JPH0244014B2 - - Google Patents

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JPH0244014B2
JPH0244014B2 JP57019658A JP1965882A JPH0244014B2 JP H0244014 B2 JPH0244014 B2 JP H0244014B2 JP 57019658 A JP57019658 A JP 57019658A JP 1965882 A JP1965882 A JP 1965882A JP H0244014 B2 JPH0244014 B2 JP H0244014B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
microwave
stable isotope
spectrometer
gas chromatograph
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57019658A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58137741A (en
Inventor
Tomoo Saito
Hiromichi Uehara
Masaru Fukuyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagami Chemical Research Institute
Original Assignee
Sagami Chemical Research Institute
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Filing date
Publication date
Application filed by Sagami Chemical Research Institute filed Critical Sagami Chemical Research Institute
Priority to JP1965882A priority Critical patent/JPS58137741A/en
Publication of JPS58137741A publication Critical patent/JPS58137741A/en
Publication of JPH0244014B2 publication Critical patent/JPH0244014B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は安定同位体の測定方法及び装置に関す
る。 安定同位体とは放射能を持たない同位体であ
る。或る元素に安定同位体の天然存在比はほぼ一
定であるため濃縮された安定同位体はトレーサー
として利用することができる。安定同位体トレー
サー法は放射性同位体トレーサー法に比較し、放
射線障害に対する危険が無いため特別の施設を必
要とすることもなく、その使用にも特別の制限が
無く自由な実験が可能であるという特色がある。
しかしながら、同位体の測定に関しては、放射性
同位体トレーサーは放射線を検出すれば良いか
ら、試料の化学形を問題にしない場合が多く、特
異性が高く、高感度、迅速な測定が容易で、同位
体の収支計算が可能であるという特色があるのに
対し、安定同位体トレーサーでは放射線を放射し
ないから試料の化学形が問題であり、特異性があ
まり顕著でないため高感度、迅速な測定が困難
で、同位体の収支計算が実質的には不能な場合が
多いという困難さを有するのが現状である。 このような理由で放射性同位体トレーサーは放
射能測定装置の種類も多く、生物、医学等の分野
で多く用いられているのに対し、安定同位体トレ
ーサーは利用できる測定装置が特別な質量分析装
置、発光分光装置、赤外分光装置、核磁気共鳴装
置等に限られ、価格も高く、しかも測定には周到
な準備と熟練が必要であるため生物、医学、薬学
等の各分野から多くの期待を集めながらそう多く
用いられるに到つていない。 近年の機器分析の発展は一時停滞気味であつた
安定同位体トレーサーの利用を再び活発化させ各
分野において具体的成果を挙げつつある。しかし
ながら依然として安定同位体トレーサー法に用い
られる測定装置は種類も少く、かつ高価で、しか
もこの測定には周到な注意と熟練が必要である。
安定同位体トレーサー法は実質的にはガスクロマ
トグラフー質量分析装置によつて行なわれること
が圧到的に多いが質量分析装置の感度は物質毎に
異るし、不純物の影響を受けやすいため周到な準
備が必要であるし、定量分析に当つては物質毎に
内部標準物質を用いて検量線を作成しておくこと
が必要である。しかしながら代謝研究等において
は物質毎の検量線を作成することは殆ど不可能で
あり実質的に量的収支を得ることを不能にしてい
る。今日では安定同位体標識化合物の供給が容易
になつてきており、以前にも増して研究目的に合
つた新しい安価で使用の容易な測定技術の開発が
期待されている。 本発明の目的は、マイクロ波分光法を用いるこ
とにより迅速、簡易、高感度な安定同位体トレー
サーの測定方法を提供することである。 本発明の目的は、マイクロ波分光器を検出器と
することにより迅速、簡易、高感度でかつ経済的
な同位体トレーサー測定装置を提供することであ
る。 本発明の上記の目的は異なる同位体で標識され
た分子は全く異なる周波数に於いてそのマイクロ
波吸収スペクトルを与えるという現象を利用する
ことにより達成された。 以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。第1a図は本発明による方法を実施するため
の装置の概略図で試料処理装置20、及びマイク
ロ波分光器30からなる。 試料前処理装置20は試料をマイクロ波分光法
での測定に適する化合物に誘導するための装置で
ある。試料物質をこの前処理装置20により主と
して酸化分解あるいは水素化分解する。反応は触
媒存在下に連続的に行ない、反応によつて目的物
に定量的に変換すのが最も好ましいが、必ずしも
定量的反応である必要はなく放電反応等を利用す
ることもある。 反応例を以下に示す。
The present invention relates to a method and apparatus for measuring stable isotopes. Stable isotopes are isotopes that do not have radioactivity. Since the natural abundance ratio of stable isotopes for a certain element is approximately constant, concentrated stable isotopes can be used as tracers. Compared to the radioactive isotope tracer method, the stable isotope tracer method poses no risk of radiation damage, does not require special facilities, and allows for free experimentation without any special restrictions on its use. It has its own characteristics.
