專(zhuān)利名稱(chēng)：同位素氣體分析中的氣體注射量確定方法以及同位素氣體分析和測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
當(dāng)將含有同位素的藥品給藥到活體后，可以通過(guò)測(cè)定同位素的濃度比變化而測(cè)定活體的代謝率。因此，同位素分析在醫(yī)藥領(lǐng)域被用于疾病診斷。
通過(guò)注意到同位素的光吸收特性存在差別而得到了本發(fā)明，因此本發(fā)明涉及用于測(cè)定同位素氣體濃度比的同位素氣體分析中的氣體注射量確定方法，并且也涉及同位素氣體分析和測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，被稱(chēng)為幽門(mén)螺桿菌(HP)的細(xì)菌存在于胃中，其為胃潰瘍和胃炎的原因。
當(dāng)HP存在于病人胃中時(shí)，需要通過(guò)給予抗菌物質(zhì)進(jìn)行細(xì)菌清除治療。因此，HP是否存在于病人內(nèi)很重要。HP呈現(xiàn)出很強(qiáng)的尿素酶活性，并因此將尿素分解為二氧化碳和氨。
另一方面，碳除了12之外還包括質(zhì)量數(shù)為13和14的同位素。在這些同位素中，質(zhì)量數(shù)為13的同位素13C因其是非放射性的并且穩(wěn)定，因此很容易操作。
就此而論，當(dāng)標(biāo)記有同位素13C的尿素給藥到活體(病人)，并且在病人呼出的氣體中測(cè)定13C濃度，更具體地是作為最終代謝產(chǎn)物的13CO2和12CO2之間的濃度比時(shí)，可以確定存在/不存在HP。
然而，自然界中13CO2和12CO2之間的濃度比高達(dá)1∶100。因此難以精確地測(cè)量病人呼氣中的濃度比。
按照慣例，已知有一種方法采用紅外光譜衍射作為獲得13CO2和12CO2之間的濃度比或13CO2濃度的方法(參見(jiàn)日本專(zhuān)利公開(kāi)No.61(1986)-42220(B))。
根據(jù)日本專(zhuān)利公開(kāi)No.61(1986)-42220(B)的方法，準(zhǔn)備了長(zhǎng)短兩個(gè)樣品池，其長(zhǎng)度使得在一個(gè)樣品池中12CO2的吸收等于在另一樣品池中13CO2的吸收，并且具有適于進(jìn)行相應(yīng)分析的波長(zhǎng)的光照射到相應(yīng)的樣品池，并測(cè)量透射光的強(qiáng)度。根據(jù)該方法，可以將按自然界中濃度比的光吸收比設(shè)成1，并且如果濃度比發(fā)生變化，則光吸收比根據(jù)該變化而改變。因此，可以知道濃度比的變化。
即使利用上述紅外光譜衍射的方法被采用，也難以檢測(cè)濃度比的微小改變。
根據(jù)上述的同位素氣體分析和測(cè)量方法，通過(guò)利用校準(zhǔn)曲線而得到二氧化碳13CO2的濃度，該曲線確定了13CO2的吸收和濃度之間的關(guān)系。然而，如果制作校準(zhǔn)曲線時(shí)的大氣壓不同于測(cè)定二氧化碳13CO2的吸收時(shí)的大氣壓，該差別可能會(huì)引起測(cè)量13CO2濃度的誤差。
表1顯示出以如下方式獲得的測(cè)量CO2濃度的結(jié)果。即，在多個(gè)大氣壓中的每一個(gè)下，由氣體注射設(shè)備收集具有預(yù)定CO2濃度的預(yù)定體積的空氣，并隨后注入樣品池。測(cè)定每一樣品池內(nèi)部的壓力。接著，測(cè)定每個(gè)吸收以測(cè)量CO2的濃度。在大氣壓為1005hPa下制作此時(shí)利用的校準(zhǔn)曲線。
表1

根據(jù)表1，樣品池內(nèi)部的壓力很自然地正比于大氣壓，并且起初必須恒定的CO2濃度根據(jù)大氣壓的減小而降低。因此，濃度隨著大氣壓的變化而改變。
