JP2015081908A - Analysis method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a peak analysis method for obtaining a feature quantity included in three-dimensional spectrum data obtained by a sensor.SOLUTION: Two-dimensional peak geometry is obtained from three-dimensional spectrum data, and derived factors of peaks are estimated from peak trends included in the two-dimensional peak geometry to obtain a feature quantity. In this case, temporary identifiers are given to a plurality of peaks arrayed in a first direction of the peak geometry, and a working function which connects a plurality of peaks arrayed in a second direction of the peak geometry is generated, and a value obtained by connecting the plurality of peaks arrayed in the second direction by the working function on the basis of the temporary identifiers is obtained while interchanging the plurality of peaks arrayed in the first direction, and temporary identifiers of peaks connected by the working function are changed to a common identifier if the obtained value of the working function is within a prescribed range.

Description

本発明は、化学物質の波形成分を含むデータなどのスペクトラムデータに含まれる特徴量を得る方法に関するものである。   The present invention relates to a method for obtaining a feature amount included in spectrum data such as data including a waveform component of a chemical substance.

高感度に化学物質を検出、分析する技術として、近年、フィールド非対称性イオン移動度分光計(FAIMS)と呼ばれる装置がある。この装置では、センサーに印加する直流電圧と交流電圧を変化させることにより、イオン化された化学物質の移動度の変化を、微細な構成のフィルタによって検出し、その検出結果の差異により化学物質に関連するデータを出力できる。   As a technique for detecting and analyzing chemical substances with high sensitivity, there is a device called a field asymmetric ion mobility spectrometer (FAIMS) in recent years. In this device, the change in mobility of ionized chemical substances is detected by a finely configured filter by changing the DC voltage and AC voltage applied to the sensor, and the difference in the detection results relates to the chemical substances. Output data.

特許文献1には、複数の電極を有する少なくとも1つのイオンチャネルの形状のイオンフィルタを有するイオン移動度分光計について記載されている。このイオン移動度分光計では、導電層に印加される時間変化する電位により、充填剤はイオン種を選択的に入れることができる。電位は、駆動電界成分および横電界成分を有し、好ましい実施形態において、電極のそれぞれは、駆動電界および横電界の両方の成分を生成するのに関与する。デバイスは、ドリフトガスフローがなくても用いることができる。さらに、特許文献1には、分光計の種々の用途であるようなマイクロスケール分光計を製作するための微細加工技術について記載されている。   Patent Document 1 describes an ion mobility spectrometer having an ion filter in the shape of at least one ion channel having a plurality of electrodes. In this ion mobility spectrometer, the filler can selectively introduce ionic species by the time-varying potential applied to the conductive layer. The potential has a driving electric field component and a transverse electric field component, and in a preferred embodiment, each of the electrodes is responsible for generating both the driving electric field and the transverse electric field components. The device can be used without drift gas flow. Furthermore, Patent Document 1 describes a microfabrication technique for manufacturing a microscale spectrometer which is a variety of uses of the spectrometer.

特許文献2には、サンプルを分析するユニットを有するシステムが開示されている。分析するユニットは、少なくとも2つのパラメータにより制御される電界をイオン化された化学物質が通過するイオン強度を測定するイオン移動度センサーにサンプルを供給して得られた測定データに含まれるデータの2次元表現であって、第1のパラメータを変化させ、他のパラメータを固定したときのイオン強度を示す2次元表現の中に存在するピークを検出する機能ユニットと、検出されたピークと他の2次元表現の中に存在するピークとの連続性および生滅に基づいて検出されたピークを分類する機能ユニットと、分類されたピークに基づいてサンプルに含まれる化学物質を推定する機能ユニットとを有する。   Patent Document 2 discloses a system having a unit for analyzing a sample. The analyzing unit is a two-dimensional data set included in the measurement data obtained by supplying the sample to an ion mobility sensor that measures the ion intensity of the ionized chemical passing through an electric field controlled by at least two parameters. A functional unit for detecting a peak present in a two-dimensional representation indicating the ion intensity when the first parameter is changed and other parameters are fixed, and the detected peak and the other two-dimensional It has a functional unit that classifies the detected peaks based on continuity and extinction with the peaks present in the representation, and a functional unit that estimates the chemical substances contained in the sample based on the classified peaks.

特表2008−508693号公報Special table 2008-508893 国際公開WO2012/056709号公報International Publication No. WO2012 / 056709

イオン移動度センサーによりプラスイオンおよびマイナスイオンそれぞれに2次元(ピーク高さを入れると3次元)のピークが得られる。それらのピークは、イオンと空気中の分子との衝突の影響が含まれるのでガウシアン分布を持ち、さらに、さまざまな容易による偽のピーク(目的外のピーク、スプリアス、spurious)が含まれる。したがって、センサーから得られるスペクトルデータの中から、スプリアスの影響を除いて、目的とするピークを分離することが要望される。   By the ion mobility sensor, two-dimensional (three-dimensional) peaks are obtained for each of positive ions and negative ions. These peaks have a Gaussian distribution because they include the effects of collisions between ions and molecules in the air, and also include various easy false peaks (undesired peaks, spurious, spurious). Therefore, it is desired to separate the target peak from the spectral data obtained from the sensor, excluding the influence of spurious.

本発明の一態様は、センサーにより得られた3次元のスペクトラムデータに含まれる特徴量を得ることを含む方法である。特徴量を得ることは、以下のステップを含む。
1.3次元のスペクトラムデータから2次元のピーク配列を求めること。
2.2次元のピーク配列に含まれるピーク動向からピークの派生要因を推定し、特徴量を求めること。
One embodiment of the present invention is a method including obtaining a feature amount included in three-dimensional spectrum data obtained by a sensor. Obtaining the feature value includes the following steps.
Obtaining a two-dimensional peak arrangement from 1.3-dimensional spectrum data.
2. Estimate peak derivation factors from peak trends contained in a two-dimensional peak array, and obtain feature values.

ピークの派生要因を推定することは、さらに、以下のステップを含む。
・ピーク配列の中の第1の方向に並ぶ複数のピークに仮識別子を付けること。
・ピーク配列の中の第2の方向に並ぶ複数のピークを接続するワーキングファンクションを生成すること。
・第2の方向に並ぶ複数のピークを仮識別子に基づいてワーキングファンクションにより接続した値を、第1の方向に並ぶ複数のピークを入れ替えて求め、求められたワーキングファンクションの値が所定の範囲内であれば、そのワーキングファンクションにより接続されたピークの仮識別子を共通の識別子に変更すること。
・共通の識別子が付されたピークの動向からピークの派生要因を推定すること。
Estimating the peak derivation factor further includes the following steps.
A temporary identifier is attached to a plurality of peaks arranged in the first direction in the peak arrangement.
Generate a working function that connects a plurality of peaks arranged in the second direction in the peak array.
A value obtained by connecting a plurality of peaks arranged in the second direction by the working function based on the temporary identifier is obtained by replacing a plurality of peaks arranged in the first direction, and the value of the obtained working function is within a predetermined range. If so, change the temporary identifier of the peak connected by the working function to a common identifier.
• Estimate peak derivation factors from peak trends with common identifiers.

