JP2020118579A - Method for estimating physical property value of coal, method for generating coal characteristic graph, device for estimating physical property value of coal, and device and program for generating coal characteristic graph - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石炭の物性値の推定方法、石炭特性グラフの生成方法、石炭の物性値の推定装置、石炭特性グラフの生成装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method for estimating a physical property value of coal, a method for generating a coal characteristic graph, a device for estimating a physical property value for coal, a device for generating a coal characteristic graph, and a program.
電磁波を用いて物質を分析する手法がある。このような手法には、非破壊で試料全体の原子レベルの情報が得られるものがあり、代表例として測定対象の物質に対するNMR(Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴)測定により得られたデータを用いて分析する手法、測定対象の物質に赤外(Infra Red、IR)線を照射し、透過(又は、反射)した光を分光することでスペクトルを得て、物質を分析する手法がある。
特許文献1には、NMRスペクトルのノイズを低減する装置及び方法が開示されている。特許文献1では、NMRスペクトルのノイズを低減して、S/N比の高いNMRスペクトルを得ることができる。
また、特許文献2には、石炭中の無機鉱物の化学形態を推定するために、NMR法を利用して、石炭中の無機鉱物の化学形態を推定する方法が開示されている。
また、特許文献3には、従来の中赤外線スペクトルを測定する方法に比べて、赤外線を用いて材料を測定し、より簡便、且つ迅速な高分子材料のグレードを識別する方法が開示されている。
There is a method of analyzing a substance using electromagnetic waves. Some of such techniques can obtain information on the atomic level of the entire sample in a non-destructive manner. As a typical example, data obtained by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) measurement of a substance to be measured is used. There is a method for analyzing the substance by irradiating the substance to be measured with infrared (Infra Red, IR) rays and spectrally analyzing the transmitted (or reflected) light.
Further, Patent Document 2 discloses a method of estimating the chemical form of an inorganic mineral in coal by using an NMR method in order to estimate the chemical form of an inorganic mineral in coal.
Further, Patent Document 3 discloses a method of measuring a material by using infrared rays to identify a grade of a polymer material more simply and quickly, as compared with a conventional method of measuring a mid-infrared spectrum. ..
石炭を測定対象として得られた13C−NMRスペクトルには、石炭の特性についての有用な情報が含まれているが、NMRスペクトルの解釈には、NMRについての専門知識が必要となる。NMRについての専門知識がない者にとっては、石炭の13C−NMRスペクトルに含まれる情報を有用に活用できなかった。そこで、石炭の13C−NMRスペクトルを用いて、NMRスペクトルに関する専門知識がないようなユーザが、より容易に、より精度よく石炭の特性を把握できるように支援したいという要望がある。
しかし、特許文献1〜3等の従来技術では、このような要望を実現できなかった。
そこで、本発明は、石炭の13C−NMRスペクトルの情報を活用して、ユーザによる、より容易で、より精度のよい石炭の特性の把握を支援することを目的とする。
The 13 C-NMR spectrum obtained by measuring coal contains useful information about the characteristics of coal, but interpretation of the NMR spectrum requires expertise in NMR. The information contained in the 13 C-NMR spectrum of coal could not be utilized effectively for those who had no expertise in NMR. Therefore, there is a demand to support a user who does not have the specialized knowledge about the NMR spectrum by using the 13 C-NMR spectrum of the coal so that the characteristics of the coal can be grasped more easily and more accurately.
However, the prior arts of
Therefore, an object of the present invention is to utilize the information of 13 C-NMR spectrum of coal to assist the user in grasping the characteristics of coal more easily and more accurately.
本発明の推定方法は、物性値が既知の石炭である既知石炭の核種13CについてのNMR(Nuclear Magnetic Resonance)スペクトルを示す第1のスペクトルデータを取得する第1の取得工程と、前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータを説明変数のサンプルとして、前記既知石炭の前記物性値を目的変数のサンプルとして、前記第1のスペクトルデータと前記既知石炭の前記物性値とを用いた多変量解析により、前記説明変数と前記目的変数との関係を特定する特定工程と、前記物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得工程と、前記第2の取得工程で取得された前記第2のスペクトルデータと、前記特定工程で特定された前記関係と、に基づいて、前記未知石炭の前記物性値を推定する推定工程と、を含む。
また、本発明の生成方法は、物性値が既知の石炭である既知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第1のスペクトルデータを取得する第1の取得工程と、物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得工程と、前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータに対する主成分分析により求まる第1主成分と第2主成分とにそれぞれ対応する2つの軸で表されるグラフであって、前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータと前記第2の取得工程で取得された前記第2のスペクトルデータとのそれぞれに対応するオブジェクトがプロットされたグラフを生成する生成工程と、を含む。
The estimation method of the present invention includes a first acquisition step of acquiring first spectrum data showing an NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spectrum of a known coal nuclide 13 C which is a known physical property value, and the first step. The first spectrum data acquired in the acquisition step as a sample of explanatory variables, the physical property value of the known coal as a sample of the target variable, the first spectral data and the physical property value of the known coal By the multivariate analysis used, a specific step of specifying the relationship between the explanatory variable and the objective variable, and the second spectrum data showing the NMR spectrum of the nuclide 13 C of unknown coal whose physical property value is unknown. Based on the second acquisition step of acquiring, the second spectrum data acquired in the second acquisition step, and the relationship specified in the specifying step, the physical property value of the unknown coal And an estimation step of estimating.
In addition, the production method of the present invention includes a first acquisition step of acquiring first spectrum data showing an NMR spectrum of a nuclide 13 C of known coal which is a coal whose physical property value is known, and coal whose physical property value is unknown. By the second acquisition step of acquiring the second spectrum data showing the NMR spectrum of the nuclide 13 C of the unknown coal which is, and the principal component analysis on the first spectrum data acquired in the first acquisition step. It is a graph represented by two axes respectively corresponding to the first principal component and the second principal component that are obtained, the first spectral data acquired in the first acquiring step, and the second acquiring step. And a generation step of generating a graph in which objects corresponding to the respective second spectrum data acquired in
本発明によれば、石炭の13C−NMRスペクトルの情報を活用して、ユーザによるより容易で、より精度のよい石炭の特性の把握を支援することができる。 According to the present invention, the information of 13 C-NMR spectrum of coal can be utilized to assist the user in grasping the characteristics of coal more easily and more accurately.
<実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
<Embodiment>
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(着想)
石炭のコークス製造時の膨張性等には、種々の要因が複雑に関連していると考えられる。要因の中でも最多構成元素である炭素骨格構造の変化に種々の物性が大きく関連することが予想される。したがって、炭素環境の詳細な違いを反映した情報からの物性予測をもとに、コークス化に適した粘結性を有するための原炭選定手法を提案していくことが適当と考えられる。そのためにはまず、炭素骨格構造の違いを詳細に反映する分析手法の情報に基づいて、石炭の特性を分析することが有効と考えられる。
石炭の13C−NMRスペクトルには、元素分析では得られない炭素骨格構造(分子構造)に関する情報が含まれており、コークス製造において重要な石炭の各種物性値の情報が含まれていると考えられる。13C−NMRスペクトルとは、試料中の核種13C(7個の中性子を含む炭素の同位体)に対するNMR(Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴)の測定により得られるスペクトルである。NMRとは、磁気モーメントをもつ核種を含む試料を磁場の中におき、共鳴条件を満たす周波数の電磁波を加えたときにおこる共鳴現象である。
NMRスペクトルでは、ある特性に関わるとされる特定帰属スペクトル領域のみに着目した分析が行われてきたが、他の物性変化に関わりうる他の分子構造要因について考慮していなかった。そこで、発明者らは、13C−NMRスペクトルの個々のピークのみに着目するのではなく、重要な情報が含まれていると考えられる特定の化学シフトの範囲内のスペクトル全体をデータとみなし、これに多変量解析を適用して、石炭の物性値を推定するという着想を得た。このようにスペクトル全体のデータを用いることで、スペクトル解析の際の客観性を極力保持できる。
(idea)
It is considered that various factors are complicatedly related to the expansivity of coal during coke production. Among the factors, it is expected that various physical properties are greatly related to changes in the carbon skeleton structure, which is the most constituent element. Therefore, it is considered appropriate to propose a method for selecting raw coal that has cohesiveness suitable for coking, based on physical property prediction from information that reflects detailed differences in carbon environment. For that purpose, first, it is considered effective to analyze the characteristics of coal based on the information of the analysis method that reflects the difference in the carbon skeleton structure in detail.
The 13 C-NMR spectrum of coal contains information on the carbon skeleton structure (molecular structure) that cannot be obtained by elemental analysis, and is considered to contain information on various physical property values of coal important in coke production. To be The 13 C-NMR spectrum is a spectrum obtained by measurement of NMR (Nuclear Magnetic Resonance) for 13 C (a carbon isotope containing 7 neutrons) in the sample. NMR is a resonance phenomenon that occurs when a sample containing a nuclide having a magnetic moment is placed in a magnetic field and an electromagnetic wave having a frequency satisfying the resonance condition is applied.
In the NMR spectrum, an analysis focusing only on a specific attribution spectral region related to a certain property has been performed, but other molecular structural factors that may be related to other changes in physical properties have not been considered. Therefore, the inventors did not pay attention to only individual peaks of the 13 C-NMR spectrum, but regarded the entire spectrum within the range of a specific chemical shift considered to contain important information as data, By applying multivariate analysis to this, I got the idea to estimate the physical properties of coal. By using the data of the whole spectrum in this way, the objectivity at the time of spectrum analysis can be maintained as much as possible.
