JP2002098635A - 同位体ガス分析測定における炭酸ガス吸収剤の能力判定方法 - Google Patents
同位体ガス分析測定における炭酸ガス吸収剤の能力判定方法Info
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Abstract
CO2の吸光度を正確に測定するために、測定前に、C
O2の濃度がゼロのリファレンスガス、具体的には炭酸
ガス吸収剤に通した空気を、セルに満たしてリファレン
ス吸光測定を行っているが、炭酸ガス吸収剤を使用する
と、炭酸ガス吸収剤が劣化してくるので、その交換時期
の判断が難しくなってくる。 【解決手段】炭酸ガス吸収剤の入った容器36を通った
空気を、セル11に導き、光量を測定する第1の工程
と、炭酸ガス吸収剤36の入った容器を通らない空気
を、バルブV5からセル11に導き、光量を測定する第
2の工程とを有し、第1の工程で測定した光量と、第2
の工程で測定した光量との比をしきい値と比較すること
により、炭酸ガス吸収剤の能力を判定する。 【効果】判定に個人差が出ず、また、炭酸ガス吸収剤を
能力いっぱいまで使用でき、信頼性の高い同位体ガスの
分光測定が行える。
Description
投与した後、同位体の濃度比の変化を測定することによ
り、生体の代謝機能が測定できるので、同位体の分析
は、医療の分野で病気の診断に利用されている。本発明
は、同位体の光吸収特性の相違に着目して、同位体ガス
の濃度比を測定する同位体ガス分析測定方法に関するも
のである。
リコバクタピロリー(HP)と言われているバクテリア
が存在することが知られている。患者の胃の中にHPが
存在すれば、抗生物質の投与による除菌治療を行う必要
がある。したがって、患者にHPが存在するか否かを確
認することが重要である。HPは、強いウレアーゼ活性
を持っていて、尿素を二酸化炭素とアンモニアに分解す
る。
他、質量数が13や14の同位体が存在するが、これら
の同位体の中で質量数が13の同位体13Cは、放射性が
なく、安定して存在するため取り扱いが容易である。そ
こで、同位体13Cでマーキングした尿素を生体に投与し
た後、最終代謝産物である患者の呼気中の13CO2の濃
度、具体的には13CO2と12CO2との濃度比を測定する
ことができれば、HPの存在を確認することができる。
は、自然界では1:100もあり、このため患者の呼気
中の濃度比を精度よく測定することは難しい。従来、13
CO2と12CO2との濃度比を求める方法として、赤外分
光を用いる方法が知られている(特公昭61-42219号公
報、特公昭61-42220号公報参照)。特公昭61-42220号記
載の方法は、長短2本のセルを用意し、一方のセルでの
13CO2の吸収と、他方のセルでの12CO2の吸収が等し
くなるようなセルの長さにし、各セルに、それぞれの分
析に適した波長の光を当てて、透過光の強度を測定す
る。この方法によれば、自然界の濃度比での光吸収比を
1にすることができ、これから濃度比がずれると、ずれ
た分だけ光吸収比が変化するので、濃度比の変化を知る
ことができる。
度を正確に測定するために、測定前に、CO2の濃度が
ゼロのリファレンスガス、具体的には炭酸ガス吸収剤に
通した空気を、セルに満たしてリファレンス吸光測定を
行っている。
吸収剤を使用すると、炭酸ガス吸収剤が劣化してくるの
で、その交換時期の判断が難しくなってくる。測定回数
により交換時期を表示するか、炭酸ガス吸収剤が炭酸ガ
スと反応して着色する場合はその色の変化によって、交
換時期を判断することが考えられる。ところが、測定回
数により交換時期を判断すると、炭酸ガス吸収剤のロッ
トの違いにより、誤差が出てくる。
またもとの色に戻り、判断が難しくなる。そこで、本発
明は、炭酸ガス吸収剤の劣化の度合いを数値化すること
により、炭酸ガス吸収剤の交換時期を正確に知ることが
できる炭酸ガス吸収剤の能力判定方法を実現することを
目的とする。
の能力判定方法は、炭酸ガス吸収剤の入った容器を通っ
た空気を、前記セルに導き、光量を測定する第1の工程
