KR100355258B1 - 동위원소기체의분광학적측정을위한방법및장치 - Google Patents

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마사아키 모리
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Abstract

검정 곡선과,13CO2/12CO2농도 비는 동일하지만 공지된12CO2농도는 상이한 기체 샘플의13CO2와12CO2흡광도를 기준으로 하여 측정한12CO2농도와13CO2/12CO2농도 비를 플롯팅함으로써 보정 곡선(도 19)을 작성한다.13CO2와12CO2를 성분 기체로서 함유하는 기체 시험 샘플들을 시험 샘플의12CO2농도를 분광학적 측정으로 결정한다. 농도 비 보정값을 보정 곡선과 이렇게 측정한 기체 시험 샘플의12CO2농도를 기준으로 하여 수득한다. 측정한13CO2/12CO2농도 비를13CO2/12CO2농도 비를 보정하기 위해서 이렇게 수득한 농도 비 보정값으로 나눈다. 따라서, 성분 기체들의기체들의기체들의기체들의도를 향상시킬 수 있다.

Description

동위원소 기체의 분광학적 측정을 위한 방법 및 장치
동위원소 분석은 의학분야에서 질환의 진단에 유용하다. 즉, 의학분야에서 질환을 진단할 때에는 동위원소를 함유하는 약물을 투여한 후 동위원소의 농도 또는 농도 비의 변화를 측정하여 생체의 대사 기능을 결정될 수 있다. 또 다른 분야로, 동위원소 분석은 식물의 광합성과 대사 연구 분야에서, 그리고 지구화학분야에서 생태 추적에 사용된다.
위궤양과 위염은 일반적으로 헬리코박터 파일로리(helicobacter pylori, HP)로 불리는 박테리아 및 스트레스에 의하여 유발되는 것으로 알려져 있다. HP가 환자의 위(stomach)에 존재하면, 박테리아를 제거치료하기 위해서 항생물질 등이 환자에게 투여되어야 한다. 따라서, 환자가 HP를 보유하고 있는지를 반드시 확인해야 한다. HP는 요소를 이산화탄소와 암모니아로 분해시키는 강한 요소분해효소 활성을 가지고 있다.
탄소는 질량수가 12, 13 및 14인 동위원소를 가지며, 이들 중, 질량수가 13인13C가 방사능이 없고 안정하기 때문에 취급하기가 용이하다.
동위원소13C로 표지된 요소를 환자에게 투여한 후 환자의 호흡 중의13CO2농도(최종 대사 생성물) 또는13CO2대12CO2의 농도 비를 계속해서 측정하면, HP의 존재를 확인할 수 있다.
그러나, 자연적으로 발생하는 이산화탄소 중의13CO2대12CO2의 농도 비는 1:100이다. 따라서, 환자의 호흡 공기 중의 농도 비를 매우 정확하게 측정하는 것은 어렵다.
적외선 분광학에 의해12CO2대13CO2의 농도 비를 측정하는 방법이 문헌[참조: 일본특허공보 61(1986)-42219와 일본특허공보 61(1986)-42220]에 공지되어 있다.
일본특허공보 61(1986)-42220에 기재된 방법에서는 2개의 셀, 즉, 하나는 경로가 길고, 다른 하나는 경로가 짧은 2개의 셀을 제공되어 있으며, 이 셀의 경로의 길이는 하나의 셀에서의13CO2에 의한 흡광도가 다른 셀에서의12CO2에 의한 흡광도와 동일하도록 조정되어 있다. 2개의 셀을 통해 투과되는 광 빔(beam)을 분광학적 수단으로 보내어, 각각 최대의 감도를 제공하는 파장에서 광도를 측정된다. 이러한방법에 따라, 흡광도 비는 자연적으로 발생하는 이산화탄소 중의13CO2대12CO2의 농도 비를 "1"로 조정할 수 있다. 농도 비가 변하면, 흡광도 비도 농도 비의 변화량에 의해 변한다. 따라서, 흡광도 비의 변화를 측정함으로써 농도 비의 변화를 결정할 수 있다.
(A) 그러나, 상기 문헌에 따라 농도 비를 측정하는 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
12CO2농도를 결정하는 검정 곡선을 각각의12CO2농도가 공지된 기체 샘플들을 사용하여 작성해야 한다.
12CO2농도에 대한 검정 곡선을 작성하기 위해서는12CO2농도를 달리하여12CO2흡광도를 측정한다.12CO2농도를 가로축에12CO2흡광도를 세로축에 각각 플롯팅하고 검정 곡선을 최소자승법으로 결정한다.
13CO2농도에 대한 검정 곡선은 상기 방법과 동일한 방법으로 작성된다.
적외선 분광법으로 농도를 결정하기 위해서, 농도와 흡광도 사이의 관계가 람베르트-비어 법칙(Lambert-Beer Law)에 일치한다는 전제하에 검정 곡선을 작성한다. 그러나, 람베르트-비어 법칙 자체는 근사 표시이다. 농도와 흡광도의 실제 관계가 람베르트-비어 법칙에 항상 일치하는 것은 아니다. 따라서, 플롯팅된 모든데이터가 검정 곡선에 완전히 일치하지는 않는다.
도 1은12CO2농도는 상이하나 농도 비(13CO2농도/12CO2농도 = 1.077%)는 동일한 기체 샘플들의 흡광도의 측정치를 기준으로 하여 작성된 검정 곡선을 사용하여12CO2농도와13CO2농도를 결정하는,12CO2농도에 대해서13CO2대12CO2의 농도 비를 플롯팅하여 나타낸 그래프이다.
도 1에 나타냈듯이, 상이한12CO2농도들에서 결정된 농도 비는 실제 농도 비(1.077%)와 편차를 나타내며, 플롯팅하였을 때 파상 곡선을 형성한다.
아직 편차의 원인이 밝혀지지는 않았으나, 아마도12CO2농도에 따라 반사율, 굴절율 및 표류광(stray light)과 같은 분광학적 특징의 변화와 검정 곡선의 작성에 사용된 최소자승법의 오차 특성에 기인하는 것 같다.
성분 기체의 농도를 편차와 관련된 특성을 보정하지 않고서 결정하면, 중대한 오차가 발생할 수 있다.
(B) 다양한 실험으로,13CO2농도 또는13CO2대12CO2의 농도 비(이후 "13CO2농도 비"라고 한다)를 측정하기 위해서 적외선 분광법을 사용하는 경우에, 측정 결과는 기체 샘플에 함유된 산소 농도에 따라 실제13CO2농도 또는13CO2농도 비와 차이가 있는 것으로 밝혀졌다.
도 2는 산소와 질소로 희석된13CO2를 함유하고13CO2농도는 동일하지만 산소 농도는 상이한 기체 샘플들을 측정함으로써13CO2농도 비를 결정하는,13CO2농도 비를 산소 함량에 대해 플롯팅하여 나타낸 그래프이다. 결정된13CO2농도 비는 0%의 산소 함량에서의13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화된다.
도 2에 나타냈듯이,13CO2농도 비는 일정하지 않고 산소 농도에 따라 변한다.
산소를 함유하는 기체 샘플의13CO2농도 또는13CO2농도 비를 이러한 사실을 무시하고 측정하면, 측정값이 실제값과 상이한 것이 명백하다.
도 3은13CO2농도 비가 상이하고 산소를 함유하지 않는 기체 샘플들을 측정한 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비를 가로축과 세로축에 각각 플롯팅한다.13CO2농도 비는 최소13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화된다.
도 4는13CO2농도 비가 상이하고 다양한 농도의 산소(90% 이상)를 함유하는기체 샘플들을 측정한 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4에서 실제13CO2농도 비를 측정된13CO2농도 비를 가로축과 세로축에 각각 플롯팅한다.13CO2농도 비는 최소13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화된다.
도 3과 도 4에 나타낸 결과를 비교할 때, 도 3에서 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비와의 관계는 약 1:1[또는 도 3에서의 작성된 곡선의 범위는 약 1이다)인 반면 도 4에서 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비와의 관계는 약 1:0.3(또는 도 4에서의 작성되 선형 곡선의 범위는 약 0.3이다)이다.
따라서,13CO2농도 또는13CO2농도 비의 측정은 기체 샘플에 함유된 산소 농도에 영향을 받으며, 이의 원인은 아직 밝혀지지 않고 있다.
성분 기체의 농도 또는 농도 비를, 산소 농도를 고려하여 보정하지 않고서 측정하면, 중대한 오차가 생길 수 있다.
(C) CO2의 농도, 특히13CO2의 농도는 극도로 낮아서 매우 감도가 높은 측정이 요구된다. 측정의 감도가 증가하면, 측정되는 광도는 예를 들어 광원의 광도, 샘플 기체의 온도, 기체가 도입되는 셀의 온도 및 광검출기의 감도 등과 같은 측정 시스템의 파라미터에 대해 반응한다. 따라서, 측정값은 샘플 기체와 관련없는 인자에 기인된 오차가 있을 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 측정 시스템을 시간 소모적인 방법으로 안정화시킨 후 측정하기 시작한다. 이는 처리 효율을 감소시키고 단시간에 많은 양의 샘플을 측정할 필요가 있는 사용자를 충족시킬 수 없다.
1개의 호흡 공기 샘플을 측정하기 위해서,12CO2흡광도를 측정하고12CO2에 대한 검정 곡선을 근거하여12CO2농도를 결정한다. 또한,13CO2흡광도를 측정하고13CO2에 대한 검정 곡선에 근거하여13CO2농도를 계산한다. 다른 호흡 공기 샘플도 동일한 방법으로 측정한다.
앞의 2개의 호흡 공기 샘플의 CO2농도가 거의 동일한 수준이라면, 농도 결정에 사용되는12CO2와13CO2에 대한 검정 곡선의 범위가 제한될 수 있다. 따라서, 측정의 정확도가 제한된 범위의 검정 곡선을 사용함으로써 증가될 수 있다.
(D) 위에서 기술한 바와 같이 통상적인 적외선 분광 측정에서, 기체 샘플을 함유하는 백(bag)을 분광 측정 장치의 소정의 파이프에 연결시키고, 백을 수동적으로 압축시킴으로써 파이프를 통해 기체 샘플을 셀에 도입한다.
그러나, 동위원소 기체 분석에서는 미량으로 존재하는13CO2의 흡광도도 측정되기 때문에 작은 와류에도 측정의 정확도가 심하게 저하될 수 있다. 백을 수동압축시켜서는 기체 샘플을 일정한 유속으로 셀에 통과시킬 수 없다. 이는 셀 내에서 기체 샘플의 불균일한 유동을 일으키며, 기체 샘플에 국소적인 온도 변화와 예기치 않은 농도 변화가 생기게 되어서 광 검출 시그널에 기복이 생긴다.
기체 샘플의 유량은 펌프와 유량계를 조합하여 사용함으로써 일정하게 조절할 수 있다. 그러나, 기체 샘플을 함유하는 백의 용량은 작고 유량은 적기 때문에, 유동 조절의 정확도가 보장될 수 없다. 또한, 전자 유동 조절용 물질 유량계라고 하는 장치를 유동 조절 수단으로서 사용할 수 있다. 이는 유량 조절의 정확도를 향상시키나 장치가 복잡해지고 비용이 증가하게 된다.
(E) 일본특허공보 제61(1986)-42220호에 기재된 방법에서, 셀의 길이가 감소하여 셀이 없는 공간은 공기로 채워진다. 공기로 충전된 공간은 매우 정확한 측정을 방해한다. 광원과 셀 사이 경로 길이 및 셀과 광수용기 사이의 경로 길이가 증가하면, 매우 정확한 측정이 이루어질 수 없게 된다.
