專利名稱：確定二氧化碳吸收劑吸收能力的同位素氣體分析儀及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
同位素分析對醫(yī)療應(yīng)用中的疾病診斷很有用，其中可以通過給活體用一種含同位素藥物，并接著檢測同位素濃度比的變化，確定活體代謝功能。
本發(fā)明涉及一種同位素氣體分析儀，它根據(jù)同位素間光吸收特性的差別，確定同位素氣體濃度比。
背景技術(shù)：
稱為幽門螺旋桿菌(HP)的細(xì)菌通常被認(rèn)為可以導(dǎo)致胃潰瘍和胃炎。
如果HP存在于病人的胃里，應(yīng)該給病人用一種抗生素，以進(jìn)行細(xì)菌去除處理。因此，如果病人有HP，檢查是必不可少的。HP具有高尿素酶行為，用于把尿素分解入二氧化碳和氨中。
碳具有質(zhì)量數(shù)為12，13和14的同位素，其中質(zhì)量數(shù)為13的同位素13C因?yàn)槠錈o輻射性和穩(wěn)定性，易于處理。
如果作為病人呼吸中的最終代謝產(chǎn)物的13CO2的濃度，更具體地說，13CO2/12CO2濃度比，可以在給病人用13C標(biāo)記的尿素之后成功地被確定，就可以確認(rèn)HP的存在。
但是，自然生成的二氧化碳中的13CO2/12CO2濃度比為1∶100，這使得難以準(zhǔn)確確定病人呼吸中的濃度比。
人們所知的確定13CO2/12CO2濃度比的傳統(tǒng)方法有通過紅外分光光度法的方式(見日本已審查專利公布61-42249(1986)和61-42220(1986))。
日本已審查專利公布61-42220(1986)中公開的方法，采用兩個(gè)分別具有長路徑和短路徑的容器。調(diào)整容器的路徑長度，以使其中一個(gè)容器的13CO2吸收等于另一容器中12CO2的吸收。對相應(yīng)的容器應(yīng)用分別具有確定13CO2吸收和12CO2的吸收的合適波長的光束，并測量發(fā)射光束的強(qiáng)度。按照此方法，在自然產(chǎn)生的二氧化碳中的濃度比的吸收比可以設(shè)為1。因此，吸收比根據(jù)濃度比的改變而改變。這允許檢測濃度比的變化。
(A)即使使用采用紅外分光光度測量的方法，也難以檢測濃度比的細(xì)微變化。通過使用更長的容器可以增強(qiáng)靈敏度，但是使用更長的容器增加同位素氣體分析儀的尺寸。
另一種方法是在容器的對面提供反射鏡，以多次反射光束。但是，每個(gè)容器具有更大的體積，因此同位素氣體分析儀相應(yīng)地具有更大的尺寸。
因此本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種同位素氣體分析儀，它通過把含有二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2的氣體樣本作為成分氣體引入容器中，在適于分析相應(yīng)成分氣體的波長下測量透過容器的光束強(qiáng)度，并進(jìn)行光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)指示，可以確定成分氣體的濃度，并具有令人滿意的測量可重復(fù)性和更高的測量精度，還不會(huì)引起尺寸的增加。
(B)在采用紅外分光光度法的方法中，CO2濃度為零的標(biāo)準(zhǔn)氣體，即，經(jīng)過二氧化碳吸收劑的空氣，被填充至容器中，預(yù)先執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)吸收測量過程，以準(zhǔn)確測量13CO2和12CO2的吸收。
如上所述，在使用二氧化碳吸收劑的情況下，二氧化碳吸收劑逐漸劣化，難以確定何時(shí)需要替換吸收劑。
替換時(shí)間可以根據(jù)分析次數(shù)指示，或根據(jù)二氧化碳吸收劑的顏色變化確定，二氧化碳吸收劑通過與二氧化碳的反應(yīng)而被著色。
但是，在根據(jù)分析次數(shù)確定替換時(shí)間的情況下，分析可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，這是由于二氧化碳吸收劑的吸收能力隨生產(chǎn)批量的改變而引起的。
在使用可以改變顏色的二氧化碳吸收劑的情況下，當(dāng)空氣流動(dòng)停止時(shí)，吸收劑的顏色恢復(fù)至其原色。因此，難以確定替換時(shí)間。
