(57)【要約】【課題】測定時間を長くすることなくメモリー効果を抑制できる同位体濃度分析装置および同位体濃度分析方法を提供する。【解決手段】水を主成分とする試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析装置であって、気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを供給する複数の試料供給系と、複数の試料供給系からそれぞれ分析対象ガスが供給される複数のセルと、セル内にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、セルから出射されたレーザ光を検出しレーザ光のスペクトルの変化を分析する検出部と、セルから出射したレーザ光を検出部に導く複数のレーザ光誘導部と、を備える、同位体濃度分析装置。【選択図】図１
2018021807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を主成分とする試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析装置であって、
気化した前記試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを供給する複数の試料供給系と、
複数の前記試料供給系からそれぞれ前記分析対象ガスが供給される複数のセルと、
前記セル内にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記セルから出射されたレーザ光を検出しレーザ光のスペクトルの変化を分析する検出部と、
前記セルから出射したレーザ光を前記検出部に導く複数のレーザ光誘導部と、
を備える、
同位体濃度分析装置。
【請求項２】
前記レーザ光照射部は、切り替え可能な複数の出射部と、複数の前記出射部から複数の前記セルにそれぞれレーザ光を導く複数の照射レーザ光誘導部と、を有する、
請求項１に記載の同位体濃度分析装置。
【請求項３】
前記レーザ光照射部は、出射部と、前記出射部から出射されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐させる分岐部と、分岐された複数のレーザ光をそれぞれ複数の前記セルに導く複数の照射レーザ光誘導部と、を有し、
分岐された複数のレーザ光の光路中には、それぞれ光路を遮断する光路遮断部が設けられ、
前記光路遮断部は、複数のレーザ光のうち何れか１つを除いた他のレーザ光が前記検出部に導かれることを阻止する、
請求項１に記載の同位体濃度分析装置。
【請求項４】
前記試料供給系は、供給ライン切り替え部と、キャリアガスの供給源から前記供給ライン切り替え部を繋ぐ複数の供給ラインと、それぞれの前記供給ラインの経路中に設けられ前記試料を気化させて前記供給ラインに供給する複数の気化器と、を有し、
前記供給ライン切り替え部は、複数の前記供給ラインのうち何れか１つの供給ラインから移送された前記分析対象ガスを前記セルに供給すると共に他の供給ラインから移送された前記キャリアガスを排気する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の同位体濃度分析装置。
【請求項５】
水を主成分とする気化した試料をセル内に供給してレーザ光を照射し、レーザ光のスペクトルの変化から試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析方法であって、
気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを、前記セルに供給および排気することで前記セル内の前記分析対象ガスを安定させる分析前準備工程と、
前記分析前準備工程の後に行い、前記分析対象ガスを前記セルに供給し前記セル内にレーザ光を照射し前記セルから出射されたレーザ光のスペクトルの変化から前記試料に含まれる同位体の濃度を分析する濃度分析工程と、を複数の前記セルでそれぞれ連続して行い、
複数の前記セルのうち何れか１つのセルにおける前記分析前準備工程は、他のセルにおける前記濃度分析工程と並行して行われる、
同位体濃度分析方法。
【請求項６】
複数の前記セルにそれぞれ接続され前記セルに分析対象ガスを供給する試料供給系を備え、それぞれの前記試料供給系に前記試料を気化させる気化器を有する複数の供給ラインを有する同位体濃度分析装置を用いて、
複数回の濃度分析工程を行う際に、複数の供給ラインから順番に気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを供給すると共に、供給を行わない待機中の供給ラインにおいてキャリアガスを通過させ排気する、
請求項５に記載の同位体濃度分析方法。
【請求項７】
待機中の前記供給ラインにおいてキャリアガスと共に試料を通過させ排気する、
請求項６に記載の同位体濃度分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同位体濃度分析装置および同位体濃度分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から酸素同位体や水素同位体の濃度を取得するための同位体濃度分析装置が知られている。特許文献１には、水を主成分とする試料に含まれる酸素同位体濃度分析方法として、ＷＭＳ（Wavelength Modulation Spectroscopy、波長変調分光法）を用いる方法が記載されている。この方法では、多重反射光吸収セル（以下、単に「セル」という）内で気化させた試料にレーザ光を照射し、レーザ光から水の同位体に関する二次微分吸収スペクトルを取得して同位体の濃度を分析する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気化させた試料を用いて同位体濃度の分析を行う場合、試料供給ラインの内壁に分析した試料が付着し、この影響が次回の測定に影響を及ぼすという問題があった（この現象を、以下、「メモリー効果」という）。特許文献１に記載の酸素同位体濃度分析方法では、多重反射光吸収セルに試料を導入する試料供給部において複数の試料供給ラインを用意することで、試料供給部のメモリー効果を抑制している。
【０００５】
試料は多重反射光吸収セルにも付着しメモリー効果を生じさせる。このため、従来の同位体濃度分析方法では、セル内のメモリー効果を低減するための予備的な試料供給に多大な時間を費やし、測定時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、測定時間を長くすることなくメモリー効果を抑制できる同位体濃度分析装置および同位体濃度分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（１）  水を主成分とする試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析装置であって、気化した前記試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを供給する複数の試料供給系と、複数の前記試料供給系からそれぞれ前記分析対象ガスが供給される複数のセルと、前記セル内にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記セルから出射されたレーザ光を検出しレーザ光のスペクトルの変化を分析する検出部と、前記セルから出射したレーザ光を前記検出部に導く複数のレーザ光誘導部と、を備える、同位体濃度分析装置。