보다 구체적으로, 미량으로 존재하는13CO2의 흡광도가 동위원소 기체 측정법으로 측정되기 때문에, 외부의 작은 장애일지라도 측정의 정확도를 저하시킨다. 몇 %의12CO2와 미량의13CO2가 앞에서 기술한 공기 공간과 광원과 셀 사이 공간 및 셀과 광 수용체 사이의 공간에 존재한다.13CO2스펙트럼은 부분적으로12CO2스펙트럼과 중첩되고, 만약 필터를 사용하면 이의 밴드 통과(band pass) 폭이 측정에 영향을미친다. 따라서,12CO2의 존재는13CO2흡광도 측정에 간접적으로 영향을 미치고, 미량의13CO2는13CO2흡광도 측정에 직접적으로 영향을 미친다.
광 경로에 존재하는 CO2의 영향을 제거하기 위해서, 광원, 샘플 셀, 표준 셀, 간섭 필터, 검출 소자 및 기타 소자가 밀봉된 케이스(이는 칼럼 및 밀봉된 케이스 내의 공기로부터 CO2를 제거하기 위해 밀봉된 케이스와 칼럼 내의 공기를 순화시키는 순화 펌프와 튜브를 통해 CO2흡수제로 충전된 칼럼이 연결되어 있다)에 장착되어 있는 장치(참조: 일본특허공보 3(1991)-31218)가 제안되었다.
이 문헌에 기재된 장치는 측정에 역효과를 미칠 수 있는 CO2를 제거할 수 있으나, CO2흡수제로 충전된 칼럼, 튜브 및 소자가 각각 장착되어 있는 커다란 밀봉된 케이스를 필요로 하기 때문에 대규모의 구조물이 된다. 또한, 장치의 조립도 큰 케이스를 밀봉해야 하는 공정과 같은 힘든 공정을 요구한다.
또한, 밀봉된 케이스 내의 불균일한 공기의 유동은 국소적인 온도 변화와 예기치 않은 농도 변화를 야기시키기 때문에 광 검출 시그널에 기복이 생기게 한다.
(F) 적외선 분광학적 측정에서, 생체에 진단 약물을 투여하기 전 및 투여한 후에 호흡 공기 샘플링 백에서 호흡 공기를 샘플링하고, 호흡 공기 샘플링 백 속의 호흡 공기 샘플을13CO2농도 또는13CO2농도 비를 결정하기 위해 각각 측정한다.
이러한 호흡 공기 샘플의 측정은 전형적으로 측정 기구(measurement organization)에서 전문적인 방법으로 수행되며, 단시간에 많은 양의 샘플을 처리한다. 따라서, 약물 투여 전후에 수득한 호흡 공기 샘플을 종종 오인하여 처리한다.
보다 구체적으로, 약물 투여 전후에 한 환자로부터 수득한 호흡 공기 샘플을 다른 환자에게서 수득한 것으로 오인하거나, 약물 투여 전에 수득한 호흡 공기 샘플을 약물 투여 후에 수득한 호흡 공기 샘플로 오인하기도 한다.
이러한 오인은 잘못된 측정 결과가 생기게 하기 때문에 반드시 방지되어야 한다.
또한, 호흡 공기 샘플에 환자의 구강에 잔류하는 기체가 포함되면, 측정 정확도는 저하된다. 측정 오차를 감소시키기 위해서 환자의 폐로부터의 호흡 공기를 샘플링해야 한다.
또한, 호흡 공기 샘플 속의 수분은 광학 측정에 역효과를 미치기 때문에 호흡 공기 샘플로부터 수분을 제거해야 한다. 더욱이, 호흡 공기 샘플이 백에서 빠져나가는 것을 방지하는 호흡 공기 샘플링 백이 고려되어야 한다.
본 발명은 동위원소의 흡광도가 상이하다는 사실을 근거로 하여 동위원소 기체의 농도를 분광학적으로 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
이후,12CO2의 농도는 "12Conc"이고,13CO2의 농도는 "13Conc"이며,12CO2의 흡광도는 "12Abs"이고,13CO2의 흡광도는 "13Abs"이다.
도 1은 농도12Conc와 농도 비13Conc/12Conc를 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한 그래프(여기서, 농도12Conc와13Conc와 농도 비13Conc/12Conc는, 농도 비13Conc/12Conc는 동일하지만 성분 기체의 농도는 상이한 기체 샘플들 속의 성분 기체의 흡광도12Abs와13Abs의 측정값을 기준으로 하여 작성된 검정 곡선을 사용하여 결정한다)이고,
도 2는13CO2농도 비를 산소 함량에 대해서 플롯팅한 그래프(여기서,13CO2농도 비는 산소와 질소로 희석된13CO2를 함유하고13CO2농도 비는 동일하지만 산소 농도는 상이한 기체 샘플들을 측정함으로써 결정하고,13CO2농도 비는 산소 함량 0%에 대한13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화된다)이고,
도 3은13CO2농도 비가 상이하고 산소를 함유하지 않는 기체 샘플들을 측정한 결과를 나타내는 그래프(여기서, 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비를 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅하고,13CO2농도 비는 최소13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화된다)이고,
도 4는13CO2농도 비가 상이하고 각종 농도의 산소(90% 이하)를 함유하는 기체 샘플들을 측정한 결과는 나타내는 그래프(여기서, 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비를 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅하고,13CO2농도 비를 최소13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화한다)이고,
도 5는 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치의 노즐에 연결되는 호흡 공기 샘플링 백의 외관을 나타내는 도면이고,
도 6은 호흡 공기 샘플링 백의 말단에 연결되어 있는 파이프를 나타내는 부분도이고,
도 7은 분광 장치의 전체 구조를 나타내는 블록 다이아그램이고,
도 8은 셀 챔버(11)를 나타내는 단면도이고,
도 9는 셀 챔버의 온도 조절 메카니즘을 도식적으로 나타내는 블럭 다이아그램이고,
도 10A와 도 10B는 각각 기체 샘플을 정량적으로 주입하는 기체 주입기의 평면도 및 측면도이고,
도 11은 깨끗한 표준 기체가 기체 유동 경로와 분광 장치의 셀 챔버를 세정하기 위해서 통과하는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이고,
도 12는 깨끗한 표준 기체가 기체 유동 경로와 분광 장치의 셀 챔버를 세정하고 참조 측정을 수행하기 위해서 통과하는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이고,
도 13은 기재 기체(base gas)가 제1 샘플 셀(11a)과 제2 샘플 셀(11b)로 유동되지 않는 표준 기체와 함께 기체 주입기(21)을 통해서 호흡 공기 샘플링 백으로부터 흡인되는 상태를 나타내는 다이아그램이고,
도 14는 기체 주입기(21)에 흡인된 기재 기체가 검출 소자(25a 및 25b)에 의해 광도를 측정하기 위해 기체 주입기(21)에 의해 일정한 속도로 기계적으로 방출되는 경우에 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이고,
도 15는 샘플 기체가 제1 샘플 셀(11a)과 제2 샘플 셀(11b)을 통해 유동하지 않는 표준 기체와 함께 기체 주입기(21)을 통해 호흡 공기 샘플링 백으로부터 흡인되는 상태를 나타내는 다이아그램이고,
도 16은 주입기(21)에 흡인된 샘플 기체가 검출 소자(25a와 25b)에 의한 광도를 측정하기 위해서 기체 주입기(21)에 의해 일정한 속도로 기계적으로 방출되는 경우에 사용되는 기체 유동 경로를 나타내는 다이아그램이고,
도 17A는12CO2농도와12CO2흡광도를 검정 곡선을 작성하기 위해 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한 그래프(여기서,12CO2흡광도는12CO2농도 범위 약 0 내지약 6%에서 20개의 측정 포인트에 대해 결정한다)이고,
도 17B는 도 17A의 검정 곡선을 사용하여 결정한12CO2농도 주위의 비교적 좁은12CO2농도 범위에 있는 5개의 데이터 포인트의12CO2농도와12CO2흡광도를 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅한 그래프이고,
도 18A는13CO2농도와13CO2흡광도를 검정 곡선을 작성하기 위해서 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한 그래프(여기서,13CO2흡광도는13CO2농도 범위 약 0.00% 내지 약 0.07%에서 20개의 측정 포인트에 대해 측정된다)이고,
도 18B는 도 18A의 검정 곡선을 사용하여 결정한13CO2농도 주위의 비교적 좁은13CO2농도 범위에 있는 5개 데이터 포인트의13CO2농도와13CO2흡광도를 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅한 그래프이고,
도 19는 세로축으로 플롯팅된13Conc/12Conc 농도 비를12Conc가 0.5%인 경우의 농도비13Conc/12Conc를 기준으로 하여 표준화한 그래프이고,
도 20은 기체 샘플의12CO2농도12Conc와13CO2농도13Conc를 측정하여 결정한 (세로축으로 플로팅된)12Conc 대 (가로축으로 플롯팅된)13CO2농도 비13Conc/12Conc의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 21은 기체 샘플의12CO2농도12Conc와13CO2농도13Conc를 측정하고 수득한 농도비13Conc/12Conc를 보정하여 결정한 (가로축으로 플롯팅)12Conc 대 (세로 축으로로 플롯팅된) 농도 비13Conc/12Conc의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 22는 도 17A와 도 18A에 나타낸 검정 곡선을 사용하여 기체 샘플에 대해 측정한 흡광도를 기준으로 하여 기체 샘플의12CO2농도(12Conc)와13CO2농도(13Conc)를 결정하여 수득한 (가로축으로 플롯팅)12Conc 대 (세로축으로 플롯팅된) 농도 비13Conc/12Conc의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 23은 먼저 도 17A와 도 18A에 나타낸 검정 곡선을 기준으로 하여 결정한 후, 도 17B와 도 18B에 나타낸 검정 곡선의 제한된 범위에서의 기체 샘플의 농도 비12Conc/13Conc를 결정하여 수득한 (가로축으로 플롯팅)12Conc 대 (세로축으로 플롯팅된) 농도 비13Conc/12Conc의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 24는13CO2농도 비가 상이하고 다양한 농도의 산소(90% 이하)를 함유하는 기체 샘플들을 측정하고 측정치를 본 발명에 따라 보정한 결과를 나타내는 그래프 (여기서, 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비를 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅하고13CO2농도 비를 최소13CO2농도 비를 기준으로 하여 표준화한다)이다.
본 발명의 목적은, 기체 시험 샘플을 셀에 도입시키는 경우에 분광 측정을 통해 여러 종의 성분 기체를 함유하는 기체 시험 샘플 속의 하나의 성분 기체의 농도 또는 농도 비를 정확하게 결정하기 위해서 사용되는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 기체 시험 샘플을 셀에 도입시키는 경우에 검정 곡선의 제한된 범위를 사용함으로써 분광 측정을 통해 여러 성분의 기체를 함유하는 기체 시험 샘플 속의 하나의 성분 기체의 농도 또는 농도 비를 정확하게 결정하기 위해서 사용되는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 다른 목적은, 기체 시험 샘플을 셀에 도입시키는 경우에 산소 농도를 고려하여 분광 측정을 통해 기체 시험 샘플 속에 함유된13CO2농도 또는13CO2농도 비를 정확하게 결정하기 위해서 사용되는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기체 시험 샘플을 셀에 도입시키는 경우에 측정 시스템에 대한 시간 관련 영향을 최소화시킬 수 있는 방법으로 분광 측정을 통해 여러 성분의 기체를 함유하는 기체 시험 샘플 속의 하나의 성분 기체의 농도 또는 농도 비를 정확하게 결정하기 위해서 사용되는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구조가 간단하고 분광 측정하기 위해 여러 종의 성분 기체를 함유하는 기체 시험 샘플을 일정한 유량으로 도입시킬 수 있는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 호흡 공기 샘플이 잘못 처리되는 것을 확실하게방지하는 것을 고려한, 호흡 공기 샘플링 백을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 환자의 구강에 존재하는 공기의 샘플링을 방지하고 환자의 폐로부터 호흡 공기를 샘플링하게 하는, 호흡 공기 샘플링 백을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 취입된 호흡 공기로부터 수분을 제거할 수 있는, 호흡 공기 샘플링 백을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 호흡 공기 샘플이 백으로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위한 구조를 갖는, 호흡 공기 샘플링 백을 제공하는 것이다.
