊するときに
放射する放射線を測定することによって探知することが
できるからである。このような測定は比較的簡単な装置
を用いて行なうことができる。しかし放射性の材料を用
いることは好ましくない。そのような放射性の材料は元
来不安定である。加えてこの種の研究において用いられ
る放射性材料の量は誠に少ないものではあるが、安全と
健康ということを考慮するといかなる放射性であっても
好ましくはないのである。
【０００７】理論的には１４＊Ｃに代えて安定で希薄な
同位元素１３＊Ｃを用いて直接類似したトレーサー研究
を行なうことはできる。しかし試料中の１３＊Ｃまたは
１２＊Ｃに対する１３＊Ｃの比を測定することは困難な
のである。従来このような測定は質量分析計を用いて行
なわれてきたのである。この手法はコストが掛かるとと
もに煩雑であるという欠点がある。しかもこの質量分析
はある種の条件下においては不安定である。この質量分
析は同じ質量を持つ異なる化学的な種を区別できないの
である。関心のある種と同じ質量を持つ他の原子、分子
および基を除くためには非常な注意を払う必要がある。
したがって検体中の炭素同位元素の量を測定するよい手
法の出現が長い間望まれてきたのである。
【０００８】またこれに呼応して検体中の他の元素の同
位元素の量を測定する方法についてもその改良が望まれ
てきたのである。例えば希薄であるが安定な酸素同位元
素１８＊Ｏの量および／または共通の同位元素１６＊Ｏ
に対する１８＊Ｏの比の測定法などが強く求められるの
である。この要求は、通常の水の分子が実質的に同じ質
量を有しているので、特に強く求められる次第である。
水をトレース量だけでも含んだ試料中の１８＊Ｏ：１６
＊Ｏの比を質量分析法で測定することは通常不可能であ
る。特にこの比が小さいときにはその傾向がある。すな
わち１８＊Ｏの信号が試料中の水から発せられる信号に
よって簡単に呑まれてしまうのである。明かにこの理由
から、１８＊Ｏは化学的および生物的研究においては広
くは使われてはいないのである。他の元素についても同
様な要請がある。
【０００９】分光分析的な手法により試料中の同位元素
の量を決定しようとする種々の試みがなされてきた。す
なわち照射された放射性エネルギーに対する試料の反応
を測定するやり方である。異なる同位元素の原子のエネ
ルギー吸収スペクトルが相互に異なることは長く知られ
ており、このような相違を利用して検体の同位元素組成
を調べようとする努力もなされてきた。
【００１０】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ ４８（１０）巻（１９８６年３月１０日付）
の第６１９〜６２１頁のリーの論文「同位元素分析のた
めの高解析度赤外線ダイオードレーザー分光分析−同位
一酸化炭素の測定」に記載さされているように、回転ダ
イオードレーザーからの光線を一酸化炭素の試料を透過
してフォト検知器に照射する。このレーザーは連続して
異なる波長に整調されるものである。これらの各波長は
特定の酸素同位元素を含んだ一酸化炭素のグランドステ
ート（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）吸収波長に対応す
る。吸収された光の量、すなわち各波長において探知さ
れた光の量は一酸化炭素中の特定な酸素同位元素の量に
関係付けられるものである。
【００１１】しかしこのシステムは非常に複雑で高感度
の装置を必要とする。一酸化炭素の異なる同位元素形態
によって吸収される波長は互いに極度に近接しており、
その範囲は２１１９．５８１〜２１２０．２３５／ｃｍ
位のものである。このような範囲での整調性を良くする
ためにいわゆる量子井戸型（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌ
ｌ）のダイオードレーザーが用いられる。そのようなレ
ーザーは液体窒素温度で動作させる必要があり、その信
号も非常に弱いものであり、大型かつ複雑な液体窒素冷
却式検知器を必要とする。したがってこの手法はあまり
広くは使われなかったのである。
【００１２】Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．第６９巻第５号
（１９７９年５月５日付）の第７３８〜７４２頁のケラ
ー他の論文「ウラニウムホロー陰極放電における光学電
気的（ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ）分光分析」に記載さ
れている分光分析法によると、ウラニウム金属をホロー
陰極放電中においてスパッタリングに掛ける。この放電
はグランド状態または非励起状態のスパッターされたウ
ラニウム原子を含んでいる。この電気的な放電は種々の
波長においてレーザーによる照射に暴露される。レーザ
ー光と放電との反応をいわゆる光学電気的効果を測定す
ることによりモニターする。すなわち照射に際しての放
電の電気的なインピーダンスの変化を測定するのであ
る。２３８＊Ｕ原子のいわゆる「ハイパーファイン」吸
収波長における光による光学電気的効果を２３５＊Ｕ原
子のハイパーファイン吸収波長における光による光学電
気的効果と比較する。これにより同位元素比２３５＊Ｕ
／２３８＊Ｕが測定される。Ｊｏｕｒｎａｌ ｄｅ Ｐ
ｈｙｓｉｑｕｅＣ７第４４巻（１９８３年１１月付）の
ガンゲ他の論文「Ｅｆｆｅｃｔ Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎ
ｉｑｕｅ Ｄａｎｓ Ｕｎｅ Ｄｅｃｈａｒｇｅ ａ
Ｃａｔｈｏｄｅ Ｃｒｕｅｓｅ」にも同様な試みが記載
されている。
【００１３】さらに１９８４年１２月付のアイオワ州立
大学のトングの博士論文「安定同位元素比分析のための
新しいレーザー分光分析技術」には、銅の同位元素６３
＊Ｃｕおよび６５＊Ｃｕの分析についての同様な試みが
記載されている。この理論は光学電気的な効果を用いて
銅原子を含んだ電気的放電中の光学的吸収のハイパーフ
ァインスペクトル成分をモニターしている。この方法に
おいては後続のデコンボリューション（ ｄｅｃｏｎｖ
ｏｌｕｔｉｏｎ）処理により６３＊Ｃｕと６５＊Ｃｕ成
分との推定を行なっている。
【００１４】トングの提案するところによると、この手
法は銅基本トレーサーの研究に関連して利用できるもの
である。例えば安定な銅同位元素をトレーサーとして用
いて銅の新陳代謝を研究するのである。銅原子のグラン
