JP2009168711A

JP2009168711A - 近赤外光及び赤外光の分光分析装置

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Publication number: JP2009168711A
Application number: JP2008009066A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watari; 正博渡; Yuji Takami; 裕司鷹見
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP5181689B2

Abstract

【課題】近赤外光スペクトルと赤外光スペクトルとをまとめて測定することである。
【解決手段】ＦＴＩＲ１０と、ＦＴＩＲ１０の光の出射先を切り替える光スイッチ２０と、光スイッチ２０から出射された近赤外光をサンプルに照射して近赤外光スペクトルを測定する近赤外光スペクトル測定部４０と、同じく赤外光スペクトルを測定する赤外光スペクトル測定部３０と、光スイッチ２０を交互に切り替える制御部と、近赤外光スペクトル測定部４０及び赤外光スペクトル測定部３０で測定された近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータに基づいて、赤外光／近赤外光スペクトルデータを合成して分析する分析部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外光及び赤外光の分光分析装置に関する。

従来、近赤外光をサンプルに照射して検出した光を分析する近赤外分光分析器と、赤外光を試料に照射して検出した光を分析する赤外分光分析器と、が知られている。近赤外域（波長０．７〜２．５［μｍ］）と、赤外域（波長２．５〜２５［μｍ］）とは、上記別々の分光器を使用して分析していた。なお、近赤外分光分析器を用いて、近赤外と可視光とをサンプルに照射して検出した光を分析する方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。

図８に、近赤外光及び赤外光の分光分析における分光器、検出器、伝送光路、窓材質及びパス長の特性を示す。上記近赤外光及び赤外光で別々の分光器を使用する理由としては、図８に示すように、近赤外光と赤外光とで、スペクトル測定及び分析に用いる分光器、検出器、伝送光路、窓材質及びパス長等が異なるため同じ分光器を使用することが難しかったからである。

なお、分光器は、赤外光において、この３０年でほぼＦＴＩＲ（Fourier Transform InfraRed spectroscopy：フーリエ変換型赤外分光法）に統一されている。伝送光路については、赤外光ファイバーが高価で信頼性に欠けるという特徴がある。窓材質については、近赤外光に比べて、赤外材料が潮解性のあるものが多く、また高価であるため、窓材質の選択が限定されていた。パス長については、近赤外光と赤外光とで同じパス長を使用できなかった。

また、近赤外光と赤外光とでは、吸光度が異なる（数百〜千倍赤外光の感度がよい）ため、同じサンプル厚さで測定することができなかった。このため、近赤外光分光分析器は、上記のように一般に石英光ファイバーを用いて近赤外域に適用できるように設計されており、分析波長を赤外域に延ばすことができなかった。

図９に、近赤外分光分析器及び赤外分光分析器によるトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）のスペクトル分布を示す。図９に示すように、スペクトルとしての波数に対する吸光度は、近赤外分析器で測定した近赤外光スペクトルと、赤外分光分析器で測定した赤外光スペクトルとのように、別々に測定されていた。
特開２００５−２９１７０４号公報

近年、近赤外光及び赤外光で同じサンプルを測定する要請がある。しかし、従来の近赤外光と赤外光との分光分析器は、全く別のものとして取り扱いされ、同じサンプルを近赤外光及び赤外光で測定するような分析器の使用が行われなかった。

近赤外光及び赤外光で同じサンプルを測定するには、近赤外光と赤外光とでそれぞれ分析器を用意し測定しなければならず、装置の取り扱い、測定したスペクトルのフォーマットも異なり、取り扱いが困難であった。