앞에서 기술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 특허청구의 범위 제1항 기술되는 동위원소를 분광학적으로 측정하는 방법을 제공한다.
선행 기술의 방법과 비교하여 앞에서 기술한 방법은, 성분 기체를 공지된 농도 또는 공지된 농도 비로 함유하는 기체 샘플을 각각 측정하여 작성된 보정 곡선을 사용하여 성분 기체의 농도를 기준으로 하여 기체 시험 샘플 속의 성분 기체의 농도 비를 보정하는 추가의 단계(제3 단계)를 포함한다. 농도 비를 보정함으로써, 기본적으로 동일해야 하는 성분 기체의 측정 농도 비는 성분 기체의 농도에 따라 변하는 통상적으로 경험된 단점이 제거되기 때문에 성분 기체의 농도 비의 측정 정확도는 향상된다.
본 발명에 따라, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 다른 방법이 특허청구의 범위 제4항에 기술되어 있다.
본 발명의 방법에서, 성분 기체의 농도는 소정의 범위 내에서 공지된 농도로성분 기체를 함유하는 기체 샘플을 측정함으로써 수득한 데이터를 기준으로 하여 작성된 검정 곡선을 사용하여 임시로 결정된다(제2 단계). 그러나, 모든 데이터가 "배경 기술"에 기술한 바와 같이 임시로 결정된 성분 기체의 농도를 기준으로 하는 검정 곡선에 정확하게 일치하는 것은 아니다.
이러한 이유로, 제2 단계에서 결정된 성분 기체의 농도 주위의 제한된 범위 내의 있는 몇 개의 데이터를 사용하여 다른 검정 곡선을 작성된다. 더 좁은 범위의 데이터를 기준으로 하여 작성된 검정 곡선의 부분이 람베르트-비어 법칙에 정확히 일치되는 것이 확실하다. 따라서, 성분 기체의 농도는 이렇게 작성된 검정 곡선을 사용하여 이의 흡광도를 기준으로 하여 결정된다(제3 단계).
검정 곡선의 정확도가 선행 기술의 방법보다 향상되었기 때문에 수득한 성분 기체의 농도는 더욱 정확하다. 따라서, 성분 기체 농도의 측정 정확도가 향상될 수 있다.
본 발명에 따라 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 방법은 특허청구의 범위 제6항 또는 제7항에 기술되어 있다.
선행 기술의 방법과 비교하여, 앞에서 기술한 방법은, 공지된 농도로 산소를 함유하는 기체 샘플을 각각 측정함으로써 작성된 보정 곡선을 사용하여, 기체 시험 샘플의 측정된 산소 농도를 기준으로 하여, 기체 시험 샘플 속의 성분 기체의 농도 또는 농도 비를 보정하는 추가의 단계(제3 단계)를 포함한다.
기본적으로 동일해야 하는 성분 기체의 측정된 농도가 산소 농도에 따라 변하는 새롭게 직면하는 단점이 보정으로 제거되기 때문에, 성분 기체의 농도 또는농도 비의 측정 정확도는 향상된다.
산소 농도는 다양한 산소 감지기(sensor)에 의해 결정되거나 산소 분자 스펙트럼에서의 흡광도를 분광학적으로 측정함으로써 결정된다.
본 발명에 따라 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 방법이 특허청구의 범위 제8항에 기술되어 있다.
광도를 셀에 채워진 표준 기체(reference gas)로 측정하는 표준 기체 측정 및 광도를 셀에 채워진 기체 샘플로 측정하는 샘플 측정은 흡광도를 측정하기 위해 각각 1회 수행되는 것이 통상적이다. 그러나, 앞에서 기술한 방법에서 흡광도는, 샘플 측정으로 측정된 광도와 샘플 측정 전후에 수행되는 표준 기체 측정으로 측정된 평균 광도를 기준으로 하여 결정된다.
따라서, 샘플 측정 전후에 측정되는 흡광도의 시간 관련 변수는 표준 기체 측정으로 수득되는 평균 광도를 사용하여 보정될 수 있다. 따라서, 측정 시스템의 시간 관련 변화의 영향은 제거될 수 있다.
샘플 측정 후에 수행되는 표준 기체 측정의 결과는 다음 샘플 측정 전에 수행되는 표준 기체 측정의 결과로서 제공된다. 따라서, 표준 기체에 대해 한 번 측정한 결과를 2회 사용할 수 있다.
본 발명에 따라, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 방법이 특허청구의 범위 제10항에 기술되어 있다.
본 방법에서, 흡광도는 표준 기체 측정으로 측정된 광도와 표준 기체 측정 전후에 수행되는 샘플 측정으로 측정된 평균 광도를 기준으로 하여 결정된다.
동일한 기체 샘플을 2회 측정해야 하기 때문에, 조작 효율이 감소된다. 그러나, 샘플 측정 전후에 수득한 흡광도의 시간 관련 변수를 샘플 측정에서 수득한 평균 광도를 사용하여 보정할 수 있다. 따라서, 측정 시스템의 시간 관련 변화의 영향은 제거될 수 있다.
본 발명에 따라 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 방법이 특허청구의 범위 제12항에 기술되어 있다.
이 방법에서, 2개의 호흡 공기 시험 샘플은 이의 CO2농도가 동일한 수준인 조건으로 측정될 수 있고, 따라서 사용되는 검정 곡선의 범위가 제한될 수 있다. 측정의 정확도는 사용되는 검정 곡선의 범위가 좁아질수록 향상될 수 있다. 따라서, 측정의 정확도는 제한된 범위의 검정 곡선을 사용함으로써 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따라 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 방법이 특허청구의 범위 제13항 또는 제14항에 기술되어 있다. 이 방법은 제1 기체 샘플을 셀에 채워 광도를 측정하고, 제1 기체 샘플을 셀로부터 배기시킨 후에, 제2 기체 샘플을 동일한 셀에 채워 광도를 측정하는 것을 기본으로 한다.
앞에서 기술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 기체 샘플을 흡인한 다음 일정한 유량으로 기체 샘플을 기계적으로 방출함으로써 셀에 주입시키는 기체 주입 수단을 포함하는, 동위원소를 분광학적으로 측정하는 장치를 제공한다(특허청구의 범위 제15항).
이러한 구성으로, 기체 샘플을 일정한 유량으로 셀에 주입시킨다. 따라서,기체 샘플이 셀 내에서 일정하게 유동하게 하기 때문에, 기복이 없는 매우 정확한 광 검출 시그널이 더 정확한 농도 측정을 위해서 제공될 수 있다.
일정한 속도로 기체 샘플을 기계적으로 방출하기 위한 기체 주입 수단으로서 유용한 것은 예를 들어 피스톤과 실린더를 포함하는 실린더를 일정한 속도로 움직이는 메카니즘이다.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 동위원소를 분광학적으로 측정하는 장치는 안으로 도입된 기체 샘플을 수용하는 셀의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도 유지 수단을 추가로 포함한다(특허청구의 범위 제16항).
셀 내의 온도를 일정하게 유지시킴으로써, 기체 샘플의 온도 조건을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 따라서 기복이 없는 매우 정확한 광 검출 시그널이 제공될 수 있다.
앞에서 기술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 광원과 광 수용체 사이의 광 경로 중간에 위치하고 있는 안으로 도입된 기체 샘플을 수용하는 셀과, 셀에 의해 가려지지 않는 광 경로의 일부에 위치하고 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀을 포함하는, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 장치를 제공한다(특허청구의 범위 제17항).
측정 용기에 표준 셀이 제공되지 않고 기체 샘플에 함유된 것과 같은 종류의 성분 기체를 함유하는 공기로 충전되는 경우에, 측정 용기에 존재하는 성분 기체 때문에 역효과가 생긴다. 그러나, 앞에서 기술한 구성이라면, 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀이 광 경로에 위치하기 때문에 광학적 역효과를 제거할 수 있다. 따라서, 농도 측정이 보다 정확하게 수행될 수 있다.
본 발명에 따라, 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 또 다른 장치는 광원과 광수용체 사이의 광 경로에 평행으로 각각 위치하며 안으로 도입되는 기체 샘플을 수용하는 길이가 상이한 2개의 셀과, 2개의 셀 중 짧은 쪽과 광수용체 사이 또는 짧은 셀과 광원 사이에 위치하고 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀을 포함하는 2개의 셀을 포함한다(특허청구의 범위 제20항).
길이가 상이한 셀에 있어서, 짧은 셀과 광수용체 사이 또는 광원과 짧은 셀 사이에 큰 공간이 존재하고, 기체 샘플에 함유된 것과 같은 종류의 성분 기체가 공간에 존재하며 광학 측정에 역효과를 미친다. 보다 정확한 농도 측정은 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀을 공간에 제공함으로써 보장된다.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 앞에서 기술한 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하기 위한 장치는 각각 일정한 유량으로 표준 셀을 통해 표준 기체를 끊임없이 통과시키는 기체 유동 발생 수단을 추가로 포함한다(특허청구의 범위 제18항 및 제21항).
표준 셀을 통해 표준 기체를 통과시키는 것은 다음의 고려에 근거한다. 표준 셀을 안에 충전된 표준 기체로 밀봉하면, 표준 기체가 셀의 연결부로부터 점점 빠져나가고 외부 공기로 대체된다. 셀로 들어간 공기는 기체 샘플에 함유된 것과 같은 종류의 성분 기체를 함유하여 광학적으로 역효과를 발생시킨다. 또한, 일정한 속도로 끊임없이 유동하는 표준 기체는 표준 셀 내에서 불균일한 기체 유동을 발생시키지 않기 때문에, 광 검출기 시그널의 기복이 생기는 것을 막는다.
기체 유동 발생 수단은, 예를 들어 기체 용기로부터 표준 기체를 도입시키는 밸브, 파이프 및 유량계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 앞에서 기술한 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치는 안에 도입된 기체 샘플을 수용하는 셀과 표준 셀의 온도로 일정하게 유지시키는 온도 유지 수단을 추가로 포함한다(특허청구의 범위 제19항 및 제22항).
셀과 표준 셀 내의 온도를 일정하게 유지시킴으로써, 기체 샘플과 표준 기체 사이의 온도 차를 제거할 수 있기 때문에 기체 샘플과 표준 기체의 열 조건을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 흡광도를 정확하게 측정할 수 있다.
앞에서 기술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 다수의 호흡 공기 샘플을 각각 축적하기 위해 함께 연결된 다수의 호흡 공기 축적 챔버와, 다수의 호흡 공기 축적 챔버로부터 호흡 공기 샘플을 측정하기 위한 기체 측정 장치의 다수의 유입구로 호흡 공기 샘플을 각각 도입하는 다수의 호흡 공기 도입 파이프(이는 각각 기체 측정 장치에 잘못된 방법으로 연결되는 것을 방지하도록 구성되어 있다)를 포함하는, 호흡 공기 샘플링 백을 제공한다(특허청구의 범위 제23항).
본 발명에 따르는 기체 측정 장치는, 함께 연결된 다수의 호흡 공기 축적 챔버와 다수의 호흡 공기 샘플을 생체로부터 개별 호흡 공기 축적 챔버에 도입시키는 다수의 호흡 공기 도입 파이프를 포함하고, 호흡 공기 도입 파이프를 통해 호흡 공기 축적 챔버로부터 호흡 공기 샘플을 각각 도입시키는 다수의 호흡 공기 유입구 (이는 각각 잘못된 방법으로 이에 연결되는 것을 방지하도록 구성되어 있다)를 포함하는 호흡 공기 샘플링 백에 함유된 호흡 공기 샘플을 측정하기에 적합하다(특허청구의 범위 제24항).
