测定同位素气体的光谱学方法及其仪器技术

一种光谱学测定同位素气体的方法，包括以下步骤：将含多种成分的气体试样导入样品池，于对每种气体成分合适的波长下测定通过气体试样的透射光的强度，并且将光强度数据进行处理，以便确定气体试样中各成分气体的浓度，该方法的特征是：第一步将气体试样导入样品池，并且测定气体样品中各种气体成分的吸收；第二步根据矫正曲线确定气体试样中各气体成分的浓度和浓度比；第三步根据在第二步使用矫正曲线得到的各气体成分的浓度得到浓度比矫正值，上述矫正曲线是通过在含已知浓度和已知浓度比各种气体成分的气体试样中测定各种气体的吸收预先制备的，根据矫正曲线确定出气体试样中各气体成分的浓度和浓度比，标出所确定的气体试样中各气体成分的浓度和浓度比，分别去除在第二步中用各气体成分的浓度矫正值得到的各气体成分的浓度比，由此矫正气体试样中各气体成分的浓度比。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据同位素光吸收特征的不同，测定同位素气体浓度的光谱学方法及其仪器。
技术介绍
同位素分析可在医学上用于诊断疾病，当用含同位素的药物给药后，通过测定同位素浓度或浓度比的变化可以确定活体的代谢功能。另一方面，同位素分析还用于研究植物的光合作用和代谢以及在地球化学方面用于生态学追踪。众所周知胃溃疡和胃炎是由称为幽门螺旋菌(HP)的细菌及紧张引起的。假如患者胃里有HP，则用抗菌素或类似物对病人给药以杀灭细菌进行治疗。因此必须检查患者是否带有HP。HP具有很强的脲素酶活性，它能将脲素分解成二氧化碳和氮。碳有质量数为12，13，和14的同位素，其中，质量数为13的13C因为其是非放射性的并且稳定很容易操作。假如用同位素13C标记的脲素对患者给药后在患者呼出的气体中13CO2(最终代谢产物)的浓度或13CO2/12CO2的浓度比能够成功地被测定，则能确定HP的存在。但是天然存在的CO2中13CO2/12CO2的浓度比是1∶100，因此很难高精确度地测定患者呼气中的浓度比。通过红外光谱测定13CO2/12CO2浓度比的方法是公知方法(见JPB61(1986)-42219和JPB61(1986)42220)。在JPB(1986)-42220所公开的方法中，分别装备长程和短程的两个样品池，每个样品池的程长可以调节，以便使一个样品池中13CO2的光吸收等于另一池中12CO2的光吸收。将透过两个样品池的光束导入分光装置，于每种气体的最高敏感度的波长下测定光强度。按照这种方法，对于天然存在的二氧化碳中的13CO2/12CO2的浓度比，光吸收比可以调节到“1”。假如浓度比改变了，光吸收比也随着浓度比变化的数量变化。因此能通过测定光吸收比的变化测定浓度比的变化。(A)但是按照上述文献的测定浓度比的方法有以下缺点。应该用每一有已知12CO2浓度的气体试样制备测定12CO2浓度的矫正曲线。为制备12CO2浓度的矫正曲线，应测定不同12CO2浓度的12CO2吸收，分别用12CO2浓度和12CO2吸收为横座标和纵座标划图，用最小二乘法确定矫正曲线。以和上述相同的方法制备13CO2浓度的矫正曲线。对于用红外光谱法测定浓度，矫正曲线的制备是依据浓度和吸收之间的关系符合朗伯—比尔定律这样的假定。但是朗伯—比尔定律是一个近似的规律，浓度和吸收之间的关系不总是符合该定律，因此所标出的数据并不能完全适合矫正曲线。附图说明图1是13CO2/12CO2浓度比对12CO2浓度作图，12CO2浓度和13CO2浓度用矫正曲线确定，矫正曲线是根据测定有相同浓度比(13CO2浓度/12CO2浓度＝1.077％)的不同12CO2浓度的气体试样的吸收制备的。如图1所示，对不同12CO2浓度测出的浓度比偏离实际的浓度比(1.077％)，当画图时形成一波浪形的曲线。虽然还不能清楚地说明偏离的原因，但假设偏差是由于光谱学特征的变化如反射，折射指数，依赖于12CO2浓度的散光，以及在制备矫正曲线时使用最小二乘法中数据的误差。假如不对与偏差有关的数据进行矫正，测定气体成分的浓度，则会出现严重的误差。(B)许多试验证明，当用红外光谱法测定13CO2浓度或13CO2/12CO2浓度比时，(下文称作“13CO2浓度比”)，依赖于气体试样中所含的氧气的浓度，测量结果不同于实际的13CO2浓度或13CO2浓度比。