JP4481469B2

JP4481469B2 - 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

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Publication number: JP4481469B2
Application number: JP2000290987A
Authority: JP
Inventors: 正昭森; 康弘久保; 正彦三好; 保浜尾; 宏明水井
Original assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002098635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
同位体の入った薬物を生体に投与した後、同位体の濃度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。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、胃潰瘍、胃炎の原因として、ヘリコバクタピロリー（ＨＰ）と言われているバクテリアが存在することが知られている。
患者の胃の中にＨＰが存在すれば、抗生物質の投与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。
【０００３】
一方、炭素には、質量数が１２のものの他、質量数が１３や１４の同位体が存在するが、これらの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。
【０００４】
ところが、¹³ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比は、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、¹³ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比を求める方法として、赤外分光を用いる方法が知られている（特公昭61-42219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。
【０００５】
前記の方法では、¹²ＣＯ₂や¹³ＣＯ₂の吸光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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように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。
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。
【０００７】
色が変わるものは、空気の流れを止めると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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の炭酸ガス吸収剤の能力判定方法は、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。
【０００９】
前記の構成によれば、炭酸ガス吸収剤の入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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、同位体¹³Ｃでマーキングしたウレア診断薬を人間に投与した後、呼気中の¹³ＣＯ₂ の濃度を分光測定する場合の、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
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。
【００１１】
投与前と投与後の呼気バッグをそれぞれ同位体ガス分光測定装置の所定のノズルにセットし、以下の自動測定を行う。
II．同位体ガス分光測定装置
図１は、同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロック図である。
投与後の呼気（以下「サンプルガス」という）を採集した呼気バッグと投与前の呼気（以下「ベースガス」という）を採集した呼気バッグとはそれぞれノズルＮ1 ，Ｎ2 にセットされる。ノズルＮ1 は、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。
【００１２】
一方、リファレンスガス供給部３０（後述）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）。
【００１３】
三方バルブＶ4 の他方は、¹²ＣＯ₂ の吸収を測定するための第１サンプルセル１１ａにつながっている。また、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。
【００１４】
第１サンプルセル１１ａの容量は約０．６ｍｌ、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１３ｍｍ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１１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。
【００１５】
赤外線光源装置Ｌから照射された赤外線のうち、第１サンプルセル１１ａ及び補助セル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。
【００１６】
第１の波長フィルタ２４ａは、¹²ＣＯ₂ の吸収を測定するため約４２８０ｎｍの波長の赤外線を通し、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。
【００１７】
また、同位体ガス分光測定装置内部の空気を換気するファン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３１，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。
【００１８】
炭酸ガス吸収部３６は、例えばソーダライム（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２１ｄ、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。
【００１９】
前記パルスモータ２１ｆは、図示しない駆動回路によって、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。
【００２０】
測定の間、補助セル１１ｃにはリファレンスガスが常時流れていて、その流速は流量計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Ｖ４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。
【００２１】
このようにして、第１の検出素子２５ａで得られた光量を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Ｖ４を二方だけ開いて、リファレンスガスをガス注入器２１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。
【００２２】
この状態で、検出素子２５ａにより、光量測定をする。
このようにして、第１の検出素子２５ａで得られた光量を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。
【００２３】
ここで¹²Ｒatioは、
¹²Ｒatio ＝¹²Ａ／¹² Ｒ
で求められる。この強度比¹²Ｒatioが１に近いほど、炭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。
【００２４】
【表１】

【００２５】
求められた強度比¹²Ｒatioと、この表１とに基づいて、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。
【００２６】
【実施例】
炭酸ガス吸収剤に、ソーダライム（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。
【００２７】
前記測定と並行して、同じ炭酸ガス吸収剤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Δ¹³Ｃ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。
【００２８】
具体的には、¹²ＣＯ₂ の吸光度¹²Ａbsを、
¹²Ａbs ＝−log 〔¹²Ｓ／¹²Ｒ〕
で求め、¹³ＣＯ₂ の吸光度¹³Ａbsを、
¹³Ａbs ＝−log 〔¹³Ｓ／¹³Ｒ〕
で求める。Ｓはサンプルガスの透過光量、Ｒはリファレ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。
【００２９】
以上の手順を、同じ被測定ガスを対象として、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。
【００３０】
図８によれば、測定データのばらつきを示す標準偏差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。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、炭酸ガス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。
【図面の簡単な説明】
【図１】同位体ガス分光測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】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。
【図３】同位体ガス分光測定装置のガス流路を示す図である。
【図４】同位体ガス分光測定装置のガス流路を示す図である。
【図５】同位体ガス分光測定装置のガス流路を示す図である。
【図６】同位体ガス分光測定装置のガス流路を示す図である。
【図７】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結果得られたグラフである。
【図８】炭酸ガス吸収剤の使用時間と、¹³Ｃの変化分Δ¹³Ｃ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。
【符号の説明】
Ｄ赤外線検出装置
Ｌ赤外線光源装置
Ｎ1 ，Ｎ2 ノズル
Ｖ1 〜Ｖ6 バルブ
１１ａ第１サンプルセル
１１ｂ第２サンプルセル
１１ｃ補助セル
２１ガス注入器
２１ａシリンダー
２１ｂピストン
２４ａ第１の波長フィルタ
２５ａ第１の検出素子
２４ｂ第２の波長フィルタ
２５ｂ第２の検出素子

Claims

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。
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。
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。