測(cè)量中，將含有作為氣體組分的二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2的待測(cè)氣體導(dǎo)入樣品池，并測(cè)定具有適于測(cè)量各氣體組分的波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)度，隨后數(shù)據(jù)被處理以測(cè)量氣體組分的濃度，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種同位素氣體分析中的氣體注射量確定方法和同位素氣體分析/測(cè)量方法及裝置，每一個(gè)都可以校正由大氣壓變化引起的濃度變化，因此改進(jìn)了測(cè)量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，一種在同位素氣體分析中的氣體注射量確定方法包括下列步驟在大氣壓下用空氣填充樣品池；操作氣體注射設(shè)備以便吸取預(yù)定體積Va的空氣，氣體注射設(shè)備被設(shè)置成將待測(cè)氣體注入樣品池；將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的空氣轉(zhuǎn)移到樣品池中以便為樣品池內(nèi)部加壓，并測(cè)定樣品池內(nèi)部的壓力P；以及從用比率P0/P乘以體積Va和樣品池體積Vc之和V0而得到的乘積中減去樣品池體積Vc，其中，P0為同位素氣體分析測(cè)量中待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力，從而確定氣體注射設(shè)備的一次氣體注射量。
根據(jù)上述方法，當(dāng)采用通過(guò)用標(biāo)準(zhǔn)體積或體積Va和樣品池體積Vc之和V0乘以比率P0/P而確定的一次氣體注射量進(jìn)行同位素氣體分析測(cè)量時(shí)，可以在待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力P0下測(cè)量待測(cè)氣體。換句話說(shuō)，受大氣壓變化影響的樣品池內(nèi)部的壓力可以被校正。
因此，提高了測(cè)量精度和重復(fù)性。此外，測(cè)量裝置無(wú)需制作成大尺寸。
優(yōu)選樣品池體積Vc不但包括樣品池的凈體積，而且也包括經(jīng)由樣品池連接的導(dǎo)管、閥和壓力傳感器的內(nèi)體積。利用以上體積Vc，可以獲得更精確的測(cè)量。
待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力P0優(yōu)選等于制作校準(zhǔn)曲線時(shí)的氣體壓力，該曲線用于確定二氧化碳13CO2的吸收和濃度之間的關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的同位素氣體分析和測(cè)量方法，由氣體注射設(shè)備收集待測(cè)氣體，其體積通過(guò)上述氣體注射量確定方法確定，這樣收集的氣體被轉(zhuǎn)移到樣品池以便為樣品池內(nèi)部加壓，并且測(cè)定二氧化碳13CO2的濃度或13CO2/12CO2濃度比。
本發(fā)明的同位素氣體分析和測(cè)量裝置被設(shè)置成體現(xiàn)上述的同位素氣體分析和測(cè)量方法，并包括一個(gè)氣體注射設(shè)備，用于將氣體注入樣品池；用于將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的氣體轉(zhuǎn)移到樣品池內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移設(shè)備；一個(gè)壓力傳感器，用于測(cè)定容納在樣品池中的氣體壓力；以及氣體注射量確定設(shè)備，設(shè)置成使得具有預(yù)定體積Va的空氣被氣體注射設(shè)備吸取，將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的空氣轉(zhuǎn)移到在大氣壓下填充有空氣的樣品池中，從而為樣品池內(nèi)部加壓，測(cè)定樣品池內(nèi)部的壓力P，以及從通過(guò)用比率P0/P乘以體積Va和樣品池體積Vc之和V0而獲得的乘積中減去樣品池體積Vc，其中，P0為同位素氣體分析測(cè)量中待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力，從而確定氣體注射設(shè)備的一次氣體注射量；由此通過(guò)氣體注射設(shè)備收集待測(cè)氣體，其體積由氣體注射量確定設(shè)備確定，這樣收集的氣體被轉(zhuǎn)移到在大氣壓下填充有待測(cè)氣體的樣品池中，測(cè)量二氧化碳13CO2濃度或13CO2/12CO2濃度比。