(実験)
発明者らは、得た着想の実効性の確認のための実験を行った。以下に発明者らが行った実験について説明する。
発明者らは、14種類の石炭A〜Nを用意した。図1は、石炭A〜Nの分類を示す図である。図1の表には、石炭A〜Nそれぞれについての、炭素含有率に基づいた分類と、Krevelenコールバンド上での分類と、が示されている。石炭は、石炭化度の高い方から、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭に分類される。また、瀝青炭は、粘結性に応じて、粘結性が相対的に高い高度瀝青炭と、粘結性が相対的に低い低度瀝青炭と、に分類される。
(Experiment)
The inventors conducted an experiment for confirming the effectiveness of the obtained idea. The experiments conducted by the inventors will be described below.
The inventors prepared 14 types of coals A to N. FIG. 1 is a diagram showing classification of coals A to N. The table of FIG. 1 shows the classification based on the carbon content and the classification on the Krevelen Coal band for each of the coals A to N. Coal is classified into anthracite, bituminous coal, sub-bituminous coal, lignite, lignite, and peat in descending order of degree of coalification. Further, bituminous coal is classified into high-grade bituminous coal having a relatively high caking property and low-grade bituminous coal having a relatively low caking property according to the caking property.
図2は、Krevelenコールバンド(以下で―は、コールバンドとする)であって、石炭A〜Nそれぞれがプロットされたコールバンドを示す図である。コールバンドは、石炭の構成元素の比である水素/炭素(H/C)及び酸素/炭素(O/C)それぞれに対応する2つの軸で表される2次元グラフである。図2のコールバンド上にプロットされた円形のオブジェクト、三角形のオブジェクト、菱形のオブジェクトは、それぞれ石炭A〜Nの何れかを示すオブジェクトである。円形のオブジェクトに対応する石炭は、ジラトメータを用いて最大膨張率(MD)が測定可能な石炭である。三角形のオブジェクトに対応する石炭は、ジラトメータを用いてMDが十分な精度で測定できなかった石炭である。菱形のオブジェクトに対応する石炭は、ジラトメータを用いてMDが測定できなかった石炭である。図2が示すように、石炭A〜D、I、J、Nそれぞれは、ジラトメータを用いてMDが測定できなかった石炭である。また、石炭E、G、Hそれぞれは、ジラトメータを用いてMDが十分な精度で測定できなかった石炭である。また、石炭F、K〜Lそれぞれは、ジラトメータを用いてMDが測定可能な石炭である。
図2のコールバンド上の実線の斜線群は、脱メタンに対応する反応線である。また、破線の斜線群は、脱水に対応する反応線である。また、一点鎖線の斜線群は、脱炭酸に対応する反応線である。
FIG. 2 is a view showing Krevelen call bands (hereinafter, − is a call band) in which the coals A to N are plotted. The Coal band is a two-dimensional graph represented by two axes corresponding to hydrogen/carbon (H/C) and oxygen/carbon (O/C), which are ratios of constituent elements of coal. A circular object, a triangular object, and a rhombic object plotted on the call band in FIG. 2 are objects indicating any of coals A to N, respectively. Coal corresponding to a circular object is coal whose maximum expansion coefficient (MD) can be measured using a dilatometer. The coal corresponding to the triangular object is the coal whose MD could not be measured with sufficient accuracy using a dilatometer. The coal corresponding to the diamond-shaped object is the coal whose MD could not be measured using the dilatometer. As shown in FIG. 2, each of coals A to D, I, J, and N is coal whose MD could not be measured using a dilatometer. Further, each of the coals E, G, and H is a coal whose MD could not be measured with sufficient accuracy using a dilatometer. Further, each of the coals F and KL is coal whose MD can be measured using a dilatometer.
Solid diagonal lines on the coul band in FIG. 2 are reaction lines corresponding to demethanization. The broken line group of the dashed lines is the reaction line corresponding to dehydration. The group of slanted lines indicated by alternate long and short dash lines is a reaction line corresponding to decarboxylation.
本実験の概要について説明する。
発明者らは、石炭A〜Nそれぞれについて、推定対象とする物性値それぞれを測定し、実測値を求めた。本実験では、推定対象とする石炭の物性値は、固定炭素量(Fixed Carbon:FC)、ビトリニット反射率(Ro)、揮発成分量(Volatile Matter:VM)それぞれとした。
FCは、石炭から揮発分と水分と灰分とを除いた固体の炭素の質量分率を示す。FCは、100%から固有水分、灰分、揮発成分量の石炭全体に対する質量分率(%)を差し引いて求められる。
Roは、石炭を研磨処理して反射率を測定し得られる平均値のことである。この反射率は測定の方向によって変化し、測定結果は、研磨した場所に依存する。
VMは、定められた条件下で石炭から揮発する成分の質量の石炭全体の質量に対する割合(質量分率)である。VMは、試料をふた付きのるつぼに入れて空気との接触を避けるように加熱し、その加熱減量の試料に対する質量分率(%)を求め、これから定量した水分を差し引くことで測定される。
The outline of this experiment will be described.
The inventors measured the respective physical property values to be estimated for each of the coals A to N and obtained the measured values. In this experiment, the physical property values of the coal to be estimated were the fixed carbon amount (Fixed Carbon: FC), the vitrinite reflectance (Ro), and the volatile component amount (volatile matter: VM), respectively.
FC indicates the mass fraction of solid carbon obtained by removing volatile matter, moisture and ash from coal. FC is obtained by subtracting the mass fraction (%) of the intrinsic water content, ash content, and amount of volatile components with respect to the entire coal from 100%.
Ro is an average value obtained by polishing the coal and measuring the reflectance. This reflectance changes depending on the direction of measurement, and the measurement result depends on the polishing location.
The VM is the ratio (mass fraction) of the mass of the component volatilized from the coal to the total mass of the coal under the specified conditions. The VM is measured by placing a sample in a crucible with a lid and heating it so as to avoid contact with air, determining the mass fraction (%) of the weight loss of the sample, and subtracting the quantified water content from this.
そして、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれを、物性値が既知の石炭として扱い、更に、石炭D、Gそれぞれを、物性値が未知の石炭として扱うこととした。そして、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルを説明変数のサンプルとし、更に、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての物性値を目的変数のサンプルとして、多変量解析を行い、目的変数を推定する推定関数を求めた。本実験では、発明者らは、この多変量解析として、主成分回帰分析(PCR)を用いた。また、発明者らは、この多変量解析として、部分的最小二乗回帰分析(PLS)を用いての実験も行った。
そして、発明者らは、石炭D、Gそれぞれについて、石炭D、Gそれぞれの13C−MAS−NMRスペクトルと、求めた推定関数と、を用いて物性値を推定した。石炭D、Gそれぞれについて推定した物性値と、石炭D、Gそれぞれの実際の物性値と、を比較することで、求めた推定関数による石炭の物性値の推定の精度を検証した。
以上が本実験の概要である。以下では、本実験の詳細について説明する。
Then, the inventors treat each of the coals A to C, E, F, and H to N as coal whose physical property value is known, and further treat each of the coals D and G as coal whose physical property value is unknown. did. Then, the inventors set 13 C-MAS-NMR spectra for each of coals A to C, E, F, and H to N as samples of explanatory variables, and further, to coals A to C, E, F, and H to N. Multivariate analysis was performed using the physical property values for each as a sample of the objective variable, and the estimation function for estimating the objective variable was obtained. In the present experiment, the inventors used principal component regression analysis (PCR) as this multivariate analysis. The inventors also performed an experiment using partial least squares regression analysis (PLS) as the multivariate analysis.
Then, the inventors estimated the physical property values of each of the coals D and G using the 13 C-MAS-NMR spectrum of each of the coals D and G and the obtained estimation function. By comparing the physical property values estimated for each of the coals D and G with the actual physical property values of each of the coals D and G, the accuracy of estimation of the physical property values of coal by the obtained estimation function was verified.
The above is the outline of this experiment. The details of this experiment will be described below.
図3は、従来の石炭の物性値の推定方法の一例について説明する図である。
図3のそれぞれのグラフは、(H/C)と物性値との対応と、(O/C)と物性値との対応と、を示すグラフである。図3のそれぞれのグラフの縦軸は、(O/C)又は(H/C)を示す。図3のそれぞれのグラフの横軸は、対応する物性値を示す。
図3(a)のグラフは、物性値:固定炭素(FC)に対応するグラフである。また、図3(b)のグラフは、物性値:ビトリニット反射率(Ro)に対応するグラフである。また、図3(c)のグラフは、物性値:揮発成分量(VM)に対応するグラフである。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional method for estimating physical property values of coal.
Each graph of FIG. 3 is a graph showing the correspondence between (H/C) and the physical property value and the correspondence between (O/C) and the physical property value. The vertical axis of each graph in FIG. 3 indicates (O/C) or (H/C). The horizontal axis of each graph in FIG. 3 indicates the corresponding physical property value.
The graph of FIG. 3A is a graph corresponding to physical property value: fixed carbon (FC). Further, the graph of FIG. 3B is a graph corresponding to the physical property value: vitrinite reflectance (Ro). In addition, the graph of FIG. 3C is a graph corresponding to physical property value: volatile component amount (VM).
