JP7150373B2 - 可視近赤外分光分析装置及び可視近赤外分光分析方法 - Google Patents
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Description
また、分光分析装置において、前記予備照射における前記複数の異なる波長、及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、前記解析が必要とする波長に基づいて決定される、こととしてもよい。
また、分光分析装置において、前記予備照射における前記複数の異なる波長は、及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、同一であってもよい。
また、分光分析装置において、前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長が、長波長側から短波長側に順に照射される場合には、前記検出の際の前記複数の異なる波長は、短波長側から長波長側に順に照射され、前記予備照射における前記複数の異なる波長が、短波長側から長波長側に順に照射される場合には、前記検出の際の前記複数の異なる波長は、長波長側から短波長側に順に照射されることとしてもよい。
また、分光分析装置において、前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長を、短波長側から長波長側に順に照射することとしてもよい。
また、分光分析装置において、前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長を、長波長側から短波長側に順に照射することとしてもよい。
また、分光分析装置において、前記予備照射及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、660nmから970nmの間で定められることとしてもよい。
また、分光分析装置において、前記データ解析部は、前記吸光度スペクトルデータ中のピークを要素ピークに分解するデータ変換処理を行った後、前記解析モデルを適用することとしてもよい。
可視近赤外分光分析装置1は、波長400nm~2500nmの範囲またはその一部範囲(例えば600~1000nm)の波長の光を測定対象物(例えば、生乳)に照射し、その反射光、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデータを得た後、その中の測定全波長あるいは特定波長の吸光度を、予め作成した解析モデルを用いて解析することによって前記測定対象物中の成分や成分濃度を定性的または定量的に分析するものである。
照射部2は、図2に示すように、単一波長で波長が異なる光を照射する、LED等の複数の光源11と、各光源11に連係され各光源11を点灯する点灯手段12と、測定時に、複数の光源11のうち光を照射する光源11を選択する光源選択手段13と、測定時に前記選択した光源の照射タイミングを設定する照射タイミング設定手段14と、光源選択手段13及び照射タイミング設定手段14よりの信号を受け測定時に、点灯手段12を制御して選択した光源11を、所定の照射タイミングで所定の照射時間だけ点灯させるように、光源11ごとに独立して制御する点灯制御手段15とを備える。よって、照射部2からは、単一波長で波長が異なる複数種類の光が照射される。
検出部3は、照射部2によって、波長400nm~2500nmの全範囲またはその一部範囲の光が照射された測定対象物からの反射光、透過光あるいは透過反射光を検出するものである。検出された光について、波長別に入射光に対する生の吸光度スペクトルデータが得られる。
検出部3から波長別の吸光度、即ち吸光度スペクトルデータが得られる。データ解析部4は、この吸光度スペクトルデータをもとに、予め作成した解析モデルを使用して、解析を行う。
結果表示部5は、データ解析部4における解析結果を表示する。具体的には、解析モデルによる解析の結果得られた測定値を表示する。あるいは、定性モデルの場合は、そのクラス判別結果に基づき,必要な表示を行う。なお、本装置を携帯型とする場合は、結果表示部5を液晶等のフラットディスプレイとすることが好ましい。
(2-1)解析モデルの作製
本装置は、上述のようにして得られた吸光度スペクトルデータの中の特定波長(または測定全波長)の吸光度を解析モデルで解析することによって、例えば、生乳鮮度の予測を行う。つまり、最終的な測定を行うには、解析モデルが予め作成されていることを必要とする。
「摂動」とは、ある条件について複数の種類・条件を設定し測定することで試料の吸光度変化をもたらし、互いに異なる複数のスペクトルデータを取得することをいう。条件としては、濃度変更(濃度希釈を含む)、光の繰り返し照射、照射時間の延長、電磁力付加、光路長変更、温度、pH圧力、電気伝導率(EC)、機械的振動、その他その条件の変更によって物理的または化学的な変化をもたらすもののいずれか、または、それらの組み合わせを挙げることができるが、本装置では、光の照射による摂動付与が可能となる。
生乳の保存日数を予測するための生乳鮮度予測モデルを構築するために、搾乳後1~5日の生乳を試料として、光源が次の単一波長を持つLEDを用いて測定を行った。
660 680 700 720 735 750 770 780
810 830 850 870 890 910 940 970
・測定条件
測定1 660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
測定2 予備照射なしで、660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射して測定した。
・多変量解析 アルゴリズム:定性分析
図7に示すとおりである。測定前に照射を行い、摂動(予備照射)を付与した測定1の方が摂動を付与しない測定2よりも高い決定係数が得られた。より精度が高い、決定係数が得られる測定条件を設定するのに、測定波長の照射順などを任意に設定できることは有効であるといえる。
生乳の保存日数を予測するための生乳鮮度予測モデルを構築するために、搾乳後1~5日の生乳を試料として、光源が次の単一波長を持つLEDを用いて測定を行った。
660 680 700 720 735 750 770 780
810 830 850 870 890 910 940 970
・測定条件
測定3 660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
測定4 予備照射なしで、660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射して測定した。
・多変量解析 アルゴリズム:定性分析
