碳同位素分析设备以及碳同位素分析方法技术

提供了：一种碳同位素分析设备，在该碳同位素分析设备中被送入光学谐振器的气体中的二氧化碳同位素的分压高，并且该碳同位素分析设备允许高灵敏度性能和高准确度分析；以及一种使用该分析设备的分析方法。碳同位素分析设备包括：二氧化碳同位素生成设备，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元；光谱设备，设置有具有一对镜的光学谐振器以及检测来自光学谐振器的传输光的强度的光检测器；二氧化碳同位素捕集器，设置在二氧化碳同位素生成设备与光谱设备之间，并且二氧化碳同位素捕集器设置有用于使二氧化碳同位素冷凝的冷却设备；以及光发射设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳同位素分析设备以及碳同位素分析方法
本专利技术涉及碳同位素分析设备及碳同位素分析方法。特别地，本专利技术涉及用于分析放射性碳同位素14C等的光发生器，该光发生器生成窄线宽且高强度的光，以及提纯器(purifier)，以及放射性碳同位素分析设备中使用的包含放射性碳同位素气体作为分析气体对象的方法以及利用该光发生器的放射性碳同位素分析方法。
技术介绍
碳同位素分析已应用于许多领域，包括基于碳循环的环境动态评价以及通过放射性碳年代测定的历史和实证研究。可能会随区域或环境因素而变化的碳同位素的自然丰度(abundance)如下所示：12C(稳定同位素)为98.89％，13C(稳定同位素)为1.11％，以及14C(放射性同位素)为1×10-10％。这些质量不同的同位素表现出相同的化学行为。因此，低丰度同位素的人工富集和同位素的准确分析可以用于观察各种反应。在临床领域中，用例如放射性碳同位素14C进行标记的化合物的体内施用和分析对于药物处置的评估非常有用。例如，这种标记的化合物被用于药物开发过程的I期或IIa期的实际分析。以非常小的剂量(以下可以被称为“微量”)(即，低于化合物的药物活性剂量)将用放射性碳同位素14C(以下可以简称为“14C”)标记的化合物向人体的施用以及对标记化合物的分析有望显著减少药物发现过程的前置时间，这是因为该分析提供了有关药物功效和药物处置所引起的毒性的发现。传统的14C分析的示例包括液体闪烁计数(以下称为“LSC”)和加速器质谱(以下称为“AMS”)。LSC涉及使用相对较小的台式分析仪，因此使得能够进行方便且快速的分析。不幸的是，由于LSC的14C检测灵敏度较低(10dpm/mL)，因此无法用于临床试验。相比之下，AMS的14C检测灵敏度较高(0.001dpm/mL)，该检测灵敏度不到LSC的检测灵敏度的千分之一，因此可用于临床试验。不幸的是，由于AMS需要大型且昂贵的分析仪，因此AMS的使用受到了限制。例如，由于在日本仅提供了约十五个AMS分析仪，因此受待分析样本的等待时间较长的影响，一个样本的分析需要约一周的时间。因此，出现了对开发方便且快速的14C分析方法的需求。已提出了解决上述问题的一些技术(例如，参见非专利文献1和专利文献1)。I、Galli等人在非专利文献1中报道了通过光腔衰荡光谱(以下可以称为“CRDS”)对自然同位素丰度水平的14C的分析，并且该分析受到了关注。不幸的是，通过CRDS的14C分析涉及使用结构非常复杂的4.5μm激光源。因此，出现了对用于分析14C的简便装置或方法的需求。相关技术专利文献专利文献1：日本专利No.3390755专利文献2：日本专利No.6004412非专利文献非专利文献1：I.Gallietal.，Phy.Rev.Lett.2011，107，270802。
技术实现思路
技术问题为了解决上述问题，本专利技术人进行了研究，结果是，提出了通过使用光学梳作为光源的简便的碳同位素分析设备及分析方法(参照专利文献2)。然而，还出现了附加目的，即增加被送入光学谐振器中的气体中的二氧化碳同位素的分压，以进一步提高灵敏度性能和分析准确度。本专利技术的目的在于提供一种碳同位素分析设备以及使用该碳同位素分析设备的分析方法，在该该碳同位素分析设备中，被送入光学谐振器中并在其中混合的气体中的二氧化碳同位素的分压较高，并且灵敏度性能和分析准确度较高。问题的解决方案本专利技术涉及以下方面：<1>、碳同位素分析设备，包括：二氧化碳同位素发生器，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元；光谱仪，包括具有一对镜的光学谐振器和确定从所述光学谐振器传输的光的强度的光电检测器；二氧化碳捕集器，包括用于冷凝所述二氧化碳同位素的冷却器，所述二氧化碳捕集器设置在所述二氧化碳同位素发生器与所述光谱仪之间；以及光发生器。<2>、碳同位素分析设备，包括：二氧化碳同位素发生器，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元，所述二氧化碳同位素提纯单元包括气态杂质分离单元、所述二氧化碳同位素的浓缩单元以及减湿单元；光谱仪，包括光学谐振器以及确定从所述光学谐振器传输的光的强度的光电检测器，所述光学谐振器具有一对镜和用于防止噪声生成的冷却器；二氧化碳捕集器，包括用于冷凝所述二氧化碳同位素的冷却器，所述二氧化碳捕集器设置在所述二氧化碳同位素发生器与所述光谱仪之间；以及光发生器。<3>、根据<1>或<2>所述的碳同位素分析设备，其中，所述光发生器包括：光发生器，包括单个光源；分束器，对来自所述光源的光进行分束；聚光透镜，对来自所述分束器的光进行聚焦；以及镜，反射来自所述聚光透镜的光，以经由所述聚光透镜和所述分束器将所述光发回所述光源。<4>、根据<1>或<2>所述的碳同位素分析设备，其中，所述光发生器包括具有主光源的光发生器主体和传输来自所述主光源的光的光纤；以及拍差信号(beatsignal)测量设备，包括：光学梳源，生成由一定通量的窄线宽光束组成的光学梳，其中光束的波长区域为4500nm至4800nm；用于拍差信号测量的光纤，所述光纤传输来自所述光学梳源的光；分束器，布置在传输来自所述主光源的光的所述光纤上；光纤，允许来自所述主光源的光经由所述分束器被部分分束并被传输到所述用于拍信测量的光纤；以及光电检测器，测量由于来自所述主光源的光与来自所述光学梳源的光之间的频率差而生成的拍差信号。<5>、根据<4>所述的碳同位素分析设备，其中，所述光源是中红外量子级联激光器。<6>、根据<1>或<2>所述的碳同位素分析设备，其中，所述光发生器包括单个光源；第一光纤，传输来自所述光源的第一光；第二光纤，生成波长比所述第一光长的第二光，所述第二光纤从所述第一光纤的分束节点分出并在下游的耦合节点处与所述第一光纤耦合；第一放大器，设置在所述第一光纤的所述分束节点与所述耦合节点之间；第二放大器，设置在所述第二光纤的所述分束节点与所述耦合节点之间，并且频带与所述第一放大器不同；以及μμ非线性光学晶体，允许频率不同的多个光束传播通过，从而从所述频率差生成波长范围从4.5μm至4.8μm的中红外光学频率梳，作为所述二氧化碳同位素的吸收波长的光。<7>、一种碳同位素分析方法，包括如下步骤：从碳同位素生成二氧化碳同位素；将二氧化碳捕集器冷却到0℃或更低；将所述二氧化碳同位素和包含冷凝点低于所述二氧化碳同位素的载气的气体送入所述二氧化碳捕集器，从而凝结所述二氧化碳同位素；去除所述二氧化碳捕集器中的气体；在将所述二氧化碳捕集器与外部屏蔽的情况下加热所述二氧化碳捕集器，从而使凝结的二氧化碳同位素气化；用气化的二氧化碳同位素来填充光学谐振器；μμ生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳同位素分析设备，包括：/n二氧化碳同位素发生器，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元；/n光谱仪，包括具有一对镜的光学谐振器和确定从所述光学谐振器传输的光的强度的光电检测器；/n二氧化碳捕集器，包括用于冷凝所述二氧化碳同位素的冷却器，所述二氧化碳捕集器设置在所述二氧化碳同位素发生器与所述光谱仪之间；以及/n光发生器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180122 JP 2018-0078741.一种碳同位素分析设备，包括：
二氧化碳同位素发生器，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元；
光谱仪，包括具有一对镜的光学谐振器和确定从所述光学谐振器传输的光的强度的光电检测器；
二氧化碳捕集器，包括用于冷凝所述二氧化碳同位素的冷却器，所述二氧化碳捕集器设置在所述二氧化碳同位素发生器与所述光谱仪之间；以及
光发生器。


