JP6209133B2 - Isotope ratio analysis system and analysis method - Google Patents

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本発明は、食品や飲料品等の産地や生産履歴等の起源に関する情報を判別・推定するために用いられる同位体比分析方法、及び同位体比分析システムに関する。詳細には、レーザ分光法を用いた同位体比分析法およびその同位体比分析システムに関する。   The present invention relates to an isotope ratio analysis method and an isotope ratio analysis system used for discriminating / estimating information related to origins of food production and beverages, etc., and origins of production history. Specifically, the present invention relates to an isotope ratio analysis method using laser spectroscopy and an isotope ratio analysis system.

近年、食品や飲料品の産地や製法、成分などに関する表示偽装を抑止するため、食品・飲料品の安定同位体比を分析することにより、科学的に産地や製法・成分などの起源に関する情報を判別・推定する技術が注目されている。   In recent years, in order to deter labeling for food and beverage production areas, manufacturing methods, and ingredients, we analyze scientifically the stable isotope ratios of food and beverages to provide scientific information on the origin of production areas, manufacturing methods and ingredients. Discrimination / estimation techniques are attracting attention.

降雨によりもたらされる陸地の水の酸素・水素同位体比は、その地理的条件と密接な関連があることが知られており、そのため、食品・飲料品の酸素または水素同位体比分析はその産地を判別・推定する手段として用いられている。とくにワインなどのアルコール飲料は古くから原産地呼称統制制度など原産地に関する表示制度が重視されおり、アルコール飲料中の水分の同位体比分析を行うことにより偽装品の流通を抑止し、ブランドイメージを守る取り組みが盛んに行われている(例えば、特許文献1ならびに非特許文献1および2参照)。   It is known that the oxygen and hydrogen isotope ratio of terrestrial water caused by rainfall is closely related to its geographical conditions, so oxygen or hydrogen isotope analysis of food and beverages is It is used as a means for discriminating and estimating. Especially for alcoholic beverages such as wine, labeling systems such as the place of origin control system have been emphasized for a long time, and efforts to protect brand image by suppressing the distribution of counterfeit goods by analyzing the isotope ratio of moisture in alcoholic beverages (For example, see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、同位体比分析を行うためには、同位体比質量分析法(IRMS:Isotope Ratio Mass Spectrometry)や核磁気共鳴分光法(NMR:Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)のような、高価で大型で操作が複雑な計測装置を用いる必要があるため、時間とコストがかかるという問題があり、これが普及を妨げる一つの要因となっていた。   However, in order to perform isotope ratio analysis, it is expensive and large-sized, and is difficult to operate, such as isotope ratio mass spectrometry (IRMS) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Since it is necessary to use a complicated measuring device, there is a problem that it takes time and cost, and this is one factor that hinders the spread.

一方、近年レーザ分光法の高感度化技術の進歩により、同位体比分析に利用できるレーザ分光装置が開発されている。例えば、半導体レーザを分光用光源として用い、ガス分析計等に応用する波長可変レーザ分光法(Tunable Diode Laser Spectroscopy;以下、レーザ分光法と記す)(非特許文献3)と呼ばれる技術が注目されている。とくにレーザ分光式の水の酸素、水素同位体比分析装置は、小型で安価、かつ操作性,可搬性に優れ、測定精度も従来法と同等、またはそれらを凌ぐものが開発され、市販されていることから注目されており、様々な分野で導入が進みつつある。   On the other hand, in recent years, a laser spectroscopic device that can be used for isotope ratio analysis has been developed due to the advancement of high sensitivity technology of laser spectroscopy. For example, a technique called Tunable Diode Laser Spectroscopy (hereinafter referred to as laser spectroscopy) (Non-Patent Document 3), which uses a semiconductor laser as a light source for spectroscopy and is applied to a gas analyzer or the like, has attracted attention. Yes. In particular, the laser spectroscopic water oxygen and hydrogen isotope ratio analyzer is small, inexpensive, excellent in operability and portability, and has a measurement accuracy equivalent to or superior to that of conventional methods. Therefore, it is attracting attention and is being introduced in various fields.

図1はレーザ分光法の大まかな動作原理を説明するものである。レーザ分光法では、レーザ光源1の発振波長を図1bのように掃引する。掃引した波長範囲内にガス状被測定物3の分子振動に対応する吸収線がある場合、光検出器4が受光する受光強度には図1cのように被測定物3の吸収線に対応したディップ(受光強度の凹み)が現れる。このディップの位置と深さにより被測定物のガス種と濃度を測定・分析するというのがレーザ分光法の基本的な動作原理である。   FIG. 1 illustrates the general operating principle of laser spectroscopy. In laser spectroscopy, the oscillation wavelength of the laser light source 1 is swept as shown in FIG. When there is an absorption line corresponding to the molecular vibration of the gaseous object 3 within the swept wavelength range, the received light intensity received by the photodetector 4 corresponds to the absorption line of the object 3 as shown in FIG. 1c. A dip (recessed light intensity) appears. The basic operation principle of laser spectroscopy is to measure and analyze the gas type and concentration of the object to be measured based on the position and depth of the dip.

実際の応用では、図1bのような鋸波の上に、より繰り返し周波数の高い正弦波を重畳させレーザを駆動し、受光した信号をロックイン検波する波長変調分光法(Wavelength Modulation Spectroscopy)、または周波数変調分光法(Frequency Modulation Spectroscopy)(非特許文献4)と呼ばれる方法や、被測定ガスを高反射率ミラーを用いた光学キャビティの中に閉じ込めることにより実効光路長を稼ぎ高感度化するキャビティリングダウン分光法(CRDS:Cavity Ring-Down Spectroscopy)(非特許文献5)やキャビティ増強吸収分光法(CEAS:Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy)(非特許文献6)など、種々の高感度化手法が多く用いられている。   In actual application, a wavelength modulation spectroscopy (Wavelength Modulation Spectroscopy) in which a sine wave having a higher repetition frequency is superimposed on a sawtooth wave as shown in FIG. A method called Frequency Modulation Spectroscopy (Non-Patent Document 4), or a cavity ring that increases the effective optical path length and increases sensitivity by confining the gas to be measured in an optical cavity using a high-reflectance mirror. Various high-sensitivity techniques such as down-spectrometry (CRDS: Cavity Ring-Down Spectroscopy) (Non-Patent Document 5) and cavity-enhanced absorption spectroscopy (CEAS) (Non-Patent Document 6) are often used. ing.