因此本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種確定二氧化碳吸收劑吸收能力的方法，它通過量化二氧化碳吸收劑的劣化程度，可以準(zhǔn)確地指示二氧化碳吸收劑的替換時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
(A)按照本發(fā)明的同位素氣體分析儀實(shí)際上具有與傳統(tǒng)同位素氣體分析儀相同的結(jié)構(gòu)，但還包括增壓裝置，用于對容器中的氣體樣本增壓。
氣體樣本的增壓實(shí)際上產(chǎn)生與增加氣體樣本中二氧化碳濃度相同的效應(yīng)，從而在不需要增加容器長度的條件下，改進(jìn)S/N比，并因此改進(jìn)測量精度和測量可重復(fù)性。此外，可以避免增加分析儀的尺寸。
在通過增壓使容器的內(nèi)壓增加至2atm的情況下，可以提供充分的效應(yīng)(見下文描述的具體實(shí)施方式
)。
(B)按照本發(fā)明確定碳?xì)怏w吸收劑的吸收能力的方法包括以下步驟通過把已經(jīng)穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣導(dǎo)入容器中，執(zhí)行第一光強(qiáng)度測量過程；通過把還沒有穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣導(dǎo)入容器中，執(zhí)行第二光強(qiáng)度測量過程；根據(jù)在第一光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度和在第二光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度，確定二氧化碳吸收劑的吸收能力。
使用這種安排，分別光學(xué)分析已經(jīng)穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣和還沒有穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣，通過對比已經(jīng)穿過導(dǎo)管的空氣和還沒有穿過導(dǎo)管的空氣，以確定有多少二氧化碳被二氧化碳吸收劑吸收。
在這種確定方法中，把第一光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度比第二光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度的比率與臨界值相比，以確定二氧化碳吸收劑的吸收能力。
按照本發(fā)明，可以消除個(gè)體中確定的差異。另外，二氧化碳吸收劑可以用盡其容量，允許高可靠性同位素氣體分光光度分析。另外，二氧化碳吸收劑的吸收能力隨生產(chǎn)批量的改變不會(huì)影響同位素氣體分光光度分析。


圖1表示同位素氣體分光光度分析儀的整體結(jié)構(gòu)的框圖；圖2(a)表示用來定量注入氣體樣本的氣體注入器21的平面圖；圖2(b)表示氣體注入器21的正視圖；圖3表示當(dāng)使用清洗標(biāo)準(zhǔn)氣體清洗氣體流動(dòng)路徑和容器室11時(shí)采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖4表示當(dāng)對標(biāo)準(zhǔn)氣體執(zhí)行光強(qiáng)度測量過程時(shí)采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖5表示當(dāng)從呼吸取樣袋中把基準(zhǔn)氣體吸入氣體注入器21中時(shí)采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖6表示當(dāng)從氣體注入器21中機(jī)械排出一部分基準(zhǔn)氣體用于把基準(zhǔn)氣體施加入第一取樣室11a和第二取樣室11b時(shí)，所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖7表示當(dāng)剩余的基準(zhǔn)氣體完全從圓筒21b中排出，閥門V6被關(guān)閉時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖8表示當(dāng)吸入用于取樣氣體稀釋的空氣時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖9表示當(dāng)從另一呼吸取樣袋中把取樣氣體吸入氣體注入器21中時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖10表示當(dāng)取樣氣體被施加入第一取樣室11a和第二取樣室11b時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖11表示當(dāng)取樣氣體在第一取樣室11a和第二取樣室11b中被增壓，閥門V6被關(guān)閉時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖12表示當(dāng)空氣被吸入圓筒21b中時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖13表示當(dāng)空氣被以固定流動(dòng)速度從圓筒21b中排出，用以光強(qiáng)度測量過程時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖14表示當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體被吸入氣體注入器21中時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖15表示當(dāng)使用氣體注入器21把標(biāo)準(zhǔn)氣體填充入第一取樣室11a和第二取樣室11b時(shí)所采用的氣體流動(dòng)路徑示意圖；圖16表示氣體樣本的附加注入量(增壓程度)和指示Δ13C數(shù)據(jù)變化的標(biāo)準(zhǔn)差之間的關(guān)系；圖17是通過繪制二氧化碳吸收劑總體使用時(shí)期和強(qiáng)度比12Ratio之間關(guān)系而得到的圖表；圖18是通過繪制二氧化碳吸收劑總體使用時(shí)期和根據(jù)多次測量計(jì)算的指示13C中Δ13C變化的Δ13C數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差SD之間關(guān)系而得到的圖表。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式。在此實(shí)施方式中，給病人用一種13C標(biāo)記的尿素診斷藥物，接下來分光光度測量分析病人呼吸取樣中的13CO2濃度。
I.呼吸試驗(yàn)首先，在用尿素診斷藥物之前把病人的呼吸取樣至呼吸取樣袋中。接下來，給病人口服尿素診斷藥物，在大約20分鐘的時(shí)間之后，以與前面呼吸取樣相同的方法把病人的呼吸取樣至另一呼吸取樣袋中。
用藥之前和之后獲得的取樣袋分別被連到同位素氣體分光光度分析儀的預(yù)定噴嘴上，并以下面的方法執(zhí)行自動(dòng)分析。
II.同位素氣體分光光度分析儀圖1的框圖表示同位素氣體分光光度分析儀的整體構(gòu)造。
包含用藥后獲得的呼吸(下文稱為“取樣氣體”)的呼吸取樣袋和包含用藥前獲得的呼吸(下文稱為“基準(zhǔn)氣體”)的呼吸取樣袋被分別連到噴嘴N1和N2。噴嘴N1通過金屬管(下文簡稱為“管”)被連接至電磁閥V2(下文簡稱為“閥”)，同時(shí)噴嘴N2通過管被連接至閥V3。另外，引入空氣的管被連接至閥V5。
從標(biāo)準(zhǔn)氣體施加部件30(下文將加以描述)施加的標(biāo)準(zhǔn)氣體流入三個(gè)途徑。流入其中一個(gè)途徑的標(biāo)準(zhǔn)氣體被輸入輔助室11c，流入另一途徑的標(biāo)準(zhǔn)氣體流入閥V1。流入另一途徑的標(biāo)準(zhǔn)氣體流入光源部件，以調(diào)整光源部件的溫度。
流入輔助室11c的標(biāo)準(zhǔn)氣體被從輔助室11c中排出至容器室10中。
閥V1的一個(gè)出口被連接至三通閥V4的一個(gè)端口，三通閥V4的另一端口被連接至氣體注入器21，以定量注入取樣氣體或基準(zhǔn)氣體。氣體注入器21為注射器狀結(jié)構(gòu)，具有活塞和圓筒。通過脈沖電動(dòng)機(jī)，連接至脈沖電動(dòng)機(jī)的絲杠和固定至活塞的螺母的協(xié)作，驅(qū)動(dòng)活塞(下文將加以描述)。
三通閥V4的另一端口被連接至第一取樣室11a，以測量12CO2吸收。從閥V2，V3和V5伸出的管連入連接閥V1和三通閥V4的管。
容器室11包括第一取樣室11a，它的長度較小，用來測量12CO2吸收，第二取樣室11b，它的長度較大，用來測量13CO2吸收，和標(biāo)準(zhǔn)氣體流經(jīng)的輔助室11c。第一取樣室11a與第二取樣室11b相連，以使導(dǎo)入第一取樣室11a的氣體直接進(jìn)入第二取樣室11b，并從閥V6中排出。標(biāo)準(zhǔn)氣體被導(dǎo)入輔助室11c。
