JP2001324446A - Apparatus for measuring isotope gas - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに同位体であ
る12C及び13Cを構成元素とする二酸化炭素 12C
O2及び13CO2を含む被測定ガスを非分散形赤外吸
収法を用いて測定することにより、12CO2及び13
CO2の濃度又はその濃度比を求める同位体ガス測定装
置に関する。The present invention relates to the isotopes of
To12C and13Carbon dioxide containing C as a constituent element 12C
O2as well as13CO2Non-dispersive infrared absorption
By measuring using the collection method,12CO2as well as13
CO2Isotope gas measuring device for determining the concentration of
About the installation.
【0002】[0002]
【従来の技術】生体内での代謝、蓄積、排泄などを検査
するために、従来より、同位体トレーサ法と呼ばれる方
法が利用されている。この方法は、生体内にあって追跡
する目的元素や物質と同様の挙動を示す物質を同位体で
標識してトレーサとし、その同位体を追跡することによ
り目的物質の挙動を調べるものである。2. Description of the Related Art Conventionally, a method called an isotope tracer method has been used to examine metabolism, accumulation, excretion and the like in a living body. In this method, a substance that behaves in a living body and exhibits the same behavior as the target element or substance to be tracked is labeled with an isotope to form a tracer, and the behavior of the target substance is examined by tracking the isotope.
【0003】具体的な応用例として、被検者の胃の中に
胃潰瘍などの原因と言われるヘリコバクタピロリ(一般
に「ピロリ菌」と呼ばれるので、以下この名称を使用す
る)が存在するかどうかを調べる検査がある。ピロリ菌
には、尿素を二酸化炭素とアンモニアに分解する性質が
ある。そこで、12Cの同位体である13Cで標識した
尿素を被検者に投与し、その被検者の呼気に含まれる
13CO2の濃度(実際には、12CO2と13CO2
との濃度比)を測定する。被検者の胃の中にピロリ菌が
存在すれば、13CO2の濃度はピロリ菌を有していな
い通常者よりも高い筈であるから、これによりピロリ菌
の存在の有無を推定することができる。[0003] As a specific application example, it is determined whether or not Helicobacter pylori (generally called "H. pylori", henceforth referred to as "H. pylori") is present in the stomach of a subject. There are tests to examine. H. pylori has the property of decomposing urea into carbon dioxide and ammonia. Therefore, urea labeled with 13 C, which is an isotope of 12 C, is administered to a subject, and the urea is included in the breath of the subject.
The concentration of 13 CO 2 (actually, 12 CO 2 and 13 CO 2
Is measured). If H. pylori is present in the subject's stomach, the concentration of 13 CO 2 should be higher than that of a normal person without H. pylori. Can be.
【0004】ところで一般に、被測定ガス中の同位体ガ
ス(例えば12CO2及び13CO 2)の測定には、質
量分析装置を用いる方法と、より簡便な非分散形赤外分
析計を用いる方法とが知られている。質量分析装置を用
いる方法では、精密な測定が行えるという利点はあるも
のの、装置の価格が高く、熟練したオペレータを必要と
する。これに対し、非分散形赤外分析計を用いる方法
は、装置の価格が安く取扱いも容易であることから、今
後、大きく普及するものと思われる。In general, isotope gas in a gas to be measured is generally
(For example,12CO2as well as13CO 2) Measures quality
Method using a mass spectrometer and simpler non-dispersive infrared
A method using an analyzer is known. Use mass spectrometer
Method has the advantage of allowing accurate measurements, but
However, the cost of equipment is high and requires skilled operators
I do. In contrast, a method using a non-dispersive infrared analyzer
Is cheaper and easier to handle.
Later, it is expected to spread widely.