図8に示すとおりである。測定前に予備照射という摂動を付与した測定3の方が、前記摂動を与えない測定4よりも高い決定係数が得られた。より精度が高い、決定係数が得られる測定条件を設定するのに、測定波長の照射順などを任意に設定できることは有効であるといえる。
各種温泉水の識別モデルを構築するために,4種類の温泉水(温泉水A~D)と超純水を試料として、光源が、次の16波長の単一波長LEDから構成される本装置を用いて測定行った。
660 680 700 720 735 750 770 780
810 830 850 870 890 910 940 970
・測定条件
測定a 660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
測定b 660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
・解析データ 測定a,bとも、短波長側から長波長側に順に照射して得られた測定値と、長波長側から短波長側に順に照射して得られた測定値の両方を用いて解析を行った。
・多変量解析 アルゴリズム:定量分析
図9に示すとおりである。測定a,bを比較すると、すべての試料間のクラス間距離が測定aの方が大きく、摂動を付与するための照射光の照射順が、測定aの方が測定bより有効であることがわかった。ここで、クラス間距離は、クラス間の識別精度を示す指標で,値が大きいほど識別精度が高いことを示す。
水耕栽培用養液中鉄イオン、マグネシウムイオン及び電気伝導度予測モデルを構築するために、光源が、次の16波長の単一波長LEDから構成される本装置を用いて測定行った。
660 680 700 720 735 750 770 780
810 830 850 870 890 910 940 970
・測定条件
測定a 660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
測定b 660nmから970nmの光を長波長側から短波長側に順に照射(予備照射)した直後に、660nmから970nmの光を短波長側から長波長側に順に照射(測定照射)して測定した。
・解析データ 測定a,bとも、短波長側から長波長側に順に照射して得られた測定値と、長波長側から短波長側に順に照射して得られた測定値の両方を用いて解析を行った。
・多変量解析 アルゴリズム:定量分析
図10に示すとおりである。鉄イオン、マグネシウムイオン及び電気伝導度(EC)のPLS回帰分析のR2値は、測定aの方が大きく、摂動を付与するための照射光の照射順が、測定aの方が測定bより有効であることがわかった。
波長680~970nmの範囲の波長光を照射部から測定対象物である、20~70歳の男性被験者(仕事前の400人)あるいは前記被験者に関連する検体試料に照射し、その反射光、透過光または透過反射光を検出して水の吸光度スペクトルデータを得た後、その中の測定全波長あるいは特定波長の吸光度を、予め作成した解析モデルを用いて解析した。被験者あるいは前記被験者に関連する検体試料に対し、繰り返し照射することにより摂動を与えながらスペクトル測定を行う。
実施例6:微生物の増殖の様子
2,2A 照射部
11 光源
12 点灯手段
13 光源選択手段
14 照射タイミング設定手段
15 点灯制御手段
16 照射継続時間設定手段
17 輝度設定手段
21 シャッター手段
21A 開口部材
21Aa 開口
21B シャッター開閉手段
21Ba シャッター
22 シャッター開閉制御手段
Claims (8)
- 複数の異なる波長の光を順に測定対象物に照射して予備照射を行うと共に、前記予備照射の直後に、前記複数の異なる波長の光を順に前記測定対象物に照射して測定照射を行う照射部と、
前記測定照射の各波長において、前記測定対象物からの反射光、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデータを出力する検出部と、
前記吸光度スペクトルデータの解析を行うデータ解析部と、
前記データ解析部が出力する前記測定対象物の成分に関する解析結果を表示する結果表示部とを備え、
前記予備照射は、光の照射による摂動付与による前記測定対象物の吸光度変化を目的とするものであり、
前記測定照射は、前記予備照射で照射した位置と同じ位置に照射する、分光分析装置。 - 前記予備照射における前記複数の異なる波長、及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、前記解析が必要とする波長に基づいて決定される、請求項1に記載の分光分析装置。
- 前記予備照射における前記複数の異なる波長は、及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、同一である、請求項1又は2に記載の分光分析装置。
- 前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長を、長波長側から短波長側に順に照射する場合には、前記検出の際の前記複数の異なる波長を、短波長側から長波長側に順に照射する、又は、
前記予備照射における前記複数の異なる波長を、短波長側から長波長側に順に照射する場合には、前記検出の際の前記複数の異なる波長を、長波長側から短波長側に順に照射する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の分光分析装置。 - 前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長を、短波長側から長波長側に順に照射する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の分光分析装置。
- 前記照射部は、前記予備照射における前記複数の異なる波長を、長波長側から短波長側に順に照射する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の分光分析装置。
- 前記予備照射及び前記検出の際の前記複数の異なる波長は、660nmから970nmの間で定められる、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の分光分析装置。
- 複数の異なる波長の光を順に測定対象物に照射して予備照射を行い、
前記予備照射の直後に、前記複数の異なる波長の光を順に前記測定対象物に照射して測定照射を行い、
前記測定照射の各波長において、前記測定対象物からの反射光、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデータを出力し、
前記吸光度スペクトルデータの解析を行い、
前記測定対象物の成分に関する解析結果を表示し、
前記予備照射は、光の照射による摂動付与による前記測定対象物の吸光度変化を目的とするものであり、
前記測定照射は、前記予備照射で照射した位置と同じ位置に照射する、分光分析方法。
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