圖1的方框圖舉例說(shuō)明了同位素氣體光譜測(cè)量裝置的總體布置；圖2(a)為用于定量地注射待測(cè)氣體的氣體注射設(shè)備21的平面圖，并且圖2(b)為氣體注射設(shè)備21的正視圖；圖3(a)和圖3(b)舉例說(shuō)明了當(dāng)測(cè)定一次氣體注射量時(shí)的氣體流動(dòng)通道；圖4(a)和圖4(b)舉例說(shuō)明了當(dāng)進(jìn)行參比氣體光量測(cè)量時(shí)的氣體流動(dòng)通道；圖5(a)和圖5(b)舉例說(shuō)明了當(dāng)進(jìn)行底氣光量測(cè)量時(shí)的氣體流動(dòng)通道；以及圖6(a)和圖6(b)舉例說(shuō)明了當(dāng)進(jìn)行樣氣光量測(cè)量時(shí)的氣體流動(dòng)通道。
優(yōu)選實(shí)施方案描述參照附圖，以下說(shuō)明將詳細(xì)討論本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中，當(dāng)標(biāo)記有同位素13C的尿素診斷藥施用到活體后，在光譜學(xué)上測(cè)定活體呼氣中的13CO2濃度。
I.呼氣試驗(yàn)首先，將施用尿素診斷藥前病人的呼氣收集在一個(gè)呼氣袋中。隨后，將尿素診斷藥給病人口服施用。經(jīng)過(guò)約20分鐘后，以類(lèi)似于給藥前的方式將呼氣收集在一個(gè)呼氣袋中。
將給藥前后的呼氣袋分別放到同位素氣體光譜測(cè)量裝置的預(yù)定噴嘴上。隨后，進(jìn)行以下的自動(dòng)測(cè)量。
II.同位素氣體光譜測(cè)量裝置圖1的方框圖舉例說(shuō)明了一種同位素氣體光譜測(cè)量裝置的總體布置。
將含有給藥后呼氣(下文稱(chēng)作“樣氣”)的呼氣袋和含有給藥前呼氣(下文稱(chēng)作“底氣”)的呼氣袋分別放到噴嘴N1和N2上。噴嘴N1通過(guò)金屬導(dǎo)管(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“導(dǎo)管”)連接到電磁閥(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“閥”)V4。噴嘴N2通過(guò)導(dǎo)管連接到閥V3。閥V5連接到一個(gè)用于通過(guò)防塵過(guò)濾器15吸收空氣的導(dǎo)管。
另一方面，將從參比氣體供應(yīng)單元30(后面將討論)供應(yīng)的參比氣體(在該實(shí)施方案中，采用了去除CO2的空氣)供應(yīng)到閥V1。
閥V1、V3、V4和V5連接到氣體注射設(shè)備21，其用于定量地注射參比氣體、樣氣或底氣。氣體注射設(shè)備21具有注射器形狀，帶有活塞和圓筒?；钊蛇B接到脈沖馬達(dá)21f的進(jìn)動(dòng)螺桿21e聯(lián)合固定到活塞的螺母21d驅(qū)動(dòng)(后面將被討論)。氣體注射設(shè)備21的最大氣體注射量為40ml。
氣體注射設(shè)備21通過(guò)閥V2連接到第一樣品池11a和第二樣品池11b。
如圖1所示，樣品池腔11具有用于測(cè)定12CO2吸收的較短的第一樣品池11a、用于測(cè)定13CO2吸收的較長(zhǎng)的第二樣品池11b以及一個(gè)虛設(shè)池11c，其含有在CO2吸收范圍內(nèi)不吸收的氣體。規(guī)定使第一樣品池11a和第二樣品池11b相互連通，并且導(dǎo)入第一樣品池11a的氣體實(shí)際上進(jìn)入第二樣品池11b，并隨后經(jīng)排氣閥V6排放。
壓力傳感器16設(shè)置在排氣閥V6上游，用于測(cè)定第一樣品池11a和第二樣品池11b中的氣體壓力。對(duì)于該壓力傳感器16的檢測(cè)方法未加限制，但可以例如采用該類(lèi)型的壓力傳感器，其中，隔膜的移動(dòng)由壓電元件檢測(cè)。
第一樣品池11a具有約0.085ml的容量，而第二樣品池11b具有約3.96ml的容量。更具體地，第一樣品池11a長(zhǎng)3mm，第二樣品池11b長(zhǎng)140mm，并且虛設(shè)池11c長(zhǎng)135mm。樣品池腔11由絕緣材料環(huán)繞(未示出)。
還設(shè)置了一個(gè)具有兩個(gè)光源的紅外光源設(shè)備L，用于照射紅外線。紅外線可以由任選的方法產(chǎn)生。例如，可以利用陶瓷加熱器(表面溫度為700℃)或類(lèi)似物。還設(shè)置有一個(gè)斬光器22，用于以預(yù)定的間隔遮斷和通過(guò)紅外線。斬光器22由脈沖馬達(dá)23旋轉(zhuǎn)。