【0005】非分散形赤外分析計を利用した同位体ガス
測定装置の一例は、特許2885687号公報に記載さ
れている。図2は、この従来の同位体ガス測定装置の要
部の概略構成図である。図2において、セル35は、
12CO2測定用の短い第1試料セル35aと、13C
O2測定用の長い第2試料セル35bとを含む。セル3
5の一方の端部には、平板状のセラミックヒータである
光源31と、該光源31から第1及び第2試料セル35
a、35bにそれぞれ赤外光を照射するための2つの導
波管32、33とから成る光源装置30、及び、赤外光
を一定周期で遮断・通過させる回転式のチョッパ34が
設けられている。一方、セル35の反対側の端部には、
セル35を通過した光を検出するための第1及び第2検
出器37、39が配置され、その第1及び第2検出器3
7、39の直前には、それぞれ12CO2の吸収波長
(約4280nm)に対応する光を通過させるバンドパ
スフィルタ36と13CO2の吸収波長(約4412n
m)に対応する光を通過させるバンドパスフィルタ38
とが設けられている。[0005] An example of an isotope gas measurement device using a non-dispersive infrared spectrometer is described in Japanese Patent No. 2888587. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of the conventional isotope gas measuring device. In FIG. 2, the cell 35 is
12 CO and 2 short measurement first sample cell 35a, 13 C
A long second sample cell 35b for measuring O 2 . Cell 3
5 has a light source 31 which is a flat ceramic heater and first and second sample cells 35 from the light source 31.
The light source device 30 includes two waveguides 32 and 33 for irradiating infrared light to the light emitting devices a and 35b, respectively, and a rotary chopper 34 that intercepts and passes infrared light at a constant period. I have. On the other hand, at the opposite end of the cell 35,
First and second detectors 37 and 39 for detecting light passing through the cell 35 are disposed, and the first and second detectors 3 and 39 are provided.
Immediately before 7 and 39, the band-pass filter 36 that passes light corresponding to the absorption wavelength of 12 CO 2 (about 4280 nm) and the absorption wavelength of 13 CO 2 (about 4412 n), respectively.
bandpass filter 38 that passes light corresponding to m)
Are provided.
【0006】この装置における詳細な測定手順に関する
説明は省略するが、上記装置では、互いに連通した第1
及び第2試料セル35a、35bに試料ガスを満たし、
光源31から発し第1及び第2導波管32、33を通っ
た赤外光をその試料ガス中に通過させる。そして、バン
ドパスフィルタ36、38により12CO2及び13C
O2に対応した波長光のみを抜き出し、第1及び第2検
出器37、39により検出している。また、所定周期で
チョッパ34を回転させることにより、赤外光を通過・
遮断し、これにより、検出器37、39の暗電流や外光
の影響などを除去するようにしている。Although a detailed description of the measurement procedure in this device is omitted, in the above device, the first
And the second sample cells 35a, 35b are filled with sample gas,
The infrared light emitted from the light source 31 and having passed through the first and second waveguides 32 and 33 passes through the sample gas. Then, the bandpass filters 36 and 38 control 12 CO 2 and 13 C
Only the wavelength light corresponding to O 2 is extracted and detected by the first and second detectors 37 and 39. In addition, by rotating the chopper 34 at a predetermined cycle, the infrared light
The light is cut off, thereby removing the dark current of the detectors 37 and 39 and the influence of external light.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では次のような問題がある。上記構成では、1
個の光源31から、第1及び第2試料セル35a、35
bに対する2系統の光線を取り出している。この2系統
の光線の光量のばらつきは、測定誤差の一要因である。
光源31自体は1個であるものの、その面積は広いた
め、第1及び第2導波管32、33に対応した部位での
発光光量を完全に揃えることは困難である。また、温度
変動などによってチョッパ34の回転速度が変動するこ
とも、セル35に導入される光量の変動要因となり得
る。However, the above-mentioned conventional apparatus has the following problems. In the above configuration, 1
From the light sources 31, the first and second sample cells 35a, 35
Two lines of light are extracted for b. Variations in the amounts of light of the two light beams are one factor in measurement errors.
Although the number of the light sources 31 is one, since the area is large, it is difficult to completely equalize the light emission amounts at the portions corresponding to the first and second waveguides 32 and 33. In addition, a change in the rotation speed of the chopper 34 due to a temperature change or the like may also be a cause of a change in the amount of light introduced into the cell 35.