However, when it comes to isotope measurements, radioactive isotope tracers only need to detect radiation, so the chemical form of the sample is often not an issue. While stable isotope tracers do not emit radiation, the chemical form of the sample is a problem, and their specificity is not very pronounced, making it difficult to perform high-sensitivity and rapid measurements. However, the current situation is that it is virtually impossible to calculate the balance of isotopes in many cases. For this reason, radioactive isotope tracers come in many types of radioactivity measurement devices and are often used in biological, medical, and other fields, whereas stable isotope tracers can only be used with special mass spectrometers. , emission spectrometers, infrared spectroscopy devices, nuclear magnetic resonance devices, etc., are expensive, and measurement requires careful preparation and skill, so there are many expectations from various fields such as biology, medicine, and pharmacy. However, it has not reached the point where it is widely used. Recent developments in instrumental analysis have reinvigorated the use of stable isotope tracers, which had been stagnant for a while, and are producing concrete results in various fields. However, the measurement equipment used in the stable isotope tracer method is still of limited variety and expensive, and furthermore, careful attention and skill are required for this measurement.
The stable isotope tracer method is overwhelmingly carried out using a gas chromatograph/mass spectrometer, but the sensitivity of the mass spectrometer varies depending on the substance and is easily affected by impurities, so careful attention is required. For quantitative analysis, it is necessary to prepare a calibration curve using an internal standard substance for each substance. However, in metabolic research and the like, it is almost impossible to create a calibration curve for each substance, making it virtually impossible to obtain a quantitative balance. Nowadays, stable isotope-labeled compounds are becoming more readily available, and more than ever before there is hope for the development of new, inexpensive, and easy-to-use measurement techniques that meet research objectives. An object of the present invention is to provide a rapid, simple, and highly sensitive method for measuring stable isotope tracers using microwave spectroscopy. An object of the present invention is to provide a rapid, simple, highly sensitive, and economical isotope tracer measuring device using a microwave spectrometer as a detector. The above objects of the present invention were achieved by taking advantage of the phenomenon that molecules labeled with different isotopes give their microwave absorption spectra at completely different frequencies. Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1a is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the method according to the invention, consisting of a sample processing apparatus 20 and a microwave spectrometer 30. The sample pretreatment device 20 is a device for guiding a sample into compounds suitable for measurement by microwave spectroscopy. The sample material is mainly subjected to oxidative decomposition or hydrogenolysis using this pretreatment device 20 . It is most preferable that the reaction is carried out continuously in the presence of a catalyst, and that the desired product is quantitatively converted by the reaction, but the reaction does not necessarily have to be quantitative, and a discharge reaction or the like may be used. A reaction example is shown below.

【表】 〜〜〜
酸化分解
試料を特別に分離する必要のない場合は試料を
試料前処理装置20に直接導入する。第1b図は
本発明による方法を実施するための装置の概略図
であり、試料分離装置10、試料前処理装置20
及びマイクロ波分光器30からなる。 試料分離装置10はガスクロマトグラフ装置、
液体クロマトグラフ装置などで良いが、試料が揮
発生を有する場合は主としてガスクロマトグラフ
装置が使用され、試料が溶液状態で分離する必要
のある場合は液体クロマトグラフ装置を用いて試
料を分離し、溶媒分離装置を介して前処理装置に
試料を送る。また試料が動物・植物の組織等、不
揮発性でかつ不溶の場合、あるいは分離を特に必
要としないような場合にはこれを燃焼し、燃焼ガ
スをガスクロマトグラフ装置に導入しガス成分を
分離定量後、前処理装置に送るようにしても良
い。 マイクロ波分光器30は異なる同位体で標識さ
れた分子が全く異なる周波数に於いてそのマイク
ロ波吸収スペクトルを与えるものであり、如何な
るタイプのマイクロ波分光器でも使用が可能であ
るが、ここでは空胴共振器を試料セルとし、固体
マイクロ波発振素子を用いるマイクロ波空胴分光
器(マイクロ波空胴ガスモニター)を用い、
15Nトレーサー測定の場合を例にとつて説明す
る。 マイクロ波空胴ガスモニターは特開昭53―
100887に記載したもの(透過空胴型と呼ぶ)、あ
るいは特願昭56―81127中第1の実施例として記
載のもの(二重変調反射空胴型と呼ぶ)を使用す
ることが出来る。第2図は透過空胴型のモニター
を示すものであり、矩形シユタルク空胴共振器3
1とマイクロ波発振器32、それを附帯する電源
33、変調器34、ロツクイン増幅器35、終端
部材36および記録計37から成つており、マイ
クロ波共振空胴を透過して終端ダイオート38に
入るように構成されている。このようなモニター
の動作は周知である。 第2図の如き透過空胴型モニターを用いて
15Nをモニターするものとすれば試料分離装置1
0により分離された 15Nは前処理装置20によ
15NH3の形に変換される。そしてこのモニタ
ーは 15NH3の例えば22789MHzの吸収線のピーク
値を連続的にモニターするように矩形シユタルク
空胴共振器31の終端部材36の調整により設定
しておく。あるいは第3図のように二重変調反射
空胴型モニターを用いて同様に 15NH3を連続的
にモニターしてもよい。二重変調反射空胴モニタ
ーは矩形シユタルク空胴共振器31′、マイクロ
波源32′、マイクロ波ブリツジ39、自動周波
数制御装置(AFC)40、二重変調器34′、ロ
ツクイン増幅器35、サンプルホールド積分器4
1、トリガー回路42、増幅器43、記録計37
からなり、その動作も周知である。このモニター
の感度は透過空胴型モニターの数十倍である。 第2図あるいは第3図の例はクロマト留出分の
15Nのみ連続的にモニターするものである。 これら実施例に示す本発明の極めて大きな特徴
は前述のように一連のクロマト留出分中の目的と
する安定同位体トレーサーを単一物質(例えば
15N, 14Nの場合はNH3)に変換した後、この物
質(NH3)を選択性ならびに同位体識別能力の
極めて優れたマイクロ波分光器を使つて連続的に
モニタリングする点にあり、高い検出感度と安定
性とが得られる。 本発明以前にもガスクロマトグラフとマイクロ
波分光器を結合した例は報告されている。一般に
マイクロ波分光器は気化可能な有極性分子であれ
ばどんなものであつてもそのスペクトルを高分解
能で得られるが、その吸収周波数が化合物毎に極
端に異るため、例えば上記のガスクロマトグラフ
とマイクロ波分光器を直結したものでは、あらか
じめ求めておいた目的成分の周波数でモニタリン
グすることになる。このため検出できる成分は単
一に限定されてしまう。従つてこの場合はその成
分のクロマトピークが他成分と重なりどうしても
分離しないようなときでも目的成分を弁別できる
という点では有効であるが逆にその他の成分につ
いてはマイクロ波分光器は全く不感となるから、
装置全体としてはガスクロマト検出器に単一成分
検出用の補助検出器を付加した性能しかえられな
い。まして本発明のように次々に留出する各成分
中の同位体を連続的に検出することは全く不能で
ある。 従来法、すなわちガスクロマトグラフにマイク
ロ波分光器を直結する装置ではマイクロ波分光器
の特色を充分に生かしているとはいえない。なぜ
らマイクロ波分光器の高分解能、すなわち共存成
分の影響を受けないという特色を生かすとするな
ら、もともとガスクマトグラフで分離を行なう必
要がないし、ガスクロマトグラフを通すのでれば
単一成分の検出を付加的に行なうことは事実上意
味の無い場合が多いからである。このようにガス
クロマトグラフとマイクロ波分光器を直結する装
置と本発明とは装置の構成上、一見類似して見え
るかも知れないが、ガスクロマトグラフとマイク
ロ波分光器の間に化学形統一のための前処理装置
を設けた本発明とでは以下に説明すように全く性
格を異にするものである。すなわち本発明の特色
は特定原子の同位体の分離、検出にある(例えば
14N又は 15N)。従つて次々に留出してくる各ク
ロマト留分中に含まれる目的原子を、クロマト留
分が如何なる分子であれ、マイクロ波分光にとつ
て最も高感度が期待できる単一分子(例えば
NH3)に変換した後、マイクロ波分光法の有す
る高い選択性、優れた同位体識別能力を使用する
という方法にある。 従つて装置上の特徴は、第一に安定同位体トレ
ーサーの検出器として、高い同位体識別能力を有
するマイクロ波分光器を使用したこと、第二に同
