碳同位素分析装置和碳同位素分析方法与流程

本发明涉及碳同位素分析仪和分析碳同位素的方法。具体地，本发明涉及可用于分析放射性碳14c的放射性碳同位素分析仪和分析放射性碳同位素的方法。
背景技术：
：碳同位素分析已经被应用于各种领域，包括基于碳循环的环境动态评价和通过放射性碳测定年代的历史实证研究。可能随区域或环境因素改变的碳同位素的天然丰度如下：对于12c为98.89％(稳定同位素)，对于13c为1.11％(稳定同位素)，对于14c为1×10-10％(放射性同位素)。具有不同质量的这些同位素表现出相同的化学行为。因此，低丰度同位素的人工富集以及同位素的精确分析可以应用于各种反应的观测。在临床领域，例如以放射性碳14c标记的化合物的体内给药和分析对于评价药物处置非常有用。例如，这种标记的化合物用于药物研发过程的i期或iia期中的实际分析。期望以放射性碳14c(以下可以简称为“14c”)标记的化合物以非常小的剂量(以下简称为“微剂量”)(即低于化合物的药理活性剂量)向人体的施用和对标记的化合物的分析明显缩短药物发现过程的研制周期，因为该分析提供关于药物处置造成的药效和毒性的数据结果。常用的14c分析的实例包括液体闪烁计数法(以下简称为“lsc”)和加速器质谱法(以下简称为“ams”)。lsc涉及使用较小的台式分析仪，由此实现方便快捷的分析。遗憾地，lsc由于其低的14c检测灵敏度(10dpm/ml)而不能用于临床试验。与此相比，ams由于其高的14c检测灵敏度(0.001dpm/ml)而可以用于临床试验，其14c检测灵敏度小于lsc的14c检测灵敏度的千分之一。遗憾地，因为ams需要大且昂贵的分析仪，所以ams的使用受到限制。由于日本仅设置有约十五台ams分析仪，所以一个样品的分析由于待分析样品长的等待时间而需要约一周。因此，产生了开发方便快捷的分析14c的方法的需求。相关技术专利文献：专利文献1：日本专利第3390755号非专利文献非专利文献1：i.galli等，phy.rev.lett.2011，107，270802技术实现要素：已提出了几种技术来解决所述问题(例如参见非专利文献1和专利文献1)。i.galli等在非专利文献1中报道了通过腔衰荡光谱(以下简称为“crds”)分析天然丰度等级的14c，该分析受到关注。遗憾地，通过crds的14c分析涉及具有非常复杂结构的4.5μm激光源的使用。因此，产生了开发简便的分析14c的设备或方法的需求。本发明的一个目的是提供能够分析碳同位素14c的简便设备和分析碳同位素的方法。解决问题的方案本发明提供以下方面：方面<1>一种碳同位素分析仪，所述碳同位素分析仪包括：二氧化碳同位素生成器，所述二氧化碳同位素生成器设置有：燃烧单元，其由碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体；和二氧化碳同位素纯化单元；分光仪，所述分光仪包括：光学共振器，其具有一对反射镜；和光检测器，其测定透过所述光学共振器的光的强度；和光发生器，所述光发生器包括：单光源；传输来自所述光源的光束的第一光纤；用于波长转换的第二光纤，所述第二光纤在分歧点处与所述第一光纤分开，并在所述分歧点下游的连接点处与所述第一光纤相连接；和非线性光学晶体，其取决于透过所述光学晶体的多束具有不同频率的光束之间的频率差产生在所述二氧化碳同位素的吸收波长的光。方面<2>根据方面<1>所述的碳同位素分析仪，其中，所述二氧化碳同位素纯化单元包括气体污染物分离器和二氧化碳同位素富集器中的至少一种。方面<3>根据方面<1>或<2>所述的碳同位素分析仪，其中，所述碳同位素为放射性碳14c，并且所述二氧化碳同位素为放射性二氧化碳同位素14co2。方面<4>根据方面<1>至<3>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述光源产生频率梳光。方面<5>根据方面<1>至<4>中任一项所述的碳同位素分析仪，所述光源包括光纤激光器。方面<6>根据方面<1>至<5>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述在所述二氧化碳同位素的吸收波长的光为4.5μm波长范围的光。方面<7>根据方面<1>至<6>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述二氧化碳同位素生成器包括生成所述二氧化碳同位素的总有机碳气体生成器。方面<8>根据方面<1>至<7>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述第一光纤从所述光源延伸到所述光学共振器。方面<9>根据方面<1>至<8>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，其中，所述第一光纤包括从所述光源延伸到所述非线性光学晶体的纤维部分(a)和从所述非线性光学晶体延伸到所述光学共振器的中红外纤维部分(b)。方面<10>根据方面<1>至<7>和<9>中任一项所述的碳同位素分析仪，所述光发生器还包括将光从所述非线性光学晶体传输到所述光学共振器的光传输器。方面<11>根据方面<10>所述的碳同位素分析仪，其中，所述第一光纤为从所述光源延伸到所述非线性光学晶体的纤维部分(a)。方面<12>根据方面<1>至<7>和<9>至<11>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述光发生器还包括：在所述第一光纤和第二光纤之间的连接点与所述非线性光学晶体之间的光学透镜；和/或在所述非线性光学晶体与所述光学共振器之间的另一光学透镜。方面<13>根据方面<1>至<12>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述第一光纤具有与所述反射镜之一邻接的下游末端。方面<14>根据方面<1>至<13>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述第二光纤包括非线性光纤。方面<15>根据方面<1>至<14>中任一项所述的碳同位素分析仪，所述分光仪还包括冷却所述光学共振器的冷却器。方面<16>根据方面<1>至<15>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述分光仪还包括容纳所述光学共振器的真空装置。方面<17>根据方面<1>至<16>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述分光仪还包括减振器。方面<18>根据方面<1>至<17>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述分光仪还包括使透过的光色散的衍射光栅，并且所述光检测器包括检测具有不同波长的透过的光束的第一子检测器(a)和第二子检测器(b)。方面<19>根据方面<1>至<18>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述非线性光学晶体选自ppmgslt晶体、ppln晶体和gase晶体。方面<20>根据方面<1>至<19>中任一项所述的碳同位素分析仪，其中，所述分析仪对于放射性碳同位素14c具有约0.1dpm/ml的检测灵敏度。