化学物質分析システムを表すブロック図。The block diagram showing a chemical substance analysis system. OLPの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of OLP. FAIMS装置の測定データの例を示す図。The figure which shows the example of the measurement data of a FAIMS apparatus. 分析方法(分析処理)の概要を示すフローチャート。The flowchart which shows the outline | summary of the analysis method (analysis process). ピークを解析する処理の概要を示すフローチャート。The flowchart which shows the outline | summary of the process which analyzes a peak. コストファンクションを計算する処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process which calculates a cost function. (a)は補正前のPkテーブルを示し、(b)はカーブフィッティングした概要を示し、(c)補正後のPkテーブルを示し、(d)は補正後のピークでカーブフィッティングした概要を示す。(A) shows a Pk table before correction, (b) shows an outline of curve fitting, (c) shows a Pk table after correction, and (d) shows an outline of curve fitting with a peak after correction.

以下では、イオン移動度センサーの1つであるFAIMSをセンサーとして備えた装置を例にさらに詳しく説明する。FAIMS(Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry)では、Vd電圧(Dispersion Voltage、電界電圧(Vd)、交流)とVc電圧(Compensation Voltage、補償電圧、直流)の2つの変量に応じて変化するイオン電流を検出することが可能である。検出されたイオン電流の波形(スペクトラムデータ、スペクトロスコピックデータ)SDは化学物質固有の波形が含まれるので、化学物質の特定を行うことが可能である。得られるデータSDは、イオン電流の値を含めると3次元のデータとなる。また、化学物質は、その特性に応じて、たとえばVd電圧を固定化した場合に、Vc電圧を変えることにより、測定対象の化学物質のイオン移動度の特性によりイオン電流値はピークを形成し、それが複数個になることもありうる。   In the following, an apparatus that includes FAIMS, which is one of ion mobility sensors, as a sensor will be described in more detail. In FAIMS (Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry), an ionic current that changes in accordance with two variables of Vd voltage (Dispersion Voltage, electric field voltage (Vd), AC) and Vc voltage (Compensation Voltage, compensation voltage, DC) is detected. It is possible. Since the detected ion current waveform (spectrum data, spectroscopic data) SD includes a chemical substance-specific waveform, it is possible to identify the chemical substance. The obtained data SD is three-dimensional data including the value of the ion current. In addition, when the chemical substance has a fixed Vd voltage, for example, by changing the Vc voltage, the ion current value forms a peak due to the characteristic of the ion mobility of the chemical substance to be measured. There can be more than one.

FAIMS(FAIMS装置、FAIMSセンサー)で得られるデータSDは、2次元データをパラメータとしてピーク(波形)を含むイオン電流が含まれ、全体としては3次元データとなる。さらに1つの化学物質から得られるデータSDでも、複数のピークが含まれる。このため、ガスクロマトグラフィーなどの他の分析装置と同様に、分析技術の習熟が必要であり、分析結果から単純に結論を出すことが難しい。   Data SD obtained by FAIMS (FAIMS device, FAIMS sensor) includes an ion current including a peak (waveform) using two-dimensional data as a parameter, and is three-dimensional data as a whole. Further, the data SD obtained from one chemical substance also includes a plurality of peaks. For this reason, as with other analyzers such as gas chromatography, it is necessary to master analysis techniques, and it is difficult to simply draw conclusions from the analysis results.

また、FAIMSでは、通常の空気が存在する環境の下で測定する場合が多く、予測しない他の化学物質が混在することもあり得る。この場合、混在する他の化学物質の影響で、目的とする化学物質が本来示すべき特性が得られず、測定結果を誤って判断することが起こりえる。他の化学物質の混在だけでなく、その他の環境条件、例えば、温度、湿度、気圧、流量等の影響も避けられない。さらに、さまざまな要因のノイズがあるので偽のピーク(スプリアル)も含まれる。   In addition, in FAIMS, measurement is often performed in an environment where normal air exists, and other unexpected chemical substances may be mixed. In this case, due to the influence of other chemical substances present in the mixture, the characteristics that the target chemical substance should originally show cannot be obtained, and the measurement result may be erroneously determined. In addition to the mixing of other chemical substances, other environmental conditions such as temperature, humidity, atmospheric pressure, and flow rate are unavoidable. Furthermore, since there are noises of various factors, false peaks (sprials) are also included.

以下においては、FAIMSから得られる2次元データSD、または多次元データSDを、センサーから得られるスペクトラムデータの典型例として本発明を説明する。データSDにはイオン電流の特性が含まれる。特性の1つは、データSDに含まれるピークであり、ある次元のパラメータの近隣のデータ間の相関からピークは特定され得る。それらのピークの中の特定のピークを派生させる共通の要因(派生要因)の1つは、化学物質の特定のグループであると想定できる。   In the following, the present invention will be described using two-dimensional data SD or multidimensional data SD obtained from FAIMS as a typical example of spectrum data obtained from a sensor. The data SD includes the characteristics of ion current. One of the characteristics is a peak included in the data SD, and the peak can be identified from a correlation between neighboring data of a certain dimension parameter. One of the common factors (derivative factors) that derive a particular peak among those peaks can be assumed to be a particular group of chemicals.

グループ化された化学物資の特性、具体的にはイオン移動度の測定値を検出するのに用いたセンサーに固有の特性があればその影響を補正し、さらに温度、湿度等のセンサーに依存しない環境条件等の影響も補正することにより、それらの影響を排除できる可能性があり、特定の化学物質本来の特性を見出し得る可能性がある。   Correct the effects of any grouped chemicals, specifically the sensor used to detect the measured value of ion mobility, and do not rely on sensors such as temperature and humidity. By correcting the influence of environmental conditions and the like, there is a possibility that these influences can be eliminated, and there is a possibility that characteristics inherent to a specific chemical substance can be found.

具体的には、ある特定のVd電圧に対し、Vc電圧を変化させた場合に現れるイオン電流のピークに対し、近隣のVd電圧の場合のピークとの相関を調べ、それらが同じ化学物質から派生しているのか否かを判定し、測定結果に表れるピークを、派生させる化学物質毎にグループ化することが可能である。近隣のイオン電流のピークの相関は、ピークの現れる場所、ピークの幅、ピーク値だけでなく、イオン化された物質の理論上の特性等を考慮して判断される。さらに、測定系に存在する物質のイオン化エネルギー値を参照して、測定された化学物質の特性(測定値)から、測定に用いたFAIMSセンサーの特性に依存する部分を補正することにより、より正確なイオン電流値を求める。   Specifically, for a specific Vd voltage, the correlation between the peak of the ionic current that appears when the Vc voltage is changed and the peak of the neighboring Vd voltage is investigated, and they are derived from the same chemical substance. The peaks appearing in the measurement results can be grouped for each chemical substance to be derived. The correlation between the peaks of neighboring ion currents is determined in consideration of not only the location where the peak appears, the peak width and the peak value, but also the theoretical characteristics of the ionized substance. Furthermore, with reference to the ionization energy value of the substance present in the measurement system, the part depending on the characteristic of the FAIMS sensor used for the measurement is corrected from the characteristic (measured value) of the measured chemical substance. To obtain the correct ion current value.

