JPH09105714A

JPH09105714A - 同位体ガス分光測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JPH09105714A
Application number: JP26174495A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kubo; 康弘久保; Katsuhiro Morisawa; 且廣森澤; Yasushi Zashiyuu; 靖座主; Tamotsu Hamao; 保浜尾; Eiji Ikegami; 英司池上; Kazunori Tsutsui; 和典筒井
Original assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JP2947737B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の成分ガスを含む被測定ガスをセルに導
き、分光測定をする場合に、成分ガスの濃度比の測定精
度を向上させる。【解決手段】成分ガスの濃度（¹²ＣＯ₂）が既知で、成
分ガスの濃度比（¹³ＣＯ₂／¹²ＣＯ₂）が一定の被測定
ガスについて、成分ガス（¹³ＣＯ₂，¹²ＣＯ₂）の波長
ごとの吸光度を求め、検量線を用いて成分ガスの濃度（
¹²ＣＯ₂）及び濃度比（¹³ＣＯ₂／¹²ＣＯ₂）を求めプ
ロットすることにより補正線（図１０）を得、被測定ガ
スについて得られた成分ガスの濃度（¹²ＣＯ₂）をこの
補正線に当てはめて成分ガスの濃度比補正量を求め、測
定された成分ガスの濃度比（¹³ＣＯ₂／¹²ＣＯ₂）を、
補正線から得られた成分ガスの濃度比補正量で補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、同位体の濃度変化、又は濃度比の変化を測
定することにより、生体の代謝機能を測定することがで
きるので、同位体の分析は、医療の分野での病気の診断
に利用されている。また、医療の分野以外でも、同位体
の分析は、光合成の研究、植物の代謝作用の研究に利用
され、地球化学分野では生態系のトレースに利用されて
いる。

【０００２】本発明は、同位体の光吸収特性の相違に着
目して、同位体ガスの濃度を測定する同位体ガス分光測
定方法及び測定装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】一般に、胃潰瘍、胃炎の原因として、ス
トレスの他に、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、抗生物質の投与等による
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。

【０００４】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¹³ＣＯ₂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。

【０００５】ところが、¹³ＣＯ₂と¹³ＣＯ₂との濃度比
は、自然界では１：１００と大きく、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６１−４２
２１９号、特公昭６１−４２２２０号公報参照）。

【０００６】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、一方のセルでの¹²ＣＯ₂の吸収とが等しくなるよ
うなセルの長さにし、２本のセルを透過した光を両方の
セルに導いて、それぞれ最大感度を実現する波長での光
強度を測定する方法である。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ずれるの
で、光吸収比の変化を知って濃度比の変化を知ることが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報記載
の方法を用いて濃度比を求めようとしても、次のような
問題がある。¹²ＣＯ₂の濃度と¹³ＣＯ₂の濃度を求める
には、¹²ＣＯ₂濃度の分かっているガスと、¹²ＣＯ₂濃
度の分かっているガスを用いて、それぞれ検量線を作成
しなければならない。

【０００８】¹²ＣＯ₂濃度の検量線を作成するには、¹²
ＣＯ₂濃度を幾通りか変えてみて、 ¹²ＣＯ₂の吸光度を
測定し、横軸を¹²ＣＯ₂濃度にとり、縦軸を¹²ＣＯ₂吸
光度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線を決
定するのが通常である。また、¹³ＣＯ₂濃度の検量線の
作成も同様にして行なう。ところが赤外分光法で濃度を
測定する場合、濃度と吸光度との関係がLambert-Beerの
法則に従うと仮定して検量線を作成するが、Lambert-Be
erの法則自体は近似式であり、実際にはLambert-Beerの
法則に従わないことがある。したがって、前記検量線を
作成しても限られたデータポイントに、検量線がうまく
フィッティングしないことが考えられる。