方面<21>一种碳同位素分析仪，其包括：二氧化碳同位素生成器，所述二氧化碳同位素生成器包括：燃烧单元，其由碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体；和二氧化碳同位素纯化单元；分光仪，所述分光仪包括：光学共振器，其具有一对反射镜；和光检测器，其测定透过所述光学共振器的光的强度；和光发生器，所述光发生器包括：单光源；光纤，其传输来自所述光源的光并扩展光的光谱；和非线性光学晶体，其基于透过所述光学晶体的多束具有不同频率的光束之间的频率差产生具有所述二氧化碳同位素的吸收波长的光。方面<22>根据方面<21>所述的碳同位素分析仪，其还包括分光工具，所述分光工具利用波长滤光片将来自所述光源的光分为多个光谱分量，分别调整所述光谱分量的相对时间延迟，并使所述光谱分量聚焦到非线性晶体上。方面<23>根据方面<21>所述的碳同位素分析仪，其还包括延迟线，所述延迟线利用波长滤光片将来自所述光源的光分为多个光谱分量，分别调整所述光谱分量的相对时间延迟，并使所述光谱分量聚集到非线性晶体上。方面<24>一种光发生器，其包括：光源；光纤，其传输来自所述光源的光并扩展所述光的光谱；分光工具，其利用波长滤光片将来自所述光纤的光分为多个光谱分量，分别调整所述光谱分量的时滞，并使所述光谱分量聚集到非线性晶体上；和非线性光学晶体，其取决于透过所述光学晶体的多束具有不同频率的光束之间的频率差产生在二氧化碳同位素的吸收波长的光。方面<25>根据方面<24>所述的光发生器，其中，所述分光工具包括利用波长滤光片将来自所述光源的光分为多个光谱分量的延迟线。方面<26>一种分析碳同位素的方法，其包括以下步骤：由碳同位素生成二氧化碳同位素；将所述二氧化碳同位素给料到具有一对反射镜的光学共振器中；由单光源产生多束具有不同频率的光束，传输所述多束光束通过非线性光学晶体，从而由频率差产生在所述二氧化碳同位素的吸收波长的照射光；测定由所述照射光激发的二氧化碳同位素的共振产生的透过的光的强度；和由所述透过的光的强度计算碳同位素的浓度。方面<27>根据方面<26>所述的分析碳同位素的方法，其在所述生成二氧化碳同位素的步骤之前还包括以下步骤：利用有机溶剂从包含碳同位素的生物样品中移除生物碳源；和从得到的样品中移除来源于所述有机溶剂的碳源。。方面<28>根据方面<26>所述的分析碳同位素的方法，其中，所述由碳同位素生成二氧化碳同位素的步骤包括移除气体污染物和/或将所述二氧化碳同位素与所述气体污染物分离。方面<29>根据方面<26>所述的分析碳同位素的方法，其中，所述碳同位素为放射性碳14c，并且所述二氧化碳同位素为放射性二氧化碳同位素14co2。发明效果本发明提供以简便的方式分析碳同位素14c的设备和方法。附图说明图1为碳同位素分析仪的概念图。图2为二氧化碳同位素生成器的实施方案a的概念图。图3为二氧化碳同位素生成器的实施方案b的概念图。图4示出14co2和污染物气体在4.5μm波长范围的吸收光谱。图5a和5b示出使用激光的高速扫描腔衰荡吸收光谱(crds)的原理。图6示出13co2和14co2的crds吸收δβ与温度的相关性。图7为根据变化方案1的碳同位素分析仪的概念图。图8示出分析样品的吸收波长与吸收强度之间的关系。图9为光学共振器的变化方案的概念图。图10为根据变化方案2的碳同位素分析仪的概念图。图11为根据变化方案3的碳同位素分析仪的概念图。图12示出使用单光纤产生中红外梳的原理。图13为光发生器的变化方案的概念图。图14a为产生波长偏移孤子的光谱；图14b为中红外梳的光谱。图15a为sc光的光谱；图15b为中红外光的光谱；图15c为示出时间差与中红外光的波长之间的关系的图。图16a为超连续(sc)光的光谱；图16b为中红外光的光谱；图16c为示出时间差与中红外光的波长之间的关系的图。图17为示出作为生物样品的血浆的处理的概要的流程图。图18为示出作为生物样品的血浆、尿或粪便匀浆的脱蛋白处理的概要的流程图。图19为示出作为生物样品的血浆、尿或粪便匀浆的液-液萃取处理的概要的流程图。图20为示出作为生物样品的血浆、尿或粪便匀浆的固相萃取处理的概要的流程图。图21为示出作为生物样品的血浆、尿或粪便匀浆的超滤处理的概要的流程图。具体实施方式本发明涉及碳同位素分析仪，其包括：二氧化碳同位素生成器，该二氧化碳同位素生成器包括由碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体的燃烧单元和二氧化碳同位素纯化单元；分光仪，该分光仪包括具有一对反射镜的光学共振器和测定透过光学共振器的光的强度的光检测器；和光发生器，该光发生器包括单光源、由光源处产生的光产生具有不同频率的多个光束的光路和非线性光学晶体，该非线性光学晶体基于透过光学晶体的光束之间的频率差产生具有二氧化碳同位素吸收波长的光。光路包括例如传输来自光源的光的第一光纤和用于波长转换的第二光纤，第二光纤在分歧点处与第一光纤分开，并在分歧点下游的连接点处与第一光纤相连接。或者，光路包括传输来自光源的光并扩展光的光谱的光纤，将来自光源的光分为多个光谱分量并使预定光谱分量聚焦到非线性晶体上的分光工具。现在通过实施方案对本发明进行说明，实施方案不应理解为限制本发明。在附图中，相同或相似的附图标记表示具有相同或相似功能的部件，不再赘述。应注意，附图是示意性的，因此各组件的实际尺寸应根据以下说明来确定。应理解，附图之间的相对尺寸和比例可以彼此不同。(碳同位素分析仪)图1为碳同位素分析仪的概念图。碳同位素分析仪1包括二氧化碳同位素生成器40、光发生器20、分光仪10和运算装置30。在该实施方案中，会将碳同位素放射性同位素14c作为分析样品的实例。由放射性同位素14c生成的二氧化碳同位素14co2的吸收波长范围为4.5μm波长范围。目标物质的吸收线、光发生器和光学共振器模式的组合选择性可以实现高灵敏度(细节省略)。在本说明书全文中，除非另外说明，术语“碳同位素”包括稳定同位素12c和13c以及放射性同位素14c。元素符号“c”表示天然丰度的碳同位素混合物。氧同位素包括16o、17o和18o，元素符号“o”表示天然丰度的氧同位素混合物。除非另外说明，术语“二氧化碳同位素”包括12co2、13co2和14co2。符号“co2”表示由各自为天然丰度的碳同位素和氧同位素构成的二氧化碳分子。在本说明书全文中，术语“生物样品”包括血液、血浆、血清、尿、粪便、胆汁、唾液和其他体液和分泌物；呼气气体、口腔气体、皮肤气体和其他生物气体；各种器官，如肺、心脏、肝、肾、脑和皮肤，及其破碎产物。生物样品来源的实例包括所有生物，如动物、植物和微生物；优选地，哺乳动物，优选人类。哺乳动物的实例包括但不限于人类、猴、小鼠、大鼠、土拨鼠、兔、绵羊、山羊、马、牛、猪、犬和猫。<二氧化碳同位素生成器>二氧化碳同位素生成器40可以是能够将碳同位素转化为二氧化碳同位素的任何类型。二氧化碳同位素生成器40应优选具有将样品氧化和将样品中的碳转化为二氧化碳的功能。二氧化碳同位素生成器40可以是二氧化碳生成器(g)41，例如总有机碳(toc)气体生成器、用于气相色谱的样品气体生成器、用于燃烧离子色谱的样品气体生成器、或元素分析仪(ea)。在其他实施方案中，也可以采用如图2和3中所示的二氧化碳同位素生成器40a和40b。图4为在273k下co2分压为20％、co分压为1.0×10-4％、n2o分压为3.0×10-8％的条件下14co2与竞争气体13co2、co和n2o的4.5μm波长范围吸收光谱。