2.一种碳同位素分析设备，包括：
二氧化碳同位素发生器，设置有从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元以及二氧化碳同位素提纯单元，所述二氧化碳同位素提纯单元包括气态杂质分离单元、所述二氧化碳同位素的浓缩单元以及减湿单元；
光谱仪，包括光学谐振器和光电检测器，所述光学谐振器具有一对镜和用于防止噪声生成的冷却器，所述光电检测器确定从所述光学谐振器传输的光的强度；
二氧化碳捕集器，包括用于冷凝所述二氧化碳同位素的冷却器，所述二氧化碳捕集器设置在所述二氧化碳同位素发生器与所述光谱仪之间；以及
光发生器。


3.根据权利要求1或2所述的碳同位素分析设备，其中，所述光发生器包括：光发生器，包括单个光源；分束器，对来自所述光源的光进行分束；聚光透镜，对来自所述分束器的光进行聚焦；以及镜，反射来自所述聚光透镜的光，以经由所述聚光透镜和所述分束器将所述光发回所述光源。


4.根据权利要求1或2所述的碳同位素分析设备，其中，所述光发生器包括：
光发生器本体，具有主光源和对来自所述主光源的光进行传输的光纤；以及
拍差信号测量设备，包括：光学梳源，生成由一定通量的窄线宽光束组成的光学梳，其中光束的波长区域为4500nm至4800nm；用于拍差信号测量的光纤，所述光纤传输来自所述光学梳源的光；分束器，布置在传输来自所述主光源的光的所述光纤上；光纤，允许来自所述主光源的光经由所述分束器被部分分束并被传输到所述用...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤淳史，井口哲夫，富田英生，西泽典彦，
申请(专利权)人：积水医疗株式会社，国立大学法人东海国立大学机构，
类型：发明
国别省市：日本;JP