さらに、FAIMSセンサーの特性に依存しない、温度、湿度、圧力、流量、等の環境条件の影響も補正して、より正確なイオン電流値を算出する。これにより、対象の化学物質の特定(同定)を、より高い精度で行うことができる。また、測定対象の化学物質の特定時に参照するリファレンスデータに対しても、測定対象と同じ環境条件に対する補償処理を施し、測定結果が信頼に足る場合には、その結果の一部、あるいは全部をリファレンスデータの一部あるいは全部と入れ替えることにより、リファレンスデータの更新処理を行う。   Furthermore, the influence of environmental conditions such as temperature, humidity, pressure, and flow rate that do not depend on the characteristics of the FAIMS sensor is corrected to calculate a more accurate ion current value. Thereby, identification (identification) of the target chemical substance can be performed with higher accuracy. In addition, the reference data that is referred to when specifying the chemical substance to be measured is also compensated for the same environmental conditions as the measurement target, and if the measurement result is reliable, part or all of the result is obtained. The reference data is updated by replacing part or all of the reference data.

図1は、化学物質を分析および解析して結果を出力するシステムを表すブロック図である。システム1は、典型的には、ノート型のパーソナルコンピュータ10を中心としたシステム1として実現される。パーソナルコンピュータ(PC)10は、CPU11と、適当なメモリ12と、ハードディスクなどのストレージ13と、ユーザインタフェースを提供するローカルな入出力インタフェース14と、例えば、無線LAN15、有線LAN16を介して下界(外部)の機器とデータ交換するための通信インタフェース(トランシーバ)17と、これらを接続するバスシステム18とを備えている。ローカル入出力インタフェース14には、キーボード21などの入力機器と、液晶ディスプレイ22などの画像出力機器と、スピーカ23などの音響出力機器と、マイクロホン24などの音響情報を取得するための機器が接続されている。システム1は、これらの入出力デバイスをふくんでいてもよく、入出力デバイスを接続するためのインタフェースが用意されているものであってもよい。   FIG. 1 is a block diagram showing a system that analyzes and analyzes a chemical substance and outputs a result. The system 1 is typically realized as a system 1 centered on a notebook personal computer 10. A personal computer (PC) 10 includes a CPU 11, an appropriate memory 12, a storage 13 such as a hard disk, a local input / output interface 14 that provides a user interface, and, for example, a wireless LAN 15 and a wired LAN 16 via a lower world (external ), A communication interface (transceiver) 17 for exchanging data with a device, and a bus system 18 for connecting them. An input device such as a keyboard 21, an image output device such as a liquid crystal display 22, an acoustic output device such as a speaker 23, and a device for acquiring acoustic information such as a microphone 24 are connected to the local input / output interface 14. ing. The system 1 may include these input / output devices or may be provided with an interface for connecting the input / output devices.

バス18には、さらに、センサー61から得られた測定データの解析機能を含むデバイス(臭覚プロセッサ、OLP、OLfaction Processor)40が接続されている。OLP40は、1つの集積化されたデバイス(半導体チップ)または複数の集積化されたチップ(チップセット)として提供することができる。   The bus 18 is further connected to a device (odor processor, OLP, OLfunction processor) 40 including an analysis function of measurement data obtained from the sensor 61. The OLP 40 can be provided as one integrated device (semiconductor chip) or a plurality of integrated chips (chip set).

PC10は、さらにセンサーコントローラデバイス50を備えている。センサーコントローラデバイス50は、OLP40により制御され、OLP40に対して各種のデータを供給する機能を果たす。センサーコントローラデバイス50は、各種のセンサーと接続され、データを取得(サンプリング)するためのセンサーインタフェース51と、いくつかのセンサーの測定条件を変えることができるセンサードライバ・コントローラユニット(SDCU)52とを備えている。   The PC 10 further includes a sensor controller device 50. The sensor controller device 50 is controlled by the OLP 40 and functions to supply various data to the OLP 40. The sensor controller device 50 is connected to various sensors, and includes a sensor interface 51 for acquiring (sampling) data, and a sensor driver / controller unit (SDCU) 52 that can change measurement conditions of several sensors. I have.

典型的なセンサー61は、空気中の物質(化学物質)を検出するセンサーであり、非対称電界イオン移動度スペクトロメータ(FAIMS)または微分型電気移動度スペクトロメータ(DMS)が知られている。この種のスペクトロメータ(センサー、以降においては総称してDMS)は、高圧−低圧に変化する非対称電界に、イオン化した流体サンプル(例、ガス、液体又は蒸気)を入力し、イオンの電界移動度に基づいてそれらをフィルタリングした結果を出力する。DMS61の測定条件は、SDCU52により制御される。   A typical sensor 61 is a sensor that detects a substance (chemical substance) in the air, and an asymmetric field ion mobility spectrometer (FAIMS) or a differential electric mobility spectrometer (DMS) is known. This type of spectrometer (sensor, hereinafter collectively referred to as DMS) inputs an ionized fluid sample (eg, gas, liquid or vapor) into an asymmetric electric field that changes from high pressure to low pressure, and ion field mobility. Output the result of filtering them based on. The measurement conditions of the DMS 61 are controlled by the SDCU 52.

DMS61の一例は、国際公開WO2006/013396または国際公開WO2006/013890に記載されたイオン移動度分析装置である。これらはモノリシックな、またはマイクロマシン型のコンパクトな質量分析装置であり、十分に携帯できるものである。センサーインタフェース51には、さらに、温度、湿度、などの環境情報(環境条件)を測定するための複数のセンサー群(環境情報センサー群)70が接続されている。環境条件測定用のセンサー群70は、温度センサー71、湿度センサー72、圧力センサー73、エアーフローセンサー74を含む。さらに、センサーインタフェース51は、エアーポンプ75を制御する機能を含む。エアーポンプ75は、必須の構成ではない。エアーポンプ75は、アプリケーションの要求、外界条件などにより上記の環境条件測定用のセンサー群70および/または臭覚センサーであるDMS61に強制的に外気を供給することを可能としている。62は化学物質を含むガスを臭覚センサーDMS61へ送り込む口であり、下界の状況により単独で、あるいはエアーポンプ75の助けを借りて化学物質を臭覚センサー61へ送り込む。   An example of the DMS 61 is an ion mobility analyzer described in International Publication WO2006 / 013396 or International Publication WO2006 / 013890. These are monolithic or micromachine type compact mass spectrometers, which are sufficiently portable. The sensor interface 51 is further connected to a plurality of sensor groups (environment information sensor groups) 70 for measuring environmental information (environmental conditions) such as temperature and humidity. The sensor group 70 for measuring environmental conditions includes a temperature sensor 71, a humidity sensor 72, a pressure sensor 73, and an air flow sensor 74. Further, the sensor interface 51 includes a function for controlling the air pump 75. The air pump 75 is not an essential configuration. The air pump 75 can forcibly supply outside air to the sensor group 70 for measuring the environmental conditions and / or the DMS 61 which is an odor sensor according to application requirements, external conditions, and the like. 62 is a port for sending a gas containing a chemical substance to the odor sensor DMS 61, and sends the chemical substance to the odor sensor 61 alone or with the help of an air pump 75 depending on the situation of the lower world.

OLP40を含むシステムのもっとも小さい単位は、デバイス(集積回路チップ)40そのものである。OLP40を含むシステムは、PC10であっても良く、さらにはOLP40を搭載した水質検査装置、微小な麻薬物質の検出が可能な麻薬検出装置や、患者の呼気から疾患の罹患状態を調べる健康モニタ装置などであっても良い。   The smallest unit of the system including the OLP 40 is the device (integrated circuit chip) 40 itself. The system including the OLP 40 may be the PC 10, and further, a water quality testing apparatus equipped with the OLP 40, a narcotic detection apparatus capable of detecting minute narcotic substances, and a health monitor apparatus for examining a diseased state from a patient's breath. It may be.