と、炭酸ガス吸収剤の入った容器を通らない空気を、前
記セルに導き、光量を測定する第2の工程とを有し、第
1の工程で測定した光量と、第2の工程で測定した光量
とに基づいて、前記炭酸ガス吸収剤の能力を判定するこ
とを特徴とする。
った容器を通った空気と、炭酸ガス吸収剤の入った容器
を通らない空気とを、ともに光学的に測定して、炭酸ガ
ス吸収剤の入った容器を通った空気が、同容器を通らな
い空気に比べて、どれだけ炭酸ガスが吸収されているの
かを判定することができる。判定方法として、具体的に
は、第1の工程で測定した光量と、第2の工程で測定し
た光量との比を、しきい値と比較することにより炭酸ガ
ス吸収剤の能力を判定することが可能である。
たウレア診断薬を人間に投与した後、呼気中の13CO2
の濃度を分光測定する場合の、本発明の実施の形態を、
添付図面を参照しながら詳細に説明する。 I.呼気テスト まず、ウレア診断薬を投与する前の患者の呼気を呼気バ
ッグに採集する。その後、ウレア診断薬を経口投与し、
約20分後、投与前と同様の方法で呼気バッグに呼気を
採集する。
位体ガス分光測定装置の所定のノズルにセットし、以下
の自動測定を行う。 II.同位体ガス分光測定装置 図1は、同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。投与後の呼気(以下「サンプルガス」と
いう)を採集した呼気バッグと投与前の呼気(以下「ベ
ースガス」という)を採集した呼気バッグとはそれぞれ
ノズルN1 ,N2 にセットされる。ノズルN1 は、金属
パイプ(以下単に「パイプ」という)を通して電磁バル
ブ(以下単に「バルブ」という)V2 につながり、ノズ
ルN2 は、パイプを通してバルブV3 につながってい
る。さらに、空気を取り込むパイプにバルブV5がつな
がっている。
述)から供給されるリファレンスガスは三方に分かれ、
一方は補助セル11cに入り、他方はバルブV1 に通じ
ている。さらに他方は、光源装置Lの温度調節のために
光源装置Lに供給される。補助セル11cに入ったりフ
ァレンスガスは補助セル11cから出てセル室10内に
排出される。バルブV1の出口は、三方バルブV4につな
がり、三方バルブV4 から分かれた一方は、サンプルガ
ス又はべースガスを定量的に注入するためのガス注入器
21が介在している。このガス注入器21は、ピストン
とシリンダーを有する注射器のような形状のもので、ピ
ストンの駆動は、パルスモータと、パルスモータに連結
された送りネジと、ピストンに固定されたナットとの共
働によって行われる(後述)。
を測定するための第1サンプルセル11aにつながって
いる。また、バルブV2、バルブV3、バルブV5からつ
ながる各パイプが、バルブV1と三方バルブV4とを連結
するパイプに合流している。セル室11は、図1に示す
ように、12CO2 の吸収を測定するための短い第1サン
プルセル11a、13CO2 の吸収を測定するための長い
第2サンプルセル11b及びリファレンスガスを流す補
助セル11cからなり、第1サンプルセル11aと第2
サンプルセル11bとは連通しており、第1サンプルセ
ル11aに導かれたガスは、そのまま第2サンプルセル
11bに入り、バルブV6を通して排気されるようにな
っている。また、補助セル11cにはリファレンスガス
が導かれる。
ml、第2サンプルセル11bの容量は約12mlであ
る。第1サンプルセル11aの長さは具体的には13m
mであり、第2サンプルセル11bの長さは具体的には
250mmであり、補助セル11cの長さは具体的には
236mmである。セル室11の端面には、赤外線を透
過させるサファイヤ透過窓が設けられている。セル室1
1は、発泡スチロール等の断熱材(図示せず)で包囲さ
れている符号Lは、赤外線光源装置を示す。赤外線光源
装置Lは赤外線を照射するための2つの導波管23a,
23bを備えている。赤外線発生の方式は、任意のもの
でよく、例えばセラミックスヒータ(表面温度450
℃)等が使用可能である。また、赤外線を一定周期でし