位体のマイクロ波吸収信号を高感度でかつ広範な
化合物に対して異るために任意の試料を共通な特
定分子に誘導することのできる前処理装置を備え
ていることにある。なお、前処理装置の前段の試
料分離装置は場合によつては省くこともできる。
又、通常の分離装置が用いられるような例えば動
物、植物の組織のような試料の場合は分離装置に
導入する前に試料を分解し、分解ガスをガスクロ
マトグラフ装置に導入し連続的に分離定置量し、
更に前処理装置に導入し、必要があれば化学形を
変換し、その後マイクロ波分光器によつて測定す
ることも出来ることは前述の通りである。 更に本発明による方法では試料前処理装置によ
る化学形の統一のために物質毎の検量線を作るこ
となく量的収支の決定が可能である。 次に 15Nを用いたトレーサー実験を例にとつ
て、 14Nと 15Nとを同時に測定する場合に就て
第1b図及び第4図に基づき説明する。 第4図の例はクロマト留出分の 15Nと同時に
14Nもモニター出来るように構成した例であり、
量的収支が容易にとれるという特色を持つた装置
である。第4図に於て、 14測定系は第2図の透
過空胴型モニターを使用し 14NH3例えば
23870MHHzの吸収線のピーク値を連続的にモニ
ターするように設定する。 15N測定系は第3図
の二重変調反射空胴型モニターを用い、例えば前
述の如く22789MHzの吸収線を使つて 15NH3を連
続モニターする。第4図では、 14N測定系に第
2図の透過空胴モニターを使用したが、勿論代り
に第3図の二重変調反射空胴型モニターを用いる
こともできる。試料が気化可能な場合は試料分離
装置10にガスクロマトグラフ装置を用いる。ガ
スクロマトグラフ装置によて各成分に分離された
試料は引き続き、Ni触媒を充填した前処理装置
20である反応管に送られ、水素混合下に水素化
分解反応を受け、 15Nは 15N3となる、ここで分
解ガスは二つのマイクロ波分光器30に入入り、
15NH3および 14NH3がそれぞれ検出定量され
る。従つて各成分中の 15中の総量が算出され所
期の量的収支を得ることが出来る。前のように試
料が動物、植物の組織等、不揮発性、不溶の場合
は試料を分解しその分解ガスをガスクロマトグラ
フ装置に導入することになるがこの目的は例えば
F&M社製、炭素、水素、窒素自動分析装置
Model185型を用いると、操作は一連のものとし
て迅速に行なわれる。ここで燃焼ガス中のN2
ガスクロマトグラフ検出器によつて検出され引き
続いてN2はアンモニア合成触媒下にNH3に還元
され、これがマイクロ波分光器によつて測定され
る。N2をNH3に変換する反応は定量反応ではな
いがN2の総量をガスクロマトグラフ検出器で定
量し、マイクロ波分光器では、 15NH314NH3
の比のみが求まるので結果として試料の化学形に
関係なく所期の量的収支が得られる。。このよう
に本発明においては試料前処理装置によつて化学
形を統一することが量的収支をとることを可能に
するために極めて重要な意味を持つている。 これに対し、ガスクロマトグラフー質量分析装
置においてガスクロマトグラフ装置に試料前処理
装置を付加したとすれば原理的には量的収支が本
発明と同じように達成できそうであるがこの場合
は良い結果が期待できない。例えば 15Nを用い
たトレーサー実験において試料を水素化分解して
NH3に変換したとすると質量数17( 14NH3)と
18( 15NH3)のシグナルに注目することになる。
この場合質量分析装置ではH2Oのシグナルと実
質的に弁別できないから正しい値は求まらない。 又、この時高分解能質量分析装置を利用すれば
この弁別は可能となるがその感度の低さのために
トレーサー実験用には使用できないのが実情であ
る。 又、試料を酸化分解しN2で測定しようとして
も、質量分析装置は高真空のため空気の影響を受
けやすく正しい値は期待出来ない。その他にも前
処理によつて生じた分解ガスの精製が不充分だと
種々のフラグメントによる妨害が起こり所期の量
的収支をとることは出来ない。これに対し、本発
明による方法ではマイクロ波分光器が共存成分の
影響を受けないので以上のような欠点が完全に克
服されている。 又、質量分析法では試料の精製を充分に行なつ
ても尚同重体の弁別がトレーサー実験を困難なも
のにしている。例えば 13Cトレーサー実験におい
ては自然に1.181%( 13C;1.07%、 17O;2×
0.037)の質量45のCO2が含まれており104倍に希
釈される系では 13Cの有意の検出は困難であると
いわれている。しかも分子量の大きい物質につい
てはそれだけ同重体の存在割合も増加するため、
一層、同位体の弁別は困難となる。この問題を避
けるために二重標識化合物を使用するなどの手法
が考案されているが煩雑であるし一般的でない。
その他に安定同位体トレーサー法に用いれる測定
法としては、 15Nには発光分光法、 13CO2につ
いては赤外分光法、核磁気共鳴法などの手法があ
るが、いずれもバツチ式の測定法で、しかも周到
な準備と熟練のもとに多大の労力を要するもの
で、迅速簡易、高感度測定法からはほど遠く、し
かも量的収支をとることは一般には不可能であ
る。これに対し、本測定法は同重体等の問題は全
くなく、共存成分の影響を受けずしかも操作が簡
単でかつ連続的に複数の情報が得られ量的収支を
とることも可能な画期的な測定法である。 又、本発明の特徴の一つは前にも述べたよう
に、マイクロ波分光器として特に二重変調反射胴
型マイクロ波モニター、あるいは透過空胴型マイ
クロ波モニターを使用した場合、同位体の検出に
対して高感度であることにある。 15Nトレーサ
ー実験における 15NH314NH3の測定を例にと
ると、透過空胴型マイクロ波モニターでは
15NH314NH3の検出感度は0.08ppm(S/N〜
1)であり、二重変調反射空胴型マイクロ波モニ
ターではさらに数十倍感度が向上しているので
10ppb程度の検出感度となる。これらマイクロ波
空胴試料セルの内容積はおよそ60mlであり、試料
圧力を5Torr程度として試料セル内のNH3重量を
計算すると検出限界は10-11〜10-12となり極めて
高感度な分析法であることがわかる。 加えて、本発明の装置は大型電磁石や微妙な電
気的装置を使用しないため、ガスクロマトグラフ
質量分析法等に比較して極めて簡易で経済的なも
のであるという特徴をも有している。
【table】 ~~~
oxidative decomposition
If the sample does not need to be specially separated, the sample is directly introduced into the sample pretreatment device 20. FIG. 1b is a schematic diagram of an apparatus for implementing the method according to the invention, including a sample separation device 10 and a sample pretreatment device 20.
