JP2022019347A - Analyzer - Google Patents
Analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022019347A JP2022019347A JP2020123128A JP2020123128A JP2022019347A JP 2022019347 A JP2022019347 A JP 2022019347A JP 2020123128 A JP2020123128 A JP 2020123128A JP 2020123128 A JP2020123128 A JP 2020123128A JP 2022019347 A JP2022019347 A JP 2022019347A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- sample
- analyzer
- intensity
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 92
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 64
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 17
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 15
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 0 CCCCC(C(C)CC1)C(*)(CCC2)C2(CCCC)C1C(C)(C)*P Chemical compound CCCCC(C(C)CC1)C(*)(CCC2)C2(CCCC)C1C(C)(C)*P 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、ラマン散乱光に基づいて物質を分析する技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing a substance based on Raman scattered light.
ラマン散乱光に基づいて物質を分析する技術として、分光器を含む分析装置が広く用いられている。このような分析装置においては、サンプルにて散乱された光のスペクトルが分光器を用いて測定される。そして、測定された光のスペクトルから、サンプルが発するラマン散乱光の波長が特定され、ラマン散乱光の波長から、サンプルを構成する物質が特定される。しかしながら、このような分析装置には、分光器を要するため、高価であるという問題があった。 An analyzer including a spectroscope is widely used as a technique for analyzing a substance based on Raman scattered light. In such an analyzer, the spectrum of light scattered by the sample is measured using a spectroscope. Then, the wavelength of the Raman scattered light emitted by the sample is specified from the measured light spectrum, and the substance constituting the sample is specified from the wavelength of the Raman scattered light. However, such an analyzer has a problem that it is expensive because it requires a spectroscope.
このような問題の解決に資する可能性のある技術としては、例えば、特許文献1に記載の光学式ガスセンサが挙げられる。特許文献1に記載の光学式ガスセンサにおいては、サンプルにて散乱された光のうち、干渉フィルタを透過した光のパワーを検出することによって、分光器を用いずにガスに含まれる特定の物質の濃度を測定する構成が採用されている。 Examples of the technology that may contribute to solving such a problem include the optical gas sensor described in Patent Document 1. In the optical gas sensor described in Patent Document 1, among the light scattered by the sample, the power of the light transmitted through the interference filter is detected to detect a specific substance contained in the gas without using a spectroscope. A configuration for measuring the concentration is adopted.
分光器を含む分析装置には、上述したように、高価であるという問題があった。また、特許文献1に記載の光学式ガスセンサには、複数の物質の分析を、同時に行うことが不可能であり、順に行うことも困難であるという問題があった。何故なら、特許文献1に記載の光学式ガスセンサにおいては、濃度を測定しようとする物質を変更する度に干渉フィルタを交換せねばならないからである。 As described above, the analyzer including the spectroscope has a problem of being expensive. Further, the optical gas sensor described in Patent Document 1 has a problem that it is impossible to analyze a plurality of substances at the same time, and it is also difficult to perform analysis in order. This is because, in the optical gas sensor described in Patent Document 1, the interference filter must be replaced every time the substance for which the concentration is to be measured is changed.
本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ラマン散乱光に基づいて複数の物質の分析を容易に行うことが可能な分析装置を安価に実現することを目的とする。 One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to inexpensively realize an analyzer capable of easily analyzing a plurality of substances based on Raman scattered light. ..
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る分析装置は、励起光の照射によりサンプルにて散乱された光のうち特定波長よりも長波長側または短波長側の光を選択的に通過させる複数の光学フィルタであって、前記特定波長が互いに異なる複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタの何れかを通過した光の強度を検出する単一または複数の光検出器と、前記光検出器から出力される信号に基づいて、前記サンプルに含まれる物質を特定する制御部と、を備えている。 In order to solve the above problems, the analyzer according to one aspect of the present invention selectively selects the light on the long wavelength side or the short wavelength side of the specific wavelength among the light scattered by the sample by the irradiation of the excitation light. A plurality of optical filters having a specific wavelength different from each other, and a single or a plurality of optical detectors for detecting the intensity of light passing through any of the plurality of optical filters. A control unit for identifying a substance contained in the sample based on a signal output from the optical detector is provided.
