JPH09105721A

JPH09105721A - 同位体ガス分光測定装置

Info

Publication number: JPH09105721A
Application number: JP26174695A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kubo; 康弘久保; Katsuhiro Morisawa; 且廣森澤; Yasushi Zashiyuu; 靖座主; Tamotsu Hamao; 保浜尾; Eiji Ikegami; 英司池上; Kazunori Tsutsui; 和典筒井
Original assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JP2996611B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の成分ガスを含む被測定ガスをセルに導
き、分光測定をする場合に、成分ガスの濃度を簡単な装
置構成で、かつ精密に測定すること。【解決手段】被測定ガスを導くセル１１ａ，１１ｂが、
光源Ｌと受光器Ｄとの間の光路に配置されるとともに、
当該光路の、前記セル１１ａ，１１ｂ以外の部分には、
測定する波長の光に対して吸収性を持たないリファレン
スガスを満たすリファレンスセル１１ｃが配置されてい
る。【効果】リファレンスセル１１ｃがなく単に空気が存在
している場合のように測定容器内に残る被測定ガスと同
じ種類のガスが光学的悪影響を与えるという不都合がな
くなる。したがって、より正確な濃度測定を行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】同位体の入った薬物を生体に
投与した後、同位体の濃度変化、又は濃度比の変化を測
定することにより、生体の代謝機能を測定することがで
きるので、同位体の分析は、医療の分野での病気の診断
に利用されている。また、医療の分野以外でも、同位体
の分析は、光合成の研究、植物の代謝作用の研究に利用
され、地球化学分野では生態系のトレースに利用されて
いる。

【０００２】本発明は、同位体の光吸収特性の相違に着
目して、同位体ガスの濃度を測定する同位体ガス分光測
定方法及び測定装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】一般に、胃潰瘍、胃炎の原因として、ス
トレスの他に、ヘリコバクタピロリー（ＨＰ）と言われ
ているバクテリアが存在することが知られている。患者
の胃の中にＨＰが存在すれば、抗生物質の投与等による
除菌治療を行う必要がある。したがって、患者にＨＰが
存在するか否かを確認することが重要である。ＨＰは、
強いウレアーゼ活性を持っていて、尿素を二酸化炭素と
アンモニアに分解する。

【０００４】一方、炭素には、質量数が１２のものの
他、質量数が１３や１４の同位体が存在するが、これら
の中で質量数が１３の同位体¹³Ｃは、放射性がなく、安
定して存在するため取扱いが容易である。そこで、同位
体¹³Ｃでマーキングした尿素を生体に投与した後、最終
代謝産物である患者の呼気中の¹³ＣＯ₂の濃度、具体的
には¹³ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比を測定することがで
きれば、ＨＰの存在を確認することができる。

【０００５】ところが、¹³ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比
は、自然界では１：１００と大きく、このため患者の呼
気中の濃度比を精度よく測定することは難しい。従来、
¹³ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比を求める方法として、赤
外分光を用いる方法が知られている（特公昭６１−４２
２１９号、特公昭６１‐４２２２０号公報参照）。

【０００６】特公昭６１−４２２２０号記載の方法は、
長短２本のセルを用意し、一方のセルでの¹³ＣＯ₂の吸
収と、一方のセルでの¹²ＣＯ₂の吸収とが等しくなるよ
うなセルの長さにし、２本のセルを透過した光を両方の
セルに導いて、それぞれ最大感度を実現する波長での光
強度を測定する方法である。この方法によれば、自然界
の濃度比での光吸収比を１にすることができ、これから
濃度比がずれると、ずれた分だけ光吸収比がずれるの
で、光吸収比の変化を知って濃度比の変化を知ることが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特公昭６
１−４２２２０号記載の方法では、セルを短くした分だ
け、それに代わって空気空間が存在することになり、こ
の空間が、高精度の測定を実現するのに障害となってい
た。また、光源からセルまでの空間及びセルから受光器
までの空間も、その長さが長ければ、高精度の測定を実
現するのに障害となることが十分考えられる。

