KR100355139B1 - 분광학에 의한 안정한 동위 원소 측정 방법 및 장치 - Google Patents

분광학에 의한 안정한 동위 원소 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라, 성분 기체로서 이산화탄소13CO2를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 성분 기체13CO2에 적합한 파장에서 이를 통해 투과된 흡광도를 측정하고, 성분 기체의 농도를 각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 측정한다. 또한, 시험 기체 샘플에 함유된 수증기의 농도를 측정하고, 시험 기체 샘플에서 성분 기체의 농도를 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따라 보정한다. 분광 분석을 사용하여, 성분 기체의 농도 비를 시험 기체 샘플에서 수분 함량을 측정함으로써 정확하게 측정 및 보정할 수 있다.

Description

분광학에 의한 안정한 동위 원소 측정 방법 및 장치{Stable isotope measurement method and apparatus by spectroscopy}
위궤양 및 위염은 헬리코박터 필로리(helicobacter pylori: HP)로 불리는 박테리아 및 스트레스에 의해 야기되는 것으로 일반적으로 공지되어 있다.
HP가 환자의 위(stomach)에 존재하는 경우, 항생 물질 등이 박테리아 제거 치료를 위해 환자에게 투여되어야 한다. 따라서, 환자가 HP를 보유하는지 반드시 확인해야 한다. HP는 요소를 이산화탄소와 암모니아로 분해시키는 강한 요소 분해 효소 활성을 갖는다.
탄소는 질량수가 12, 13 및 14인 동위 원소를 가지며, 이들 중 질량수가 13인13C는 이의 비-방사능 및 안정성으로 인해 취급하기가 용이하다.
동위 원소13C으로 표지된 요소를 환자에게 투여한 후 환자의 호흡 중의 최종 대사 생성물로서13CO2농도 또는13CO2대12CO2의 농도비를 연속적으로 측정하면, HP의 존재를 확인할 수 있다.
그러나, 자연적으로 발생하는 이산화탄소 중의13CO2대12CO2의 농도 비는 1:100이다. 따라서, 환자의 호흡에서 농도 비를 높은 정밀도로 측정하는 것은 어렵다.
적외선 분광학에 의해13CO2대12CO2의 농도 비를 측정하는 방법이 공지되어 있다[참조: 일본 특허공보 61-42219(1986) 및 61-42220(1986)].
일본 특허공보 61-42220에 기재된 방법에서는 2개의 셀 - 하나는 경로가 긴 셀(Cell)이고, 다른 하나는 경로가 짧은 셀 - 이 제공되어 있으며, 이 셀의 경로 길이는 하나의 셀에서의13CO2에 의한 흡광도가 다른 셀에서12CO2에 의한 흡광도와 동일하도록 조절되어 있다. 2개의 셀을 통해 투과된 광 비임을 검출기로 보내고, 여기서 광 세기는 최대 감도를 보장하는 파장에서 측정한다. 이러한 방법에 따라, 자연적으로 발생하는 이산화탄소에서13CO2대12CO2의 농도 비에 대한 흡광도 비를 1로 조절할 수 있다. 농도 비가 변하는 경우, 흡광도 비도 농도 비 변화량에 의해 변한다. 따라서, 농도 비의 변화는 흡광도 비의 변화를 측정함으로써 결정할 수 있다.
동위 원소 분석은 의학 분야에서 질환의 진단에 유용하며, 여기서 생체의 대사 기능은 동위 원소를 함유하는 약물을 투여한 후 동위 원소의 농도 또는 농도 비의 변화를 측정하여 결정할 수 있다. 또 다른 분야로, 동위 원소 분석은 식물의 광합성과 대사 연구 및 지구화학 분야에서 생태 추적에 사용된다.
본 발명은 동위 원소의 흡광 특성을 기준으로 동위 원소 기체의 농도 또는 농도 비를 분광 측정하기 위한 안정한 동위 원소 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 동위 원소 기체의 분광 분석 장치의 전반적인 구조를 나타내는 블록 다이아그램이다.
도 2A 내지 2D는 동위 원소 기체 분광 분석 장치에서 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 특히, 도 2A 및 2C는 셀이 이를 통해 순수한 참조 기체를 통과시킴으로써 세정되는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 2B는 기재 기체를 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입하고 일정한 속도로 기체 유동 경로로 기계적으로 밀어내는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 2D는 샘플 기체를 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입하고 일정한 속도로 기체 유동 경로로 기계적으로 밀어내는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다.
도 3A 내지 3E는 동위 원소 기체 분광 분석 장치에서 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 특히, 도 3A 및 3D는 셀이 이를 통해 순수한 참조 기체를 통과시킴으로써 세정되는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 3B-1은 예정된 양의 참조 기체가 기체 주입기(21)로 흡입되는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 3B-2는 예정된 양의 공기가 대기로 개방되는 3-방향 밸브(V4)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입되는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 3C는 기재 기체를 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입하고 일정한 속도로 기체 유동 경로로 기계적으로 밀어내는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다. 도 3E는 샘플 기체를 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입하고 일정한 속도로 기체 유동 경로로 기계적으로 밀어내는 경우 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이다.
도 4는 예정된13CO2농도를 갖고 수분을 함유하지 않는 CO2기체 및 예정된13CO2농도를 갖고 수분을 함유하는 CO2기체를 혼합하여 상이한 습도를 갖는 샘플 기체 및 0%의 습도를 갖는 기재 기체를 제조하고, 습도 센서(19)에 의해 검출된 기재 기체의 습도에 대한 출력값 및 샘플 기체의 습도에 대한 출력값 간의 차 △v 및 검정 곡선을 기준으로 측정된 기재 기체에서13CO2농도 비 및 샘플 기체에서13CO2농도 비 간의 차를 가로 좌표 및 세로 좌표로 각각 플로팅하는 방법으로 만들어진 그래프이다.