【０００９】図９は、濃度比（¹³ＣＯ₂濃度／¹²ＣＯ₂
濃度）が一定（１．０７７％）で、 ¹²ＣＯ₂濃度の違う
被測定ガスについてそれぞれ吸光度を測定し、作成され
た検量線を用いて¹²ＣＯ₂濃度を求め、作成された検量
線を用いて¹³ＣＯ₂濃度を求め、それらの濃度比をプロ
ットしたグラフである。同グラフによれば、¹²ＣＯ₂濃
度が異なると、測定された濃度比が実際の濃度比（１．
０７７％）から波打つようにずれている。

【００１０】このずれの原因はよく分からないが、濃度
に依存して反射率、屈折率、迷光などが変化し、さらに
検量線を求めたときに用いた最小自乗法の誤差特性と重
なった結果であると考えられる。このずれの特性を補正
しないで、成分ガスの濃度を求めると、大きな誤差が入
ってくることが予想される。

【００１１】そこで、本発明は、上述の技術的課題を解
決し、複数の成分ガスを含む被測定ガスをセルに導き、
分光測定をする場合に、成分ガスの濃度比を精密に測定
することができる同位体ガス分光測定方法及び測定装置
を実現することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の同位体ガス分光
測定方法は、被測定ガスをセルに導き、各成分ガスの波
長に対応する吸光度を求める第１の工程、既知の濃度の
成分ガスを含む被測定ガスを測定することによって作成
された検量線を用いて、成分ガスの濃度及び濃度比を求
める第２の工程、並びに成分ガスの濃度及び濃度比が既
知の被測定ガスを測定することによって作成された補正
線を用いて、成分ガスの濃度に応じて成分ガスの濃度比
を補正する第３の工程を含むものである。

【００１３】前記の構成によれば、従来の方法と比べ
て、第３の工程において、成分ガスの濃度及び濃度比が
既知の被測定ガスを測定することによって作成された補
正線を用いて、成分ガスの濃度に応じて成分ガスの濃度
比を補正する方法が追加されている。この濃度比の補正
により、成分ガスの濃度比が本来一定であるべきだが、
成分ガスの濃度の違いに応じて成分ガスの濃度比が変動
するという、従来見られていた現象を補正して、成分ガ
スの濃度比の測定精度を高めることができる。

【００１４】前記第３の工程における補正線は、具体的
には、成分ガスの濃度及び濃度比が既知の被測定ガスに
ついて、成分ガスの波長に対応する吸光度を求め、前記
検量線を用いて成分ガスの濃度及び濃度比を求め、求め
られた成分ガスの濃度及び濃度比をプロットすることに
より得られるものであり、前記第３の工程における補正
方法は、被測定ガスについて第２の工程で得られた成分
ガスの濃度を補正線に当てはめて成分ガスの濃度比補正
値を求め、第２の工程で得られた被測定ガスの濃度比
を、補正線から得られた前記成分ガスの濃度比補正値で
割ることにより行う（請求項２）。

【００１５】請求項２の方法において、求められた成分
ガスの濃度及び濃度比の関係は、４次の曲線で近似する
ことができる（請求項３）。図９に示したようなずれの
グラフは、経験上４次曲線で近似できることが分かって
いるからである。複数の成分ガスは、二酸化炭素¹²ＣＯ
₂と、二酸化炭素¹³ＣＯ₂であってよい（請求項４）。

【００１６】また、本発明の同位体ガス分光測定装置
は、前記本発明の同位体ガス分光測定方法を実施するた
めの測定装置であって、データの処理機能の実現手段と
して、セルに導かれた被測定ガスについて測定された、
各成分ガスに適した波長に対応する光の光量に基づいて
吸光度を求める吸光度算出手段と、既知の濃度の成分ガ
スを含む被測定ガスを測定することによって作成された
検量線を用いて、成分ガスの濃度及び濃度比を求める濃
度算出手段と、成分ガスの濃度及び濃度比が既知の被測
定ガスを測定することによって作成された補正線を用い
て、前記濃度算出手段によって求められた成分ガスの濃
度に応じて前記濃度算出手段によって求められた成分ガ
スの濃度比を補正する濃度比補正手段とを含むものであ
る（請求項５）。