OLP40は、解析機能を備えており、外気あるいは周辺の空気のにおい(匂い、芳香、臭い)の要因となる化学物質をリアルタイムで検出(解析)することができるデバイスあるいは装置である。においの情報は、健康および安全にかかわる多くのアプリケーションで重要な役割を果たす。OLP40は、においの情報を出力する機能(臭覚機能)をポータブルな家電装置やPC10に搭載することを可能としている。   The OLP 40 is a device or apparatus that has an analysis function and can detect (analyze) a chemical substance that causes an odor (odor, fragrance, odor) of the outside air or surrounding air in real time. Scent information plays an important role in many health and safety applications. The OLP 40 makes it possible to mount a function (odor sense function) for outputting odor information on a portable home appliance or the PC 10.

においの要因は、周囲の空気に含まれる化合物、ガスなどの化学物質である。以下において、化学物質とは、化合物、分子および元素を含み、成分あるいは組成物に限らず、生成物も含む。それらにおいの要因は、水晶センサー(QCM、Quartz Crystal Microbalance)、電気化学的なセンサー、SAW(Surface Acoustic Wave)デバイス、光センサー、ガスクロマトグラフィーおよび質量分析装置などのセンサーにより検出できる。これらのセンサーは、化学物質の存在により変化(変動)する量(物理量)を検出できるものである。これらのセンサーの多くは、かさばっていて複雑であり、日常で使用されるアプリケーションに使用することは容易ではない。さらに、これらのセンサーの幾つかは、少量のガスまたはその他の特定の化学物質にのみ鋭敏であったり、感度が温度と湿度に応じて変わるなどの制限もある。   Odor factors are chemical substances such as compounds and gases contained in the surrounding air. In the following, the chemical substance includes compounds, molecules and elements, and includes not only components or compositions but also products. These odor factors can be detected by sensors such as quartz sensors (QCM, Quartz Crystal Microbalance), electrochemical sensors, SAW (Surface Acoustic Wave) devices, optical sensors, gas chromatography and mass spectrometers. These sensors can detect a quantity (physical quantity) that changes (fluctuates) due to the presence of a chemical substance. Many of these sensors are bulky and complex and are not easy to use for everyday applications. In addition, some of these sensors have limitations such as being sensitive to only a small amount of gas or other specific chemicals, and sensitivity changing with temperature and humidity.

近年、上述したようにコンパクトで携帯が可能で、においの要因を検出できる分析装置が検討されている。イオン移動度(Ion Mobility)および光学(赤外線、NMR)を使用した分析デバイスは、単一チップに纏められた小さなセンサーを提供可能であり、家庭における健康および安全管理のような種々様々のアプリケーションに使用できる可能性がある。   In recent years, as described above, analyzers that are compact and portable and can detect odor factors have been studied. Analytical devices using ion mobility (Ion Mobility) and optics (infrared, NMR) can provide small sensors combined on a single chip for a wide variety of applications such as home health and safety management. May be usable.

これらの分析装置(センサー)は、特定の成分(化学物質)に敏感なセンサーと比較すると汎用性が高く、分析可能な範囲内では、ほとんどすべての成分の有無および強度(濃度)を同じ程度の精度で検出できる。しかしながら、分析装置は化学物質の存在を示唆する大量のデータを出力する。そのため、センサーの出力データをPC10のCPU11で処理しようとするとCPU11の処理能力が過大でないと、臭覚を実現しようとするために他のアプリケーションを実現できなくなったり、処理能力が著しく制限されたりする可能性がある。OLP40は、そのような不便さに対しても解を提供できるものである。すなわち、図1に示したようなPC10をベースとするシステム1に限らず、ワンチップ化されたOLP40を搭載することにより、家電や携帯電話などの極めてハンディーな電子端末、ホームセキュリティ用の機器などに、経済的に臭覚機能を搭載することが可能となる。また、センサーはイオン移動度センサーに限定されず、上述したように、スペクトラムデータを出力するタイプであればよい。   These analyzers (sensors) are more versatile than sensors that are sensitive to specific components (chemical substances), and within the range that can be analyzed, the presence and intensity (concentration) of almost all components are the same. It can be detected with accuracy. However, the analyzer outputs a large amount of data that suggests the presence of a chemical substance. For this reason, if the CPU 11 of the PC 10 tries to process the sensor output data, if the CPU 11 does not have an excessive processing capacity, it may not be possible to implement other applications in order to achieve the sense of smell, or the processing capacity may be significantly limited. There is sex. The OLP 40 can provide a solution for such inconvenience. That is, not only the system 1 based on the PC 10 as shown in FIG. 1, but by mounting the OLP 40 made into one chip, extremely handy electronic terminals such as home appliances and mobile phones, home security devices, etc. In addition, an odor sense function can be economically installed. The sensor is not limited to the ion mobility sensor, and may be any type that outputs spectrum data as described above.

上述したフィールド非対称質量分析計(FAIMS、Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometry、またはDIMS、Differential Ion Mobility Spectrometry)のようなMEMSセンサーを、OLP40とともに用いることにより、高価なCPUまたはDSPが不要で、大きな機械的な部品も不要で、さらに、複雑なコントロール回路類も解析回路類も不要な、低コストの、においを記録、認識できるシステム1を提供できる。   By using a MEMS sensor, such as the field asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometry (FAIMS) or DIMS (Differential Ion Mobility Spectrometry) described above, together with the OLP 40, an expensive CPU or DSP is not required and a large mechanical It is possible to provide a low-cost system 1 that can record and recognize an odor without the need for complex parts and the need for complicated control circuits and analysis circuits.

図2に、OLP40の機能をブロック図により示している。OLP40は、センサーコントローラデバイス50を介してセンサー61からのデータSD、および、温度湿度などの環境情報を含む周辺情報PIとを受信する入力インタフェース41と、センサーコントローラデバイス50を介してセンサー61の測定条件を制御するコンディショナー42と、得られたデータおよび情報を解析(分析)して特徴量を見出して測定対象(コンテンツ)を提供する検索ユニット(解析ユニット)40sとを含む。周辺情報PIには、センサーコントローラデバイス50を介して得られた情報の他に、CPU11などから得られるアプリケーション情報、マイクロホン24から得られる音響情報、不図示のカメラから得られる画像情報、GPSから得られる位置情報などを含めることが可能である。この検索ユニット40sが提供するコンテンツは、化学物質情報をコンテキスト情報としてそれを含むコンテンツ、コンテキスト情報に関連するコンテンツ、コンテキスト情報から想定されるコンテンツなど様々である。   FIG. 2 shows the function of the OLP 40 in a block diagram. The OLP 40 receives the data SD from the sensor 61 via the sensor controller device 50 and the peripheral interface PI including environmental information such as temperature and humidity, and the measurement of the sensor 61 via the sensor controller device 50. It includes a conditioner 42 that controls the conditions, and a search unit (analysis unit) 40s that analyzes (analyzes) the obtained data and information to find a feature quantity and provides a measurement object (content). In addition to the information obtained through the sensor controller device 50, the peripheral information PI includes application information obtained from the CPU 11, acoustic information obtained from the microphone 24, image information obtained from a camera (not shown), and obtained from GPS. Location information can be included. The contents provided by the search unit 40s are various such as contents including chemical substance information as context information, contents related to the context information, contents assumed from the context information.