ド状態からの遷移が採用されている。またグランド状態
と同様に励起状態から発生する原子の遷移における光学
電気的効果も観察できるとされている。しかし「スペク
トル干渉が最少であるときにのみ、適切な励起波長を」
選ぶことができるとされている。しかし金属原子のハイ
パーファイン吸収をモニターする試みには重大な欠点が
ある。種々の同位元素のハイパーファインスペクトルは
互いに極く近接して重複する吸収波長を含んでおり、検
体中の異なる同位元素による吸収の故に、複雑な装置と
数学的なデコンボリューション技術を必要とするのであ
る。
【００１５】エアロダインリサーチ社による出願「炭素
１３同位元素分析器」ＩＳＩ８８−６０７７８号（１９
８９年）の記載によると、一酸化炭素プラズマの放射ス
ペクトルを投影していわゆる「スペクトル処理アルゴリ
ズム」を応用して種々の源から出てくる干渉を抑制する
ことにより、一酸化炭素の１３＊Ｃ：１２＊Ｃ同位元素
比を決定する試みがなされている。しかしこの手法は広
く採用されるには至っていないのである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来からの
種々の試みにも拘らず同位元素分析方法として満足すべ
きものはないのである。特に炭素や窒素や酸素や水素な
どの比較的原子番号の低い元素に適用できる分析方法が
特に強く要請されているのである。
【００１７】すなわちこの発明の目的は、特に炭素や窒
素や酸素や水素などの比較的原子番号の低い元素に適用
できる同位元素分析技術を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】このためこの発明におい
ては、準備手段により異なる同位元素を含んでかつ異な
る遷移エネルギーを有した試料を励起させた状態の検体
を準備し、放射線照射手段により検体中の励起された同
位元素含有試料と反応する異なる遷移エネルギーに対応
する複数の波長で検体に放射線を照射し、モニター手段
により照射された放射線に対する検体の反応をモニター
して各波長に対する反応の大きさを測定することを要旨
とするものである。
【００１９】
【作用】照射された放射線の波長に対応して検体中の各
同位元素が固有の反応をするので、種々の波長における
検体からの反応をモニターすることにより、検体中の各
同位元素の含有量を探知できる。
【００２０】
【実施例】最も好ましくは、検体中に含まれる含同位元
素試料は分子や多原子イオンなどの多原子構造のもので
ある。このような多原子試料は明確に分離された遷移エ
ネルギーを有している。放射線は関連する特定の遷移エ
ネルギーにロックされたレーザーにより発生できる。特
に好ましくは、この放射線照射に際しては、含同位元素
試料を含んだ永続媒体（ｌａｓｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕ
ｍ）を少なくとも１個有したレーザーを少なくとも１個
作動させる。これらのレーザーは含同位元素試料の遷移
波長にロック（ｌｏｃｋ）されている。さらに好ましく
は、複数の異なる同位元素を有した含同位元素試料を含
んだ単一の永続媒体を有した単一のレーザーを作動させ
ることにより放射線照射を行なう。この単一のレーザー
は励起されて、一連の異なる遷移エネルギーに対応する
異なる波長を放射するのである。例えば検体中の含同位
元素試料は異なる炭素同位元素を含んだ二酸化炭素分子
であり、光は種々の同位元素と共に二酸化炭素を含んだ
ガス状の永続媒体を有したガスレーザーを励起すること
により照射できる。このレーザーを整調することによ
り、連続する異なる同位元素を伴なった波長を放射する
ことができる。
【００２１】さらに好ましくは、電気的な放電中におい
て検体はガス状で与えるのがよく、これにより放電が含
同位元素試料を励起状態に維持することができる。検体
の反応をモニターするに際しては、放電のインピーダン
スなどの非光学的現象をモニターするのがよい。照射さ
れた光線に対する検体の反応は光学電気的効果を観察す
ることによりモニターできる。含同位元素試料の励起さ
れた状態はその反応を高める。特にグランド状態よりも
励起状態における方が光学電気的効果を迅速に測定でき
る。種々の波長における反応は直接に使用することがで
き、好ましくはこれらの反応の程度を比率にして検体中
の同位元素の比の目安とすることもできる。
【００２２】またこの発明の方法を用いて、炭素、酸
素、窒素および水素などの元素の同位元素比を決定する
こともでき、検体中における種々の同位元素の量も決定
することができる。特に好ましくは、炭素の酸化物、窒
素の酸化物、二原子窒素、水蒸気およびこれらの組合せ
からなる群から含同位元素試料を選択する。二酸化炭素
は特に好ましい含同位元素試料である。安定で非放射性
の同位元素を分析するのが最も好ましい。
【００２３】またこの発明の方法においては、テスト主
体から分離されまたは排出された物を検体にして、テス
ト主体の特性に応じて種々の同位元素の量が変わるよう
にするとよい。このようにすれば、異なる波長について
の反応の程度によりテスト主体の特性が表示されること
になる。テスト主体として生体器官を対象とする場合、
このテスト主体から分離しまたは排出された検体を用い
る。この場合には、そのような器官を少なくともいずれ
かの同位元素を含む反応剤に暴露するとよい。
【００２４】図２にこの発明の装置の一実施態様を示
す。レーザー１０はケース１２とその内部に架設された
放電管１４とを有している。放電管１４内には１対の放
電電極１６、１８が露出している。この放電管１４はブ
リュスターまたは分極ウインドー２０を両端に有してい
る。放電管１４の出力端（第１の端部）の近くには部分
的な出力反射鏡２２がウインドー２０と同軸上に配置さ
れている。この反射鏡２２は通常の調節機構を有してい
て、それにより所望の面内に正確に位置決めできるよう
になっている。
【００２５】反射鏡２２と反対側において、放電管１４
の端部近傍においてケース１２には回折格子２４が軸承
されている。この回折格子２４は調節ネジ２６に連結さ
れており、この調節ネジを加減することにより回折格子
２４は放電管１４の軸に対して適宜な傾斜にすることが
できる。調節ネジ２６はさらに波長調整器２８にリンク
されていて、これが調節ネジ２６ひいては回折格子２４
の姿勢を外部制御装置に報告するようになっている。
【００２６】放電管１４の出力端にはその軸と一線をな