ワインなどのアルコール飲料中の水分の同位体比分析に関してもレーザ分光式の水の酸素、水素同位体比分析装置が利用できれば、極めて有用であり広範な普及が期待される。   Regarding the isotope ratio analysis of water in alcoholic beverages such as wine, if a laser spectroscopic water oxygen and hydrogen isotope ratio analyzer can be used, it is extremely useful and is expected to be widely spread.

特開2012−173000号公報JP 2012-173000 A

S. Kelly, K. Heaton, and J. Hoogewerff, "Tracing the geographical origin of food: The application of multi-element and multi-isotope analysis”, Trends in Food Science & Technology, 16, pp. 555-567, 2005.S. Kelly, K. Heaton, and J. Hoogewerff, "Tracing the geographical origin of food: The application of multi-element and multi-isotope analysis", Trends in Food Science & Technology, 16, pp. 555-567, 2005 . J. West, J. Ehleringer, and T. Cerling, "Geography and vintage predicted by a novel GIS model of wine δ18O”, Agricultural and Food Chemistry, 55(17), pp. 7075-7083 , 2007.J. West, J. Ehleringer, and T. Cerling, "Geography and vintage predicted by a novel GIS model of wine δ18O", Agricultural and Food Chemistry, 55 (17), pp. 7075-7083, 2007. 吉村・神徳・藤井・阪本・界:“高感度レーザガスセンシング技術と同位体比分析応用,”NTT技術ジャーナル,Vol.26,No.2,pp.27-30,2014.Yoshimura, Shintoku, Fujii, Sakamoto, KAI: “High-sensitivity laser gas sensing technology and isotope ratio analysis application,” NTT Technical Journal, Vol.26, No.2, pp.27-30, 2014. G. C. Bjorklund, "Frequency-modulation spectroscopy: a new method for measuring weak absorption and dispersion," Opt. Lett. 5(1), pp. 15-17, 1980.G. C. Bjorklund, "Frequency-modulation spectroscopy: a new method for measuring weak absorption and dispersion," Opt. Lett. 5 (1), pp. 15-17, 1980. A. O’Keefe and D. A. G. Deacon: “Cavity ring-down optical spectrometer for absorption measurements using pulsed laser sources,” Rev. Sci. Instrum., Vol.59, No.12, pp.2544-2551, 1988.A. O’Keefe and D. A. G. Deacon: “Cavity ring-down optical spectrometer for absorption measurements using pulsed laser sources,” Rev. Sci. Instrum., Vol.59, No.12, pp.2544-2551, 1988. H. R. Barry, L. Corner, G. Hancock, R. Peverall, and G. A. D. Ritchie: “Cavity-enhanced absorption spectroscopy of methane at 1.73 μm,” Chem. Phys. Lett., Vol.333, No.3-4, pp.285-289, 2001.HR Barry, L. Corner, G. Hancock, R. Peverall, and GAD Ritchie: “Cavity-enhanced absorption spectroscopy of methane at 1.73 μm,” Chem. Phys. Lett., Vol.333, No.3-4, pp .285-289, 2001.

しかしながら、アルコール飲料中に含まれるエタノール等の有機化合物の中には水分子と構造が類似する水酸基を含むものが含まれる。そのため、同位体比分析のために使う水蒸気の吸収線の近傍にそれらの有機化合物の吸収線が出現するため、これが干渉の原因となり、レーザ分光による同位体比分析の精度を著しく劣化させるという問題があった。   However, organic compounds such as ethanol contained in alcoholic beverages include those containing hydroxyl groups that are similar in structure to water molecules. For this reason, absorption lines of these organic compounds appear in the vicinity of the absorption lines of water vapor used for isotope ratio analysis, which causes interference and significantly degrades the accuracy of isotope ratio analysis by laser spectroscopy. was there.

アルコール飲料から水だけを分離する方法としては、蒸留するという方法があるが、この方法には共沸という問題があるため、蒸留により分離した水の中には数%程度のエタノールが残留する。この残留するエタノールは、やはり干渉の原因となるため、レーザ分光による同位体比分析の精度を著しく劣化させるという問題があった。また、蒸留することによりアルコール飲料中に含まれる水の同位体比そのものが変化してしまうという問題もあった。   As a method of separating only water from alcoholic beverages, there is a method of distillation. However, since this method has a problem of azeotropic distillation, about several percent of ethanol remains in the water separated by distillation. Since the remaining ethanol still causes interference, there is a problem that the accuracy of isotope ratio analysis by laser spectroscopy is significantly deteriorated. Moreover, there also existed a problem that the isotope ratio itself of the water contained in alcoholic beverage would change by distillation.

前記問題点を解決するため、本発明は、水を含む液状被測定物を気化させる蒸発装置と、前記蒸発装置により気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、前記被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析するレーザ分光式同位体比分析装置と、前記液状被測定物を前記蒸発装置に入れる前に、吸着剤で処理して有機化合物を取り除く前処理装置とを具備する同位体比分析システムを提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an evaporation apparatus that vaporizes a liquid object to be measured containing water, and a laser beam is irradiated to the object to be measured vaporized by the evaporation apparatus to perform laser spectroscopy. Laser spectroscopic isotope ratio analyzer for analyzing oxygen and / or hydrogen isotope ratio of water contained in the measurement object, and treatment with the adsorbent before the liquid measurement object is put into the evaporation apparatus And an isotope ratio analysis system comprising a pretreatment device for removing organic compounds.

また、本発明の一実施態様において、前記吸着剤は、疎水性ゼオライトからなってもよい。本発明の一実施態様において、有機化合物はエタノールである。   In one embodiment of the present invention, the adsorbent may be made of a hydrophobic zeolite. In one embodiment of the invention, the organic compound is ethanol.