앞에서 기술한 구조의 호흡 공기 샘플링 백과 기체 측정 장치로, 호흡 공기 샘플링 백의 하나의 호흡 공기 축적 챔버 속의 하나의 호흡 공기 샘플을 다른 호흡 공기 축적 챔버 속의 다른 호흡 공기 샘플로 오인하여 기체 측정 장치에 잘못 도입하는 불편한 실수가 제거될 수 있다.
생체에 진단 약물을 투여하기 전 및 투여한 후에 생체로부터 호흡 공기를 샘플링하고 호흡 공기 샘플의13CO2농도 또는13CO2농도 비를 측정하는 경우, 예를 들어 측정용 진단 약물의 투여 전후에 수득한 호흡 공기 샘플을 잘못 조작하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 부하 시험(load test)을 수행하고 호흡 공기를 진단 약물 투여 후에 소정의 시간 간격으로 샘플링하는 경우에, 이렇게 수득한 샘플을 잘못된 순서로 측정하는 것을 방지할 수 있다.
호흡 공기 도입 파이프 또는 호흡 공기 유입구는 예를 들어 호흡 공기 샘플링 백과 잘못 연결되는 것을 막기 위해서 비대칭적인 모양이다. 비대칭적인 모양을 위해서, 여러 호흡 공기 도입 파이프는 직경, 길이 및 단면이 상이하고, 다수 의 호흡 공기 유입구는 호흡 공기 도입 파이프 각각에 상응하여 직경, 길이 및 단면이 상이하다.
본 발명에 따르는 또 다른 호흡 공기 샘플링 백은 호흡 공기를 축적시키는 호흡 공기 축적 챔버와 생체로부터 호흡 공기를 호흡 공기 축적 챔버에 도입시키는호흡 공기 도입 파이프(이는 호흡 공기의 샘플링 동안 호흡 공기를 취입하는데 대한 저항을 발생시키는 저항 발생 수단을 구비한다)를 포함한다(특허청구의 범위 제25항).
이러한 구성에 있어서, 저항 발생 수단의 제공으로 생체의 구강에 존재하는 호흡 공기의 샘플링을 방지하고 생체의 폐로부터 호흡 공기의 샘플링을 가능하게 한다. 따라서, 측정 오차가 감소될 수 있다.
저항 발생 수단은 호흡 공기 도입 파이프의 내부에 호흡 공기를 취입하는 것에 대해 저항을 발생시키는 어떤 변화를 일으키는 양태이다. 예를 들어, 호흡 공기 도입 파이프의 내부 직경이 감소되거나, 저항 성분이 호흡 공기 도입 파이프의 내부로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르는 또 다른 호흡 공기 샘플링 백은 호흡 공기를 축적하는 호흡 공기 축적 챔버와 호흡 공기를 생체로부터 호흡 공기 축적 챔버에 도입하는 호흡 공기 도입 파이프(이는 호흡 공기의 샘플링 동안 호흡 공기로부터 수분을 제거하는 떼어낼 수 있는 필터를 구비한다)를 포함한다(특허청구의 범위 제26항).
이러한 구성으로, 호흡 공기 속의 수분을 필터에 의해 제거할 수 있어서 광학 측정의 정확도의 저하를 방지할 수 있다. 특히 수분의 제거는 적외선 분광 측정에 유효하다.
본 발명에 따르는 또 다른 호흡 공기 샘플링 백은 호흡 공기를 축적하는 호흡 공기 축적 챔버와 호흡 공기를 생체로부터 호흡 공기 축적 챔버에 도입시키는 호흡 공기 도입 파이프(이는 호흡 공기의 샘플링 동안 호흡 공기의 역류를 방지하는 밸브를 구비한다)를 포함한다(특허청구의 범위 제27항).
이러한 구성으로, 호흡 공기 도입 파이프에 역류 방지 밸브를 제공하여 호흡 공기가 호흡 공기 샘플링 백으로부터 새는 것을 방지한다.
호흡 공기 샘플을 축적하는 호흡 공기 축적 챔버와 생체로부터 호흡 공기 샘플을 호흡 공기 축적 챔버에 도입시키는 역류 방지 밸브를 갖는 호흡 공기 도입 파이프를 포함하는 호흡 공기 샘플링 백에 함유된 호흡 공기 샘플을 측정하기에 적합한 본 발명에 따르는 또 다른 기체 측정 장치는 호흡 공기 샘플링 백으로부터 호흡 공기 샘플을 호흡 공기 도입 파이프를 통해 안으로 도입시키는 호흡 공기 유입구(이는 호흡 공기 유입구에 연결된 호흡 공기 도입 파이프와 함께 밸브의 기능을 못하게 하는 수단을 갖는다)를 포함한다(특허청구의 범위 제28항).
이러한 구성으로, 호흡 공기 샘플이 호흡 공기 도입 파이프를 통해 기체 측정 장치에 도입되는 경우에 호흡 공기 유입구에 연결된 호흡 공기 도입 파이프와 함께 밸브의 기능을 못하게 될 수 있다. 따라서, 호흡 공기 샘플을 기체 측정 장치에 순조롭게 도입시킬 수 있다.
밸브의 기능을 못하게 하기 위한 수단은 예를 들어 호흡 공기 도입 파이프를 호흡 공기 유입구에 연결시켰을 때 밸브를 강제적으로 열기에 적합한 호흡 공기 유입구로부터 돌출된 긴 핀을 제공하는 양태이다.
본 발명의 앞서 기술한 목적과 기타 목적 및 특색은 첨부된 도면을 참고하여 다음의 기술로 명백해진다.
이하, 본 발명의 바람직한 양태를 첨부된 도면을 참고하여 설명할 것이다. 양태는 호흡 공기 시험 샘플의13CO2농도 또는 농도비13Conc/12Conc가 동위원소13C로 표지된 요소 진단 약물 투여 후에 분광학적으로 측정하는 경우에 적합하다.
I. 호흡 공기 시험
요소 진단 약물을 환자에게 투여하기 전에 환자의 호흡 공기를 호흡 공기 샘플링 백에 샘플링한다. 호흡 공기 샘플링 백의 용량은 약 250ml일 수 있다. 이어서, 요소 진단 약물을 환자에게 투여한 후, 10 내지 15분이 경과하고 나서 환자의 호흡 공기를 호흡 공기 샘플링시와 동일한 방식으로 호흡 공기 샘플링 백에 샘플링한다.
도 5는 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치의 노즐(N1)과 노즐(N2)에 연결되는 호흡 공기 샘플링 백(1)의 외관을 나타내는 도면이다. 호흡 공기 샘플링 백(1)은 요소 진단 약물을 투여한 후의 환자의 호흡 공기 샘플링용 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)와 진단 약물을 투여하기 전의 환자의 호흡 공기 샘플링용 호흡 공기 샘플링 챔버(1b)를 포함하고, 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)와 (1b)는 일체식으로 성형되고 함께 접합되어 단일체를 형성한다.
파이프(2a)는 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)의 말단에 부착되어 있고 파이프(2b)는 호흡 공기 샘플링 챔버(1b)의 말단에 부착되어 있다. 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)와 (1b)의 하부 말단(5a)와 (5b)는 밀폐되어 있다. 파이프(2a)와 (2b)는 각각 2가지 작용을 한다. 즉 파이프(2a)와 (2b)는 호흡 공기가 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)와 (1b)로 취입되는 호흡 공기 취입부로서 뿐만 아니라 호흡 공기 샘플링 백이 장치의 노즐(N1)과 (N2)에 연결되어 경우에 호흡 공기 샘플을 호흡 공기 샘플링 챔버(1a)와 (1b)로부터 분광 장치로 도입시키는 역할도 한다.
호흡 공기를 샘플링할 때, 원통형 필터(담배 유사한 모양의 필터)(7a) 또는 (7b)를 파이프(2a) 또는 (2b)에 끼운 후, 호흡 공기를 호흡 공기 샘플링 백(1)으로 취입한다. 필터(7a)와 (7b)를 사용하여 호흡 공기 속의 수분을 제거한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 호흡 공기 샘플링 백 속으로 취입된 호흡 공기가 역류하는 것을 방지하기 위해서 역류 밸브(3a)와 (3b)를 각각 파이프(2a)와 (2b)에 제공한다.
파이프(2a)와 (2b)는 각각 호흡 공기 취입에 대한 저항을 생성시키기 위해 내부 직경이 보다 작은 부분(즉 보다 작은 직경부(4a) 또는 (4b))을 갖는다. 호흡 공기 취입에 대한 저항은 환자가 폐로부터 공기를 발산하도록 한다. 환자의 폐로부터 발산된 공기는 CO2농도가 환자의 구강에 존재하는 공기보다 안정한 것으로 실험적으로 입증되었다.
호흡 공기 샘플링을 완료한 후, 필터를 제거하고, 파이프(2a)와 (2b)를 분광 장치의 노즐(N1)과 (N2) 각각에 삽입한다. 노즐(N1)과 (N2)는 내부 직경이 상이하고파이프(2a)와 (2b)는 외부 직경은 노즐(N1)과 (N2)의 내부 직경에 상응하게 상이하다. 이는 파이프(2a)와 (2b)가 잘못된 노즐(N2)와 (N1)에 삽입되는 것을 방지함으로써 요소 진단 약물 투여 전과 후에 수득한 호흡 공기 샘플이 잘못 처리되는 것을 방지한다.
분광 장치의 노즐(N1)과 (N2)는 파이프(2a)와 (2b)가 노즐(N1)과 (N2)로 삽입되는 경우에 역류 밸브(3a)와 (3b)가 작용을 하지 못하도록 하는 데 적합한 돌출부(6a)와 (6b)를 각각 갖는다.
이러한 양태에서 파이프(2a)와 (2b)의 외부 직경은 상이하지만, 어떠한 다른 구조를 사용하여 파이프(2a) 및 (2b)와 노즐(N1) 및 (N2)가 잘못 연결되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 파이프의 길이를 상이하게 하고 분광 장치의 노즐(N1)과 (N2)는 파이프의 길이에 상응하는 깊이를 가질 수 있다. 이러한 구조, 깊이가 얕은 노즐에 잘못 삽입된 긴 파이프의 노즐에 완전히 끼워지지 않는다. 따라서, 사용자는 파이프가 잘못 연결되었음을 안다. 또한, 파이프는 상이한 단면(예: 원형, 사각형 또는 삼각형 단면)을 가질 수 있다.
호흡 공기 샘플링 백(1)의 연결 종결시, 분광 장치는 다음 자동 조절을 수행한다.
II. 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치
도 7은 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치의 전체 구조를 나타내는 블록 다이아그램이다.
약물 투여 후에 샘플링한 호흡 공기(이후 "샘플 기체"라고 한다)가 들어 있는 하나의 호흡 공기 샘플링 챔버와 약물 투여 전에 샘플링한 호흡 공기(이후 "기재 기체"라고 한다)가 들어 있는 다른 호흡 공기 샘플링 백이 노즐(N1)과 (N2) 각각에 연결되도록 호흡 공기 샘플링 백을 장치에 장착한다. 노즐(N1)을 삼방 (three-way) 밸브(V1)의 한쪽에 투명한 수지 파이프(이후 단순히 "파이프"라고 한다)를 통해 연결하고 노즐(N2)을 삼방 밸브(V2)의 한쪽에 파이프를 통해 연결한다.
표준 기체(측정용 파장에서 흡수되지 않는 모든 기체, 예를 들면 질소 기체)를 기체 실린더로부터 장치로 공급한다. 표준 기체는 2개 경로로 분할된 유동 경로를 통해 유동한다. 하나의 경로는 유량계(M1)을 통해 표준 셀(11c)에 연결되어 있다. 다른 경로는 유량계(M2)를 통해 삼방 밸브(V3)의 한쪽에 연결되어 있다. 표준 기체는 표준 셀(11c)로 유동하여 배기된다.