して出力端３０が形成されている。電極１６、１８には
レーザー放電電源３２が接続されており、これにより放
電管１４内に電気的な放電を与える。以上の構成は公知
のものである。すなわち回折格子２４は入射光線を格子
に対する角度に応じた異なる波長に回折する。ネジ２６
を加減することにより、特定の波長を含んだ光線が放電
管１４の軸に沿ってウインドー２０を介して格子に入射
したときに、特定の波長の光線が選択的に回折されて放
電管１４の軸に沿って戻るが、他の波長はその軸から外
れて回折されるのである。
【００２７】放電管１４内にはガス混合物が充填されて
おり、この混合物は約９％の二酸化炭素と約８０％のヘ
リウムと約１１％の窒素とを含んでいる。このガス混合
物の絶対圧力は約６ｔｏｒｒである。ガス混合物中の二
酸化炭素は異常な炭素同位元素組成を有している。ここ
で「異常な同位元素組成」とは該元素の天然供給源の比
率とは異なる同位元素比率を意味するものである。特に
ガス混合物の二酸化炭素中での１２＊Ｃに対する１３＊
Ｃの比は地球上に天然に生じる二酸化炭素のそれより高
いのである。混合物中の二酸化炭素は好ましくは少なく
とも約１０％、さらに好ましくは約４０％、最も好まし
くは６０％の１３＊ＣＯ２を含んでおり、残りは１２＊
ＣＯ２である。二酸化炭素中の酸素は正常な同位元素組
成を有しており、実質的には１６＊０から構成されてい
る。
【００２８】またレーザー１０には図１に示すような要
素が付設されている。レーザー１０の出力端３０は第１
の光路４２を介して部分的反射鏡４４に接続されてい
る。この反射鏡４４は光線の大部分を光路４６に沿って
反射し、光線の内若干の限定された部分は反射鏡を透過
して光量計４８の入力端に入射するのである。光路４６
は全面反射鏡５０を介して光学的チョッパー５４の光入
力端５２に至っている。
【００２９】チョッパー５４は制御可能なチョップ（ｃ
ｈｏｐ）装置であって、入力端５２から入射した光線を
所定の周波数においてチョップし、チョップされた光線
をその出力端５６から光路５７に沿って出力する。この
チョッパー５４は電気的な出力信号５８を出力する。す
なわち光線がチョップされないときには第１の出力信号
５８を出力し、光線がチョップされたときには第２の異
なる信号を出力するものである。
【００３０】チョッパー５４の出力端５６と全反射鏡６
６との間には誘電性の材料からなり透明な端壁６２、６
４を備えた試料セル６０が設けられている。この試料セ
ル６０は好ましくは中空の筒状容器を有しており、両端
壁６２、６４間は少なくとも３ｃｍの長さを有してい
る。またこの試料セル６０の内部容積は約１００立方ｃ
ｍ以下、より好ましくは１０立方ｃｍ以下である。端壁
６２、６４は光透過性の誘電材料から形成されており、
例えばジンクセレナイド（ｚｉｎｃ ｓｅｌｅｎａｉ
ｄ）などを用いるとよい。試料セル６０と反射鏡６６と
は、チョッパー５４の出力端５６から光路５７上に出力
された光線が端壁６２と試料セルの内部を通って反射鏡
６６に至り、さらに反射されて端壁６４を通って試料セ
ルの内部に戻るように配置されている。
【００３１】試料セル６０の内部空間は遮断弁６９を介
して圧力制御器６８に接続されている。この制御器６８
は公知の真空ポンプと圧力センサーとを内蔵したもので
ある（図示せず）。またこの内部空間は遮断弁７１を介
して公知のマニフォルドを具えたガス混合器７０に接続
されている。この混合器７０はさらに搬送ガス供給源７
２に接続されており、この供給源は公知の搬送ガス貯蔵
タンクと圧力流量調節器とを具えたものである。混合機
７０はさらに研究すべき試料を保持した試料供給源７４
に接続されている。試料供給源７４と搬送ガス供給源７
２と混合機７０とは、所望の比率で検体を含んだガス混
合物と搬送ガスとを開状態の遮断弁７１を介して供給し
て試料セル６０の内部に充填するように、配置されてい
る。
【００３２】試料セル６０には誘導コイル７８が付設さ
れており、コイルを介して適宜な電界が掛けられたとき
に試料セル６０に存在するガス間に電気的な放電が保持
されるように、その形状と寸法とが選定されている。
【００３３】コイル７８は放電電源８０に接続されてお
り、この電源はラジオ周波数（またはＲＦ）の電力をコ
イル７８に供給する。いわゆるＩＳＭ周波数（工業的、
科学的および医療用として政府により割り当てられてい
るラジオスペクトル）が好ましく、特に約１０〜２０Ｍ
Ｈｚの周波数が好ましい。しかし他の周波数を用いても
よい。コイル７８を適宜な電極に変えればＤＣ（０周波
数）を用いることもできる。
【００３４】コイル７８と電源８０とにはインピーダン
スモニター８２が接続されており、このモニターはコイ
ル内の電気的なインピーダンスを表す（したがって試料
電池６０中のガスのインピーダンスを表す）電気的な信
号を出力線８４に出力する。このモニター８２の構成は
電源８０の構成によって左右されるものである。放電を
保持するために電源により引き出される電流がモニター
される。しかし公知のモニターなら適宜これを利用する
ことができる。
【００３５】モニターの出力線８４はロックイン増幅器
８６の入力端に接続されている。この増幅器８６はさら
にチョッパー５４の出力端５８に接続されている。この
増幅器は出力線８４上の信号のうち出力端５８上の信号
と同期する成分を増幅するものである。すなわち増幅器
中のロックは、出力線８４上の信号の成分のうちチョッ
パーの動作と同期して（したがって光路５７上の光線の
点滅と同期して）変化するもののみを増幅するのであ
る。従ってこの増幅器はチョップ周波数に応じた周波数
で第１と第２の極限値間を変化する発振信号を与えるも
のである。この発振信号はインピーダンスの成分のうち
光路５７に沿って通過する光線に応じて変化するものを
表す。照射された光線に応じて変化しないインピーダン
スの成分はこの発振信号には含まれないのである。すな
わちロックイン増幅器８６は発振信号の平均値をその出
力信号とするのである。
【００３６】ロックイン増幅器８６からの出力信号は出
力線８８を介してコンピューター９０に送られる。この
コンピューター９０は光量計４８にも接続されていて、
その読み取り信号を収受する。コンピューター９０はレ
ーザー１０の放電電源３２（図２）にも接続されてい
て、これを制御する。コンピューター９０はさらに図２
の波長調整器２８にも接続されていて、常時照射された
特定の波長を示す信号を収受する。このコンピューター