【０００８】すなわち、同位体ガスの測定では、徴量に
存在する¹³ＣＯ₂の光吸収を測定するため、僅かでも外
乱が入ると、測定精度は大きく悪化する。前記のように
セルを短くした代わりに存在する空間、光源からセルま
での空間及びセルから受光器までの空間には、何％かの
¹²ＣＯ₂と微量の¹³ＣＯ₂が存在する。¹²ＣＯ₂のスペ
クトルは¹³ＣＯ₂のスペクトルと一部重なり、干渉フィ
ルタ使用時にはフィルタのバンドパス幅の影響も出るた
め、¹²ＣＯ₂の存在は¹³ＣＯ₂の吸光度測定に影響を及
ぼし、微量の¹³ＣＯ₂は¹³ＣＯ₂の吸光度測定に直接影
響を及ぼす。

【０００９】そこで、光路に存在するＣＯ₂の影響を避
けるため、光源、サンプルセル、リファレンスセル、波
長フィルター、検出素子等の各素子を密閉ケースに収納
し、この密閉ケースとＣＯ₂吸収剤を収納した力ラムの
容器を循環ポンプとチューブで連結し、密閉ケース内の
空気を密閉ケースとカラムの容器の間で循環させること
により、密閉ケース内の空気からＣＯ₂を除去する装置
が提案されている（特公平３−３１２１８号公報参
照）。

【００１０】この公報記載の装置では、測定に悪影響を
与えるＣＯ₂は除去できるが、ＣＯ ₂吸収剤を収納した
カラムとチューブと、各素子を収納する大きな密閉ケー
スが必要となり、装置構成が大掛かりになる。また、大
きなケースを密閉構造にするためのシール等をするので
製作に手間がかかる。また密閉ケース内で空気が不均一
に対流するため、局所的に温度変化や、それに基づく濃
度変化を惹き起こし、光検出信号のゆらぎを生じさせ
る。

【００１１】そこで、本発明は、複数の成分ガスを含む
被測定ガスをセルに導き、分光測定をする場合に、成分
ガスの濃度を簡単な装置構成で、かつ精密に測定するこ
とができる同位体ガス分光測定装置を実現することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの請求項１記載の同位体ガス分光測定装置では、被測
定ガスを導くセルは、光源と受光器との間の光路に配置
されるとともに、当該光路の、前記セル以外の部分に
は、測定する波長の光に対して吸収性を持たないリファ
レンスガスを満たすリファレンスセルが配置されてい
る。

【００１３】前記の構成によれば、測定する波長の光に
対して吸収性を持たないリファレンスガスを満たすリフ
ァレンスセルが配置されているので、リファレンスセル
がなく単に空気が存在している場合のように測定容器内
に残る被測定ガスと同じ種類のガスが光学的悪影響を与
えるという不都合がなくなる。したがって、より正確な
濃度測定を行うことができる。

【００１４】また、請求項２記載の同位体ガス分光測定
装置では、被測定ガスを導く２つのセルが、光源と受光
器との間の光路に並行して配置されるとともに、２つの
セルは長さが異なり、短いほうのセルと受光器との間、
又は光源と短いほうのセルとの間には、測定する波長の
光に対して吸収性を持たないリファレンスガスを満たす
リファレンスセルが配置されている。

【００１５】セルの長さが違う場合、短いほうのセルと
受光器との間、又は光源と短いほうのセルとの間には大
きな空間ができ、この空間に存在する被測定ガスと同じ
種類のガスが光学的測定に悪影響を与える。そこで、こ
の空間に、測定する波長の光に対して吸収性を持たない
リファレンスガスを満たすリファレンスセルを配置する
ことにより、より正確な濃度測定を行うことができる。

【００１６】また、請求項３記載の同位体ガス分光測定
装置は、リファレンスセル内にリファレンスガスを常時
一定の流量で流すガス流生成手段が備えられている。こ
のように、リファレンスセル内にリファレンスガスを流
す理由は、もしリファレンスセル内にリファレンスガス
を密閉して使用するとセルのジョイント部から徐々にリ
ファレンスガスがリークして外の空気と置換するおそれ
があり、外の空気がセルに入ってくるとセル内に被測定
ガスと同じ種類のガスが存在し光学的悪影響を及ぼすか
らである。また、常時一定の流量でリファレンスガスを
流すので、リファレンスセル内に不均一な対流は生じな
い。よって、光検出信号のゆらぎも生じない。