and a microwave spectrometer 30. The sample separation device 10 is a gas chromatograph device,
A liquid chromatography device may be used, but if the sample has volatilization, a gas chromatography device is mainly used.If the sample needs to be separated in a solution state, a liquid chromatography device is used to separate the sample and the solvent is removed. Send the sample to the pretreatment device via the separation device. In addition, if the sample is nonvolatile and insoluble, such as animal or plant tissue, or if separation is not particularly required, the sample is burned, the combustion gas is introduced into a gas chromatograph, and the gas components are separated and quantified. , and may be sent to a pre-processing device. The microwave spectrometer 30 provides microwave absorption spectra for molecules labeled with different isotopes at completely different frequencies, and any type of microwave spectrometer can be used, but here we use an empty one. Using a microwave cavity spectrometer (microwave cavity gas monitor) using a solid-state microwave oscillation element with a body resonator as a sample cell,
This will be explained using 15 N tracer measurement as an example. The microwave cavity gas monitor was published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1986-
100887 (referred to as a transmission cavity type), or the one described as the first embodiment in Japanese Patent Application No. 56-81127 (referred to as a double modulation reflection cavity type) can be used. Figure 2 shows a transmission cavity type monitor, with a rectangular Schutarch cavity resonator 3.
1, a microwave oscillator 32, an accompanying power supply 33, a modulator 34, a lock-in amplifier 35, a termination member 36, and a recorder 37. It is configured. The operation of such monitors is well known. Using a transmission cavity type monitor as shown in Figure 2.
15 If N is to be monitored, sample separation device 1
The 15 N separated by 0 is converted into the form of 15 NH 3 by the pretreatment device 20. This monitor is set by adjusting the termination member 36 of the rectangular Schüttarch cavity resonator 31 so as to continuously monitor the peak value of the absorption line of 15 NH 3 at, for example, 22789 MHz. Alternatively, as shown in FIG. 3, 15 NH 3 may be continuously monitored using a dual modulation reflective cavity monitor. The dual modulation reflective cavity monitor includes a rectangular Schutarch cavity resonator 31', a microwave source 32', a microwave bridge 39, an automatic frequency controller (AFC) 40, a dual modulator 34', a lock-in amplifier 35, and a sample-and-hold integral. Vessel 4
1, trigger circuit 42, amplifier 43, recorder 37
Its operation is well known. The sensitivity of this monitor is several tens of times higher than that of a transmission cavity type monitor. The example in Figure 2 or Figure 3 shows the chromatographic distillate.