삼방 밸브(V3)의 다른 쪽은 삼방 밸브(V1)의 또 다른 쪽과12CO2흡광도 측정용 제1 샘플 셀(11a)에 연결되어 있다. 삼방 밸브(V2)의 다른 쪽은 이방 밸브(V4)를 통해 제1 샘플 셀(11a)과 삼방 밸브(V1)의 다른 쪽에 연결되어 있다.
샘플 기체 또는 기재 기체를 정량적으로 주입하는 기체 주입기(21)(용량: 60cc)를 삼방 밸브(V3)와 제1 샘플 셀(11a) 사이에 삽입한다. 기체 주입기(21)는피스톤과 실린더를 갖는 시린지형 장치이다. 피스톤은 모터, 모터에 연결되어 있는 스크류 및 피스톤에 부착되어 있는 너트의 공동 조작에 의해 작동된다(이는 나중에 설명될 것이다).
도 7에 나타낸 바와 같이, 셀 챔버(11)는12CO2흡광도를 측정하기 위한 짧은 길이의 제1 샘플 셀(11a),13CO2흡광도를 측정하기 위한 긴 길이의 제2 샘플 셀(11b) 및 표준 기체가 통과하는 표준 셀(11c)를 갖는다. 제1 샘플 셀(11a)은 제2 샘플 셀(11b)와 통한다. 샘플 기체 또는 기재 기체는 제1 샘플 셀(11a)로 도입된 후, 제2 샘플 셀(11b)로 도입되고, 이로부터 배기된다. 표준 기체는 표준 셀(11c)로 도입된 후, 이로부터 배기된다. 구체적으로, 제1 샘플 셀(11a)및 제2 샘플 셀 (11b)의 길이는 각각 13mm와 250mm이고 표준 셀(11c)의 길이는 236mm이다.
제2 샘플 셀(11b)로부터 연장된 배기 파이프에 O2감지기(18)가 제공되어 있다. 고체 전해질 기체 감지기(예: 지르코니아 센서)와 전자화학적 기체 감지기(예: 갈바닉 전지 센서)와 같은 시판되는 산소 감지기가 O2감지기(18)로서 유용하다.
참조 문자(L)은 조사용 적외선을 유도하는 2개의 도파관(23a)과 (23b)를 갖는 적외선 공급원이다. 적외선은 어떤 식으로든 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 세라믹 히터(표면 온도: 450℃) 등을 사용할 수 있다. 적외선을 주기적으로 차단하는 회전 촙퍼(chopper)(22)가 적외선 공급원(L) 부근에 제공되어 있다. 적외선공급원(L)으로부터 방출된 적외선은 제1 광 경로를 통해 제1 샘플 셀(11a)과 표준 셀(11c)로 투과되고 제2 광 경로를 통해 제2 샘플 셀(11b)로 투과된다(도 8 참조).
참조 문자(D)는 셀을 통해 투과된 적외선을 검출하는 적외선 검출기이다. 적외선 검출기(D)는 제1 파장 필터(24a)와 제1 광 경로에 위치하고 있는 제1 검출 소자(25a) 및 제2 파장 필터(24b)와 제2 광 경로에 위치하고 있는 제2 검출 소자(25b)를 갖는다.
제1 파장 필터(24a)(밴드 폭: 약 20nm)는 파장이 약 4280nm인 적외선을 통과하여12CO2흡광도를 측정하는 데 사용된다. 제2 파장 필터(24b)(밴드 폭: 약 50nm)는 파장이 약 4412nm인 적외선을 통과시켜13CO2흡광도를 측정하는 데 사용된다. 적외선을 검출할 수 있는 어떠한 소자라도 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자 (25b)로서 유용하다. 예를 들면, PbSe와 같은 반도체 적외선 감지기가 사용된다.
제1 파장 필터(24a)와 제1 검출 소자(25a)는 Ar과 같은 불활성 기체로 충전되어 있는 패키지(26a)에 들어 있다. 마찬가지로, 제2 파장 필터(24b)와 제2 검출 소자(25b)도 불활성 기체로 충전되어 있는 패키지(26b)에 들어 있다.
전체 적외선 검출기(D)는 히터와 펠티어(Peltier) 소자에 의해 일정한 온도(25℃)로 유지된다. 패키지(26a)와 (26b)의 내부 온도는 펠티어 소자에 의해 0℃로 유지된다.
셀 챔버(11)은 스테인레스 스틸로 형성되어 있고 금속 판들(예: 황동 판들)(12) 사이에 종횡으로 포개져 있다. 히터(13)은 셀 챔버의 상부, 하부 및 측면에 제공되어 있다. 셀 챔버(11)는 히터가(13)가 사이에 삽입되어 있는 폴리스티렌 발포체와 같은 절연체(14)에 의해 밀봉되어 있다. 도시하지는 않았지만, 셀 챔버(11)의 온도 측정용 온도 감지기(예: 백금 온도 감지기)가 셀 챔버(11)에 제공되어 있다.
셀 챔버(11)은 2개의 층(tier)를 갖는다. 제1 샘플 셀(11a)과 표준 셀(11c)은 한 층에 위치하고 있고 제2 샘플 셀(11b)은 다른 층에 위치하고 있다.
제1 광 경로는 일직선으로 위치하고 있는 제1 샘플 셀(11a)와 표준 셀(11c)를 통해 연장되고 제2 광 경로는 제2 샘플 셀(11b)를 통해 연장된다. 참조 문자(15), (16) 및 (17)은 적외선이 투과되는 사파이어 투과 창이다.
도 9는 셀 챔버(11)의 온도를 조정하는 메카니즘을 나타내는 블록 다이아그램이다. 온도 조정 메카니즘은 샐 챔버(11)에 제공되어 있는 온도 감지기(32), 온도 조정 기판(31) 및 히터(13)으로 구성된다. 온도 조정 기판(31)의 온도는 어떤 식으로든지 조정될 수 있다. 예를 들면, 온도 감지기(32)의 온도 측정 시그널을 기준으로 하여 히터(13)를 통해 흐르는 펄스 전류의 듀티비(duty ratio)를 변화시킴으로써 온도를 조정할 수 있다. 히터(13)은 이러한 온도 조정 방법을 기본으로 하여 제어되어 셀 챔버(11)의 온도는 일정한 온도(40℃)로 유지된다.
도 10A와 10B는 각각 기체 샘플을 정량적으로 주입하는 기체 주입기(21)의 평면도 및 측면도이다.
기체 주입기(21)은 기재(21a)에 위치하고 있는 실린더(21b), 실린더(21b)에 삽입되어 있는 피스톤(21c) 및 피스톤(21c)에 연결되어 있는 이동가능한 너트 (21d), 너트(21d)와 맞물려 있는 공급 스크류(21e) 및 기재(21a) 아래에 위치하고 있는 공급 스크류(21e)을 회전시키기 위한 모터(21f)를 포함한다.
모터(21f)는 도시하지 않은 구동 회로에 의해 전후 회전용으로 운행된다. 공급 스크류(21e)가 모터(21f)의 회전에 의해 회전할 때, 너트(21d)는 공급 스크류 (21e)에 회전 방향에 따라 전후로 이동한다. 피스톤(21c)는 도 10A에서 점선으로 나타낸 위치로 전진한다. 따라서, 기체 주입기(21)는 유연하게 조절되어 기체 샘플을 실린더(21b)에 도입하고 기체 샘플을 실린더(21b)로부터 추출할 수 있다.
IIIa. 측정 과정 1
측정 과정은 표준 기체의 측정, 기재 기체의 측정, 표준 기체의 측정, 샘플 기체의 측정 및 표준 기체의 측정을 포함하며, 이 순서로 수행된다. 또한, 기재 기체의 측정, 표준 기체의 측정 및 기재 기체의 측정, 및 샘플 기체의 측정, 표준 기체의 측정 및 샘플 기체의 측정 순서로 수행될 수 있다. 후자 경우에 기재 기체의 측정과 샘플 기체의 측정은 각각 2회 수행되고, 따라서 작동 효율은 저하된다. 보다 효과적인 전자 측정 과정이 이후에 기술될 것이다.
측정하는 동안 표준 기체는 표준 셀(11c)을 통해 끊임없이 유동하고 이의 유량은 유량계(M1)에 의해 항상 일정하게 유지된다.
IIIa-1. 참조 측정
도 11에 나타낸 바와 같이, 깨끗한 표준 기체를 기체 유동 경로와 셀 챔버 (11)을 세정하기 위해서 분광 측정 장치의 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)를 통해서 속도 200ml/min으로 약 15초 동안 통과시킨다.
이어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 기체 유동 경로를 변경한 후, 표준 기체를 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)을 세정하기 위해 통과시킨다. 약 30초 경과 후, 광도를 검출 소자(25a)와 (25b)로 측정한다.
참조 측정치를 기준으로 하여 흡광도를 계산한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)에 의해 수득한 광도를12R1과13R1로 각각 나타낸다.
IIIa-2. 기재 기체 측정
기재 기체를 제1 샘플 셀(11a)과 제2 샘플 셀(11b)을 통해 유동하는 것이 방지된 표준 기체와 함께 호흡 공기 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡인한다(도 13 참조).
그 다음, 기재 기체를 도 14에 도시한 바와 같이 기체 주입기(21)에 의해 일정한 속도(60ml/min)로 기계적으로 방출하는 동시에 광도를 검출 소자(25a)와 (25b)를 통해 측정한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)에 의해 수득한 광도를 각각12B와13B로 나타낸다.
IIIa-3. 참조 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정과 표준 기체에 대한 광도 측정을 다시 수행한다(도 11과 12 참조).
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)에 의해 수득한 광도를 각각12R2와13R2로 나타낸다.
IIIa-4. 샘플 기체 측정
샘플 기체를 제1 샘플 셀(11a)와 (11b)를 통해 유동하는 것이 방지된 표준 기체와 함께 호흡 공기 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡인한다(도 15 참조).
그 다음, 샘플 기체를 도 16에 나타낸 바와 같이 기체 주입기(21)로 일정한 속도(60ml/min)로 기계적으로 방출하는 동시에 광도를 검출 소자(25a)와 (25b)를 통해 측정한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)에 의해 수득한 광도를 각각12S와13S로 나타낸다.
IIIa-5. 참조 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정과 표준 기체에 대한 광도 측정을 다시 수행한다(도 11과 12 참조).
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)에 의해 수득한 광도를 각각12R3와13R3으로 나타낸다.
IIIb. 측정 과정 2
측정 과정 1에서, 기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도를 동일한 수준으로 조정되지 않는다.
기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도가 동일한 수준인 경우, 농도 측정에 사용되는12CO2와13CO2검정 곡선의 범위를 좁힐 수 있다. 제한된 범위의 검정 곡선을 사용함으로써 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
측정 과정 2에 따라서 기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도를 거의 동일한 수준으로 조정한다. 먼저, 기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도를 예비 측정으로 측정한다. 예비 측정으로 수득한 기재 기체의 CO2농도가 예비 측정으로 수득한 샘플 기체의 CO2농도보다 높은 경우, 기재 기체를 샘플 기체의 CO2농도 수준과 동일한 CO2농도 수준으로 희석하고 기재 기체의 농도를 측정한 후 주측정으로 샘플 기체의 농도를 측정한다.
예비 측정으로 수득한 기재 기체의 CO2농도가 예비 측정으로 수득한 샘플 기체의 CO2농도보다 낮은 경우, 기재 기체의 CO2농도를 주측정으로 측정한다. 샘플 기체를 기재 기체의 CO2농도 수준과 동일한 CO2농도 수준으로 희석한 후, 이의CO2농도를 측정한다.
측정 과정 2는 기재 기체 예비 측정, 샘플 기체 예비 측정, 표준 기체 측정, 기재 기체 측정, 표준 기체 측정, 샘플 기체 측정 및 표준 기체 측정 순서로 수행된다.
IIIb-1. 기재 기체의 예비 측정
깨끗한 표준 기체를 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)을 세정하기 위해서 장치의 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)로 통과시키고, 동시에 표준 기체의 광도를 측정한다.