さらに本発明のシステムは、一実施態様において、エタノール濃度1重量%以下の水に対して前記前処理装置を用いて前処理し、前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比と、前記エタノール濃度1重量%以下の水を前記前処理装置を用いた前処理をせずに前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比との差を補正項として用いて、前記液状被測定物の同位体比を補正するアルゴリズムを用いたデータ処理装置を具備することを特徴とする。   Furthermore, in one embodiment, the system of the present invention is an isotope obtained by pretreating water having an ethanol concentration of 1% by weight or less using the pretreatment device, and measuring using the evaporation device and the isotope ratio analysis device. The difference between the body ratio and the isotope ratio measured using the evaporator and the isotope ratio analyzer without pretreatment of the ethanol concentration of 1% by weight or less with the pretreatment device is corrected. And a data processing apparatus using an algorithm for correcting the isotope ratio of the liquid object to be measured.

また本発明は、水を含む液状被測定物を吸着剤で処理して有機化合物を除去する工程と、
前記液状被測定物を気化させる工程と、前記気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、該液体中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析する工程とを含むことを特徴とする水の同位体比分析方法に関する。本発明の一実施態様において、該吸着剤は、疎水性ゼオライトからなってもよい。本発明の一実施態様において、有機化合物はエタノールである。
The present invention also includes a step of treating a liquid measurement object containing water with an adsorbent to remove an organic compound,
Vaporizing the liquid object to be measured and irradiating the vaporized object to be measured with a laser beam and performing laser spectroscopy to obtain an isotope ratio of oxygen and / or hydrogen of water contained in the liquid, or both. And a step of analyzing the water isotope ratio analysis method. In one embodiment of the invention, the adsorbent may consist of a hydrophobic zeolite. In one embodiment of the invention, the organic compound is ethanol.

本発明は、一実施態様において、さらに、エタノール濃度1重量%以下の水に対して前記前処理装置を用いて前処理し、前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比と、前記エタノール濃度1重量%以下の水を前記前処理装置を用いた前処理をせずに前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比との差を補正項として用いて、前記液状被測定物の同位体比を補正するアルゴリズムを用いてデータ処理する工程を組み込んでもよい。   In one embodiment, the present invention further provides an isotope obtained by pretreating water having an ethanol concentration of 1% by weight or less using the pretreatment device and using the evaporation device and the isotope ratio analysis device. The difference between the ratio and the isotope ratio measured using the evaporation apparatus and the isotope ratio analyzer without pretreatment of the ethanol concentration of 1% by weight or less with the pretreatment apparatus And processing the data using an algorithm for correcting the isotope ratio of the liquid object to be measured.

他の実施態様として、本発明は、水を含む液状被測定物を気化させる蒸発装置と、
前記蒸発器により気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、前記被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析するレーザ分光式同位体比分析装置と、前記液状被測定物を処理する前処理装置とを具備することを特徴とする同位体比分析システムにおける前処理装置であって、前記前処理装置は前記液状被測定物を前記蒸発装置に挿入する前に吸着剤で処理して有機化合物を取り除くことを特徴とする前処理装置に関する。本発明の一実施態様において、該吸着剤は、疎水性ゼオライトからなり、有機化合物はエタノールである。
As another embodiment, the present invention includes an evaporation device that vaporizes a liquid measurement object including water;
Laser spectroscopic isotope for analyzing the isotope ratio of oxygen and / or hydrogen of water contained in the measurement object by irradiating the measurement object vaporized by the evaporator with laser light and performing laser spectroscopy. A pretreatment device in an isotope ratio analysis system, comprising: a body ratio analysis device; and a pretreatment device for treating the liquid measurement object, wherein the pretreatment device performs the liquid measurement object. The present invention relates to a pretreatment apparatus that removes an organic compound by treatment with an adsorbent before insertion into the evaporation apparatus. In one embodiment of the invention, the adsorbent comprises a hydrophobic zeolite and the organic compound is ethanol.

本発明で提案する構成を用いることにより、アルコール飲料から、レーザ分光による水の同位体比分析の干渉要因となるエタノール等の有機化合物を分離し、ほぼ純粋な水を分離した上で、同位体比分析を行うことができるため、レーザ分光による同位体比分析の精度を実用的なレベルまで向上させることができる。そのため、アルコール飲料中の水分の同位体比分析を、小型で安価、かつ操作性,可搬性に優れたレーザ分光式の水の酸素、水素同位体比分析装置を用いて行うことができる。   By using the structure proposed in the present invention, an organic compound such as ethanol, which is an interference factor of water isotope ratio analysis by laser spectroscopy, is separated from alcoholic beverages, and then isotope is separated from almost pure water. Since ratio analysis can be performed, the accuracy of isotope ratio analysis by laser spectroscopy can be improved to a practical level. Therefore, the isotope ratio analysis of moisture in alcoholic beverages can be performed using a laser spectroscopic water oxygen and hydrogen isotope ratio analyzer that is small, inexpensive, and has excellent operability and portability.

(a)波長可変レーザ分光法の構成の模式図である。(b)光源の駆動方法(時間と波長の関係)を説明する図である。(c)光検出器が受光する受光強度を説明する図である。(A) It is a schematic diagram of a structure of a wavelength tunable laser spectroscopy. (B) It is a figure explaining the drive method (relationship of time and a wavelength) of a light source. (C) It is a figure explaining the light reception intensity which a photodetector receives. 同位体比分析用前処理装置の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the pretreatment apparatus for isotope ratio analysis. エタノールが水の酸素・水素同位体比の測定値に与える影響のエタノール濃度依存性を表す図である。It is a figure showing the ethanol concentration dependence of the influence which ethanol has on the measured value of oxygen-hydrogen isotope ratio of water.

本発明は、水の安定同位体比分析法を用い、食品や飲料品等の産地や生産履歴等の起源に関する情報を判別・推定する方法、及びその同位体比分析システムに関する。以下、本発明の実施の形態について説明する。   The present invention relates to a method for discriminating / estimating information about the origin of a production area, production history, and the like of foods and beverages using a stable isotope ratio analysis method of water, and an isotope ratio analysis system thereof. Embodiments of the present invention will be described below.