包含二氧化碳同位素14co2(以下仅称为“14co2”)的气体可以通过经预处理的生物样品的燃烧来生成；然而，在该过程中气体污染物如co和n2o与14co2一起生成。co和n2o各自表现出如图4中所示的4.5μm带吸收光谱，并且干扰归属于14co2的4.5μm波长范围吸收光谱。因此，为了提高的分析灵敏度，应优选移除co和n2o。移除co和n2o的一般工艺包括如下所述的14co2的收集和分离。该工艺可以与利用氧化催化剂或铂催化剂移除或减少co和n2o的工艺组合。(i)通过热解吸柱收集和分离14co2图2为二氧化碳同位素生成器的实施方案a的概念图。二氧化碳同位素生成器40a包括燃烧单元42和二氧化碳同位素纯化单元43a。燃烧单元42包括燃烧管和加热燃烧管的加热器(未示出)。燃烧管由耐火玻璃(如石英玻璃)构成以将样品容纳在其中，并且具有样品口(未示出)。除样品口之外，燃烧管可以具有载气口，载气可以通过该载气口引入。备选地，可以在燃烧管的末端设置具有样品口和载气口的单独组件的样品引入单元。[李博1]加热器的实例包括可以将燃烧管放置于其中并加热燃烧管的电炉，特别是管状电炉。管状电炉的一般实例为可以从asahirikaseisakusho获得的arf-30m。燃烧管应优选在载气通道的下游设置有被至少一种催化剂填充的氧化单元和/或还原单元。氧化单元和/或还原单元可以设置在燃烧管的一端，或者以单独组件的形式设置。氧化单元中包含的催化剂的实例包括氧化铜以及银和氧化钴的混合物。氧化单元可以将通过样品燃烧生成的h2和co氧化为h2o和co2。还原单元中包含的催化剂的实例包括还原铜和铂催化剂。还原单元可以将包含n2o的氮氧化物(nox)还原为n2。二氧化碳同位素纯化单元43a可以是用于气相色谱(gc)的热解吸柱(co2收集柱)。该柱可以吸附通过生物样品的燃烧生成的气体中的14co2。14co2的检测较少地受到co和n2o影响，或者完全不受co和n2o影响。因此，包含14co2的co2气体暂时被收集在gc柱中，期望浓缩包含14co2的co2气体。最后，期望14co2气体的分压升高。(ii)通过在14co2吸附剂上捕获14co2并由其排出而分离14co2图3为二氧化碳同位素生成器的实施方案b的概念图。二氧化碳同位素生成器40b包括燃烧单元和二氧化碳同位素纯化单元。燃烧单元可以具有与图2中所示的构造相似的构造。二氧化碳同位素纯化单元可以由14co2吸附剂如碱石灰或氢氧化钙构成。这可以以碳酸盐的形式分离14co2，并解决关于气体污染物的问题。样品可以暂时以碳酸盐(14co2)的形式保存。可以利用磷酸来释放二氧化碳同位素。由此可以通过方法(i)和/或方法(ii)移除气体污染物。(iii)14co2的浓缩(分离)使通过生物样品的燃烧生成的14co2扩散到管中。14co2可以吸附到吸附剂上以进行浓缩，从而提高检测灵敏度。该浓缩会将14co2与co和n2o分离。<分光仪>参照图1，分光仪10包括光学共振器11和测定透过光学共振器11的光的强度的光检测器15。光学共振器或光腔11包括：会被目标二氧化碳同位素填充的圆柱形主体；一对高反射性反射镜12a和12b(反射率：99.99％以上)，其分别设置在主体的第一和第二纵向末端，使得反射镜的凹面彼此相对；压电元件13，其设置在主体的第二末端以调整反射镜12a和12b之间的距离；和会被被分析物气体填充的室16。尽管未示出，主体的侧面优选设置有二氧化碳同位素通过其注入的气体入口和用于调整主体内压力的端口。入射到光学共振器11上并被限制在光学共振器11中的激光束反复地在反射镜之间反射几千到一万次，同时光学共振器11发射与反射镜的反射率对应的强度的光。因此，激光束的有效光路长度达到几十千米，光学共振器中包含的痕量被分析物气体能够产生大的吸收强度。图5a和5b示出基于激光的高速腔衰荡光谱(以下称为“crds”)的原理。如图5a中所示，反射镜之间的共振状态的光学共振器输出高强度信号。与此相比，在非共振状态下，由于通过压电元件13工作的反射镜之间的距离波动造成的光学干扰，共振器不输出信号。因此，通过光学共振器长度的快速变化(即从共振状态到非共振状态的快速变化)观察到如图5a中所示的指数衰减信号(衰荡信号)。可以通过用光学开关26(参见图7)快速屏蔽入射激光束观察到该衰荡信号。在光学共振器中不存在光吸收物质的情况下，图5b中的虚线对应于光学共振器输出的时间相关的衰荡信号。与此相比，图5b中的实线对应于光学共振器中存在光吸收物质的情况。在该情况下，由于激光束在光学共振器中的重复反射期间光吸收物质对激光束的吸收，光衰减时间变短。光衰减时间取决于光学共振器中光吸收物质的浓度和入射激光束的波长。因此，可以基于beer-lambert定律ii计算出光吸收物质的绝对浓度。可以通过测定与光吸收物质的浓度成比例的衰荡速率的变化量来确定光学共振器中光吸收物质的浓度。利用光检测器检测从光学共振器漏出的光，利用运算装置计算14co2的浓度。然后由14co2的浓度计算14c的浓度。光检测器可以与检测具有特定波长的光的衍射光栅14组合使用(参见图10)。细节会在下文中结合光发生器一起说明。光学共振器11中的反射镜12a和12b之间的距离、反射镜12a和12b的曲率半径和主体的纵向长度和宽度应优选根据二氧化碳同位素(即被分析物)的吸收波长而变化。例如，光学共振器的长度调整为1mm至10m。在二氧化碳同位素14co2的情况下，光学共振器长度的增加有利于提高有效光路长度，但是导致气体室容积的增加，造成分析所需样品量的增加。因此，光学共振器的长度优选为10cm至60cm。优选地，反射镜12a和12b的曲率半径等于或稍大于光学共振器的长度。反射镜之间的距离可以通过驱动压电元件13调整例如几微米至几十微米。为了准备最佳的共振状态，反射镜之间的距离可以通过压电元件13进行微调。反射镜12a和12b(即凹面镜对)可以用能够提供充足光路的凹面镜和平面镜的组合或两个平面镜的组合来替代。反射镜12a和12b可以由蓝宝石玻璃构成。被分析物气体填充的室16优选具有小的容积，这是因为即使少量的被分析物也有效地提供光学共振。室16的容积可以是8ml至1,000ml。室容积可以根据所分析的14c源的量适当地确定。例如，对于大体积可用的14c源(例如尿)，室容积优选为80ml至120ml，而对于仅小体积可用的14c源(例如血液或泪液)，室容积优选为8ml至12ml。光学共振器的稳定性条件的评价基于光谱数据计算crds的14co2吸收和检测限。12co2和13co2的光谱数据由高分辨透射分子吸收数据库(hitran)检索获得，14co2的光谱数据由文献“s.dobos等，z.naturforsch，44a，633-639(1989)”获得。14co2吸收造成的衰荡速率(指数衰减速率)的变化量(δβ)(δβ＝β-β0，其中β为存在样品时的衰减速率，β0为不存在样品时的衰减速率)由以下表达式表示：δβ＝σ14(λ，t，p)n(t，p，x14)c其中σ14表示14co2的光吸收截面，n分子数密度，c表示光速，σ14和n是λ(激光束波长)的函数，t(温度)，p(压力)，x14＝14c/总c比例。图6示出由于13co2吸收或14co2吸收计算的δβ与温度的相关性。如图6中所示，在300k(室温)，在10-10、10-11或10-12的14c/总c下，13co2吸收等于或高于14co2吸收，因此在该情况下分析需要冷却。