이어서, 기재 기체를 호흡 공기 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡인된 후, 기계적으로 기체 주입기(21)에 의해 일정한 유량으로 방출된다. 이 때, 기재 기체를 통해 투과된 광도를 검출 소자(25a)를 통해 측정함으로써 흡광도를 결정하고, 기재 기체의 CO2농도를 검정 곡선을 사용하여 흡광도를 기준으로 하여 결정한다.
IIIb-2. 샘플 기체 예비 측정
깨끗한 표준 기체를 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)를 세정하기 위해서 분광 장치의 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)로 통과시키고, 동시에 표준 기체의 광도를 측정한다.
이어서, 샘플 기체를 호흡 공기 샘플링 백으로부터 기체 주입기(21)로 흡인한 후, 기계적으로 기체 주입기(21)에 의해 일정한 유량으로 방출한다. 이 때, 샘플 기체를 통해 투과된 광도를 검출 소자(25a)를 통해 측정함으로써 흡광도를 결정하고, 샘플 기체의 CO2농도를 검정 곡선을 사용하여 흡광도를 기준으로 하여 결정한다.
IIIb-3. 참조 측정
기체 유동 경로를 변경한 후, 표준 기체를 통과시켜 기체 유동 경로와 셀 챔버(11)를 세정한다. 약 30초 경과 후, 광도를 검출 소자(25a)와 (25b)로 측정한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)로 수득한 광도를 각각12R1과13R1으로 나타낸다.
IIIb-4. 기재 기체 측정
"IIIb-1. 기재 기체 예비 측정"에서 제1 검출 소자(25a)를 통해서 수득한 기재 기체의 CO2농도를 "IIIb-2. 샘플 기체 예비 측정"에서 제1 검출 소자(25a)로 수득한 샘플 기체의 CO2농도와 비교한다. 기재 기체의 CO2농도가 샘플 기체의 CO2농도보다 높은 경우, 기재 기체를 샘플 기체의 CO2농도에 등가하는 CO2농도 수준으로 기체 주입기(21) 속의 표준 기체로 희석한 후, 이렇게 희석된 기재 기체의 광도를 측정한다.
2개의 호흡 공기 샘플의 CO2농도가 희석에 의해 거의 동일한 수준으로 조정되기 때문에 사용되는12CO2와13CO2검정 곡선의 범위를 좁힐 수 있다.
이러한 양태의 측정 과정 2는 2개의 호흡 공기 샘플의 CO2농도가 거의 동일한 수준으로 조정되어 일본특허공보 제4(1992)-124141호에 기재되어 있는 바와 같이 CO2농도를 동일한 수준으로 유지시키는 단계를 필수적으로 사용할 필요가 없음을 특징으로 한다. 간단히 기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도를 거의 동일한 수준으로 조정함으로써 제한된 범위의 검정 곡선을 사용할 수 있다. 기재 기체와 샘플 기체의 CO2농도는 실제 측정시 1 내지 5% 범위 내에서 변하기 때문에 CO2농도를 항상 일정한 수준으로 유지하기는 곤란하다.
기재 기체의 CO2농도가 샘플 기체의 CO2농도보다 낮은 경우, 기재 기체는 희석되지 않고 측정이 기재 기체에 대해 수행된다.
기재 기체를 기체 주입기(21)을 사용하여 일정한 유량으로 기계적으로 방출시키고 검출 소자(25a)와 (25b)를 통해 광도를 측정한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)로 수득한 광도를 각각12B와13B로 나타낸다.
IIIb-5. 참조 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정과 표준 기체에 대한 광도 측정을 다시 수행한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)로 수득한 광도를 각각12R2와13R2로 나타낸다.
IIIb-6. 샘플 기체 측정
기재 기체가 "IIIb-4. 기재 기체 측정"에서 희석된 경우, 샘플 기체를 호흡 공기 샘플링 백으로부터 흡인한 후, 기계적으로 기체 주입기(21)를 통해 일정한 유량으로 방출한다. 이때, 검출 소자(25a)와 (25b)를 통해 광도를 측정한다.
기재 기체가 "IIIb-4. 기재 기체 측정"에서 희석되지 않은 경우, 샘플 기체를 기체 주입기(21) 속의 기재 기체의 CO2농도 수준에 등가하는 CO2농도 수준으로 표준 기체로 희석한 후, 샘플 기체를 통해 투과된 광도를 검출 소자(25a)와 (25b)를 통해서 측정한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)로 수득한 광도를 각각12S와13S로 나타낸다.
IIIb-7. 참조 측정
기체 유동 경로 및 셀의 세정과 표준 기체에 대한 광도 측정을 다시 수행한다.
이렇게 제1 검출 소자(25a)와 제2 검출 소자(25b)로 수득한 광도를 각각12R3과13R3로 나타낸다.
IV. 데이터 처리
IV-1. 기재 기체에 대한 흡광도 계산
기재 기체 속의12CO2와13CO2의 흡광도12Abs(B)와13Abs(B)를 측정 과정 1과 측정 과정 2에서 수득한 표준 기체에 대한 투과된 광도12R1,13R1,12R2및13R2와 기재 기체에 대한 투과된 광도12B와13B를 기준으로 하여 계산한다.
다음 수학식으로부터12CO2의 흡광도12Abs(B)를 계산한다;
12Abs(B)=-log[2·12B/(12R1+12R2)]
다음 수학식으로부터13CO2의 흡광도13Abs(B)를 계산한다;
13Abs(B)=-log[2·13B/(13R1+13R2)]
흡광도 계산은 기재 기체 측정으로 수득한 광도와 기재 기체 측정 전후에 수행된 참조 측정으로 수득한 광도의 평균 (12R1+12R2)/2와 (13R1+13R2)/2를 기본으로 하기 때문에 드리프트(diift)의 영향(측정치에 대한 시간 관련 영향)을 제거할 수 있다. 따라서, 장치를 작동시키는 경우, 장치가 열평형에 이를 때까지 기다릴 필요가 없다(장치가 열평형에 이르는 데는 통상적으로 수 시간이 걸린다).
"IIIa" 서두에 기술한 바와 같이 기재 기체 측정, 표준 기체 측정 및 기재 기체 측정 및 샘플 기체 측정, 표준 기체 측정 및 샘플 기체 측정의 측정 과정을 사용하는 경우, 기재 기체 속의12CO2의 흡광도12Abs(B)를 다음 수학식으로부터 계산한다:
12Abs(B)=-log[(12B1+12B2)/2·12R)]
다음 수학식으로부터13CO2의 흡광도13Abs(B)를 계산한다;
13Abs(B)=-log[(13B1+13B2)/2·13R]
상기 식에서,
12R과13R은 표준 기체에 대해 투과된 광도이고,
12B1과13B1은 표준 기체 측정 전에 수득한 기재 기체에 대한 투과 광도이며,
12B2와13B2는 표준 기체 측정 후에 수득한 기재 기체에 대한 투과 광도이다.
IV-2. 샘플 기체의 흡광도 계산
샘플 기체 속의12CO2와13CO2의 흡광도12Abs(S)와13Abs(S)는 측정 과정 1 또는 측정 과정 2로 수득한 표준 기체에 대한 투과 광도12R2,13R2,12R3및13R3와 샘플 기체에 대한 투과 광도12S와13S를 기준으로 하여 계산한다.
12CO2의 흡광도12Abs(S)를 다음 수학식으로부터 계산한다.
12Abs(S)=-log[2·12S/(12R2+12R3)]
13CO2의 흡광도13Abs(S)를 다음 수학식으로부터 계산한다.
13Abs(S)=-log[2·13S/(13R2+13R3)]
흡광도 계산이 샘플 기체 측정에서 수득한 광도와 샘플 기체 측정 전후에 수행한 참조 측정으로 수득한 광도의 평균을 기본으로 하기 때문에 드리프트의 영향은 제거될 수 있다.
"IIIa"의 서두에 기술한 바와 같이 기재 기체 측정, 표준 기체 측정과 기재 기체 측정, 및 샘플 기체 측정, 표준 기체 측정 및 샘플 기체 측정의 측정 과정을 사용하는 경우, 샘플 기체 속의12CO2의 흡광도12Abs(S)를 다음 수학식으로부터 계산한다.
12Abs(S)=-log[(12S1+12S2)/2·12R]
13CO2의 흡광도13Abs(S)를 다음 식으로부터 계산한다.
13Abs(S)=-log[(13S1+13S2)/2·13R]
상기 식에서,
12R과13R은 표준 기체에 대한 투과 광도이고,
12R1과13S1은 표준 기체의 측정 전에 수득한 샘플 기체의 투과 광도이며,
12S2와13S2는 표준 기체의 측정 후에 수득한 샘플 기체의 투과 광도이다.
IV-3. 농도의 계산
12CO2농도와13CO2농도를 검정 곡선을 사용하여 계산한다.
12CO2와13CO2에 대한 검정 곡선은12CO2농도가 공지된 기체 샘플과13CO2농도가 공지된 기체 샘플을 각각 사용하여 수행된 측정을 기준으로 하여 작성한다.
12CO2에 대한 검정 곡선을 작성하기 위해서, 약 0% 내지 약 6%의 범위 내에서 상이한12CO2농도에 대한12CO2흡광도를 측정한다.12CO2농도와12CO2흡광도를 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅하고 곡선을 최소 자승법으로 결정한다. 비교적 오차가 작은 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서 검정 곡선으로 사용한다.
13CO2에 대한 검정 곡선을 작성하기 위해서, 약 0.00% 내지 약 0.07% 범위 내에서 상이한13CO2농도에 대한13CO2흡광도를 측정한다.13CO2농도와13CO2흡광도를 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅하고 곡선을 최소 자승법으로 결정한다. 비교적 오차가 작은 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서 검정 곡선으로 사용한다.
엄격히 말해서,12CO2와13CO2를 각각 함유하는 기체를 개별적으로 측정함으로써 결정한13CO2흡광도는12CO2와13CO2를 둘 다 함유하는 기체를 측정하여 결정한13CO2흡광도와 상이할 수 있다. 이는 파장 필터가 각각의 밴드폭을 갖고12CO2흡광 스펙트럼이12CO2흡광 스펙트럼과 중첩되기 때문이다.12CO2와13CO2를 둘 다 함유하는 기체는 이러한 측정 방법으로 측정되기 때문에 이들 스펙트럼의 중첩은 검정 곡선을 작성하기 위해서 보정되어야 한다. 이러한 측정에 사용되는 검정 곡선은 흡광 스펙트럼의 중첩에 대한 보정을 행해야 한다.
12CO2농도에 대한 검정 곡선을 작성하기 위해서, 약 0% 내지 약 6% 범위 내에서 20개의 상이한12CO2농도에 대한12CO2흡광도를 측정한다.12CO2농도와13CO2흡광도를 도 17A에 나타낸 바와 같이 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한다.
각각의 데이터 포인트를 통과하는 곡선은 최소자승법에 의해 결정된다. 근사 2차 곡선은 오차가 최소이다. 따라서, 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서12CO2에 대한 검정 곡선으로서 사용한다.
그 다음,12CO2에 대한 검정 곡선을 기준으로 하여 사전에 결정된 기재 기체의12CO2농도 주위에 위치하는 5개의 데이터 포인트를 선택한다. 5개의 데이터 포인트는 1.5% 농도 범위 내에 있고 도 17A에 도시된 검정 곡선의 전체 농도 범위 (6%)의 25%에 해당한다. 이어서, 제한된 농도 범위 내의 데이터를 새로운 검정 곡선을 작성하는 데 사용한다(도 17B 참조). 제한된 데이터 범위 내의 검정 곡선의 작성은 근사 곡선에 대한 데이터의 일치성을 향상시킴으로써 검정 곡선의 작성과 관련된 오차를 상당히 감소시킨다. 기재 기체의12CO2농도를12CO2에 대한 새로운 검정 곡선을 사용하여 기재 기체의 흡광도12Abs(B)를 기준으로 하여 결정한다.