同位体とは、原子番号が等しく、質量数が異なる核種をいい、安定同位体は自然界に略一定比で存在する。しかし、質量の違いから自然界における反応・相転移等の過程で同位体分別が起こるため、安定同位体が存在する環境・履歴により安定同位体間の存在比(安定同位体比)が変動する。例えば、天水(河川、湖、氷河、地下の岩層に染みこみ岩石圏の様々な深度においてみられる地下水を含む陸上表面のすべての水)の水素および酸素の安定同位体比は、地域により異なる値となることが知られている。そこで、本発明は水の安定同位体比分析から、食品や飲料品等の産地や生産履歴等の起源に関する情報を判別する。   Isotopes are nuclides that have the same atomic number and different mass numbers. Stable isotopes exist in nature at an approximately constant ratio. However, isotopic fractionation occurs in the process of reaction and phase transition in nature due to the difference in mass, so the abundance ratio between stable isotopes (stable isotope ratio) varies depending on the environment and history in which stable isotopes exist. For example, the stable isotope ratios of hydrogen and oxygen in natural water (rivers, lakes, glaciers, all surface water including groundwater in various depths of the lithosphere infiltrated into underground rock layers) vary from region to region. It is known that In view of this, the present invention discriminates information relating to the origin of the production area, production history, and the like of foods and beverages from stable isotope ratio analysis of water.

本発明において、食品や飲料品等の産地とは、その食品または飲料品の生産・製造の行われる地域のことをいう。また、生産履歴等の起源に関する情報とは、その食品または飲料品の生産・製造において用いられた原料等の出所に関する情報をいう。判別の対象とする産地または情報は、日本国内、日本国外のいずれでもよい。   In the present invention, the production area of food or beverage refers to an area where the food or beverage is produced and manufactured. Moreover, the information regarding origins, such as a production history, refers to information regarding the origin of raw materials used in the production and production of the food or beverage. The production area or information to be discriminated may be either in Japan or outside Japan.

本発明において測定する安定同位体比は、酸素、水素、またはその両方の天然に存在する非放射性同位体についての比を用いればよく、通常、酸素安定同位体比としては16Oと18Oの比を用いればよく、水素安定同位体比としてはHとDの比を用いればよい。これらの安定同位体比は、通常、絶対比ではなく、標準試料の同位体比からの千分偏差としてそれぞれ以下の数式で示されるδ値で表現される。 The stable isotope ratio to be measured in the present invention may be the ratio of oxygen, hydrogen, or both naturally occurring non-radioactive isotopes. Usually, the oxygen stable isotope ratio is 16 O and 18 O. The ratio may be used, and the ratio of 1 H and D may be used as the hydrogen stable isotope ratio. These stable isotope ratios are usually expressed not by absolute ratios but by δ values represented by the following formulas as a thousandths deviation from the isotope ratio of the standard sample.

酸素同位体比は、次の数式(I)で示すことができる。   The oxygen isotope ratio can be expressed by the following formula (I).

Figure 0006209133
Figure 0006209133

また、水素安定同位体比は、次の数式(II)で示すことができる。   The hydrogen stable isotope ratio can be expressed by the following formula (II).

Figure 0006209133
Figure 0006209133

(上記式中、SAMPは試料における同位体比を示し、STDは標準試料における同位体比を示す。) (In the above formula, SAMP indicates the isotope ratio in the sample, and STD indicates the isotope ratio in the standard sample.)

安定同位体比の標準試料は、酸素・水素安定同位体比の標準試料としては、標準平均海水(Vienna Standard Mean Ocean Water(VSMOW))を用いることができる。   As the standard sample of stable isotope ratio, standard standard sea water (Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW)) can be used as the standard sample of oxygen / hydrogen stable isotope ratio.

そして、測定した試料の安定同位体比と、産地等が既知である対照試料との安定同位体比とを照合することにより、測定試料の産地や生産履歴等の起源に関する情報を判別できる。本発明は、レーザ分光法を用い、より簡便に水の安定同位体比を分析する方法およびそのシステムを提供する。   Then, by comparing the measured stable isotope ratio of the measured sample with the stable isotope ratio of a control sample whose production area is known, information on the origin of the measurement sample such as the production area and production history can be determined. The present invention provides a method and system for analyzing the stable isotope ratio of water more easily using laser spectroscopy.

本発明の一実施態様は、水を含む液状被測定物を気化させる蒸発装置と、前記蒸発装置により気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、前記被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析するレーザ分光式同位体比分析装置と、前記液状被測定物を前記蒸発装置に挿入する前に、吸着剤で処理して有機化合物を取り除く前処理装置とを具備する同位体比分析システムに関する。本発明においてシステムとは、個々に確立された上記各装置が組み合わせられたものであってもよく、また、まとまって一の装置を構築したものであってもよい。   In one embodiment of the present invention, an evaporation apparatus that vaporizes a liquid object to be measured containing water, and a measurement object vaporized by the evaporation apparatus are irradiated with laser light to perform laser spectroscopy. A laser spectroscopic isotope ratio analyzer for analyzing the oxygen and / or hydrogen isotope ratio of water contained therein, and the liquid object to be measured is treated with an adsorbent before being inserted into the evaporator. The present invention relates to an isotope ratio analysis system including a pretreatment device for removing a compound. In the present invention, the system may be a combination of each of the above-established devices, or may be a system in which a single device is built.

本発明の同位体比測定システムにより測定される液状被測定物は、少なくとも水を含む液体である。好ましくは、水を含む食品または飲料品であり、アルコールやカルボン酸等の有機化合物を含んでもよい。   The liquid measurement object measured by the isotope ratio measurement system of the present invention is a liquid containing at least water. Preferably, it is a food or beverage containing water, and may contain an organic compound such as alcohol or carboxylic acid.

本発明の同位体比測定システムにより測定される液状被測定物の例は、これらに限定されないが、ワイン、日本酒、ビール等のアルコール飲料、果物および/または野菜のジュース、ならびにミネラルウォーター、温泉等の水である。   Examples of liquid objects to be measured by the isotope ratio measurement system of the present invention are not limited to these, but include alcoholic beverages such as wine, sake and beer, fruit and / or vegetable juices, mineral water, hot springs, and the like. Of water.