にはキーボード、スクリーンおよびプリンターなどの公
知の装置が包含されている。
【００３７】この発明の方法においては、二酸化炭素と
正常な１２＊ＣＯ２（二酸化炭素）と１３＊ＣＯ２（二
酸化炭素）とを含んだ検体を試料供給源７４に与える。
この検体を窒素と混合してその混合比（窒素：二酸化炭
素）を約２０：１にする。このガス混合物を遮断弁７１
を介して試料セル６０内に送り込む。ついで制御器６８
の真空ポンプを励起して試料セル６０内の圧力を放電の
ために適正な値（約１５ｔｏｒｒ以下、より好ましくは
５ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは３〜５ｔｏｒｒ位）
とする。圧力が所望の値になったら弁７１と６９とを閉
じて、試料セル６０の内部を周囲から遮断する。
【００３８】ついで放電電源８０を励起して試料セル６
０中のガスにＲＦエネルギーを供給して、放電状態にす
る。この放電により二酸化炭素分子の相当の量が舞い上
がって、グランド状態より高エネルギー状態となる。す
なわち放電中の二酸化炭素分子は熱力学的平衡にはな
く、高エネルギーの準安定または不安定状態となるので
ある。図２のレーザー放電電源３２が励起されて放電管
１４中の放電を刺激し、これによりレーザー管中の混合
ガスも同様な励起状態となる。
【００３９】各励起状態にある二酸化炭素分子は低また
は高エネルギー状態に遷移する。これらの各遷移はエネ
ルギーの特定のスペクトルの放射または吸収に対応す
る。各遷移が起きる毎に特定量のエネルギーを有した光
子が放射または吸収される。特定の量のエネルギーを有
した光子は特定の波長を有している。したがって各遷移
には特定の波長があり、放電管１４中のグロー放電中の
二酸化炭素分子は特定の波長のみを放射する。１３＊Ｃ
Ｏ2（質量数１３の炭素からなる二酸化炭素、以下これ
を「１３型二酸化炭素」と呼ぶ）分子の遷移エネルギー
ひいては遷移波長は１２＊ＣＯ2（質量数１２の炭素か
らなる二酸化炭素、以下これを「１２型二酸化炭素」と
呼ぶ）のそれとは顕著に異なるものである。遷移波長の
うち顕著なものを表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】放電管１４中のガス混合物が１３型二酸化
炭素と１２型二酸化炭素とを含んでいるので、この両者
の遷移が起き、これらの遷移に対応した波長において光
線が放射されるのである。
【００４２】レーザー管の光軸および反射鏡２２の面に
対する回折格子２４の角度に応じて、放電管１４のウイ
ンドー２０を通って出る特定の選択された波長の光線は
レーザー管の軸に沿って反復して選択的に反射される。
この特定の波長は格子２４の設定に応じて変化する。格
子により設定された波長が１３型、１２型二酸化炭素の
いずれかの遷移波長に対応するときには、反射光線は同
じ遷移波長におけるさらなる光線の放射を刺激し、その
特定の遷移波長における強い実質的に単色の凝集性の光
線を放射させることになる。この光線の一部は反射鏡２
２を通って（第１の光路４２の出力端３０を通って）放
射される。波長調整器２８は調節ネジ２６の設定（すな
わちレーザー１０による光線の波長）をコンピューター
９０に伝達する。
【００４３】レーザー１０は当初は１３型二酸化炭素の
遷移波長において放射するように設定される。このレー
ザー１０によって放射された光線は第１の光路４２に沿
って反射鏡４４に伝達される。反射鏡４４に入射した光
線の決まった一部は光量計４８に与えられる。光量計は
光線のこの部分をレーザー光のパワーに比例した電気信
号に変換して、これをコンピューター９０に伝送する。
コンピューター９０は、レーザー放電電源３２によりレ
ーザー光線放電に掛けられたパワーを制御することによ
り、光線のパワーを制御する。レーザー光線の主な部分
は光路４６に沿って進み、反射鏡５０を介してチョッパ
ー５４に入る。ここで光線は所定のチョップ周波数にお
いてチョップされる。このチョッパーは、各チョップサ
イクルにおいて等しい時間間隔で光線がチョップおよび
非チョップされるように（すなわちチョッパーの出力端
５６から光路５７に出力される光線は５０％オンとなり
５０％オフとなり、所定のチョップ周波数でオンオフ間
を切り換わるように）設定されている。
【００４４】チョッパーからの交番のオンオフ光線は端
壁６２を介して試料セル６０中の放電を通過し、反射鏡
６６により反射されて試料セル６０内に戻る。試料セル
６０内の電気的放電中を通過する光線は放電中の励起さ
れた１３型二酸化炭素と反応する。比較的高いエネルギ
ー励起状態と低い状態（グランド状態など）との間の１
３型二酸化炭素の遷移に対応する特定の波長に光線があ
るときには、そのような高いエネルギー状態において光
線は１３型二酸化炭素分子と反応して、高低のエネルギ
ー状態間の共鳴遷移を引き起こす。光線は試料セル６０
中の放電内の１２型二酸化炭素とは実質的に反応しな
い。
【００４５】光線によって引き起こされた遷移は放電中
における１３型二酸化炭素分子の状態の分布を変化さ
せ、いわゆる光学電気的効果により放電のインピーダン
スを変化させる。この発明は特定の理論により限定され
るものではないが、この光学電気的効果はイオン化の変
化または遷移による全体の電子温度の変化によるものと
考えられる。レーザー１０は１３型二酸化炭素の励起状
態遷移エネルギーに対応する遷移エネルギーにおいて光
線を放射するが、試料セル６０中の放電の電気的なイン
ピーダンスは、チョッパー５４が光線をオンオフ切換え
するのに応じて、変化する。
【００４６】光線がオンオフ切り換えされると同時に放
電インピーダンスが変化するのではなく、新しい値にお
いて平衡に達するには立上り時間が必要である。この立
上り時間は数マイクロセカンドのオーダーである。チョ
ッパーサイクルの期間は、各オン期間とオフ期間とが実
質的に立上り時間より長くなるように、選定する。例え
ばチョッパー周波数は約５００Ｈｚ以下、特に２００〜
３５０Ｈｚ位とする。チョッパーの各オン期間中に放電
インピーダンスは第１の値における平衡に達し、各オフ
期間中に第２の値における平衡に達する。
【００４７】放電インピーダンスの第１と第２の値の違
いは特定の１３型二酸化炭素のための光学電気的信号で
あって照射された光線の波長を伴なうものである。変化
インピーダンスはインピーダンスモニター８２によって
引き出されるインピーダンス信号中のＡＣ成分として反