在從紅外光源設(shè)備L發(fā)射的紅外線中，由通過(guò)第一樣品池11a和虛設(shè)池11c的紅外線形成的光路被稱(chēng)作第一光路L1，并且由通過(guò)第二樣品池11b的紅外線形成的光路被稱(chēng)作第二光路L2(參見(jiàn)圖1)。
用于檢測(cè)通過(guò)樣品池的紅外線的紅外線檢測(cè)器設(shè)備包括設(shè)置在第一光路中的第一波長(zhǎng)過(guò)濾器24a和第一傳感器元件25a；以及設(shè)置在第二光路中的第二波長(zhǎng)過(guò)濾器24b和第二傳感器元件25b。
為了測(cè)定12CO2的吸收，第一波長(zhǎng)過(guò)濾器24a被設(shè)計(jì)成可通過(guò)波長(zhǎng)約4280nm的紅外線，其為12CO2的吸收波長(zhǎng)范圍。為了測(cè)定13CO2的吸收，第二波長(zhǎng)過(guò)濾器24b被設(shè)計(jì)成可通過(guò)波長(zhǎng)約4412nm的紅外線，其為13CO2的吸收波長(zhǎng)范圍。第一和第二傳感器元件25a、25b為用于檢測(cè)紅外線的受光元件。
第一波長(zhǎng)過(guò)濾器24a、第一傳感器元件25a、第二波長(zhǎng)過(guò)濾器24b和第二傳感器元件25b由溫度控制單元27維持在預(yù)定溫度。
設(shè)置一個(gè)風(fēng)扇28，用于將從溫度控制單元27的Peltier元件發(fā)射的熱量排放到裝置外部。
此外，該同位素氣體光譜測(cè)量裝置具有一個(gè)參比氣體供應(yīng)單元30，用于供應(yīng)去除CO2的空氣。參比氣體供應(yīng)單元30串接到防塵過(guò)濾器31和二氧化碳吸收單元36。
二氧化碳吸收單元36被設(shè)置成例如采用堿石灰(氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物)作為一種二氧化碳吸收劑。
圖2(a)為氣體注射設(shè)備21的平面圖，其用于定量地注射待測(cè)氣體，并且圖2(b)為氣體注射設(shè)備21的正視圖。
氣體注射設(shè)備21具有底座21a、設(shè)置在底座21a上的帶有活塞21c的圓筒21b、連接到活塞21c的可移動(dòng)螺母21d、與螺母21d嚙合的進(jìn)動(dòng)螺桿21e以及用于旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)螺桿21e的脈沖馬達(dá)21f，螺母21d、進(jìn)動(dòng)螺桿21e和脈沖馬達(dá)21f設(shè)置在底座21a下方。
脈沖馬達(dá)21f由驅(qū)動(dòng)電路(未示出)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)/倒退。當(dāng)進(jìn)動(dòng)螺桿21e隨脈沖馬達(dá)21f旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母21d根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向前后移動(dòng)。這使活塞21c前后移動(dòng)到一個(gè)任選位置。因此，有可能選擇性地控制將待測(cè)氣體導(dǎo)入圓筒21b以及從圓筒21b排出待測(cè)氣體。
III.測(cè)量程序測(cè)量過(guò)程包括確定一次氣體注射量、測(cè)定參比氣體、測(cè)定底氣、測(cè)定參比氣體、測(cè)定樣氣和測(cè)定參比氣體等步驟。在圖3-5中，箭頭表示氣流。
III-1.確定一次氣體注射量可在每次樣氣測(cè)量時(shí)或以規(guī)則的時(shí)間間隔(例如，每一小時(shí))執(zhí)行該氣體注射量確定步驟。
現(xiàn)在假定第一樣品池11a體積和第二樣品池11b體積之和被定義為Vc(預(yù)定值)。體積Vc優(yōu)選不但包括樣品池11a、11b的凈體積，而且包括通過(guò)樣品池11a、11b連接的導(dǎo)管、閥和壓力傳感器16的內(nèi)體積。也假定當(dāng)氣體由氣體注射設(shè)備21注射到其預(yù)定刻度時(shí)，氣體注射設(shè)備21的體積被定義為Va。假定Vc+Va＝V0。該體積V0被定義為標(biāo)準(zhǔn)體積V0。