【0008】この装置の測定対象である呼気中の二酸化
炭素濃度は、個人差があるとともに同一個人でも身体の
状態により相違する。そのため、診断の指標はその試薬
の適用前後で呼気中の12CO2と13CO2との存在
比率の変化とし、診断閾値としては2.5/mil程度
とされている。この値は、通常の大気中の二酸化炭素を
測定する場合と比べて、2桁以上の高い精度を要求する
ものである。そのため、上述したような要因による測定
誤差は僅かであるものの、このような高精度の測定にと
っては支障となる。勿論、各試料セルに対応してそれぞ
れ別の光源を設けた構成では、更に光量のばらつきが大
きくなることは言うまでもない。[0008] The concentration of carbon dioxide in the breath, which is the measurement target of this device, varies among individuals, and differs even for the same individual depending on the state of the body. Therefore, the diagnostic index is the change in the abundance ratio of 12 CO 2 and 13 CO 2 in the breath before and after the application of the reagent, and the diagnostic threshold is about 2.5 / mil. This value requires a high precision of two digits or more compared to the case of measuring carbon dioxide in the normal atmosphere. Therefore, although the measurement error due to the above-described factors is slight, it hinders such high-accuracy measurement. Of course, in a configuration in which different light sources are provided corresponding to the respective sample cells, it goes without saying that the variation in the light amount is further increased.
【0009】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、光源の光量のばら
つきや変動の影響を受けず、非常に高い精度で同位体ガ
スを測定することができる同位体ガス測定装置を提供す
ることにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to measure an isotope gas with extremely high accuracy without being affected by variations or fluctuations in the light amount of a light source. It is an object of the present invention to provide an isotope gas measuring device capable of performing the above.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る同位体ガス測定装置は、二酸化
炭素12CO2及び13CO2を含む被測定ガスを非分
散形赤外吸収法を用いて測定する同位体ガス測定装置に
おいて、 a)前記被測定ガスが内部に流通される筒状の試料セル
と、 b)該試料セルの内部に設置され、該試料セルの両端側に
向かって赤外光を放射する光源と、 c)前記試料セルの一方の端面に設けられ、二酸化炭素
12CO2に対応する波長の赤外光を検出する第1の光
検出手段と、 d)前記試料セルの他方の端面に設けられ、二酸化炭素
13CO2に対応する波長の光を検出する第2の光検出
手段と、 e)前記第1及び第2の光検出手段による検出信号に基づ
いて、二酸化炭素12CO2及び13CO2のそれぞれ
の濃度又は両者の濃度比を算出する演算処理手段と、を
備えることを特徴としている。SUMMARY OF THE INVENTION An isotope gas measuring apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, uses a non-dispersive infrared ray to measure a gas to be measured including carbon dioxide 12 CO 2 and carbon dioxide 13 CO 2. In an isotope gas measuring apparatus for measuring using an absorption method, a) a cylindrical sample cell through which the gas to be measured flows, and b) both ends of the sample cell which are installed inside the sample cell. A) a light source that emits infrared light toward
12 ) first light detecting means for detecting infrared light having a wavelength corresponding to 12 CO 2 , d) carbon dioxide provided on the other end face of the sample cell,
Second light detecting means for detecting light having a wavelength corresponding to 13 CO 2 , and e) each of carbon dioxide 12 CO 2 and 13 CO 2 based on detection signals from the first and second light detecting means. And a calculation processing means for calculating the density of the two or the density ratio of the two.
【0011】この構成によれば、上記光源から発して第
1の光検出手段に到達するまでの光路において、12C
O2 に対応した赤外光の吸収を測定する。一方、同一
の光源から発して第2の光検出手段に到達するまでの光
路において、13CO2 に対応した赤外光の吸収を測
定する。つまり、同一の光源を利用することにより、発
光光量のばらつきの影響を受けずにすむ。According to this configuration, in the optical path from the light source to the first light detecting means, 12 C
The absorption of infrared light corresponding to O 2 is measured. On the other hand, the absorption of infrared light corresponding to 13 CO 2 is measured in an optical path from the same light source to the second light detection means. That is, by using the same light source, there is no need to be affected by variations in the amount of emitted light.
【0012】また、好ましくは、上記光源を所定周期で
点滅駆動する駆動手段を更に備え、演算処理手段はその
所定周期に応じて、第1及び第2の光検出手段による検
出信号を積算する構成とするとよい。Preferably, the apparatus further comprises driving means for driving the light source to blink on and off at a predetermined cycle, and the arithmetic processing means accumulates detection signals from the first and second light detecting means according to the predetermined cycle. It is good to
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る同位体ガス測
定装置の一実施形態である呼気検査装置について説明す
る。この呼気検査装置は、被検者の呼気に含まれる12
CO2と13CO2との濃度比(以下「12CO2と
13CO2との濃度比」を「同位体ガスの濃度比」とい
う)を測定するための装置である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a breath test apparatus which is an embodiment of the isotope gas measuring apparatus according to the present invention will be described. This breath test apparatus includes 12 breaths included in a subject's breath.