【００１７】なお、前記ガス流生成手段として、ボンベ
に入ったリファレンスガスを導くバルブ、パイプ、流量
計の組合せが考えられる。また、請求項４記載の同位体
ガス分光測定装置は、被測定ガスを導くセル及びリファ
レンスセルの温度を一定に保つ温度保持手段をさらに備
えている。被測定ガスを導くセルリファレンスセル内の
温度を一定に保つことにより、被測定ガスの温度とリフ
ァレンスガスの温度差がなくなり、熱的条件を同一にす
ることができる。したがって、正確な吸光度を求めるこ
とができる。

【００１８】なお、複数の成分ガスは、二酸化炭素¹²Ｃ
Ｏ₂と、二酸化炭素¹³ＣＯ₂であってよい（請求項
５）。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、同位体¹³Ｃでマーキングし
たウレア診断薬を人間に投与した後、呼気中の¹³ＣＯ₂
の濃度を分光測定する場合の、本発明の実施の形態を、
添付図面を参照しながら詳細に説明する。１．呼気テストまず、ウレア診断薬を投与する前の患者の呼気を呼気バ
ッグに採集する。呼気バッグの容量は、２５０ｍｌ程度
でよい。その後、ウレア診断薬を経口投与し、１０−１
５分後、投与前と同様の方法で呼気バッグに呼気を採集
する。

【００２０】投与前と投与後の呼気バッグをそれぞれ同
位体ガス分光測定装置の所定のノズルにセットし、以下
の自動測定を行う。 II．同位体ガス分光測定装置図１は、同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。投与後の呼気（以下「サンプルガス」と
いう）を採集した呼気バッグと投与前の呼気（以下「ベ
ースガス」という）を採集した呼気バッグとはそれぞれ
ノズルＮ₁，Ｎ₂にセットされる。ノズルＮ₁は、透明
樹脂パイプ（以下単に「パイプ」という）を通して三方
バルブＶ₁につながり、ノズルＮ₂は、パイプを通して
三万バルブＶ₂につながっている。

【００２１】一方、ガスボンベからリファレンスガス
（測定対象波長域に吸収のないガスであれば何でもよ
い。例えば窒素ガス）が供給されている。リファレンス
ガスは二方に分かれ、一方は流量計Ｍ₁を通してリファ
レンスセル１１ｃに入り、他方は流量計Ｍ₂を通して三
方バルブＶ₃に通じている。リファレンスセル１１ｃに
入ったりファレンスガスはリファレンスセル１１ｃから
出てそのまま排出される。

【００２２】三方バルブＶ₃から分かれた一方は、三方
バルブＶ₁につながり、他方は、¹²ＣＯ₂の吸収を測定
するための第１サンプルセル１１ａにつながっている。
また、三方バルブＶ₂から分かれた一方は、二方バルブ
Ｖ₄を通して第１サンプルセル１１ａにつながり、他方
は三方バルブＶ₁につながっている。さらに、三方バル
ブＶ₃と第１サンプルセル１１ａとの間には、サンプル
ガス又はべースガスを定量的に注入するためのガス注入
器２１（容量６０ｃｃ）が介在している。このガス注入
器２１は、ピストンとシリンダーを有する注射器のよう
な形状のもので、ピストンの駆動は、図示しないモータ
と、モータに連結された送りネジと、ピストンに固定さ
れたナットとの共働によって行われる。

【００２３】セル室１１は、図１に示すように、¹²ＣＯ
₂の吸収を測定するための短い第１サンプルセル１１
ａ、¹³ＣＯ₂の吸収を測定するための長い第２サンプル
セル１１ｂ及びリファレンスガスを流すリファレンスセ
ル１１ｃからなり、第１サンプルセル１１ａと第２サン
プルセル１１ｂとは連通しており、第１サンプルセル１
１ａに導かれたガスは、そのまま第２サンプルセル１１
ｂに入り、排気されるようになっている。また、リファ
レンスセル１１ｃにはリファレンスガスが導かれ、排気
されるようになっている。第１サンプルセル１１ａの長
さは具体的には１３ｍｍであり、第２サンプルセル１１
ｂの長さは具体的には２５０ｍｍであり、リファレンス
セル１１ｃの長さは具体的には２３６ｍｍである。

【００２４】符号Ｌは、赤外線光源装置を示す。赤外線
光源装置Ｌは赤外線を照射するための２つの導波管２３
ａ，２３ｂを備えている。赤外線発生の方式は、任意の
ものでよく、例えばセラミックスヒータ（表面温度４５
０℃）等が使用可能である。また、赤外線を一定周期で
しゃ断し通過させる回転するチョッパ２２が設けられて
いる。赤外線光源装置Ｌから照射された赤外線のうち、
第１サンプルセル１１ａ及びリファレンスセル１１ｃを
通るものが形成する光路を「第１の光路」といい、第２
サンプルセル１１ｂを通るものが形成する光路を「第２
の光路」という（図２参照）。