化学物質に関するコンテンツ(情報)には、化学物質そのものの名前、性質などが含まれる。化学物質に関連するコンテンツ(情報)には化学物質を含む製品の名前、性質、属性などが含まれる。化学物質から想定されるコンテンツ(情報)には、化学物質が直接または間接的に要因となる事象、化学物質が直接または間接的な結果となる事象などが含まれる。たとえば、爆弾、テロ、火災、その他の災害または脅威となる現象、様々な病気、障害、育成状況、天候、などの様々な生物学的、物理学的、化学的、および社会的な現象が含まれる。検索ユニット40sは、これらのコンテキスト情報を含むまたは関連するコンテンツをデータベースで持っていてもよく、PC10の機能を用いてネットワーク上に供給されているコンテンツから選択してもよい。   Content (information) related to chemical substances includes the name and properties of the chemical substance itself. Content (information) related to chemical substances includes the name, properties, attributes, etc. of the products containing the chemical substances. The content (information) assumed from a chemical substance includes events that cause the chemical substance directly or indirectly, events that cause the chemical substance directly or indirectly, and the like. For example, various biological, physical, chemical, and social phenomena such as bombs, terrorism, fire, other disasters or threats, various diseases, disabilities, breeding conditions, weather, etc. It is. The search unit 40s may have contents including or related to the context information in a database, and may select from contents supplied on the network using the function of the PC 10.

OLP40の検索ユニット40sは、入力インタフェース41を介して得られたスペクトラムデータASDおよび周辺情報PIを処理して特徴点(特徴量)を抽出する分析ユニット43と、複数のコンテキスト情報Cx、および複数のコンテキスト情報Cxに対しそれぞれランク付けされた複数のストック済みのデータ(スペクトラムデータ)SSD(本例においてはそれぞれのデータの特徴量)を含むデータベース44を有する。分析ユニット43は、ピーク配列を求めるユニット43aと、ピーク動向から派生要因からを求めるユニット43bと、派生要因から特徴量を得るユニット43cとを含む。派生要因を求めるユニット43bは、仮識別子(仮PkId)をピークに付与してワーキングファンクションを計算して最適なピーク動向を得るユニット43dと、ピーク動向から派生要因を得るユニット43eとを含む。   The search unit 40s of the OLP 40 processes the spectrum data ASD and peripheral information PI obtained via the input interface 41 to extract feature points (features), a plurality of context information Cx, and a plurality of context information Cx. The database 44 includes a plurality of stocked data (spectrum data) SSDs (in this example, feature amounts of the respective data) ranked for the context information Cx. The analysis unit 43 includes a unit 43a for obtaining a peak arrangement, a unit 43b for obtaining from a derived factor from a peak trend, and a unit 43c for obtaining a feature value from the derived factor. The unit 43b for obtaining a derivation factor includes a unit 43d that obtains an optimum peak trend by assigning a temporary identifier (temporary PkId) to the peak and calculating a working function, and a unit 43e that obtains a derivation factor from the peak trend.

データベース44は、さらに、コンテキスト情報Cxに対しそれぞれランク付けされた周辺情報PIを含んでいてもよい。周辺情報PIは、温度、湿度などの周辺情報PIに含まれる環境条件の一部の情報であってもよく、全てを含むものであってもよい。   The database 44 may further include peripheral information PI each ranked for the context information Cx. The peripheral information PI may be a part of the environmental conditions included in the peripheral information PI such as temperature and humidity, or may include all of them.

データベース44の一部あるいは全部は、ストレージ13に格納されていてもよい。OLP40は、さらに、得られたスペクトラムデータASDに対するストック済みのスペクトラムデータSSDのスコアScを算出する照合ユニット45と、スコアScおよびランクを含む総合評価Rsの高い順番で表示されるように、コンテキスト情報Cxを含む、または関連付されたコンテンツCCを出力する出力ユニット46とを有する。出力ユニット46は、出力ユニット46はコンテンツCCそのものではなく、コンテンツCCのタイトルを上記により定められた順番で、CPU11を介してディスプレイ22に表示する。ユーザ(クライアント)はディスプレイ22に表示されたタイトルTdから所望のものを選択して、コンテンツCCをディスプレイ22に表示する機能(機能ユニット)46aを含む。この例において、ディスプレイ22に表示されるタイトルTdが、評価の高い順番にコンテンツCCを出力するためのデータに対応する。   Part or all of the database 44 may be stored in the storage 13. The OLP 40 further displays the context information so that the collation unit 45 for calculating the score Sc of the stocked spectrum data SSD with respect to the obtained spectrum data ASD and the overall evaluation Rs including the score Sc and the rank are displayed in descending order. And an output unit 46 that outputs the content CC including or associated with Cx. The output unit 46 displays the titles of the content CC on the display 22 via the CPU 11 in the order determined above, not the content CC itself. The user (client) includes a function (functional unit) 46 a that selects a desired title from the titles Td displayed on the display 22 and displays the content CC on the display 22. In this example, the title Td displayed on the display 22 corresponds to data for outputting the content CC in the order of high evaluation.

すなわち、出力ユニット46は、照合ユニット45において算出されたスコアが高いストック済みのスペクトラムデータSSD(以降においてはゴールデンデータとして参照される)に対するランク付けの高いコンテキスト情報Cxに関連付されたコンテンツCCが、算出されたスコアおよびランクを含む総合評価Rsの高い順番でクライアントに選択されるようにする出力データTdを出力する第1のユニット(機能ユニット)46aを含む。さらに、出力ユニット46は、周辺情報PIに含まれる環境条件に対するランクを含む総合評価Rsの高い順番で、コンテキスト情報Cxに関連付されたコンテンツCCがクライアントに選択されるようにタイトルが並んで表示されるデータ(出力データ)Tdを生成する第2のユニット(機能ユニット)46bを含んでいてもよい。   That is, the output unit 46 stores the content CC associated with the highly ranked context information Cx for the stock spectrum data SSD (hereinafter referred to as golden data) having a high score calculated by the matching unit 45. The first unit (functional unit) 46a that outputs the output data Td to be selected by the client in descending order of the overall evaluation Rs including the calculated score and rank is included. Furthermore, the output unit 46 displays the titles side by side so that the content CC associated with the context information Cx is selected by the client in descending order of the overall evaluation Rs including the rank for the environmental condition included in the peripheral information PI. The second unit (functional unit) 46b for generating the data (output data) Td to be processed may be included.

OLP40は、出力ユニット46により出力されたコンテンツCCの中(コンテンツCCのタイトルTdの中)から選択されたコンテンツCCの情報を取得するもモニタリングユニット47と、得られたスペクトラムデータASDを、選択されたコンテンツCCに含まれるコンテキスト情報Cxに対してランク付けてデータベース44に加える更新ユニット48とを含む。   The OLP 40 obtains information on the content CC selected from the content CC output from the output unit 46 (in the title Td of the content CC), and the selected spectrum data ASD is selected from the monitoring unit 47. An update unit 48 that ranks the context information Cx included in the content CC and adds it to the database 44.