The concentration ratio between CO 2 and 13 CO 2 (hereinafter referred to as “ 12 CO 2 and
The concentration ratio "of 13 CO 2 is a device for measuring) of" concentration ratio of isotope gases ".
【0014】図1はこの呼気検査装置の概略構成図であ
る。この装置のガス流路系は、試料ガス導入管10と、
大気導入管11と、該大気導入管11上に設けられた二
酸化炭素除去フィルタ12と、ガス導入管14と、試料
ガス導入管10又は大気導入管11を選択的にガス導入
管14に接続する三方弁13と、ガス導入管14及び排
気管16が接続された測定セル15と、排気管16に設
けられたポンプ17とから構成される。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the breath test apparatus. The gas flow path system of this device includes a sample gas introduction pipe 10,
The air introduction pipe 11, a carbon dioxide removal filter 12 provided on the air introduction pipe 11, a gas introduction pipe 14, and the sample gas introduction pipe 10 or the atmosphere introduction pipe 11 are selectively connected to the gas introduction pipe 14. It comprises a three-way valve 13, a measurement cell 15 to which a gas introduction pipe 14 and an exhaust pipe 16 are connected, and a pump 17 provided in the exhaust pipe 16.
【0015】測定セル15は内径が4〜5mm程度の略
円筒形状を有し、一方の端面に12CO2 による吸収
波長を通過させる第1バンドパスフィルタ19と第1検
出器20とが配設され、対向する端面には13CO2 に
よる吸収波長を通過させる第2バンドパスフィルタ21
と第2検出器22とが配設されている。第1及び第2検
出器20、22としては焦電形検出器やPbSe形検出
器などが一般的であるが、そのほかに、対象ガスの吸収
波長に合わせた検出感度を有するニューマチック形検出
器(詳細については、例えば島津評論、Vol.46,No.1,p.
29-p.36,1989を参照)が有用である。このニューマチッ
ク形検出器を用いる場合には、第1及び第2バンドパス
フィルタ19、21は不要になる。The measuring cell 15 has a substantially cylindrical shape with an inner diameter of about 4 to 5 mm, and has a first band pass filter 19 and a first detector 20 for passing an absorption wavelength of 12 CO 2 on one end face. And a second bandpass filter 21 for passing the absorption wavelength of 13 CO 2 on the opposite end face.
And a second detector 22 are provided. Pyroelectric detectors and PbSe detectors are generally used as the first and second detectors 20 and 22. In addition, a pneumatic detector having a detection sensitivity corresponding to the absorption wavelength of a target gas is used. (For details, see Shimadzu Review, Vol. 46, No. 1, p.
29-p. 36, 1989) is useful. When this pneumatic detector is used, the first and second bandpass filters 19 and 21 become unnecessary.
【0016】測定セル15内の所定位置には小形の電球
である赤外光源18が配置されており、点灯時には両側
方に光を放射する。この赤外光源18は、光源駆動部2
4により所定周期でもって点滅駆動される。この点滅周
期は水晶振動子等で定められたきわめて正確なものであ
って、その点滅周波数は例えば10Hz程度とするとよ
い。なお、測定セル15の内壁面は、例えば金(Au)
のコーティング等の方法により鏡面としておくことが望
ましい。これによれば、赤外光源18から放射された光
が測定セル15の内壁に当たっても、吸収が少なく、両
端部の検出器20、22に到達する光量の損失が小さく
なることから、測定誤差を小さくすることができる。An infrared light source 18, which is a small light bulb, is disposed at a predetermined position in the measuring cell 15, and emits light to both sides when turned on. This infrared light source 18 is
4 is driven to blink at a predetermined cycle. This blinking cycle is extremely accurate determined by a quartz oscillator or the like, and the blinking frequency is preferably set to, for example, about 10 Hz. The inner wall surface of the measurement cell 15 is made of, for example, gold (Au).
It is desirable to make the mirror surface by a method such as coating. According to this, even if the light emitted from the infrared light source 18 hits the inner wall of the measurement cell 15, the absorption is small and the loss of the amount of light reaching the detectors 20 and 22 at both ends is small, so that the measurement error is reduced. Can be smaller.