【００１７】

【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。呼気バッグの容量は、２５０ｍｌ程度
でよい。その後、ウレア診断薬を経口投与し、１０−１
５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。

【００１８】投与前に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
の自動制御を行う。 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、透明
樹脂パイプ（以下単に「パイプ」という）を通して三方
バルブにＶ₁につながり、ノズルＮ₂は、パイプを通し
て三方バルブＶ₂につながっている。

【００１９】一方、ガスボンベからリファレンスガス
（測定対象波長域に吸収のないガスであれば何でもよ
い。例えば窒素ガス）が供給されている。リファレンス
ガスは二方に分かれ、一方は流量計Ｍ₁を通してリファ
レンスセル１１ｃに入り、他方は流量計Ｍ₂を通して三
方バルブＶ₃に通じている。リファレンスセル１１ｃに
入ったリファレンスガスはリファレンスセル１１ｃから
出てそのまま排出される。

【００２０】三方バルブＶ₃から分かれた一方は、三方
バルブＶ₁につながり、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、三方バルブＶ₂から分かれた一方は、二方バルブ
Ｖ₄を通して第１サンプルセル１１ａにつながり、他方
は三方バルブＶ₁につながっている。さらに、三方ハル
ブＶ₃と第１サンプルセル１１ａとの間には、サンプル
ガス又はベースガスを定量的に注入するためのガス注入
器２１（容量６０ｃｃ）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、ビストンの駆動は、図示しないモータ
と、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。

【００２１】セル室１１は、図１に示すように、¹²ＣＯ
₂の吸収を測定するための短い第１サンプルセル１１
ａ、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リファレンスセ
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１
１ａに導かれたガスは、そのまま第２サンプルセル１１
ｂに入り、排気されるようになっている。また、リファ
レンスセル１１ｃにはリファレンスガスが導かれ、排気
されるようになっている。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１１
ｂの長さは具体的には２５０ｍｍであり、リファレンス
セル１１ｃの長さは具体的には２３６ｍｍである。

【００２２】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２３
ａ，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４５
０℃）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が設けられて
いる。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及びリファレンスセル１１ｃを
通るものが形成する光路を「第１の光路」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」という（図２参照）。

【００２３】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。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（バンド幅約
２０ｎｍ）、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（バンド幅約５０ｎｍ）。第１
の検出素子２５ａ、第２の検出素子２５ｂは赤外線を検
出する素子であれば任意のものでよく、例えばＰｂＳｅ
といった半導体赤外センサが使用される。

【００２４】第１の波長フィルタ２４ａ、第１の検出素
子２５ａは、Ａｒ等の不活性ガスで満たされたパッケー
ジ２６ａの中に入っており、第２の波長フィルタ２４
ｂ、第２の検出素子２５ｂも、同じく不活性ガスで満た
されたパッケージ２６ｂの中に入っている。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
（２５°Ｃ）に保たれ、パッケージ２６ａ，２６ｂの中
の検出素子の部分はペルチェ素子により０°Ｃに保たれ
ている。

【００２５】図２は、前記セル室１１の詳細な構造を示
す断面図である。セル室１１は、それ自体ステンレス製
であり、上下左右が金属板（例えば真鍮板）１２で挟ま
れ、上下又は左右に挟まれたヒータ１３を介して、断熱
材１４で密閉されている。セル室１１の中は、２段に分
かれ、一方の段には第１サンプルセル１１ａと、リファ
レンスセル１１ｃとが配置され、他方の段には第２サン
プルセル１１ｂが配置されている。

【００２６】第１サンプルセル１１ａ及びリファレンス
セル１１ｃには第１の光路が直列に通り、第２サンプル
セル１１ｂには第２の光路が通っている。符号１５，１
６，１７は、赤外線を透過させるサファイヤ透過窓であ
る。前記セル室１１は、ヒータ１３により一定温度（４
０℃）に保たれるよう制御されている。 III ．測定手順測定は、リファレンスガス測定→ベースガス測定→リフ
ァレンスガス測定→サンプルガス測定→リファレンスガ
ス測定→‥‥という手順で行う。しかし、この手順の他
に、ベースガス測定→リファレンスガス測定→ベースガ
ス測定，サンプルガス測定→リファレンスガス測定→サ
ンプルガス測定，‥‥という手順でもよいが、同じベー
スガス、サンプルガスを２回測定しなければならないの
で効率は落ちる。以下、効率の良い前者の手順を説明す
る。