샘플 기체의12CO2농도를 동일한 방식으로 결정한다.
13CO2농도에 대한 검정 곡선을 작성하기 위해서, 약 0.00% 내지 약 0.07% 범위 내에서 20개의 상이한13CO2농도에 대한13CO2흡광도를 측정한다.13CO2농도와13CO2흡광도를 도 18A에 도시한 바와 같이 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한다.
각각의 데이터 포인트를 통과하는 곡선을 최소 자승법으로 결정한다. 근사 2차 곡선은 오차가 최소이다. 따라서, 근사 2차 곡선을 이러한 양태에서13CO2에 대한 검정 곡선으로서 사용한다.
그 다음,13CO2에 대한 검정 곡선을 기준으로 하여 사전에 결정된 기재 기체의13CO2농도 주위에 위치하는 5개의 데이터 포인트를 선택한다. 5개의 데이터 포인트는 0.015%의 농도 범위 내에 있으며 도 18A에 도시된 검정 곡선의 전체 농도 범위(0.07%)의 약 1/4에 해당한다. 이어서, 제한된 농도 범위 내의 데이터를 새로운 검정 곡선 작성에 사용한다(도 18B 참조). 제한된 데이터 범위 내의 검정 곡선의 작성은 근사 곡선에 대한 일치성을 향상시킴으로써 검정 곡선 작성과 관련된 오차를 상당히 감소시킨다. 기재 기체의13CO2농도를13CO2에 대한 새로운 검정 곡선을 사용함으로써 기재 기체의 흡광도13Abs(B)를 기준으로 하여 결정한다.
샘플 기체의13CO2농도도 동일한 방식으로 결정한다.
기재 기체의12CO2농도와13CO2농도를 각각12Conc(B)와13Conc(B)로 나타낸다. 샘플 기체의12CO2농도와13CO2농도를 각각12Conc(S)와13Conc(S)로 나타낸다.
IV-4. 농도 비의 계산
13CO2대12CO2의 농도 비를 결정한다. 기재 기체와 샘플 기체 속에서의 농도 비를 각각13Conc(B)/12Conc(B)와13Conc(S)/12Conc(S)로 나타낸다.
또한, 기재 기체와 샘플 기체 속에서의 농도 비를 각각13Conc(B)/12Conc(B)+13Conc(B)와13Conc(S)/12Conc(S)+13Conc(S)로 정의할 수 있다.12CO2농도가13CO2농도보다 훨씬 높기 때문에 전자 및 후자 방식으로 표현된 농도 비는 거의 동일하다.
IV-5a. 농도 비의 보정
"배경 기술"에서 기술한 바와 같이, 위에서 언급한 방식으로 수득한 농도 비는12CO2농도에 따라 실제 농도로부터 이탈한다.
편차의 원인은 아직 밝혀지지는 않았지만, 편차는12CO2농도에 따른 반사율, 굴절율 및 표류 광과 같은 분광학적 특성과 검정 곡선의 작성에 사용되는 최소자승법의 오차 특성에 기인하는 것으로 생각된다.
편차를 보정하지 않고서 농도 비를 결정하는 경우, 중대한 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 농도 비는 동일하지만12CO2농도가 상이한 기체 샘플들 속의12CO2와13CO2의 흡광도12Abs와13Abs를 측정하고 기체 속의13CO2및12CO2농도와13CO2농도비를 검정 곡선을 사용하여 결정한다. 이어서,12CO2농도12Conc와 농도 비13Conc/12Conc를 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅한다.
결과를 도 1에 나타낸다.
도 1의 그래프에서 세로축으로 플롯팅된 농도 비를 표준화되지 않은 것이다. 농도 비는 데이터의 용이한 처리를 위해서 표준화될 수 있다. 도 19는 농도 비의 표준화에 의해 수득한 그래프를 나타내는데, 여기서, CO2농도가 가장 낮은 기체 샘플 속에서의 농도 비를 "1"로 간주한다. (이후, 이렇게 표준화된 농도 비를 "표준화된 농도 비"라고 한다.)
이들 플롯팅된 데이터를 수용하는 근사 곡선을 수득하기 위해서, 최소자승법을 데이터의 근사에 사용한다. 다음 수학식 1의 4차 함수가 가장 정확한 근사 곡선을 제공하는 것으로 경험적으로 공지되어 있다.
[수학식 1]
F(x) = ax4+ bx3+ cx2+ dx +e
상기 수학식 1에서,
F는 표준화된 농도 비이고,
a 내지 d는 계수이고,
e는 상수이며,
x는12CO2농도이다.
따라서, 수학식 1의 4차 함수를 보정 식으로 사용한다. 또한, 스플라인(spline) 함수를 사용할 수 있다.
표준화된13CO2/12CO2농도 비를 환자의 호흡 공기 샘플 속의12CO2농도12Conc(B)와12Con(S)를 기준으로 하여 수학식 1의 보정 식으로부터 계산한다. 이어서, 측정하여 수득한 기재 기체와 샘플 기체의 농도 비13Conc(B)/12Conc(B)와13Conc(S)/12Conc(S)를 각각 수학식 1의 보정 식으로부터 계산된 표준화된 농도 비로 나눈다. 따라서, 보정된 농도 비는 다음과 같이 수득된다.
보정된 농도 비 =13Conc(B)/[12Conc(B)·F(12Conc(B))]
보정된 농도 비 =13Conc(S)/[12Conc(S)·F(12Conc(S))]
IV-5b. 농도 비의 보정
기재 기체와 샘플 기체의13CO2농도를 본 발명에 따라 산소 농도에 대해 보정한다.
13CO2농도 비는13CO2농도 비 측정치를 기체 샘플의 산소 함량에 대해 플롯팅한 그래프(도 2)를 사용하여 보정한다.
보다 구체적으로, 표준화된13CO2농도 비를 O2감지기를 통해 측정한 호흡 공기 샘플 속의 산소의 농도를 기준으로 하여 도 2에 도시된 그래프로부터 수득한다. 이어서, 기재 기체와 샘플 기체의13CO2농도 비를 각각 표준화된13CO2농도 비로 나눈다. 따라서, 산소 농도에 따라 보정된13CO2농도 비를 수득할 수 있다.
IV-6. 13 C의 변화 측정
샘플 기체와 기재 기체 사이의13C의 차를 다음 수학식으로부터 계산한다.
△13C = [샘플 기체의 농도 비 - 기재 기체의 농도 비] × 103/ [기재 기체의 농도 비]
(단위: 밀(mill)당)
V. 변형
본 발명은 위에서 기술한 양태로 제한되지 않는다. 위에서 기술한 양태에서, 기재 기체와 샘플 기체의12CO2와13CO2를 결정한 후, 이의 농도 비를 계산하고, 농도 비를 산소 농도에 따라 보정한다. 또한, 기재 기체와 샘플 기체의12CO2와13CO2농도를 결정하고12CO2와13CO2농도를 산소 농도에 따른 보정을 통해 보정한 후에 농도 비를 결정할 수 있다.
VI. 실험
V-1.
농도12Conc가 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 및 6%이고 농도 비13Conc/12Conc가 1.077%인12CO2를 각각 함유하는 기체 샘플의 흡광도를 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법에 따라 측정한다. 기체 샘플의12CO2농도12Conc와13CO2농도13Conc를 검정 곡선을 사용하여 측정된 흡광도를 기준으로 하여 결정한다.12CO2농도12Conc와 농도 비13Conc/12Conc를 도 20에 나타낸 바와 같이 각각 가로축과 세로축으로 플롯팅한다.
농도 비13Conc/12Conc의 최대값과 최소값은 각각 1.083%와 1.076%이며 이들의 차는 0.007%이다.
이어서, 농도 비13Conc/12Conc를 수학식 1의 보정식을 사용하여 보정함으로써 도 21에 나타낸 바와 같은 덜 심한 파상 곡선을 제공한다. 도 21에서, 농도 비13Conc/12Conc의 최대값과 최소값은 각각 1.078%와 1.076%이고 이들의 차는 0.0015%이다.
따라서, 수학식 1의 보정식을 사용하여 보정함으로써 농도 비13Conc/12Conc의 변화를 상당히 감소시킨다.
VI-2
농도12Conc가 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 및 6%이고 농도 비13Conc/12Conc가 1.065%인12CO2를 각각 함유하는 기체 샘플의 흡광도를 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법에 따라 측정한다.12Conc와13Conc를 도 17A와 도 18A에 나타낸 검정 곡선을 사용하여 측정된 흡광도를 기준으로 하여 결정한다.12CO2농도12Conc와 농도 비13Conc/12Conc를 도 22에 나타낸 바와 같이 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅한다.
농도 비13Conc/12Conc의 최대값과 최소값은 각각 1.077%와 1.057%이며 이들의 차는 0.02%이다.
이어서, 농도 비13Conc/12Conc를 도 17A와 18A에 나타낸 검정 곡선을 사용한 후, 도 17B와 18B에 나타낸 제한 범위의 검정 곡선을 사용하여 결정함으로써 도 23에 도시된 바와 같은 덜 심한 파상 곡선을 제공한다. 도 23에서, 농도 비13Conc/12Conc의 최대값과 최소값은 각각 1.066%와 1.064%이고 이들의 차는 0.002%이다.
따라서, 보정 곡선을 다시 작성한 본 발명의 방법은 농도 비13Conc/12Conc의 변화를 상당히 감소시킨다.
VI-3
공지된13CO2농도 비가 상이하고 각종 농도의 산소(90% 이하)를 함유하는 기체 샘플들의 흡광도를 측정한 후,13CO2농도 비를 검정 곡선을 사용하여 측정된 흡광도를 기준으로 하여 결정한다. 또한, 이렇게 결정한13CO2농도 비를 도 2에 도시된 보정선을 사용하여 보정한다.
실제13CO2농도 비와 이렇게 보정한13CO2농도 비를 표준화하고 도 24에 도시된 바와 같이 각각 가로축과 세로축으로서 플롯팅한다.
도 24에서, 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비 사이의 관계는 약 1:1(또는 도 24에서 작성된 곡선의 범위는 약 1이다). 실제13CO2농도 비와 측정된13CO2농도 비의 관계가 약 1:0.3(또는 작성된 곡선의 범위는 약 0.3이다)인 도 4에 도시된 바와 같은 선행 기술과 비교해 보면, 측정의 정확도는 보정을 수행함으로써 매우 향상되었다.
따라서, 보정선을 사용한 보정은13CO2농도 비의 측정의 정확도를 매우 향상시킨다.
VI-4.
이산화탄소를 함유하는 동일한 샘플 기체의12CO2농도를 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 장치를 사용하여 수회 측정한다.
장치를 1시간 워밍 업(warming-up)한 후, 표준 기체 측정, 샘플 기체 측정, 표준 기체 측정, 샘플 기체 측정 및 표준 기체 측정으로 이루어진 측정 과정을 동일한 샘플 기체에 대해 10회 수행된다. 샘플 기체 속의12CO2의 흡광도를 샘플 기체 측정 전후에 수행된 표준 기체 측정으로 수득한 값의 평균을 기준으로 하여 결정하는 본 발명의 방법 A와 샘플 기체 속의12CO2의 흡광도를 샘플 기체 측정 전에만 수행된 참조 측정으로 수득한 값을 기준으로 하여 결정하는 선행 기술의 방법 B에 따라서12CO2농도를 측정 과정의 각각의 주기에서 측정한다.
방법 A에 따른 농도 계산의 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서 제2 측정 및 후속 측정으로 수득한 농도를 제1 측정으로 수득한 농도를 "1"로 간주하여 표준화한다. 방법 A에 따라 계산된 농도 데이터의 표준 편차는 0.0009이다.
Figure pct00001
방법 B에 따른 농도 계산의 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에서 제2 측정 및 후속 측정으로 수득한 농도를 제1 측정으로 수득한 농도를 "1"로 간주하여 표준화한다. 방법 B에 따라 계산한 농도 데이터의 표준 편차는 0.0013이다.