【0017】第1及び第2検出器20、22の検出出力
は共に信号処理部23に入力され、信号処理部23では
後述のような演算処理を行うことによって同位体ガスの
濃度比を算出する。制御部25は、操作部26からの指
示に基づいて上記各部の動作を制御するとともに、信号
処理部23で得られた測定結果などを表示部27に表示
させる。The detection outputs of the first and second detectors 20 and 22 are both input to a signal processing unit 23, and the signal processing unit 23 calculates the concentration ratio of the isotope gas by performing arithmetic processing as described later. . The control unit 25 controls the operation of each of the above units based on an instruction from the operation unit 26, and causes the display unit 27 to display the measurement results and the like obtained by the signal processing unit 23.
【0018】なお、この例では、第1検出器20から赤
外光源18までの距離L1を30mm、第2検出器22
から赤外光源18までの距離L2を200mmとしてい
る。これは、対象とする二酸化炭素の濃度が相違するた
め、その両者の吸収による光の減衰の影響を同程度に合
わせ、検出器20、22の入力対出力特性の線形性が良
好な範囲で動作するようにするためである。但し、実際
の計算上では、L2はもっと長いことが好ましく、ここ
では製造上の都合や装置の小型化とのトレードオフを考
慮して上記値を採用している。In this example, the distance L1 from the first detector 20 to the infrared light source 18 is 30 mm, and the second detector 22
The distance L2 from the camera to the infrared light source 18 is set to 200 mm. Since the concentration of the target carbon dioxide is different, the influence of the light attenuation due to the absorption of the two is adjusted to the same degree, and the detectors 20 and 22 operate in a range where the linearity of the input versus output characteristics is good. It is to make it. However, in actual calculation, L2 is preferably longer, and the above value is adopted here in consideration of a trade-off between manufacturing convenience and miniaturization of the apparatus.
【0019】続いて、上記構成の呼気検査装置を用いた
測定について説明する。 (i)参照ガスの測定 まず、参照ガス(ゼロガス)の測定を実行する。この例
では、二酸化炭素を除去した大気を参照ガスとして利用
している。すなわち、制御部25の制御の下で、三方弁
13により図1中に点線で示すように流路が設定され、
ポンプ17が作動される。これにより、大気導入管11
を通して大気が吸引され、二酸化炭素除去フィルタ12
で二酸化炭素が除去されたあとに、ガス導入管14を介
して測定セル15に導入される。そして、測定セル15
内部に拡散して充満し、排気管16を通って外部へと排
出される。Next, a description will be given of a measurement using the breath test apparatus having the above configuration. (I) Measurement of reference gas First, measurement of a reference gas (zero gas) is performed. In this example, the atmosphere from which carbon dioxide has been removed is used as a reference gas. That is, under the control of the control unit 25, a flow path is set by the three-way valve 13 as shown by a dotted line in FIG.
The pump 17 is operated. Thereby, the air introduction pipe 11
The atmosphere is sucked through the CO2 removal filter 12
After the carbon dioxide has been removed in step (a), the gas is introduced into the measurement cell 15 via the gas introduction pipe 14. And the measuring cell 15
It diffuses and fills inside, and is discharged to the outside through the exhaust pipe 16.
【0020】赤外光源18は光源駆動部24により所定
周期で点滅駆動され、赤外光源18から両側方に発した
光は測定セル15内部に充満した、二酸化炭素を含まな
い大気中を通過し、それぞれ適宜の吸収を受けて第1及
び第2バンドパスフィルタ19、21に到達する。そし
て第1及び第2バンドパスフィルタ19、21によりそ
れぞれ所定波長近傍の光のみが抜き出され、第1及び第
2検出器20、22に導入される。赤外光源18は点滅
しているから、第1及び第2検出器20、22は、点灯
時の受光光の強度に応じた受光信号と消灯時の受光信号
(つまり暗電流信号や外光による受光信号)とを上記点
滅周期に応じて交互に出力する。The infrared light source 18 is driven to blink by a light source driving unit 24 at a predetermined cycle, and light emitted from the infrared light source 18 on both sides passes through the atmosphere filled with the measurement cell 15 and containing no carbon dioxide. After receiving the appropriate absorption, the light reaches the first and second band-pass filters 19 and 21. Then, only light near a predetermined wavelength is extracted by the first and second band-pass filters 19 and 21, respectively, and introduced into the first and second detectors 20 and 22. Since the infrared light source 18 is flickering, the first and second detectors 20 and 22 detect the light receiving signal corresponding to the intensity of the light receiving light at the time of lighting and the light receiving signal at the time of turning off the light (that is, a dark current signal or an external light). And a light receiving signal) are alternately output in accordance with the above-mentioned blinking cycle.