閥V5打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并且利用氣體注射設(shè)備21吸取空氣。接著，閥V5關(guān)閉，并且閥V2和排氣閥V6打開(kāi)。氣體注射設(shè)備21中的空氣注入到第一樣品池11a和第二樣品池11b。然后，閥V2關(guān)閉并且排氣閥V6關(guān)閉。因此，在大氣壓下體積為Vc的空氣被容納在第一樣品池11a和第二樣品池11b中。
如圖3(a)所示，閥V5打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并且利用氣體注射設(shè)備21吸取體積為Va的空氣。
如圖3(b)所示，閥V5閉合并且閥V2打開(kāi)，以便將氣體注射設(shè)備21中的空氣轉(zhuǎn)移到第一樣品池11a和第二樣品池11b。由于排氣閥V6保持閉合，第一樣品池11a和第二樣品池11b的內(nèi)部被加壓。
閥V2閉合以阻止空氣移動(dòng)，由壓力傳感器16測(cè)定第一樣品池11a和第二樣品池11b的壓力。該測(cè)定的壓力值被定義為P。
假定已經(jīng)在預(yù)定壓力P0(例如4個(gè)大氣壓)下制作了用于確定二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2中每一個(gè)的吸收和濃度之間的關(guān)系的每個(gè)校準(zhǔn)曲線。將校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)和預(yù)定壓力P0的數(shù)值儲(chǔ)存在同位素氣體光譜測(cè)量裝置的分析計(jì)算機(jī)中。
分析計(jì)算機(jī)利用先前儲(chǔ)存的壓力P0、測(cè)量的壓力P和標(biāo)準(zhǔn)體積V 0確定一次測(cè)定氣體體積V0(P0/P)。如以下方程(1)所示，氣體注射設(shè)備21的氣體注射量V為一個(gè)通過(guò)從V0(P0/P)中減去樣品池體積Vc而獲得的數(shù)值。在方程(1)中，體積Vc被減去，這是因?yàn)榈谝粯悠烦?1a和第二樣品池11b已經(jīng)含有體積為Vc的待測(cè)氣體。
V＝V0(P0/P)-Vc (1)以下說(shuō)明將討論方程(1)。當(dāng)測(cè)定的壓力P等于P0時(shí)，氣體注射量V等于Va。如果氣壓高，測(cè)定的壓力P高于P0。此時(shí)，氣體注射量V可以被設(shè)成小于Va的一個(gè)數(shù)值。如果氣壓低，測(cè)定的壓力P小于P0。此時(shí)，氣體注射量V可以被設(shè)成高于Va的一個(gè)數(shù)值。采用這種操作，可以始終在等同于制作校準(zhǔn)曲線時(shí)的條件下測(cè)定CO2的濃度。
III-2.參比測(cè)量潔凈的參比氣體流入同位素氣體光譜測(cè)量裝置的氣體流動(dòng)通道和樣品池腔11中以清洗氣體流動(dòng)通道和樣品池腔11。此時(shí)，活塞21c前后移動(dòng)以清洗圓筒21b內(nèi)部。將在大氣壓下的參比氣體容納在第一樣品池11a和第二樣品池11b中。
在參比測(cè)量中，閥V1打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并且利用氣體注射設(shè)備21吸取參比氣體，如圖4(a)所示。
接著，如圖4(b)所示，閥V1關(guān)閉，并且閥V2和排氣閥V6打開(kāi)。通過(guò)控制氣體注射設(shè)備21而使氣體注射設(shè)備21中的參比氣體緩慢地流入第一樣品池11a和第二樣品池11b，由傳感器元件25a、25b進(jìn)行光量測(cè)量。
這樣由第一傳感器元件25a獲得的光量被記錄為12R1，并且這樣由第二傳感器元件25b獲得的光量被記錄為13R1。
III-3.底氣測(cè)量閥V3打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并利用氣體注射設(shè)備21吸取底氣。接著，閥V3關(guān)閉，閥V2和排氣閥V6打開(kāi)，并將氣體注射設(shè)備21中的底氣注入第一樣品池11a和第二樣品池11b。之后，排氣閥V6關(guān)閉。因此，將在大氣壓下的底氣容納在第一樣品池11a和第二樣品池11b中。