本発明の蒸発装置は、液状被測定物中の水分を気化できるものであればよい。好ましくは、分析機器用加熱気化装置である。本発明の一実施態様において、蒸発装置で気化された被測定物は、管を通って同位体比分析装置に導入される。他の実施態様では、蒸発装置は同位体比分析装置の試料セルに設置され、試料セル内で被測定物が気化されてもよい。   The evaporator of the present invention may be any device that can vaporize water in the liquid measurement object. Preferably, it is a heating vaporization apparatus for analytical instruments. In one embodiment of the present invention, the measurement object vaporized by the evaporator is introduced into the isotope ratio analyzer through a tube. In another embodiment, the evaporation apparatus may be installed in the sample cell of the isotope ratio analyzer, and the object to be measured may be vaporized in the sample cell.

本発明のレーザ分光式同位体比分析装置は、被測定物中に含まれる水の酸素もしくは水素、またはその両方の同位体比を分析する。本発明の同位体比分析装置は、図1aに示されるように、レーザ光源1、被測定物3の入った試料セル、および光検出装置4を含む。   The laser spectroscopic isotope ratio analyzer of the present invention analyzes the isotope ratios of oxygen and / or hydrogen of water contained in an object to be measured, or both. As shown in FIG. 1 a, the isotope ratio analyzer of the present invention includes a laser light source 1, a sample cell containing an object to be measured 3, and a light detection device 4.

本発明のレーザ光源1は、好ましくは半導体レーザを有する(図示せず)。半導体レーザは、出力するレーザ光の発振波長スペクトル線幅が極めて狭く、レーザ温度や駆動電流を変えることで発振波長を変更でき、特定の吸収ピークのみを測定できる。   The laser light source 1 of the present invention preferably has a semiconductor laser (not shown). The semiconductor laser has a very narrow oscillation wavelength spectrum line width of the laser beam to be output, and can change the oscillation wavelength by changing the laser temperature and the drive current, and can measure only a specific absorption peak.

レーザガス分光の原理を、図1を用いて説明する。レーザ光源1から発せられた光2は、上記蒸発装置により気化された被測定物3が存在する試料セルを通過し、光検出装置4により検出される。光検出装置4は、当分野で通常レーザ光の検出に用いられるものを用いることができる。掃引した波長範囲内にガス状被検査物3の分子振動に対応する吸収線がある場合、光検出器4が受光する受光強度には図1cのように被測定物3の吸収線に対応したディップ(受光強度の凹み)が現れる。このディップの位置と深さにより被測定物3のガス種と濃度を測定・分析する。ここで、図1bに示したような波長の掃引は連続的に掃引しても良いし、離散的に掃引する場合もある。   The principle of laser gas spectroscopy will be described with reference to FIG. The light 2 emitted from the laser light source 1 passes through the sample cell where the measurement object 3 vaporized by the evaporator is present, and is detected by the light detection device 4. As the light detection device 4, a device that is normally used for detecting laser light in this field can be used. When there is an absorption line corresponding to the molecular vibration of the gaseous inspection object 3 within the swept wavelength range, the received light intensity received by the photodetector 4 corresponds to the absorption line of the measurement object 3 as shown in FIG. A dip (recessed light intensity) appears. The gas type and concentration of the DUT 3 are measured and analyzed based on the position and depth of the dip. Here, the wavelength sweep as shown in FIG. 1B may be performed continuously or may be performed discretely.

一実施態様において、本発明のレーザ分光式同位体比分析装置は、波長変調分光法やCRDS、CEASなどの手法を用いて高感度化される。高感度化にCRDSを用いる場合、前記試料セルに入射するレーザ光2はある固定された波長のパルス化されたレーザ光であり、そのレーザ光は試料セル内に高反射率ミラーを用いて形成された光学共鳴キャビティにより共振し試料セル内にトラップされる。そのキャビティから漏れてくる光は光検出器4により検出されるが、この検出される光の減衰時間(リングダウン時間)はキャビティ内の被測定物3の吸収が大きいほど短くなるので、このリングダウン時間を測定することにより、その固定された波長における被測定物3の吸収強度を知ることができる。レーザ光2の波長を離散的に掃引し、リングダウン時間の測定を繰り返すことにより、被測定物3の種類と濃度を特定することができる。   In one embodiment, the laser spectroscopic isotope ratio analyzer of the present invention is made highly sensitive using techniques such as wavelength modulation spectroscopy, CRDS, and CEAS. When CRDS is used for high sensitivity, the laser beam 2 incident on the sample cell is a pulsed laser beam having a fixed wavelength, and the laser beam is formed in the sample cell using a high reflectance mirror. The optical resonance cavity resonates and is trapped in the sample cell. The light leaking from the cavity is detected by the photodetector 4, and the decay time (ring-down time) of the detected light becomes shorter as the absorption of the object 3 to be measured in the cavity becomes larger. By measuring the down time, it is possible to know the absorption intensity of the DUT 3 at the fixed wavelength. By sweeping the wavelength of the laser beam 2 discretely and repeating the measurement of the ring-down time, the type and concentration of the object to be measured 3 can be specified.

本発明の前処理装置は、液状被測定物を蒸発装置に挿入する前に、吸着剤で処理して有機化合物を取り除く機能を有する。前処理装置で有機化合物を取り除くことにより、検出結果のノイズを除去し、高精度および高感度の測定結果を得ることができる。   The pretreatment apparatus of the present invention has a function of removing organic compounds by treating with an adsorbent before inserting the liquid measurement object into the evaporation apparatus. By removing the organic compound with the pretreatment device, it is possible to remove the noise of the detection result and obtain a measurement result with high accuracy and high sensitivity.