データベース44は、さらに、ストック済みのスペクトラムデータSSDの特徴量CAvを含む。以下においては、特徴量CAvがゴールデンデータとして参照されることがある。照合ユニット45は、得られたスペクトラムデータASDの特徴量およびストック済みのスペクトラムデータSSDに含まれる特徴量CAvに基づきスコアScを算出する機能(機能ユニット)45aを含む。この算出する機能45aは、得られたスペクトラムデータASDに含まれる特徴量のランク付けを行い、ランクの高い特徴量からスコアScを算出する水平ランキング機能を含む。   The database 44 further includes a feature amount CAv of the stocked spectrum data SSD. In the following, the feature amount CAv may be referred to as golden data. The collation unit 45 includes a function (functional unit) 45a that calculates a score Sc based on the feature amount of the obtained spectrum data ASD and the feature amount CAv included in the stocked spectrum data SSD. This calculating function 45a includes a horizontal ranking function that ranks feature amounts included in the obtained spectrum data ASD and calculates a score Sc from the feature amount having a higher rank.

照合ユニット45は、得られたスペクトラムデータASDの特徴量およびストック済みのスペクトラムデータSSDの特徴量の少なくともいずれかを周辺情報PIにより補正する機能(機能ユニット)45bと、ストック済みのスペクトラムデータSSDの中から照合対象となるスペクトラムデータを周辺情報PIに基づき選択する機能(機能ユニット)45cとを含む。   The collation unit 45 includes a function (functional unit) 45b for correcting at least one of the feature quantity of the obtained spectrum data ASD and the feature quantity of the stocked spectrum data SSD with the peripheral information PI, and the stock spectrum data SSD. And a function (functional unit) 45c for selecting spectrum data to be verified based on the peripheral information PI.

図3に、化学物質の典型的なFAIMSの出力データ(測定データ)ASDの例を示す。データASDは、Vd電圧をステップ状に変化させながら、Vc電圧を変えた場合のイオン電流の値として得られるスペクトラムデータ(スペクトロスコピックデータ)である。この図3では、最初の固定化されたVd電圧に対する、Vc電圧とイオン電流が、3次元表示のもっとも奥のラインに表されている。その後、Vd電圧を少しずつ増加させながら、同様に測定していき、三次元表示の奥から徐々に前の方へ出力が得られている。この例では、特定のVd電圧に対して、少なくとも3個のピークが表れていることが分かる。   FIG. 3 shows an example of typical FAIMS output data (measurement data) ASD of a chemical substance. The data ASD is spectrum data (spectroscopic data) obtained as the value of the ion current when the Vc voltage is changed while changing the Vd voltage stepwise. In FIG. 3, the Vc voltage and the ion current with respect to the first fixed Vd voltage are shown in the innermost line of the three-dimensional display. Thereafter, the same measurement is performed while gradually increasing the Vd voltage, and an output is gradually obtained from the back of the three-dimensional display toward the front. In this example, it can be seen that at least three peaks appear for a specific Vd voltage.

FAIMSセンサー61では、Vd電圧(Dispersion Voltage、MHz程度の周波数、たとえば、1から20MHz程度の周波数で、適当なデューティーサイクル(たとえば30%程度)のサイクリックに変化する交流またはパルスなどの交流電圧値)と、Vc電圧(Compensation Voltage、直流電圧値)の2つの変量に応じて変化するイオン電流を検出することにより、化学物質の特定を行うことが可能である。たとえば、一定の電界電圧Vdに対して補償電圧Vcを変化させることによりイオン電流の2次元のスペクトルが得られる。さらに、電界電圧Vdを変化させることにより3次元のスペクトルが得られる。電界電圧Vdは、たとえば、約1,000V/cmから約30,000V/cmまでの範囲、あるいはそれ以上の範囲を変化させる。一定の補償電圧Vcに対して電界電圧Vdを変化させて2次元のデータを取得し、さらに補償電圧Vcを変化させて3次元のデータを取得してもよい。いずれの場合もイオン電流を得るためのパラメータ(電界電圧Vdおよび補償電圧Vc)は2次元のスペクトルデータSDとなる。   In the FAIMS sensor 61, an AC voltage value such as an alternating current or a pulse that changes cyclically at an appropriate duty cycle (for example, about 30%) at a Vd voltage (Dispersion Voltage, a frequency of about MHz, for example, a frequency of about 1 to 20 MHz). ) And a Vc voltage (Compensation Voltage, DC voltage value), it is possible to identify a chemical substance by detecting an ionic current that changes according to two variables. For example, a two-dimensional spectrum of the ion current can be obtained by changing the compensation voltage Vc with respect to a constant electric field voltage Vd. Furthermore, a three-dimensional spectrum can be obtained by changing the electric field voltage Vd. The electric field voltage Vd changes, for example, in a range from about 1,000 V / cm to about 30,000 V / cm, or more. The two-dimensional data may be acquired by changing the electric field voltage Vd with respect to the constant compensation voltage Vc, and the three-dimensional data may be acquired by changing the compensation voltage Vc. In either case, the parameters (the electric field voltage Vd and the compensation voltage Vc) for obtaining the ion current are two-dimensional spectrum data SD.

化学物質は、その特性に応じて、たとえば電界電圧Vdを固定化した場合に、複数のピークを形成することがある。たとえば化学物質(Dimethyl−Sulfoxide 、(CHSO)の場合、特定のVd電圧に対し、Vc電圧を変化させたとき、化学物質のイオン移動度の特性により、イオン電流に3個のピークが得られる。 The chemical substance may form a plurality of peaks depending on its characteristics, for example, when the electric field voltage Vd is fixed. For example, in the case of a chemical substance (Dimethyl-Sulfoxide, (CH 3 ) 2 SO), when the Vc voltage is changed with respect to a specific Vd voltage, there are three peaks in the ionic current due to the ion mobility characteristics of the chemical substance. Is obtained.

図4は、プロセッサ(OLP)40の分析ユニット43で行う分析処理を中心にフローチャートにより示している。これらの処理はコンピュータ上で稼働するプログラム(プログラム製品)として提供することが可能であり、適当な記録媒体に記録して提供することができ、インタネットなどのコンピュータネットワークを介して提供することも可能である。また、プロセッサ40で全てを行う代わりに、ネットワークを介して、複数の端末やサーバーにより、その処理を分散・分担させて解析することも可能である。   FIG. 4 is a flowchart mainly showing the analysis processing performed by the analysis unit 43 of the processor (OLP) 40. These processes can be provided as a program (program product) running on a computer, can be provided by being recorded on an appropriate recording medium, and can also be provided via a computer network such as the Internet. It is. Further, instead of performing all of the processing by the processor 40, it is also possible to analyze by distributing and sharing the processing by a plurality of terminals and servers via a network.

ステップ100で、DMS(FAIMS)62の測定データADSを入手する。測定データSDは、プラスイオンおよびマイナスイオンのそれぞれの3次元のスペクトラムデータであるが、以降ではプラスイオンのデータをもとに説明する。ステップ110で測定データSDからピークを分離して2次元のピークテーブル(Pkテーブル)を生成する。Pkテーブルには、ピークポジション、ピーク高さ、ピーク幅などのここのピークを特定するための情報を含む。ピーク分離には、ガウシアンフィッティング、Bスプラインフィッティングなどの手法を用いることができる。   In step 100, measurement data ADS of DMS (FAIMS) 62 is obtained. The measurement data SD is three-dimensional spectrum data of each of positive ions and negative ions, and will be described below based on the data of positive ions. In step 110, a peak is separated from the measurement data SD to generate a two-dimensional peak table (Pk table). The Pk table includes information for specifying a peak here, such as a peak position, a peak height, and a peak width. For peak separation, methods such as Gaussian fitting and B-spline fitting can be used.