【００２５】符号Ｄは、セルを通過した赤外線を検出す
る赤外線検出装置を示している。赤外線検出装置Ｄは、
第１の光路に置かれた第１の波長フィルタ２４ａと第１
の検出素子２５ａ、第２の光路に置かれた第２の波長フ
ィルタ２４ｂと第２の検出素子２５ｂを備えている。第
１の波長フィルタ２４ａは、¹²ＣＯ₂の吸収を測定する
ため約４２８０ｎｍの波長の赤外線を通し（バンド幅約
２０ｎｍ）、第２の波長フィルタ２４ｂは、 ¹³ＣＯ₂の
吸収を測定するため約４４１２ｎｍの波長の赤外線を通
すように設計されている（バンド幅約５０ｎｍ）。第１
の検出素子２５ａ、第２の検出素子２５ｂは赤外線を検
出する素子であれば任意のものでよく、例えばＰｂＳｅ
といった半導体赤外センサが使用される。

【００２６】第１の波長フィルタ２４ａ、第１の検出素
子２５ａは、Ａｒ等の不活性ガスで満たされたパッケー
ジ２６ａの中に入っており、第２の波長フィルタ２４
ｂ、第２の検出素子２５ｂも、同じく不活性ガスで満た
されたパッケージ２６ｂの中に入っている。赤外線検出
装置Ｄの全体はヒータ及びペルチェ素子により一定温度
（２５℃）に保たれ、パッケージ２６ａ，２６ｂの中の
検出素子の部分はペルチェ素子により０℃に保たれてい
る。

【００２７】図２は、前記セル室１１の詳細な構造を示
す断面図である。セル室１１は、それ自体ステンレス製
であり、上下左右が金属板（例えば真鍮板）１２で挟ま
れ、上下又は左右に設置されたヒータ１３を介して、発
泡スチロール等の断熱材１４で密閉されている。また、
図には示していないが、セル室１１の温度を測定する温
度センサ（例えば白金測温体）が取り付けられている。

【００２８】セル室１１の中は、２段に分かれ、一方の
段には第１サンプルセル１１ａと、リファレンスセル１
１ｃとが配置され、他方の段には第２サンプルセル１１
ｂが配置されている。第１サンプルセル１１ａ及びリフ
ァレンスセル１１ｃには第１の光路が直列に通り、第２
サンプルセル１１ｂには第２の光路が通っている。符号
１５，１６，１７は、赤外線を透過させるサファイヤ透
過窓である。

【００２９】図９は、セル室１１の温度を調整する機構
を示すブロック図である。温度調整機構は、セル室１１
に取り付けられた温度センサ３２と、温度調整基板３１
と、ヒータ１３とからなっている。温度調整基板３１の
温度調整方法は、いかなる方法を採用してもよいが、例
えば温度センサ３２の温度測定信号に基づいて、ヒータ
１３に流すパルス電流のデューティ比を変える、という
方法でよい。この温度調整方法に基づいて、前記セル室
１１は、ヒータ１３により一定温度（４０℃）に保たれ
るよう制御されている。 III ．測定手順測定は、リファレンスガス測定→ベースガス測定→リフ
ァレンスガス測定→サンプルガス測定→リファレンスガ
ス測定→・・・という手順で行う。

【００３０】測定の間、リファレンスセル１１ｃにはリ
ファレンスガスが常時流れていて、その流速は流量計Ｍ
₁により常に一定に保たれるよう設定される。 III −１．リファレンス測定図３に示すように、同位体ガス分光測定装置のガス流路
及びセル室１１に、清浄なリファレンスガスを約１５秒
間、毎分２００ｍｌ流してガス流路及びセル室１１の洗
浄をする。

【００３１】次に、図４に示すように、ガス流路を変え
てリファレンスガスを流し、ガス流路及びセル室１１の
洗浄をする。約３０秒経過後、それぞれの検出素子２５
ａ，２５ｂにより、光量測定をする。このようにリファ
レンス測定をするのは、吸光度の算出をするためであ
る。このようにして、第１の検出素子２５ａで得られた
光量を¹²Ｒ₁、第２の検出素子２５ｂで得られた光量を
¹³Ｒ₁と書く。 III ‐２．ベースガス測定次に、リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、第
２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バッ
グより、ベースガスをガス注入器２１で吸い込む（図５
参照）。