第一取樣室11a的容積大約為0.6ml第二取樣室11b的容積大約為12ml。特別地，第一取樣室11a的長度為13mm，第二取樣室11b的長度為250mm。輔助室11c的長度為236mm。在容器室11的相對端面提供能透過紅外輻射的藍(lán)寶石窗。容器室11被聚苯乙烯泡沫之類的熱絕緣材料包圍(未顯示)。
標(biāo)識符L代表紅外光源部件。紅外光源部件L包括兩個(gè)波導(dǎo)管23a，23b，用于紅外光束的發(fā)射。紅外光束可以以任何方法產(chǎn)生。例如，可以使用陶瓷加熱器(表面溫度450℃)之類。提供旋轉(zhuǎn)式斷續(xù)器22，以在預(yù)定的周期內(nèi)阻斷紅外光束。
從紅外光源部件L發(fā)射的紅外光束分別沿貫穿第一取樣室11a及輔助室11c的第一光路L1和沿貫穿第二取樣室11b的第二光路L2傳送。(見圖1)。
標(biāo)識符D代表紅外檢測器，用以檢測已經(jīng)通過容器的紅外光束。
紅外檢測器D包含提供于第一光路中的第一波長過濾器24a及第一檢測元件25a，和提供于第二光路中的第二波長過濾器24b及第二檢測元件25b。
第一波長過濾器24a設(shè)計(jì)為傳送波長大約4280nm的紅外輻射，以測量12CO2吸收，而第二波長過濾器24b設(shè)計(jì)為傳送波長大約4412nm的紅外輻射，以測量13CO2吸收。采用第一檢測元件25a和第二檢測元件25b檢測紅外光束。
第一波長過濾器24a，第一檢測元件25a，第二波長過濾器24b和第二檢測元件25b被裝置在填充Ar之類的惰性氣體的殼體26中。
整個(gè)紅外檢測器D的溫度通過加熱器和珀?duì)柼?Peltier)元件保持恒定水平，殼體26a，26b的內(nèi)部溫度通過珀?duì)柼?7分別保持在較低水平。
提供風(fēng)扇28，29，用以同位素氣體分光光度分析儀中的通風(fēng)。
標(biāo)準(zhǔn)氣體施加部件30被附加至同位素氣體分光光度分析儀的主體，用以施加CO2的游離空氣。標(biāo)準(zhǔn)氣體施加部件30包括串聯(lián)連接的灰塵過濾器31，壓縮機(jī)32，去濕部件33，干燥過濾器34，流量計(jì)35和二氧化碳吸收部件36。
例如，二氧化碳吸收部件36采用堿石灰(氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物)作為二氧化碳吸收劑。
圖2(a)和2(b)分別表示用來定量注入氣體樣本的氣體注入器21的平面圖和正視圖。氣體注入器21起到“增壓裝置”的作用。
氣體注入器21包括基21a，提供至基21a上的圓筒21b，裝配入圓筒21b的活塞21c，提供在基21a下面并連接至活塞21c的可移動(dòng)的螺母21d，與螺母21d螺紋嚙合的絲杠21e，和用來旋轉(zhuǎn)絲杠21e的脈沖電動(dòng)機(jī)21f。
通過未顯示的驅(qū)動(dòng)器電路，在正常方向和相反方向驅(qū)動(dòng)脈沖電動(dòng)機(jī)21f。當(dāng)絲杠21e通過脈沖電動(dòng)機(jī)21f的旋轉(zhuǎn)而被旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母21d按照絲杠的旋轉(zhuǎn)方向前后移動(dòng)。因此，活塞21c被前后移動(dòng)至需要的位置。因而，可以根據(jù)需要控制氣體樣本導(dǎo)入圓筒21b或從圓筒21b排出。
III.測量程序通過以這種順序執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)氣體測量過程，基準(zhǔn)氣體測量過程，標(biāo)準(zhǔn)氣體測量過程，取樣氣體測量過程，和標(biāo)準(zhǔn)氣體測量過程，完成測量。在圖3至圖11中，氣體流動(dòng)路徑被以陰影線標(biāo)出。
在測量過程中，標(biāo)準(zhǔn)氣體不斷地流經(jīng)輔助室11c。標(biāo)準(zhǔn)氣體的流動(dòng)速度通過流量計(jì)35被保持在恒定水平。
III-1.標(biāo)準(zhǔn)測量過程如圖3所示，干凈的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過氣體流動(dòng)路徑和同位素氣體分光光度分析儀的容器室11，以清潔氣體流動(dòng)路徑和容器室11。此時(shí)，通過前后移動(dòng)活塞21c，圓筒21b也被清潔。