도 5는 습도 및 상이한 습도를 갖는 샘플 기체에 대한13CO2농도 비 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
발명을 수행하기 위한 설명
첨부된 도면을 참조하여, 호흡 샘플에서13CO2농도 비를 동위 원소13C로 표지된 요소 진단 약물을 투여한 후 분광 측정하는 경우에 적합한 본 발명의 양태를 이후 기술하고자 한다.
I. 호흡 샘플링 시험
요소 진단 약물을 환자에게 투여하기 전, 환자의 호흡을 호흡 샘플링 백에 수집한다. 호흡 샘플링 백의 용적은 약 250ml이다. 요소 진단 약물을 환자에게 경구 투여하고, 10 내지 15분 경과 후 환자의 호흡을 앞선 호흡 샘플링에서와 동일한 방법으로 또 다른 호흡 샘플링 백에 수집한다.
약물 투여 전후에 수득한 호흡 샘플링 백을 동위 원소 기체 분광 분석 장치의 예정된 노즐에 각각 부착하고 다음의 자동 조절을 수행한다.
II. 동위 원소 기체 분광 분석 장치
도 1은 동위 원소 기체의 분광 분석 장치의 전반적인 구조를 나타내는 블록 다이아그램이다.
약물 투여 후에 수집한 호흡 샘플(이후, "샘플 기체"라 함)을 함유하는 호흡 샘플링 백 및 약물 투여 전에 수집한 호흡 샘플(이후, "기재 기체"라 함)을 함유하는 호흡 샘플링 백은 장치의 예정된 노즐에 각각 부착된다. 기재 기체를 함유하는 호흡 샘플링 백을 수지 또는 금속 파이프(이후, 간단히 "파이프"라 함)를 통해 밸브(V3)에 연결시키고 샘플 기체를 함유하는 호흡 샘플링 백은 파이프를 통해 밸브(V2)에 연결시킨다.
참조 기체(측정 파장에서 흡광을 나타내지 않는 기체, 예를 들면, 질소 기체)를 기체 탱크로부터 장치에 공급한다. 참조 기체를 압력 방출 밸브(31), 밸브(V0), 조절기(32) 및 유동기(33)를 통해 유동시키고, 니들 밸브(35)를 통해 참조 셀(11c) 및 밸브(V1) 및 조사 밸브(36)를 통해12CO2흡광도를 측정하기 위한 제1 샘플 셀(11a)로 분할한다.
샘플 기체 또는 기재 기체를 정량적으로 주입하기 위한 기체 주입기(21; 용적 70cc)를 3-방향 밸브(V4)를 통해 밸브(V1) 및 제1 샘플 셀(11a) 간의 유동 경로에 연결시킨다. 기체 주입기(21)는 피스톤 및 실린더를 갖는 시린지-형 장치이다. 피스톤은 모터(M1)와 협동하여 구동되며 공급 스크류는 모터(M1)에 연결되고 너트는 피스톤에 고정된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 셀 챔버(11)는12CO2흡광도를 측정하기 위한 보다 짧은 길이를 갖는 제1 샘플 셀(11a),13CO2흡광도를 측정하기 위한 보다 긴 길이를 갖는 제2 샘플 셀(11b) 및 참조 기체가 통과하는 참조 셀(11c)을 갖는다. 제1 샘플 셀(11a)은 제2 샘플 셀(11b)과 통해 있다. 기체는 제1 샘플 셀(11a)에 도입되고, 제2 샘플 셀(11b)에 도입된 다음, 이들로부터 배출된다. 참조 기체는 참조 셀(11c)에 도입된다. 참조 기체의 일부를 셀 챔버(11)를 하우징하는 케이스(10)로 유동시킨 다음 이로부터 배출하고, 참조 기체의 또 다른 일부를 적외선 복사 공급 장치(L)로 유동시킨 다음 이로부터 배출한다. 구체적으로, 제1 및 제2 샘플 셀(11a 및 11b)의 길이는 각각 13mm 및 250mm이고, 참조 셀(11c)의 길이는 236mm이다.
제2 샘플 셀(11b)로부터 연장되는 배출 파이프에는 O2센서(18) 및 습도 센서(19)가 장착되어 있다. O2센서(18)로서 유용한 것은 시판되는 산소 센서, 예를 들면, 고형 전해질 기체 센서(예: 지르코니아 센서) 및 전기화학적 기체 센서(예: 갈바니 셀 센서)이다. 습도 센서(19)로서 유용한 것은 시판되는 센서, 예를 들면, 다공성 세라믹 레지스터 및 중합체 레지스터이다.
적외선 복사 공급 장치(L)는 적외선 비임을 유도하는 2개의 도파관(23a 및 23b)을 갖는다. 적외선 복사의 생성은 임으로 달성할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 가열기(표면 온도: 450℃) 등을 사용할 수 있다. 적외선 비임을 주기적으로 차단 및 통과시키기 위한 회전 초퍼(22)는 적외선 복사 공급 장치(L)에 인접하여 장착된다. 적외선 복사 공급 장치(L)로부터 방출되는 적외선 비임이 제1 샘플 셀(11a) 및 참조 셀(11c)을 통해 투과되는 광 경로는 이후 "제1 광 경로"라 하며, 적외선 비임이 제2 샘플 셀(11b)을 통해 투과되는 광 경로는 이후 "제2 광 경로"라 한다.