Only 15 N is continuously monitored. As mentioned above, the extremely important feature of the present invention shown in these Examples is that the target stable isotope tracer in a series of chromatographic distillate fractions is isolated from a single substance (e.g.
After converting 15 N and 14 N to NH 3 ), this substance (NH 3 ) is continuously monitored using a microwave spectrometer with extremely high selectivity and isotope discrimination ability. High detection sensitivity and stability can be obtained. Examples of combining a gas chromatograph and a microwave spectrometer have been reported before the present invention. In general, microwave spectrometers can obtain high-resolution spectra of any polar molecules that can be vaporized, but because the absorption frequencies vary greatly depending on the compound, for example, the gas chromatograph mentioned above When directly connected to a microwave spectrometer, monitoring is performed at the frequency of the target component determined in advance. For this reason, the components that can be detected are limited to a single component. Therefore, in this case, the microwave spectrometer is effective in being able to distinguish the target component even when the chromatographic peak of that component overlaps with other components and cannot be separated, but on the other hand, the microwave spectrometer is completely insensitive to other components. from,
The overall performance of the device is the same as that of a gas chromatography detector plus an auxiliary detector for single component detection. Furthermore, it is completely impossible to continuously detect isotopes in each component that is distilled out one after another as in the present invention. It cannot be said that the conventional method, that is, an apparatus in which a microwave spectrometer is directly connected to a gas chromatograph, takes full advantage of the features of the microwave spectrometer. This is because if you want to take advantage of the high resolution of a microwave spectrometer, which is not affected by coexisting components, there is no need to perform separation using a gas chromatograph, and if you use a gas chromatograph, you can detect a single component. This is because it is often virtually meaningless to perform additional operations. In this way, an apparatus that directly connects a gas chromatograph and a microwave spectrometer and the present invention may seem similar at first glance due to the structure of the apparatus. This invention is completely different in character from the present invention, which is provided with a pre-processing device, as will be explained below. In other words, the feature of the present invention lies in the separation and detection of isotopes of specific atoms (e.g.
14 N or 15 N). Therefore, no matter what kind of molecule the chromatographic fraction is, the target atoms contained in each of the chromatographic fractions that are distilled out one after another are selected from a single molecule that can be expected to have the highest sensitivity for microwave spectroscopy (for example,
NH 3 ) and then use the high selectivity and excellent isotope discrimination capabilities of microwave spectroscopy. Therefore, the features of the device are: firstly, it uses a microwave spectrometer with high isotope discrimination ability as a detector for stable isotope tracers, and secondly, it uses a microwave absorption signal of isotopes with high sensitivity. Another advantage is that it is equipped with a pretreatment device that can convert any sample into a common specific molecule since it differs from a wide range of compounds. Note that the sample separation device upstream of the pretreatment device may be omitted in some cases.
In addition, in the case of samples such as animal or plant tissues for which a normal separation device is used, the sample is decomposed before being introduced into the separation device, and the decomposed gas is introduced into a gas chromatograph device and continuously separated and fixed. Weigh,
Furthermore, as described above, it is possible to introduce it into a pretreatment device, convert the chemical form if necessary, and then measure it using a microwave spectrometer. Further, in the method according to the present invention, quantitative balance can be determined without creating a calibration curve for each substance because the chemical forms are unified by the sample pretreatment device. Next, taking a tracer experiment using 15 N as an example, the case where 14 N and 15 N are measured simultaneously will be explained based on FIGS. 1b and 4. In the example shown in Figure 4, 15 N of the chromatographic distillate is simultaneously
This is an example of a configuration that can also monitor 14 N.
It is a device that has the feature of easily achieving quantitative balance. In Fig. 4, the 14 measurement system uses the transmission cavity type monitor shown in Fig. 2, and 14 NH 3 e.g.