接著，如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)氣體被從圓筒21b中排出，通過相應(yīng)的檢測元件25a，25b測量光強(qiáng)度。
通過第一和第二檢測元件25a和25b如此測量的光強(qiáng)度分別表示為12R1和13R1。
III-2.基準(zhǔn)氣體測量過程如圖5所示，閥V1被關(guān)閉，且閥V4的兩個(gè)端口被打開，阻止標(biāo)準(zhǔn)氣體流入第一取樣室11a和第二取樣室11b。接著，打開閥V2，基準(zhǔn)氣體被從呼吸取樣袋中吸入氣體注入器21。
如圖6所示，在基準(zhǔn)氣體吸入之后，部分基準(zhǔn)氣體被從氣體注入器21中機(jī)械地排出，同時(shí)閥V4和閥V6的一個(gè)端口被打開，從而第一取樣室11a和第二取樣室11b被基準(zhǔn)氣體填充。
接著，如圖7所示，閥V6被關(guān)閉，剩余的基準(zhǔn)氣體被從圓筒21b中完全地排出。因此，第一取樣室11a和第二取樣室11b中的基準(zhǔn)氣體壓力被增加。在圖7中，含有更高壓力氣體的氣體流動(dòng)途徑被以交叉陰影線標(biāo)出。
在這種增壓狀態(tài)中，通過相應(yīng)的檢測元件25a，25b測量光強(qiáng)度。
通過第一和第二檢測元件25a和25b如此測量的光強(qiáng)度分別表示為12B和13B。
III-3.標(biāo)準(zhǔn)測量過程再次執(zhí)行氣體流動(dòng)路徑和容器室的清潔，以及標(biāo)準(zhǔn)氣體的光強(qiáng)度測量(見圖3和4)。
通過第一和第二檢測元件25a和25b如此測量的光強(qiáng)度分別表示為12R2和13R2。
III-4.取樣氣體測量過程如圖8所示，在閥V5被打開的情況下，用以取樣氣體稀釋的空氣被吸入氣體注入器21。當(dāng)取樣氣體中的CO2濃度高于基準(zhǔn)氣體中的CO2濃度時(shí)，取樣氣體被稀釋，以使這些CO2濃度互相相等。
如果基準(zhǔn)氣體中的CO2濃度高于取樣氣體中的CO2濃度，在基準(zhǔn)氣體的吸入之前，基準(zhǔn)氣體被稀釋(見圖5)。
在通過檢測元件25a，25b測量光強(qiáng)度的過程中，預(yù)先確定基準(zhǔn)氣體中的CO2濃度和取樣氣體中的CO2濃度。
稀釋過程的詳細(xì)信息見國際公布WO98/30888。
接下來，在避免標(biāo)準(zhǔn)氣體流入第一取樣室11a和第二取樣室11b的情況下，取樣氣體被從呼吸取樣袋中吸入氣體注入器21(見圖9)。因此，取樣氣體在圓筒21b中被稀釋。
在吸入取樣氣體后，第一取樣室11a和第二取樣室11b被取樣氣體填充，如圖10所示。
接著，如圖11所示，閥V6被關(guān)閉，取樣氣體被從氣體注入器21中機(jī)械排出，從而取樣氣體在第一取樣室11a和第二取樣室11b中被增壓。
氣體注入器21的操作被停止，接著通過檢測元件25a，25b測量光強(qiáng)度。
通過第一和第二檢測元件25a和25b如此測量的光強(qiáng)度分別表示為12S和13S。
III-5.標(biāo)準(zhǔn)測量過程再次執(zhí)行氣體流動(dòng)路徑和容器室的清潔，以及標(biāo)準(zhǔn)氣體的光強(qiáng)度測量(見圖3和4)。
通過第一和第二檢測元件25a和25b如此測量的光強(qiáng)度分別表示為12R3和13R3。
IV.數(shù)據(jù)處理IV-1.基準(zhǔn)氣體吸收的計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12R1和13R1，基準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12B和13B，和標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12R2和13R2，計(jì)算基準(zhǔn)氣體的12CO2吸收12Abs(B)和13CO2吸收13Abs(B)。
根據(jù)下面的公式計(jì)算12CO2吸收12Abs(B)12Abs(B)＝-log[2·12B/(12R1+12R2)]根據(jù)下面的公式計(jì)算13CO2吸收13Abs(B)13Abs(B)＝-log[2·13B/(13R1+13R2)]由于是根據(jù)基準(zhǔn)氣體測量過程中獲得的光強(qiáng)度，和在基準(zhǔn)氣體測量過程之前和之后執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)測量過程中獲得的光強(qiáng)度的平均值(R1+R2)/2，計(jì)算吸收，因此可以消除漂移影響(一種對測量的時(shí)間相關(guān)影響)。因而，在分析儀的啟動(dòng)階段，不需要等到分析儀達(dá)到完全熱平衡(這通?；ㄙM(fèi)幾個(gè)小時(shí))。因而，在分析儀啟動(dòng)后可以立即開始測量。
