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JP4312294B2 - アイソトポマー吸収分光分析装置及びその方法 - Google Patents

アイソトポマー吸収分光分析装置及びその方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境計測を始めとする理学分野、診断目的の医療分野などへの応用を目的として、分子の起源を推定するための、分子内に同位体を含む分子種であるアイソトポマーを精密に計測するための、アイソトポマー吸収分光分析装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸収分光分析装置では、試料セル内の光路は単一であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、同位体存在比が１：１から大きく離れている場合には、同位体種により、吸収信号レベルが大きく異なる。例えば、天然のＣＨ4 において12ＣＨ4 と13ＣＨ4 の存在比は略１００：１であり、したがって、吸収信号レベルが略２桁異なる。その結果、同位体比の精密な測定が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を除去し、異なる同位体分子種に対して吸収信号レベルが同程度となるようにすることにより、同位体比の精密な測定を行うことができるアイソトポマー吸収分光分析装置及びその方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕アイソトポマー吸収分光分析装置において、長さの異なる複数の光路をとりうる、一定の湾曲を有する対向した一組の反射鏡（２２，２３）を有する多重反射吸収セルからなり、かつ単一の窓を有する試料セル（２１）と、複数の光ビームを発し、この光ビームが長さの異なった光路上を進むように配置された光源（１，１１，４１）と、吸収信号強度の比から分子内の同位体存在比を測定する手段（１９）とを具備するようにしたものである。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載のアイソトポマー吸収分光分析装置において、前記複数の光ビームは、波長を掃引できる単一の光源（４１）と光線分配器（４３）の配列から得られるようにしたものである。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕記載のアイソトポマー吸収分光分析装置において、 前記複数の光ビームは、複数の光源（１，１１）から生成されるようにしたものである。
【０００８】
〔４〕アイソトポマー吸収分光分析方法において、長さの異なる複数の光路をとりうる、一定の湾曲を有する対向した一組の反射鏡（２２，２３）を有する多重反射吸収セルからなり、かつ単一の窓を有する試料セル（２１）を用い、長さの異なった光路上を進むように複数の光ビームを前記試料（２１）に導入し、吸収信号強度の比から分子内の同位体存在比を測定するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施例を示すアイソトポマー吸収分光分析システムの構成図であり、複数光路を利用したレーザー分光法による。
【００１１】
この図において、１は第１の周波数制御及び変調装置、２は第１のレーザーダイオードＬＤ1 、３，４，５は反射ミラー、６は第１の光検出器Ｄ1 、７は第１の信号復調器、１１は第２の周波数制御及び変調装置、１２は第２のレーザーダイオードＬＤ2 、１３，１４，１５，１６は反射ミラー、１７は第２の光検出器Ｄ2 、１８は第２の信号復調器、１９は信号処理装置、２１は長光路セル（試料セル：多重反射吸収セル）、２２，２３は一組の反射鏡、３１は検査試料（12ＣＨ4 と13ＣＨ4 との存在比が未知）、３２は標準試料（12ＣＨ4 と13ＣＨ4 との存在比が既知）、３３，３４，３５は制御バルブである。 なお、長光路セル２１において、実線は長い光路を、点線は短い光路を示している。光路の長さ（反射の回数で決まる）は、光線の入射角度又はミラーの調整で決まる。
【００１２】
複数の光源からの光ビームＡ，Ｂを、一組の反射鏡２２，２３を有する長光路セル２１としての多重反射吸収セルに、異なった角度で入射させることにより、異なった光路長を実現できる。例えば、１ｍと１００ｍである。これにより、存在比に見合った光路差をつけることができる。
【００１３】
アイソトポマー（同位体分子種）の存在比は、その物質の生成起源等によりかなり差がある。したがって、世界各地で収集された試料のアイソトポマー存在比の精密な測定から、環境物質の生成、移動、消滅の詳細な解析が可能になる。
【００１４】
本発明は、従来からのアイソトポマー分析法である質量分析法を補う手段として極めて有効である。この方法では、両アイソトポマーの吸収信号の大きさの比を測り、標準試料３２のそれと比較する。
【００１５】
測定例として、大気中のメタンの13ＣＨ4 ／12ＣＨ4 比の測定を行った。この比はほぼ１／１００であるが、同程度の絶対吸収信号を得るには、（１）13ＣＨ4 の強い線と12ＣＨ4 の弱い線を組み合わせる、（２）両者とも強い線を用い光路長に差をつける、のいずれかの方法がある。ここでは、変形Ｈｅｒｒｉｏｔｔ長光路セル（Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ社製）と、２つの波長安定化半導体レーザー（レーザーダイオード）を用い、本発明の装置と方法を用いて、上記（２）の方法により測定した。光路長は１００ｍと１．１ｍである。
【００１６】
なお、上記実施例では、光源として、複数の光源からの光ビームを用いるようにしたが、図２に示すように、単一の光源（レーザーダイオードＬＤ）４２から半透鏡４３を用いて分けた複数の光ビームを用いるようにしてもよい。なお、４１は周波数制御及び変調装置、４４，４５は反射ミラーであり、第１実施例と同じ部分については、同じ符号を付してその説明は省略する。
【００１７】
また、上記実施例では、長さの異なる複数の光路は、反射鏡を有するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、セルの形を、例えば、図３に示すように、短い光路部５１と長い光路部５２を有するセル構造にするようにしてもよい。
【００１８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、長さの異なる複数の光路をとりうる試料セルを用いることにより、異なる同位体種に対して吸収信号レベルを同程度になし、同位体存在比を精密に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示すアイソトポマー吸収分光分析システムの構成図である。
【図２】 本発明の実施例を示すアイソトポマー吸収分光分析システムの光源の変形例を示す図である。
【図３】 本発明の実施例を示すアイソトポマー吸収分光分析システムのセルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１の周波数制御及び変調装置
２ 第１のレーザーダイオードＬＤ1
３，４，５，１３，１４，１５，１６，４４，４５ 反射ミラー
６ 第１の光検出器Ｄ1
７ 第１の信号復調器
１１ 第２の周波数制御及び変調装置
１２ 第２のレーザーダイオードＬＤ2
１７ 第２の光検出器Ｄ2
１８ 第２の信号復調器
１９ 信号処理装置
２１ 長光路セル（試料セル：多重反射吸収セル）
２２，２３ 一組の反射鏡
３１ 検査試料（12ＣＨ4 と13ＣＨ4 との存在比が未知）
３２ 標準試料（12ＣＨ4 と13ＣＨ4 との存在比が既知）
３３，３４，３５ 制御バルブ
４１ 周波数制御及び変調装置
４２ レーザーダイオードＬＤ
４３ 半透鏡
５１ 短い光路部
５２ 長い光路部