図3(a)のグラフ中のオブジェクト301とオブジェクト302とを除く各矩形オブジェクトは、石炭A〜Nそれぞれについての、(H/C)とFCの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト303は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト304は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線305は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する矩形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(H/C)とFCとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてFCの議論・推定が行われていた。
オブジェクト301は、石炭Dの(H/C)と、石炭Dの(H/C)から回帰線305を用いて定まる石炭DのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト301が示すFCの値は、石炭DのFCの推定値である。また、オブジェクト302は、石炭Gの(H/C)と、石炭Gの(H/C)から回帰線305を用いて定まる石炭GのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト302が示すFCの値は、石炭GのFCの推定値である。
Each rectangular object excluding the
The
The
図3(a)のグラフ中の各円形オブジェクト、矩形のオブジェクト308、309は、石炭A〜Nそれぞれについての(O/C)とFCの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト308は、石炭Dに対応するオブジェクトであり、石炭Dの(O/C)とFCの実測値とに対応する位置にプロットされている。オブジェクト309は、石炭Gに対応するオブジェクトであり、石炭Gの(O/C)とFCの実測値とに対応する位置にプロットされている。各円形オブジェクトは、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれに対応するオブジェクトであり、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれについての(O/C)とFCの実測値とに対応する位置にそれぞれプロットされている。
回帰線310は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する円形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(O/C)とFCとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてFCの議論・推定が行われていた。
オブジェクト306は、石炭Dの(O/C)と、石炭Dの(O/C)から回帰線310を用いて定まる石炭DのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト306が示すFCの値は、石炭DのFCの推定値である。また、オブジェクト307は、石炭Gの(O/C)と、石炭Gの(O/C)から回帰線310を用いて定まる石炭GのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト307が示すFCの値は、石炭GのFCの推定値である。
The circular objects and the
The
The
図3(b)のグラフ中のオブジェクト311とオブジェクト312とを除く各矩形オブジェクトは、石炭A〜Nそれぞれについての、(H/C)とRoの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト313は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト314は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線315は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する矩形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(H/C)とRoとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてRoの議論・推定が行われていた。
オブジェクト311は、石炭Dの(H/C)と、石炭Dの(H/C)から回帰線315を用いて定まる石炭DのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト311が示すRoの値は、石炭DのRoの推定値である。また、オブジェクト312は、石炭Gの(H/C)と、石炭Gの(H/C)から回帰線315を用いて定まる石炭GのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト312が示すRoの値は、石炭GのRoの推定値である。
Each rectangular object excluding the
The
The
図3(b)のグラフ中の各円形オブジェクト、矩形のオブジェクト318、319は、石炭A〜Nそれぞれについての(O/C)とRoの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト318は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト319は、石炭Gに対応するオブジェクトである。各円形オブジェクトは、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれに対応するオブジェクトであり、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれについての(O/C)とRoの実測値とに対応する位置にそれぞれプロットされている。
回帰線320は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する円形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(O/C)とRoとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてRoの議論・推定が行われていた。
オブジェクト316は、石炭Dの(O/C)と、石炭Dの(O/C)から回帰線320を用いて定まる石炭DのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト316が示すRoの値は、石炭DのRoの推定値である。また、オブジェクト317は、石炭Gの(O/C)と、石炭Gの(O/C)から回帰線320を用いて定まる石炭GのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト317が示すRoの値は、石炭GのRoの推定値である。
The circular objects and the
The
The
図3(c)のグラフ中のオブジェクト321とオブジェクト322とを除く各矩形オブジェクトは、石炭A〜Nそれぞれについての(H/C)とVMの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト323は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト324は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線325は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する矩形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(H/C)とVMとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてVMの議論・推定が行われていた。
オブジェクト321は、石炭Dの(H/C)と、石炭Dの(H/C)から回帰線325を用いて定まる石炭DのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト321が示すVMの値は、石炭DのVMの推定値である。また、オブジェクト322は、石炭Gの(H/C)と、石炭Gの(H/C)から回帰線325を用いて定まる石炭GのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト322が示すVMの値は、石炭GのVMの推定値である。
Each rectangular object excluding the
The
The
図3(c)のグラフ中の各円形オブジェクト、矩形のオブジェクト328、329は、石炭A〜Nそれぞれについての(O/C)とVMの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト328は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト329は、石炭Gに対応するオブジェクトである。各円形オブジェクトは、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれに対応するオブジェクトであり、石炭A〜C、E〜F、H〜Nそれぞれについての(O/C)とVMの実測値とに対応する位置にそれぞれプロットされている。
回帰線330は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応する円形オブジェクトの位置に基づいて、最小二乗法で求められた、(O/C)とVMとの関係を示す直線状の回帰線である。従来、このように石炭化進行度の指標である元素比との相関・回帰線を用いてVMの議論・推定が行われていた。
オブジェクト326は、石炭Dの(O/C)と、石炭Dの(O/C)から回帰線330を用いて定まる石炭DのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト326が示すVMの値は、石炭DのVMの推定値である。また、オブジェクト327は、石炭Gの(O/C)と、石炭Gの(O/C)から回帰線330を用いて定まる石炭GのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト327が示すVMの値は、石炭GのVMの推定値である。
The circular objects and the
The
The
本実験では、発明者らは、石炭A〜Nそれぞれについて、NMR測定装置を用いた13Cに対するMAS(Magic Angle Spinning)法によるNMR測定を行い、13C−NMRスペクトルを測定する。以下では、MAS法で得られた13C−NMRスペクトルを、13C−MAS−NMRスペクトルとする。また、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルそれぞれの面積を同じにするように正規化した。
図4は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルを示す図である。図4の13C−MAS−NMRスペクトルの横軸は、予め定められた基準物質(本実験では、テトラメチルシラン)に含まれる13Cの共鳴周波数を基準として、試料に照射された電磁波の周波数と基準の周波数との差分の程度(化学シフト)を示す。化学シフトは、ppm(parts per million)単位で表される。13C−MAS−NMRスペクトルの縦軸は、共鳴の強度を示す。図4に示す石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルは、面積が同じになるように正規化されている。
In the present experiment, the inventors carry out NMR measurement by a MAS (Magic Angle Spinning) method for 13 C using an NMR measurement device for each of coals A to N, and measure 13 C-NMR spectra. Hereinafter, the 13 C-NMR spectrum obtained by the MAS method is referred to as a 13 C-MAS-NMR spectrum. The inventors also normalized the areas of the 13 C-MAS-NMR spectra of coals A to C, E, F, and H to N to be the same.
FIG. 4 is a chart showing 13 C-MAS-NMR spectra of coals A to C, E, F, and H to N, respectively. The horizontal axis of the 13 C-MAS-NMR spectrum in FIG. 4 is the frequency of the electromagnetic wave with which the sample is irradiated with the 13 C resonance frequency contained in a predetermined reference substance (tetramethylsilane in this experiment) as the reference. Shows the degree of difference (chemical shift) from the reference frequency. Chemical shifts are expressed in ppm (parts per million). The vertical axis of the 13 C-MAS-NMR spectrum indicates the intensity of resonance. The 13 C-MAS-NMR spectra for each of the coals A to C, E, F, and H to N shown in FIG. 4 are normalized so that the areas are the same.
発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルのデータを説明変数のサンプルとし、更に、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての物性値を目的変数のサンプルとして、多変量解析(PCR、PLS)を行い、目的変数を推定する推定関数を求めた。PCRとは、主成分分析(PCA)と回帰分析とを組みあわせた手法であり、説明変数のサンプルに対するPCAの結果得られた主成分と、目的変数と、の関係を示す回帰関数を求める手法である。また、PLSとは、目的変数との共分散が最大になるように説明変数が変換された主成分と、目的変数と、に基づいて、主成分から目的変数を推定する回帰関数を求める手法である。
PCRを用いた実験の詳細について説明する。発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルそれぞれを、以下のような1134次元のベクトルとして表した。即ち、n番目の要素が、化学シフト(図4の横軸の値)0.194175×(n−1)(ppm)に対応する13C−MAS−NMRスペクトルの値を示すベクトルである。以下では、このベクトルを、スペクトルベクトルとする。
The inventors used the data of 13 C-MAS-NMR spectra for each of coals A to C, E, F, and H to N as samples of explanatory variables, and further to coals A to C, E, F, and H to N. Multivariate analysis (PCR, PLS) was performed using the physical property values for each as a sample of the objective variable to obtain an estimation function for estimating the objective variable. PCR is a method that combines principal component analysis (PCA) and regression analysis, and is a method for obtaining a regression function indicating the relationship between the principal component obtained as a result of PCA for a sample of explanatory variables and the objective variable. Is. PLS is a method for obtaining a regression function that estimates an objective variable from the principal component based on the principal component whose explanatory variables are transformed so that the covariance with the objective variable is maximized and the objective variable. is there.
The details of the experiment using PCR will be described. The inventors represented each 13 C-MAS-NMR spectrum for each of coals A to C, E, F, and H to N as a 1134-dimensional vector as follows. That is, the n-th element is a vector indicating the value of the 13 C-MAS-NMR spectrum corresponding to the chemical shift (value on the horizontal axis of FIG. 4) 0.194175×(n−1) (ppm). Hereinafter, this vector will be referred to as a spectrum vector.
そして、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについてのスペクトルベクトル(12個のスペクトルベクトル)を説明変数のサンプルとして、この12個のスペクトルベクトルに対してPCAを行った。第1主成分の寄与率は、92.1%であり、第2主成分の寄与率は、3.7%であった。発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれのスペクトルベクトルに対するPCAで求まった第一主成分が、コールバンドのO/C及びH/C値との相関があり、炭化度の変化に伴う最も大きな構造変化を示している可能性があることを見出した。
そして、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについてのスペクトルベクトルの第1主成分の値と、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての物性値と、に基づいて、最小二乗法を用いて、スペクトルベクトルの第1主成分(説明変数の第1主成分)から物性値(目的変数)を推定する1次式の回帰関数を求めた。発明者らは、求めた回帰関数を用いて、石炭D、Gのスペクトルベクトルから、石炭D、Gそれぞれについての物性値の推定値を求めた。
Then, the inventors performed PCA on these 12 spectrum vectors using the spectrum vectors (12 spectrum vectors) for each of the coals A to C, E, F, and H to N as samples of explanatory variables. It was The contribution rate of the first main component was 92.1%, and the contribution rate of the second main component was 3.7%. The inventors have found that the first main component obtained by PCA for the respective spectrum vectors of coals A to C, E, F, and H to N has a correlation with the O/C and H/C values of the call band, It was found that it may show the largest structural change with the change of degree.