本発明の課題は、近赤外光スペクトルと赤外光スペクトルとをまとめて測定することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の近赤外光及び赤外光の分光分析装置は、
近赤外光及び赤外光を出射する分光器部と、
前記分光器部から出射された光の出射先を切り替える切替部と、
前記切替部で切り替えられて出射された近赤外光をサンプルに照射して近赤外光スペクトルを測定して近赤外光スペクトルデータを出力する近赤外光スペクトル測定部と、
前記切替部で切り替えられて出射された赤外光をサンプルに照射して赤外光スペクトルを測定して赤外光スペクトルデータを出力する赤外光スペクトル測定部と、
前記切替部の光の出射先を交互に切り替える制御部と、
前記近赤外光スペクトル測定部及び前記赤外光スペクトル測定部から出力された近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータに基づいて、スペクトルデータを分析する分析部と、を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の近赤外光及び赤外光の分光分析装置において、
前記分析部は、前記出力された近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータに基づいて、当該近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータの測定時刻と同時刻の赤外光スペクトルデータ及び近赤外光スペクトルデータを算出して補間し、前記出力された近赤外光スペクトルデータと前記補間された同時刻の赤外光スペクトルデータとを合成し、前記出力された赤外光スペクトルデータと前記補間された同時刻の近赤外光スペクトルデータとを合成する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の近赤外光及び赤外光の分光分析装置において、
前記赤外光スペクトル測定部は、光伝送路としてライトパイプ及び光ファイバーの少なくとも一つを備える。

請求項１に記載の発明によれば、近赤外光スペクトルと赤外光スペクトルとをまとめて測定して分析できる。

請求項２に記載の発明によれば、交互に測定した赤外光、近赤外光スペクトルデータから同時刻の赤外光、近赤外光スペクトルデータを作成することによって、より高度な検量線の作成とサンプル濃度予測が可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、光伝送路としてライトパイプを用いることで、安定して効率よく光を通すことができる。また、光伝送路として光ファイバーを用いることで、光の減衰を低減でき、光伝送路の自由度を大きくすることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態及び変形例について順に説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。

図１を参照して、本発明に係る実施の形態の近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の装置構成を説明する。図１に、本実施の形態の近赤外光及び赤外光の分光分析装置１のスペクトル測定部分の構成を示す。なお、図１において、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の分析部分は、省略されている。

図１に示すように、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１は、分光器部としてのＦＴＩＲ１０と、光スイッチ２０と、赤外光スペクトル測定部３０と、近赤外光スペクトル測定部４０と、を備えて構成される。赤外光スペクトル測定部３０は、ライトパイプ３１と、赤外光検出器３２と、ライトパイプ３３と、ＡＴＲ（Attenuated Total Reflection：全反射測定）プローブ３４と、ライトパイプ３５と、を備えて構成される。近赤外光スペクトル測定部４０は、ライトパイプ４１と、光ファイバー４２と、近赤外光プローブ４３と、光ファイバー４４と、近赤外光検出器４５と、を備えて構成される。

ＦＴＩＲ１０は、光スイッチ２０に接続される。光スイッチ２０は、赤外光スペクトル測定部３０及び近赤外光スペクトル測定部４０に接続される。より具体的には、光スイッチ２０がライトパイプ３１，３３を順に介してＡＴＲプローブ３４に接続され、ＡＴＲプローブ３４がライトパイプ３３，３５を順に介して赤外光検出器３２に接続される。また、光スイッチ２０がライトパイプ４１及び光ファイバー４２を順に介して近赤外光プローブ４３に接続され、近赤外光プローブ４３が光ファイバー４４を介して近赤外光検出器４５に接続される。

予め、ＡＴＲプローブ３４及び近赤外光プローブ４３は、分析対象の液体等の同じサンプルに浸けられる。ＦＴＩＲ１０は、広帯域のＦＴＩＲ、例えば、波数が１２０００〜１２００［ｃｍ^−１］のＦＴＩＲであり、近赤外光成分及び赤外光成分を有する光を出射する。ＦＴＩＲ１０から出射された光は、光スイッチ２０により、出射先が赤外光スペクトル測定部３０又は近赤外光スペクトル測定部４０に切り替えられる。

