低圧および動的条件下で微量水蒸気およびその水素酸素同位体の検出における弱吸収信号の抽出困難さとスペクトル線の重なり問題に対し、波長変調吸収分光法（Wavelength Modulation Spectroscopy、WMS）に基づく検出方法を提案した。中心波長1.863 μmの分布帰還型半導体レーザー（Distributed Feedback Laser、DFB）をレーザー光源として用い、有効光路長12 m、吸収セル容積80 cm³の小型検出装置を構築し、単一スキャン出力によりH₂¹⁶O、H₂¹⁷O、H₂¹⁸OおよびHDOの同時検出を実現した。異なる標準水サンプルを用いた較正実験により、弱同位体チャンネルと基準チャンネルの補正積分面積比と標準真値との対応関係を確立し、水蒸気の水素酸素同位体比およびそのδ値の測定を実現した。実験結果は、各同位体の積分面積と水蒸気圧力との間に線形相関があり、相関係数R²はいずれも0.99を超えた。340 Paの定常状態条件下で、δD、δ¹⁸Oおよびδ¹⁷Oチャンネルの最適積分時間はそれぞれ18秒、23秒、20秒であり、最小アラン偏差はそれぞれ2.015‰、3.636‰、1.317‰であった。模擬月壌実験により、本手法が吸着分別過程における同位体の動的変化を追跡可能であることを検証し、現行の実験条件下での10%〜90%の圧力応答時間は71秒であった。2.731 μm、25 m有効光路の直接吸収法と比較したところ、得られたδD結果は一貫した変動傾向を示した。本手法は、低圧条件下での水蒸気および水素酸素同位体の定常定量測定および動的過程測定を実現し、低圧・動的過程における水蒸気および水素酸素同位体の小型インサitu検出に技術的支援を提供できる。

低圧水蒸気;水素酸素同位体;波長変調分光法;同位体逆解析