【0021】信号処理部23はこの第1及び第2検出器
20、22からの検出信号を受けるとともに、点滅周期
に同期するタイミング信号を制御部25から受け、同期
整流により所定時間の間のそれぞれの検出信号を積算す
る。このとき、第1及び第2検出器20、22に対応し
て測定された値(信号積算値)をI012 及び I0
13 とする。この測定値は参照ガスに対する値として
一旦記憶される。The signal processing unit 23 receives the detection signals from the first and second detectors 20 and 22, receives a timing signal synchronized with the blinking cycle from the control unit 25, and performs synchronous rectification for a predetermined period of time. Are integrated. At this time, the values (signal integrated values) measured corresponding to the first and second detectors 20 and 22 are represented by I 012 and I 0.
It is assumed to be 13 . This measured value is temporarily stored as a value for the reference gas.
【0022】(ii)試料ガス(呼気)の測定 次に、測定対象である試料ガスの測定を実行する。すな
わち、制御部25の制御の下で、三方弁13により図1
中に実線で示すように流路が設定され、ポンプ17が作
動される。これにより、試料ガス導入管10を通して試
料ガス(呼気)が吸引され、ガス導入管14を介して測
定セル15に導入される。そして測定セル15内部に拡
散して充満し、排気管17を通って外部へと排出され
る。(Ii) Measurement of sample gas (expiration) Next, measurement of a sample gas to be measured is performed. That is, under the control of the control unit 25, the three-way valve 13
The flow path is set as shown by a solid line therein, and the pump 17 is operated. As a result, the sample gas (expired gas) is sucked through the sample gas introduction tube 10 and introduced into the measurement cell 15 via the gas introduction tube 14. Then, it diffuses and fills the inside of the measuring cell 15 and is discharged to the outside through the exhaust pipe 17.
【0023】また、赤外光源18は上記参照ガス測定時
と同様に点滅駆動され、このときに第1及び第2検出器
20、22で検出された信号は信号処理部23において
同様に積算処理される。試料ガス測定時には、赤外光源
18から発した赤外光は試料ガスに含まれる二酸化炭素
による強い吸収を受ける。第1バンドパスフィルタ19
では12CO2 による吸収波長近傍のみが抜き出される
から、第1検出器20では12CO2 のみによる吸収の
影響を受けた赤外光が検出される。一方、第2バンドパ
スフィルタ21では13CO2 による吸収波長のみが抜
き出されるから、第2検出器22では13CO2 のみに
よる吸収の影響を受けた赤外光が検出される。このと
き、第1及び第2検出器20、22に対応して測定され
た値(信号積算値)をI12 及び I13 とする。The infrared light source 18 is driven to blink in the same manner as in the above-described reference gas measurement. At this time, the signals detected by the first and second detectors 20 and 22 are integrated by the signal processing unit 23 in the same manner. Is done. When measuring the sample gas, the infrared light emitted from the infrared light source 18 is strongly absorbed by carbon dioxide contained in the sample gas. First bandpass filter 19
Since only the vicinity of the absorption wavelength by 12 CO 2 is extracted, the first detector 20 detects the infrared light affected by the absorption by only 12 CO 2 . On the other hand, since the second bandpass filter 21 extracts only the absorption wavelength of 13 CO 2 , the second detector 22 detects the infrared light affected by the absorption of only 13 CO 2 . At this time, the measured values corresponding to the first and second detectors 20 and 22 (the signal integrated value) to I 12 and I 13.