映される。このＡＣ成分はロックイン増幅器８６によっ
て周囲と遮断され、コンピューター９０に送られ、ここ
でピーク対ピーク値が光学電気的信号として記憶され
る。
【００４８】与えられた決まった放電状態下においては
次の関係が成立する。
【００４９】
【数１】
【００５０】ここでＳ１３は特定の１３型二酸化炭素遷
移のための光学電気的信号であり、Ｐ１３は試料セル６
０内のガス中の１３型二酸化炭素の部分圧力または分子
濃度であり、Ｗ１３は１３型二酸化炭素遷移に対応する
波長における光線のパワーレベルである。
【００５１】Ｍ１３は比例定数であって、特定の遷移の
ための光学電気的効果の程度や放電状態において１３型
二酸化炭素の比や装置の構造などのファクターに左右さ
れるものである。
【００５２】上記の関係は飽和レベル以下のＷ１３の値
に適用されるものである。この飽和レベルとは第１の励
起状態にある実質的に全ての１３型二酸化炭素中におけ
る遷移を引き起こすに必要とされるレーザー光線のレベ
ルである。エネルギーの飽和パワーレベルより上では、
それ以上レーザー光線のパワーを増加させても光学電気
的な信号Ｓ１３は増加しないのである。
【００５３】１３型二酸化炭素の光学電気的な信号が得
られた後、図２のネジ２６を操作して回折格子２４を異
なる角度に設定して、１２型二酸化炭素の遷移に対応す
る波長にレーザー１０を変調する。これによりレーザー
１０はこの遷移波長において動作する。１２型二酸化炭
素遷移に対応するレーザーからの光線は特定の励起状態
にある１２型二酸化炭素分子と反応するが、試料セル６
０中の１３型二酸化炭素とは実質的に反応しない。再び
チョッパー５４は反復して光路５７に沿って試料セル６
０を通過する光線をチョップし、モニター８２によって
測定された放電のインピーダンスが第１と第２の値の間
を変動する。これらの値の差は１２型二酸化炭素の遷移
のための光学電気的な信号である。この場合には次の関
係が成立する。
【００５４】
【数２】
【００５５】ここでＳ１２は１２型二酸化炭素遷移のた
めの光学電気的信号であり、Ｐ１２は試料セル６０中の
１２型二酸化炭素の分子濃度または部分圧力であり、Ｍ
１２は特定の遷移のための比例定数である。
【００５６】Ｗ１２は光量計４８により測定された１２
型二酸化炭素の遷移に対応する波長におけるレーザー光
線のパワーである。エネルギーの数式は放電中の全ての
励起された１２型二酸化炭素分子の遷移を引き起こすの
に必要とされる飽和レベル以下のパワーＷ１２の値だけ
のためのものである。Ｓ１３と同様にＳ１２はチョップ
周波数に対応するモニター８２からの信号中のＡＣ成分
のピーク対ピーク値である。このＡＣ成分は増幅器８６
により他から遮断されてコンピューター９０に送られ
る。
【００５７】試料中の同位元素比または１３型二酸化炭
素の１２型二酸化炭素に対する比はつぎの式で与えられ
る。
【００５８】
【数３】
【００５９】ここでＲ１３／１２は試料セル６０内の検
体中の１３型二酸化炭素の１２型二酸化炭素に対する比
であり、換言すれば次のようになる。
【００６０】
【数４】
【００６１】ここでエネルギーは検度定数であってＭ１
２／Ｍ１３に等しく、１３型二酸化炭素と１２型二酸化
炭素の遷移、装置の構造および試料セル６０中の放電パ
ワー状態に応じて定められる。エネルギーの値はＲ１３
／１２の公知の値のガスを用いて装置を調整することに
より求められる。
【００６２】１２型二酸化炭素の遷移エネルギーは１３
型二酸化炭素の遷移エネルギーとは異なるものであり、
したがって１２型二酸化炭素遷移に対応する波長は１３
型二酸化炭素の遷移を引き起こしたり１３型二酸化炭素
に目立った影響を与えるものではない。１２型二酸化炭
素の波長における光学電気的信号は１３型二酸化炭素の
濃度からは実質的に独立したものである。換言すると、
システムにおいて用いられる特定の１２型および１３型
二酸化炭素遷移は、１２型二酸化炭素の遷移エネルギー
がいかなる１３型二酸化炭素の遷移エネルギーにも対応
せず、かつシステムにおいて採用された１３型二酸化炭
素の遷移エネルギーがいかなる１２型二酸化炭素遷移に
も対応しないように、選定されるのである。
【００６３】また特定の遷移エネルギーと遷移波長と
は、遷移波長がシステム中に存在する他のガス試料の遷
移波長（例えば搬送ガスや汚染物の遷移エネルギーな
ど）とは異なるように、選定される。例えば検体中の二
酸化炭素が生物的源から引き出され水によって汚染され
ている場合には、水分子やＯＨイオンや汚染の結果放電
中に存在する複合物の遷移波長に対応しないように、遷
移波長を選定する。
【００６４】上記した方法と装置によれば、非常に高度
の感度と低い探知限界が得られる。約１０−４〜１０
−６くらい低い同位元素比Ｒ１３／１２の値でも正確に
測定できるのである。低い値のＲ値について選定された
遷移エネルギーは高い値のＭ１３を与えて、Ｓ１３の値
を評価できるものとし、Ｓ１３の測定中信号対ノイズ比
を最大のものとする。この場合約１１．１２ミクロンの
１３型二酸化炭素の遷移波長が特に望ましい。
【００６５】同様に１３型二酸化炭素遷移光線パワーレ
ベルＷ１３は飽和パワーレベルに近いものでなければな
らない。この条件下においてＳ１３に対しての１２型二
酸化炭素信号Ｓ１２の値を充分なものとすべく、比較的
低い値のＭ１２を与えるかおよび／または低い値のＷ１
２を有した比較的低いパワーの二酸化炭素遷移光線を与
える遷移波長を用いる。低い値のＭ１２を与える１２型
二酸化炭素の弱い遷移は多くある。これらとしては１
０．４９、１０．３０および１０．７６ミクロンの遷移
波長がある。
【００６６】以上記載した方法と装置に関しては種々の
変化態様がある。一例をあげると、２個の分離したレー
ザーを用いることができる。各レーザーは１個の遷移波
長において作動し、各レーザー光線は異なるチョッパー
を通って試料室に至る。２個のチョッパーは異なるチョ
ップ周波数で操作され、異なる遷移波長の２個のレーザ
ー光線が異なる周波数においてオンオフ切換えされるの
である。これらの光線は同時に照射することができる。
【００６７】この場合インピーダンスモニターからの信
号は２個の異なるチョップ周波数の２個のＡＣ成分を含
んでいる。インピーダンスモニターからの信号はそれぞ
れのチョップ周波数で動作する２個の異なるロックイン
増幅器に送られて、各増幅器は同時に照射された２個の
波長のうちの一方の光学電気的信号を表すチョップ周波