（２）  前記レーザ光照射部は、切り替え可能な複数の出射部と、複数の前記出射部から複数の前記セルにそれぞれレーザ光を導く複数の照射レーザ光誘導部と、を有する、前項（１）に記載の同位体濃度分析装置。
（３）  前記レーザ光照射部は、出射部と、前記出射部から出射されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐させる分岐部と、分岐された複数のレーザ光をそれぞれ複数の前記セルに導く複数の照射レーザ光誘導部と、を有し、分岐された複数のレーザ光の光路中には、それぞれ光路を遮断する光路遮断部が設けられ、光路遮断部は、複数のレーザ光のうち何れか１つを除いた他のレーザ光が前記検出部に導かれることを阻止する、前項（１）に記載の同位体濃度分析装置。
（４）  前記試料供給系は、供給ライン切り替え部と、キャリアガスの供給源から前記供給ライン切り替え部を繋ぐ複数の供給ラインと、それぞれの前記供給ラインの経路中に設けられ前記試料を気化させて前記供給ラインに供給する複数の気化器と、を有し、前記供給ライン切り替え部は、複数の前記供給ラインのうち何れか１つの供給ラインから移送された前記分析対象ガスを前記セルに供給すると共に他の供給ラインから移送された前記キャリアガスを排気する、前項（１）〜（３）の何れか一項に記載の同位体濃度分析装置。
【０００８】
（５）  水を主成分とする気化した試料をセル内に供給してレーザ光を照射し、レーザ光のスペクトルの変化から試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析方法であって、気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを、前記セルに対し１回又は２回以上繰り返して供給することで前記セル内の前記分析対象ガスを安定させる分析前準備工程と、前記分析前準備工程の後に行い、前記分析対象ガスを前記セルに供給し前記セル内にレーザ光を照射し前記セルから出射されたレーザ光のスペクトルの変化から前記試料に含まれる同位体の濃度を分析する濃度分析工程と、を複数の前記セルでそれぞれ連続して行い、複数の前記セルのうち何れか１つのセルにおける前記分析前準備工程は、他のセルにおける前記濃度分析工程と並行して行われる、同位体濃度分析方法。
（６）  複数の前記セルにそれぞれ接続され前記セルに分析対象ガスを供給する試料供給系を備え、それぞれの前記試料供給系に前記試料を気化させる気化器を有する複数の供給ラインを有する同位体濃度分析装置を用いて、複数回の濃度分析工程を行う際に、複数の供給ラインから順番に気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスを供給すると共に、供給を行わない待機中の供給ラインにおいてキャリアガスを通過させ排気させる、前項（５）に記載の同位体濃度分析方法。
（７）  待機中の前記供給ラインにおいてキャリアガスと共に試料を通過させ排気させる、前項（６）に記載の同位体濃度分析方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、測定時間を長くすることなくメモリー効果を抑制できる同位体濃度分析装置および同位体濃度分析方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の同位体濃度分析装置の概略構成を模式的に示す図。
【図２】第１実施形態の同位体濃度分析装置を用いた同位体濃度分析方法の工程図。
【図３】第２実施形態の同位体濃度分析装置の概略構成の一部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【００１２】
［第１実施形態］
＜同位体濃度分析装置＞
図１は、第１実施形態の同位体濃度分析装置１の概略構成を模式的に示す図である。
本実施形態の同位体濃度分析装置１は、水を主成分とする試料中に含まれる同位体の濃度を分析する装置である。
【００１３】
同位体濃度分析装置１は、複数（本実施形態では２つ）の試料供給系１０と、複数（本実施形態では２つ）のセル２０と、レーザ光照射部３０と、検出部４０と、複数（本実施形態では２つ）のミラー（レーザ光誘導部）５０と、排気ライン２５と、制御部６０と、を備える。
以下、各部について、詳細に説明する。
【００１４】
（試料供給系）
試料供給系１０は、気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスＧをセル２０に供給する。試料としては、水素同位体又は酸素同位体を含む水を主成分とする分析対象の試料とすることができる。また、キャリアガスとしては、例えば、窒素、或いはアルゴンやヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
【００１５】
本実施形態において試料供給系１０は、同位体濃度分析装置１に２つ設けられている。２つの試料供給系１０は、同様の構成を有する。以下の説明において、２つの試料供給系１０を区別する場合には、一方の試料供給系１０を第１の試料供給系１０Ａと呼び、他方の試料供給系１０を第２の試料供給系１０Ｂと呼ぶ。
なお、本実施形態では、試料供給系１０が同位体濃度分析装置１に２つ設けられる場合について説明するが、試料供給系１０は、後段に説明するセル２０と同数設けられ、セル２０と共に同位体濃度分析装置１に３つ以上設けられていてもよい。
【００１６】
試料供給系１０は、供給ライン切り替え部１４と、複数（本実施形態では２つ）の供給ライン１１と、複数（本実施形態では２つ）の気化器１２と、分析用気化試料供給ライン１７と、流量調節部１８と、圧力調整部１９と、を有する。
【００１７】
本実施形態において供給ライン１１は、試料供給系１０に２つ設けられている。２つの供給ライン１１は、同様の構成を有する。以下の説明において、第１および第２の試料供給系１０Ａ、１０Ｂの合計４つの供給ライン１１を区別する場合には、第１の試料供給系１０Ａの一方の供給ライン１１を第１の供給ライン１１Ａ、他方を第２の供給ライン１１Ｂと呼び、第２の試料供給系１０Ｂの一方の供給ライン１１を第３の供給ライン１１Ｃ、他方を第４の供給ライン１１Ｄと呼ぶ。なお、供給ライン１１は１つの試料供給系１０に３つ以上設けられていてもよい。また、供給ライン１１は、１つの試料供給系１０につき１つだけ設けられていてもよい。
【００１８】
供給ライン１１は、一端が流量調節部１８を介しキャリアガスの供給源Ｔと接続され、他端が供給ライン切り替え部１４と接続されている。すなわち、供給ライン１１は、キャリアガスの供給源Ｔから供給ライン切り替え部１４を繋ぐ。キャリアガスの供給源Ｔは、例えば、不活性ガスを貯留するボンベである。流量調節部１８は、キャリアガスの供給源Ｔから試料供給系１０に供給するキャリアガスの流量を所定の値に調整する。流量調節部１８としては、例えば、マスフローコントローラを用いることができる。