【００２７】測定の間、リファレンスガス１１ｃにはリ
ファレンスガスが常時流れている。 III −１．リファレンス測定図３に示すように、同位体ガス分光測定装置のガス流路
及びセル室１１に、清浄なリファレンスガスを約１５秒
間、毎分２００ｍｌ流してガス流路及びセル室１１の洗
浄をする。

【００２８】次に、図４に示すように、ガス流路を変え
てリファレンスガスを流し、ガス流路及びセル室１１の
洗浄をする。約３０秒経過後、それぞれの検出素子２５
ａ，２５ｂにより、光量測定をする。このようにリファ
レンス測定をするのは、吸光度の算出をするためであ
る。このようにして、第１の検出素子２５ａで得られた
光量を¹²Ｒ₁、第２の検出素子２５ｂで得られた光量を
¹³Ｒ₁と書く。 III −２．ベースガス測定次に、リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、第
２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バッ
グより、ベースガスをガス注入器２１で吸い込む（図５
参照）。

【００２９】ベースガスを吸い込んだ後、図６に示すよ
うに、ガス注入器２１を用いてベースガスを一定流量で
機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子２５
ａ，２５ｂ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¹²Ｂ、第２の検
出素子２５ｂで得られた光量を¹³Ｂと書く。 III −３．リファレンス測定再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする（図３、図４参照）。

【００３０】このようにして、第１の検出素子２５ａで
得られた光量¹²Ｒ₂、第２の検出素子２５ｂで得られた
光量¹³Ｒ₂と書く。 III −４．サンプルガス測定リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、第２サン
プルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バッグよ
り、サンプルガスをガス注入器２１で吸い込む（図７参
照）。

【００３１】サンプルガスを吸い込んだ後、図８に示す
ように、ガス注入器２１を用いてサンプルガスを一定速
度で機械的に押し出す。この間、それぞれの検出素子２
５ａ，２５ｂ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¹²Ｓ、第２
の検出素子２５ｂで得られた光量を¹³Ｓと書く。 III −５．リファレンス測定再び、ガス流路及びセルの洗浄と、リファレンスガスの
光量測定をする（図３、図４参照）。

【００３２】このようにして、第１の検出素子２５ａで
得られた光量を¹²Ｒ₃、第２の検出素子２５ｂで得られ
た光量を¹³Ｒ₃と書く。 IV．データ処理 IV−１．ベースガスの吸光度の算出まず、前記リファレンスガスの透過光量¹²Ｒ₁、
¹³Ｒ₁、ベースガスの透過光量¹²Ｂ、¹³Ｂ、リファレン
スガスの透過光量¹²Ｒ₂、¹³Ｒ₂を使って、ベースガス
における¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(B) と、¹³ＣＯ₂の吸
光度¹³Ａbs(B) とを求める。

【００３３】ここで¹²ＣＯ₂の吸光度¹²Ａbs(B) は、¹² Ａbs(B) ＝− log〔２¹²Ｂ／（¹²Ｒ₁＋¹²Ｒ₂）〕で求められ、¹³ＣＯ₂の吸光度¹³Ａbs(B) 、¹³ Ａbs(B) ＝− log〔２¹³Ｂ／（¹³Ｒ₁ ＋¹³Ｒ₂ ）〕で求められる。

【００３４】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量の平均値（Ｒ₁＋Ｒ
₂）／２をとり、その平均値と、ベースガス測定で得ら
れた光量とを用いて吸光度を算出しているので、ドリフ
ト( 時間変化が測定に影響を及ぼすこと) の影響を相殺
することができる。したがって、装置の立ち上げ時に完
全に熱平衡になるまで( 通常数時間かかる) 待たなくて
も、速やかに測定を始めることができる。