光スイッチ２０が赤外光スペクトル測定部３０側に切り替えられた場合に、ＦＴＩＲ１０から出射された光は、ライトパイプ３１，３３を介してＡＴＲプローブ３４に入射される。そして、ＡＴＲプローブ３４において、入射光がサンプルに接する面で反射され、その反射光が出射される。ＡＴＲプローブ３４の出射光は、ライトパイプ３３，３５を介して赤外光検出器３２に入射される。赤外光検出器３２において、入射光が赤外光のスペクトル特性を示すアナログの電気信号に変換されて出力される。

光スイッチ２０が近赤外光スペクトル測定部４０側に切り替えられた場合に、ＦＴＩＲ１０から出射された光は、ライトパイプ４１及び光ファイバー４２を介して近赤外光プローブ４３に入射される。そして、近赤外光プローブ４３において、入射光がサンプルを透過され、その透過光が近赤外光プローブ４３内のミラーで反射されて出射される。近赤外光プローブ４３の出射光は、光ファイバー４４を介して近赤外光検出器４５に入射される。近赤外光検出器４５において、入射光が近赤外光のスペクトル特性を示すアナログの電気信号に変換されて出力される。

次いで、図２を参照して、分析部分を含む近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の全体構成を説明する。図２に、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の全体構成を示す。

図２に示すように、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１は、ＦＴＩＲ１０と、光スイッチ２０と、赤外光スペクトル測定部３０と、近赤外光スペクトル測定部４０と、スイッチ５０と、ＡＤ（Analog to Digital）コンバータ６０と、分析部としてのＰＣ（Personal Computer）７０と、を備えて構成される。ＦＴＩＲ１０は、制御部としてのコントローラ１１と、干渉器１２と、試料室１３と、検出器１４とを備えて構成される。

コントローラ１１は、ＰＣ７０から入力される制御信号に基づいて、ＦＴＩＲ１０内の各部を制御し、光スイッチ２０及びスイッチ５０を切り替え制御する。干渉器１２は、マイケルソンの干渉計であり、光源と、ハーフミラー等の光学系とを備え、スペクトル測定のための光を出射する。干渉器１２の光源は、例えば、タングステンランプや、セラミック棒であるものとする。この光源からは、近赤外光及び赤外光の両方を含む光が出射される。また、干渉器１２のハーフミラーは、例えば、ＣaＦ_２（フッ化カルシウム）であるものとする。干渉器１２において、光源から出射され光学系で干渉された光は、フーリエ変換可能な純粋な光として出射される。

試料室１３は、測定対象のサンプルがセットされる。干渉器１２から出射された光は、試料室１３にセットされたサンプルに入射されて透過される。検出器１４は、試料室１３にセットされたサンプルからの透過光をスペクトル特性を示す電気信号に変換する。本実施の形態では、試料室１３及び検出器１４を用いないものとし、干渉器１２から出射された光を光スイッチ２０に入射させる。

赤外光スペクトル測定部３０が赤外光のスペクトル測定用の部品であり、近赤外光スペクトル測定部４０が近赤外光のスペクトル測定用の部品であり、干渉器１２から出射された光が赤外光及び近赤外光を含む光である。このため、干渉器１２の光源を交換することなく、赤外光スペクトル測定部３０と近赤外光スペクトル測定部４０において、赤外光及び近赤外光のいずれもスペクトル測定できる。

スイッチ５０は、一端側の第１の端子が赤外光検出器３３に接続され、同じく一端側の第２の端子が近赤外光検出器４５に接続され、他端側の端子がＡＤコンバータ６０に接続される。つまり、コントローラ１１によるスイッチ５０の切り替え制御により、ＡＤコンバータ６０に入力されるアナログ信号の入力元が、赤外光検出器３３又は近赤外光検出器４５に切り替えられる。

ＡＤコンバータ６０は、スイッチ５０を介して赤外光検出器３３又は近赤外光検出器４５から入力されたアナログ信号をＡＤ変換してデジタル信号にし、ＰＣ７０に出力する。

次いで、図３を参照して、ＰＣ７０の内部構成を説明する。図３に、ＰＣ７０の内部構成を示す。

図３に示すように、ＰＣ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、入力部７２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７３と、表示部７４と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）７５と、通信部７６と、Ｉ／Ｆ（インタフェース）７７，７８と、を備えて構成され、各部がバス７９を介して接続されている。