Then, the inventors have determined the value of the first principal component of the spectrum vector for each of the coals A to C, E, F, and H to N, and the physical property values for each of the coals A to C, E, F, and H to N. And a linear regression function for estimating the physical property value (objective variable) from the first principal component of the spectrum vector (first principal component of the explanatory variable) was obtained using the least squares method. The inventors calculated the estimated value of the physical property value for each of the coals D and G from the spectrum vector of the coals D and G using the obtained regression function.
図5は、PCRを用いた物性値の推定方法の一例について説明する図である。図5のそれぞれのグラフの横軸は、対応する物性値の値を示す。図5のそれぞれのグラフの縦軸は、説明変数(スペクトルベクトル)の第1主成分の値を示す。図5(a)は、物性値FCに対応するグラフである。図5(b)は、物性値Roに対応するグラフである。図5(c)は、物性値VMに対応するグラフである。
図5(a)のグラフ中にプロットされているオブジェクトそれぞれは、オブジェクト501とオブジェクト502とを除いて、石炭A〜Nそれぞれについての、スペクトルベクトルの第1主成分とFCの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト503は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト504は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線505は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応するスペクトルベクトルの第1主成分とFCの実測値とに基づいて、最小二乗法で求められた、スペクトルベクトルの第1主成分とFCとの関係を示す直線状の回帰線である。本実験では、発明者らは、この回帰線505を用いて、石炭D、Gそれぞれについて、FCの値を推定した。
オブジェクト501は、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線505を用いて定まる石炭DのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト501が示すFCの値は、石炭DのFCの推定値である。また、オブジェクト502は、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線505を用いて定まる石炭DのFCの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト502が示すFCの値は、石炭GのFCの推定値である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for estimating a physical property value using PCR. The horizontal axis of each graph in FIG. 5 indicates the value of the corresponding physical property value. The vertical axis of each graph in FIG. 5 represents the value of the first principal component of the explanatory variable (spectral vector). FIG. 5A is a graph corresponding to the physical property value FC. FIG. 5B is a graph corresponding to the physical property value Ro. FIG. 5C is a graph corresponding to the physical property value VM.
Each of the objects plotted in the graph of FIG. 5A corresponds to the first principal component of the spectrum vector and the measured value of FC for each of the coals A to N, except for the
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図5(b)のグラフ中にプロットされているオブジェクトそれぞれは、オブジェクト506とオブジェクト507とを除いて、石炭A〜Nそれぞれについての、スペクトルベクトルの第1主成分とRoの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト508は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト509は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線510は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応するスペクトルベクトルの第1主成分とRoの実測値とに基づいて、最小二乗法で求められた、スペクトルベクトルの第1主成分とRoとの関係を示す直線状の回帰線である。本実験では、発明者らは、この回帰線510を用いて、石炭D、Gそれぞれについて、Roの値を推定した。
オブジェクト506は、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線510を用いて定まる石炭DのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト506が示すRoの値は、石炭DのRoの推定値である。また、オブジェクト507は、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線510を用いて定まる石炭DのRoの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト507が示すRoの値は、石炭GのRoの推定値である。
Each of the objects plotted in the graph of FIG. 5B corresponds to the first principal component of the spectrum vector and the measured value of Ro for each of the coals A to N, except for the
The
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図5(c)のグラフ中にプロットされているオブジェクトそれぞれは、オブジェクト511とオブジェクト512とを除いて、石炭A〜Nそれぞれについての、スペクトルベクトルの第1主成分とVMの実測値との対応を示すオブジェクトである。オブジェクト513は、石炭Dに対応するオブジェクトである。オブジェクト514は、石炭Gに対応するオブジェクトである。
回帰線515は、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれに対応するスペクトルベクトルの第1主成分とVMの実測値とに基づいて、最小二乗法で求められた、スペクトルベクトルの第1主成分とVMとの関係を示す直線状の回帰線である。本実験では、発明者らは、この回帰線510を用いて、石炭D、Gそれぞれについて、VMの値を推定した。
オブジェクト511は、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Dのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線515を用いて定まる石炭DのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト511が示すVMの値は、石炭DのVMの推定値である。また、オブジェクト512は、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分と、石炭Gのスペクトルベクトルの第1主成分から回帰線515を用いて定まる石炭DのVMの推定値と、に対応する位置にプロットされたオブジェクトである。即ち、オブジェクト512が示すVMの値は、石炭GのVMの推定値である。
発明者らは、図5の各グラフから、石炭のFC、Ro、VMに関しては、図3と比較して、第1主成分とより高い相関を示すことを見出した。
Each of the objects plotted in the graph of FIG. 5C corresponds to the first principal component of the spectrum vector and the measured value of the VM for each of the coals A to N, except for the
The
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The inventors have found from the graphs in FIG. 5 that FC, Ro, and VM of coal show a higher correlation with the first principal component as compared with FIG. 3.
また、発明者らは、物性値が既知の石炭(石炭A〜C、E、F、H〜N)それぞれについてのスペクトルベクトルに対するPCAにより得られた第1主成分を示す軸と第2主成分を示す軸とで表される2次元のグラフに、物性値が既知の石炭と、物性値が未知の石炭と、をプロットすることで、以下のような効果を奏することができる可能性があるとの着想を得た。即ち、その平面を視認したユーザが、その平面上で、物性値が未知の石炭に対応する位置と、物性値が既知の石炭に対応する位置と、の双方を把握することで、物性値が未知の石炭の特性を推測することができるようにすることができるとの効果である。例えば、ユーザは、その平面上で、物性値が既知の石炭の近傍に、物性値が未知の石炭がプロットされている場合、物性値が未知のその石炭の特性(特にここでは炭素骨格構造)は、物性値が既知のその石炭の特性に近い特性を有すると推測できる。
この着想の実効性を検証するため、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについてのスペクトルベクトルに対するPCAにより得られた第1主成分を示す軸と第2主成分を示す軸とで表される2次元のグラフを生成し、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれと、石炭D、Gそれぞれと、をプロットした。
In addition, the inventors have obtained an axis indicating the first principal component obtained by PCA for the spectrum vector of each of the coals (coal A to C, E, F, H to N) whose physical property values are known, and the second principal component. By plotting a coal with known physical properties and a coal with unknown physical properties on a two-dimensional graph represented by an axis indicating the following, the following effects may be achieved. I got the idea. That is, the user visually recognizing the plane, on the plane, by grasping both the position corresponding to the coal whose physical property value is unknown and the position corresponding to the coal whose physical property value is known, the physical property value is The effect is to be able to estimate the characteristics of unknown coal. For example, if the user plots a coal with an unknown physical property value on the plane in the vicinity of a coal with a known physical property value, the characteristics of the coal whose physical property value is unknown (especially here, carbon skeleton structure) Can be inferred to have characteristics close to those of the coal whose physical properties are known.
In order to verify the effectiveness of this idea, the inventors have shown the axis indicating the first principal component and the second principal component obtained by PCA for the spectrum vectors of coals A to C, E, F, and H to N, respectively. The two-dimensional graph represented with the axis|shaft which shows is produced|generated, and each coal A-C, E, F, H-N and each coal D, G were plotted.
石炭A〜Nそれぞれがプロットされたこのグラフを図6に示す。図6が示す各石炭の分布の様子と、図2のコールバンドが示す各石炭の分布の様子と、を見ると、石炭AとBとが他の石炭同士よりも近くに存在し、石炭K、L、Mが他の石炭同士よりも近くに存在し、その他の石炭同士も相対的に近傍に位置している点が共通している。このように、図6のグラフは、石炭の特性に応じた分布を示す図2のコールバンドと共通する特徴を有しており、石炭の特性に応じた分布を示す可能性があることが確認された。図6のグラフは、石炭の特性に応じた分布を示す石炭特性グラフの一例である。
また、図6のグラフにおいては、図2のコールバンドと比べて、N炭は、A〜C炭のようなより褐炭に近い領域に位置している。また、E、H、I、J炭の高度瀝青炭に近い方からの序列が図2とは逆になっており、元素比では得られない炭素骨格構造の違いに基づいた炭種の違いが第一主成分の軸沿いに明確に分離されることが確認された。
よって、発明者らは、物性値が既知の石炭についてのスペクトルベクトルに対するPCAにより得られた第1主成分を示す軸と第2主成分を示す軸とで表される2次元のグラフに、物性値が既知の石炭と、物性値が未知の石炭と、をプロットしたグラフをユーザに提示することで、ユーザによる石炭の特性(特に、炭素構造)の把握を支援できるとの知見を得た。以下では、この知見を、第1の知見とする。
This graph in which each of coals A to N is plotted is shown in FIG. Looking at the distribution of each coal shown in FIG. 6 and the distribution of each coal shown by the coal band of FIG. 2, coals A and B exist closer to each other than coals other than coal K. , L, M are closer to each other than other coals, and the other coals are also relatively close to each other. As described above, the graph of FIG. 6 has the same characteristics as the coal band of FIG. 2 showing the distribution according to the characteristics of coal, and it is confirmed that there is a possibility of showing the distribution according to the characteristics of coal. Was done. The graph of FIG. 6 is an example of a coal characteristic graph showing a distribution according to the characteristics of coal.
Further, in the graph of FIG. 6, N charcoal is located in a region closer to brown coal, such as AC charcoal, as compared with the coal band of FIG. In addition, the order of E, H, I, and J coals from the side closer to the advanced bituminous coal is opposite to that in Fig. 2, and the difference in coal type based on the difference in carbon skeleton structure that cannot be obtained by the element ratio is the first. It was confirmed that they were clearly separated along the axis of one main component.
Therefore, the inventors of the present invention have a physical property on a two-dimensional graph represented by an axis indicating the first principal component and an axis indicating the second principal component, which are obtained by PCA for a spectrum vector of coal whose physical property value is known. By presenting a graph plotting coal with known values and coal with unknown physical properties to the user, we have found that it is possible to assist the user in understanding the characteristics of the coal (in particular, carbon structure). Hereinafter, this finding will be referred to as the first finding.