【００３５】なお、III ．の冒頭で述べたようにべース
ガス測定→リファレンスガス測定→ベースガス測定→サ
ンプルガス測定→リファレンスガス測定→サンプルガス
測定，……という手順を採用した場合は、ベースガスの
¹²ＣＯ₂ の吸光度¹²Ａbs(B)は、¹² Ａbs(B) ＝− log〔（¹²Ｂ₁＋¹²Ｂ₂ ）／２¹²Ｒ〕で求められ、¹³ＣＯ₂ の吸光度¹³Ａbs(B) は、¹³ Ａbs(B) ＝− log〔（¹³Ｂ₁ ＋¹³Ｂ₂）／２¹³Ｒ〕で求められる。ここで、Ｒは、リファレンスガスの透過
光量、Ｂ₁，Ｂ₂は、それぞれリファレンスガスの測定
前後のベースガスの透過光量である。 IV−２. サンプルガスの吸光度の算出次に、前記リファレンスガスの透過光量¹²Ｒ₂、
¹³Ｒ₂、サンプルガスの透過光量¹²Ｓ、¹³Ｓ、リファレ
ンスガスの透過光量¹²Ｒ₃、¹³Ｒ₃ を使って、サンプル
ガスにおける¹²ＣＯ₂ の吸光度¹²Ａbs(S) と、¹³ＣＯ₂
の吸光度¹³Ａbs(S) とを求める。

【００３６】ここで¹²ＣＯ₂ の吸光度¹²Ａbs(S) は、¹² Ａbs(S) ＝− log〔２¹²Ｓ／（¹²Ｒ₂＋¹²Ｒ₃）〕で求められ、¹³ＣＯ₂ の吸光度¹³Ａbs(S) は、¹³ Ａbs(S) ＝− log〔２¹³Ｓ（¹³Ｒ₂＋¹³Ｒ₃）〕で求められる。

【００３７】このように、吸光度を算出するときに、前
後で行ったリファレンス測定の光量平均値をとり、その
平均値と、サンプルガス測定で得られた光量とを用いて
吸光度を算出しているので、ドリフトの影響を相殺する
ことができる。なお、III ．の冒頭で述べたようにべー
スガス測定→リファレンスガス測定→ベースガス測定，
サンプルガス測定→リファレンスガス測定→サンプルガ
ス測定，……という手順を採用した場合は、サンプルガ
スの¹²ＣＯ₂ の吸光度¹²Ａbs(S) は、¹² Ａbs(S) ＝− log〔（¹²Ｓ₁＋¹²Ｓ₂）／２¹²Ｒ〕で求められ、¹³ＣＯ₂ の吸光度¹³Ａbs(S) は、¹³ Ａbs(S) ＝− log〔（¹³Ｓ₁＋¹³Ｓ₂）／２¹³Ｒ〕で求められる。ここで、Ｒは、リファレンスガスの透過
光量、Ｓ₁，Ｓ₂は、それぞれリファレンスガスの測定
前後のサンプルガスの透過光量である。 IV−３．濃度の算出検量線を使って、¹²ＣＯ₂ の濃度と¹³ＣＯ₂の濃度を求
める。

【００３８】検量線は、¹²ＣＯ₂ 濃度の分かっている被
測定ガスと、¹³ＣＯ₂ 濃度の分かっている被測定ガスを
用いて、作成する。検量線を求めるには、¹²ＣＯ₂濃度
を０％〜６％程度の範囲で変えてみて、¹²ＣＯ₂の吸光
度を測定する。横軸を¹²ＣＯ₂濃度にとり、縦軸を¹²Ｃ
Ｏ₂吸光度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲
線を決定する。２次式で近似したものが、比較的誤差の
少ない曲線となったので、本実施形態では、２次式で近
似した検量線を採用している。