ＣＰＵ７１は、ＰＣ７１の各部を中央制御する。ＣＰＵ７１は、ＨＤＤ７５に記憶されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムのうち指定されたプログラムを読み出してＲＡＭ７３に展開する。ＲＡＭ７３に展開されたプログラムとＣＰＵ７１との協働で各種処理が実行される。

また、ＣＰＵ７１は、ＦＴＩＲ１０、光スイッチ２０、スイッチ５０の制御のための制御信号を生成してＩ／Ｆ７８を介してＦＴＩＲ１０へ送信する。

入力部７２は、キーボードや、マウス等のポインティングデバイスを有し、ユーザからのキー操作入力及び位置操作入力を受け付け、その操作入力信号をＣＰＵ７１に出力する。

ＲＡＭ７３は、揮発性のメモリであり、各種データ及び各種プログラムを一時的に格納するワークエリアを有する。また、ＲＡＭ７３は、ＡＤコンバータ６０から入力される赤外光のスペクトルデータを格納する赤外光スペクトル格納領域７３１と、ＡＤコンバータ６０から入力される近赤外光のスペクトルデータを格納する近赤外光スペクトル格納領域７３２と、を有する。また、赤外光及び近赤外光のスペクトルデータは、赤外光スペクトル測定部３０又は近赤外光スペクトル測定部４０のスペクトルデータ測定時刻に対応付けて赤外光スペクトル格納領域７３１又は近赤外光スペクトル格納領域７３２に格納されるものとする。

ＨＤＤ７５は、磁気記録媒体を有し、読み出し及び書き込み可能に各種データ及び各種プログラムを記憶する。ＨＤＤ７５は、後述するスペクトル測定プログラム及び分析プログラムを記憶するものとする。通信部７６は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークに接続され、その通信ネットワーク上の外部機器と情報を送受信する。

Ｉ／Ｆ７７は、ＡＤコンバータ６０と通信接続されるインタフェースである。ＡＤコンバータ６０から入力される赤外光又は近赤外光のスペクトルデータは、Ｉ／Ｆ７７を介してＣＰＵ７１に入力される。Ｉ／Ｆ７８は、ＦＴＩＲ１０と通信接続されるインタフェースである。ＣＰＵ７１から出力されるＦＴＩＲ１０等の制御のための制御信号は、Ｉ／Ｆ７８を介してＦＴＩＲ１０のコントローラ１１に出力される。

次に、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の動作を説明する。先ず、ＡＴＲプローブ３４及び近赤外光プローブ４３が測定対象のサンプルに浸けられる。そして、例えば、ＰＣ７０の入力部７２を介して、ユーザから赤外光及び近赤外光のスペクトル測定処理の開始指示が入力されたことをトリガとして、ＨＤＤ７５から読み出されて適宜ＲＡＭ７３に展開されたスペクトル測定プログラムと、ＣＰＵ７１との協働で、スペクトル測定処理が開始される。

スペクトル測定処理では、ＰＣ７０のＣＰＵ７１において、コントローラ１１を介する光スイッチ２０、スイッチ５０の制御信号が生成され、Ｉ／Ｆ７８を介してコントローラ１１に送信される。ＦＴＩＲ１０において、ＰＣ７０のＣＰＵ７１から受信される制御信号に基づくコントローラ１１の制御により、光スイッチ２０が交互に切り替えられる。そして、赤外光スペクトル測定部３０及び近赤外光スペクトル測定部４０でサンプルの赤外光又は近赤外光のスペクトルデータが交互に測定される。つまり、赤外光検出器３３からの赤外光スペクトルデータを示すアナログ信号と、近赤外光検出器４５からの近赤外光スペクトルデータを示すアナログ信号とが、交互に出力される。また、コントローラ１１の制御により、光スイッチ２０の切り替えに同期して、スペクトルデータを示すアナログ信号が出力されている側にスイッチ５０が切り替えられる。