참조 문자(D)는 셀을 통하여 투과되는 적외선 비임을 검출하기 위한 적외선 비임 검출기를 나타낸다. 적외선 비임 검출기(D)는 제1 광 경로에 위치하는 제1 간섭 필터(24a) 및 제1 검출 소자(25a) 및 제2 광 경로에 위치하는 제2 간섭 필터(24b) 및 제2 검출 소자(25b)를 갖는다.
제1 간섭 필터(24a)(밴드 폭: 약 20nm)는12CO2흡광도 측정시 약 4,280nm의 간섭도를 갖는 적외선 복사를 투과한다. 제2 간섭 필터(24b)(밴드 폭: 약 50nm)는13CO2흡광도 측정시 약 4,412nm의 파장을 갖는 적외선 복사를 투과한다. 제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)로서 유용한 것은 적외선 복사를 검출할 수 있는 소자, 예를 들면, PbSe와 같은 반도체 적외선 센서이다.
제1 간섭 필터(24a) 및 제1 검출 소자(25a)는 Ar과 같은 불활성 기체로 충전된 패키지(26a)에 하우징된다. 유사하게, 제2 간섭 필터(24b) 및 제2 검출 소자(25b)는 불활성 기체로 충전된 패키지(26b)에 하우징된다.
완전 적외선 비임 검출기(D)는 가열기 및 펠타이어 소자(27)를 사용하여 항온(25℃)으로 유지시킨다. 패키지(26a 및 26b)에서 검출 소자는 펠타이어 소자를 사용하여 0℃로 유지시킨다.
셀 챔버(11)는 스테인레스 스틸로 형성되며, 가열기(13) 사이에 수직으로 또는 측면으로 샌드위치된다.
셀 챔버(11)는 2개의 타이어(tier)를 갖는다. 제1 샘플 셀(11a) 및 참조 셀(11c)은 하나의 타이어에 배치되고, 제2 샘플 셀(11b)은 또 다른 타이어에 배치된다. 제1 광 경로는 일련으로 배치된 제1 샘플 셀(11a) 및 참조 셀(11c)을 통해 연장되고, 제2 광 경로는 제2 샘플 셀(11b)을 통해 연장된다. 참조 문자(15, 16 및 17)는 적외선 복사가 투과되는 사파이어 투과 윈도우이다.
셀 챔버(11)는 가열기(13)를 조절하여 항온(40℃)으로 유지시킨다.
III. 측정 방법
측정시, 기재 기체 및 샘플 기체의 CO2농도는 사실상 동일한 수준으로 조절한다. 이러한 목적을 위해, 기재 기체 및 샘플 기체의 CO2농도를 예비 측정으로 결정한다. 기재 기체의 예비 측정된 CO2농도가 샘플 기체의 예비 측정된 CO2농도 보다 높은 경우, 기재 기체의 CO2농도 수준을 샘플 기체의 CO2농도 수준에 상당하도록 희석한 후 기재 기체의 CO2농도를 측정하고 샘플 기체의 CO2농도를 주 측정에서 측정한다.
주 측정에서, 기재 기체의 예비 측정된 CO2농도가 샘플 기체의 예비 측정된 CO2농도 보다 낮은 경우, 기재 기체의 CO2농도를 그 자체로서 측정하고, 샘플 기체의 CO2농도 수준을 기재 기체의 CO2농도 수준에 상당하도록 희석한 후 샘플 기체의 CO2농도를 측정한다.
측정 방법은 참조 기체 측정, 예비 기재 기체 측정, 참조 기체 측정, 예비 샘플 기체 측정, 참조 기체 측정, 기재 기체 측정, 참조 기체 측정, 샘플 기체 측정 및 참조 기체 측정의 순으로 수행되는 측정을 포함한다.
III-1. 예비 기재 기체 측정
동위 원소 기체 분광 분석 장치에서 기체 유동 경로 및 셀 챔버(11)는 이를 통해 순수한 참조 기체를 통과시켜 세정하고 참조 광 세기를 측정한다.
보다 구체적으로, 참조 기체를 셀 챔버(11)의 측면으로 개방되는 3-방향 밸브(V4) 및 도 2A에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시키고 제1 샘플 셀(11a) 및 제2 샘플 셀(11b)을 세정하기 위해 밀폐한 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 기계적으로 밀어낸다. 참조 기체는 일정하게 참조 셀(11c)을 통해 통과시킨다.
다음에는, 기재 기체를 도 2B에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V3)를 사용하여 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입시키고 일정한 유동 속도로 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 기계적으로 밀어낸다. 이때, 기재 기체를 통해 투과된 광 세기는 검출 소자(25a 및 25b)를 사용하여 측정하고, 기재 기체의 CO2농도를 검정 곡선을 기준으로 이의 흡광도로부터 측정한다.
III-2. 예비 샘플 기체 측정
동위 원소 기체 분광 분석 장치에서 기체 유동 경로 및 셀 챔버(11)는 이를 통해 순수한 참조 기체를 통과시켜 세정하고 참조 광 세기를 측정한다.
보다 구체적으로, 참조 기체를 도 2C에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시키고 제1 샘플 셀(11a) 및 제2 샘플 셀(11b)을 세정하기 위해 밀폐한 밸브(V1)을 사용하여 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 밀어낸다.
다음에는, 샘플 기체를 도 2D에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V2)를 사용하여 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입시키고 일정한 유동 속도로 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 기계적으로 밀어낸다. 이때, 샘플 기체를 통해 투과된 광 세기는 검출 소자(25a 및 25b)를 사용하여 측정하고, 샘플 기체의 CO2농도를 검정 곡선을 기준으로 이의 흡광도로부터 측정한다.