如果衰荡速率的变化量(δβ0)(对应于来源于光学共振器的噪声)可以降低至101s-1数量级的水平，则分析可以在10-11数量级的14c/总c比例下进行。因此，在分析期间需要在约-40℃的冷却。在检测限为10-11的14c/总c比例的情况下，附图表明需要由于co2气体浓缩造成的co2气体分压的升高(例如20％)和上述温度条件。分析中使用的冷却器和冷却温度会在下文碳同位素分析仪的变化方案1中详细说明。<光发生器>光发生器20可以是能够产生具有二氧化碳同位素的吸收波长的光的任何类型。在该实施方案中，将说明能够容易地产生作为二氧化碳同位素14co2的吸收波长的4.5μm波长范围的光的紧凑型光发生器。光发生器20包括单光源23，由光源23产生具有不同频率的光束的两个光纤即第一光纤21和第二光纤22，和非线性光学晶体25，非线性光学晶体25基于透过光学晶体的光束之间的频率差产生具有二氧化碳同位素的吸收波长的光。优选的光源23为可以以规则间隔产生不同波长的梳状光通量(以下称为“光梳”)的短波长脉冲发生器。在光源为连续波发生器的情况下，波长宽度在每个光通量的中心处增加，阻止以规则间隔产生不同波长的梳状光通量。光源23的实例包括通过锁模产生短脉冲的固态激光器、半导体激光器和光纤激光器。特别优选的是光纤激光器，其为具有高环境稳定性的紧凑和实用的光源。可用的光纤激光器的实例包括铒(er)光纤激光器(1.55μm束)和镱(yb)光纤激光器(1.04μm束)。从经济的角度考虑优选er光纤激光器，而从增强的光强度的角度考虑优选yb光纤激光器。第一光纤21传输来自光源的光束。用于波长转换的第二光纤22在分歧点处与第一光纤21分开，并在分歧点下游的连接点处与第一光纤21相连接。第一光纤21可以从光源延伸到光学共振器。第一光纤21的下游末端应优选与反射镜12a邻接。在该情况下，透过光学共振器11的光不暴露于空气，使得透过的光强度的测定精确度提高。优选地，第一光纤21可以传输高强度的超短光脉冲，而不破坏脉冲的光学性质。第一光纤21应优选由熔融石英构成。优选地，第二光纤22具有反常色散，并且通过受激拉曼散射和孤子效应高效地产生长波长超短脉冲。第二光纤22的实例包括保偏光纤、单模光纤、光子晶体光纤和光子带隙光纤。光纤应优选根据波长偏移而具有几米至几百米的长度。第二光纤22应优选由熔融石英构成。可用的非线性光学晶体25的实例包括ppmgslt(周期极化mgo掺杂的化学计量钽酸锂(litao3))晶体、ppln(周期极化铌酸锂)晶体和gase(镓硒)晶体，所述晶体可以容易地发射4.5μn波长范围的光。由于使用单一光纤激光器光源，因此如下所述可以在差频产生中消除光频率波动。差频产生(以下称为“dfg”)可以用于产生差频光。具体地，来自第一光纤21和第二光纤22的不同频率(波长)的光束透过非线性光学晶体以基于频率差产生差频光。因此，具有波长λ1和λ2的两束光束用单光源23产生，并通过非线性光学晶体传播，以基于频率差产生在4.5μm波长范围(即二氧化碳同位素的吸收波长)的光。使用非线性光学晶体的dfg的转换效率取决于具有不同波长(λ1、λ2、...λx)的光束的光子密度。因此，差频光可以通过dfg由单脉冲激光器光源产生。得到的4.5μm波长范围光是由各自对应于单脉冲的具有规则间隔(fr)的频率(模)的光谱构成的光梳(频率f＝fceo+n·fr，n：模数)。使用光梳的crds需要提取具有被分析物的吸收波长的光。在i.galli等的非专利文献1中公开的碳同位素分析仪的情况下，具有不同波长的激光束由两个激光装置产生，具有二氧化碳同位素的吸收波长的光是基于这些激光束之间的频率差产生的。因此，分析仪具有大的尺寸，并需要复杂的操作。由于由两个光源产生的两束光束表现出不同的宽度和波动时间，因此难以降低由两束光束构成的光的波动。因此，分析仪应设置有用于控制光波动的装置。与此相比，根据本发明的实施方案的光发生器包括单光纤激光器光源、具有几米长度的光纤和非线性光学晶体。因此，光发生器具有小的尺寸，并且易于携带和操作。因为两束光束是由单光源产生的，所以这些光束表现出相同的宽度和波动时间，因此光频率的波动可以通过差频产生容易地抵消而不需要波动控制器。在一些实施方案中，激光束可以通过在光学共振器与第一光纤和第二光纤的连接点之间的空气传输。或者，光学共振器与结合点之间的光路可以任选地设置有光传输装置，包括用于通过透镜会聚和/或发散激光束的光学系统。在更优选的实施方案中，光源与光学共振器之间的整个光路都由光纤构成，以防止激光束在空气中的散射和吸收，并减少光轴的偏离。这种构造可以使装置稳定。在一些实施方案中，光可以通过空间或光纤在光学共振器和检测器之间传输。<运算装置>运算装置30可以是能够基于衰减时间和衰荡速率确定光学共振器中光吸收物质的浓度并由光吸收物质的浓度计算出碳同位素的浓度的任何类型。运算装置30包括：运算控制器31，如在普通电脑系统中使用的运算单元(如cpu)；输入单元32，如键盘或点击装置(如鼠标)；显示单元33，如图像显示器(如液晶显示器或监视器)；输出单元34，如打印机；和存储单元35，如rom、ram或磁盘。<冷却器和除湿器>可以设置冷却器和除湿器(图1中未示出)。除湿可以利用冷却工具如珀耳帖(peltier)装置或通过使用用于移除水分的聚合物膜如氟化离子交换膜的膜分离来进行。细节会在之后的“变化方案”和“分析方法”部分进行说明。在微剂量测试中使用碳同位素分析仪1的情况下，放射性碳同位素14c的预期检测灵敏度为约0.1dpm/ml。该检测灵敏度“0.1dpm/ml”不仅需要使用“窄光谱激光器”作为光源，还需要光源的波长或频率的稳定性。换言之，要求包括：不从吸收线的波长偏离、以及窄的线宽。在这方面，涉及具有使用“频率梳光”的稳定光源的crds的碳同位素分析仪1可以解决该问题。碳同位素分析仪1具有以下优点：分析仪可以测定被分析物中低浓度的放射性碳同位素。早期文献(hiromotokazuo等，″designingof14ccontinuousmonitoringbasedoncavityringdownspectroscopy″，日本原子能学会年会预印稿，2010年3月19日，432页)公开了与监测原子能发电中的废燃料浓度相关的通过crds测定二氧化碳中14c的浓度。尽管文献中公开的使用快速傅里叶变换(fft)的信号处理具有高的处理速率，但是基线波动增加，因此无法容易地实现0.1dpm/ml的检测灵敏度。尽管已经参照实施方案说明了本发明的碳同位素分析仪，但是碳同位素分析仪的构造不应限于上述分析仪，可以实现各种变化方案。现在将通过以变化点为重点来说明碳同位素分析仪的几个变化方案。(碳同位素分析仪的变化方案1)图7为碳同位素分析仪的变化方案1的示意图。如图7中所示，分光仪1a还可以包括用于冷却光学共振器11的珀耳帖元件19和容纳光学共振器11的真空单元18。因为14co2的光吸收具有温度相关性，所以利用珀耳帖元件19的光学共振器11中的温度降低有利于14co2吸收线与13co2和12co2吸收线之间的区分，并提高14co2吸收强度。设置在真空单元18中的光学共振器11不暴露于外部空气，使得外部温度对共振器11的影响降低并且改善分析精确度。用于冷却光学共振器11的冷却器除了珀耳帖元件19之外还可以是例如液氮容器或干冰容器。从减小分光仪10的尺寸的角度考虑珀耳帖元件19是优选的，而从降低分析仪的制造成本的角度考虑液氮容器或干冰容器是优选的。