本発明の一態様によれば、ラマン散乱光に基づいて複数の物質の分析を容易に行うことが可能な分析装置を安価に実現することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to inexpensively realize an analyzer capable of easily analyzing a plurality of substances based on Raman scattered light.
1.分析装置の概要
本発明の一実施形態に係る分析装置1は、励起光の照射によりサンプルにて散乱される光に基づいて、サンプルに含まれる物質を分析する装置である。サンプルにて散乱される光には、励起光の他に、励起光とは波長の異なるラマン散乱光が含まれる。励起光の波長とラマン散乱光の波長との差は、サンプルに含まれる物質に応じて決まる。したがって、ラマン散乱光の波長を測定すれば、サンプルに含まれる物質を特定することができる。なお、ラマン散乱光には、励起光よりも長波長のストークス光と、短波長のアンチストークス光とが含まれる。分析装置1においては、アンチストークス光よりもパワーの大きいストークス光に基づいて物質の分析を行う。
1. 1. Outline of Analytical Device The analyzer 1 according to the embodiment of the present invention is a device that analyzes a substance contained in a sample based on the light scattered by the sample by irradiation with excitation light. In addition to the excitation light, the light scattered by the sample includes Raman scattered light having a wavelength different from that of the excitation light. The difference between the wavelength of the excitation light and the wavelength of the Raman scattered light depends on the substance contained in the sample. Therefore, by measuring the wavelength of Raman scattered light, the substance contained in the sample can be identified. The Raman scattered light includes Stokes light having a longer wavelength than the excitation light and anti-Stokes light having a shorter wavelength. In the analyzer 1, the substance is analyzed based on the Stokes light having a higher power than the anti-Stokes light.
2.分析装置の構成
分析装置1の構成について、図1を参照して説明する。図1は、分析装置1の構成を示す模式図である。
2. 2. Configuration of Analytical Device The configuration of the analyzer 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the analyzer 1.
図1に示すように、分析装置1は、光源11と、光学系12と、光分岐路13と、光学フィルタ14-1~14-5と、光検出器15-1~15-5と、AD(アナログ/デジタル)コンバータ16と、制御部17とを含む。
As shown in FIG. 1, the analyzer 1 includes a
光源11は、サンプルSに照射する励起光を生成するための構成である。光源11にて生成される励起光の波長は、予め定められた特定の波長である。本実施形態においては、光源11として、レーザダイオードを用いている。
The
光学系12は、光源11にて生成された励起光をサンプルSに導くと共に、サンプルSにて散乱された光を光分岐路13に導くための構成である。本実施形態においては、光学系12として、ミラー121と、ハーフミラー122と、対物レンズ123と、集光レンズ124とにより構成される光学系を用いている。光源11にて生成された励起光は、図1において鎖線で示したように、(1)ミラー121にて反射され、(2)ハーフミラー122にて反射され、(3)対物レンズ123にて集光された後、サンプルSに入射する。一方、サンプルSにて散乱された光は、図1において一点鎖線で示したように、(1)対物レンズ123にてコリメートされ、(2)ハーフミラー122を通過し、(3)集光レンズ124にて集光された後、光分岐路13に入射する。
The
光分岐路13は、サンプルSにて散乱された光を分岐するための構成である。本実施形態においては、光分岐路13として、1本の太径光ファイバ131と、入射端が太径光ファイバ131の出射端に融着された複数本(本実施形態においては5本)の細径光ファイバ132-1~132-5により構成される光分岐路を用いている。上述した光学系12を導かれた光は、(1)太径光ファイバ131に入射し、(2)太径光ファイバ131を導波され、(3)太径光ファイバ131と細径光ファイバ132-1~132-5との融着点において分岐され、(4)細径光ファイバ132-1~132-5の各々に入射し、(5)細径光ファイバ132-1~132-5の各々を導波される。各細径光ファイバ132-i(i=1,2,3,4,5)を導波された光は、対応する光学フィルタ14-iに入射する。なお、太径光ファイバ131と細径光ファイバ132-1~132-5とは、ファイバカプラを介して接続されていてもよい。
The