III-3. 참조 측정
기체 유동 경로를 변화시키고, 참조 기체를 이를 통해 통과시켜 기체 유동 경로 및 셀 챔버(11)를 세정한다. 약 30초 경과 후, 각각 검출 소자(25a 및 25b)를 사용하여 광 세기를 측정한다.
보다 구체적으로, 참조 기체를 도 3A에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시키고, 제1 샘플 셀(11a) 및 제2 샘플 셀(11b)를 세정하기 위해 밀폐한 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 밀어낸다. 이때, 참조 기체를 통해 투과된 광 세기를 검출 소자(25a) 및 검출 소자(25b)를 사용하여 측정한다. 제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 수득한 광 세기를 각각12R1및13R1이라 한다.
III-4. 기재 기체 측정
"III-1. 예비 기재 기체 측정"에서 제1 검출 소자(25a)에 의해 수득된 기재기체의 CO2 농도를 "III-2. 예비 샘플 기체 측정"에서 제1 검출 소자(25a)에 의해 수득된 샘플 기체의 CO2농도와 비교한다. 기재 기체의 CO2농도가 샘플 기체의 CO2농도 보다 높은 경우, 기재 기체를 기체 주입기(21)에서 샘플 기체의 CO2농도 수준에 상응하는 CO2농도 수준으로 공기 또는 참조 기체를 사용하여 희석하고, 희석된 기재 기체에 대한 광 세기 측정을 수행한다.
보다 구체적으로, 예정된 양의 참조 기체를 도 3B-1에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V1)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시킨다. 다음에는, 기재 기체를 도 3C에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V3)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입하고, 참조 기체와 혼합한다. 2개의 호흡 샘플의 CO2농도를 기재 기체를 참조 기체로 희석하여 사실상 동일한 수준으로 조절하므로, 사용될12CO2및13CO2검정 곡선의 범위는 협소할 수 있다.
또는, 예정된 양의 공기를 도 3B-2에 나타낸 바와 같이 대기로 개방되는 3-방향 밸브(V4)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시킨다. 다음으로, 기재 기체를 셀 챔버로 개방되는 3-방향 밸브(V4) 및 도 3C에 나타낸 바와 같이 개방되는 밸브(V3)를 사용하여 기체 주입기(21)로 흡입시키고 공기와 혼합한다.
2개의 호흡 샘플의 CO2농도는 기재 기체를 공기로 희석하여 사실상 동일한수준으로 조절하므로, 사용될12CO2및13CO2검정 곡선의 범위는 협소할 수 있다.
도 3B-2에 나타낸 희석 방법을 사용하는 측정 공정은 2개의 호흡 샘플의 CO2농도가 사실상 동일한 수준으로 조절되어 일본 특허공보 4-124141(1992)에 기술된 바와 같이 일정한 수준으로 CO2농도를 일정하게 유지시키는 단계를 수행할 필요가 없음을 특징으로 한다는 것에 주지해야 한다. 제한된 범위의 검정 곡선의 사용은 기재 기체 및 샘플 기체의 CO2농도를 사실상 동일한 수준으로 조절하여 간단하게 달성할 수 있다. 기재 기체 및 샘플 기체의 CO2농도가 실제 측정에서 1 내지 6% 범위 내에서 변할 수 있으므로, 일정한 수준으로 CO2농도를 항상 유지시키는 것이 매우 곤란하다.
기재 기체의 CO2농도가 샘플 기체의 CO2농도 보다 낮은 경우, 기재 기체는 희석하지 않고, 기재 기체는 그 자체로서 측정한다.
기재 기체를 일정한 유동 속도로 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 기계적으로 밀어 내고, 동시에 광 세기 측정을 검출 소자(25a 및 25b)를 사용하여 수행한다.
제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 수득된 광 세기를 각각12B 및13B라 한다.
III-5. 참조 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정 및 참조 기체에 대한 광 세기 측정은 다시 도 3D에 나타낸 유동 경로를 사용하여 수행한다.
제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 수득된 광 세기를 각각12R2및13R2라 한다.
III-6. 샘플 기체 측정
기재 기체를 "III-4. 기재 기체 측정"에서와 같이 희석하는 경우, 샘플 기체를 도 3E에 나타낸 바와 같이 호흡 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡입시키고 일정한 유동 속도로 기체 주입기(21)로부터 유동 경로로 기계적으로 밀어낸다. 동시에, 광 세기를 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 측정한다.
기재 기체를 "III-4. 기재 기체 측정"에서와 같이 희석하지 않는 경우, 샘플 기체를 기체 주입기(21)에서 기재 기체의 CO2농도 수준에 상응하는 CO2농도 수준으로 참조 기체 또는 공기를 사용하여 희석하고, 샘플 기체를 통해 투과된 광 세기를 검출 소자(25a 및 25b)를 사용하여 측정한다.
제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 수득된 광 세기를 각각12S 및13S라 한다.
III-7. 참조 기체 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정 및 참조 기체에 대한 광 세기 측정을 다시 수행한다.
제1 및 제2 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 수득된 광 세기를 각각12R3및13R3라 한다.
IV. 데이타 처리
IV-1. 기재 기체의 흡광도 계산
기재 기체의12CO2흡광도12Abs(B) 및13CO2흡광도13Abs(B)를 상기 측정 방법에 따라 수득한 참조 기체에 대한 투과된 광 세기12R1및13R1, 기재 기체에 대한 투과된 광 세기12B 및13B 및 참조 기체에 대한 투과된 광 세기12R2및13R2을 기준으로 계산한다.