次に、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルのデータを説明変数とし、更に、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての物性値を目的変数として、多変量解析であるPLSを行った実験の詳細について説明する。発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルそれぞれを、1134次元のベクトルとして表した。PCAでは、説明変数からなるべく情報量が大きくなるように主成分を求めて、情報の要約・分類が行われるのに対して、PLSでは、なるべく説明変数の情報を維持しながら目的変数(物性値、VMやRo等)との関係が大きいように主成分が求められることで、目的変数の定量的予測が可能となる。
そして、発明者らは、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれについてのスペクトルベクトル(12個のスペクトルベクトル)を説明変数のサンプルとし、更に、石炭A〜C、E、F、H〜Nそれぞれの物性値を目的変数のサンプルとして、PLSを行った。発明者らは、PLSの結果、説明変数から目的変数を推定するための回帰関数を取得した。
Next, the data of 13 C-MAS-NMR spectra for each of the coals A to C, E, F, and H to N were used as explanatory variables, and further, the physical properties of each of the coals A to C, E, F, and H to N Details of an experiment in which PLS, which is a multivariate analysis, is performed with a value as an objective variable will be described. The inventors represented each 13 C-MAS-NMR spectrum for each of coals A to C, E, F, and H to N as a 1134-dimensional vector. In PCA, the principal components are calculated so that the amount of information is as large as possible from the explanatory variables, and the information is summarized/classified, whereas in PLS, the objective variable (physical property value , VM, Ro, etc.), the principal variable is calculated so that it has a large relationship with the target variable, so that the objective variable can be quantitatively predicted.
Then, the inventors set spectral vectors (12 spectral vectors) for each of the coals A to C, E, F, and H to N as samples of explanatory variables, and further, to the coals A to C, E, F, and H. PLS was performed using each of the physical property values of N as a sample of the objective variable. As a result of PLS, the inventors obtained a regression function for estimating an objective variable from an explanatory variable.
そして、発明者らは、石炭A〜Nそれぞれについて、スペクトルベクトルに基づいて、取得した回帰関数を用いて、物性値の推定値を求めた。
図7は、石炭A〜Nそれぞれについての物性値の実測値と、PLSを行い得られた回帰関数から推定した物性値の推定値と、の対応を示すグラフである。図7の各グラフの横軸は、対応する物性値の実測値を示す。また、図7の各グラフの縦軸は、対応する物性値の推定値を示す。仮に、ある石炭の物性値の推定値が理想的に推定されている場合、図7の各グラフにおいて、その石炭は、対応する横軸の値(物性値の実測値)と、対応する縦軸の値(物性値の推定値)と、が等しくなる。図7(a)のグラフは、FCに対応するグラフである。図7(b)のグラフは、Roに対応するグラフである。図7(c)のグラフは、VMに対応するグラフである。
図7(a)のグラフのオブジェクト701は、石炭Dに対応する。即ち、オブジェクト701に対応する縦軸の値は、石炭DのFCの推定値である。また、オブジェクト702は、石炭Gに対応する。即ち、オブジェクト702に対応する縦軸の値は、石炭GのFCの推定値である。
図7(b)のグラフのオブジェクト703は、石炭Dに対応する。即ち、オブジェクト703に対応する縦軸の値は、石炭DのRoの推定値である。また、オブジェクト704は、石炭Gに対応する。即ち、オブジェクト704に対応する縦軸の値は、石炭GのRoの推定値である。
図7(c)のグラフのオブジェクト705は、石炭Dに対応する。即ち、オブジェクト705に対応する縦軸の値は、石炭DのVMの推定値である。また、オブジェクト706は、石炭Gに対応する。即ち、オブジェクト706に対応する縦軸の値は、石炭GのVMの推定値である。
And the inventors calculated|required the estimated value of a physical-property value about each of coal A-N using the acquired regression function based on a spectrum vector.
FIG. 7: is a graph which shows the correspondence of the measured value of the physical-property value about each of coal A-N, and the estimated value of the physical-property value estimated from the regression function obtained by performing PLS. The horizontal axis of each graph in FIG. 7 indicates the actual measurement value of the corresponding physical property value. Further, the vertical axis of each graph in FIG. 7 shows the estimated value of the corresponding physical property value. If the estimated value of the physical property value of a certain coal is ideally estimated, in each graph of FIG. 7, the coal has a corresponding horizontal axis value (measured value of the physical property value) and a corresponding vertical axis. Is equal to the value of (estimated value of physical property value). The graph of FIG. 7A is a graph corresponding to FC. The graph of FIG. 7B is a graph corresponding to Ro. The graph of FIG. 7C is a graph corresponding to VM.
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図8に、本実験における石炭D、Gについての物性値の推定結果を示す。図8のグラフは、物性値、実測値、従来技術(O/C、H/C)、本実験例(PCR、PLS)の項目を含む。
図8のグラフの物性値の項目は、推定対象の物性値を示す項目である。実測値の項目は、対応する物性値の実測値を示す項目である。従来技術O/Cの項目は、図3等を用いて説明した従来の推定方法のうち、石炭のO/Cに基づいて推定された(回帰線310、320、330を用いて推定された)物性値の値を示す項目である。即ち、従来技術O/Cの項目の各値は、図3の各グラフにおけるオブジェクト306、307、316、317、326、327それぞれに対応する横軸の値となる。
従来技術H/Cの項目は、図3等を用いて説明した従来の推定方法のうち、石炭のH/Cに基づいて推定された(回帰線305、315、325を用いて推定された)物性値の値を示す項目である。即ち、従来技術H/Cの項目の各値は、図3の各グラフにおけるオブジェクト301、302、311、312、321、322それぞれに対応する横軸の値となる。
FIG. 8 shows the estimation results of the physical property values of coals D and G in this experiment. The graph of FIG. 8 includes items of physical property values, actual measurement values, conventional techniques (O/C, H/C), and this experimental example (PCR, PLS).
The item of physical property value in the graph of FIG. 8 is an item indicating the physical property value of the estimation target. The item of the actual measurement value is an item indicating the actual measurement value of the corresponding physical property value. The item of the prior art O/C was estimated based on the O/C of coal among the conventional estimation methods described with reference to FIG. 3 and the like (estimated using the
The item of the prior art H/C was estimated based on the H/C of coal among the conventional estimation methods described using FIG. 3 and the like (estimated using
本実験例PCRの項目は、図5等を用いて説明したPCRを行って得られた回帰関数(回帰線505、510、515が示す関数)を用いて推定された物性値の推定値を示す項目である。即ち、本実験例PCRの項目の各値は、図5の各グラフにおけるオブジェクト501、502、506、507、511、512それぞれに対応する横軸の値となる。
本実験例PCRの項目は、図7等を用いて説明したPLSを行って得られた回帰関数を用いて推定された物性値の推定値を示す項目である。即ち、本実験例PLSの項目の各値は、図7の各グラフにおけるオブジェクト701〜706それぞれに対応する縦軸の値となる。
図8のグラフを見ると、石炭DのFC、Roそれぞれについては、本実験例の方が、従来技術よりも精度よく推定できていることが確認できる。
また、図5の各グラフにおけるグラフ中の回帰線を基準とした各オブジェクトのばらつきは、図3の各グラフにおけるグラフ中の回帰線を基準とした各オブジェクトのばらつきよりも小さいことが分かる。そのため、図5の各グラフの回帰線は、図3の各グラフの回帰線よりも、より精度よく物性値を推定できる回帰線と考えられる。
また、図7の各グラフにおけるプロットされたオブジェクト(オブジェクト701〜706を除く)を見ると、PLSに用いたサンプル群(石炭A〜C、E、F、H〜N)について、物性値の予測値と実測値とは、ほぼ一致していることが分かる。また、オブジェクト701〜706についても、適切な精度で予測できており、相関性についても図3に示したO/Cの場合より0.1ポイント以上向上したことが確認された。
以上より、発明者らは、物性値が既知の石炭についてのスペクトルベクトルを説明変数のサンプルとして、その石炭の物性値を目的変数のサンプルとして、多変量解析を行い得られた推定関数を用いて、物性値が未知の石炭の物性値を推定することで、より精度よく推定できる場合があるとの知見を得た。以下では、この知見を第2の知見とする。
The item of this experimental example PCR indicates the estimated value of the physical property value estimated by using the regression function (the function indicated by the
The item of this experimental example PCR is an item indicating the estimated value of the physical property value estimated using the regression function obtained by performing the PLS described with reference to FIG. That is, each value of the item of this experimental example PLS becomes a value on the vertical axis corresponding to each of the
From the graph of FIG. 8, it can be confirmed that, for each of FC and Ro of coal D, the present experimental example can be estimated more accurately than the prior art.
Further, it can be seen that the variation of each object based on the regression line in the graph in each graph of FIG. 5 is smaller than the variation of each object based on the regression line in the graph of each graph of FIG. Therefore, the regression line of each graph of FIG. 5 is considered to be a regression line that can estimate the physical property value more accurately than the regression line of each graph of FIG.
Further, looking at the plotted objects (excluding the
From the above, the inventors have used the estimation function obtained by performing a multivariate analysis, using the spectral vector of coal whose physical property value is known as an explanatory variable sample, and the physical property value of that coal as an objective variable sample. We have found that estimating physical properties of coal whose physical properties are unknown may lead to more accurate estimation. Hereinafter, this finding will be referred to as the second finding.