【００３９】また、¹³ＣＯ₂濃度を０．００％〜０．０
７％程度の範囲で変えてみて、¹³ＣＯ₂の吸光度を測定
する。横軸を¹³ＣＯ₂濃度にとり、縦軸を¹³ＣＯ₂吸光
度にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線を決定
する。２次式で近似したものが、比較的誤差の少ない曲
線となったので、本実施形態では、２次式で近似した検
量線を採用している。

【００４０】なお厳密にいうと、¹²ＣＯ₂の入っている
ガスと、¹³ＣＯ₂の入っているガスをそれぞれ単独で測
定するのと、¹²ＣＯ₂と¹³ＣＯ₂とが混合しているガス
を測定するのでは、¹³ＣＯ₂の吸光度が違ってくる。こ
れは、使用する波長フィルタがバンド幅を持っているこ
とと、¹²ＣＯ₂の吸収スペクトルと¹³ＣＯ₂の吸収スペ
クトルとが一部重なっているからである。本測定では¹²
ＣＯ₂と¹³ＣＯ₂とが混合しているガスを測定対象とす
るので、検量線を決定するときに前記重なり分を補正し
ておく必要がある。本測定では実際、吸収スペクトルの
一部重なりを補正した検量線を採用している。

【００４１】前記検量線を用いて求められた、ベースガ
スにおける¹²ＣＯ₂の濃度を¹²Conc(B) 、ベースガスに
おける¹³ＣＯ₂の濃度を¹³Conc(B) 、サンプルガスにお
ける ¹²ＣＯ₂の濃度を¹²Conc(S) 、サンプルガスにおけ
る¹³ＣＯ₂の濃度を¹³Conc(S) と書く。 IV−４．濃度比の算出¹³ ＣＯ₂と¹²ＣＯ₂との濃度比を求める。ベースガスに
おける濃度比は、¹³ Conc(B) ／¹²Conc(B) サンプルガスにおける濃度比は、¹³ Conc(S) ／¹²Conc(S) で求められる。

【００４２】なお、濃度比は、¹³Conc(B) ／¹²Conc(B)
＋¹³Conc(B) ，¹³Conc(S) ／¹²Conc(S) ＋¹³Conc(S) と
定義してもよい。¹²ＣＯ₂の濃度のほうが¹³ＣＯ₂の濃
度よりはるかに大きいので、いずれもほぼ同じ値となる
からである。 IV−５．濃度比の補正前記のようにして得られる濃度比は、〔発明が解決しよ
うとする課題〕で説明したように、¹²ＣＯ₂濃度の違い
に応じて、実際の濃度比からずれた値となっている。

【００４３】このずれの原因はよく分からないが、¹²Ｃ
Ｏ₂濃度に依存して反射率、屈折率、迷光などが変化
し、さらに検量線を求めたときに用いた最小自乗法の誤
差特性と重なった結果であると考えられる。このずれの
特性を補正しないで、濃度比を求めると、大きな誤差が
入ってくることが予想されるので、成分ガスの濃度が異
なり、濃度比がー定の被測定ガスを作って、成分ガスの
吸光度¹²Ａbs，¹³Ａbsを求め、前記検量線を用いて成分
ガスの濃度及び濃度比を求め、成分ガスの濃度¹²Concを
横軸に、濃度比¹³Conc／¹²Concを縦軸にプロットする。

【００４４】この結果は、具体的には、図９で示したも
のである。図９のグラフでは、縦軸の濃度比が規格化さ
れていないので、縦軸の濃度比を規格化したほうが扱い
やすい。縦軸の濃度比を、ＣＯ₂濃度が一番低いガスの
濃度比を「１」として規格化したグラフを図１０に示す
（規格化された濃度比を以下「規格化濃度比」とい
う）。

【００４５】さらに、これらのプロットされた点同士を
つなぐため、最小自乗近似を行う。近似式は、４次式、Ｆ（ｘ）＝ａｘ⁴＋ｂｘ³＋ｃｘ²＋ｄｘ十ｅ（Ｆ：規格化濃度比，ａ〜ｅ：係数，ｘ：¹²ＣＯ₂濃
度）で表したものが、精度のよい近似となることが経験的に
分かっているので、４次式で行う。なお、４次式以外
に、スプライン関数を用いることもできる。