12CO2흡광도12Abs(B)는 다음 수학식으로 계산한다:
12Abs(B) = -log[2x12B/(12R1+12R2)]
13CO2흡광도13Abs(B)는 다음 수학식으로 계산한다:
13Abs(B) = -log[2x13B/(13R1+13R2)]
흡광도의 계산은 기재 기체 측정에서 수득한 광 세기 및 기재 기체 측정 전후에 수행된 참조 측정에서 수득한 광 세기의 평균 (R1+R2)/2를 기준으로 하므로, 드리프트의 영향(측정시 시간-관련 영향)은 제거될 수 있다. 따라서, 장치를 작동시키는 경우, 장치가 완전한 열 평형(통상 수시간이 소요된다)에 도달할때까지 기다릴 필요가 없으므로, 측정은 장치 작동 직후에 시작할 수 있다.
IV-2. 샘플 기체의 흡광도 계산
샘플 기체의12CO2흡광도12Abs(S) 및13CO2흡광도13Abs(S)를 상기 측정 방법에 따라 수득한 참조 기체에 대한 투과된 광 세기12R2및13R2, 샘플 기체에 대한 투과된 광 세기12S 및13S 및 참조 기체에 대한 투과된 광 세기12R3및13R3을 기준으로 계산한다.
12CO2흡광도12Abs(S)는 다음 수학식으로 계산한다:
12Abs(S) = -log[2x12S/(12R2+12R3)]
13CO2흡광도13Abs(S)는 다음 수학식으로 계산한다:
13Abs(S) = -log[2x13S/(13R2+13R3)]
흡광도의 계산은 샘플 기체 측정에서 수득한 광 세기 및 샘플 기체 측정 전후에 수행된 참조 측정에서 수득한 광 세기의 평균을 기준으로 하므로, 드리프트의 영향은 제거될 수 있다.
IV-3. 농도 계산
12CO2농도 및13CO2농도는 검정 곡선을 사용하여 계산한다.
검정 곡선은 공지된12CO2농도의 시험 기체 샘플 및 공지된13CO2농도의 시험 기체 샘플을 사용하여 수행된 측정을 기준으로 만든다.
12CO2에 대한 검정 곡선을 만들기 위해, 약 0.5 내지 약 6%의 상이한12CO2농도 범위에 대한12CO2흡광도를 측정한다.12CO2농도 및12CO2흡광도를 가로 좌표 및 세로 좌표로 각각 플로팅하고, 근사 곡선을 최소 자승법에 의해 측정한다. 비교적 작은 오차를 포함하는 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서 검정 곡선으로 사용한다.
13CO2에 대한 검정 곡선을 만들기 위해, 약 0.006 내지 약 0.07%의 상이한13CO2농도 범위에 대한13CO2흡광도를 측정한다.13CO2농도 및13CO2흡광도를 가로 좌표 및 세로 좌표로 각각 플로팅하고, 근사 곡선을 최소 자승법에 의해 측정한다. 비교적 작은 오차를 포함하는 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서 검정 곡선으로 사용한다.
엄밀히 말하자면,12CO2를 함유하는 기체 샘플 및13CO2를 함유하는 기체 샘플을 각각 측정하여 결정된13CO2흡광도는12CO2및13CO2를 둘 다 함유하는 기체 샘플을 측정하여 결정된13CO2흡광도와 상이할 수 있다. 이는 간섭 필터가 각각 특정의 밴드폭을 갖고12CO2흡광 스펙트럼이13CO2흡광 스펙트럼과 부분 중첩되기 때문이다.12CO2및13CO2를 둘 다 함유하는 기체 샘플을 이러한 측정 방법으로 분석하므로, 이들 스펙트럼의 중첩은 검정 곡선의 측정으로 보정되어야 한다. 이러한 측정에 사용하는 검정 곡선은 흡수 스펙트럼의 중첩에 대하여 보정된다.
상기한 검정 곡선을 사용하여 측정한 기재 기체의12CO2농도 및13CO2농도 및 샘플 기체의12CO2농도 및13CO2농도는 각각12Conc(B),13Conc(B),12Conc(S) 및13Conc(S)라 한다.
IV-4. 농도 비의 계산
13CO2대12CO2의 농도 비를 측정한다. 기재 기체 및 샘플 기체에서 농도 비를 각각13Conc(B)/12Conc(B) 및13Conc(S)/12Conc(S)라 한다.
또는, 기재 기체 및 샘플 기체에서 농도 비를 각각13Conc(B)/[12Conc(B)+13Conc(B)] 및13Conc(S)/[12Conc(S)+13Conc(S)]라 한다.12CO2농도가13CO2농도 보다 높으므로, 상기에서 나타낸 농도 비는 사실상 동일하다.
IV-5.13C 변화 측정
샘플 기체 및 기재 기체 간의13C 차를 다음 수학식으로부터 계산한다.
△13C = [샘플 기체의 농도 비 - 기재 기체의 농도 비] x 103/ 기재 기체의 농도 비(단위: 1/103당(103당))
IV-6.13C 변화의 보정
기재 기체 및 샘플 기체 간의13CO2농도 비의 차 △13C를 본 발명에 따라 수증기 농도에 대하여 보정(습도에 대하여 보정)한다.
이러한 목적으로,13CO2농도 비의 차 △13C를 습도 센서(19)의 출력값에 대하여13CO2농도 비의 차 △13C를 플로팅하여 만들어진 그래프를 사용하여 보정한다.