隨后，閥V3打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并且由氣體注射設(shè)備21從呼氣袋中吸取具有根據(jù)方程(1)所計(jì)算的體積V的底氣，如圖5(a)所示。
吸取底氣后，閥V3關(guān)閉且閥V2打開(kāi)，如圖5(b)所示。利用氣體注射設(shè)備21機(jī)械地推出底氣，以便為第一樣品池11a和第二樣品池11b加壓。這將第一樣品池11a和第二樣品池11b中的底氣壓力增加到等于壓力P0的一個(gè)數(shù)值。
在該狀態(tài)下，閥V2閉合并由傳感器元件25a、25b測(cè)量光量。
這樣由第一傳感器元件25a獲得的光量被記錄為12B，并且這樣由第二傳感器元件25b獲得的光量被記錄為13B。
III-4參比測(cè)量再次清洗氣體流動(dòng)通道和樣品池，并進(jìn)行參比氣體光量測(cè)量(參見(jiàn)圖4(a)、(b))。這樣由第一傳感器元件25a獲得的光量被記錄為12R2，并且這樣由第二傳感器元件25b獲得的光量被記錄為13R2。
III-5樣氣測(cè)量閥V4打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并利用氣體注射設(shè)備21吸取樣氣。隨后，閥V4關(guān)閉，閥V2和排氣閥V6打開(kāi)，并將氣體注射設(shè)備21中的樣氣注入第一樣品池11a和第二樣品池11b。之后，排氣閥V6關(guān)閉。因此，將在大氣壓下的樣氣容納在第一樣品池11a和第二樣品池11b中。
接著，閥V4打開(kāi)，其它閥關(guān)閉，并由氣體注射設(shè)備21從呼氣袋中吸取具有根據(jù)方程(1)所計(jì)算的體積V的樣氣，如圖6(a)所示。
吸取樣氣后，閥V4關(guān)閉，并且閥V2打開(kāi)，如圖6(b)所示。利用氣體注射設(shè)備21機(jī)械地推出樣氣，以便為第一樣品池11a和第二樣品池11b加壓。這將第一樣品池11a和第二樣品池11b中的樣氣壓力增加到等于壓力P0的一個(gè)數(shù)值。
在該狀態(tài)下，閥V2閉合并由傳感器元件25a、25b測(cè)量光量。
這樣由第一傳感器元件25a獲得的光量被記錄為12S，并且這樣由第二傳感器元件25b獲得的光量被記錄為13S。
III-6.參比測(cè)量再次清洗氣體流動(dòng)通道和樣品池，并進(jìn)行參比氣體光量測(cè)量(參見(jiàn)圖4(a)、(b))。
這樣由第一傳感器元件25a獲得的光量被記錄為12R3，并且這樣由第二傳感器元件25b獲得的光量被記錄為13R3。
IV數(shù)據(jù)處理IV-1.計(jì)算底氣的吸收數(shù)據(jù)首先，利用(i)參比氣體的透射光量12R1、13R1，(ii)底氣的透射光量12B、13B，以及(iii)參比氣體的透射光量12R2、13R2獲得底氣中12CO2的吸收12Abs(B)和13CO2的吸收13Abs(B)。
這里，12CO2的吸收12Abs(B)由以下方程獲得12Abs(B)＝-log[212B/(12R1+12R2)]
13CO2的吸收13Abs(B)由以下方程獲得13Abs(B)＝-log[213B/(13R1+13R2)]因此，當(dāng)計(jì)算每一吸收時(shí)，計(jì)算了在吸收計(jì)算前后進(jìn)行的參比測(cè)量的光量的平均值(R1+R2)/2，并隨后利用這樣獲得的平均值以及通過(guò)底氣測(cè)量獲得的光量計(jì)算吸收。相應(yīng)地，可以相消漂移的影響(由時(shí)間對(duì)測(cè)量施加的影響)。因此，可以快速地開(kāi)始測(cè)量，無(wú)需在啟動(dòng)裝置后要等待到裝置進(jìn)入理想的熱平衡狀態(tài)(通常需要幾個(gè)小時(shí))。
IV-2.計(jì)算樣氣的吸收數(shù)據(jù)接著，利用(i)參比氣體的透射光量12R2、13R2，(ii)樣氣的透射光量12S、13S，以及(iii)參比氣體的透射光量12R3、13R3獲得樣氣中12CO2的吸收12Abs(S)和13CO2的吸收13Abs(S)。
這里，12CO2的吸收12Abs(S)由以下方程獲得12Abs(S)＝-log[212S/(12R2+12R3)]13CO2的吸收13Abs(S)由以下方程獲得13Abs(S)＝-log[213S/(13R2+13R3)]因此，當(dāng)計(jì)算吸收時(shí)，計(jì)算了在吸收計(jì)算前后進(jìn)行的參比測(cè)量的光量的平均值，并隨后利用這樣獲得的平均值和由樣氣測(cè)量獲得的光量計(jì)算吸收。相應(yīng)地，可以相消漂移的影響。