真空单元18可以是能够容纳光学共振器11、将来自光发生器20的光施加到光学共振器11并将光传输到光检测器的任何类型。图8(引自appliedphysics，第24卷，381-386页，1981)示出被分析物12c16o2、13c18o2、13c16o2和14c16o2的吸收波长和吸收强度之间的关系。如图8中所示，每种二氧化碳同位素都具有不同的吸收线。实际吸收线具有由样品的压力和温度导致的有限宽度。因此，样品的压力和温度分别优选地调整到大气压以下和273k(0℃)以下。因为14co2的吸收强度具有如上所述的温度相关性，所以光学共振器11的温度优选调整到最低可能水平。具体地，光学共振器11的温度优选调整到273k(0℃)以下。温度可以具有任何下限。考虑到冷却效果和成本，光学共振器11的温度优选地调整到173k至253k(-100℃至-20℃)，更优选约233k(-40℃)。分光仪还可以具有减振器。减振器可以防止由于外部振动造成的反射镜之间距离波动，使得改善分析精确度。减振器可以是冲击吸收器(聚合物凝胶)或振动隔离器。振动隔离器可以是能够为分光仪提供具有与外部振动相位相反相位的振动的任何类型。图9为光学共振器11的变化方案的示意图(部分横截面图)。如图9中所示，光学共振器51包括：圆柱形隔热室(真空装置)58；设置在隔热室58中的用于分析的气体室56；设置在气体室56两端的一对高反射性反射镜52；设置在气体室56一端的反射镜驱动机构55；设置在气体室56另一端的环状压电致动器53；用于冷却气体室56的珀耳帖元件59；和具有与循环冷却器(未示出)相连的冷却管54a的水冷散热器54。<遮光器>在前述实施方案中，利用压电元件13调整反射镜之间的距离以在分光仪10中产生衰荡信号。为了产生衰荡信号，可以在光发生器20中提供遮光器以对入射到光学共振器11上的光进行开/关控制。遮光器可以是能够迅速遮挡具有二氧化碳同位素吸收波长的光的任何类型。遮光器例如是图7中所示的光学开关26。应在比光学共振器中光的衰减时间短得多的时间内遮挡激发光。在前述实施方案中，第一光纤21从光源23延伸到光学共振器11。或者，第一光纤21可以由在光源23和非线性光学晶体25之间延伸的第一光纤部分21a和在非线性光学晶体25和光学共振器11之间延伸的用于中红外光的第二光纤部分21b构成。第二光纤部分21b可以有效地将4.5μm波长范围光从非线性光学晶体传输到光学共振器11。第一光纤部分21a可以是与第一光纤21的类型相同的类型。第二光纤部分21b可以是几乎不吸收4.5μm波长范围光的任何中红外光纤。第二光纤部分21b优选为氟化物光纤或中空光纤。光发生器20可以设置有用于将光从非线性光学晶体25传输到光学共振器11的光传输器代替图7中所示的第二光纤部分21b。光传输器可以由例如设置在非线性光学晶体的上游和/或下游的一个以上光学透镜和由光学透镜构成的光路的组合或模块构成。(碳同位素分析仪的变化方案2)图10为碳同位素分析仪的变化方案2的概念图。如图10所示，分光仪1d还可以包括用于使透过的光散射为不同波长的光谱分量的衍射光栅14。在该情况下，光检测器应优选包括检测具有不同波长的光谱分量的子光检测器15a和子光检测器15b。透过的光的具有不同波长的光谱分量可以提高分析精确度。样品气体的14c浓度可以由通过利用光学共振器选择预定光和利用衍射光栅选择透过的光观察到的仅必需的吸收线的强度来测定。设置在分光仪中的衍射光栅有利于进一步提高分析精确度。(碳同位素分析仪的变化方案3)光发生器20将来自第一光纤21和第二光纤22的不同光束引入到基于频率差产生具有二氧化碳同位素吸收波长的光的非线性光学晶体25。备选地，可以用产生具有二氧化碳同位素吸收波长的光的单光纤替代多光纤，前提条件是差频是可用的。图11为碳同位素分析仪的变化方案3的概念图。图12示出使用单光纤产生中红外梳的原理。图11中所示的碳同位素分析仪1e包括延迟线28，延迟线28包括在光源23和非线性光学晶体25之间的多个波长滤光片。第一光纤21传输来自光源23的光，同时扩展光谱(光谱扩展)。当光谱分量具有如图12中所示的时间延迟时，延迟线28(光程差调节器)将光谱成分分开以调整时间差。光谱分量被聚焦到非线性晶体25上以产生中红外梳。也可以使用任何不同于延迟线的分光工具，如色散介质。图13示出光发生器的变化方案。图13中所示的光发生器包括：光源；放大来自光源的光的光纤(yb-dcf)；隔离器；用于补偿由隔离器传输的脉冲光的色散(时间扩展)的衍射光栅对；产生宽带光(超连续，以下称为“sc”)的光子晶体纤维(以下称为“pcf”)；延迟线，其利用波长滤光片或波长分离器将光分为多个光谱分量，调整光谱分量之间的时间差并使预定光谱分量聚焦到非线性晶体上；产生中红外梳光的非线性晶体(ppmgslt晶体)；和分光仪。在具有该构造的图13的光发生器中，来自光源的光的光谱分量之间的时间差可以利用延迟线(光程差调节器)进行调整，使得没有时间差的预定光谱分量聚焦到非线性晶体上以产生具有期望波长的光。在图13的光发生器的示例变化方案中，sc光和中红外梳光利用1.014μm波长范围超短脉冲光纤激光器光源产生。光源为通过非线性偏振光旋转锁模并具有184mhz的脉冲重复速率的yb掺杂光纤激光器。来自光源的脉冲在具有输出为8w的高功率放大激光二极管的yb掺杂双包层光纤中放大。放大的脉冲具有中心波长为1040nm和平均输出为3w的高连续变频信号(chirp)值，然后通过衍射光栅对压缩为200飞秒(fwhm)。将能够由光学晶体纤维的红外区域中的差频产生(dfg)支持的sc光从900nm扩展到1200nm。在pcf的输出期间仔细调整延迟线，使具有重叠空间和时间的900nm至1000nm和1000nm至1200nm的两个信号聚焦到非线性光学晶体上，使dfg能够到4.5μm波长范围。利用具有色散特性的pcf进行实验。(实施例1)使用20cm光子晶体纤维(由nktphotonics制造)，其为具有1005nm的零色散波长的pcf，利用延迟线调整两个光谱分量之间的时间差，并使光聚焦到gase晶体上。结果示于图14a和14b中。(实施例2)图15a至15c示出使用为在1040nm具有正常色散的pcf的20cm全正常色散模式的光子晶体纤维(由nktphotonics制造)聚焦到ppmgslt晶体上的光谱分量的实验结果。通过以ppln晶体代替ppmgslt晶体的实验观察到相似的结果。图15a为sc光谱。利用延迟线调整光程差。如图15b中所示，将中红外区域调整为2.9μm至4.7μm。相对时间差造成具有不同颜色的光谱。图15c示出延迟线的时间差与通过差频产生(dfg)观察到的光谱之间的关系。在正常色散pcf中产生sc，因而中心波长随着相对时间差单调增加。通过该机理调整的平均输出为100μw数量级。在用于增强输出的pcf中扩展的sc在特定波长应具有足够高的功率以引起dfg。(实施例3)图16a至16c示出使用为在1040nm具有正常色散的pcf的20cm光子晶体纤维(由nktphotonics制造)聚焦到ppmgslt晶体上的光谱分量的实验结果。通过以ppln晶体代替ppmgslt晶体的实验观察到相似的结果。图16a示出高中红外输出所需的950nm处的峰。实验结果显示出在3.9μm波长处1.12mw的最大输出。图16b和16c示出时间差与通过差频产生(dfg)观察到的波长之间的关系。因为sc脉冲没有线性的连续变频信号值，所以在中心波长与时间差之间未观察到线性关系。