보다 구체적으로, 그래프의 제조는 다음의 방법으로 달성된다. 습도가 0%인 3% CO2/N2밸런스 기체를 2개의 기체 샘플링 백에 충전시키고, 수증기를 습도가 100%인 3% CO2/N2밸런스 기체의 제조용 기체 샘플링 백 중의 하나에 충전 포화시킨다. 이들 2개의 기체를 혼합하여 0 내지 100%의 상이한 습도를 갖는 5개의 샘플 기체 및 습도가 0%인 기재 기체를 준비한다. 기재 기체의 습도를 지시하는 습도 센서(19)의 출력값 및 샘플 기체의 습도를 지시하는 습도 센서(19)의 출력값을 수득한다. 기재 기체에 대한 출력값 및 샘플 기체에 대한 출력값 간의 차 △v를 가로 좌표에 플로팅한다. 기재 기체의 습도가 0%이므로, 출력값의 차 △v는 샘플 기체의 습도를 지시하는 값에 상응한다. 이어서, 기재 기체 및 샘플 기체 간의13CO2농도의 차를 세로 좌표로 플로팅한다. 따라서, 그래프가 완성되었다.
실험으로 수득한 값을 표 1에 나타내었다.
샘플 기체의 습도(%) 기재 기체의 센서 출력값 샘플 기체의 센서 출력값 센서 출력값의 차 13CO2농도 비의 차(0/00)
0 1.653168 1.541812 -0.111356 -0.2
25 1.789176 2.407378 0.618202 2.34
50 1.925964 3.117390 1.191426 4.28
75 2.022190 3.594348 1.572158 5.60
100 2.110666 3.970968 1.860302 6.32
기재 기체의 습도를 지시하는 센서의 출력값이 기본적으로는 동일한 수준이어야 하나, 드리프트에 따라 측정된 출력값은 변한다. 이는 습도 센서(19)의 반응 속도가 불정확하고 측정이 습도 센서(19)가 완전한 평형에 도달하기 전에 수행되기 때문이다. 표 1의 값을 도 4의 그래프에 나타낸 바와 같이 플로팅한다.
기재 기체 및 샘플 기체 간의13CO2농도 비의 차 △13C는 그래프를 기준으로 기재 기체 및 샘플 기체 간의 습도 센서(19)의 출력값의 차에 대하여 보정한다.
A. 그러나, 상기 문헌에 따라 농도 비를 측정하는 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
각각12CO2농도가 공지된 여러가지 기체 샘플들과 각각13CO2농도가 공지된 여러가지 기체 샘플들을 사용하여12CO2및13CO2의 농도를 측정하기 위한 검정 곡선을 만들어야 한다.
12CO2농도에 대한 검정 곡선을 만들기 위해,12CO2흡광도를 상이한12CO2농도에 대하여 측정한다.12CO2농도 및12CO2흡광도를 가로 좌표 및 세로 좌표로 각각 플로팅하고, 검정 곡선을 최소 자승법으로 결정한다.
13CO2농도에 대한 검정 곡선은 상기와 동일한 방법으로 만든다.
시험 기체 샘플로서 호흡에서13CO2농도 또는13CO2농도 비(이는13CO2농도/12CO2농도를 의미한다)는 통상 적외선 분광학에 의해 결정된다. 이러한 경우, 시험 샘플 기체 또는 호흡은 대사의 결과로서 생체로부터 발산되므로, 호흡은 거의 포화 농도에 가까운 수증기를 함유한다.
적외선 분광학에서, 시험 기체 샘플에 의한 특정 파장을 갖는 적외선 복사의 흡광도는 시험 기체 샘플에 대한 흡광도를 결정하기 위해 이용된다.
도 5는 0 내지 100%의 상이한 습도 범위를 갖는 시험 기체 샘플의 습도에 대하여13CO2농도 비 변화의 측정값을 플로팅하여 수득한 그래프이며, 여기서 0% 습도 기체 샘플에 대한13CO2농도 비를 참조 기체 샘플로서 사용한다.
그래프로부터 알 수 있는 바와 같이,13CO2농도 비의 측정값은 동일하지 않으며, 습도에 따라 변한다.
따라서, 이러한 사실을 알지 못하고 수분을 함유하는 시험 기체 샘플의13CO2농도 또는13CO2농도 비를 이러한 사실을 알지 못하고 측정하는 경우, 측정값은 실제값 보다 확실히 크다.
이러한 문제에 대한 한가지 시도는 측정 전에 과염소산마그네슘과 같은 흡습제를 사용하거나 분자 체를 통해 시험 기체 샘플로서 호흡 샘플에 함유된 수분을 제거하는 것이다. 그러나, 이러한 시도는 몇몇 문제점을 나타낼 수 있다. 즉, 이러한 시도는 흡습제를 수용하기 위한 큰 공간이 필요하고, 수분이 흡습제에 의해 완전히 제거되었는지를 조사하기 위한 수단이 없으며, 흡습제를 새로운 흡습제로 주기적으로 대체해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 성분 기체로서 이산화탄소13CO2를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 성분 기체의 농도 또는 농도 비를 시험 기체 샘플에서 수분 함량을 측정함으로써 정밀하게 측정 및 보정하는, 동위 원소 기체의 분광 분석에 의한 안정한 동위 원소 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 동위 원소 기체의 분광 분석에 의한 안정한 동위 원소 측정 방법은 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고 성분 기체13CO2에 적합한 파장에서 이를 통해 투과된 흡광도를 측정하는 제1 단계, 각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 성분 기체의 농도를 측정하는 제2 단계 및 시험 기체 샘플에 함유된 수증기의 농도를 측정하고 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따른 시험 기체 샘플에 함유된 성분 기체의 농도를 보정하는 제3 단계를 포함한다(청구항 1).
본 발명에 따른 동위 원소 기체의 분광 분석에 의한 안정한 동위 원소 측정방법은 성분 기체로서 이산화탄소12CO2및 이산화탄소13CO2를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 이를 통해 투과된 흡광도를 측정하는 제1 단계, 각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 성분 기체 간의 농도 비를 측정하는 제2 단계 및 시험 기체 샘플에 함유된 수증기의 농도를 측정하고 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따른 시험 기체 샘플에 함유된 성분 기체 간의 농도 비를 보정하는 제3 단계를 포함한다(청구항 2).