数でＡＣ成分を他から遮断する。
【００６８】さらに他の実施態様によれば異なる波長で
照射された光線に対する検体の反応は、光学電気的効果
でなくとも、モニター現象をモニターしてもよい。放電
中のガスとの照射された光線の反応は放電中の機械的な
圧力を上昇させる。光線が与えられた周波数でチョップ
されると、オンオフサイクルの反復によりチョップ周波
数において放電中に音波が生じる。この種々の波長につ
いての光学音響的効果の程度を光学電気的効果の程度に
代えて用いることができる。しかしこの光学音響的効果
は一般に感度が低いものである。
【００６９】上述したように、照射された光線と励起さ
れた含同位元素分子との反応は状態間におけるそのよう
な分子の遷移を引き起こす。いかなる遷移も特有の低い
エネルギー状態と高いエネルギー状態とを伴なってい
る。いずれの遷移も低いエネルギー状態から高いエネル
ギー状態に向けて第１の方向に動作するか、はたまた高
いエネルギー状態から低いエネルギー状態へと第２の方
向に向けて動作する。第１の方向への動作は光子の入射
に対応し、第２の方向への動作は光子の放射に対応す
る。
【００７０】放電中における濃度の分布により第１と第
２の動作のいずれが主流となるかが決まってくる。すな
わちある放電状態にあっては特定の波長の光線に対する
主流の反応は吸収または第１の方向の動作となり、他の
放電状態にあっては特定の波長の光線に対する主流の反
応は放射または第２の方向の動作となる。いずれの場合
でも光学電気的または光学音響的な信号が得られるので
ある。
【００７１】主たる効果が低いエネルギー状態への放射
または遷移である場合には、照射された光線に対する反
応は遷移エネルギーに対応する波長でのさらなる光子の
放射を促す。遷移エネルギーに対応する波長の照射光線
はかくしてその波長での検体の放射により増幅される。
この効果は検体上の種々の遷移波長においての光線の効
果を表すものとして測定されかつ使用することができ
る。
【００７２】図１に示す装置は、反射鏡６６の代わりに
光量計を用い、チョッパー５４を除き、選ばれた切換頻
度で放電を反復してオンオフするように電源を改造する
ことにより、上記のような測定に用いることができる。
光量計により試料セル６０中の検体を含む放電を通過し
た後のレーザー光線のパワーを測定することができる。
この光量計の読みを放電のオンオフと比較することによ
り、増幅の程度を知ることができる。この測定は２個の
同位元素に伴なう２通りの遷移波長において反復するこ
とができる。
【００７３】照射された光線による遷移は「第１の遷
移」と呼べるものである。ある場合においては、この第
１の遷移は励起された含同位元素試料を高低のエネルギ
ー励起状態に誘い、ついでこれが「第２の遷移」におい
て第２の低いエネルギー状態に減衰する。この第２の低
いエネルギー状態は他の励起された状態またはグランド
状態である。このような第２の遷移により第２の遷移波
長における光子が生み出される。このような第２の遷移
の回数、ひいては第２の遷移波長において放射される光
線の量は照射された光線によって引き起こされた第１の
遷移の回数とともに増加する。したがって第２の遷移波
長において検体によって放射される光線の量を用いて入
射光線の検体に対する効果を測定できる。
【００７４】ある同位元素を含んだ励起された試料の第
１の遷移を伴なう第１の遷移波長における入射光線を照
射して、結果として得られる第２の遷移波長における放
射を測定することにより、その反応が測定される。他の
同位元素を含んだ励起された試料の第１の遷移を伴なう
第２の遷移波長における入射光線を照射して、結果とし
て得られる第２の放射をモニターする。第１と第２の主
たる遷移波長における入射光線から結果される第２の放
射の振幅を比較して、検体中の同位元素比を測定する。
第２の放射は通常のフォトセル検知器により探知でき
る。
【００７５】このフォトセル検知器は波長選択フィルタ
ーを具えていて、これが第１の遷移波長における光線は
通さないが、第２の遷移波長における光線を通す。第１
と第２の遷移波長における光線は連続して照射され、フ
ォト検知器の信号により両方の同位元素を順に含んだ励
起された試料からの放射を表している。２個の第１の遷
移波長における光線は同時に照射され、この際各第１の
遷移波長における光線は異なる周波数においてチョップ
または振幅変調される。この場合フォトセル検知器から
の信号は、２個の異なる遷移波長によって起こされた第
２の放射を表す２個の異なる変調周波数において時間と
共に変化する成分を、含んでいる。
【００７６】上記した構成にあっては、検体に照射され
る光線はレーザー媒体を有した１個以上のレーザーによ
り得られる。この媒体は検体中に存在する含同位元素試
料を含んだものである。したがって二酸化炭素を含同位
元素試料として用いた上記の構成にあっては、照射光線
は１３型二酸化炭素と１２型二酸化炭素との混合物を含
んだ単一の二酸化炭素レーザー、またはこれらの試料を
含んだ２個の異なる二酸化炭素レーザーから得られるも
のである。このような構成は、光線がおのずから含同位
元素試料の遷移波長に変調されるので、特に好ましいも
のである。
【００７７】しかし、光源が適切な遷移波長における光
線を生み出せるものならば、他の光源を用いることもで
きる。例えば変調式ダイレーザーや連続した波長範囲に
亘って変調できる他の形式のレーザーを用いることもで
きる。そのようなレーザーからの放射は特定の同位元素
に伴なった遷移周波数にロックすることができる。例え
ばレーザー光線の一部を試料セルと同じ基準セルに照射
してもよい。この基準セルは公知の含同位元素試料を含
んだガス混合物を含んでおり、放電パワー電源を有して
いる。
【００７８】基準セル中の放電とレーザー光線との反応
をモニターする装置も用いられており、前記の光学電気
的効果や放射をモニターするのである。光学電気的信号
などの反応はレーザーの周波数変調装置などへのフィー
ドバック信号として用いられ、この変調装置が周波数
を、レーザー光線と基準セル中の公知の試料との間の反
応を最大とするような周波数に、調整するのである。
【００７９】二酸化炭素以外の含同位元素試料も用いる
ことができる。実験的な条件下において励起状態でしか
るべき量を維持できるものならば、一般に分子、多原子
イオンまたは多原子自由基などの多原子体を使用するこ
とができる。例えば検体中において電気的な放電が生じ