尽管在长范围内调整时间差，但是这些光谱彼此没有区别。然而，该窄的脉冲宽度产生高功率中红外光。(碳同位素分析仪的变化方案4)优选的除湿条件如下：当crds分析室冷却至-40℃以下(233k以下)时，气体具有在该温度下不造成结露或结冰的低水分含量。具体地，除湿剂或气体干燥剂应优选地位于二氧化碳生成器(样品入口单元)中。除湿剂的实例包括cah2、caso4、mg(clo4)2、分子筛、h2so4、sicacide、五氧化二磷、sicapent(注册商标)和硅胶。其中，优选五氧化二磷、sicapent(注册商标)、cah2、mg(clo4)2和分子筛。更优选sicapent(注册商标)。优选的气体干燥剂是permapureinc.制造的nafion干燥剂。除湿剂和气体干燥剂可以单独或组合使用。通过测定露点来确定“在该温度下不造成结露或结冰的水分含量”。换言之，进行除湿以使得露点为-40℃以下(233k以下)。露点可以是瞬时露点或者单位时间内的平均露点。露点可以利用可商购获得的露点传感器来测定。露点传感器的实例包括xentaur(注册商标)露点传感器htfal2o3(可由mitsubishichemicalanalytechco.，ltd.获得)和vaisaladrycap(注册商标)dm70手持露点传感器。优选使有机元素分析仪中使用的载气中的至少碳、氮和硫元素的含量最小化。这种气体的一个实例为氦气(he)。载气的流速优选为50ml/min至500ml/min，更优选100ml/min至300ml/min。根据实施方案的碳同位素分析仪的规格和尺寸如下：14c的检测灵敏度：0.1dpm/ml，测定能力：400样品/天，分析仪的尺寸：2m×1m×1m以下。lsc的规格和尺寸如下：14c的检测灵敏度：10dpm/ml，测定能力：400样品/天，lsc的尺寸：1m×1m×0.5m。ams的规格和尺寸如下：14c的检测灵敏度：0.001dpm/ml，测定能力：五样品/天，ams的尺寸：15m×10m×3m。(生物样品的预处理)生物样品的预处理分类为移除来源于生物物体的碳源的步骤和移除或分离广义的气体污染物的步骤。在该实施方案中，现在会主要说明移除来源于生物物体的碳源的步骤。微剂量测试分析包含超痕量14c标记化合物的生物样品，如血液、血浆、尿、粪便或胆汁。因此，生物样品应优选进行预处理以有利于分析。因为由于crds单元的特性，生物样品中14c与总碳的14c/总c比例是确定测定中检测灵敏度的参数之一，优选移除来源于生物样品中所包含的生物物体的碳源。14c/总c比例的估算参照公开值(tozuka等，“microdosestudyof14c-acetaminophenwithacceleratormassspectrometrytoexaminepharmacokineticsofparentdrugandmetabolitesinhealthysubjects”clinicalpharmacology&therapeutics88，824，2010)来计算14c/总c比例。表1概述了待测定样品的状态、样品、处理。图17示出作为生物样品的血浆的处理的流程图。[表1]表1可用于样品的处理在基于公开文献的操作中，利用有机溶剂移除1ml血浆和0.5ml尿中的蛋白质。如表2所示，计算的样品中的14c/总c比例在10-11至10-14的范围内。这些值表明已知的预处理对于高检测灵敏度是不充分的。这些值可能受到预处理中使用的有机溶剂中包含的碳和用作高效液相色谱(hplc)流动相的有机溶剂中包含的碳影响。[表2]表2微剂量测试中样品中的14c/总c估算比例样品(s101)：50mgc/ml血浆，上清液(s105)：etoh4ml药物：14c水平1.01×10-13hplc分离(s110、s112)：在流动相a：10mmol/l醋酸铵，流动相b：meoh的条件下计算的。移除有机溶剂以研究14c/总c比例的改善。选择具有高蛋白移除率的有机溶剂。使用固体样品入口单元的研究表明甲醇(meoh)中的蛋白移除率为约40％，或乙腈(mecn或acn)中的蛋白移除率为约80％，这高效率地移除了生物碳源。假设乙腈处理的条件下，用有机溶剂萃取并干燥后的14c/总c比例示于表3中。改善最大为40倍。尿也获得相似的结果。在该情况下，估计1ml人血浆将0.7mgc至10mgc的碳引入到crds单元。因为该碳含量符合固体样品入口单元的可测定范围，所以证实优选将0.1mg至20mg的碳引入到crds的气体室中。这些结果证明，利用有机溶剂移除来源于生物物体的碳源并移除有机溶剂对于使用crds测定放射性碳同位素是有效的预处理。[表3]表3移除溶剂后的碳含量和14c/c估算比例研究了用于降低碳引入量和用于浓缩14c的预处理。14c浓缩后的目标14c/总c比例设定为10-11以上。进行移除来源于生物物体的碳源的步骤和移除有机溶剂的步骤(干燥)，计算14c的回收率和碳的移除率。表4示出14c回收率，表5示出碳的移除率。作为移除来源于生物物体的碳源的步骤，比较液-液萃取、固相萃取和超滤。图18为脱蛋白的流程图；图19为液-液萃取的流程图；图20为固相萃取的流程图；图21为超滤的流程图。所使用的14c源为对14c标记的对乙酰氨基酚。所使用的生物样品为人血浆、人尿和大鼠粪便10％匀浆溶液。仅对人血浆样品进行超滤。现在将对结果进行说明。在脱蛋白、液-液萃取和固相萃取中14c的回收率为91.4％以上。与此相比，在超滤中人血浆样品的14c的回收率为2.6％。对于固相萃取中的所有样品，碳的移除率为88.5％。与此相比，在脱蛋白和液-液萃取中，对于人血浆样品碳的移除率为93.0％以上，对于大鼠粪便10％匀浆溶液碳的移除率为79.1％以上，对于人尿样品碳的移除率分别为22.8％和49.5％。这些结果表明，在人尿样品中，来源于生物基质的一些碳源可以通过固相萃取来移除，但是不能通过脱蛋白或液-液萃取来移除。这些结果证明，在使用crds确定放射性碳同位素中，固相萃取最适合于人血浆、人尿和10％大鼠粪便匀浆溶液，脱蛋白和液-液萃取可用于人血浆和10％大鼠粪便匀浆溶液的预处理。在该实施例中，因为使用对乙酰氨基酚作为14c源化合物，所以使用oasishlb(由waters制造)作为固相。可以基于与14c源化合物的组合使用任何用于预处理的固相。参照公开值(tozuka等，“microdosestudyof14c-acetaminophenwithacceleratormassspectrometrytoexaminepharmacokineticsofparentdrugandmetabolitesinhealthysubjects”clinicalpharmacology&therapeutics88，824，2010)来计算固相萃取的14c/总c比例。对于人血浆和人尿样品，14c/总c比例为10-11以上。[表4]不同处理的14c回收率14c回收率脱蛋白液-液萃取固相萃取超滤人血浆98.591.491.62.6人尿94.9100.693.6-大鼠粪便98.995.195.1-[表5]不同处理的碳移除率碳移除率脱蛋白液-液萃取固相萃取超滤人血浆93.097.898.884.8人尿22.849.589.7-大鼠粪便79.779.188.5-在以下条件下评价图2中所示的有机元素分析仪的基本性能。[程序]1.