선행 방법과 비교하여, 언급된 방법은 각각 성분 기체의 농도 비를 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따라 보정하는 제3 단계를 추가로 포함한다.
성분 기체의 농도는 기본적으로는 하나의 실제값으로 나타내어지나, 성분 기체의 농도의 측정값은 수증기 농도에 따라 변한다. 이러한 사실에 비추어, 언급된 방법은 성분 기체의 농도 비의 측정 정밀도를 개선시킨다.
수증기 농도는 각종 습도 센서를 사용하여 측정하거나 물 분자 스펙트럼을 기준으로 분광학적으로 측정된 흡광도로부터 계산할 수 있다.
청구항 2의 방법에서, 제3 단계에서의 보정 곡선은 상이한 농도로 수증기를 함유하는 다수의 시험 기체 샘플에 대한 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 흡광도를 측정하고, 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체 간의 농도 비를 측정한 다음, 수증기 농도에 대하여 측정된 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체 간의 농도 비 간의 비 또는 차를 플로팅하여 만들어지고, 제3 단계에서의 보정은 제3 단계에서 수득한 시험 샘플 기체의 수증기 농도를 보정 곡선에 적용시켜 성분 기체에 대한 농도 보정값 또는 농도 비 보정값을 수득하고, 보정 곡선을 기준으로 수득된 농도 보정값 또는 농도 비 보정값으로 제2 단계에서 수득한 시험 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체 간의 농도 비를 나누거나 시험 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체 간의 농도 비로부터 농도 보정값 또는 농도 비 보정값을 공제(空除)하여 달성한다(청구항 3).
본 발명에 따른 동위 원소 기체의 분광 분석에 의한 안정한 동위 원소 측정 장치는 상기한 동위 원소 기체의 분광 분석 방법을 수행하기에 적합한 측정 장치이며, 데이타 처리 수단으로서, 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 측정된 광 세기를 기준으로 셀에 도입된 시험 기체 샘플을 통해 투과된 흡광도를 측정하기 위한 흡광도 계산 수단, 각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 성분 기체의 농도 비를 측정하기 위한 농도 계산 수단, 시험 기체 샘플에 함유된 수증기 농도를 측정하기 위한 수증기 농도 측정 수단 및 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따라 시험 기체 샘플에서 성분 기체 간의 농도 비를 보정하기 위한 보정 수단을 포함한다(청구항 4).
본 발명에 따른 동위 원소 기체의 분광 분석 방법 또는 장치에서, 성분 기체로서 이산화탄소13CO2를 함유하는 시험 기체 샘플이 셀에 도입되어 분광 분석되는 경우, 성분 기체의 농도 비는 시험 기체 샘플에서 수증기 농도에 따라 보정된다. 따라서, 성분 기체의 농도 비는 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
B. 적외선 분광 분석에서, 약물 투여 전에 수득된 호흡 샘플에서12CO2농도는12CO2검정 곡선을 기준으로 측정된12CO2흡광도로부터 계산하는 반면, 호흡 샘플에서13CO2농도는13CO2검정 곡선을 기준으로 측정된13CO2흡광도로부터 계산한다. 약물 투여 후에 수득된 호흡 샘플에서12CO2및13CO2농도를 동일한 방법으로 측정한다.
2개의 호흡 샘플에서 CO2농도가 사실상 동일한 경우, 보다 협의 범위의12CO2검정 곡선 및13CO2검정 곡선을 사용할 수 있다. 따라서, 측정 정밀도는 제한된 범위의 검정 곡선을 사용하여 개선시킬 수 있다.
2개의 호흡 샘플에서 CO2농도를 같게 하기 위해, 호흡 샘플 중의 하나를 희석해야 한다. 희석에 통상 사용되는 기체(이후, "희석 기체"라 함)는 복사 스펙트럼의 적외선 영역에서 흡광을 나타내지 않는 질소 기체(질소 기체는 본 발명 전에 출원된 일본 공개특허공보 8-58052(1996)에 기술된 발명의 양태에서 희석 기체로서 사용된다)이다.
그러나, 이러한 희석 방법에서, 희석 기체는 질소 만을 함유하나, 호흡 샘플은 질소와 함께 산소, 수분 등을 함유하므로, 희석된 호흡 샘플은 희석되지 않은 호흡 샘플과 상이한 성분 기체 비를 갖는다.
그 결과, 성분 기체 비의 차는13CO2농도 및12CO2및13CO2간의 농도 비 측정에 영향을 미치므로 측정값은 오차를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 다수의 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플로서 호흡 샘플이 셀에 도입되고 성분 기체의 농도를 시험 기체 샘플에서 성분 기체 조성이 변하지 않는 방법으로 시험 기체 샘플을 희석함으로써 분광기를 통해 정밀하게 측정할 수 있는 동위 원소 기체의 분광 분석 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 2개의 시험 기체 샘플을 하나의 개체로부터 샘플링하고 시험 기체 샘플 중의 하나의 CO2농도가 또 다른 시험 기체 샘플의 CO2농도 보다 높은 경우, 하나의 시험 기체 샘플을 각각의 시험 기체 샘플에서13CO2/12CO2농도 비를 측정하기 위한 또 다른 시험 기체 샘플의 CO2농도 수준과 동일한 CO2농도 수준으로 공기(대기)를 사용하여 희석하는 동위 원소 기체를 분광 분석하기 위한 안정한 동위원소 측정 방법이 제공된다(청구항 5).