さらに具体的には、ベースライン特性を直線または多項式で近似し、ガウシアン特性、ローレンツ特性などを用いてカーブフィッティングし、ピークを見つける。イオン電流の測定値に対して平滑化フィルタ処理を行い、検出/特定された各々のピークの高いピークから順次、ベースラインの補正処理を行い、さらにガウシアン特性、スプライン近似などの方法によりピークフィッティング処理を行う。これらの処理により、複数のピークが重なり合った場合にも、ピークを分離処理することが可能となる。複数のピークに対して、ユニークな番号を付し、またそのピークの特性(ピーク位置、ピーク値、ピーク幅などの特性)を求める。   More specifically, the base line characteristic is approximated by a straight line or a polynomial, and curve fitting is performed using a Gaussian characteristic, a Lorentz characteristic or the like to find a peak. Performs smoothing filter processing on the measured value of ion current, performs baseline correction processing in order from the highest peak of each detected / identified peak, and further performs peak fitting processing by methods such as Gaussian characteristics and spline approximation I do. By these processes, even when a plurality of peaks are overlapped, the peaks can be separated. Unique numbers are assigned to a plurality of peaks, and the characteristics of the peaks (characteristics such as peak position, peak value, peak width) are obtained.

ステップ120において、Pkテーブルにリストアップされたピークの動向を判断して各ピークの派生要因を推定し、ピークの高さなどを基に特徴量を抽出する。ステップ130において抽出された特徴量からFAIMS61の測定対象を特定し、コンテンツなどの情報により提供する。   In step 120, the trend of the peaks listed in the Pk table is determined to estimate the derivation factor of each peak, and feature quantities are extracted based on the peak height and the like. The measurement target of FAIMS 61 is specified from the feature amount extracted in step 130 and provided by information such as content.

図5に特徴量を抽出する処理をさらに詳しく示している。ステップ201でPkテーブルを読み込む。Pkテーブルは、Vc電圧(補償電圧)を第1の方向、Vd電圧(電界電圧)を第2の方向とした2次元のテーブルであり、測定したVd電圧毎に、ピークポジション(ピークのVc電圧)と、ピーク高さ、ピーク幅、その他のピーク特性値とが保持されている。   FIG. 5 shows the process of extracting feature amounts in more detail. In step 201, the Pk table is read. The Pk table is a two-dimensional table in which the Vc voltage (compensation voltage) is the first direction and the Vd voltage (electric field voltage) is the second direction. For each measured Vd voltage, the peak position (peak Vc voltage) ), Peak height, peak width, and other peak characteristic values.

ステップ202で、Pkテーブルの各Vdのピークに仮識別子(識別情報、PkId)を付与する。仮PkIdを付与する方法は、Vc値の順番であってもよく、最も確からしい順番であってもよく、ランダムであってもよい。   In step 202, a temporary identifier (identification information, PkId) is assigned to each Vd peak in the Pk table. The method of assigning the temporary PkId may be the order of the Vc values, may be the most probable order, or may be random.

ステップ203で、コストファンクションCFを初期化する。CFの一例は、ピークポジション、ピーク高さなどを含めてフィッティングする関数であり、多項式を用いた最小二乗法によりフィッティングしたときの誤差を求める関数であってよい。最小二乗法の代わりに、バイウェイトなどのロバスト的なフィッティング手法を用いてもよい。   In step 203, the cost function CF is initialized. An example of the CF is a function for fitting including a peak position, a peak height, and the like, and may be a function for obtaining an error when fitting by a least square method using a polynomial. Instead of the least square method, a robust fitting method such as bi-weighting may be used.

ステップ204において、仮PkIdが同じピークをVd方向にCFを用いてフィッティングし、その値を求める。さらに、Vc方向の仮PkIdが異なるピークを入れ替えてCFの値を求め、CFの値が所定の範囲、たとえば、最も小さくなるように仮PkIdを更新し、CFにより接続された仮PkIdを共通のPkIdに更新する。   In step 204, a peak having the same temporary PkId is fitted using CF in the Vd direction, and its value is obtained. Further, by replacing peaks with different temporary PkIds in the Vc direction, the CF value is obtained, the temporary PkId is updated so that the CF value becomes a predetermined range, for example, the smallest, and the temporary PkIds connected by the CF are shared. Update to PkId.

ステップ204で、上記のCFの値を最小にすることにより得られたピーク動向をルールと照合する。ルールの一例は、イオン化する段階で現れる水などのリアクタントイオン(Reactant Ion)とイオン化された対象の試料(Product Ion)のピーク特性に関する理論上のルールである。これらの理論上のルールに関しては、例えば「G.A.Eiceman, Z.Karpas著、Ion Mobility Spectrometry, CRC出版」や、「Alexandre A, Shvartsburg著、Differential Ion Mobility Spectrometry, CRC出版」などに詳述されており、ここではその詳細は述べないが、以下に簡単に説明する。通常の空気中には、窒素(N)、酸素(O)と水(HO)が含まれているが、そこへ微小な化学物質(仮にMとする)が混入し、さらにイオン化された場合、その組成は一般に以下のように変化する。
(HO)+M+N⇔MH(HO)+N+HO⇔M(HO)+N+HO
In step 204, the peak trend obtained by minimizing the CF value is checked against the rule. An example of the rule is a theoretical rule regarding the peak characteristics of a reactive ion (Reactant Ion) such as water that appears at the stage of ionization and the ionized sample (Product Ion). These theoretical rules are detailed in, for example, “GAEiceman, Z. Karpas, Ion Mobility Spectrometry, CRC Publishing”, “Alexandre A, Shvartsburg, Differential Ion Mobility Spectrometry, CRC Publishing”, etc. The details are not described here, but will be briefly described below. Ordinary air contains nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), and water (H 2 O), but a minute chemical substance (tentatively referred to as M) is mixed therewith and further ionized. The composition generally changes as follows:
H + (H 2 O) 3 + M + N 2 ⇔MH + (H 2 O) 2 + N 2 + H 2 O⇔M 2 H + (H 2 O) 1 + N 2 + H 2 O

上の式は、イオン化された分子の変遷を表しているが、その成分量まではあらわしていない。最初の項は、リアクタントイオン、次の項はモノマー(Monomer)、最後の項はディマー(Dimer)を表している。最初に、イオンは水分と結び付きやすく、水の分子3個と結合して水イオンとなる。この状態で電界強度が高くなると、水の分子1個が、化学物質Mに置き換わり、モノマーと呼ばれる、Mの分子1個と、水の分子2個からなるイオンを形成する。さらに電界が高くなると、ディマーと呼ばれる、Mの分子2個と、水の分子1個からなるイオンを形成する。今の場合、リアクタントは水である。   The above formula represents the transition of ionized molecules, but does not show the amount of the components. The first term represents the reactant ion, the next term represents the monomer, and the last term represents the dimer. First, ions are easy to associate with moisture and combine with three water molecules to form water ions. When the electric field strength is increased in this state, one water molecule is replaced by the chemical substance M, and an ion composed of one M molecule and two water molecules, called a monomer, is formed. When the electric field is further increased, ions consisting of two M molecules and one water molecule, called dimmers, are formed. In this case, the reactant is water.