光学フィルタ14-iは、予め定められたカットオン波長λiよりも長波長の光を選択的に通過させるための構成、又は、予め定められたカットオフ波長λiよりも短波長の光を選択的に通過させるための構成である。本実施形態においては、光学フィルタ14-iとして、カットオン波長λiよりも長波長の光を選択的に通過させるロングパスフィルタ(カットオフ周波数ωiよりも低周波の光を選択的に通過させるローパスフィルタ)を用いている。カットオン波長λ1~λ5は互いに異なり、λ0<λ1<λ2<λ3<λ4<λ5を満たすように定められている。ここで、λ0は、光源11が出射する励起光の中心波長である。光学フィルタ14-iを通過した光は、対応する光検出器15-iに入射する。
The optical filter 14-i is configured to selectively pass light having a wavelength longer than the predetermined cut-on wavelength λi, or selectively passes light having a wavelength shorter than the predetermined cut-off wavelength λi. It is a configuration for passing through. In the present embodiment, as the optical filter 14-i, a long-pass filter that selectively passes light having a wavelength longer than the cut-on wavelength λi (a low-pass filter that selectively passes light having a frequency lower than the cut-off frequency ωi). ) Is used. The cut-on wavelengths λ1 to λ5 are different from each other and are defined to satisfy λ0 <λ1 <λ2 <λ3 <λ4 <λ5. Here, λ0 is the central wavelength of the excitation light emitted by the
光検出器15-iは、光学フィルタ14-iを通過した光を、その強度に応じた電気信号に変換するための構成である。本実施形態においては、光検出器15-iとして、アバランシェフォトダイオードを用いている。光検出器15-iから出力された電気信号は、ADコンバータ16に入力される。なお、分析装置1は、各光検出器15-iとADコンバータ16との間に、オペアンプ等により構成された増幅器を含んでいてもよい。この場合、各光検出器15-iから出力された電気信号は、増幅器によって増幅された後、ADコンバータ16に入力される。
The photodetector 15-i is configured to convert the light that has passed through the optical filter 14-i into an electric signal according to its intensity. In this embodiment, an avalanche photodiode is used as the photodetector 15-i. The electric signal output from the photodetector 15-i is input to the
ADコンバータ16は、光検出器15-1~15-5から出力された電気信号を、デジタル信号に変換するための構成である。ADコンバータ16から出力されたデジタル信号は、制御部17に入力される。制御部17は、ADコンバータ16から出力されたデジタル信号に基づき、サンプルSに含まれる物質を特定するための構成である。本実施形態においては、制御部17として、プロセッサおよびメモリを備えるコンピュータを用いている。なお、各光学フィルタ14-iを通過した光の強度からサンプルSに含まれる物質を特定する方法については、参照する図面を代えて後述する。
The
3.制御部の処理
各光検出器15-iから出力される電気信号は、サンプルSにて散乱された光のうち、対応する光学フィルタ14-iを通過した光の強度、すなわち、カットオン波長λiよりも長波長の光の強度Iiを表す。制御部17は、これらの強度I1~I5に基づいてサンプルSに含まれる物質を特定する。強度I1~I5に基づいてサンプルSに含まれる物質を特定する方法の一例を挙げれば、以下のとおりである。
3. 3. Control unit processing The electrical signal output from each photodetector 15-i is the intensity of the light scattered by the sample S that has passed through the corresponding optical filter 14-i, that is, the cut-on wavelength λi. Represents the intensity Ii of light with a longer wavelength than. The
算出ステップ:
制御部17は、光検出器15-1~15-5から出力される電磁信号の表す光の強度I1~I5、すなわち、光学フィルタ14-1~14-5の各々を透過した光の強度I1~I5に基づいて、サンプルSにて散乱された光において複数の波長帯域w1~w15の各々に属する光の強度J1(S)~J15(S)を算出する算出ステップを実行する。本実施形態においては、複数の波長帯域w1~w15として、下表に示すように5個のカットオン波長λ1~λ5から定まる15個の波長帯域w1~w15を用いる。サンプルSにて散乱された光において各波長帯域wk(k=1,2,…,15)に属する光の強度Jk(S)の算出方法は、下表のとおりである。
The
特定ステップ:
続いて、制御部17は、算出ステップにて算出された強度J1(S)~J15(S)、すなわち、サンプルSにて散乱された光において複数の波長帯域w1~w15の各々に属する光の強度J1(S)~J15(S)に基づいて、サンプルSを構成する物質を特定する特定ステップを実行する。本実施形態において、制御部17のメモリには、予め定められた複数の候補物質A1,A2,…,Am(mは2以上の自然数)の各々について、その候補物質Aj(j=1,2,…,m)にて散乱された光において波長帯域w1~w15の各々に属する光の強度J1(Aj)~J15(Aj)が格納されている。制御部17のプロセッサは、算出ステップにて算出された光の強度J1(S)~J15(S)を、制御部17のメモリに格納された各候補物質Ajに対応する強度J1(Aj)~J15(Aj)15と比較することによって、サンプルSを構成する物質を特定する。例えば、制御部17のメモリに格納された強度のうち、算出ステップにて算出された光の強度J1(S)~J15(S)との相関係数(より正確には、標本相関係数)が最も大きいもの(最も1に近いもの)が候補物質A1に対応する強度J1(A1)~J15(A1)であれば、サンプルSに含まれている物質を候補物質A1と特定する。或いは、制御部17のメモリに格納された強度のうち、算出ステップにて算出された光の強度J1(S)~J15(S)との相関係数が最も大きいもの候補物質A2に対応する強度J1(A2)1~J15(A1)15であれば、サンプルSに含まれている物質を候補物質A2と特定する。
Specific step:
Subsequently, the
なお、本実施形態においては、5個のカットオン波長λ1~λ5により決まる15個の波長帯域w1~w15の全部について、各波長帯域wkに属する光の強度Jk(S)を算出する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、5個のカットオン波長λ1~λ5により決まる15個の波長帯域w1~w15の一部について、各波長帯域wkに属する光の強度Jk(S)を算出する構成を採用してもよい。例えば、5個の波長帯域w1,w2,w3,w4,w5に属する光の強度J1(S),J2(S),J3(S),J4(S),J5(S)のみを算出する構成を採用してもよい。この場合、これらの強度J1(S),J2(S),J3(S),J4(S),J5(S)と、メモリに格納さ各候補物質Ajに対応する強度J1(Aj),J2(Aj),J3(Aj),J4(Aj),J5(Aj)とが比較される。或いは、4個の波長帯域w6、w10、w13、w15に属する光の強度J6(S),J10(S),J13(S),J15(S)のみを算出する構成を採用してもよい。この場合、これらの強度J6(S),J10(S),J13(S),J15(S)と、メモリに格納さ各候補物質Ajに対応する強度J6(Aj),J10(Aj),J13(Aj),J15(Aj)とが比較される。また、この比較においては、算出ステップにて算出された強度J1(S)~J15(S)を次元圧縮したものを用いてもよい。次元圧縮の方法としては、主成分分析を用いる方法やマハラノビス距離を用いる方法などが挙げられる。 In this embodiment, a configuration is adopted in which the intensity Jk (S) of the light belonging to each wavelength band wk is calculated for all of the 15 wavelength bands w1 to w15 determined by the five cut-on wavelengths λ1 to λ5. However, the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the intensity Jk (S) of the light belonging to each wavelength band wk is calculated for a part of the 15 wavelength bands w1 to w15 determined by the five cut-on wavelengths λ1 to λ5. For example, a configuration in which only the light intensities J1 (S), J2 (S), J3 (S), J4 (S), and J5 (S) belonging to the five wavelength bands w1, w2, w3, w4, and w5 are calculated. May be adopted. In this case, these intensities J1 (S), J2 (S), J3 (S), J4 (S), J5 (S) and the intensities J1 (Aj), J2 corresponding to each candidate substance Aj stored in the memory. (Aj), J3 (Aj), J4 (Aj), J5 (Aj) are compared. Alternatively, a configuration may be adopted in which only the light intensities J6 (S), J10 (S), J13 (S), and J15 (S) belonging to the four wavelength bands w6, w10, w13, and w15 are calculated. In this case, these intensities J6 (S), J10 (S), J13 (S), J15 (S) and the intensities J6 (Aj), J10 (Aj), J13 corresponding to each candidate substance Aj stored in the memory. (Aj) and J15 (Aj) are compared. Further, in this comparison, the intensities J1 (S) to J15 (S) calculated in the calculation step may be dimensionally compressed. Examples of the dimensional compression method include a method using principal component analysis and a method using Mahalanobis distance.