スイッチ５０から出力された赤外光スペクトルデータを示すアナログ信号と近赤外光のスペクトルデータを示すアナログ信号とは、ＡＤコンバータ６０によりＡＤ変換され、デジタルの赤外光のスペクトルデータと近赤外光のスペクトルデータとして交互に出力される。ＡＤコンバータ６０から出力された赤外光のスペクトルデータと近赤外光のスペクトルデータとは、交互にＰＣ７０に入力され、赤外光のスペクトルデータが測定時刻とともに赤外光スペクトル格納領域７３１に格納され、近赤外光のスペクトルデータが測定時刻とともに近赤外光スペクトル格納領域７３２に格納されていく。

また、ＰＣ７０においては、赤外光及び近赤外光のスペクトルデータを分析する分析処理が実行される。ここで、図４及び図５を参照して、分析処理を説明する。図４に、分析処理の流れを示す。図５に、スペクトルデータ合成の流れを示す。

ＰＣ７０において、例えば、上記スペクトル測定処理の開始指示の入力をトリガとして、ＨＤＤ７５から読み出されて適宜ＲＡＭ７３に展開された分析プログラムと、ＣＰＵ７１との協働で、分析処理が実行される。

図４に示すように、先ず、ＲＡＭ７３の赤外光スペクトル格納領域７３１に格納された赤外光スペクトルデータと、近赤外光スペクトル格納領域７３２に格納された近赤外光スペクトルデータとが読み出されて合成される（ステップＳ１）。ここで、図５を参照して、ステップＳ１の赤外光スペクトルデータと近赤外光スペクトルデータとの合成処理を具体的に説明する。スペクトル合成方法としては、近赤外光スペクトルデータと、赤外光スペクトルデータとを足し合わせることも可能であるが、次の合成処理が使用される。

図５において、近赤外光スペクトル測定部４０により測定された近赤外光スペクトルデータを「ＮＩＲ」で示し、赤外光スペクトル測定部３０により測定された赤外光スペクトルデータを「ＩＲ」で示す。また、最初に近赤外光スペクトルデータが測定された例を説明する。近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータは、波数に対する吸光度のスペクトル分布データである。

測定時刻に対応付けられて、近赤外光スペクトルデータと赤外光スペクトルデータとがＲＡＭ７３（赤外光スペクトル格納領域７３１及び近赤外光スペクトル格納領域７３２）に交互に格納されている。ここで、測定された近赤外光及び赤外光のスペクトルデータに基づいて、測定されていない同時刻の近赤外光又は赤外光のスペクトルデータを補間して、同時刻の近赤外光又は赤外光のスペクトルデータを作成する。ここでは、前２つの測定された近赤外光又は赤外光のスペクトルデータから、同時刻の赤外光又は近赤外光のスペクトルデータを算出して補間する例を説明する。しかし、この例に限定されるものではない。

図５において、測定時刻の古い方から、近赤外光スペクトルデータａ１、赤外光スペクトルデータｂ１、近赤外光スペクトルデータａ２、赤外光スペクトルデータｂ２…の順に格納されているものとする。

ＰＣ７０において、先ず、赤外光スペクトルデータｂ１に対応して、その一つ前の時刻の近赤外光スペクトルデータａ１と、一つ後の時刻の近赤外光スペクトルデータａ２との平均値として、赤外光スペクトルデータｂ１と同時刻の平均近赤外光スペクトルデータｃ１が算出される。そして、平均近赤外光スペクトルデータｃ１と、赤外光スペクトルデータｂ１とが吸光度の加算により合成されて合成スペクトルデータｅ１が生成される。