IV-2.取樣氣體吸收的計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12R2和13R2，取樣氣體的傳送光強(qiáng)度12S和13S，和標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12R3和13R3，計(jì)算取樣氣體的12CO2吸收12Abs(S)和13CO2吸收13Abs(S)。
根據(jù)下面的公式計(jì)算12CO2吸收12Abs(S)12Abs(S)＝-1og[2·12S/(12R2+12R3)]根據(jù)下面的公式計(jì)算13CO2吸收13Abs(S)13Abs(S)＝-log[2·13S/(13R2+13R3)]由于是根據(jù)取樣氣體測量過程中獲得的光強(qiáng)度，和在取樣氣體測量過程之前和之后執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)測量過程中獲得的光強(qiáng)度的平均值計(jì)算吸收，因此可以消除漂移影響。
IV-3.濃度的計(jì)算使用校準(zhǔn)曲線確定12CO2濃度和13CO2濃度。根據(jù)通過使用已知12CO2濃度的氣體樣本和已知13CO2濃度的氣體樣本執(zhí)行的測量，準(zhǔn)備校準(zhǔn)曲線。由于在前面所述的測量過程中基準(zhǔn)氣體和取樣氣體被增壓，這些用以準(zhǔn)備校準(zhǔn)曲線的氣體樣本在測量過程中也被增壓。
為了準(zhǔn)備校準(zhǔn)曲線，測量范圍為大約0％至大約6％的不同12CO2濃度的12CO2吸收。12CO2濃度和12CO2吸收分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)繪制，通過最小平方法確定曲線。一種包含相對小錯(cuò)誤的近似二次方曲線，被采用為本實(shí)施方式中的校準(zhǔn)曲線。
通過使用前面所述的校準(zhǔn)曲線確定的基準(zhǔn)氣體中的12CO2濃度和13CO2濃度，以及取樣氣體中的12CO2濃度和13CO2濃度，分別表示為12Conc(B)，13Conc(B)，12Conc(S)和13Conc(S)。
IV-4.濃度比的計(jì)算確定13CO2與12CO2的濃度比?；鶞?zhǔn)氣體中和取樣氣體中的濃度比分別表示為13Conc(B)/12Conc(B)和13Conc(S)/12Conc(S)。
做為選擇，濃度比可以定義為13Conc(B)/(12Conc(B)+13Conc(B))和13Conc(S)/(12Conc(S)+13Conc(S))。由于12CO2的濃度比13CO2的濃度高得多，以前一種方式和以后一種方式表示的濃度比實(shí)際上相同。
IV-5.確定13C變化根據(jù)下面的公式計(jì)算取樣氣體和基準(zhǔn)氣體間的13C差異Δ13C＝[(取樣氣體中的濃度比)-(基準(zhǔn)氣體中的濃度比)]×103/(基準(zhǔn)氣體中的濃度比)(單位千分率(千分之一))V.確定二氧化碳吸收劑的吸收能力接下來將解釋確定二氧化碳吸收劑的吸收能力的程序。在圖12至15中，氣體流動(dòng)路徑被以陰影線標(biāo)出。
在測量過程中，標(biāo)準(zhǔn)氣體不斷地流經(jīng)輔助室11c，標(biāo)準(zhǔn)氣體的流動(dòng)速度通過流量計(jì)35被保持在恒定水平。
V-1.空氣光強(qiáng)度測量過程如圖12所示，在閥V1被關(guān)閉，閥V5及閥V4的兩個(gè)端口被打開的情況下，空氣被吸入圓筒21b。
如圖13所示，閥V4被切換，空氣被從圓筒21b中以恒定流動(dòng)速度排出至同位素氣體分光光度分析儀的氣體流動(dòng)路徑和容器室11中。接著，通過檢測元件25a測量光強(qiáng)度。
通過第一檢測元件25a如此測量的光強(qiáng)度表示為12A。
V-2.標(biāo)準(zhǔn)氣體測量過程如圖14所示，在閥V1及閥V4的兩個(gè)端口被打開的情況下，標(biāo)準(zhǔn)氣體被吸入氣體注入器21。