4.分析装置の効果
本実施形態に係る分析装置1によれば、フィルタ交換などの手間を掛けずに、複数の物質の分析を容易に行うことができる。しかも、本実施形態に係る分析装置1は、複数の物質の分析を行うために、分光器を要さない。したがって、本実施形態に係る分析装置1は、分光器を用いた従来の分析装置と比べて安価に実現することができる。
4. Effect of Analytical Device According to the analyzer 1 according to the present embodiment, it is possible to easily analyze a plurality of substances without the trouble of exchanging filters. Moreover, the analyzer 1 according to the present embodiment does not require a spectroscope for analyzing a plurality of substances. Therefore, the analyzer 1 according to the present embodiment can be realized at a lower cost than the conventional analyzer using a spectroscope.
5.分析装置の変形例
(変形例1)
上述した分析装置1は、光分岐路13に代えて、光分岐路13Aを含むよう変形可能である。図2は、光分岐路13Aを示す模式図である。
5. Modification example of analyzer (modification example 1)
The analyzer 1 described above can be modified to include the
光分岐路13Aは、入射端の近傍が束ねられた細径光ファイバ132-1~132-5により構成されており、光学系12から出射された光の光路上に配置されている。光分岐路13Aにおいては、光学系12から出射された光が太径光ファイバ131を介さずに細径光ファイバ132-1~132-5の入射端に入力される。
The
このように変形した分析装置1は、光分岐路13をより容易に構成することができ、さらに安価に実現することができる。
The analyzer 1 deformed in this way can more easily configure the
(変形例2)
上述した分析装置1は、光分岐路13と複数の光検出器15-1~15-5との組み合わせに代えて、ターレット18と単一の光検出器15との組み合わせを含むよう変形可能である。図3は、ターレット18と単一の光検出器15との組み合わせを示す斜視図である。
(Modification 2)
The analyzer 1 described above can be modified to include a combination of a
ターレット18は、光学フィルタ14-1~14-5を支持する円盤状の支持体であり、光学系12から出射された光の光路上に配置されている。ターレット18は、光学系12から出射された光の光軸と平行な軸を回転軸として回転可能である。ターレット18を回転させることによって、光学系12から出射された光が光学フィルタ14-1~14-5の何れに入射するかを切り替えることができる。光学フィルタ14-1~14-5の何れかを通過した光は、光検出器15に入射する。
The
本変形例に係る分析装置1においては、光学系12から出射された光が光学フィルタ14-iに入射するときに光検出器15から出力される電気信号が、サンプルSにて散乱された光のうち、カットオン波長λiよりも長波長の光の強度Iiを表す。これらの強度I1~I5に基づいて制御部17がサンプルSに含まれる物質を特定する手順については、上述した手順と同様である。
In the analyzer 1 according to this modification, the electric signal output from the
(変形例3)
上述した分析装置1は、光分岐路13に変えて、回転ミラー19を含むよう変形可能である。図4は、回転ミラー19を示す模式図である。
(Modification 3)
The above-mentioned analyzer 1 can be modified to include a
回転ミラー19は、光学系12から出射された光の光路上に配置されている。回転ミラー19は、光学系12から出射された光の光軸と垂直な軸を回転軸として回転可能である。回転ミラー19を回転させることによって、光学系12から出射された光が光学フィルタ14-1~14-5の何れに入射するかを切り替えることができる。各光学フィルタ14-iを通過した光は、対応する光検出器15-iに入射する。
The rotating
本変形例に係る分析装置1においては、光学系12から出射され、回転ミラー19にて反射された光が光学フィルタ14-iに入射するときに光検出器15-iから出力される電気信号が、サンプルSにて散乱された光のうち、カットオン波長λiよりも長波長の光の強度Iiを表す。これらの強度I1~I5に基づいて制御部17がサンプルSに含まれる物質を特定する手順については、上述した手順と同様である。