そして、近赤外光スペクトルデータａ２に対応して、その一つ前の時刻の赤外光スペクトルデータｂ１と、一つ後の時刻の赤外光スペクトルデータｂ２との平均値として、近赤外光スペクトルデータａ２と同時刻の平均赤外光スペクトルデータｄ１が算出される。そして、平均赤外光スペクトルデータｄ１と、近赤外光スペクトルデータａ２とが吸光度の加算により合成されて、同時刻の合成スペクトルデータｅ２が生成される。同様にして、近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータが合成されて合成スペクトルデータが次々に生成される。

図４に戻り、ステップＳ１の実行後、赤外光スペクトルデータ、近赤外光スペクトルデータ、ステップＳ１で生成された合成スペクトルデータに基づいて、スペクトル解析及び検量線作成が実行される（ステップＳ２）。ステップＳ２は、例えば、既存の解析ソフトウェアプログラムの実行により実現することとしてもよい。

ステップＳ２において、スペクトル解析とは、例えば、統計的な解析手法を用いたケモメトリックスをさす。赤外光スペクトルデータ及び近赤外光スペクトルデータから合成されたスペクトルを用いて、統計解析処理によりサンプル濃度をスペクトルから予測する検量線作成のための解析を行う。

検量線とは、サンプル濃度と、スペクトルデータの特定波長域の吸光度との関係から、サンプル濃度未知のスペクトルから濃度を予測する関係式である。ステップＳ２においては、ステップＳ１で得られた合成スペクトルデータに基づいて、統計的解析手法により検量線が作成される。検量線を用いると、未知の濃度のサンプルに対して、そのサンプルで得られたスペクトルにおける特定波長域の吸光度の値から、サンプル濃度を予測（解析）できる。

そして、ステップＳ１，Ｓ２で得られた合成スペクトルデータ、スペクトル解析の解析結果及び作成した検量線のデータがＨＤＤに記憶され（ステップＳ３）、分析処理が終了する。ステップＳ３で記憶される合成スペクトルデータ、解析結果及び検量線のデータは、通信部１６を介して外部機器に出力されることとしてもよい。

次いで、図６を参照して、近赤外光及び赤外光の合成スペクトルの一例を説明する。図６に、合成後のトルエンのスペクトル分布を示す。

近赤外光及び赤外光の分光分析装置１において、サンプルとしてトルエンを用いて分析した場合の合成スペクトルデータは、例えば図６に示すグラフで表わされる。図６に示すように、近赤外光スペクトル及び赤外光スペクトルが合成されて一つのスペクトル分布のデータが得られる。

以上、本実施の形態によれば、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１において、サンプルに対する近赤外光と赤外光とのスペクトル測定を交互に行い、測定された近赤外光又は赤外光のスペクトルデータに基づいて、近赤外光及び赤外光のスペクトルデータを合成する。そして、その合成スペクトルデータを用いてスペクトル解析及び検量線作成を行う。このため、近赤外光及び赤外光のスペクトルを一台の分光分析装置でまとめて測定でき、従来十分理解できなかった近赤外光スペクトル及び赤外光スペクトルの相違、サンプルの変化等が分析できるようになる。

また、ＰＣ７０において、測定された近赤外光又は赤外光のスペクトルデータの平均値を算出し、同時刻の赤外光又は近赤外光のスペクトルデータとして補間し、同時刻の測定及び補間された近赤外光及び赤外光のスペクトルデータを合成する。このため、時間変化の速い化学反応モニター等を行う場合には、合成した同時刻のスペクトルを得ることにより、有益な化学的知見と高精度の検量線を作成することが可能になる。

ラボでは、サンプルの化学的変化が重要なポイントになり、赤外光スペクトルが化学変化を理解するための重要なツールとなるが、プロセスでは、大量のサンプルを効率よく製造管理し、使い勝手がよく、保守性にも優れる近赤外光が使われる場合が多い。近赤外光及び赤外光の分光分析装置１を用いることにより、ラボでの開発段階にプロセスに移行するための情報を取ることが可能になり、コンカレントエンジニアリングを実現することができる。また、サンプルの化学変化を近赤外光及び赤外光の両面から観測することができ、化学変化への知見が多くなるという利点がある。