吸着剤は全ての有機化合物を吸着しうるものが望ましい。好ましくはアルコール類、カルボン酸類、エステル類、アルデヒド類が吸着できるものがよく、特にアルコール類を吸着できるものがよい。本発明の吸着剤は、好ましくは、エタノールおよびメタノール等の低級アルコールおよび/またはクエン酸、リンゴ酸、酒石酸等の低分子量のカルボン酸を吸着する。   The adsorbent is desirably capable of adsorbing all organic compounds. Preferably, those capable of adsorbing alcohols, carboxylic acids, esters and aldehydes are preferable, and those capable of adsorbing alcohols are particularly preferable. The adsorbent of the present invention preferably adsorbs lower alcohols such as ethanol and methanol and / or low molecular weight carboxylic acids such as citric acid, malic acid and tartaric acid.

本発明の吸着剤として、具体的には、これらに限定されないが、ゼオライト、シリカゲル、アルミナを用いることができる。水の同位体比を測定する本発明において、吸着剤は疎水化処理されているものが望ましい。疎水化処理は、吸着剤に対して通常行われる処理を用いることができる。本発明の一実施態様において、吸着剤は疎水性ゼオライトである。当業者は、使用する吸着剤の量を、吸着剤と測定する液状被測定物に合わせて適宜調整することができる。別の実施態様において、前記前処理は液状被測定物に対し、少なくとも1回以上行われ、任意選択的に複数回行ってもよい。   Specific examples of the adsorbent of the present invention include, but are not limited to, zeolite, silica gel, and alumina. In the present invention for measuring the isotope ratio of water, the adsorbent is preferably hydrophobized. As the hydrophobizing treatment, a treatment usually performed on the adsorbent can be used. In one embodiment of the invention, the adsorbent is a hydrophobic zeolite. A person skilled in the art can appropriately adjust the amount of the adsorbent used in accordance with the adsorbent and the liquid object to be measured. In another embodiment, the pretreatment is performed at least once on the liquid object to be measured, and may optionally be performed a plurality of times.

図2は、本発明の前処理装置の一実施態様を表す概略図である。該前処理装置は、シリンジ5に、フィルタ6、粉末状の疎水性ゼオライト7、アダプタ9、およびチューブ10を備える。ゼオライト7の上に液状被測定物8を入れ、アダプタ9で栓をし、アダプタ9に取付けられているチューブ19から圧縮空気11をシリンジ5内部に注入して、液状被測定物8のろ過を行う。ゼオライト7にエタノールなどの有機化合物は吸着され、シリンジ5の先からは主に水を含む前処理された被測定物12が滴下し、容器13に集められる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the pretreatment apparatus of the present invention. The pretreatment device includes a syringe 5, a filter 6, a powdery hydrophobic zeolite 7, an adapter 9, and a tube 10. Put the liquid measurement object 8 on the zeolite 7, plug it with the adapter 9, inject the compressed air 11 into the syringe 5 from the tube 19 attached to the adapter 9, and filter the liquid measurement object 8. Do. An organic compound such as ethanol is adsorbed on the zeolite 7, and a pretreated object 12 containing mainly water is dropped from the tip of the syringe 5 and collected in a container 13.

本発明の一実施態様において、さらに分析精度を向上させるため、吸着剤が水を吸着することによる分析値への影響を考慮して、測定値を補正してもよい。例えば、疎水性ゼオライトの疎水性は完全なものではないため、ろ過の過程で僅かながら水分を吸着する。この水分の吸着率は同位体により異なるため、この僅かな水の吸着により、ろ過前後で水の同位体比は変化する。水の同位体比の変化量は、使用する疎水性ゼオライトの種類に依存するので、使用する疎水性ゼオライトを用いて前処理の前後での同位体比の変化を分析し、その差を補正項として被測定物の同位体比を補正してもよい。前処理前後で水の同位体比の変化量、すなわち補正項を測定するためには、エタノールなどの有機化合物の含有率が無視できる水、例えば水道水を用い、ろ過前後での同位体比を測定しておけばよい。   In one embodiment of the present invention, in order to further improve the analysis accuracy, the measurement value may be corrected in consideration of the influence on the analysis value due to the adsorbent adsorbing water. For example, since hydrophobicity of hydrophobic zeolite is not perfect, a slight amount of moisture is adsorbed during the filtration process. Since the moisture adsorption rate varies depending on the isotope, the slight water adsorption changes the water isotope ratio before and after filtration. The amount of change in the water isotope ratio depends on the type of hydrophobic zeolite used, so the change in the isotope ratio before and after pretreatment is analyzed using the hydrophobic zeolite used, and the difference is corrected. As described above, the isotope ratio of the object to be measured may be corrected. In order to measure the amount of change in the isotope ratio of water before and after pretreatment, that is, the correction term, water with negligible content of organic compounds such as ethanol, such as tap water, is used, and the isotope ratio before and after filtration is determined. Just measure it.

図3は、有機化合物の含有率が0.5mg/L以下の水道水に、エタノールを加えたエタノール水溶液を作製し、それらのエタノール水溶液の酸素・水素同位体比をレーザ分光式の水の酸素・水素同位体比分析装置を用いて測定し、エタノールが水の酸素・水素同位体比の測定値に与える影響をエタノール濃度の関数として表したものである。図3からエタノール濃度が1重量%以下の場合は、酸素・水素同位体比の測定値に与える影響は軽微であり多くの場合無視できるレベルであるが、エタノール濃度が1重量%を超えると、大きな影響が表れてくることがわかる。このことから、補正項を測定するために使用するエタノールなどの有機化合物の含有率が無視できる水は、エタノール濃度が1重量%以下であることが望ましい。   FIG. 3 shows an aqueous ethanol solution prepared by adding ethanol to tap water having an organic compound content of 0.5 mg / L or less, and the oxygen / hydrogen isotope ratio of the aqueous ethanol solution is determined by laser spectroscopic water oxygen.・ Measured using a hydrogen isotope ratio analyzer, and shows the effect of ethanol on the measured oxygen / hydrogen isotope ratio of water as a function of ethanol concentration. From FIG. 3, when the ethanol concentration is 1% by weight or less, the influence on the measured value of the oxygen / hydrogen isotope ratio is negligible and is negligible in many cases. However, when the ethanol concentration exceeds 1% by weight, It turns out that a big influence appears. Therefore, it is desirable that the water in which the content of the organic compound such as ethanol used for measuring the correction term is negligible has an ethanol concentration of 1% by weight or less.