【００３２】ベースガスを吸い込んだ後、図６に示すよ
うに、ガス注入器２１を用いてべースガスを一定流量で
機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子２５
ａ，２５ｂにより、光量測定をする。このようにして、
第１の検出素子２５ａで得られた光量を¹²Ｂ、第２の検
出素子２５ｂで得られた光量を¹³Ｂと書く。 III −３．リファレンス測定再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする（図３、図４参照）。

【００３３】このようにして、第１の検出素子２５ａで
得られた光量を¹²Ｒ₂ 、第２の検出素子２５ｂで得られ
た光量を¹³Ｒ₂と書く。 III −４．サンプルガス測定リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、第２サン
プルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バッグよ
り、サンプルガスをガス注入器２１で吸い込む（図７参
照）。

【００３４】サンプルガスを吸い込んだ後、図８に示す
ように、ガス注入器２１を用いてサンプルガスを一定速
度で機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子２
５ａ，２５ｂにより、光量測定をする。このようにし
て、第１の検出素子２５ａで得られた光量を¹²Ｓ、第２
の検出素子２５ｂで得られた光量を¹³Ｓと書く。 III −５．リファレンス測定再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする（図３、図４参照）。

【００３５】このようにして、第１の検出素子２５ａで
得られた光量を¹²Ｒ₃、第２の検出素子２５ｂで得られ
た光量を¹³Ｒ₃と書く。 IV．データ処理 IV−１．ベースガスの吸光度の算出まず、前記リファレンスガスの透過光量¹²Ｒ₁、
¹³Ｒ₁、ベースガスの透過光量¹²Ｂ、¹³Ｂ、リファレン
スガスの透過光量¹²Ｒ₂、¹³Ｒ₂を使って、ベースガス
における¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(B) と、¹³ＣＯ₂の吸
光度¹³Ａbs(B) とを求める。

【００３６】ここで¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(B) は、¹² Ａbs(B) ＝−log 〔２¹²Ｂ／（¹²Ｒ₁＋¹²Ｒ₂）〕で求められ、¹³ＣＯ₂の吸光度¹³Ａbs(B) は、¹³ Ａbs(B) ＝−log 〔２¹³Ｂ／（¹³Ｒ₁＋¹³Ｒ₂）〕で求められる。

【００３７】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量の平均値（Ｒ₁＋Ｒ
₂）／２をとり、その平均値と、ベースガス測定で得ら
れた光量とを用いて吸光度を算出しているので、ドリフ
ト（時間変化が測定に影響を及ぼすこと）の影響を相殺
することができる。したがって、装置の立ち上げ時に完
全に熱平衡になるまで（通常数時間かかる）待たなくて
も、速やかに測定を始めることができる。 IV−２．サンプルガスの吸光度の算出次に、前記リファレンスガスの透過光量¹²Ｒ₂、
¹³Ｒ₂、サンプルガスの透過光量¹²Ｓ、¹³Ｓ、リファレ
ンスガスの透過光量¹²Ｒ₃、¹³Ｒ₂を使って、サンプル
ガスにおける¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(S) と、¹³ＣＯ₂
の吸光度¹³Ａbs(S) とを求める。

【００３８】ここで¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(S) は、¹² Ａbs(S) ＝−log 〔２¹²Ｓ／( ¹²Ｒ₂＋¹²Ｒ₃）〕で求められ、¹³ＣＯ₂の吸光度¹³Ａbs(S) は、¹³ Ａbs(S) ＝−log 〔２¹³Ｓ／（¹³Ｒ₂＋¹³Ｒ₃）〕で求められる。

【００３９】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量平均値をとり、その
平均値と、サンプルガス測定で得られた光量とを用いて
吸光度を算出しているので、ドリフトの影響を相殺する
ことができる。 IV−３．濃度の算出検量線を使って、¹²ＣＯ₂の濃度と¹³ＣＯ₂の濃度を求
める。