Set to continuously monitor the peak value of the 23870MHz absorption line. The 15 N measurement system uses the dual modulation reflective cavity type monitor shown in FIG. 3, and continuously monitors 15 NH 3 using, for example, the 22789 MHz absorption line as described above. In FIG. 4, the transmission cavity monitor of FIG. 2 is used as the 14 N measurement system, but the dual modulation reflection cavity monitor of FIG. 3 may of course be used instead. If the sample can be vaporized, a gas chromatograph is used as the sample separation device 10. The sample separated into each component by the gas chromatography device is then sent to a reaction tube, which is a pretreatment device 20 filled with a Ni catalyst, and undergoes a hydrogenolysis reaction while mixing with hydrogen, so that 15 N becomes 15 N 3 Here, the decomposed gas enters the two microwave spectrometers 30,
15 NH 3 and 14 NH 3 are detected and quantified, respectively. Therefore, the total amount of each component out of 15 can be calculated and the desired quantitative balance can be obtained. As mentioned before, if the sample is non-volatile or insoluble, such as animal or plant tissue, the sample will be decomposed and the decomposed gas will be introduced into the gas chromatograph. Nitrogen automatic analyzer
With the Model 185, operations are performed quickly in a series. Here, N 2 in the combustion gas is detected by a gas chromatograph detector, and subsequently N 2 is reduced to NH 3 under an ammonia synthesis catalyst, which is measured by a microwave spectrometer. Although the reaction of converting N 2 to NH 3 is not a quantitative reaction, the total amount of N 2 is determined using a gas chromatograph detector, and a microwave spectrometer determines the amount of 15 NH 3 , 14 NH 3
As a result, the desired quantitative balance can be obtained regardless of the chemical form of the sample. . As described above, in the present invention, unifying the chemical forms using the sample pretreatment device has an extremely important meaning in order to make it possible to maintain a quantitative balance. On the other hand, if a sample pretreatment device was added to the gas chromatograph-mass spectrometer, it would be possible in principle to achieve the same quantitative balance as the present invention, but in this case, good results would be achieved. I can't expect that. For example, in a tracer experiment using 15 N, the sample is hydrogenolyzed and
When converted to NH 3 , the mass number is 17 ( 14 NH 3 ) and
We will focus on the signal of 18 ( 15 NH 3 ).
In this case, the correct value cannot be determined because the mass spectrometer cannot substantially distinguish the signal from H 2 O. Further, if a high-resolution mass spectrometer is used at this time, this discrimination becomes possible, but the reality is that it cannot be used for tracer experiments due to its low sensitivity. Furthermore, even if you attempt to oxidize and decompose a sample and measure it with N 2 , accurate values cannot be expected because the mass spectrometer is highly vacuumed and is easily affected by air. In addition, if the cracked gas produced by the pretreatment is insufficiently purified, interference with various fragments occurs, making it impossible to achieve the desired quantitative balance. In contrast, in the method according to the present invention, the microwave spectrometer is not affected by coexisting components, so the above-mentioned drawbacks are completely overcome. Furthermore, in mass spectrometry, even if the sample is sufficiently purified, discrimination of isobaric substances still makes tracer experiments difficult. For example, in a 13 C tracer experiment, 1.181% ( 13 C; 1.07%, 17 O; 2×
It is said that significant detection of 13 C is difficult in a system that contains CO 2 with a mass of 45 (0.037) and is diluted 10 4 times. Moreover, for substances with large molecular weights, the proportion of isobaric substances increases accordingly.
Furthermore, isotope discrimination becomes difficult. Techniques such as the use of double-labeled compounds have been devised to avoid this problem, but these techniques are complicated and not common.
Other measurement methods used in the stable isotope tracer method include emission spectroscopy for 15 N, and infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance for 13 CO 2 , but all of them require batch-type measurements. It is a method that requires a great deal of effort and careful preparation and skill, and is far from a quick, easy, and highly sensitive measurement method, and it is generally impossible to obtain a quantitative balance. On the other hand, this measurement method has no problems such as isobarism, is unaffected by coexisting components, is easy to operate, and is a breakthrough that allows multiple pieces of information to be obtained continuously and quantitative balance can be calculated. This is a standard measurement method. Furthermore, as mentioned earlier, one of the features of the present invention is that when a dual modulation reflection barrel type microwave monitor or a transmission cavity type microwave monitor is used as a microwave spectrometer, it is possible to detect isotopes. The reason is that it has high sensitivity for detection. Taking the measurement of 15 NH 3 and 14 NH 3 in a 15 N tracer experiment as an example, a transmission cavity microwave monitor
The detection sensitivity of 15 NH 3 and 14 NH 3 is 0.08 ppm (S/N ~
1), and the sensitivity of the dual modulation reflective cavity microwave monitor has been improved by several tens of times.