る場合には、含同位元素試料として使用される多原子体
は、放電中においてしかるべき量が充分生存できる程度
に安定であることが、必要とされる。比較的少ない数の
原子（５原子より好ましくは３原子）を含んだ安定な分
子が含同位元素試料としては好ましい。さらに室温また
はその近くにおいてガス状であることが試料としては好
ましいのである。
【００８０】この発明によれば検体中のいかなる元素の
同位元素組成をも決定することができる。しかし特に適
した元素としては、炭素、酸素、窒素および水素が挙げ
られる。そのような試料に特に適した含同位元素試料と
しては炭素の酸化物、窒素の酸化物、窒素および水など
がある。二酸化炭素は炭素よりも酸素同位元素濃度の決
定に用いることができる。この場合遷移波長は12Ｃ16Ｏ
2（質量数１２の炭素と質量数１６の酸素とからなる二
酸化炭素）または12Ｃ16Ｏ18Ｏ（質量数１２の炭素と質
量数１６の酸素と質量数１８の酸素からなる二酸化炭
素）の遷移波長に合わせるようにする。この場合にはこ
れらを含む二酸化炭素レーザーを用いて入射光線を与え
るようにするとよい。
【００８１】同様に１２Ｃ１６Ｏ２（質量数１２の炭素
と質量数１６の酸素とからなる二酸化炭素）または１２
Ｃ１８Ｏ２（質量数１２の炭素と質量数１８の酸素とか
らなる二酸化炭素）などを用いてもよい。また窒素の同
位元素組成も質量数１４の窒素や質量数１５の窒素や質
量数１５および１４の窒素などを含同位元素試料として
決定することができる。すなわちこれらの試料を含む窒
素レーザーを用いて入射光線を形成するのである。また
検体中の２種以上の元素の同位元素組成を決定すること
もできる。この場合には検体は含同位元素試料の組合せ
を含有しているのである。
【００８２】検体の同位元素含有状態は同位元素が安定
であろうと放射性であろうと関係なく決定できるのであ
る。しかし安定で非放射性の同位元素の決定の方が安定
な同位元素をトレーサーとして利用できるので、より有
用である。したがってテスト主体から分離しまたは排出
された含同位元素試料を含んだ検体を用いて、検体中の
異なる同位元素の量がテスト主体の特性に応じて変化す
るようにする。このような手法により、テスト主体の特
性を表示することができるのである。
【００８３】テスト主体としては化学的、物理的または
生物的システムのいずれであってもよい。例えば主体か
ら試料を採取して、必要なら主体の１以上の化学的構成
成分を所望の含同位元素試料に変換してもよい。例えば
試料中の含炭素化合物を二酸化炭素に変換することもで
きる。テスト主体から検体を採取するに際しては、テス
ト主体をトレーサーとして用いられる特定の同位元素
（これは安定で非放射性の同位元素）を含んだ反応剤に
暴露してやる。たとえばテスト主体が生物である場合に
は、反応剤を食物、空気または水などに含ませて、これ
に主体を暴露してもよい。また検体は生物の排せつ物や
筋肉から採取することもできる。
【００８４】例えばある医療テストにおいては、放射性
の１４＊Ｃによって識別された尿素をカイヨウを持って
いると疑われる患者に施している。このような患者は特
にミクロオルガニズム・ヘリコバクテル・ピロリにかか
っている。もしこのミクロオルガニズムが存在している
ならば、１４＊Ｃによって識別された尿素が急速に二酸
化炭素に変換されて、その結果患者の息には１４型二酸
化炭素が含まれるようになる。この比率は息中の放射性
１４＊Ｃをモニターすることにより検出される。
【００８５】１４型二酸化炭素によって識別された尿素
の代わりに１３型二酸化炭素によって識別された尿素を
使って、この息中の含有量をモニターしてもよい。医療
および生物学の分野では放射性の同位元素をトレーサー
として利用する種々の技術が開発されているが、いずれ
も放射性トレーサー同位元素を生ずるものである。検体
により放射された放射線の量をモニターすることによ
り、検体中のトレーサーの量を知ることができる。これ
らの技術にならって、安定な同位元素をトレーサーとし
て用いてこの発明においても上記と同様にモニターする
ことができるのである。
【００８６】このような手法としては例えば、タンパク
質、抗原、核酸などの生物的分子の結合、吸収などを利
用するものである。
【００８７】実施例として研究用品質（９９．９９５
％）の二酸化炭素を試料として用い、図１の装置におい
て乾燥窒素を搬送ガスとして使用した。ガスは１：１９
の比率で混合され、試料セル中に３．６１ｔｏｒｒの圧
力で導入された。１３型二酸化炭素と１２型二酸化炭素
とを１：１の比率で含むレーザーをまず１０．５９ミク
ロンにおいて１２型二酸化炭素Ｐ（２０）に調整した。
チョッパーは３１１Ｈｚで動作させレーザー出力は１．
９４Ｗであった。ついでレーザーを１３型二酸化炭素の
Ｐ（２０）ライン１１．１５ミクロン、０．７１Ｗに調
整した。ロックイン増幅器からの平均された光学電気的
信号のユニット当り信号比は０．０１９８（３６５０μ
Ｖおよび２６．５０μＶの信号）であった。使用された
二酸化炭素が同位元素生成において天然二酸化炭素であ
ったとすると、測定のための調整ファクターは０．５５
９６である。
【００８８】
【発明の効果】この発明においては、照射された放射線
の波長に対応する検体中の各同位元素の固有の反応を利
用して、種々の波長における検体からの反応をモニター
することにより、検体中の各同位元素の含有量を探知で
きる。したがって検体中における特に炭素や窒素や酸素
や水素などの比較的原子番号の低い元素の同位元素含有
量を容易かつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の装置の構成を示すブロック線図であ
る。
【図２】該装置に用いるレーザーの構成を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
１０ レーザー １４ 放電管 ２４ 回折格子 ２８ 波長調整器 ３２ レーザー放電電源 ４８ 光量計 ５４ 光学的チョッパー ６０ 試料セル ６８ 制御器 ７０ ガス混合器 ７２ ガス供給源 ７４ 試料供給源 ８０ 放電電源 ８２ インピーダンスモニター ８６ ロックイン増幅器 ９０ コンピューター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−27854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−105096（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/02 G01N 21/00 - 21/61 G01N 29/00 501 G01N 27/62 - 27/70