称量样品根据以下表达式计算样品中的碳重量和碳含量：碳重量＝样品重量×样品中的碳含量化合物中的碳含量＝样品分子量中的碳分子量/样品分子量表6示出研究中所使用的样品(化合物)、分子式、分子量、理论碳含量和样品的纯度。[表6]样品分子式分子量碳含量(％)纯度(％)磺胺c6h8n2o2s172.241.899.7＜葡萄糖c6h12o6180.1640.098＜蛋氨酸c5h11no2s149.2140.399.0＜石墨c12.0110099＜对乙酰氨基酚c8h9no2151.1663.697＜2.样品设置和测定将称量的样品放置到锡胶囊中。将胶囊放置到由elememar制造的有机元素分析仪(ea)variomicrocube的盘式自动进样器上。在条件1或2下进行元素分析。在该程序和之后所述的程序中，锡胶囊为锡舟或锡膜。<元素分析的条件1(cns模式)>燃烧温度：1150℃(瞬时最大值1800℃)还原温度：760℃载气：he流速：200ml/min氧供给：以30ml/min供给70至80秒氧化催化剂：氧化钴还原催化剂：还原铜卤素移除催化剂：银除湿剂：sicapent(由merckmillipore制造)<元素分析的条件2(cn模式)>燃烧温度：950℃(瞬时最大值1800℃)还原温度：600℃载气：he流速：200ml/min氧供给：以30ml/min供给70至80秒氧化催化剂：氧化铜还原催化剂：还原铜卤素移除催化剂：银除湿剂：sicapent[实验1]固体样品的燃烧在ea中燃烧(氧化)样品，由得到的色谱图的研究co2的分离和测定。由色谱图中的面积计算各样品的碳含量，以确定燃烧率。结果1称量磺胺、葡萄糖、蛋氨酸和石墨，使得碳重量为约4mgc，并在条件1下进行元素分析。表7示出这些样品的结构式、分子式和色谱图。[表7]样品中包含的c、n和s元素在燃烧过程中转化为氧化物(nox被还原为n2)，通过加热解吸柱彼此分离，并利用热导检测器(tcd)分别以co2、n2和so2气体的形式进行检测。表8示出了由得到的色谱图中的峰面积计算的碳含量(％)。[表8]理论碳含量(％)与观测碳含量(％)之间的绝对差对于磺胺为0.1％，对于葡萄糖为0.2％，对于蛋氨酸为0.4％，对于阻燃石墨为2.0％。这些结果证明，包括阻燃石墨在内的全部样品的98.0％以上被燃烧(氧化)。[实验2]对水分量的影响和二氧化碳转化率的评价研究了水分对氧化燃烧的影响。葡萄糖水溶液的制备称量葡萄糖(2.5g)，并将其溶于纯水中制成5ml葡萄糖标准溶液。2.5g×0.4＝1.0gc1.0gc/5ml＝0.2gc/ml…glc-1溶液由glc-1溶液制备表9中所示的稀释溶液。[表9]制备表10中所示的葡萄糖水溶液，使得水量分别为10μl、20μl和50μl，碳含量在0.01mgc至2.0mgc的范围内，并将其分别放置到锡胶囊中。在元素分析的条件1下测定这些样品。表11示出在元素分析的条件1下峰面积相对于碳量的图、回归方程和相对斜率。[表10][表11]结果2回归方程式相对斜率(％)固体y＝29647x+20.210010μly＝29455x+18899.420μly＝28679x+40896.750μly＝28481x+58696.1通过回归方程的斜率比较样品的燃烧率。固体样品葡萄糖的斜率定义为100％。包含50μl水的样品的相对斜率为96.1％。该结果证明，包含50μl水的样品的95％以上被燃烧。因为燃烧率等于二氧化碳转化率，所以在10μl至50μl范围内的水量下获得了90％以上的二氧化碳转化率。[实验3]动态范围(dynamicrange)的评价根据最多50μl水量的样品的成功燃烧的结果，燃烧水量为50μl且碳量在0.05mgc至10mgc范围内的葡萄糖水溶液，并在条件1和2下进行元素分析。通过得到的面积值和样品的理论碳量制作标准曲线以评价元素分析的条件1和2的动态范围。<样品的制备和测定>制备葡萄糖水溶液，使得碳量在0.1mgc至10mgc的范围内，并在元素分析的条件1和2下对碳量进行测量。表12示出在元素分析的条件1下峰面积相对于碳量的图。表13示出在元素分析的条件1下的变异系数(cv)和相对误差(re)。表14示出在元素分析的条件2下峰面积相对于碳量的图。表15示出在元素分析的条件2下的变异系数(cv)和相对误差(re)。[表12]结果3cns模式[表13][表14]cn模式[表15]在元素分析的条件1中，在0.1mgc至10mgc的引入样品重量的范围内，变异系数(cv)为0.2％至6.0％，相对误差(re)为-2.5％至5.1％，决定系数(r2：r的平方)为0.9994，因此动态范围为100∶1。在元素分析的条件2中，在引入样品重量的0.05mgc至10mgc范围内，变异系数(cv)为0.6％至2.5％，相对误差(re)为-9.4％至5.1％，决定系数(r2：r的平方)为0.9999，因此动态范围为200∶1。[实验4]生物样品的燃烧小目的：对未处理的生物样品进行燃烧评价。一般地，优选引入经预处理的样品以实现药物处置中的高精度测定。然而，在实验4中，燃烧10μl至50μl的血浆和尿样品，使得还对生物基质的影响进行评价。1.样品制备人血浆：可由marshallbioresourcesjapaninc.获得的白人男性血浆混合物(10ml×4)。人尿：由实验室的志愿者收集的(二十余至四十余岁的男性，不混合)2.将样品放置到锡胶囊中将各称量的样品(10μl至50μl)放置到锡胶囊中。3.样品设置和测定将包封的样品放置到元素分析仪中，并在条件2下进行分析。表16示出峰面积相对于样品体积的图(结果4)。表17示出得到的色谱图。[表16]结果4[表17]在血浆和尿两者中，决定系数都为0.9996以上，表明与样品体积相对应的高线性。色谱图是令人满意的，表明未处理的生物样品顺利地燃烧。表18示出由50μl引入体积的结果计算的生物样品中的碳含量。[表18]ea中的样品的燃烧测试证明，固体样品和包含50μl水的水溶液样品可以顺利地燃烧。当固体样品的标准曲线的斜率定义为100％二氧化碳转化率时，作为最阻燃的样品的包含50μl水的样品的标准曲线的斜率为96.1％。在该情况下，动态范围大概为100∶1以上。这些结果证明，ea适合于crds装置的样品入口。[实验5]由14c样品燃烧生成的14co2的回收和测定证实，样品入口中的二氧化碳转化率为90％以上。所使用的14c标记的化合物为对乙酰氨基酚。表19示出实验5的结果(结果5)。[表19]结果5样品碳量(mgc)14c回收率(％)样品1-14.199.95样品1-29.199.26样品1-314.196.90在恒定的14c量和改变的总c量下测定回收率。即使在14.1mgc的c量下，14c的转化率也在90％以上。结果证明，化合物中大量的14c转化为14co2，基于二氧化碳转化率，14c的回收率为90％。将在作为本发明之前放射性碳同位素的典型已知测定方法的ams中的预处理与本发明的二氧化碳同位素生成器40中基于图2中所示原理的预处理进行比较。ams中的预处理包括：洗涤和稀释所关注生物样品的准备步骤，将生物样品转化为二氧化碳的转化步骤，还原步骤，和压制步骤。为了测试100个样品，ams需要两个操作员和至少6至7天。测定成本为400万日元(约4万美元)，即每个样品4万日元，参考加速器分析中心(acceleratoranalysiscenter)公开的文件。与此相比，本发明的crds的预处理包括：从生物样品移除生物来源碳的步骤；将经处理的生物样品转化为二氧化碳的步骤；纯化步骤(浓缩和气体污染物的移除)；以及除湿和冷却步骤。