Claims (4)

  1. アイソトポマー吸収分光分析装置において、
    （ａ）長さの異なる複数の光路をとりうる、一定の湾曲を有する対向した一組の反射鏡（２２，２３）を有する多重反射吸収セルからなり、かつ単一の窓を有する試料セル（２１）と、
    （ｂ）複数の光ビームを発し、該光ビームが長さの異なった光路上を進むように配置された光源（１，１１，４１）と、
    （ｃ）吸収信号強度の比から分子内の同位体存在比を測定する手段（１９）とを具備することを特徴とするアイソトポマー吸収分光分析装置。
  2. 請求項１記載のアイソトポマー吸収分光分析装置において、前記複数の光ビームは、波長を掃引できる単一の光源（４１）と光線分配器（４３）の配列から得られることを特徴とするアイソトポマー吸収分光分析装置。
  3. 請求項１記載のアイソトポマー吸収分光分析装置において、前記複数の光ビームは、複数の光源（１，１１）から生成されることを特徴とするアイソトポマー吸収分光分析装置。
  4. アイソトポマー吸収分光分析方法において、
    長さの異なる複数の光路をとりうる、一定の湾曲を有する対向した一組の反射鏡（２２，２３）を有する多重反射吸収セルからなり、かつ単一の窓を有する試料セル（２１）を用い、
    長さの異なった光路上を進むように複数の光ビームを前記試料（２１）に導入し、
    吸収信号強度の比から分子内の同位体存在比を測定することを特徴とするアイソトポマー吸収分光分析方法。
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