【００４０】検量線は、¹²ＣＯ₂濃度の分かっている被
測定ガスと、¹³ＣＯ₂濃度の分かっている被測定ガスを
用いて、作成する。検量線を求めるには、¹²ＣＯ₂濃度
を０％〜６％程度の範囲で変えてみて、¹²ＣＯ₂の吸光
度を測定する。横軸を¹²ＣＯ₂濃度にとり、縦軸を¹²Ｃ
Ｏ₂吸光度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲
線を決定する。２次式で近似したものが、比較的誤差の
少ない曲線となったので、本実施形態では、２次式で近
似した検量線を採用している。

【００４１】また、¹³ＣＯ₂濃度を０．００％〜０．０
７％程度の範囲で変えてみて、¹³ＣＯ₂の吸光度を測定
する。横軸を¹³ＣＯ₂濃度にとり、縦軸を¹³ＣＯ₂吸光
度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線を決定
する。２次式で近似したものが、比較的誤差の少ない曲
線となったので、本実施形態では、２次式で近似した検
量線を採用している。

【００４２】なお厳密にいうと、¹²ＣＯ₂の入っている
ガスと、¹³ＣＯ₂の入っているガスをそれぞれ単独で測
定するのと、¹²ＣＯ₂と¹³ＣＯ₂とが混合しているガス
を測定するのでは、¹³ＣＯ₂の吸光度が違ってくる。こ
れは、使用する波長フィルタがバンド幅を持っているこ
とと、¹²ＣＯ₂の吸収スペクトルと¹³ＣＯ₂の吸収スペ
クトルとが一部重なっているからである。本測定では、
¹²ＣＯ₂と¹³ＣＯ₂とが混合しているガスを測定対象と
するので、検量線を決定するときに前記重なり分を補正
しておく必要がある。本測定では実際、吸収スペクトル
の一部重なりを補正した検量線を採用している。

【００４３】前記検量線を用いて求められた、ベースガ
スにおける¹²ＣＯ₂の濃度を¹²Conc(B) 、ベースガスに
おける¹³ＣＯ₂の濃度を¹³Conc(B) 、サンプルガスにお
ける ¹²ＣＯ₂の濃度を¹²Conc(S) 、サンプルガスにおけ
る¹³ＣＯ₂の濃度を¹³Conc(S) と書く。 IV−４．濃度比の算出¹³ ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比を求める。ベースガスに
おける濃度比は、¹³ Conc(B) ／¹²Conc(B) サンプルガスにおける濃度比は、¹³ Conc(S) ／¹²Conc(S) で求められる。

【００４４】なお、濃度比は、¹³Conc(B) ／¹²Conc(B)
＋¹³Conc(B) ，¹³Conc(S) ／¹²Conc(S) ＋¹³Conc(S) と
定義してもよい。¹²ＣＯ₂の濃度のほうが¹³ＣＯ₂の濃
度よりはるかに大きいので、いずれもほぼ同じ値となる
からである。 IV−５．¹³Ｃの変化分の決定サンプルガスとべースガスとを比較した¹³Ｃの変化分は
次の式で求められる。 Δ¹³Ｃ＝〔サンプルガスの濃度比−ベースガスの濃度
比〕×１０³／〔ベースガスの濃度比〕（単位：パーミ
ル（千分率））

【００４５】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、被測定ガスを導くセルが、光源と受光器との間の光
路に配置されるとともに、当該光路の、前記セル以外の
部分には、測定する波長の光に対して吸収性を持たない
リファレンスガスを満たすリファレンスセルが配置され
ているので、リファレンスセルがなく単に空気が存在し
ている場合のように測定容器内に残る被測定ガスと同じ
種類のガスが光学的悪影響を与えるという不都合がなく
なる。したがって、より正確な濃度測定を行うことがで
きる。

【００４６】また、請求項２記載の発明によれば、被測
定ガスを導く２つのセルが、光源と受光器との間の光路
に並行して配置されるとともに、２つのセルは長さが異
なり、短いほうのセルと受光器との間、又は光源と短い
ほうのセルとの間には、測定する波長の光に対して吸収
性を持たないリファレンスガスを満たすリファレンスセ
ルが配置されているので、短いほうのセルと受光器との
間、又は光源と短いほうのセルとの間にできる大きな空
間に存在する被測定ガスと同じ種類のガスが光学的測定
に悪影響を与えることを回避でき、より正確な濃度測定
を行うことができる。