【００１９】
供給ライン１１には、加熱部Ｈ１が設けられている。加熱部Ｈ１は、供給ライン１１を構成する配管を被覆する。加熱部Ｈ１を設けることで、流路中のキャリアガスと気化器１２で気化された試料との温度差を小さくすることができる。
【００２０】
気化器１２は、供給ライン１１の経路中に設けられている。気化器１２は、試料を気化させて供給ライン１１に供給する。これにより、気化器１２は、気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスＧを生成する。
【００２１】
気化器１２には、加熱部Ｈ２が設けられている。気化器１２は、加熱部Ｈ２の加熱により、内部に導入された全ての試料を気化させる。加熱部Ｈ２は、気化器１２の試料導入部１２ａを露出させた状態で外面を被覆する。加熱部Ｈ２が気化器１２を加熱することで、気化した試料の温度を所定の温度に保つと共に、気化器内に残存する水分を除去することができる。
【００２２】
気化器１２は、試料を導入するための試料導入部１２ａを有する。試料導入部１２ａは、導入孔が設けられた可撓性の弁で覆われている。作業者は、マイクロシリンジを当該弁の導入孔に突刺すことで気化器１２の内部に試料を導入する。気化器１２の出口側には、パーティクルを除去するためのフィルター１２ｃが設けられている。
【００２３】
供給ライン切り替え部１４は、第１〜第４の接続部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有する四方向切り替えバルブである。第１〜第４の接続部１４ａ〜１４ｄは、反時計回りにこの順で配置されている。第１の接続部１４ａおよび第３の接続部１４ｃには、それぞれ供給ライン１１が接続されている。第２の接続部１４ｂには、分析用気化試料供給ライン１７が接続されている。第４の接続部１４ｄには、排気ライン１６が接続されている。
【００２４】
供給ライン切り替え部１４は、第１〜第４の接続部１４ａ〜１４ｄのうち、隣り合う２組の接続部同士を接続して互いに連通させることができる。図１において、供給ライン切り替え部１４に示す実線は、オン状態を示し、点線はオフ状態を示す。図１に示す状態において、供給ライン切り替え部１４は、第１および第２の接続部１４ａ、１４ｂの間、並びに第３および第４の接続部１４ｃ、１４ｄの間が接続されている。また、供給ライン切り替え部１４は、内部の経路を切り替えることで、第１および第４の接続部１４ａ、１４ｄの間、並びに第２および第３の接続部１４ｂ、１４ｃの間を接続することもできる。このように、供給ライン切り替え部１４は、一方の供給ライン１１（例えば第１の供給ライン１１Ａ）から移送された分析対象ガスＧを、分析用気化試料供給ライン１７を介してセル２０に供給すると共に、他方の供給ライン１１（例えば第２の供給ライン１１Ｂ）から移送されたキャリアガスを、排気ライン１６を介して排気する。
【００２５】
なお、ここでは、試料供給系１０に供給ライン１１が２つ設けられている場合の供給ライン切り替え部１４の動作について説明した。供給ライン切り替え部１４は、供給ライン１１が３つ以上設けられている場合であっても、複数の供給ライン１１のうち何れか１つの供給ライン１１から移送された分析対象ガスＧをセル２０に供給すると共に他の供給ライン１１から移送されたキャリアガスを排気するものであればよい。
【００２６】
供給ライン切り替え部１４には、加熱部Ｈ３が設けられている。加熱部Ｈ３は、供給ライン切り替え部１４を加熱して所定の温度に保つことで、気化した試料が冷やされて管路内に付着することを抑制する。
【００２７】
分析用気化試料供給ライン１７は、供給ライン切り替え部１４とセル２０とを繋ぐ。分析用気化試料供給ライン１７には、加熱部Ｈ４が設けられている。加熱部Ｈ４は、供給ライン１１を構成する配管を被覆する。加熱部Ｈ４を設けることで、気化した試料が冷やされて管路内に付着することを抑制する。加えて、セル２０内に一定の温度の分析対象ガスＧを供給することが可能となり、分析対象ガスＧに含まれる同位体の濃度の精度を向上させることができる。
【００２８】
圧力調整部１９は、供給ライン１１の経路中に設けられている。圧力調整部１９は、分析用気化試料供給ライン１７を通過してセル２０に導かれるガスを所定の圧力（例えば、陽圧である３００ｋＰａＡ）となるように調整する。圧力調整部１９としては、例えば、自動背圧調節器（オートプレッシャーレギュレータ）を用いることができる。
【００２９】
（セル）
複数のセル２０は、それぞれ試料供給系１０に接続されている。それぞれのセル２０には試料供給系１０から供給された分析対象ガスＧが供給される。本実施形態において、セル２０は、同位体濃度分析装置１に２つ設けられている。２つのセル２０は、同様の構成を有する。以下の説明において、２つのセル２０を区別する場合には、一方のセル２０を第１のセル２０Ａと呼び、他方のセル２０を第２のセル２０Ｂと呼ぶ。
なお、セル２０は同位体濃度分析装置１に３つ以上設けられていてもよい。
【００３０】
セル２０は、非共振型の多重反射光学吸収セルであり、光透過性円筒部材２１と、第１の反射鏡２３と、第２の反射鏡２４と、を有する。
光透過性円筒部材２１は、両端が閉塞端とされた円筒形状を有し、光透過性を有する材料（例えば、ガラス）で構成されている。
【００３１】
第１の反射鏡２３は、レーザ光を反射する湾曲した反射面２３ａを有する。また、第１の反射鏡２３の略中央には、セル２０内にレーザ光を導くレーザ光導入孔２３ｂが設けられている。レーザ光導入孔２３ｂの直径は、例えば、４．３ｍｍ程度とすることができる。第１の反射鏡２３は、光透過性円筒部材２１内において、レーザ光を入射および出射させる側の端部に収容されている。
【００３２】
第２の反射鏡２４は、レーザ光を反射する湾曲した反射面２４ａを有する。第２の反射鏡２４は、光透過性円筒部材２１内において、レーザ光を入射および出射させる側と反対側の端部に収容されている。第２の反射鏡２４の反射面２４ａは、第１の反射鏡２３の反射面２３ａと対向する。
【００３３】
レーザ光導入孔２３ｂからセル２０内に導入された変調されたレーザ光は、反射面２４ａと反射面２３ａとの間で数百回程度反射された後にレーザ光導入孔２３ｂから出射する。このとき、変調されたレーザ光は、セル２０内に導入された分析対象ガスＧ中に含まれる試料の水同位体（Ｈ２１６Ｏ、Ｈ２１７Ｏ、及びＨ２１８Ｏ）の分子と衝突する。レーザ光は、衝突した同位体分子に応じた特有の波長領域を有する場合に、当該同位体分子に吸収される。
【００３４】
セル２０としては、例えば、ヘリオットセルを用いることが好ましい。セル２０としてヘリオットセルを用いることにより、キャビティリングダウン分光分析装置では必要なレーザ光を共振器内で共振させる処理が不要となり、共振条件を満たすために必要な高度な光軸調整機構が不要となるため、簡便に分析を行うことができる。
なお、本実施形態では、セル２０としてヘリオットセルを用いる場合を例示したが、セル２０は、単光路セル、ホワイトセル、光共振器型セルなどであってもよい。