The detection sensitivity is about 10ppb. The internal volume of these microwave cavity sample cells is approximately 60 ml, and when calculating the weight of NH 3 in the sample cell with a sample pressure of approximately 5 Torr, the detection limit is 10 -11 to 10 -12 , which is an extremely sensitive analysis method. I understand that there is something. In addition, since the apparatus of the present invention does not use large electromagnets or delicate electrical equipment, it is characterized by being extremely simple and economical compared to gas chromatography mass spectrometry and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法を実施するための装置の
概略図、第2図は第1図におけるマイクロ波分光
器の一例を示す図、第3図はマイクロ波分光器の
の他の例を示す図、第4図は更に他のマイクロ波
分光器の例を示す図である。 10……試料分離装置、20……試料前処理装
置、30……マイクロ波分光器、31,31′…
…シユタルク空胴共振器、32,32′……マイ
クロ波源、33……電源、34,34′……変調
器、35……ロツクイン増幅器、36……終端部
材、37,37′……記録計、38……終端回路、
39……マイクロ波ブリツジ、40……AFC、
41……差動サンプルホールド積分器、42……
トリガー回路、43……増幅器。
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for implementing the method of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the microwave spectrometer in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing another example of the microwave spectrometer. The figure shown in FIG. 4 is a diagram showing still another example of a microwave spectrometer. 10...Sample separation device, 20...Sample pretreatment device, 30...Microwave spectrometer, 31, 31'...
...Schutarch cavity resonator, 32, 32'...Microwave source, 33...Power source, 34, 34'...Modulator, 35...Lock-in amplifier, 36...Terminal member, 37, 37'...Recorder , 38...terminal circuit,
39...Microwave Bridge, 40...AFC,
41...differential sample hold integrator, 42...
Trigger circuit, 43...amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 安定同位体を含む試料を分割し、分離された
試料をマイクロ波分光に適する化学形を有する上
記安定同位体を含む化学形に変換し、この化合物
によるマイクロ波吸収線のピーク値をマイクロ波
分光法により測定することを特徴とする安定同位
体測定法。 2 安定同位体を含む試料を分離する試料分離装
置と、分離された試料をマイクロ波分光に適する
化学形を有する上記安定同位体を含む化合物に変
換するための試料前処理装置と、この試料前処理
装置によりつくられる化合物によるマイクロ波エ
ネルギーの吸収によりその化合物を定量するため
のマイクロ波分光装置とからなる、安定同位体測
定装置。 3 前記試料は揮発生試料であり、前記試料分離
装置はガスクロマトグラフ装置である、特許請求
の範囲第2項記載の測定装置。 4 前記試料は溶液であり、前記試料分離装置は
液体クロマトグラフ装置である、特許請求の範囲
第2項記載の測定装置。 5 前記試料は不揮発性且つ不溶性であり前記試
料分離装置は上記試料を燃焼するための燃焼装置
とガスクロマトグラフ装置とから成る、特許請求
の範囲第2項記載の測定装置。 6 前記マイクロ波分光装置は少なくとも1個の
マイクロ波空胴分光器である特許請求の範囲第2
項乃至第5項の1に記載する測定装置。 7 前記マイクロ波分光装置は2個以上の、夫々
異なる共振周波数を有するマイクロ波空胴分光器
からなる特許請求の範囲第6項記載の測定装置。
[Claims] 1. Divide a sample containing a stable isotope, convert the separated sample into a chemical form containing the stable isotope that has a chemical form suitable for microwave spectroscopy, and detect the microwave absorption line by this compound. A stable isotope measurement method characterized by measuring the peak value of by microwave spectroscopy. 2. A sample separation device that separates a sample containing a stable isotope, a sample pretreatment device that converts the separated sample into a compound containing the stable isotope that has a chemical form suitable for microwave spectroscopy, and a sample pretreatment device that separates a sample containing a stable isotope. A stable isotope measurement device consisting of a microwave spectrometer for quantifying compounds created by a processing device by absorption of microwave energy by the compounds. 3. The measuring device according to claim 2, wherein the sample is a volatile sample, and the sample separation device is a gas chromatograph device. 4. The measurement device according to claim 2, wherein the sample is a solution and the sample separation device is a liquid chromatography device. 5. The measuring device according to claim 2, wherein the sample is nonvolatile and insoluble, and the sample separation device comprises a combustion device for burning the sample and a gas chromatograph device. 6. Claim 2, wherein the microwave spectrometer is at least one microwave cavity spectrometer.
The measuring device described in Items 1 to 5. 7. The measuring device according to claim 6, wherein the microwave spectrometer comprises two or more microwave cavity spectrometers each having a different resonance frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5667753A (en) * 1979-11-06 1981-06-08 Fuji Electric Co Ltd Nitrogen analytical device

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