【００４７】また、請求項３記載の発明によれば、リフ
ァレンスセル内にリファレンスガスを常時一定の流量で
流すので、リファレンスセル内にリファレンスガスを密
閉して使用する場合のように、セルのジョイント部から
徐々にリファレンスガスがリークして外の空気と置換す
るというおそれがなくなり、常にリファレンスガスをリ
ファレンスセルの中に充満させることができる。また、
常時一定の流量でリフアレンスガスを流すので、リファ
レンスセル内に不均一な対流は生じることはなく、光検
出信号のゆらぎも生じない。

【００４８】また、請求項４記載の発明によれば、被測
定ガスを導くセル及びリファレンスセルの温度を一定に
保つことができるので、被測定ガスの温度とりファレン
スガスの温度が等しくなり、熱的条件を同一にすること
ができ、正確な吸光度を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。

【図２】セル室の構造を示す断面図である。

【図３】同位体ガス分光測定装置のガス流略及びセル室
に、清浄なリファレンスガスを流して洗浄するときのガ
ス流路を示す図である。

【図４】同位体ガス分光測定装置のガス流路及びセル室
に、清浄なリフアレンスガスを流して洗浄し、かつリフ
ァレンス測定をするときのガス流路を示す図である。

【図５】リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、
第２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バ
ッグより、ベースガスをガス注入器２１で吸い込む途中
の状態を示す流路図である。

【図６】ベースガスを吸い込んだ後、ガス注入器２１を
用いてべースガスを一定速度で機械的に押し出し、この
間、それぞれの検出素子２５ａ，２５ｂこより、光量測
定をするときのガス流路を示す図である。

【図７】リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、
第２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バ
ッグより、サンプルガスをガス注入器２１で吸い込む途
中の状態を示す流路図である。

【図８】サンプルガスを吸い込んだ後、ガス注入器２１
を用いてサンプルガスを一定速度で機械的に押し出し、
この間、それぞれの検出素子２５ａ，２５ｂにより、光
量測定をするときのガス流路を示す図である。

【図９】セル室の温度を調整する機構の概要を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】Ｄ赤外線検出装置Ｌ赤外線光源装置Ｍ₁，Ｍ₂ 流量計Ｎ₁，Ｎ₂ ノズルＶ₁〜Ｖ₄ バルブ１１ａ第１サンプルセル１１ｂ第２サンプルセル１１ｃリファレンスセル２１ガス注入器２４ａ第１の波長フィルタ２５ａ第１の検出素子２４ｂ第２の波長フィルタ２５ｂ第２の検出素子３１温度調整基板３２温度センサ

フロントページの続き (72)発明者池上英司滋賀県甲賀郡水口町東名坂112番地 (72)発明者筒井和典滋賀県甲賀郡水口町水口670番地の38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の成分ガスを含む被測定ガスをセルに
導き、各成分ガスに適した波長の透過光の光量を測定し
データ処理することによって、成分ガスの濃度を測定す
る同位体ガス分光測定装置において、前記被測定ガスを導くセルは、光源と受光器との間の光
路に配置されるとともに、当該光路の、前記セル以外の部分には、測定する波長の
光に対して吸収性を持たないリファレンスガスを満たす
リファレンスセルが配置されていることを特徴とする同
位体ガス分光測定装置。
【請求項２】複数の成分ガスを含む被測定ガスを２つの
セルに導き、各成分ガスに適した波長の透過光の光量を
測定しデータ処理することによって、成分ガスの濃度を
測定する同位体ガス分光測定装置において、前記被測定ガスを導く２つのセルは、光源と受光器との
間の光路に並行して配置されるとともに、２つのセルは
長さが異なり、短いほうのセルと受光器との間、又は光源と短いほうの
セルとの間には、測定する波長の光に対して吸収性を持
たないリファレンスガスを満たすリファレンスセルが配
置されていることを特徴とする同位体ガス分光測定装
置。
【請求項３】前記リファレンスセル内に、リファレンス
ガスを常時一定の流量で流すガス流生成手段をさらに備
えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の同位
体ガス分光測定装置。
【請求項４】前記被測定ガスを導くセル及びリファレン
スセルの温度を一定に保つ温度保持手段をさらに備えて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の同位体ガ
ス分光測定装置。
【請求項５】複数の成分ガスが、二酸化炭素¹²ＣＯ
₂と、二酸化炭素¹³ＣＯ₂である請求項１から４のいず
れかに記載の同位体ガス分光測定装置。