【００３５】
セル２０には、加熱部Ｈ５が設けられている。加熱部Ｈ５は、光透過性円筒部材２１の側面を着脱可能に被覆する。加熱部Ｈ５は、セル２０を介して、セル２０内の温度が所定の温度となるように加熱を行う。セル２０に加熱部Ｈ５を設けることで、セル２０内に残存するメモリー効果を低減できると共に、安定した雰囲気で試料に含まれる同位体の濃度を分析できる。
【００３６】
（排気ライン）
排気ライン２５は、セル２０内のガスを排気可能なように、その一端がセル２０と接続されている。排気ライン２５の経路中には、排気ポンプ２６および圧力調整部２８が設けられている。
【００３７】
排気ポンプ２６は、圧力調整部２８を介してセル２０に接続されている。排気ポンプ２６は、セル２０内から分析対象ガスＧを排気する。排気ポンプ２６は、常時動作している。
圧力調整部２８は、排気ライン２５の経路中であってセル２０と排気ポンプ２６の間に設けられている。圧力調整部２８は、排気ポンプ２６によるセル２０への吸引力を調整する機能を果たし、セル２０内の圧力を一定とする。
排気ライン２５において、セル２０と圧力調整部２８の間の区間には、加熱部Ｈ６が設けられている。加熱部Ｈ６は、排気ライン２５の一部区間を構成する配管を被覆する。加熱部Ｈ６は、圧力調整部２８に流れるガスの温度を一定として、圧力調整部２８によるセル２０内の圧力制御の確実性を高める。
【００３８】
（レーザ光照射部）
レーザ光照射部３０は、レーザ光導入孔２３ｂを介してセル２０内にレーザ光を照射する。レーザ光照射部３０は、レーザ光発振装置３３と、レーザ光発振装置３３で生成されたレーザ光を複数（本実施形態では２つ）のチャンネルに切り替え可能なレーザ光切り替え部３２と、レーザ光切り替え部３２に接続された複数（本実施形態では２つ）の照射レーザ光誘導部３４と、を有する。
【００３９】
レーザ光発振装置３３は、後段において説明する制御部６０と接続されている。レーザ光発振装置３３は、制御部６０からの信号に応じて、変調されたレーザ光（例えば、ＤＦＢ（Distributed Feedback、分布帰還型）レーザ光）を生成する。
【００４０】
レーザ光切り替え部３２は、レーザ光発振装置３３で生成されたレーザ光の照射位置を切り替え可能とする。レーザ光切り替え部３２は、切り替え可能なチャンネルとしての２つの出射部３１を有する。レーザ光切り替え部３２は、２つの出射部３１のうち、何れか一方からレーザ光発振装置３３で生成されたレーザ光を照射する。それぞれの出射部３１には、それぞれ照射レーザ光誘導部３４が接続されている。
【００４１】
照射レーザ光誘導部３４は、出射部３１からセル２０にレーザ光を導く。照射レーザ光誘導部３４は、光ファイバ３４ｂと、光ファイバ３４ｂの先端に設けられたファイバコリメータ３４ａと、を有する。光ファイバ３４ｂは、出射部３１から照射されたレーザ光をセル２０のレーザ光導入孔２３ｂの近傍まで伝播させる。また、ファイバコリメータ３４ａは、光ファイバ３４ｂを伝播したレーザ光を平行光としてレーザ光導入孔２３ｂに向けて出射する。
【００４２】
本実施形態において、レーザ光切り替え部３２の出射部３１および照射レーザ光誘導部３４は、レーザ光照射部３０にそれぞれ２つ設けられている。２つの出射部３１および照射レーザ光誘導部３４は、それぞれ同様の構成を有する。以下の説明において２つの出射部３１を区別する場合には、それぞれを第１の出射部３１Ａ、第２の出射部３１Ｂと呼ぶ。同様に、２つの照射レーザ光誘導部３４を区別する場合には、それぞれを第１の照射レーザ光誘導部３４Ａ、第２の照射レーザ光誘導部３４Ｂと呼ぶ。なお、複数の出射部３１および複数の照射レーザ光誘導部３４は、複数のセル２０にレーザ光を照射するために設けられている。したがって、複数の出射部３１および照射レーザ光誘導部３４の数は、セル２０の数と同数となる。
【００４３】
（ミラー（レーザ光誘導部））
ミラー５０は、セル２０から出射したレーザ光を検出部４０に導く。ミラー５０は、セル２０の数に対応して複数設けられている。以下の説明において２つのミラー５０を区別する場合には、それぞれを第１のミラー５０Ａおよび第２のミラー５０Ｂと呼ぶ。
【００４４】
本実施形態では、第１のセル２０Ａおよび第２のセル２０Ｂと検出部４０との間に、それぞれレーザ光誘導部としての第１および第２のミラー５０Ａ、５０Ｂが配置される場合を例示する。しかしながら、レーザ光誘導部の構成はこれに限られない。例えば、第１および第２のセル２０Ａ、２０Ｂの姿勢を調整することで、第１および第２のセル２０Ａ、２０Ｂから出射したレーザ光を、ミラー５０を経ずに直接的に検出部４０で検出させる場合には、第１および第２のミラー５０Ａ、５０Ｂを省略することができる。この場合は、第１および第２のセル２０Ａ、２０Ｂを支持しレーザ光の出射方向を適当な姿勢とする支持機構が、レーザ光誘導部として機能する。
【００４５】
（検出部）
検出部４０は、セル２０から出射されたレーザ光を検出する。また、検出部４０は、検出したレーザ光のスペクトルの変化を分析して、レーザ光が通過したセル２０内の分析対象ガスＧに含まれる試料の同位体の濃度比を取得する。
検出部４０は、レーザ光検出装置４１と、分析部４２を有する。
【００４６】
レーザ光検出装置４１は、ミラー５０で反射されたレーザ光を受光する。また、レーザ光検出装置４１は、受光したレーザ光の強度を電気信号に変換して分析部４２に送信する。
【００４７】
分析部４２は、ロックインアンプ４５と、データ収録部４４と、データ処理部４３と、を有する。
ロックインアンプ４５は、レーザ光検出装置４１から送信された電気信号と、ファンクションジェネレータから送信されたレーザ光の変調周波数信号と、に基づいて分析中の水の同位体に関する二次微分吸収スペクトルを取得する。また、ロックインアンプ４５は、取得した二次微分吸収スペクトルに関するデータをデータ収録部４４に送信する。
データ収録部４４では、ロックインアンプ４５から送信された二次微分吸収スペクトルに関するデータを、データ処理部４３で使用可能なデータに変換してデータ処理部４３に送信する。
データ処理部４３は、ファンクションジェネレータ６２を介して、レーザ光のオフセット電流や変調振幅、変調周波数を制御するために使用される。また、データ処理部４３は、データ収録部４４から得られるロックインアンプの信号すなわち二次微分信号を読み取り、二次微分吸収スペクトルの描画や、各同位体のピーク高さの計算、そのピーク高さ比から同位体濃度を計算するために使用される。
【００４８】
（制御部）
制御部６０は、ファンクションジェネレータ６２と温度コントローラ内蔵ＬＤドライバ６１とを有する。
ファンクションジェネレータ６２は、データ処理部４３から送信されたオフセット電流、変調振幅、変調周波数に関するデジタル信号を受け、レーザ光の変調周波数信号を生成する。ファンクションジェネレータ６２は、ロックインアンプ４５にレーザ光の変調周波数信号を供給する。
温度コントローラ内蔵ＬＤドライバ６１は、ファンクションジェネレータ６２から送信される電圧信号に基づいて、レーザ光照射部３０から照射されるレーザ光の温度及び電流の制御を行う。
【００４９】