在测定100个样品的情况下，将生物样品转化为二氧化碳的步骤及其后的步骤可以是自动化的；因此可以由一个操作员在一天或两天内测定这些样品。预计成本为100万日元以下(每个样品几百至几千日元)。ams的设备需要具有约半个网球场面积的专门建筑，而crds的装置具有与桌面相对应的较小的安装面积，提高了布置的灵活性。将在作为本发明之前放射性碳同位素的典型已知测定方法的lsc和ams中的预处理与本发明的二氧化碳同位素生成器40中基于图2中所示原理的预处理进行比较。在lsc的生物样品测定之前的预处理根据生物样品的类型需要几分钟至约28小时。以下举例说明尿和血液的预处理：在对尿样品进行lsc测定前，如果需要的话可以用蒸馏水稀释尿样品。这种预处理需要几分钟。lsc包括检测来自接收样品放射线的闪烁器的荧光并由此确定放射剂量。在血液的lsc测定中，来源于血液的色素会干扰荧光，由此妨碍精确测定。在该情况下，向血液样品中添加组织溶解剂soluene-350(perkinelmer)，将体系加热至40℃至60℃数小时，在一些情况下，添加过氧化氢(30％)使血液色素脱色。该预处理过程需要约4至24小时。替代的预处理包括干燥血液样品，氧化燃烧样品中的碳，和用例如胺捕获生成的二氧化碳。该预处理需要约4至24小时。生物样品的ams分析的预处理过程包括如下所述的步骤一至五。生物样品的实例包括血液、血浆、尿、粪便和胆汁。步骤一包括任选地用稀释剂稀释生物样品并分取稀释的样品。优选的稀释剂为例如超纯水或空白样品。步骤二包括氧化分取的样品以将样品中包含的碳转化为二氧化碳。步骤三包括二氧化碳与例如水或氮气的分离和纯化。测定经纯化的二氧化碳的碳含量。步骤四包括将经纯化的二氧化碳还原为石墨。例如，将二氧化碳与铁粉和氢气(即还原剂)混合，在电炉中加热混合物以将二氧化碳还原为石墨。步骤五包括压缩生成的石墨。该预处理过程需要约六天。lsc的预处理过程需要几分钟至约28小时，而ams的预处理过程需要约六天。与此相比，根据本实施方案的基于图2中所示原理生成二氧化碳的步骤需要几分钟至约28小时。预处理过程的实例包括稀释、萃取和浓缩。原则上，进行预处理过程直到被分析物中的碳通过碳的完全燃烧转化为二氧化碳。根据本实施方案，预处理时间可以缩短至每被分析物几分钟至约1.5小时。例如，该过程不需要组织溶解步骤和脱色步骤，而这些步骤对于血液样品的lsc测定是必需的。图18至21中所示的预处理过程相应地需要每被分析物几分钟至约1.5小时。(碳同位素的分析)现在将对作为被分析物实例的放射性同位素14c的分析进行说明。(a)提供图1中所示的碳同位素分析仪1。还制备包含14c生物样品如血液、血浆、尿、粪便和胆汁作为放射性同位素14c源。(b)对生物样品进行预处理以移除蛋白质并由此移除生物碳源。脱蛋白的实例包括：利用酸或有机溶剂的蛋白质的不溶化；基于分子尺寸差的超滤和透析；和固相萃取。如下所述，优选利用有机溶剂的脱蛋白，这可以萃取14c标记的化合物，而且有机溶剂在处理后可以容易地移除。利用有机溶剂的脱蛋白包括将有机溶剂添加到生物样品中以使蛋白质不溶化。在该过程中蛋白质上吸附的14c标记的化合物被萃取到有机溶剂中。为了提高14c标记的化合物的回收率，将溶液转移至另一容器，并将新的有机溶剂添加至残留物中以进一步萃取标记的化合物。萃取操作可以重复数次。在生物样品为不能均匀分散到有机溶剂中的粪便或器官如肺的情况下，应优选使生物样品匀化。如果需要的话，可以通过离心过滤或过滤器过滤移除不溶的蛋白质。然后通过蒸发移除有机溶剂，得到干燥的14c标记的化合物。由此可以移除来源于有机溶剂的碳源。有机溶剂的优选实例包括甲醇(meoh)、乙醇(etoh)和乙腈(acn)。特别优选的是乙腈。(c)燃烧经预处理的生物样品以由放射性同位素14c源生成包含二氧化碳同位素14co2的气体。然后从生成的气体中移除n2o和co。在优选实施方案中，用图2或3中所示的装置分离14co2。(d)优选地，从生成的14co2气体中移除水分。例如，优选地通过使14co2气体通过干燥剂(如碳酸钙)或冷却14co2气体以冷凝水分从二氧化碳同位素生成器40中的14co2气体中移除水分。由14co2气体中包含的水分造成的光学共振器11上的冰或霜的形成会导致反射镜的反光率降低，导致低的检测灵敏度。因此，水分的移除提高分析精确度。优选地对14co2气体进行冷却，然后将其引入到分光仪10中用于后续的光谱过程。室温下14co2气体的引入明显改变光学共振器的温度，导致分析精确度降低。(e)将14co2气体给料到具有反射镜对12a和12b的光学共振器11中。优选地将14co2气体冷却至273k(0℃)以下以增强激发光的吸收强度。光学共振器11优选地保持在真空条件下，因为降低的外部温度对光学共振器的影响提高分析精确度。(f)第一光(光频率梳)由单光源23产生。第一光通过第一光纤21传输。第一光还通过与第一光纤21分开的用于波长转换的第二光纤22传输，以产生具有与第一光的波长不同的波长的第二光。第二光在第一光纤21的下游与第一光组合，第一光和第二光通过非线性光学晶体25传输以通过频率差产生二氧化碳同位素14co2吸收波长的4.5μm的激发光。(g)二氧化碳同位素14co2与光共振。为了提高分析精确度，优选地通过振动吸收器减少光学共振器11的外部振动，以防止反射镜12a和12b之间的距离波动。在共振期间，第一光纤21的下游末端应优选与反射镜12a邻接，以防止光与空气接触。然后测定透过光学共振器11的光的强度。如图5中所示，透过的光可以色散为光谱分量，可以测定光谱分量的强度。(h)由透过的光的强度计算碳同位素14c的浓度。(其他实施方案)尽管上文说明了本发明的实施方案，但是作为本公开的一部分的说明书和附图不应理解为限制本发明。本公开会使得本领域技术人员能够发现各种替代实施方案、实施例和操作技术。已经通过以被分析物为放射性同位素14c的情况为重点对根据实施方案的碳同位素分析仪进行说明。碳同位素分析仪除了放射性同位素14c之外也可以分析稳定同位素12c和13c。在该情况下，在例如基于12c或13c分析的12co2或13co2吸收线分析中优选使用2μm或1.6μm的激发光。在12co2或13co2的吸收线分析的情况下，反射镜之间的距离优选为10cm至60cm，反射镜的曲率半径优选等于或长于其间的距离。尽管碳同位素12c、13c和14c表现出相同的化学行为，但是14c(放射性同位素)的天然丰度低于12c或13c(稳定同位素)的天然丰度。放射性同位素14c的人工富集以及同位素的精确分析可以应用于各种反应机理的观测。根据实施方案的碳同位素分析仪还可以具有由非线性纤维构成的第三光纤，其与第一光纤分开，并在分歧点下游与第一光纤相连接。第一光纤至第三光纤的组合可以产生两种或更多种不同频率的光。可以如在碳同位素分析仪中一样地制造包括实施方案中上述构造的医学诊断装置或环境测定装置。实施方案中所述的光发生器也可以用作测定装置。如上所述，本发明当然包括例如本文中未说明的各种实施方案。因此，本发明的技术范围仅由根据基于上述说明的适当权利要求的本发明要求保护的要素所限定。附图标记列表1碳同位素分析仪10分光仪11光学共振器12反射镜13压电元件14衍射光栅15光检测器16室18真空装置19珀耳帖装置20光发生器21第一光纤22第二光纤23光源25非线性光学晶体26光学开关28延迟线30运算装置40二氧化碳同位素生成器当前第1页12