本発明の同位体比分析システムは、得られた補正項を用いて被測定物の同位体比を補正するアルゴリズムを用いるデータ処理装置をさらに具備することができる。   The isotope ratio analysis system of the present invention can further include a data processing device that uses an algorithm that corrects the isotope ratio of the object to be measured using the obtained correction term.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
図2の前処理装置を用いて、一般的なビール飲料のアルコール濃度であるエタノール濃度4.8重量%のアルコール含有水溶液8の前処理を行い、得られた水12の酸素および水素の同位体比を分析した。
Example 1
The pretreatment of the alcohol-containing aqueous solution 8 having an ethanol concentration of 4.8% by weight, which is the alcohol concentration of a general beer beverage, is performed using the pretreatment apparatus of FIG. 2, and the oxygen and hydrogen isotopes of the water 12 obtained are obtained. The ratio was analyzed.

シリンジ5にフィルタ6および粉末状疎水性モレキュラーシーブ7(ユニオン昭和(株)製:HiSiv3000(パウダー))48gを順に入れ、その後、被測定物であるアルコール含有水溶液8を20g入れ、アダプタ9で栓をした。アダプタ9に取付けられているチューブ10から圧縮空気11をシリンジ5内部に注入し圧力をかけ、アルコール含有水溶液8のろ過を行った。疎水性モレキュラーシーブ7にエタノールなどの有機化合物は吸着されるため、シリンジの先からはろ過された水12が滴下し、容器13に集められた。   A syringe 5 is filled with 48 g of a filter 6 and a powdery hydrophobic molecular sieve 7 (Union Showa Co., Ltd .: HiSiv3000 (powder)) in this order, and then 20 g of an alcohol-containing aqueous solution 8 as the object to be measured is put into the syringe. Did. Compressed air 11 was injected from the tube 10 attached to the adapter 9 into the syringe 5 to apply pressure, and the alcohol-containing aqueous solution 8 was filtered. Since organic compounds such as ethanol are adsorbed to the hydrophobic molecular sieve 7, filtered water 12 was dropped from the tip of the syringe and collected in the container 13.

容器13に集められたろ過された水12の一部をサンプル瓶に詰め替え、サンプラ、及び蒸発器を備えたレーザ分光式の水の酸素、水素同位体比分析装置(Picarro社製:L2120−i)にセットし、酸素、水素同位体比分析を行った。標準試料として標準平均海水(VSMOW)を用いて酸素同位体比(δ18OVSMOW)、水素同位体比(δDVSMOW)を計算した。結果を表1に示す。 A portion of the filtered water 12 collected in the container 13 is refilled into a sample bottle, and a laser spectroscopic water oxygen / hydrogen isotope analyzer (sampled by Picarro: L2120-i) equipped with a sampler and an evaporator. ) And oxygen and hydrogen isotope ratio analysis. An oxygen isotope ratio (δ 18 O VSMOW ) and a hydrogen isotope ratio (δD VSMOW ) were calculated using standard average seawater (VSMOW) as a standard sample. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1に用いたアルコール含有水溶液8に対して、前処理を行わない以外は実施例1と同様に同位体比分析を行った。表1に結果を示す。
(Comparative Example 1)
The isotope ratio analysis was performed in the same manner as in Example 1 except that the pretreatment was not performed on the alcohol-containing aqueous solution 8 used in Example 1. Table 1 shows the results.

(比較例2)
実施例1に用いたアルコール含有水溶液8に対して、同位体比質量分析計を用いて水の同位体比分析を行った。表1に結果を示す。
(Comparative Example 2)
The alcohol-containing aqueous solution 8 used in Example 1 was subjected to water isotope ratio analysis using an isotope ratio mass spectrometer. Table 1 shows the results.

Figure 0006209133
Figure 0006209133

表1からわかるように、前処理なしで分析した酸素、水素同位体比(比較例1)は、真値に近いと思われるIRMSでの分析値(比較例2)からほど遠い値となった。一方、本発明による前処理を施した後に分析した酸素、水素同位体比(実施例1)は、IRMSでの分析値に近い値を示しており、十分参考になるレベルにあることがわかった。   As can be seen from Table 1, the oxygen and hydrogen isotope ratio (Comparative Example 1) analyzed without pretreatment was far from the IRMS analytical value (Comparative Example 2) which seems to be close to the true value. On the other hand, the oxygen and hydrogen isotope ratio (Example 1) analyzed after the pretreatment according to the present invention was close to the analysis value by IRMS, and was found to be at a sufficiently reference level. .

(実施例2)
水道水を本発明による前処理装置を用いて前処理し、実施例1と同様に水の酸素、水素同位体比分析を行った。結果を表2に示す。
(Example 2)
Tap water was pretreated using the pretreatment apparatus according to the present invention, and the oxygen and hydrogen isotope ratio analysis of water was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(比較例3)
実施例2を行った水道水に対して、前処理を行わない以外は実施例2と同様に同位体比分析を行った。表2に結果を示す。
(Comparative Example 3)
The tap water subjected to Example 2 was subjected to isotope ratio analysis in the same manner as in Example 2 except that no pretreatment was performed. Table 2 shows the results.

Figure 0006209133
Figure 0006209133

表2の結果から、今回使用した疎水性ゼオライトの場合、酸素、水素同位体比は前処理により、それぞれ0.5‰、3.0‰程度プラス方向に変化させていることがわかる。   From the results in Table 2, it can be seen that in the case of the hydrophobic zeolite used this time, the oxygen and hydrogen isotope ratios were changed in the positive direction by about 0.5 ‰ and 3.0 ‰, respectively, by the pretreatment.

この補正項を用いて実施例1の同位体比を補正すると、補正後の酸素同位体比(δ18OVSMOW)、水素同位体比(δDVSMOW)はそれぞれ、−8.2‰、−49.1‰となり、さらに比較例2の分析値とほぼ一致することがわかった。 When the isotope ratio of Example 1 was corrected using this correction term, the corrected oxygen isotope ratio (δ 18 O VSMOW ) and hydrogen isotope ratio (δD VSMOW ) were −8.2 ‰ and −49, respectively. It was found to be 1 ‰ and substantially coincided with the analysis value of Comparative Example 2.