＜同位体濃度分析方法＞
次に、本実施形態の同位体濃度分析装置１を用いた同位体濃度分析方法について説明する。図２は、本実施形態の同位体濃度分析方法の工程図である。
本実施形態の同位体濃度分析装置１を用いた同位体濃度分析方法は、水を主成分とする気化した試料をセル２０内に供給してレーザ光を照射し、レーザ光のスペクトルの変化から試料中に含まれる同位体の濃度を分析する同位体濃度分析方法である。ここでは、水を主成分とする第１〜第４の試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをこの順番で分析する場合の同位体濃度分析方法について説明する。
【００５０】
（予備工程）
予め今回の測定より以前に測定した際のメモリー効果を低減させるための予備工程を行う。試料の同位体濃度の分析を始める前に、第１および第２の試料供給系１０Ａ、１０Ｂの第１〜第４の供給ライン１１Ａ〜１１Ｄに流量調節部１８により所定の流量に調節されたキャリアガスを連続的に供給する。このとき、供給ライン切り替え部１４の状態は、図１に示す状態（具体的には、第１の接続部１４ａと第２の接続部１４ｂとが接続され、第３の接続部１４ｃと第４の接続部１４ｄとが接続された状態）とする。これにより、第１の供給ライン１１Ａを流れるキャリアガスは、第１のセル２０Ａに導入され、第２の供給ライン１１Ｂを流れるキャリアガスは、排気ライン１６を介し排気される。同様に、第３の供給ライン１１Ｃを流れるキャリアガスは、第２のセル２０Ｂに導入され、第４の供給ライン１１Ｄを流れるキャリアガスは、排気ライン１６を介し排気される。
上述の予備工程におけるキャリアガスの供給を継続しながら、以下の手順により、試料の分析（分析前準備工程および濃度分析工程）を行う。
【００５１】
（第１の分析前準備工程）
まず、第１のセル２０Ａに対する第１の分析前準備工程を行う。
第１の分析前準備工程は、気化した第１の試料Ａとキャリアガスとを含む分析対象ガスＧを、第１のセル２０Ａに対し供給および排気することで、第１のセル２０Ａ内のメモリー効果を低減させる工程である。このような分析前準備工程は、コンディショニング工程とも呼ばれる。
【００５２】
第１の分析前準備工程では、まず、第１の試料供給系１０Ａの第１の供給ライン１１Ａの気化器１２に第１の試料Ａを導入する。第１の供給ライン１１Ａは、供給ライン切り替え部１４を介し第１のセル２０Ａに接続されている。したがって、気化器１２で気化した第１の試料Ａは、キャリアガスと混合され分析対象ガスＧとして第１のセル２０Ａに供給される。
【００５３】
次いで、セル２０内の圧力が、圧力調整部２８により所定の圧力（例えば、１０ｋＰａＡ）となるように、排気ポンプ２６により第１のセル２０Ａ内の分析対象ガスＧを排気する。
【００５４】
第１の分析前準備工程では、分析対象ガスＧを第１のセル２０Ａに供給および排気する工程を複数回行うことが好ましい。第１のセル２０Ａに対する分析対象ガスＧの供給および排気を行う工程の回数（以下、導入回数と呼ぶ）は、第１のセル２０Ａ内での、気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスＧの同位体濃度の安定状態に応じて任意に調整される。すなわち、分析対象ガスＧの導入回数は、第１のセル２０Ａ内のメモリー効果が十分に除去され、第１のセル２０Ａにおける同位体の測定が必要な精度で行うことができる程度の回数とすることができる。分析対象ガスＧの導入回数は、予め行う予備試験により決定しておくことが好ましい。
【００５５】
（第１の濃度分析工程）
次いで、第１のセル２０Ａにおける第１の濃度分析工程を行う。
第１の濃度分析工程は、第１の試料Ａの同位体濃度を分析する工程である。第１の濃度分析工程は、上述の第１の分析前準備工程の後に行う。第１の濃度分析工程は、第１の試料Ａを含む分析対象ガスＧを第１のセル２０Ａに供給し第１のセル２０Ａ内にレーザ光を照射し、第１のセル２０Ａから出射されたレーザ光のスペクトルの変化から第１の試料Ａに含まれる同位体の濃度を分析する工程である。
【００５６】
第１の濃度分析工程では、第１の分析前準備工程と同様に、まず、第１の試料供給系１０Ａの第１の供給ライン１１Ａの気化器１２に第１の試料Ａを導入し、キャリアガスとともに気化した第１の試料Ａを第１のセル２０Ａに供給する。このとき、セル２０内の圧力が、所定の圧力（例えば、１０ｋＰａＡ）となるように排気ライン２５の圧力調整部２８により調整される。
【００５７】
次いで、レーザ光照射部３０の第１の出射部３１Ａからレーザ光を出射させる。第１の出射部３１Ａから出射されたレーザ光は、照射レーザ光誘導部３４の光ファイバ３４ｂおよびファイバコリメータ３４ａを介し、第１のセル２０Ａの内部に導入される。このレーザ光は、第１のセル２０Ａ内で複数回（例えば、数百回）反射する間に、第１の試料Ａの同位体分子と衝突する。
【００５８】
レーザ光照射部３０は、制御部６０により、例えば、１．００３ＫＨｚの周波数、及び２ｍＡの振幅で変調され、１４１６ｎｍの付近で波長を掃引可能な一定のレーザ光の温度（例えば、１４℃）で、オフセット電流が１５ｍＡ〜１５０ｍＡの範囲内とされたレーザ光を照射する。本実施形態の同位体濃度分析装置１は、このようなレーザ光照射部３０および制御部６０を用いることで、波長変調分光法（Wavelength Modulation Spectroscopy、ＷＭＳ法）によって二次微分吸収スペクトルの測定を可能とする。なお、波長変調分光法とは、照射するレーザ光の波長を、分析対象ガスＧの吸収波長をカバーする所定の波長範囲で変調させる方法である。レーザ光は、同位体分子の吸収波長で発振しているときに、吸収される。したがって、レーザ光照射部３０がレーザ光の波長を掃引することで、同位体の吸収スペクトル（例えば、Ｈ２１６Ｏ、Ｈ２１７Ｏ、及びＨ２１８Ｏに関する吸収スペクトル）を測定することができる。
【００５９】
第１のセル２０Ａ内で、所定回数反射したレーザ光は、レーザ光導入孔２３ｂを介して、第１のセル２０Ａの外側に出射される。第１のセル２０Ａの外側に出射されたレーザ光は、第１のミラー５０Ａで反射され、検出部４０のレーザ光検出装置４１に導かれる。
【００６０】
レーザ光検出装置４１では、同位体と衝突したレーザ光の強度が電気信号（レーザ光の強度に関するデータ）に変換され、分析部４２に送信される。さらに分析部４２において、水の同位体に関する二次微分吸収スペクトルが取得および分析されて、第１の試料Ａの同位体濃度が算出される。
【００６１】
以上の工程を経て、第１の試料Ａの同位体濃度を算出した後に、排気ポンプ２６により第１のセル２０Ａ内の分析対象ガスＧを排気する。さらに、第１のセル２０Ａに分析対象ガスＧを導入して、レーザ光を照射して再び第１の試料の同位体濃度の分析を行う。すなわち、濃度分析工程では、複数回の分析対象ガスＧの導入および排気を行い、各導入時にそれぞれレーザ光を照射して同位体濃度の分析を行う。このように複数回の同位体分析を行って分析結果を平均化することで、より正確な濃度分析を行うことができる。
【００６２】