【0024】信号処理部23では、ランベルト-ベール
の法則を利用した次式に基づいて同位体の存在比Pが算
出される。 P={−ln(I13/I013)/(α13・L’
2)}/{−ln(I12/I012)/(α12・
L’1)} ここで、α12及びα13は12CO2及び13CO2の
吸光度、L’1 及び L’2は12CO2及び13CO2に
対応する測定赤外光の光路長である。本例のように測定
セル15の内径が小さい場合、光路長は赤外光源18か
ら各検出器20、22までの距離と看做すことができる
から、L’1 及び L’2 は上述したL1及びL2とす
ることができる。すなわち、上記式に、I012 、I
013 、I12 及び I13 を適用することにより、
試料ガス中の12CO2と13CO 2との存在比、つまり
は12Cと13Cとの存在比が求まる。In the signal processing section 23, Lambert-Veil
Isotope abundance P is calculated based on the following equation using the law of
Will be issued. P = {− ln (I13/ I013) / (Α13・ L '
2)} / {-ln (I12/ I012) / (Α12・
L′ 1)} where α12And α13Is12CO2as well as13CO2of
The absorbances L'1 and L'2 are12CO2as well as13CO2To
It is the optical path length of the corresponding measurement infrared light. Measured as in this example
When the inner diameter of the cell 15 is small, the optical path length is
To the detectors 20 and 22
Therefore, L'1 and L'2 are L1 and L2 described above.
Can be That is, in the above equation, I012 , I
013 , I12 And I13 By applying
In the sample gas12CO2When13CO 2Abundance ratio, that is,
Is12C and13The abundance ratio with C is determined.
【0025】この装置では、参照ガスの測定と試料ガス
の測定とを引き続いて、又はあまり時間をおかずに行う
ようにすれば(順序は問わない)、赤外光源18の発光
光量の長期的変動(例えば経時劣化による発光量の減少
など)の影響を相殺することができる。また、より短い
時間における発光光量の変動があった場合でも、同一の
赤外光源18を利用しているため、その影響は12CO
2と13CO2の両方に現れ、結果的に相殺されること
になる。In this apparatus, if the measurement of the reference gas and the measurement of the sample gas are performed successively or without taking much time (in any order), the long-term fluctuation of the amount of light emitted from the infrared light source 18 can be obtained. (Eg, a decrease in the amount of light emission due to aging) can be offset. Also, even if there is variation in light emission amount in a shorter time, because it uses the same infrared source 18, the effect is 12 CO
It appears in both 2 and 13 CO 2 , resulting in an offset.
【0026】なお、上記例では、赤外光源18を点滅駆
動する構成としていたが、点灯時の光量と消灯時の光量
との比、つまりは変調率が小さいと信号積算の効果があ
まり得られず、暗電流や外光などが誤差要因となる。そ
こで、このような場合(例えば、光源の点灯/消灯の追
従性が良好でない場合など)には、点滅制御を行う代わ
りに、従来用いられているような機械的チョッパを利用
してもよい。In the above-described example, the infrared light source 18 is configured to be driven to blink. However, if the ratio between the light quantity at the time of lighting and the light quantity at the time of turning off, that is, the modulation rate is small, the effect of signal integration can be obtained too much. Error is caused by dark current, external light, and the like. Therefore, in such a case (for example, when the light source / light-off follow-up performance is not good), a mechanical chopper as conventionally used may be used instead of performing the blinking control.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る同位
体ガス測定装置では、2つの同位体ガスを同時に測定す
る際に同一の光源を利用しているので、光源の発光光量
の短時間の変動の影響を除去して、きわめて精度の高い
測定を行うことができる。また、光源を中心に挟んで両
側に測定セルを配置した構成であるので、光源を小さく
することができる。平板状の大きな光源を利用する場
合、その光源の部位によって発光光量がばらつき易い
が、本発明では光源を小さくすることによって、そのよ
うな発光光量のばらつきも回避することができる。As described above, in the isotope gas measuring apparatus according to the present invention, the same light source is used when two isotope gases are measured at the same time. It is possible to perform extremely accurate measurement by removing the influence of the fluctuation of the measurement. Further, since the measuring cells are arranged on both sides of the light source with the light source at the center, the light source can be made smaller. When a large flat light source is used, the amount of emitted light tends to vary depending on the location of the light source. In the present invention, such a variation in the amount of emitted light can be avoided by reducing the size of the light source.