1.レーザ光源
2.レーザ光
3.被測定物
4.光検出器
5.シリンジ
6.フィルタ
7.疎水性ゼオライト
8.被測定物であるアルコール含有水溶液
9.アダプタ
10.チューブ
11.圧縮空気
12.ろ過された水
13.容器
1. 1. Laser light source 2. Laser light DUT 4 4. Photodetector Syringe 6. Filter 7. Hydrophobic zeolite8. 8. An alcohol-containing aqueous solution as a measurement object Adapter 10. Tube 11. Compressed air12. Filtered water13. container

Claims (10)

水を含む液状被測定物を気化させる蒸発装置と、
前記蒸発装置により気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、前記被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析するレーザ分光式同位体比分析装置と、
前記液状被測定物を前記蒸発装置に挿入する前に、吸着剤で処理して有機化合物を取り除く前処理装置と
を具備することを特徴とする水同位体比分析システム。
An evaporation device for vaporizing a liquid object to be measured including water;
Laser spectroscopic isotope for analyzing the isotope ratio of oxygen and / or hydrogen of water contained in the measurement object by irradiating the measurement object vaporized by the evaporation apparatus with laser light and performing laser spectroscopy. A body ratio analyzer,
A water isotope ratio analysis system comprising: a pretreatment device that removes an organic compound by treating with an adsorbent before inserting the liquid measurement object into the evaporation device.
前記吸着剤が、疎水性ゼオライトからなることを特徴とする請求項1に記載の同位体比分析システム。   The isotope ratio analysis system according to claim 1, wherein the adsorbent is made of hydrophobic zeolite. 前記有機化合物がエタノールであることを特徴とする請求項1または2に記載の同位体比分析システム。   The isotope ratio analysis system according to claim 1, wherein the organic compound is ethanol. エタノール濃度1重量%以下の水に対して前記前処理装置を用いて前処理し、前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比と、前記エタノール濃度1重量%以下の水を前記前処理装置を用いた前処理をせずに前記蒸発装置及び前記同位体比分析装置を用いて測定した同位体比との差を補正項として用いて、前記液状被測定物に含まれる水の同位体比を補正するアルゴリズムを用いたデータ処理装置をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の同位体比分析システム。 Water having an ethanol concentration of 1% by weight or less is pretreated using the pretreatment device, and isotope ratio measured using the evaporation device and the isotope ratio analyzer, and the ethanol concentration is 1% by weight or less. Using the difference from the isotope ratio measured using the evaporation apparatus and the isotope ratio analysis apparatus without pretreatment using the pretreatment apparatus as a correction term, water is included in the liquid measurement object . The isotope ratio analysis system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a data processing device using an algorithm that corrects the isotope ratio of the water to be generated. 水を含む液状被測定物を吸着剤で処理して有機化合物を除去する工程と、
前記液状被測定物を気化させる工程と、
前記気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、該液状被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析する工程と
を含むことを特徴とする水の同位体比分析方法。
A step of removing an organic compound by treating a liquid measurement object containing water with an adsorbent;
Vaporizing the liquid object to be measured;
By laser spectroscopy is irradiated with laser light to the vaporized measured object, that comprises the step of analyzing the oxygen or hydrogen or isotopic ratios of both the water contained in the liquid to be measured in Characteristic water isotope ratio analysis method.
前記吸着剤が、疎水性ゼオライトから成ることを特徴とする請求項5に記載の同位体比分析方法。   The isotope ratio analysis method according to claim 5, wherein the adsorbent is made of a hydrophobic zeolite. 前記有機化合物がエタノールであることを特徴とする請求項5または6に記載の同位体比分析方法。   The isotope ratio analysis method according to claim 5 or 6, wherein the organic compound is ethanol. エタノール濃度1重量%以下の水に対して前記吸着剤を用いて処理し、気化させてレーザ分光することにより測定した同位体比と、前記エタノール濃度1重量%以下の水を前記吸着剤を用いた処理をせずに気化させてレーザ分光することにより測定した同位体比との差を補正項として用いて、前記液状被測定物に含まれる水の同位体比を補正するアルゴリズムを用いてデータ処理することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の同位体比分析方法。 The handles with sorbent relative ethanol concentration 1 wt% water, and isotope ratio measured by laser spectroscopy is vaporized, the adsorbent the ethanol concentration 1 wt% water vaporized without treatment was used with the difference between the isotope ratio measured by laser spectroscopy as a correction term, using an algorithm to correct the isotope ratio of water contained in the liquid measured object The isotope ratio analysis method according to any one of claims 5 to 7, wherein the data processing is performed. 水を含む液状被測定物を気化させる蒸発装置と、
前記蒸発装置により気化された被測定物にレーザ光を照射しレーザ分光することにより、前記被測定物中に含まれる水の酸素または水素、またはその両方の同位体比を分析するレーザ分光式同位体比分析装置と、
前記液状被測定物を処理する前処理装置と
を具備することを特徴とする同位体比分析システムにおける前処理装置であって、
前記前処理装置は前記液状被測定物を前記蒸発装置に挿入する前に吸着剤で処理して有機化合物を取り除くことを特徴とする前処理装置。
An evaporation device for vaporizing a liquid object to be measured including water;
Laser spectroscopic isotope for analyzing the isotope ratio of oxygen and / or hydrogen of water contained in the measurement object by irradiating the measurement object vaporized by the evaporation apparatus with laser light and performing laser spectroscopy. A body ratio analyzer,
A pretreatment device in an isotope ratio analysis system, comprising a pretreatment device for treating the liquid object to be measured,
The pretreatment apparatus removes an organic compound by treating the liquid object to be measured with an adsorbent before inserting the liquid measurement object into the evaporation apparatus.
前記吸着剤が、疎水性ゼオライトであり、前記有機化合物がエタノールであることを特徴とする請求項9に記載の前処理装置。   The pretreatment apparatus according to claim 9, wherein the adsorbent is a hydrophobic zeolite and the organic compound is ethanol.
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