なお、濃度分析工程は、分析前準備工程と比較して、セル２０に対するレーザ光の照射および検出を行う手順が異なるのみであって、分析対象ガスＧのセル２０への供給および排気の手順は共通している。したがって、濃度分析工程と分析前準備工程とは、分析対象ガスＧの供給および排気を繰り返す一連の工程と見做すこともできる。この場合、このような一連の工程のうち、濃度分析を行わない工程が分析前準備工程とされ、濃度分析を行う工程を濃度分析工程とされる。
【００６３】
（第２の分析前準備工程）
図２に示すように、第２のセル２０Ｂでは、第１の濃度分析工程と並行して第２の分析前準備工程が行われる。第２の分析前準備工程は、第２のセル２０Ｂ内のメモリー効果を低減するために行われる。第２の分析前準備工程は、第１の分析前準備工程と同様の手順で行われる。
【００６４】
まず、第２の分析前準備工程では、第２の試料供給系１０Ｂの第３の供給ライン１１Ｃの気化器１２に第２の試料Ｂを導入し、第２の試料Ｂを含む分析対象ガスＧを第２のセル２０Ｂに供給する。
次いで、排気ポンプ２６により第２のセル２０Ｂ内の分析対象ガスＧを排気する。
分析対象ガスＧを供給および排気する工程は、第２のセル２０Ｂ内のメモリー効果を十分に除去するために複数回行う。
【００６５】
（第２の濃度分析工程）
次いで、第２のセル２０Ｂにおける第２の濃度分析工程を行う。第２の濃度分析工程は、上述の第２の分析前準備工程の後に行う。また、第２の濃度分析工程は、第１の濃度分析工程が完了した後に開始する。
第２の濃度分析工程において、第２の試料Ｂの同位体濃度を分析する。
【００６６】
第２の濃度分析工程は、第１の濃度分析工程と同様の手順を経て行うことができる。
まず、第２の試料供給系１０Ｂの第３の供給ライン１１Ｃの気化器１２に第２の試料Ｂを導入し、キャリアガスとともに気化した第２の試料Ｂを第２のセル２０Ｂに供給する。
次いで、レーザ光切り替え部３２によりレーザ光の照射位置を第２の出射部３１Ｂに切り替えて、レーザ光を第２のセル２０Ｂの内部に導入する。さらに、第２のセル２０Ｂの外側に出射されたレーザ光を、検出部４０で検出して第２の試料Ｂの同位体濃度を算出する。
最後に、排気ポンプ２６により第２のセル２０Ｂ内の分析対象ガスＧを排気する。
第２の濃度分析工程において、分析対象ガスＧの導入、レーザ光照射による分析、並びに排気は、第１の濃度分析工程と同様に、複数回行うことが好ましい。
【００６７】
（第３の分析前準備工程）
第１のセル２０Ａでは、第２の濃度分析工程と並行して第３の分析前準備工程が行われる。また、第３の分析前準備工程は、第１の濃度分析工程が完了した後に行う。
第３の分析前準備工程は、第１のセル２０Ａで直前に行われた第１の濃度分析工程のメモリー効果を低減させる工程である。
【００６８】
第３の分析前準備工程を行うに先立って、第１の試料供給系１０Ａの供給ライン切り替え部１４を操作する。これにより、第１の接続部１４ａと第４の接続部１４ｄとの間、並びに第２の接続部１４ｂと第３の接続部１４ｃとの間が接続された状態とする。これにより、第１の供給ライン１１Ａを流れるキャリアガスは、排気ライン１６を介し排気され、第２の供給ライン１１Ｂを流れるキャリアガスは、第１のセル２０Ａに導入される。
【００６９】
第３の分析前準備工程は、第１および第２の分析前準備工程と同様の手順で行われる。
まず、第３の分析前準備工程では、第１の試料供給系１０Ａの第２の供給ライン１１Ｂの気化器１２に第３の試料Ｃを導入し、第１のセル２０Ａに分析対象ガスＧを供給する。
さらに、第１のセル２０Ａ内の分析対象ガスＧを排気する。
分析対象ガスＧを供給および排気する工程は、第１のセル２０Ａ内のメモリー効果を十分に除去するために複数回行う。
【００７０】
（第３の濃度分析工程）
次いで、第１のセル２０Ａにおける第３の濃度分析工程を行う。第３の濃度分析工程は、第２の濃度分析工程が完了した後に開始する。
第３の濃度分析工程は、第３の試料Ｃの同位体濃度を分析する工程であり、第１および第２の濃度分析工程と同様の手順を経て行うことができる。第３の濃度分析工程では、第３の試料Ｃの同位体濃度が算出される。最後に、排気ポンプ２６により第１のセル２０Ａ内の分析対象ガスＧを排気する。第３の濃度分析工程において、分析対象ガスＧの導入、レーザ光照射による分析、並びに排気は、複数回行うことが好ましい。
【００７１】
（第４の分析前準備工程）
さらに、第２のセル２０Ｂでは、第３の濃度分析工程と並行して第４の分析前準備工程が行われる。また、第４の分析前準備工程は、第２の濃度分析工程が完了した後に行うことができる。
第４の分析前準備工程は、第２のセル２０Ｂで直前に行われた第３の濃度分析工程のメモリー効果を低減させる工程である。
【００７２】
第４の分析前準備工程を行うに先立って、第２の試料供給系１０Ｂの供給ライン切り替え部１４を操作する。これにより、第３の供給ライン１１Ｃを流れるキャリアガスは、排気ライン１６を介し排気され、第４の供給ライン１１Ｄを流れるキャリアガスは、第２のセル２０Ｂに導入される状態とする。
【００７３】
第４の分析前準備工程は、第１〜第３の分析前準備工程と同様の手順で行われる。第４の分析前準備工程は、第４の試料Ｄを含む分析対象ガスＧを、第２のセル２０Ｂに複数回、供給および排気して第２のセル２０Ｂのメモリー効果を低減させる。
【００７４】
（第４の濃度分析工程）
次いで、第２のセル２０Ｂにおける第４の濃度分析工程を行う。第４の濃度分析工程は、第３の濃度分析工程が完了した後に開始する。
第４の濃度分析工程は、第４の試料Ｄの同位体濃度を分析する工程であり、第１〜第４の濃度分析工程と同様の手順を経て行うことができる。第４の濃度分析工程では、第４の試料Ｄの同位体濃度が算出される。最後に、排気ポンプ２６により第２のセル２０Ｂ内の分析対象ガスＧを排気する。第４の濃度分析工程において、分析対象ガスＧの導入、レーザ光照射による分析、並びに排気は、濃度分析の精度を高めるために、複数回行うことが好ましい。
【００７５】
（予備工程に関する補足説明）
予備工程は、上述したように、第１〜第４の分析前準備工程および第１〜第４の濃度分析工程と並行して行われる。すなわち、本実施形態によれば、複数回の濃度分析工程を行う際に、異なる供給ライン１１から順番に気化した試料とキャリアガスとを含む分析対象ガスＧを供給すると共に、供給を行わない待機中の供給ライン１１においてキャリアガスを通過させ排気させることができる。例えば、第１の供給ライン１１Ａを介して第１のセル２０Ａに分析対象ガスＧを供給する第１の分析前準備工程を行っているとき、第２〜第４の供給ライン１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄにおいては、キャリアガスが移送されている。また、他の工程においても同様に、セル２０に分析対象ガスＧを供給していない供給ライン１１において、キャリアガスが移送されている。これにより、前回の分析において残留する試料をパージして、供給ライン１１中のメモリーの効果を低減させることができる。なお、第１の分析前準備工程を行っているとき、第３の供給ライン１１Ｃは供給ライン切り替え部１４を介し第２のセル２０Ｂに接続されている。このため、第３の供給ライン１１Ｃを流れるキャリアガスは、第２のセル２０Ｂおよび排気ライン２５を介して排気される。