In the analyzer 1 according to this modification, an electric signal output from the photodetector 15-i when the light emitted from the
(変形例4)
上述した分析装置1は、光学フィルタ14-1~14-5として、カットオン波長λ1~λ5が中心波長λ0より小さいものを用いるよう変形可能である。この場合、カットオン波長λ1~λ5によって分割される帯域w1~w4は、励起光の中心波長λ0より低波長の帯域となる。したがって、制御部17は、アンチストークス光に基づいて、サンプルSに含まれる物質を特定することになる。
(Modification example 4)
The above-mentioned analyzer 1 can be modified to use optical filters 14-1 to 14-5 having cut-on wavelengths λ1 to λ5 smaller than the center wavelength λ0. In this case, the bands w1 to w4 divided by the cut-on wavelengths λ1 to λ5 are lower wavelength bands than the center wavelength λ0 of the excitation light. Therefore, the
(変形例5)
上述した分析装置1は、光学フィルタ14-1~14-5として、カットオン波長λ1~λ5が中心波長λ0より小さいものおよび大きいものの両方を用いるよう変形可能である。この場合、カットオン波長λ1~λ5によって分割される帯域w1~w4のうち、少なくとも何れかは、励起光の中心波長λ0より低波長側の帯域となり、少なくとも何れかは、励起光の中心波長λ0より長波長側の帯域となる。したがって、制御部17は、アンチストークス光およびストークス光の両方に基づいて、サンプルSに含まれる物質を特定することになる。
(Modification 5)
The above-mentioned analyzer 1 can be modified to use both optical filters 14-1 to 14-5 having cut-on wavelengths λ1 to λ5 smaller than and larger than the center wavelength λ0. In this case, at least one of the bands w1 to w4 divided by the cut-on wavelengths λ1 to λ5 is a band lower than the center wavelength λ0 of the excitation light, and at least one of them is the center wavelength λ0 of the excitation light. The band is on the longer wavelength side. Therefore, the
(変形例6)
上述した分析装置1は、光学フィルタ14-iとして、カットオフ波長λ’iよりも短波長の光を選択的に通過させるショートパスフィルタ(カットオフ周波数ω’iよりも高周波の光を選択的に通過させるハイパスフィルタ)を用いるよう変形可能である。カットオフ波長λ’1~λ’5は互いに異なり、λ’0<λ’1<λ’2<λ’3<λ’4<λ’5を満たすように定められている。ここで、λ0は、光源11が出射する励起光の中心波長である。制御部17は、カットオフ波長λ’1~λ’5により決まる15個の波長帯域w’1~w’15について、各波長帯域w’k(k=1,2,…,15)に属する光の強度Jk(S)を算出する。各波長帯域w’kの定義、及び、各波長帯域w’kに属する光の強度J’kの算出方法を一覧すれば、下表のとおりである。
The above-mentioned analyzer 1 selectively passes light having a wavelength shorter than the cutoff wavelength λ'i as an optical filter 14-i (a short pass filter having a frequency higher than the cutoff frequency ω'i). It can be modified to use a high-pass filter). The cutoff wavelengths λ'1 to λ'5 are different from each other and are set to satisfy λ'0 <λ'1 <λ'2 <λ'3 <λ'4 <λ'5. Here, λ0 is the central wavelength of the excitation light emitted by the
(変形例7)
上述した分析装置1は、制御部17が、機械学習により生成された学習済みモデルを用いてサンプルSに含まれる物質を特定するよう変形可能である。この場合、制御部17のメモリは、例えば、光学フィルタ14-1~14-5を通過した光の強度I1~I5を入力とし、サンプルSに含まれる物質を出力とする学習済みモデルを記憶する。この場合、制御部17のプロセッサは、この学習済みモデルを用いてサンプルSに含まれる物質を特定する。なお、このような学習済みモデルは、教師あり学習、教師なし学習、または反教師あり学習によって生成し得る。