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異なる同位元素を含んでかつ異なる遷移エ
    ネルギーを有した試料を励起させた状態の検体を準備
    し、検体中の励起された含同位元素試料と反応する異な
    る遷移エネルギーに対応する複数の波長で検体に放射線
    を照射し、各波長に対する反応の大きさを測定すべく照
    射された放射線に対する検体の反応をモニターすること
    を特徴とする同位分析方法。
  2. 【請求項２】前記の含同位元素試料が多原子体であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記の多原子体が５個未満の原子を含んだ
    分子であることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】検体を準備するに際して、検体をガス状で
    準備することを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】検体を準備するに際して、ガス状の検体を
    電気的な放電中に保持することを特徴とする請求項４記
    載の方法。
  6. 【請求項６】検体の反応をモニターするに際して、放電
    の電気的インピーダンスをモニターすることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】放射線を照射するに際して放射線の振幅を
    周期的に変化させ、かつインピーダンスをモニターする
    に際しては変化する振幅に伴なって変化するインピーダ
    ンスの成分をモニターすることを特徴とする請求項６記
    載の方法。
  8. 【請求項８】放射線を照射するに際して、前記の含同位
    元素試料を含んだ少なくとも１個の永続性媒体を有した
    少なくとも１種のレーザーを動作させることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】前記の少なくとも１種のレーザーが単一の
    レーザーであって、異なる複数の同位元素を伴なった含
    同位元素試料を含んだ永続性媒体を有しており、かつ前
    記の単一のレーザーを動作させるに際して単一のレーザ
    ーを励起させて遷移エネルギーに対応する複数の波長に
    おいて照射を行なわせることを特徴とする請求項８記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】前記の単一のレーザーを励起するに際し
    て、このレーザーを複数の波長に順次変調することを特
    徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】検体を準備するに際して、検体をガス状
    で与えることを特徴とする請求項８記載の方法。
  12. 【請求項１２】検体中の複数の同位元素が炭素、酸素お
    よび窒素からなる群から選ばれた１個以上の同位元素で
    あることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項
    に記載の方法。
  13. 【請求項１３】含同位元素試料が炭素の酸化物、水素、
    窒素の酸化物、窒素、水およびこれらの組合せからなる
    群から選ばれることを特徴とする請求項１２記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】前記の含同位元素試料が二酸化炭素であ
    ることを特徴とする請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記の複数の同位元素が安定な同位元素
    であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１
    項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記の検体はテスト主体から分離されま
    たは排出された物であることを特徴とする請求項１５記
    載の方法。
  17. 【請求項１７】前記のテスト主体が生体器官であること
    を特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】異なる同位元素を含んでかつ異なる遷移
    エネルギーを有した試料を励起させた状態の検体を準備
    する準備手段と、検体中の励起された含同位元素試料と
    反応する異なる遷移エネルギーに対応する複数の波長で
    検体に放射線を照射する放射線照射手段と、各波長に対
    する反応の大きさを測定すべく施された放射線に対する
    検体の反応をモニターするモニター手段とを有してなる
    ことを特徴とする同位分析装置。
  19. 【請求項１９】放射線照射手段が少なくとも１種の永続
    性媒体を含んだ少なくとも１個のレーザーを有してお
    り、該永続性媒体が含同位元素試料を含んでいることを
    特徴とする請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記の少なくとも１個のレーザーが単一
    のレーザーであって、これが複数の同位元素を伴なった
    含同位元素試料を含んでいることを特徴とする請求項１
    ９記載の装置。
  21. 【請求項２１】前記の永続性媒体がガス状であることを
    特徴とする請求項１９記載の装置。
  22. 【請求項２２】検体準備手段が電気的放電中において検
    体をガス状に保持する保持手段を有していることを特徴
    とする請求項１８記載の装置。
  23. 【請求項２３】検体の反応モニター手段が放電の電気的
    インピーダンスをモニターするモニター手段であること
    を特徴とする請求項１８〜２３のいずれかひとつに記載
    の装置。
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