発明者らは、第2の知見から、物性値が既知の石炭についてスペクトルベクトルを説明変数のサンプルとし、更に、その石炭についての物性値を目的変数のサンプルとして、多変量解析を行い、目的変数の推定関数を取得し、取得した推定関数を用いて、物性値が未知の石炭の物性値を推定する方法について想到した。
そこで、本実施形態の推定方法の概要は、以下の通りである。まず、物性値が既知の石炭についてスペクトルベクトルを取得し、取得したスペクトルベクトルを説明変数のサンプルとし、更に、その石炭についての物性値を目的変数のサンプルとして、多変量解析を行い、目的変数の推定関数を取得する。そして、物性値が未知の石炭のスペクトルベクトルを取得し、取得したスペクトルベクトルから、取得した推定関数を用いて、その石炭の物性値を推定する。
From the second finding, the inventors performed a multivariate analysis by using a spectrum vector as a sample of an explanatory variable for coal whose physical property value is known, and further performing a multivariate analysis using the physical property value of the coal as a sample of an objective variable. The method of estimating the physical property value of coal whose physical property value is unknown by using the acquired estimating function was devised.
Therefore, the outline of the estimation method of the present embodiment is as follows. First, to obtain a spectrum vector for the coal whose physical property value is known, the acquired spectral vector as a sample of explanatory variables, further, the physical property value for that coal as a sample of the objective variable, multivariate analysis is performed, Get the estimation function. Then, a spectrum vector of coal whose physical property value is unknown is acquired, and the physical property value of the coal is estimated from the acquired spectrum vector using the acquired estimation function.
また、発明者らは、第1の知見から、物性値が既知の石炭についてのスペクトルベクトルに対するPCAにより得られた第1主成分を示す軸と第2主成分を示す軸とで表される2次元のグラフに、物性値が既知の石炭と、物性値が未知の石炭と、をプロットしたグラフを生成する方法について想到した。
そこで、本実施形態の生成方法の概要は、以下の通りである。まず、物性値が既知の石炭についてスペクトルベクトルを取得し、取得したスペクトルベクトルを説明変数のサンプルとして、PCAを行い、説明変数の第1主成分と第2主成分とを決定する。そして、この第1主成分に対応する軸と、第2主成分に対応する軸と、で表されるグラフを生成し、生成したグラフに、この物性値が既知の石炭と、物性値が未知の石炭と、をプロットする。
Further, from the first knowledge, the inventors have expressed an axis indicating the first principal component and an axis indicating the second principal component obtained by PCA for the spectrum vector of coal whose physical property values are known. A method for generating a graph in which a coal having a known physical property value and a coal having an unknown physical property value are plotted on a dimensional graph has been conceived.
Therefore, the outline of the generation method of the present embodiment is as follows. First, a spectrum vector is acquired for coal whose physical property values are known, PCA is performed using the acquired spectrum vector as a sample of the explanatory variable, and the first principal component and the second principal component of the explanatory variable are determined. Then, a graph represented by an axis corresponding to the first main component and an axis corresponding to the second main component is generated, and coal having the known physical property values and unknown physical property values are generated in the generated graph. And the coal of.
(解析システム)
(評価システムの詳細)
図9は、本実施形態の解析システムのシステム構成の一例を示す図である。
解析システムは、情報処理装置900、NMR測定装置901を含む。
情報処理装置900は、NMR測定装置901により測定された石炭の13C−MAS−NMRスペクトルを解析するパーソナルコンピュータ(PC)、サーバ装置等の情報処理装置である。また、他の例として、情報処理装置900は、NMR測定装置901に組み込まれているコンピュータであることとしてもよい。
NMR測定装置901は、測定対象の試料について、MAS法を用いて核種13CのNMRを測定する測定装置である。本実施形態では、NMR測定装置901は、測定により、図4と同様に、化学シフト0(ppm)〜220(ppm)の範囲における共鳴の強度のデータを取得する。即ち、化学シフトの特定の範囲である0(ppm)〜220(ppm)の範囲における共鳴の強度のデータを取得する。また、NMR測定装置901は、化学シフト0(ppm)〜220(ppm)の範囲における共鳴の強度のデータとして、n番目の要素が、化学シフト0.194175×(n−1)(ppm)における共鳴の強度の値を示すベクトルのデータ(スペクトルベクトル)を取得するとする。
(Analysis system)
(Details of evaluation system)
FIG. 9 is a diagram showing an example of the system configuration of the analysis system of this embodiment.
The analysis system includes an
The
The
(情報処理装置の詳細)
図10は、情報処理装置900のハードウェア構成の一例を示す図である。情報処理装置900は、CPU1001、主記憶装置1002、補助記憶装置1003、デバイスI/F1004、入力部1005、出力部1006を含む。各要素は、システムバス1007を介して相互に通信可能に接続されている。情報処理装置は、石炭の物性値の推定装置の一例である。また、情報処理装置は、各石炭の特性に応じた分布の様子を示す石炭特性グラフの生成装置の一例である。
CPU1001は、情報処理装置900を制御する中央演算装置である。主記憶装置1002は、CPU1001のワークエリアやデータの一時的な記憶領域として機能するRandom Access Memory(RAM)等の記憶装置である。補助記憶装置1003は、各種プログラム、各種設定情報、各種画像データ等を記憶するRead Only Memory(ROM)、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)等の記憶装置である。デバイスI/F1004は、NMR測定装置901等の外部のデバイスとの間での情報の入出力に用いられるインターフェースである。入力部1005は、マウス、キーボード、マイク、タッチパネル等の入力部である。出力部は、モニタ、スピーカ、タッチパネルの表示部等の出力部である。
CPU1001が、補助記憶装置1003等に記憶されたプログラムにしたがって処理を実行することで、図11で後述する情報処理装置900の機能や図12、13で後述するフローチャートの処理等が実現される。
(Details of information processing device)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the
The
The
図11は、情報処理装置900の機能構成の一例を示す図である。情報処理装置900は、取得部1101、解析部1102、推定部1103、生成部1104、出力制御部1105を含む。
取得部1101は、デバイスI/F1004を介して、NMR測定装置901から、測定対象の石炭について測定された13C−MAS−NMRスペクトルを取得する。
解析部1102は、取得部1101により取得された13C−MAS−NMRスペクトルについての解析を行う。
推定部1103は、解析部1102による解析結果に基づいて、物性値の推定対象となる石炭の物性値を推定する。
生成部1104は、解析部1102による解析結果に基づいて、各石炭の特性に応じた分布を示す石炭特性グラフを生成する。
出力制御部1105は、推定部1103による推定結果、生成部1104により生成された石炭特性グラフを出力する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
The
The
The
The production|
The
(推定方法)
図12を用いて、本実施形態の情報処理装置900が実行する石炭の物性値の推定方法について説明する。本実施形態では、予め物性値が既知である1つ以上の石炭と、物性値が未知である1つ以上の石炭と、が用意されているとする。以下では、予め用意された物性値が既知の石炭を、既知石炭とする。また、以下では、予め用意された物性値が未知の石炭を、未知石炭とする。
S1201において、取得部1101は、既知石炭それぞれについての13C−MAS−NMRスペクトルのデータであるスペクトルベクトルを、NMR測定装置901から取得する。NMR測定装置901は、既知石炭それぞれについて、核種13CのNMRを測定し、測定して得られたスペクトルのデータを情報処理装置900に送信する。NMR測定装置901による測定による得られたスペクトルベクトルのデータは、13C−NMRスペクトルを示すスペクトルデータの一例である。
S1202において、取得部1101は、補助記憶装置1003から、補助記憶装置1003に予め記憶されている既知石炭それぞれの物性値を取得する。ただし、取得部1101は、既知石炭それぞれの物性値を取得できれば、補助記憶装置1003から既知石炭それぞれの物性値を取得しないでもよい。例えば、取得部1101は、入力部1005を介したユーザからの既知石炭の物性値の入力に基づいて、既知石炭それぞれの物性値を取得してもよい。
(Estimation method)
A method of estimating the physical property value of coal executed by the
In S1201, the
In S1202, the
S1203において、解析部1102は、S1201で取得したスペクトルベクトルそれぞれを説明変数のサンプルとし、更に、S1202で取得した物性値を目的変数のサンプルとして、主成分回帰分析(PCR)を行うことで、物性値の推定に用いられる推定関数を求める。
より具体的には、解析部1102は、S1201で取得したスペクトルベクトル(説明変数のサンプル)に対してPCAを行うことで、説明変数の第1主成分を求める。そして、解析部1102は、既知石炭それぞれについて、スペクトルベクトルの第1主成分の値と物性値(目的変数のサンプル)とを取得する。そして、解析部1102は、取得したスペクトルベクトルの第1主成分の値と物性値とに基づいて、最小二乗法を用いて、スペクトルベクトルの第1主成分の値から物性値を推定する1次式の回帰関数である推定関数を求める。S1203で求めた推定関数は、説明変数と目的変数との関係を示す情報の一例である。解析部1102は、この推定関数を求めることで、説明変数と目的変数との関係を特定する。
In S1203, the
More specifically, the
本実施形態では、解析部1102は、S1203で、PCRを行うことで、推定関数を求めることとした。但し、解析部1102は、他の多変量解析を行うことで、推定関数を求めることとしてもよい。
例えば、解析部1102は、S1201で取得したスペクトルベクトルそれぞれを説明変数のサンプルとし、更に、S1202で取得した物性値を目的変数のサンプルとして、部分的最小二乗回帰分析(PLS)を行うことで、説明変数から目的変数を推定する推定関数を求めることとしてもよい。
In this embodiment, the
For example, the
S1204において、取得部1101は、物性値の推定対象である未知石炭についてのスペクトルベクトルを、NMR測定装置901から取得する。NMR測定装置901は、この未知石炭について、核種13CのNMRを測定し、測定して得られたスペクトルのデータを情報処理装置900に送信する。
S1205において、推定部1103は、S1204で取得したスペクトルベクトルについて、S1203で特定された第1主成分の値を求める。そして、推定部1103は、求めた第1主成分の値を、S1203で求められた推定関数に代入することで、目的変数である未知石炭の物性値の推定値を取得する。
S1206において、出力制御部1105は、S1205で取得された推定値を、出力部1006のモニタに表示することで出力する。ただし、出力制御部1105は、他の態様で、S1205で取得された推定値を出力してもよい。例えば、出力制御部1105は、S1205で取得された推定値を、補助記憶装置1003に記憶することで出力してもよい。また、出力制御部1105は、S1205で取得された推定値を、予め定められた送信先に送信することで出力してもよい。また、出力制御部1105は、S1205で取得された推定値を、印刷装置を介して印刷することで出力してもよい。
In S1204, the
In S1205, the
In S1206, the
(生成方法)
図13を用いて、本実施形態の情報処理装置900が実行する複数の石炭に対応するオブジェクトを、石炭の特性に応じた分布態様で表示する石炭特性グラフを生成する生成方法について説明する。
S1301において、取得部1101は、既知石炭それぞれについてのスペクトルベクトルを、NMR測定装置901から取得する。
S1302において、解析部1102は、S1201で取得したスペクトルベクトル(説明変数のサンプル)に対してPCAを行うことで、説明変数の第1主成分と、第2主成分と、を特定する。
S1303において、取得部1101は、物性値の推定対象である未知石炭それぞれについてのスペクトルベクトルを、NMR測定装置901から取得する。
(Generation method)
With reference to FIG. 13, a generation method that is executed by the
In S1301, the
In S1302, the