（変形例）
図７を参照して、上記実施の形態の変形例を説明する。図７に、本変形例の近赤外光及び赤外光の分光分析装置２のスペクトル測定部分の構成を示す。

本変形例は、上記実施の形態の近赤外光及び赤外光の分光分析装置１に代えて、近赤外光及び赤外光の分光分析装置２を用いる。近赤外光及び赤外光の分光分析装置２において、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１と重複する部分には、同一の符号を付し、異なる部分を主として説明する。

近赤外光及び赤外光の分光分析装置２の分析部分は、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１の分析部分と同様である。図７に示すように、近赤外光及び赤外光の分光分析装置１のスペクトル測定部分は、ＦＴＩＲ１０と、光スイッチ２０と、赤外光スペクトル測定部３０Ａと、近赤外光スペクトル測定部４０Ａと、を備えて構成される。赤外光スペクトル測定部３０Ａは、ライトパイプ３１Ａと、赤外光の光ファイバー３１Ｂと、ＡＴＲプローブ３４と、赤外光の光ファイバー３３Ａと、ライトパイプ３３Ｂと、赤外光検出器３２Ａと、を備えて構成される。赤外光検出器３２Ａは、赤外光検出器３２の本体と同様である。

光スイッチ２０は、ライトパイプ３１Ａ、光ファイバー３１Ｂを介してＡＴＲプローブ３４に接続される。ＡＴＲプローブ３４は、光ファイバー３３Ａ，ライトパイプ３３Ｂを介して赤外光検出器３２Ａに接続される。光スイッチ２０から出射された光は、ライトパイプ３１Ａ及び光ファイバー３１Ｂを順に介してＡＴＲプローブ３４に入射される。また、ＡＴＲプローブ３４から出射された出射光は、光ファイバー３３Ａ及びライトパイプ３３Ｂを順に介して赤外光検出器３２Ａに入射される。

ライトパイプは、安定して効率よく光を通すという特性があるが、比較的光の減衰が大きく、また長さも限定されるため光路の自由度が小さいという面もある。このため、近赤外光及び赤外光の分光分析装置２は、光スイッチ２０と、赤外光検出器３２Ａと、ＡＴＲプローブ３４との間に、ライトパイプ３１Ａ，３３Ｂに加えて、光ファイバー３１Ｂ，３３Ａを用いた。

赤外光の光ファイバーは、ライトパイプに比べて、光の減衰が小さく、また長くできるため光路の自由度が大きい。また、赤外光の光ファイバーは、時間の経過により劣化が大きくなるという面もある。このため、近赤外光及び赤外光の分光分析装置２は、光ファイバー３１Ｂ，３３Ａの劣化がスペクトル測定の許容範囲内である間に、スペクトル測定を行うことが好ましい。

以上、本変形例によれば、近赤外光スペクトル測定部４０Ａは、光伝送路として赤外光の光ファイバー３１Ｂ，３３Ａを有する。このため、近赤外光スペクトル及び赤外光スペクトルを一台の分光分析装置でまとめて測定及び分析できるとともに、赤外光スペクトル測定部の光の減衰を低減でき、光伝送路の自由度を大きくすることができる。このように、赤外光スペクトル測定部に、ライトパイプ及び光ファイバーの少なくとも一つを用いる構成としてもよい。

なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る近赤外光及び赤外光の分光分析装置の一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態及び変形例では、近赤外光及び赤外光を出射する分光部として、ＦＴＩＲを用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、他の近赤外光及び赤外光の分光部を用いることとしてもよい。また、上記実施の形態及び変形例では、赤外光用の赤外光プローブとして、ＡＴＲプローブ３４を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、他の赤外光プローブを用いることとしてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、近赤外光プローブ４３及び赤外光プローブ３４を用いる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、双方にパス長の異なるフローセルを用いる構成としてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、同じサンプルに対して近赤外光及び赤外光のスペクトル測定を行う構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ラボにおいては、異なるサンプルに対して近赤外光及び赤外光の分光分析装置１又は２を用いて、近赤外光と赤外光とのスペクトル測定を行う構成としてもよい。プロセスにおいては、同じプロセスの異なる部分に対して近赤外光及び赤外光の分光分析装置１又は２を用いて、近赤外光と赤外光とのスペクトル測定を行う構成としてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、近赤外光及び赤外光によりサンプルを交互にスペクトル測定し、近赤外光及び赤外光のスペクトルデータを補間して合成する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、光スイッチ２０に代えてデバイダを備え、ＦＴＩＲから出射された光をデバイダで分割し、その分割した近赤外光及び赤外光によりサンプルを同時にスペクトル測定し、その測定した近赤外光及び赤外光のスペクトルデータを合成する構成としてもよい。

その他、上記実施の形態及び各変形例における近赤外光及び赤外光の分光分析装置１，２の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明に係る実施の形態の近赤外光及び赤外光の分光分析装置のスペクトル測定部分の構成を示す図である。近赤外光及び赤外光の分光分析装置の全体構成を示す図である。ＰＣの内部構成を示す図である。分析処理を示すフローチャートである。スペクトルデータ合成の流れを示す図である。合成後のトルエンのスペクトル分布を示す図である。変形例の近赤外光及び赤外光の分光分析装置のスペクトル測定部分の構成を示す図である。近赤外光及び赤外光の分光分析における分光器、検出器、伝送光路、窓材質及びパス長の特性を示す図である。近赤外分光分析器及び赤外分光分析器によるトルエンのスペクトル分布を示す図である。

符号の説明

１，２近赤外光及び赤外光の分光分析装置
１０ＦＴＩＲ
２０光スイッチ
３０赤外光スペクトル測定部
３１，３３，３５，３１Ａ，３３Ｂライトパイプ
３２，３２Ａ赤外光検出器
３４ＡＴＲプローブ
３１Ｂ，３３Ａ光ファイバー
４０近赤外光スペクトル測定部
４１ライトパイプ
４２光ファイバ
４３近赤外プローブ
４４光ファイバー
４５近赤外光検出器
７０ＰＣ７０
７１ＣＰＵ
７２入力部
７３ＲＡＭ
７４表示部
７５ＨＤＤ
７６通信部
７７，７８Ｉ／Ｆ
７９バス

Claims

近赤外光及び赤外光を出射する分光器部と、
前記分光器部から出射された光の出射先を切り替える切替部と、
前記切替部で切り替えられて出射された近赤外光をサンプルに照射して近赤外光スペクトルを測定して近赤外光スペクトルデータを出力する近赤外光スペクトル測定部と、
前記切替部で切り替えられて出射された赤外光をサンプルに照射して赤外光スペクトルを測定して赤外光スペクトルデータを出力する赤外光スペクトル測定部と、
前記切替部の光の出射先を交互に切り替える制御部と、
前記近赤外光スペクトル測定部及び前記赤外光スペクトル測定部から出力された近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータに基づいて、スペクトルデータを分析する分析部と、を備える近赤外光及び赤外光の分光分析装置。
前記分析部は、前記出力された近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータに基づいて、当該近赤外光スペクトルデータ及び赤外光スペクトルデータの測定時刻と同時刻の赤外光スペクトルデータ及び近赤外光スペクトルデータを算出して補間し、前記出力された近赤外光スペクトルデータと前記補間された同時刻の赤外光スペクトルデータとを合成し、前記出力された赤外光スペクトルデータと前記補間された同時刻の近赤外光スペクトルデータとを合成する請求項１に記載の近赤外光及び赤外光の分光分析装置。
前記赤外光スペクトル測定部は、光伝送路としてライトパイプ及び光ファイバーの少なくとも一つを備える請求項１又は２に記載の近赤外光及び赤外光の分光分析装置。