ゃ断し通過させる回転するチョッパ22が取り付けられ
ている。
うち、第1サンプルセル11a及び補助セル11cを通
るものが形成する光路を「第1の光路L1」といい、第
2サンプルセル11bを通るものが形成する光路を「第
2の光路L2」という(図1参照)。符号Dは、セルを
通過した赤外線を検出する赤外線検出装置を示してい
る。赤外線検出装置Dは、第1の光路に置かれた第1の
波長フィルタ24aと第1の検出素子25a、第2の光
路に置かれた第2の波長フィルタ24bと第2の検出素
子25bを備えている。
吸収を測定するため約4280nmの波長の赤外線を通
し、第2の波長フィルタ24bは、13CO2 の吸収を測
定するため約4412nmの波長の赤外線を通すように
設計されている。第1の検出素子25a、第2の検出素
子25bは赤外線を検出する素子である。赤外線検出装
置Dの全体はヒータ及びペルチェ素子により一定温度に
保たれ、パッケージ26a,26bの中はペルチェ素子
27により低温に保たれている。
を換気するファン28,29が設けられている。同位体
ガス分光測定装置の本体に付属して、CO2を除いた空
気を供給するリファレンスガス供給部30が設けられて
いる。リファレンスガス供給部30は、防塵フィルタ3
1,コンプレッサ32,水分除去部33,ドライフィル
タ34,流量計35,炭酸ガス吸収部36を直列につな
いだ構成となっている。
ム(水酸化ナトリウムと水酸化カルシウムとを混合した
もの)を炭酸ガス吸収剤として用いている。図2は、被
測定ガスを定量的に注入するためのガス注入器21を示
す平面図(同図(a) )と正面図(同図(b) )である。ガ
ス注入器21は、基台21aの上に、ピストン21cの
入ったシリンダー21bが配置され、基台21aの下
に、ピストン21cと連結した移動自在なナット21
d、ナット21dと噛み合う送りネジ21e、及び送り
ネジ21eを回転させるパルスモータ21fが配置され
た構造である。
動回路によって、正転、逆転駆動される。パルスモータ
21fの回転によって送りネジ21eが回転すると、回
転方向に応じてナット21dが前後移動し、これによっ
て、ピストン21cが任意の位置に前後移動する。した
がって、シリンダー21bへの被測定ガスの導入と、シ
リンダー21bからの被測定ガスの導出を自在に制御す
ることができる。 III .炭酸ガス吸収剤の能力判定 図3から図6において、ハッチングを施した部分は、気
体の流れていることを意味する。
スガスが常時流れていて、その流速は流量計35 によ
り常に一定に保たれるよう設定される。 III −1.空気の光量測定 図3に示すように、バルブV1を閉じ、バルブV5を開
き、バルブV4を二方だけ開き、シリンダー21b内に
空気を吸い込む。ついで、図4に示すように、バルブV
4を切り換えて、同位体ガス分光測定装置のガス流路及
びセル室11に、シリンダー21b内の空気を一定流量
で注出し、検出素子25aにより、光量測定をする。
得られた光量を12Aと書く。 III −2.リファレンスガス測定 次に、図5に示すように、バルブV1を開き、バルブV
4を二方だけ開いて、リファレンスガスをガス注入器2
1で吸い込む。ベースガスを吸い込んだ後、図6に示す
ように、バルブV4を切り換えてガス注入器21を用い
てべースガスを機械的に一定流量で押し出し、第1サン
プルセル11a、第2サンプルセル11bをリファレン
スガスで満たす。
測定をする。このようにして、第1の検出素子25aで
得られた光量を12Rと書く。 III−3.データ処理 強度比の算出 まず、前記空気の透過光量12A 、リファレンスガスの
透過光量12Rを使って、12CO2 の強度比12Ratioを求
める。
酸ガス吸収剤の能力は低下していることを示す。具体的
には、次の表1のような関係がある。
に基づいて、炭酸ガス吸収剤の吸収能力を判定すること
ができる。しきい値(例えば0.990)を設定して、
12Ratioがそれを下回ると、同位体ガス分析測定装置に
設けた液晶表示器(図示せず)を表示させることで、炭
酸ガス吸収剤の劣化をユーザに伝えることができる。ま