In S1303, the
S1304において、生成部1104は、横軸がS1302で特定された第1主成分に対応し、縦軸がS1302で特定された第2主成分に対応する2次元のグラフを生成する。
そして、生成部1104は、S1301で取得された既知石炭に対応するスペクトルベクトルそれぞれについて、S1302で特定された第1主成分の値と、第2主成分の値と、を求める。また、生成部1104は、求めた第1主成分の値と第2主成分の値とに基づいて、既知石炭それぞれに対応するオブジェクト(例えば、円形オブジェクト、矩形オブジェクト、三角形オブジェクト等)を、生成したグラフ上にプロットする。
また、生成部1104は、S1303で取得された未知石炭それぞれに対応するスペクトルベクトルそれぞれについて、S1302で特定された第1主成分の値と、第2主成分の値と、を求める。また、生成部1104は、求めた第1主成分の値と第2主成分の値とに基づいて、未知石炭それぞれに対応するオブジェクト(例えば、円形オブジェクト、矩形オブジェクト、三角形オブジェクト等)を、生成したグラフ上にプロットする。
また、生成部1104は、プロットした各オブジェクトがどの石炭に対応するかを示す情報(例えば、石炭名等)を、このグラフ上に記載する。
生成部1104は、以上の処理により、各石炭に対応するオブジェクトが各石炭の特性に応じて分布されている石炭特性グラフを生成する。
In S1304, the
And the production|
Further, the
In addition, the
Through the above processing, the
S1305において、出力制御部1105は、S1304で生成された石炭特性グラフを、出力部1006のモニタに表示することで出力する。ただし、出力制御部1105は、他の態様で、S1304で生成された石炭特性グラフを出力してもよい。例えば、出力制御部1105は、S1304で生成された石炭特性グラフを、印刷装置を介して印刷することで出力してもよい。
また、出力制御部1105は、S1304で生成された石炭特性グラフを、補助記憶装置1003に記憶することで出力してもよい。また、出力制御部1105は、S1304で生成された石炭特性グラフを、予め定められた送信先に送信することで出力してもよい。
In S1305, the
The
(効果)
本実施形態では、解析システムは、既知石炭の13C−MAS−NMRスペクトルのデータを用いた多変量解析により、石炭の物性値を求める推定関数を求め、求めた推定関数を用いて、未知石炭の物性値を推定することとした。解析システムは、13C−MAS−NMRスペクトルのデータとして、特定の化学シフトの範囲(0ppm〜220ppm)における13C−MAS−NMRスペクトル全体を示すスペクトルベクトルのデータを用いた。これにより、解析システムは、13C−MAS−NMRスペクトルの内容を解釈することなく、特定の化学シフトの範囲の13C−MAS−NMRスペクトル全体に含まれる情報を活用しつつ、未知石炭の物性値を推定できることとなる。
これにより、ユーザは、NMRスペクトルの内容について専門知識がなくとも、13C−MAS−NMRスペクトルに含まれる情報を活用した上での未知石炭の物性値の推定値を把握できる。即ち、解析システムは、石炭の13C−NMRスペクトルを用いて、NMRスペクトルに関する専門知識がないようなユーザが、より容易に、より精度よく石炭の特性を把握できるように支援できる。
(effect)
In the present embodiment, the analysis system obtains an estimation function for obtaining physical property values of coal by multivariate analysis using data of 13 C-MAS-NMR spectrum of known coal, and uses the obtained estimation function to obtain unknown coal. It was decided to estimate the physical properties of. Analysis system, as 13 C-MAS-NMR spectra of the data, using the data of the spectral vector representing the 13 C-MAS-NMR entire spectrum in a specific range of chemical shift (0ppm~220ppm). Thus, the analysis system, without interpreting the 13 C-MAS-NMR spectral content, while utilizing the information contained in the 13 entire C-MAS-NMR spectrum of a specific range of chemical shift, the physical properties of the unknown coal The value can be estimated.
Thereby, the user can grasp the estimated value of the physical property value of the unknown coal by utilizing the information contained in the 13 C-MAS-NMR spectrum even if the user has no specialized knowledge about the content of the NMR spectrum. That is, the analysis system can use the 13 C-NMR spectrum of coal to assist a user who does not have expertise in NMR spectrum, to more easily and more accurately understand the characteristics of coal.
また、本実施形態では、解析システムは、既知石炭の13C−MAS−NMRスペクトルのデータであるスペクトルベクトルを説明変数のサンプルとして、既知石炭のスペクトルベクトルを用いたPCAにより、説明変数の第1主成分と第2主成分とを特定し、特定した第1主成分に対応する軸と第2主成分に対応する軸とで表される石炭特性グラフを生成することとした。そして、解析システムは、生成した石炭特性グラフに、既知石炭と未知石炭とのそれぞれに対応するオブジェクトをプロットすることで、各石炭に対応するオブジェクトが各石炭の特性に応じて分布されている石炭特性グラフを生成した。これにより、解析システムは、13C−MAS−NMRスペクトルの内容を解釈することなく、特定の化学シフトの範囲の13C−MAS−NMRスペクトル全体に含まれる情報を活用しつつ、各石炭に対応するオブジェクトが各石炭の特性に応じて分布されている石炭特性グラフを生成できる。
ユーザは、この石炭特性グラフにおける各オブジェクトの分布を確認することで、NMRスペクトルの内容について専門知識がなくとも、未知石炭の特性を把握できる。即ち、解析システムは、石炭の13C−NMRスペクトルを用いて、NMRスペクトルに関する専門知識がないようなユーザが、より容易に、より精度よく石炭の特性を把握できるように支援できる。
Further, in the present embodiment, the analysis system uses the spectrum vector, which is the data of 13 C-MAS-NMR spectrum of known coal, as a sample of the explanatory variable, and performs the first explanatory variable by PCA using the spectral vector of the known coal. The main component and the second main component are specified, and a coal characteristic graph represented by an axis corresponding to the specified first main component and an axis corresponding to the second main component is generated. Then, the analysis system plots the objects corresponding to the known coal and the unknown coal in the generated coal characteristic graph, so that the objects corresponding to each coal are distributed according to the characteristics of each coal. A characteristic graph was generated. Thus, the analysis system, without interpreting the 13 C-MAS-NMR spectral content, while utilizing the information contained in the 13 entire C-MAS-NMR spectrum of a specific range of chemical shift, corresponding to the coal It is possible to generate a coal characteristic graph in which the objects to be distributed are distributed according to the characteristics of each coal.
By confirming the distribution of each object in this coal characteristic graph, the user can grasp the characteristic of unknown coal even if he/she does not have expert knowledge about the content of the NMR spectrum. That is, the analysis system can use the 13 C-NMR spectrum of coal to assist a user who does not have expertise in NMR spectrum, to more easily and more accurately understand the characteristics of coal.
本実施形態では、解析システムは、以上のように、石炭の13C−MAS−NMRスペクトルを用いた解析を行うこととした。IR測定では、ある程度多元素由来の構造シグナルを取得できるが、スペクトル中に複数の振動モードを含むため、単分子においても非常に複雑なスペクトルパターンを示す。一方、NMR測定では元素選択的な構造スペクトルを取得でき、1Hや13C核のような核スピン量子数1/2の核種であれば、適切な条件で測定すると、NMRスペクトル中の各ピークを1つの原子的環境とみなすことができ、IR測定と比較して分解能の良いスペクトルが得られる。また、IR測定では双極子モーメントの変化が伴わない場合、赤外活性とならず、スペクトルが生じない、あるいは、ピークにより吸収強度が異なり、複数ピーク間の定量比較が単純にはできない。一方、NMR測定では核固有の核磁気回転比に基づく共鳴スペクトル強度を示すため、十分に緩和させる時間を待てば定量的な原子数比を反映するスペクトルを得ることができる。即ち、NMR測定では、赤外線分光法よりも高分解能で、元素の定量比を反映するスペクトルを得ることができる。そのため、NMR測定で得られたスペクトルのデータを用いて、IR測定で得られたデータを用いる場合よりも、より適切な解析を行うことができる。
また、石炭には構成成分として、前述の有機質を中心とするVMやFCの他に、灰分、吸着水分や表面水分が含まれる。IR測定では、多元素由来のピーク成分を同一スペクトル上で観測できるが、水分を含む試料の解析において、含有水分によるバックグラウンドの歪みが解析に支障をきたす場合があるという問題があるが、13C−MAS−NMR測定では、元素選択的に観測を行うため、このような問題はない。そのため、解析システムは、石炭の13C−MAS−NMRスペクトルを用いて解析を行うことで、水分を含みうる物体である石炭について、赤外線分光法を用いる場合よりもより適切に解析できる。
In the present embodiment, the analysis system is configured to perform analysis using the 13 C-MAS-NMR spectrum of coal as described above. In IR measurement, structural signals derived from multi-elements can be obtained to some extent, but a single molecule exhibits a very complicated spectral pattern because it contains a plurality of vibration modes in the spectrum. On the other hand, in the NMR measurement, an element-selective structural spectrum can be obtained, and if the nuclide with a nuclear spin quantum number of 1/2 such as 1 H or 13 C nucleus is measured under appropriate conditions, each peak in the NMR spectrum can be obtained. Can be regarded as one atomic environment, and a spectrum with good resolution can be obtained as compared with the IR measurement. In addition, in the case of IR measurement, when the dipole moment is not changed, infrared activity does not occur and no spectrum occurs, or the absorption intensity differs depending on the peaks, and quantitative comparison between multiple peaks cannot be performed simply. On the other hand, since the NMR measurement shows the resonance spectrum intensity based on the nuclear gyromagnetic ratio peculiar to nuclei, it is possible to obtain a spectrum that reflects a quantitative atomic number ratio by waiting for a sufficient relaxation time. That is, in NMR measurement, a spectrum that reflects the quantitative ratio of elements can be obtained with higher resolution than infrared spectroscopy. Therefore, more appropriate analysis can be performed using the spectrum data obtained by the NMR measurement than when using the data obtained by the IR measurement.