【００４６】被測定ガスである患者の呼気について得ら
れた成分ガスの濃度¹²Conc(B) ，¹²Conc(S) をそれぞれ
補正式に当てはめて成分ガスの規格化濃度比を求め、
測定から得られた被測定ガスの濃度比¹³Conc(B) ／¹²Co
nc(B) ，¹³Conc(S) ／¹²Conc(S) を、補正式から得ら
れた規格化濃度比で割って、補正された濃度比を得る。

【００４７】補正後の濃度比＝¹³Conc(B) ／〔¹²Conc(B) Ｆ（¹²Conc）〕補正後の濃度比＝¹³Conc(S) ／〔¹²Conc(S) Ｆ（¹²Conc）〕 IV−６．¹³Ｃの変化分の決定サンプルガスとベースガスとを比較した¹³Ｃの変化分は
次の式で求められる。 Δ¹³Ｃ＝〔サンプルガスの濃度比−ベースガスの濃度
比〕×１０³／〔ベースガスの濃度比〕（単位：パー
ミル（千分率））

【００４８】

【実施例】¹²ＣＯ₂の濃度¹²Concが１，２，３，４，５
及び６％で、濃度比¹³Conc／¹²Concが一定値１．０７７
％の被測定ガスを用いて、同位体ガス分光測定を行っ
た。得られた吸光度を検量線に当てはめて¹²ＣＯ₂の濃
度¹²Concと、¹³ＣＯ₂の濃度¹³Concとを測定し、¹²Conc
を横軸に、¹³Conc／¹²Concを縦軸にプロットしたとこ
ろ、図１１に示すようになった。

【００４９】¹³Conc／¹²Concの最大値は１．０８３％、
最小値は１．０７６％で、その差は０．００７％であっ
た。次に、補正式を用いて、濃度比¹³Conc／¹²Concを
補正したところ、図１２に示すように、より平坦な結果
となった。図１２では、¹³Conc／¹²Concの最大値は１．
０７８％、最小値は１．０７６％で、その差は０．００
１５％であった。

【００５０】したがって、補正式を用いて補正するこ
とにより、¹³Conc／¹²Concの変動幅が顕著に減少するこ
とが分かった。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明の同位体ガス分光測
定方法又は測定装置によれば、複数の成分ガスを含む被
測定ガスをセルに導き、分光測定をする場合に、成分ガ
スの濃度比を、より良好な精度で測定することができ
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】セル室１１の構造を示す断面図である。

【図３】同位体ガス分光測定装置のガス流路及びセル室
に、清浄なリファレンスガスを流して洗浄するときのガ
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及びセル室
に、清浄なリファレンスガスを流して洗浄し、かつリフ
ァレンス測定をするときのガス流路を示す図である。

【図５】リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、
第２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バ
ッグより、ベースガスをガス注入器２１で吸い込む途中
の状態を示す図である。

【図６】ベースガスを吸い込んだ後、ガス注入器２１を
用いてべースガスをー定速度で機械的に押し出し、この
間、それぞれの検出素子２５ａ，２５ｂにより、光量測
定をするときのガス流路を示す図である。

【図７】リファレンスガスが第１サンプルセル１１ａ、
第２サンプルセル１１ｂを流れないようにして、呼気バ
ッグより、サンプルガスをガス注入器２１で吸い込む途
中の状態を示す図である。

【図８】サンプルガスを吸い込んだ後、ガス注入器２１
を用いてサンプルガスをー定速度で機械的に押し出し、
この間、それぞれの検出素子２５ａ，２５ｂにより、光
量測定をするときのガス流路を示す図である。

【図９】成分ガスの濃度が異なり、濃度比¹³ConC／¹²Co
ncがー定の被測定ガスについて、成分ガスの吸光度¹²Ａ
bs，¹³Ａbsを求め、前記検量線を用いて成分ガスの濃度
¹³Conc，¹²conc及び濃度比¹³Conc／12Concを求め、成分
ガスの濃度¹²Coocを横軸に、濃度比¹³Conc／¹²Concを縦
軸にプロットしたグラフである。