Figure pct00002
위의 결과로부터 이해할 수 있듯이, 흡광도를 샘플 기체에 대해 측정한 광도와 표준 기체에 대해 측정한 광도의 평균을 기준으로 하여 결정하는 본 발명의 방법은 변화가 거의 없는 농도 데이터를 제공한다.

Claims (22)

  1. 여러 종의 성분 기체들을 함유하는 기체 시험 샘플들을 셀에 도입하는 단계, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하는 단계 및 광도 데이터를 처리하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체의 분광학적 측정방법으로서,
    기체 시험 샘플을 셀에 도입하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체 각각의 흡광도를 측정하는 제1 단계,
    검정 곡선을 기준으로 하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체의 농도와 농도 비를 결정하는 제2 단계 및
    성분 기체들을 공지된 농도 비와 공지된 농도로 각각 함유하는 기체 샘플 중의 성분 기체들의 흡광도를 측정하고, 검정 곡선을 기준으로 하여 기체 샘플 중의 성분 기체들의 농도와 농도 비를 결정한 다음, 기체 샘플 중의 성분 기체들의 결정된 농도와 농도 비를 플롯팅하고, 성분 기체들에 대한 농도 비 보정값으로 제2 단계에서 수득한 성분 기체들의 농도 비를 각각 나누어 기체 샘플 중의 성분 기체들의 농도 비를 보정함으로써 예비작성된 보정 곡선을 사용하여 제2 단계에서 수득한 성분 기체들의 농도를 기준으로 하여 성분 기체에 대한 농도 비 보정값을 수득하는 제3 단계를 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제3 단계에서 작성된 보정 곡선이 제3 단계에서 결정된 기체 샘플 중의 성분 기체들의 농도와 농도 비 사이의 관계를 각각 나타내는 근사 4차(fourth-order) 곡선인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 여러 종의 성분 기체들이12CO2와13CO2를 포함하는 방법.
  4. 여러 종의 성분 기체들을 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하는 단계 및 광도 데이터를 처리하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체들의 농도를 결정하는 단계를 포함하여 동위원소 기체를 분광학적으로 측정하는 방법으로서,
    기체 시험 샘플을 셀에 도입하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체 각각의 흡광도를 측정하는 제1 단계,
    소정의 범위 내에서 성분 기체들을 공지된 농도로 각각 함유하는 기체 샘플을 측정하여 수득한 데이터를 사용하여 작성된 검정 곡선을 기준으로 하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체들의 농도를 임시로 결정하는 제2 단계 및
    제2 단계에서 임시로 결정된 기체 시험 샘플 중의 성분 기체들의 농도 주위의 제한된 범위 내의 몇몇 데이터를 사용하여 새로운 검정 곡선을 작성하고 작성된 검정 곡선을 사용하여 기체 시험 샘플 중의 성분 기체들의 농도를 결정하는 제3 단계를 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 여러 종의 성분 기체들이12CO2와13CO2를 포함하는 방법.
  6. 13CO2를 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계,13CO2에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하는 단계 및 광도 데이터를 처리하여 기체 시험 샘플 중의13CO2농도를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체의 분광학적 측정방법으로서,
    기체 시험 샘플을 셀에 도입하여 기체 시험 샘플 중의13CO2의 흡광도를 측정하는 제1 단계,
    검정 곡선을 기준으로 하여 기체 시험 샘플 중의13CO2의 농도를 결정하는 제 2 단계 및
    기체 시험 샘플 중의 산소 농도를 측정하고, 보정 곡선(이는13CO2와 산소를 공지된 농도로 함유하는 기체 샘플 중의13CO2의 흡광도를 측정함으로써 예비작성된다)과 측정된 산소 농도를 기준으로 하여13CO2에 대한 농도 보정값을 수득하고, 검정 곡선을 기준으로 하여 기체 샘플 중의13CO2농도를 결정한 다음, 산소 농도에 대해 결정된13CO2농도를 플롯팅하고, 보정 곡선을 기준으로 하여 결정된13CO2에 대한 농도 보정값으로 제2 단계에서 수득한13CO2농도를 나누어 기체 시험 샘플 중의13CO2농도를 보정하는 제3 단계를 특징으로 하는 방법.
  7. 12CO2와13CO2를 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계,12CO2와13CO2에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하는 단계 및 광도의 데이터를 처리하여 기체 시험 샘플 중의13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체를 분광학적 측정방법으로서,
    기체 시험 샘플을 셀에 도입하여 기체 시험 샘플 중의12CO2와13CO2의 흡광도를 측정하는 제1 단계,
    검정 곡선을 기준으로 하여 기체 시험 샘플 중의13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 결정하는 제2 단계 및
    기체 시험 샘플 중의 산소 농도를 측정하고, 보정 곡선(이는12CO2,13CO2및 산소를 공지된 농도로 함유하는 기체 샘플 중의12CO2와13CO2의 흡광도를 측정하여예비작성된다)과 측정된 산소 농도를 기준으로 하여13CO2와12CO2에 대한 농도 보정값 또는 농도 비 보정값을 수득하고, 검정 곡선을 기준으로 하여 기체 샘플 중의13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 결정한 다음, 산소 농도에 대해 결정된13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 플롯팅하며, 보정 곡선을 기준으로 하여 결정된 농도 보정값 또는 농도 비 보정값으로 제2 단계에서 결정된13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 각각 나누어 기체 시험 샘플 중의13CO2와12CO2의 농도 또는 농도 비를 보정하는 제3 단계를 특징으로 하는 방법.
  8. 여러 종의 성분 기체들을 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계, 각각의 성분 기체에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광의 흡광도를 측정하는 단계 및 성분 기체들을 공지된 농도로 각각 함유하는 기체 샘플을 측정하여 작성한 검정 곡선을 기준으로 하여 각각의 성분 기체의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체를 분광학적 측정방법으로서,
    광도를 셀에 충전된 표준 기체로 측정하는 표준 기체 측정과 광도를 셀에 충전된 기체 시험 샘플로 측정하는 샘플 측정을 번갈아 수행하고 샘플 측정에서 수득한 광도와 샘플 측정 전후에 수행된 표준 기체 측정에서 수득한 광도의 평균을 기준으로 하여 흡광도를 결정함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 여러 종의 성분 기체들이12CO2와13CO2를 포함하는 방법.
  10. 여러 종의 성분 기체들을 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광의 흡광도를 측정하는 단계 및 성분 기체들을 공지된 농도로 각각 함유하는 기체 샘플을 측정하여 작성된 검정 곡선을 기준으로 하여 성분 기체 각각의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체를 분광학적 측정방법으로서,
    광도를 셀에 충전된 표준 기체로 측정하는 표준 기체 측정과 광도를 셀에 충전된 기체 시험 샘플로 측정하는 샘플 측정을 번갈아 수행하고, 표준 기체 측정에서 수득한 광도와 표준 기체 측정 전후에 수행된 샘플 측정에서 수득한 평균 광도를 기준으로 하여 흡광도를 결정함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 여러 종의 성분 기체들이12CO2와13CO2를 포함하는 방법.
  12. 12CO2와13CO2를 성분 기체들로서 함유하는 기체 시험 샘플을 셀에 도입하는 단계, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광의 흡광도를 측정하는 단계 및 성분 기체들을 공지된 농도로 각각 함유하는 기체 샘플을 측정하여 작성된 검정 곡선을 기준으로 하여 성분 기체 각각의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 동위원소 기체의 분광학적 측정방법으로서,
    한 생체에서 수득한 2개의 기체 시험 샘플을 측정하고, 2개의 기체 시험 샘플 중에서 하나의12CO2농도가 다른 기체 시험 샘플의12CO2농도보다 높은 경우, 하나의 기체 시험 샘플을 다른 기체 시험 샘플과 동일한12CO2농도 수준으로 희석시킨 다음, 각각의 기체 시험 샘플 중의13CO2/12CO2농도 비를 결정함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 한 생체에서 수득한 제1 기체 시험 샘플과 제2 기체 시험 샘플의 CO2농도를 각각 예비 측정으로 측정하고, 제1 기체 시험 샘플 중에서 측정한 CO2농도가 제2 기체 시험 샘플 중에서 측정한 CO2농도보다 높은 경우, 제1 기체 시험 샘플을 제2 기체 시험 샘플과 동일한 CO2농도 수준으로 희석시킨 다음, 희석된 제1 기체 시험 샘플 중의13CO2/12CO2농도 비가 결정되고 제2 기체 시험 샘플 중의13CO2/12CO2농도 비가 주 측정(main measurement)에서 결정되는, 예비 측정과 주 측정을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 한 생체에서 수득한 제1 기체 시험 샘플과 제2 기체 시험 샘플의 CO2농도가 각각 예비 측정에서 측정되고, 제1 기체 시험 샘플 중의 측정된 CO2농도가 제2 기체 시험 샘플 중의 측정된 CO2농도보다 낮은 경우, 제1 기체 시험 샘플 중의13CO2/12CO2농도 비가 결정된 다음, 제2 기체 시험 샘플이 제1 기체 시험 샘플과 동일한 CO2농도 수준으로 희석되고, 희석된 제2 시험 샘플 중의13CO2/12CO2농도 비가 주 측정(main measurement)에서 결정되는, 예비 측정과 주 측정을 특징으로 하는 방법.
  15. 기체 시험 샘플을 셀에 도입한 다음, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하고, 광도의 데이터를 처리함으로써 기체 시험 샘플 중의 여러 종의 성분 기체들의 농도를 결정하기에 적합한 동위원소 기체들의 분광학적 측정장치로서,
    광도를 측정하는 동안, 기체 시험 샘플을 안으로 흡인한 다음, 이 샘플을 일정한 속도로 기계적으로 방출하여 셀에 주입하는 기체 주입 수단을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 안으로 도입된 기체 시험 샘플을 수용하는 셀을 일정한 온도로 유지시키는 온도 유지 수단을 특징으로 하는 장치.
  17. 기체 시험 샘플을 셀에 도입한 다음, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하고, 광도의 데이터를 처리함으로써 기체 시험 샘플 중의 여러 종의 성분 기체들의 농도를 결정하기에 적합한 동위원소 기체의 분광학적 측정장치로서,
    안으로 도입된 기체 시험 샘플을 수용하는 셀이 광원과 광수용체 사이의 광 경로에 위치하고, 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀이 셀에 의해 차지되지 않는 광 경로의 일부에 위치함을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 표준 기체를 일정한 유속으로 표준 셀을 통해 끊임 없이 통과시키는 기체 유동 발생 수단을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 안으로 도입된 기체 시험 샘플을 수용하는 셀과 표준 셀을 일정한 온도로 유지시키는 온도 유지 수단을 특징으로 하는 장치.
  20. 기체 시험 샘플을 2개의 셀에 도입한 다음, 성분 기체 각각에 적합한 파장에서 기체 시험 샘플을 통해 투과된 광도를 측정하고, 광도의 데이터를 처리함으로써 기체 시험 샘플 중의 여러 종의 성분 기체들의 농도를 결정하기에 적합한 동위원소 기체의 분광학적 측정장치로서,
    안으로 도입된 기체 시험 샘플을 수용하는 2개의 셀이 광원과 광수용체 사이의 광 경로를 따라 위치하며 길이가 다르고, 측정 파장에서 흡수되지 않는 표준 기체로 충전된 표준 셀이 2개의 셀 중 보다 짧은 셀과 광수용체 사이 또는 광원과 보다 짧은 셀 사이에 위치함을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 표준 기체를 일정한 유량으로 표준 셀을 통해 끊임 없이 통과시키는 기체 유동 발생 수단을 특징으로 하는 장치.
  22. 제20항에 있어서, 안으로 도입된 기체 시험 샘플을 수용하는 셀과 표준 셀을 일정한 온도로 유지시키는 온도 유지 수단을 특징으로 하는 장치.
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