IV-3濃度計(jì)算利用校準(zhǔn)曲線獲得12CO2的濃度和13CO2的濃度。
如早先提到的，利用12CO2濃度已知的待測(cè)氣體和13CO2濃度已知的待測(cè)氣體制作濃度曲線。
為獲得用于12CO2濃度的校準(zhǔn)曲線，利用在0％-約8％范圍內(nèi)變化的12CO2濃度測(cè)量12CO2的吸收數(shù)據(jù)，并將這樣測(cè)量的數(shù)據(jù)繪制在曲線圖上，其中，橫坐標(biāo)軸代表12CO2的濃度，并且縱坐標(biāo)軸代表12CO2的吸收。接著，以最小二乘法確定曲線。
為獲得用于13CO2濃度的校準(zhǔn)曲線，利用在0％-約0.08％范圍內(nèi)變化的13CO2濃度測(cè)量13CO2的吸收數(shù)據(jù)，并將這樣測(cè)量的數(shù)據(jù)繪制在曲線圖上，其中，橫坐標(biāo)軸代表13CO2的濃度，并且縱坐標(biāo)軸代表13CO2的吸收。接著，以最小二乘法確定曲線。
由二次方程近似的曲線誤差相對(duì)較小。因此，在該實(shí)施方案中采用了由二次方程近似的校準(zhǔn)曲線。
將底氣的12CO2濃度記錄為12Conc(B)，將底氣的13CO2濃度記錄為13Conc(B)，將樣氣的12CO2濃度記錄為12Conc(S)，并將樣氣的13CO2濃度記錄為13Conc(S)，這些濃度數(shù)據(jù)利用上述校準(zhǔn)曲線而獲得。
IV-4計(jì)算濃度比隨后，獲得了13CO2和12CO2之間的每一濃度比。即，底氣中13CO2和12CO2之間的濃度比通過(guò)13Conc(B)/12Conc(B)而獲得，并且樣氣中13CO2和12CO2之間的濃度比通過(guò)13Conc(S)/12Conc(S)而獲得。
濃度比也可以被定義為13Conc(B)/(12Conc(B)+13Conc(B))和13Conc(S)/(12Conc(S)+13Conc(S))。由于12CO2的濃度遠(yuǎn)大于13CO2的濃度，由這些不同的計(jì)算方法所獲得的濃度比基本上彼此相同。
IV-5測(cè)定13C的改變部分將樣氣數(shù)據(jù)與底氣數(shù)據(jù)相比，13C的改變部分由以下方程計(jì)算Δ13C＝[樣氣濃度比-底氣濃度比]×103/[底氣濃度比](單位千分率)。
權(quán)利要求
1.在同位素氣體分析中，其中，含有作為氣體組分的二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2的待測(cè)氣體或人的呼氣被導(dǎo)入樣品池，并且測(cè)定具有適于測(cè)量各氣體組分的波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)度，以及隨后數(shù)據(jù)被處理以便測(cè)量二氧化碳13CO2的濃度，一種氣體注射量確定方法，包括下面步驟在大氣壓下用空氣填充樣品池；操作氣體注射設(shè)備以便吸取預(yù)定體積Va的空氣，氣體注射設(shè)備被設(shè)置成將待測(cè)氣體注入樣品池；將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的空氣轉(zhuǎn)移到樣品池以便為樣品池內(nèi)部加壓，并測(cè)定樣品池內(nèi)部的壓力P；以及從通過(guò)用比率P0/P乘以體積Va和樣品池體積Vc之和V0而獲得的乘積中減去樣品池體積Vc，其中，P0為同位素氣體分析測(cè)量中待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力，從而確定氣體注射設(shè)備的一次氣體注射量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體注射量確定方法，其中，樣品池體積Vc包括樣品池的凈體積以及通過(guò)樣品池連接的導(dǎo)管、閥和壓力傳感器的體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的氣體注射量確定方法，其中，待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力P0等于制作校準(zhǔn)曲線時(shí)的氣體壓力，該曲線用于確定二氧化碳13CO2的吸收和濃度之間的關(guān)系。