【図１０】縦軸の濃度比¹³Conc／¹²Concを、¹²ＣＯ₂ 濃
度¹²Conc＝０．５％のときの値で規格化したグラフであ
る。

【図１１】被測定ガスについて、¹²ＣＯ₂ の濃度¹²Conc
と、¹³ＣＯ₂ の濃度¹³Concとを測定し、¹²Concを横軸
に、¹³Conc／¹²Concを縦軸にブロットしたグラフであ
る。

【図１２】被測定ガスについて、¹²ＣＯ₂ の濃度¹²Conc
と、¹³ＣＯ₂ の濃度¹³Concとを測定し、濃度比¹³Conc／
¹²Concを補正した後、¹²Concを横軸に、¹³Conc／¹²Conc
を縦軸に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Ｍ₁，Ｍ₂ 流量計Ｎ₁，Ｎ₂ ノズルＶ₁〜Ｖ₄ バルブ１１ａ第１サンプルセル１１ｂ第２サンプルセル１１ｃリファレンスセル２１ガス注入器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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池上英司滋賀県甲賀郡水口町東名坂112番地 (72)発明者筒井和典滋賀県甲賀郡水口町水口670番地の38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の成分ガスを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光量を測定し
データ処理することによって、成分ガスの濃度を測定す
る同位体ガス分光測定方法において、被測定ガスをセルに導き、各成分ガスの波長に対応する
吸光度を求める第１の工程、既知の濃度の成分ガスを含む被測定ガスを測定すること
によって作成された検量線を用いて、成分ガスの濃度及
び濃度比を求める第２の工程、並びに成分ガスの濃度及
び濃度比が既知の被測定ガスを測定することによって作
成された補正線を用いて、成分ガスの濃度に応じて成分
ガスの濃度比を補正する第３の工程を含むことを特徴と
する同位体ガス分光測定方法。
【請求項２】前記第３の工程における補正線は、成分ガ
スの濃度及び濃度比が既知の被測定ガスについて、成分
ガスの波長に対応する吸光度を求め、前記検量線を用い
て成分ガスの濃度及び濃度比を求め、求められた成分ガ
スの濃度と濃度比をプロットすることにより得られ、前記第３の工程における補正方法は、被測定ガスについ
て第２の工程で得られた成分ガスの濃度を補正線に当て
はめて成分ガスの濃度比補正値を求め、第２の工程で得
られた被測定ガスの濃度比を、補正線から得られた前記
成分ガスの濃度比補正値で割ることを特徴とする請求項
１記載の同位体ガス分光測定方法。
【請求項３】前記第３の工程における補正線は、求めら
れた成分ガスの濃度と濃度比の関係を、４次の曲線で近
似して得られることを特徴とする請求項２記載の同位体
ガス分光測定方法。
【請求項４】複数の成分ガスが、二酸化炭素¹²ＣＯ
₂と、二酸化炭素¹³ＣＯ₂である請求項１から３のいず
れかに記載の同位体ガス分光測定方法。
【請求項５】複数の成分ガスを含む被測定ガスをセルに
導き、各成分ガスに遺した波長の透過光の光量を測定
し、測定された光量をデータ処理手段によってデータ処
理することによって、成分ガスの濃度を測定する同位体
ガス分光測定装置において、前記データ処理手段が、セルに導かれた被測定ガスについて測定された、各成分
ガスに適した波長に対応する光の光量に基づいて吸光度
を求める吸光度算出手段と、既知の濃度の成分ガスを含む被測定ガスを測定すること
によって作成された検最線を用いて、成分ガスの濃度及
び濃度比を求める濃度算出手段と、成分ガスの濃度及び濃度比が既知の被測定ガスを測定す
ることによって作成された補正線を用いて、前記濃度算
出手段によって求められた成分ガスの濃度に応じて前記
濃度算出手段によって求められた成分ガスの濃度比を補
正する濃度比補正手段とを含むことを特徴とする同位体
ガス分光測定装置。