如圖15所示，在基準(zhǔn)氣體吸入之后，閥V4被切換，基準(zhǔn)氣體被從氣體注入器21中以恒定流動(dòng)速度機(jī)械地排出。因此，第一取樣室11a和第二取樣室11b被標(biāo)準(zhǔn)氣體填充。在這種情況下，通過檢測元件25a測量光強(qiáng)度。
通過第一檢測元件25a如此測量的光強(qiáng)度表示為12R。
V-3.數(shù)據(jù)處理根據(jù)空氣的傳送光強(qiáng)度12A標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度12R，確定12CO2強(qiáng)度比12Ratio。根據(jù)下面的公式計(jì)算強(qiáng)度比12Ratio12Ratio＝12A/12R當(dāng)強(qiáng)度比12Ratio接近1時(shí)，二氧化碳吸收劑的吸收能力被降低。更具體地說，在強(qiáng)度比和吸收能力間存在如表1所示的關(guān)系。
表1

二氧化碳吸收劑的吸收能力可以根據(jù)如此確定的強(qiáng)度比12Ratio，參照表1確定。
當(dāng)強(qiáng)度比12Ratio低于臨界值(例如0.990)時(shí)，二氧化碳吸收劑的劣化指示被顯示在同位素氣體分析儀液晶顯示設(shè)備(未顯示)上，以通知使用者。另外，直至二氧化碳吸收劑被替換，才允許同位素氣體分光光度分析。
實(shí)施例1在氣體樣本被以多種水平增壓和不給氣體樣本增壓的情況下，確定12CO2濃度為1％的氣體樣本的變化Δ13C。
在本實(shí)施例中采用的氣體樣本不是作為取樣氣體或基準(zhǔn)氣體的病人呼吸取樣，而是包含在更大尺寸的單個(gè)呼吸取樣袋中12CO2濃度為1％的空氣。呼吸取樣袋有兩個(gè)出口，分別連接至噴嘴N1和N2。由于在本實(shí)施例中采用相同的氣體樣本用以測量，變化Δ13C通常應(yīng)該為零。
表2表示變化Δ13C根據(jù)當(dāng)通過附加注入0ml(latm)，5ml(約1.25atm)，10ml(約1.5atm)，15ml(約1.75atm)，和20ml(約2atm)的氣體，執(zhí)行10次測量而獲得的測量結(jié)果計(jì)算。
表2 (％)


指示Δ13C變化的附加注入量和標(biāo)準(zhǔn)差間的關(guān)系顯示在圖16中。
在圖中可見，在附加注入量和標(biāo)準(zhǔn)差之間有明顯的相關(guān)性。當(dāng)附加注入量(增壓程度)增加時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差減小。
因此，增壓有效地改進(jìn)測量數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。
實(shí)施例2使用堿石灰(氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物)作為二氧化碳吸收劑。反應(yīng)如下所示。
每天執(zhí)行多次測量，二氧化碳吸收劑的總體使用時(shí)間和強(qiáng)度比12Ratio之間的關(guān)系繪制在如圖17所示的圖表中。如圖17可見，當(dāng)總體時(shí)間穿過大約300小時(shí)時(shí)，強(qiáng)度比12Ratio急劇地增加。
除上述的測量之外，通過采用使用同樣的二氧化碳吸收劑準(zhǔn)備的標(biāo)準(zhǔn)氣體和12CO2濃度為1％的氣體樣本作為取樣氣體，計(jì)算13C中的Δ13C變化。在本實(shí)施例中采用的氣體樣本不是作為取樣氣體或基準(zhǔn)氣體的病人呼吸取樣，而是包含在更大尺寸的單個(gè)呼吸取樣袋中12CO2濃度為1％的空氣。呼吸取樣袋有兩個(gè)出口，分別連接至噴嘴N1和N2。
更具體地說，分別根據(jù)下面的公式計(jì)算12CO2吸收12Abs和13CO2吸收13Abs12Abs＝-log[12S/12R]13Abs＝-log[13S/13R]其中12S和13S為氣體樣本的傳送光強(qiáng)度，12R和13R為標(biāo)準(zhǔn)氣體的傳送光強(qiáng)度。使用校準(zhǔn)曲線，確定12CO2濃度12Conc和13CO2濃度13Conc，并接著計(jì)算濃度比13Conc/12Conc。
對相同的氣體樣本再次執(zhí)行次程序。根據(jù)下面的公式計(jì)算變化Δ13CΔ13C＝[(第一次的濃度比)-(第二次的濃度比)]×103/(第一次的濃度比)(單位千分率(千分之一))上述程序被重復(fù)10次，以計(jì)算變化Δ13C。