【0028】また、本発明に係る同位体ガス測定装置に
おいて光源を点滅駆動する構成とすれば、従来の機械的
チョッパと異なり可動部を有していないので、振動に強
く、しかも、チョッパを取り付けるために光源とセルと
の間に窓材を挿入して分離する必要がなく、またチョッ
パ駆動用のモータも不要になるのでコスト的にも有利で
ある。In the isotope gas measuring apparatus according to the present invention, if the light source is configured to be driven to blink, unlike a conventional mechanical chopper, since it does not have a movable portion, it is resistant to vibrations and can be mounted with a chopper. Therefore, there is no need to insert and separate a window material between the light source and the cell, and a chopper driving motor is not required, which is advantageous in cost.
【図1】 本発明に係る同位体ガス測定装置の一実施例
である呼気検査装置のの概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a breath test apparatus which is an embodiment of an isotope gas measurement apparatus according to the present invention.
【図2】 従来の呼気検査装置の要部の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of a conventional breath test apparatus.
10…試料ガス導入管 11…大気導入管 12…二酸化炭素除去フィルタ 13…三方弁 14…ガス導入管 15…測定セル 16…排気管 17…ポンプ 18…赤外光源 19…第1バンドパスフィルタ 20…第1検出器 21…第2バンドパスフィルタ 22…第2検出器 23…信号処理部 24…光源駆動部 25…制御部 26…操作部 27…表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample gas introduction pipe 11 ... Atmosphere introduction pipe 12 ... Carbon dioxide removal filter 13 ... Three-way valve 14 ... Gas introduction pipe 15 ... Measurement cell 16 ... Exhaust pipe 17 ... Pump 18 ... Infrared light source 19 ... 1st band pass filter 20 ... first detector 21 ... second band pass filter 22 ... second detector 23 ... signal processing unit 24 ... light source driving unit 25 ... control unit 26 ... operation unit 27 ... display unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 太生 京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 中野 博司 京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会 社島津製作所内 Fターム(参考) 2G045 AA25 AA35 CB21 CB22 DB01 FA25 FB07 GC30 JA01 JA07 2G059 AA01 BB12 CC04 DD12 EE01 FF08 GG07 HH01 JJ02 JJ24 KK03 KK09 LL02 LL04 MM01 MM15 NN01 NN08 PP04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Taisho Kinoshita 1 Nishinokyo Kuwaharacho, Nakagyo-ku, Kyoto Co., Ltd. Shimadzu Corporation (72) Inventor Hiroshi Nakano 1 Nishinokyo Kuwaharacho, Nakagyo-ku, Kyoto Co., Ltd. Shimadzu Corporation F term (reference) 2G045 AA25 AA35 CB21 CB22 DB01 FA25 FB07 GC30 JA01 JA07 2G059 AA01 BB12 CC04 DD12 EE01 FF08 GG07 HH01 JJ02 JJ24 KK03 KK09 LL02 LL04 MM01 MM15 NN01 NN08 PP04
Claims (1)
含む被測定ガスを非分散形赤外吸収法を用いて測定する
同位体ガス測定装置において、 a)前記被測定ガスが内部に流通される筒状の試料セル
と、 b)該試料セルの内部に設置され、該試料セルの両端側に
向かって赤外光を放射する光源と、 c)前記試料セルの一方の端面に設けられ、二酸化炭素
12CO2に対応する波長の赤外光を検出する第1の光
検出手段と、 d)前記試料セルの他方の端面に設けられ、二酸化炭素
13CO2に対応する波長の光を検出する第2の光検出
手段と、 e)前記第1及び第2の光検出手段による検出信号に基づ
いて、二酸化炭素12CO2及び13CO2のそれぞれ
の濃度又は両者の濃度比を算出する演算処理手段と、 を備えることを特徴とする同位体ガス測定装置。1. An isotope gas measuring device for measuring a gas to be measured containing carbon dioxide 12 CO 2 and 13 CO 2 by using a non-dispersive infrared absorption method, wherein: a) the gas to be measured is circulated therein; A cylindrical sample cell, b) a light source installed inside the sample cell and emitting infrared light toward both ends of the sample cell, c) provided on one end surface of the sample cell, carbon dioxide
12 ) first light detecting means for detecting infrared light having a wavelength corresponding to 12 CO 2 , d) carbon dioxide provided on the other end face of the sample cell,
Second light detecting means for detecting light having a wavelength corresponding to 13 CO 2 , and e) each of carbon dioxide 12 CO 2 and 13 CO 2 based on detection signals from the first and second light detecting means. And an arithmetic processing means for calculating the concentration of the two or the concentration ratio of the two.
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