Coal contains ash, adsorbed moisture and surface moisture in addition to VM and FC mainly composed of the above-mentioned organic substances as constituent components. The IR measurement, but the peak components from multiple elements can be observed on the same spectrum, in the analysis of a sample containing water, there is a problem that there are cases where the distortion of the background due to the water content is detrimental to the analysis, 13 The C-MAS-NMR measurement does not have such a problem because the element-selective observation is performed. Therefore, the analysis system can analyze the coal, which is an object that may contain water, more appropriately by using the 13 C-MAS-NMR spectrum of the coal than by using the infrared spectroscopy.
(変形例1)
本実施形態では、解析システムは、石炭の13C−MAS−NMRスペクトルのデータとして、n番目の要素が、化学シフト0.194175×(n−1)に対応する13C−MAS−NMRスペクトルの値を示す1134次元のベクトルを用いた。ただし、解析システムは、石炭の13C−MAS−NMRスペクトルのデータとして、特定の化学シフトの範囲における13C−MAS−NMRスペクトル全体の形状が表されるデータであるならビン化により他のデータ点数にまとめたデータを用いてもよい。例えば、解析システムは、n番目の要素が、化学シフト0.194175×(2n−2)(ppm)に対応する13C−MAS−NMRスペクトルの値を示す567次元のベクトルとして作成したデータを用いてもよい。
(変形例2)
本実施形態では、解析システムは、S1304で生成した石炭特性グラフ上にプロットされた各オブジェクトに対応する各石炭を示す情報を記載するとした。ただし、解析システムは、S1304で生成した石炭特性グラフ上にプロットされた各オブジェクトをユーザにとって区別可能な態様で各オブジェクトを表示できれば、各オブジェクトに対応する各石炭を示す情報を記載しなくてもよい。例えば、解析システムは、石炭特性グラフ上に、石炭ごとに、形状や色がそれぞれ異なるオブジェクトをプロットするようにしてもよい。
(Modification 1)
In the present embodiment, the analysis system, the 13 C-MAS-NMR spectrum data of coal, n-th element, chemical shifts 0.194175 × (n-1) corresponding to the 13 C-MAS-NMR spectrum A 1134-dimensional vector indicating the value was used. However, if the analysis system is the data of the 13 C-MAS-NMR spectrum of coal that represents the overall shape of the 13 C-MAS-NMR spectrum in a specific chemical shift range, other data can be obtained by binning. You may use the data summarized in the score. For example, the analysis system uses data created as a 567-dimensional vector in which the n-th element shows the value of the 13 C-MAS-NMR spectrum corresponding to the chemical shift of 0.194175×(2n−2) (ppm). May be.
(Modification 2)
In the present embodiment, the analysis system describes the information indicating each coal corresponding to each object plotted on the coal characteristic graph generated in S1304. However, if the analysis system can display each object plotted on the coal characteristic graph generated in S1304 in a manner that can be distinguished by the user, the analysis system does not have to describe the information indicating each coal corresponding to each object. Good. For example, the analysis system may plot objects having different shapes and colors for each coal on the coal characteristic graph.
(変形例3)
本実施形態では、情報処理装置900が、推定方法と生成方法とを実行することした。しかし、NMR測定装置901による既知石炭と未知石炭との測定により得られたデータから、ユーザが、人手で推定方法と生成方法とを実行することとしてもよい。
(その他の変形例)
本実施形態の解析システムの機能構成の一部又は全てをハードウェアとして情報処理装置900に実装してもよい。
(Modification 3)
In the present embodiment, the
(Other modifications)
Part or all of the functional configuration of the analysis system of this embodiment may be implemented as hardware in the
900 情報処理装置、901 NMR測定装置、1001 CPU 900 information processing device, 901 NMR measuring device, 1001 CPU
Claims (11)
前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータを説明変数のサンプルとして、前記既知石炭の前記物性値を目的変数のサンプルとして、前記第1のスペクトルデータと前記既知石炭の前記物性値とを用いた多変量解析により、前記説明変数と前記目的変数との関係を特定する特定工程と、
前記物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得工程と、
前記第2の取得工程で取得された前記第2のスペクトルデータと、前記特定工程で特定された前記関係と、に基づいて、前記未知石炭の前記物性値を推定する推定工程と、
を含む石炭の物性値の推定方法。 A first acquisition step of acquiring a first spectral data showing an NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spectrum of a nuclear 13C of known coal whose physical property value is known;
The first spectral data acquired in the first acquisition step as an explanatory variable sample, the physical property value of the known coal as a target variable sample, the first spectral data and the physical property of the known coal By a multivariate analysis using the value, a specifying step of specifying the relationship between the explanatory variable and the objective variable,
A second acquisition step of acquiring second spectrum data showing an NMR spectrum of nuclide 13 C of unknown coal whose physical property value is unknown coal;
An estimation step of estimating the physical property value of the unknown coal based on the second spectrum data acquired in the second acquisition step and the relationship specified in the specification step,
Method for estimating physical property values of coal including.
物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得工程と、
前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータに対する主成分分析により求まる第1主成分と第2主成分とにそれぞれ対応する2つの軸で表されるグラフであって、前記第1の取得工程で取得された前記第1のスペクトルデータと前記第2の取得工程で取得された前記第2のスペクトルデータとのそれぞれに対応するオブジェクトがプロットされた石炭特性グラフを生成する生成工程と、
を含む石炭特性グラフの生成方法。 A first acquisition step of acquiring first spectrum data showing an NMR spectrum of a nuclide 13 C of known coal whose physical property value is known coal;
A second acquisition step of acquiring second spectrum data showing an NMR spectrum of nuclide 13 C of unknown coal whose physical property value is unknown;
The graph represented by two axes respectively corresponding to a first principal component and a second principal component obtained by principal component analysis on the first spectrum data acquired in the first acquisition step, A generation step of generating a coal characteristic graph in which objects corresponding to the first spectrum data acquired in the first acquisition step and the second spectrum data acquired in the second acquisition step are plotted When,
A method for generating a coal characteristic graph including.
前記第1の取得手段により取得された前記第1のスペクトルデータを説明変数のサンプルとして、前記既知石炭の前記物性値を目的変数のサンプルとして、前記第1のスペクトルデータと前記既知石炭の前記物性値とを用いた多変量解析により、前記説明変数と前記目的変数との関係を特定する特定手段と、
前記物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得手段と、
前記第2の取得手段により取得された前記第2のスペクトルデータと、前記特定手段により特定された前記関係と、に基づいて、前記未知石炭の前記物性値を推定する推定手段と、
を有する石炭の物性値の推定装置。 A first acquisition means for acquiring first spectrum data showing an NMR spectrum for a nuclide 13 C of a known coal having a known physical property value;
Using the first spectrum data acquired by the first acquisition means as an explanatory variable sample, the physical property value of the known coal as an objective variable sample, the first spectral data and the physical property of the known coal. By means of multivariate analysis using the value, specifying means for specifying the relationship between the explanatory variable and the objective variable,
A second acquisition means for acquiring second spectrum data showing an NMR spectrum of the nuclide 13 C of unknown coal whose physical property value is unknown coal;
An estimating unit that estimates the physical property value of the unknown coal based on the second spectrum data acquired by the second acquiring unit and the relationship specified by the specifying unit,
For estimating the physical property value of coal having.
物性値が未知の石炭である未知石炭の核種13CについてのNMRスペクトルを示す第2のスペクトルデータを取得する第2の取得手段と、
前記第1の取得手段により取得された前記第1のスペクトルデータに対する主成分分析により求まる第1主成分と第2主成分とにそれぞれ対応する2つの軸で表されるグラフであって、前記第1の取得手段により取得された前記第1のスペクトルデータと前記第2の取得手段により取得された前記第2のスペクトルデータとのそれぞれに対応するオブジェクトがプロットされた石炭特性グラフを生成する生成手段と、
を有する石炭特性グラフの生成装置。 A first acquisition means for acquiring first spectrum data showing an NMR spectrum for a nuclide 13 C of a known coal having a known physical property value;
Second acquisition means for acquiring second spectrum data showing an NMR spectrum of nuclide 13 C of unknown coal whose physical property value is unknown;
A graph represented by two axes respectively corresponding to a first principal component and a second principal component obtained by a principal component analysis on the first spectrum data acquired by the first acquisition means, Generating means for generating a coal characteristic graph in which objects corresponding to each of the first spectrum data acquired by the first acquisition means and the second spectrum data acquired by the second acquisition means are plotted. When,
Of coal characteristic graph having.
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