た、炭酸ガス吸収剤を交換するまで、同位体ガス分光測
定が出来ないようにしている。
トリウムと水酸化カルシウムとを混合したもの)を使用
した。反応過程を以下に示す。 CO2+H2O+2NaOH→Na2CO3+2H2O Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3+2NaOH 1日複数回測定を行い、炭酸ガス吸収剤の使用時間と、
強度比12Ratioとの関係をプロットしたところ、図7の
ようなグラフが得られた。このグラフから、300時間
あたりを越えると、12Ratioが急激に上昇することが分
かる。
を用いてリファレンスガスを作り、 12CO2 の濃度1%
の被測定ガスをサンプルガスとして、13Cの変化分Δ13
Cを算出した。ここで、「被測定ガス」には、人の呼気
であるサンプルガスやベースガスを使わず、12CO2 の
濃度が1%の空気を1つの大きな呼気バッグに入れて用
いた。呼気バッグには出口が2本付いていてそれぞれを
ノズルN1 ,N2につないだ。
ンスガスの透過光量である。検量線を使って、12CO2
の濃度12Concと13CO2 の濃度13Concとを求め、それら
の濃度比13Conc /12Concを求める。
て、再度行う。Δ13Cは、 Δ13C=〔2回目の濃度比−1回目の濃度比〕×103
/〔1回目の濃度比〕 (単位:パーミル(千分率)) で求める。以上のΔ13Cの算出を10回続けて行う。同
じ被測定ガスなので、Δ13C=0となるはずであるが、
測定誤差があるので、0を中心にしてばらついたデータ
となる。その標準偏差SDをグラフにしたのが、図8で
ある。
す標準偏差SDが、0.30を越えて急に大きくなるの
は、300時間使用したあたりからである。この300
時間を、図7に当てはめると、12Ratio=0.99とい
う基準値が出てくるので、これを炭酸ガス吸収剤交換の
しきい値として採用した。この0.99という値は、一
例であり、装置の仕様により異なるのはもちろんであ
る。
吸収剤の吸収能力を光学的に判定することとしたので、
判定に個人差が出ない。また、炭酸ガス吸収剤を能力い
っぱいまで使用できる、信頼性の高い同位体ガスの分光
測定が行える、炭酸ガス吸収剤のロットの違いがあって
も支障ない、といった各効果が得られる。
ック図である。
器21を示す平面図(同図(a))と正面図(同図(b) )
である。
ある。
ある。
ある。
ある。
との関係をプロットした結果得られたグラフである。
13Cを複数回算出したデータの標準偏差SDとの関係を
プロットしたグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】二酸化炭素13CO2と二酸化炭素12CO2
とを成分ガスとして含む被測定ガスをセルに導き、各成
分ガスに適した波長の透過光の強度を測定する工程と、
炭酸ガス吸収剤の入った容器を通った空気を、リファレ
ンスガスとしてセルに導き、各成分ガスに適した波長の
透過光の強度を測定する工程とを含み、測定結果をデー
タ処理することによって、各成分ガスの濃度を測定する
同位体ガス分析測定方法において、 炭酸ガス吸収剤の入った容器を通った空気を、前記セル
に導き、光量を測定する第1の工程と、 炭酸ガス吸収剤の入った容器を通らない空気を、前記セ
ルに導き、光量を測定する第2の工程とを有し、 第1の工程で測定した光量と、第2の工程で測定した光
量とに基づいて、前記炭酸ガス吸収剤の能力を判定する
ことを特徴とする炭酸ガス吸収剤の能力判定方法。 - 【請求項2】第1の工程で測定した光量と、第2の工程
で測定した光量との比を、しきい値と比較することによ
り炭酸ガス吸収剤の能力を判定することを特徴とする請
求項1記載の炭酸ガス吸収剤の能力判定方法。 - 【請求項3】前記光量は、二酸化炭素12CO2の測定に
適した波長で測定された光量であることを特徴とする請
求項1記載の炭酸ガス吸収剤の能力判定方法。
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