图2是13CO2浓度比对氧含量划图，通过测定含用氧气和氮气稀释的，并且有相同13CO2浓度但不同氧气浓度的气体试样确定13CO2的浓度比，以对氧含量0％的13CO2浓度比为基础将所测定的13CO2浓度比归一化。如图2所示，13CO2浓度比不是常数，随着氧的浓度改变。如果不考虚上述事实测定含氧的气体试样的13CO2浓度或13CO2浓度比，很明显测量值和实际值将不一样。图3表明测量有不同13CO2浓度比并且不含氧的气体试样时的测定结果。在图3中，将实际的13CO2浓度比和测定的13CO2浓度比分别作为横座标和纵座标划图，以最小的13CO2浓度比为基础将13CO2浓度比归一化。图4说明测量有不同13CO2浓度比并且含不同浓度氧气(直到90％)的气体试样的测定结果。在图4中，实际的13CO2浓度比和测定的13CO2浓度比分别作横座标和纵座标划图，以最小的13CO2浓度比为基础将13CO2浓度比归一化。比较图3和图4显示的结果指出，图3中实际13CO2浓度比和测定的13CO2浓度比之间的关系约为1∶1(或图3中拟合曲线的范围约为1)，图4中实际13CO2浓度比和测定的13CO2浓度比之间的关系约为1∶0.3(或图4中直线似合曲线的范围约是0.3)因此，13CO2浓度或13CO2浓度比的测定受含于气体试样中氧的影响，原因还不清楚。假如测定气体成分的浓度和浓度比时不对氧的浓度进行矫正，可以预言将会产生严重误差。(C)因为CO2浓度，特别是13CO2浓度极低，需要极高敏感度的测量。当测量的敏感度增加时，所测定的光强度对测量系统参数的变化很敏感，例如光源的光强度，气体试样的温度，导入气体的样品池的温度，光鉴定器的敏感度等。因此所测值的误差还可能由与气体试样无关的许多因素引起。为了解决这些问题，测量应在测量系统长时间稳定以后再开始。这将减少操作的有效性，使满足使用者在短时间内测量大量样品的要求成为不可能的。为了测定一个呼出的试样，测定12CO2的吸收，根据12CO2的矫正曲线确定12CO2的浓度。测定13CO2的吸收并根据13CO2矫正曲线计算13CO2的浓度。以同样的方式对另一呼出的试样进行测定。假如上述两个呼出样品中的CO2浓度基本上处于同一水平，用于浓度测定的12CO2和13CO2的矫正曲线的范围可能受到限制。因此，由于使用有限范围的矫正曲线，测量精度可能增加。(D)在上述通常的红外光谱方法中，盛气体试样的袋子连接到光谱仪的一预定的导管上，气样用手工挤压袋子的方法通过上述导管被导入样品池。但是因为同位素气体分析是对微量存在的13CO2吸收进行测定，即使是极小的扰动也会严重降低测定的精确性。手动挤压袋子不能使气样以恒定的流速通过样品池。这将使试样在样品池中不能均匀的流动，引起气体样品局部的温度变化及偶然的浓度改变，因之使光检测信号起伏。气样的流动速度可以通过使用泵并结合流速计控制达到恒定，但不能保证精确地控制流速，这是因为含气样的袋子的容量很小，流速也很慢。另外，虽然可以采用被称为质量流速计的电子流速控制的仪器，可以改进流速的控制，但结果使仪器复杂化，增加了成本。(E)在JPB61(1986)-42220所述方法中，样品池长度被减少了，因此无池空间用空气真充，空气的空间防碍高精确度的测定，假如光源和样品池之间以及样品池和光接受器之间的长度增加，就不能进行高精确度的测定。更具体地说，因为在同位素气体测定中对于微量13CO2的吸收进行测定，极小的外界干挠都会减低测定的准确性。只有百分之几的12CO2和痕量的13CO2存在于上述空气的空间及光源和样品池以及样品池和光接受器之间的空间，13CO2的光谱部分地叠加在12CO2光谱上，假如使用滤光片，其带通宽度会影响测定。因此12CO2的存在间接地影响13CO2吸收的测定；痕量的13CO2直接影响13CO2吸收的测定。为了消除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：久保康弘，森泽且广，座主靖，池上英司，筒井和典，浜尾保，森正昭，丸山孝，
申请(专利权)人：大制药株式会社，
类型：发明
国别省市：