【００７６】
また、予備工程において、第１〜第４の供給ライン１１Ａ〜１１Ｄで試料を移送していてもよい。すなわち、待機中の供給ライン１１においてキャリアガスと共に試料を通過させ排気させてもよい。この場合、排気ライン１６には、試料とキャリアガスを含む分析対象ガスＧにより、各供給ライン１１をパージすることができる。すなわち、キャリアガスのみを各供給ライン１１に移送させる場合と比較して、実際の測定で用いる分析対象ガスＧを移送することで供給ライン１１中の分析対象ガスＧを安定した状態とすることができる。これにより、より効果的に供給ライン１１のメモリー効果を低減して、各供給ライン１１を通過する分析対象ガスＧの同位体の濃度比を安定させることができる。
【００７７】
＜タイムライン＞
（例１）
次に、本実施形態の同位体濃度分析方法のタイムラインの一例について説明する。
以下の表１は、本実施形態の同位体濃度分析方法のタイムラインの例１を示す。
【００７８】
【表１】
2018021807.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、例１では、分析前準備工程および濃度分析工程において、１回の分析対象ガスＧの供給および排気に約１０分の時間を要する。例１では、分析前準備工程において３回の分析対象ガスＧの導入（および排気）を行い、濃度分析工程において３回の分析対象ガスＧの導入（および排気）を行う。したがって、例１では、分析前準備工程と濃度分析工程にそれぞれ３０分の時間（合計６０分）を要する。
【００８０】
第２の試料Ｂの分析前準備工程は、第１の試料の濃度分析工程と並行して行われる。同様に、第３、第４の試料の分析前準備工程は、それぞれ第２、第３の試料の濃度分析工程と並行して行われる。したがって、例１によれば、セル２０を１つしか有さない同位体濃度分析装置１と比較して、３回分の分析前準備工程の時間（３×３０分）を省略することができる。
【００８１】
（例２）
以下の表２は、本実施形態の同位体濃度分析方法のタイムラインの例２を示す。
【００８２】
【表２】
2018021807.tif 000004
【００８３】
表２に示すように、例２では、分析前準備工程および濃度分析工程において、１回の分析対象ガスＧの供給および排気に約５分の時間を要する。例２では、分析前準備工程において６回の分析対象ガスＧの導入（および排気）を行い、濃度分析工程において４回の分析対象ガスＧの導入（および排気）を行う。したがって、例２では、分析前準備工程と濃度分析工程と合わせて合計１０回の分析対象ガスＧの導入および排気を行う。また、例２では、分析前準備工程に３０分要し、濃度分析工程に２０分要する。
【００８４】
例２において、分析前準備工程が濃度分析工程より長いため、第１の試料Ａの分析前準備工程の後半の５回目および６回目の分析対象ガスＧの導入と第２の試料Ｂの分析前準備工程の最初の２回の分析対象ガスＧの導入とを並行して行う。また、第３の試料Ｃおよび第４の試料Ｄにおいても、同様に分析前準備工程を並行して行うことができる。これにより、第１の試料Ａおよび第３の試料Ｃの濃度分析工程が完了した直後に、第２の試料Ｂおよび第４の試料Ｄの濃度分析工程を始めることができ、より効果的に分析時間を短縮できる。
【００８５】
なお、分析前準備工程における分析対象ガスＧの導入回数は、予め行う予備試験により定めておいてもよいが、第１の分析前準備工程を予備試験としてもよい。すなわち、第１の分析前準備工程において、第１のセル２０Ａのレーザ光を照射し、レーザ光のスペクトルを測定しながら、複数回の試料導入を行い、スペクトル変化の値が安定した時点で、第１の濃度分析工程を開始する。さらに、スペクトル変化の値が安定した試料導入の回数を、第２〜第４の分析前準備工程の試料導入の回数とする。これにより、予備試験を行う手間を省略することができる。なお、第２〜第４の分析前準備工程の分析対象ガスＧの導入回数を、第１の分析前準備工程における分析対象ガスＧの導入回数と同じにできるか否かは、必要な精度および想定される同位体濃度によって判断する。
【００８６】
＜作用効果＞
本実施形態の同位体濃度分析装置１によれば、それぞれ異なる試料供給系１０に接続された複数のセル２０（第１のセル２０Ａおよび第２のセル２０Ｂ）を有する。これにより、１つのセル（例えば第１のセル２０Ａ）において試料の同位体濃度を分析する濃度分析工程を行う間に、他のセル（例えば第２のセル２０Ｂ）においてセル内のメモリー効果を抑制する分析前準備工程を行うことができる。すなわち、複数のセル２０のうち何れか１つのセルにおける分析前準備工程は、他のセル２０における濃度分析工程と並行して行うことができる。これにより、セル内のメモリー効果を抑制しつつ、測定時間を短縮することができる。
【００８７】
本実施形態の同位体濃度分析装置１によれば、複数のセル２０から出射されたレーザ光をそれぞれ検出部４０のレーザ光検出装置４１に導く複数のミラー５０を有する。したがって、複数のセル２０に対応する検出部４０を複数用意する必要がなく、コストの増加を抑制しつつ測定時間を短縮することが可能となる。
【００８８】
本実施形態によれば、レーザ光照射部３０が、切り替え可能な複数の出射部３１と、複数の出射部３１から複数のセル２０にそれぞれレーザ光を導く複数の照射レーザ光誘導部３４と、を有する。したがって、複数のセル２０に対応するレーザ光照射部３０のレーザ光発振装置３３を複数用意する必要がなく、コストの増加を抑制しつつ測定時間を短縮することが可能となる。
【００８９】
本実施形態の同位体濃度分析装置１によれば、複数のセル２０にそれぞれ分析対象ガスＧを供給する複数の試料供給系１０が設けられている。試料供給系１０は、それぞれ試料を気化させる気化器１２が設けられた複数の供給ライン１１と、各供給ライン１１が接続される供給ライン切り替え部１４と、を有する。また、供給ライン切り替え部１４は、複数の供給ライン１１のうち何れか１つの供給ライン１１（例えば第１の供給ライン１１Ａ）から移送された分析対象ガスＧをセル２０に供給する。さらに、供給ライン切り替え部１４は、他の供給ライン１１（例えば第２の供給ライン１１Ｂ）から移送されたキャリアガスを排気する。
同位体濃度分析装置１の分析対象ガスＧが通過する経路において、試料供給系１０は、メモリー効果の影響を受けやすい。したがって、１つのセル２０に対して、複数の供給ライン１１を用意しこれらを用いて、順次試料を供給することで、試料供給系１０のメモリー効果の影響を抑制して、より正確な同位体濃度分析を行うことができる。また、セル２０に分析対象ガスＧを供給している供給ライン１１以外の供給ライン１１において、キャリアガス（又は試料を含むキャリアガス）でパージして、前回以前の試料の影響（メモリー効果）を低減した状態で、今回の測定を行うことができる。
【００９０】
本実施形態の同位体濃度分析装置１による同位体濃度分析方法は、二重標識水法により対象者の日々のエネルギー消費量の測定に適用できる。二重標識水法は、水の構成成分である水素と酸素の安定同位体を使った測定方法である。二重標識水法では、対象者が重水素および重酸素を通常の水より多く含む水を飲む。エネルギー消費量が多くなると、酸素の消費量が多くなるため、対象者の体内の重酸素の同位体の濃度が低下する。一方で対象者の体内の重水素の濃度は、エネルギー消費量に依存しない。したがって、尿から排出される重酸素および重水素の濃度を測定することで、エネルギー消費量を測定することができる。