由于在本實(shí)施例中采用相同的氣體樣本，變化Δ13C通常應(yīng)該為零。但是，由于測量誤差，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)與零有偏差。標(biāo)準(zhǔn)差SD繪制在如圖18所示的圖表中。
在圖18中可見，在總體使用時(shí)間超過300小時(shí)后，指示測量中變化的標(biāo)準(zhǔn)差SD超過0.30并急劇增加。
在圖17所示的圖表中，300小時(shí)的總體使用時(shí)間對應(yīng)0.99的強(qiáng)度比12Ratio，它是用作替換二氧化碳吸收劑的臨界值的標(biāo)準(zhǔn)值。值“0.99”僅是一個(gè)例子，因此當(dāng)然可以根據(jù)分析儀的說明書，采用不同的臨界值。
權(quán)利要求
1.一種同位素氣體分析儀，通過把氣體樣本引入容器中，在適于分析相應(yīng)成分氣體的波長下測量透過容器的光束強(qiáng)度，并處理指示光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，從而確定含有二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2作為成分氣體的氣體樣本中的二氧化碳13CO2的濃度，其特征在于提供增壓裝置，用于對容器室中的氣體樣本增壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的同位素氣體分析儀，其中增壓裝置把氣體樣本增壓至2atm。
3.按照權(quán)利要求1所述的同位素氣體分析儀，其中增壓裝置包含氣體注入器，用于把氣體樣本注入相應(yīng)的容器室中。
4.一種確定二氧化碳吸收劑的吸收能力的方法，用于同位素氣體分析方法中，以測量含有二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2作為成分氣體的氣體樣本中的二氧化碳13CO2的濃度，同位素氣體分析方法包括以下步驟把氣體樣本導(dǎo)入容器中，在適于分析相應(yīng)成分氣體的波長下測量透過容器的光束強(qiáng)度；把已經(jīng)穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣作為標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)入容器中，在適于分析相應(yīng)成分氣體的波長下測量透過容器的光束強(qiáng)度；處理指示測量結(jié)果的數(shù)據(jù)，其特征在于以下步驟通過把已經(jīng)穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣導(dǎo)入容器中，執(zhí)行第一光強(qiáng)度測量過程；通過把還沒有穿過含有二氧化碳吸收劑的導(dǎo)管的空氣導(dǎo)入容器中，執(zhí)行第二光強(qiáng)度測量過程；并且根據(jù)在第一光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度和在第二光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度，確定二氧化碳吸收劑的吸收能力。
5.按照權(quán)利要求4所述的吸收能力確定方法，其中吸收能力確定步驟包括把在第一光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度相對于在第二光強(qiáng)度測量步驟中測量的光強(qiáng)度的比率與臨界值相比的步驟。
6.按照權(quán)利要求4所述的吸收能力確定方法，其中在第一和第二光強(qiáng)度測量步驟中，測量波長適于分析二氧化碳12CO2的光強(qiáng)度。
全文摘要
在一種同位素氣體分析儀中，提供氣體注入器(21)，以增壓容器(11a，11b)中的氣體樣本。氣體樣本的增壓實(shí)際上產(chǎn)生如增加氣體樣本中二氧化碳濃度相同的效應(yīng)，從而改進(jìn)分析的S/N比，并因此改進(jìn)數(shù)據(jù)可重復(fù)性。
文檔編號G01N33/00GK1466675SQ01816285
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月25日
發(fā)明者森正昭, 久?？岛? 三好正彥, 浜尾保, 水井宏明, 弘, 彥, 明 申請人:大塚制藥株式會(huì)社, 大 制藥株式會(huì)社