이러한 방법에서, 2개의 호흡 샘플을 호흡 샘플이 동일한 CO2농도 수준을갖는 조건하에 분석한다. 이는 제한된 범위의 검정 곡선을 사용함으로써 가능할 수 있다. 또한, 호흡 샘플에서 성분 기체 조성은 공기가 희석 기체로서 사용되므로 희석에 의해 변하지 않는다. 그 결과, 측정 정밀도가 개선될 수 있다.
청구항 6 및 7에 따르는 방법은 청구항 5에 따르는 동위 원소 기체의 분광 분석 방법에 대한 보다 구체적인 공정을 제공하며, 각각 제1 시험 기체 샘플을 우선 이를 통해 투과된 광 세기 측정을 위해 하나의 셀에 충전시키고, 제1 시험 기체 샘플을 셀로부터 배출시킨 후 제2 시험 기체 샘플을 이를 통해 투과된 광 세기 측정을 위한 셀에 충전시키는 예비 조건에 준한다.
상기 기술한 바와 같이, 2개의 시험 기체 샘플에서 CO2농도는 일반적으로 호흡 샘플의 성분 기체 조성을 변화시키지 않도록 2개의 시험 기체 샘플 중의 하나를 희석함으로써 같게 할 수 있다. 이는 제한된 범위의12CO2및13CO2검정 곡선을 사용함으로써 가능할 수 있다. 검정 곡선의 정밀도는 사용되는 검정 곡선의 범위가 좁을수록 증가한다. 따라서, 측정 정밀도는 사용되는 검정 곡선의 범위를 제한함으로써 개선시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 이를 통해 투과된 광 세기를 성분 기체에 적합한 파장에서 측정한 다음, 광 세기 데이타를 처리함으로써 성분 기체의 농도를 측정하는, 동위 원소 기체를 분광 분석하기 위한 안정한 동위 원소 측정방법으로서,
    성분 기체가 이산화탄소13CO2이고,
    시험 기체 샘플이 인간의 호흡이고,
    측정방법이
    시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 이를 통해 투과된 흡광도를 성분 기체에 적합한 파장에서 측정하는 제1 단계,
    각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 성분 기체의 농도를 측정하는 제2 단계 및
    시험 기체 샘플에 함유된 수증기의 농도를 측정하고, 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따른 시험 기체 샘플에 함유된 성분 기체의 농도를 보정하는 제3 단계를 포함하는 동위 원소 측정방법.
  2. 다수의 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 이를 통해 투과된 광 세기를 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 측정한 다음, 광 세기 데이타를 처리함으로써 성분 기체 간의 농도 비를 측정하는, 동위 원소 기체를 분광 분석하기 위한 안정한 동위 원소 측정 방법으로서,
    시험 기체 샘플이 인간의 호흡이고,
    성분 기체로서 이산화탄소12CO2및 이산화탄소13CO2를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 이를 통해 투과된 흡광도를 측정하는 제1 단계,
    각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 성분 기체 간의 농도 비를 측정하는 제2 단계 및
    시험 기체 샘플에 함유된 수증기의 농도를 측정하고, 각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따른 시험 기체 샘플에서 성분 기체 간의 농도 비를 보정하는 제3 단계를 포함하는 동위 원소 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제3 단계에서의 보정 곡선이 상이한 농도로 수증기를 함유하는 다수의 기체 샘플에 대한 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 흡광도를 측정하고, 검정 곡선을 기준으로 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체간의 농도 비를 측정한 다음, 기체 샘플의 수증기 농도에 대하여 측정된 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체간의 농도 비 사이의 비 또는 차를 플로팅하여 만들어지고, 제3 단계에서의 보정이 제3 단계에서 수득한 시험 기체 샘플의 수증기 농도를 보정 곡선에 적용하여 성분 기체에 대한 농도 보정값 또는 농도 비 보정값을 수득하고, 보정 곡선을 기준으로 수득된 농도 보정값 또는 농도 비 보정값으로 제2 단계에서 수득한 시험 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체간의 농도 비를 나누거나, 시험 기체 샘플에서 각각의 성분 기체의 농도 또는 각각의 성분 기체간의 농도 비로부터 농도 보정값 또는 농도 비 보정값을 공제(空除)하여 달성되는, 동위 원소 기체를 분광 분석하기 위한 안정한 동위 원소 측정 방법.
  4. 다수의 성분 기체를 함유하는 시험 기체 샘플을 셀에 도입하고, 이를 통해 투과된 광 세기를 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 측정한 다음, 측정된 광 세기 데이타를 데이타 처리 수단으로 처리하여 성분 기체간의 농도 비를 측정함으로써 동위 원소 기체를 분광 분석하기 위한 안정한 동위 원소 측정 장치에 있어서,
    시험 기체 샘플이 인간의 호흡이고,
    성분 기체가 이산화탄소12CO2및 이산화탄소13CO2이고,
    이 장치가
    각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 측정된 광 세기를 기준으로 셀에 도입된 시험 기체 샘플을 통해 투과된 흡광도를 측정하기 위한 흡광도 계산 수단,
    각각 공지된 농도로 성분 기체를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 검정 곡선을 기준으로 시험 기체 샘플에서 성분 기체간의 농도 비를 계산하기 위한 농도 계산 수단,
    시험 기체 샘플에 함유된 수증기 농도를 측정하기 위한 수증기 농도 측정 수단 및
    각각 공지된 농도로 수증기를 함유하는 기체 샘플에 대한 측정을 통해 만들어진 보정 곡선을 기준으로 측정된 수증기 농도에 따라 시험 기체 샘플에서 성분 기체간의 농도 비를 보정하기 위한 보정 수단을 포함하는 동위 원소 측정 장치.
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