得られたピーク動向がルールと照合して不合理がなければステップ207において得られた仮PkIdを固定し、ステップ208においてピーク動向を精査し、ピークの派生要因、典型的には化学成分を推定する。ピークの派生要因が推定されれば、ステップ209において、ピーク高さ、幅などから分析対象のスペクトルデータSDの特徴量を決定し、出力する。   If the obtained peak trend is not unreasonable by comparing with the rule, the temporary PkId obtained in step 207 is fixed, and the peak trend is examined in step 208 to estimate the peak derivation factor, typically the chemical component. To do. If the peak derivation factor is estimated, in step 209, the characteristic amount of the spectral data SD to be analyzed is determined from the peak height, width, etc., and output.

一方、得られたピーク動向が不合理な場合は、ステップ206において、ステップ204においてスプリアスとして破棄されたピークの重み係数を変え、スプリアスとして破棄されにくい状況に変更して、ステップ204を繰り返す。   On the other hand, if the obtained peak trend is unreasonable, in step 206, the weight coefficient of the peak discarded as spurious in step 204 is changed to change to a situation in which it is difficult to discard as spurious, and step 204 is repeated.

図6に、仮PkIdを用いてCFを計算するステップ204をさらに詳しく示している。また、図7にPkテーブル(Pkポジションテーブル)80の一例と、それに含まれる仮PkIdをCFにより接続した例を示している。   FIG. 6 shows in more detail the step 204 of calculating the CF using the temporary PkId. FIG. 7 shows an example of a Pk table (Pk position table) 80 and an example in which a temporary PkId included in the Pk table 80 is connected by a CF.

ステップ210において、仮PkIdを用いて各PkIdで接続されたCFを計算し、そのCF値を保存する。ステップ211で、第2の方向であるVd値を、測定されたステップ、スペクトルデータSDに含まれるステップ、または分析のために設定されたステップでアップまたはダウンする。ステップ212で、全てのVd値のピーク、すなわち、Pkテーブル80に含まれるすべてのピークに対して解析が終了するとこのルーチンは終了する。   In step 210, the CF connected with each PkId is calculated using the temporary PkId, and the CF value is stored. In step 211, the Vd value in the second direction is increased or decreased by a measured step, a step included in the spectrum data SD, or a step set for analysis. In step 212, when the analysis is completed for all the peaks of the Vd value, that is, all the peaks included in the Pk table 80, the routine ends.

ステップ213で、Vd値の仮PkIdを交換(スワップ)して、全てケースのCFを計算する。たとえば、Pkテーブル80に含まれるピークPであって、前後のVdに共通する仮PkIdがないピークPについても、他のピークPと入れ替えてCFを計算する。   In step 213, the temporary PkId of the Vd value is exchanged (swapped), and the CFs of all cases are calculated. For example, the peak P included in the Pk table 80 and having no temporary PkId common to the preceding and following Vd is also replaced with the other peak P to calculate the CF.

ステップ214で、計算したCF値の中に、記憶しているCF値より低いものがなければ、ステップ211に戻ってVd値を1ステップアップあるいはダウンして上記の処理を繰り返す。ステップ214において、CF値に低いものがあれば、ステップ215において、記憶されているCF値を置き換えて(更新し)、ステップ216において、低いCF値が得られたCFにより接続されている仮PkIdのピークに同じ仮PkIdを割り当てる。また、ステップ217において、前後のVdに含まれるピークPに接続されない仮PkIdのピークをスプリアスとして記憶する。   If the calculated CF value is not lower than the stored CF value in step 214, the process returns to step 211 to increase or decrease the Vd value by one step and repeat the above processing. If there is a low CF value in step 214, the stored CF value is replaced (updated) in step 215, and the temporary PkId connected by the CF from which the low CF value was obtained in step 216. Are assigned the same temporary PkId. In step 217, the peak of the temporary PkId that is not connected to the peak P included in the preceding and following Vd is stored as a spurious.

以上のような処理を行うことにより、図7(c)に示すように、Pkテーブル80に含まれるピークからスプリアスピークPsを発見して排除できる。また、PkテーブルのPkIdをCFの低い値、たとえば、ピークフィッティングしたときの最小二乗誤差が最小となるように自動的に変更できる。   By performing the processing as described above, the spurious peak Ps can be found and eliminated from the peaks included in the Pk table 80 as shown in FIG. Further, PkId of the Pk table can be automatically changed so that the value of CF is low, for example, the least square error when peak fitting is minimized.

なお、上記では、イオン移動度センサーから得られるスペクトルデータに基づいて本発明を説明しているが、スペクトルデータであれば異なるセンサー、たとえば、質量分析装置の出力やガスクロマトグラフィーの出力などであってもよい。2次元の一軸(3次元の一軸)は、時間的に変換するデータであれば時間であってもよい。   In the above description, the present invention has been described based on spectrum data obtained from an ion mobility sensor. May be. The two-dimensional one axis (three-dimensional one axis) may be time as long as it is data to be temporally converted.

1 システム、 10 PC、 40 OLP 1 system, 10 PC, 40 OLP

Claims (1)

センサーにより得られた3次元のスペクトラムデータに含まれる特徴量を得ることを含み、
前記特徴量を得ることは、
前記3次元のスペクトラムデータから2次元のピーク配列を求めることと、
前記2次元のピーク配列に含まれるピーク動向からピークの派生要因を推定し、特徴量を求めることとを含み、
前記ピークの派生要因を推定することは、
前記ピーク配列の中の第1の方向に並ぶ複数のピークに仮識別子を付けることと、
前記ピーク配列の中の第2の方向に並ぶ複数のピークを接続するワーキングファンクションを生成することと、
前記第2の方向に並ぶ複数のピークを前記仮識別子に基づいて前記ワーキングファンクションにより接続した値を、前記第1の方向に並ぶ複数のピークを入れ替えて求め、求められたワーキングファンクションの値が所定の範囲内であれば、そのワーキングファンクションにより接続されたピークの仮識別子を共通の識別子に変更することと、
前記共通の識別子が付されたピークの動向からピークの派生要因を推定することとを含む、分析方法。
Including obtaining a feature amount included in three-dimensional spectrum data obtained by a sensor,
Obtaining the feature amount is
Obtaining a two-dimensional peak arrangement from the three-dimensional spectrum data;
Estimating a peak derivation factor from a peak trend included in the two-dimensional peak arrangement, and obtaining a feature amount,
Estimating the derivation factor of the peak is
Attaching a temporary identifier to a plurality of peaks arranged in a first direction in the peak arrangement;
Generating a working function for connecting a plurality of peaks arranged in a second direction in the peak arrangement;
A value obtained by connecting the plurality of peaks arranged in the second direction by the working function based on the temporary identifier is obtained by replacing the plurality of peaks arranged in the first direction, and the value of the obtained working function is predetermined. If within the range, change the temporary identifier of the peak connected by the working function to a common identifier,
An estimation method including estimating a peak derivation factor from a trend of the peak to which the common identifier is attached.
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