4.在一種同位素氣體分析和測(cè)量方法中，其中，含有作為氣體組分的二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2的待測(cè)氣體或人的呼氣被導(dǎo)入樣品池，并測(cè)定具有適于測(cè)量各氣體組分的波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)度，以及隨后數(shù)據(jù)被處理以便測(cè)量二氧化碳13CO2的濃度，所述同位素氣體分析和測(cè)量方法，包括下面步驟在大氣壓下用空氣填充樣品池；操作氣體注射設(shè)備以便吸取預(yù)定體積Va的空氣，氣體注射設(shè)備被設(shè)置成將待測(cè)氣體注入樣品池；將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的空氣轉(zhuǎn)移到樣品池中以便為樣品池內(nèi)部加壓，并測(cè)定樣品池內(nèi)部的壓力P；從通過(guò)用比率P0/P乘以體積Va和樣品池體積Vc之和V0獲得的乘積中減去樣品池體積Vc，其中，P0為同位素氣體分析測(cè)量中待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力，從而確定氣體注射設(shè)備的一次氣體注射量；以及通過(guò)氣體注射設(shè)備收集具有這樣確定的體積的待測(cè)氣體，將這樣收集的氣體轉(zhuǎn)移到含有在大氣壓下的待測(cè)氣體的樣品池中，從而為樣品池內(nèi)部加壓，并測(cè)定二氧化碳13CO2的濃度或13CO2/12CO2的濃度比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的同位素氣體分析和測(cè)量方法，其中，樣品池體積Vc包括樣品池的凈體積以及通過(guò)樣品池連接的導(dǎo)管、閥和壓力傳感器的體積。
6.在一種同位素氣體分析和測(cè)量裝置中，其中，含有作為氣體組分的二氧化碳13CO2和二氧化碳12CO2的待測(cè)氣體或人的呼氣被導(dǎo)入樣品池，并測(cè)定具有適于測(cè)量各氣體組分的波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)度，以及隨后數(shù)據(jù)被處理以便測(cè)量二氧化碳13CO2的濃度，所述同位素氣體分析和測(cè)量裝置包括一個(gè)氣體注射設(shè)備，用于將氣體注入樣品池；用于將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的氣體轉(zhuǎn)移到樣品池的氣體轉(zhuǎn)移設(shè)備；一個(gè)壓力傳感器，用于測(cè)定容納在樣品池內(nèi)的氣體壓力；以及氣體注射量確定設(shè)備，設(shè)置成由氣體注射設(shè)備吸取預(yù)定體積Va的空氣，將儲(chǔ)存在氣體注射設(shè)備中的空氣轉(zhuǎn)移到填充有在大氣壓下的空氣的樣品池，從而為樣品池內(nèi)部加壓，測(cè)定樣品池內(nèi)部的壓力P，并且從通過(guò)用比率P0/P乘以體積Va和樣品池體積Vc之和V0而獲得的乘積中減去樣品池體積Vc，其中，P0為同位素氣體分析測(cè)量中待測(cè)氣體的目標(biāo)壓力，從而確定氣體注射設(shè)備的一次氣體注射量；由此通過(guò)氣體注射設(shè)備收集具有由氣體注射量確定設(shè)備所確定的體積的待測(cè)氣體，將這樣收集的氣體轉(zhuǎn)移到填充有在大氣壓下的待測(cè)氣體的樣品池中，并測(cè)定二氧化碳13CO2的濃度或13CO2/12CO2的濃度比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的同位素氣體分析和測(cè)量裝置，其中，樣品池體積Vc包括樣品池的凈體積以及通過(guò)樣品池連接的導(dǎo)管、閥和壓力傳感器的體積。
全文摘要
作為早先的測(cè)量方法，其中，將含有作為氣體組分的二氧化碳
文檔編號(hào)G01N21/31GK1874722SQ20048003188
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者森正昭, 久?？岛? 座主靖, 谷正之, 浜尾保 申請(qǐng)人:大塚制藥株式會(huì)社