【００９１】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の同位体濃度分析装置１０１の概略構成の一部を模式的に示す図である。以下、図３を基に、同位体濃度分析装置１０１について説明する。なお、図３は、同位体濃度分析装置１０１の構成の一部を省略している。
同位体濃度分析装置１０１は、第１実施形態の同位体濃度分析装置１と比較して、レーザ光照射部１３０と、光路遮断部１７１、１７２の構成が異なる。
なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
同位体濃度分析装置１０１は、複数（本実施形態では２つ）の試料供給系１０と、複数（本実施形態では２つ）のセル２０と、レーザ光照射部１３０と、検出部４０と、複数（本実施形態では２つ）のミラー５０と、第１および第２の光路遮断部１７１、１７２と、排気ライン２５と、制御部６０（図３において省略）と、を備える。
以下、各部について、詳細に説明する。
【００９３】
（レーザ光照射部）
レーザ光照射部１３０は、セル２０内にレーザ光を照射する。レーザ光照射部１３０は、変調されたレーザ光を生成し出射部１３１から出射するレーザ光発振装置１３３と、ハーフミラー（分岐部、第１の照射レーザ光誘導部）１３５と、照射レーザ光誘導用ミラー（第２の照射レーザ光誘導部）１３６と、を有する。
【００９４】
ハーフミラー１３５は、出射部１３１に対して傾けた状態で対向して配置されている。ハーフミラー１３５は、出射部１３１から出射されたレーザ光の一部（半分）を反射して、他の一部（残りの半分）を透過させる。したがって、ハーフミラー１３５は、出射部１３１から出射されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐させて出射する分岐部として機能する。また、ハーフミラー１３５は、反射したレーザ光を第１のセル２０Ａのレーザ光導入孔２３ｂに導くように傾斜している。したがって、ハーフミラー１３５は、分岐されたレーザ光を第１のセル２０Ａに導く第１の照射レーザ光誘導部として機能する。
なお、本実施形態では、分岐路としてハーフミラー１３５を採用する場合を例示したが、分岐路は、レーザ光を複数に分離可能であればその他の構成を採用できる。
【００９５】
照射レーザ光誘導用ミラー１３６は、ハーフミラー１３５を透過したレーザ光を反射して、第２のセル２０Ｂのレーザ光導入孔２３ｂに導く。したがって、照射レーザ光誘導用ミラー１３６は、分岐されたレーザ光を第２のセル２０Ｂに導く第２の照射レーザ光誘導部として機能する。
【００９６】
（光路遮断部）
第１および第２の光路遮断部１７１、１７２は、分岐された複数のレーザ光の光路中にそれぞれ配置されている。より具体的には、第１の光路遮断部１７１は、第１のセル２０Ａに入射するレーザ光の経路中に配置され、第２の光路遮断部１７２は、第２のセル２０Ｂに入射するレーザ光の経路中に配置されている。
なお、本実施形態において、第１の光路遮断部１７１は、第１のセル２０Ａと検出部４０との間に配置されており、第１のセル２０Ａから出射した後のレーザ光を遮断する。一方で、第２の光路遮断部１７２は、出射部１３１と第２のセル２０Ｂとの間に配置されており、第２のセル２０Ｂに入射する前のレーザ光を遮断する。このように、光路遮断部１７１、１７２は、分岐された複数のレーザ光の検出部４０に達するまでの光路中にそれぞれ配置されていれば、セル２０の入出射前後のうち何れの光路に配置されていてもよい。
【００９７】
図３に示す状態では、第１の光路遮断部１７１は、レーザ光の通過を許容し、第２の光路遮断部１７２は、レーザ光を遮断している。複数の光路遮断部１７１、１７２は、分岐された複数のレーザ光のうち、何れか１つを除く他のレーザ光を遮断する。これにより、光路遮断部１７１、１７２は、検出部４０に複数のレーザ光が入射することを抑制する。
なお、本実施形態において、光路遮断部１７１、１７２がレーザ光の通過を遮断する構成を有するが、光路遮断部１７１、１７２は、複数のレーザ光のうち何れ１つを除いた他のレーザ光が検出部４０に導かれることを阻止するものであれば他の構成であってもよい。一例として、セル２０から出射したレーザ光を検出部４０に導くミラー５０の設置角度を駆動可能として、レーザ光を発散させることで、ミラー５０に光路遮断部の機能を担わせてもよい。
【００９８】
＜作用効果＞
本実施形態の同位体濃度分析装置１０１によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態の同位体濃度分析装置１０１は、レーザ光照射部１３０は、出射部１３１と、レーザ光を分岐させるハーフミラー１３５と、分岐された複数のレーザ光をそれぞれセル２０に導く照射レーザ光誘導部（ハーフミラー１３５および照射レーザ光誘導用ミラー１３６）と、を有する。したがって、出射部１３１を複数設けることなく、複数のセル２０にレーザ光を照射することができる。
【００９９】
また、本実施形態の同位体濃度分析装置１０１は、分岐された複数のレーザ光の光路中に配置された光路遮断部を有する。これにより、分岐された複数のレーザ光のうち何れか１つのみを検出部４０に入射させることが可能となり、単一の検出部４０および単一の出射部１３１により、複数のセル２０内に光を入射させ、出射した光をそれぞれ分析できる。また、本実施形態の同位体濃度分析装置１０１によれば、第１実施形態と比較して、単一の出射部１３１からの照射により、複数のセル２０内の試料を分析するため、レーザ光切り替え部、光源を切り替えるためのスイッチおよび当該スイッチを制御する回路などを省略することができる。
【０１００】
以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
【０１０１】
例えば、上述の実施形態では、２つのセル２０および２つの試料供給系１０を備えた同位体濃度分析装置１、１０１を例示したが、これらは複数であれば３つ以上であってもよい。同様に、１つの試料供給系１０に設けられる供給ライン１１も、３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１０１…同位体濃度分析装置、１０…試料供給系、１１…供給ライン、１２…気化器、１４…供給ライン切り替え部、２０…セル、３０，１３０…レーザ光照射部、３１，１３１…出射部、３４…照射レーザ光誘導部、４０…検出部、５０…ミラー（レーザ光誘導部）、１３５…ハーフミラー（分岐部、第１の照射レーザ光誘導部）、１３６…照射レーザ光誘導用ミラー（第２の照射レーザ光誘導部）、１７１、１７２…光路遮断部、Ｇ…分析対象ガス、Ｔ…供給源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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