(Modification 7)
The above-mentioned analyzer 1 can be modified so that the
6.実施例
分析装置1の実施例について、図5を参照して説明する。本実施例は、アセトン、エタノール、シクロヘキサン、メタノールを候補物質A1、A2、A3、A4として、サンプルSが候補物質の何れであるかを特定するものである。図5は、波長532nmの励起光を照射したときに、アセトン、エタノール、シクロヘキサン、及びメタノールにて散乱される光のスペクトルを示すグラフである。
6. Example An embodiment of the analyzer 1 will be described with reference to FIG. In this example, acetone, ethanol, cyclohexane, and methanol are used as candidate substances A1, A2, A3, and A4, and sample S is specified as a candidate substance. FIG. 5 is a graph showing the spectrum of light scattered by acetone, ethanol, cyclohexane, and methanol when irradiated with excitation light having a wavelength of 532 nm.
本実施例においては、まず、λ1を550nm、λ2を570nm、λ3を630nm、λ4を650nm、λ5を710nmとして、各候補物質Ajに対して15個の波長帯域w1~w15(表1参照)に属する光の強度J1(Aj)~J15(Aj)を、図5に示すスペクトルに基づいて算出して制御部17のメモリに保存した。なお、算出にあたっては、(1)波長800nm以上の強度を無視し、(2)各候補物質ついての強度J1(候補物質)~J15(候補物質)をその候補物質についての最大強度で規格化した。算出結果は、下表のとおりであった。
次に、エタノールをサンプルSとして、サンプルSに波長532nmの励起光を照射した。そして、光検出器15-1~15-5にて検出された光の強度I1~I5から、表1に従って15個の波長帯域w1~w15に属する光の強度J1(S)~J15(S)を算出した。なお、算出にあたっては、(1)波長800nm以上の強度を無視し、(2)強度J1~J15を最大強度で規格化した。算出結果は、下表のとおりであった。
次に、表4に示すサンプルSについての強度J1(S)~J15(S)と表3に示す各候補物質についての強度J1(Aj)~J15(Aj)との相関係数を算出した。算出結果は、下表のとおりであった。
表5から明らかなように、サンプルSと強度J1(S)~J15(S)の相関が最も高い候補物質は、エタノールである。このため、制御部17は、サンプルSがエタノールであると判別した。すなわち、制御部17は、サンプルSを構成する物質を正しく特定した。
As is clear from Table 5, the candidate substance having the highest correlation between the sample S and the intensities J1 (S) to J15 (S) is ethanol. Therefore, the
7.付記事項
上述した実施形態および各変形例において、制御部17を、メモリおよびプロセッサを含むコンピュータによって構成する代わりに、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよい。
7. Appendix In the above-described embodiment and each modification, the
また、制御部17をメモリおよびプロセッサを含むコンピュータによって構成する場合、プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記メモリとしては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
When the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
8.まとめ
本実施形態に係る分析装置は、励起光の照射によりサンプルにて散乱された光のうち特定波長よりも長波長側または短波長側の光を選択的に通過させる複数の光学フィルタであって、前記特定波長が互いに異なる複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタの何れかを通過した光の強度を検出する単一または複数の光検出器と、前記光検出器から出力される信号に基づいて、前記サンプルに含まれる物質を特定する制御部と、を備えている。
8. Summary The analyzer according to the present embodiment is a plurality of optical filters that selectively pass light on the long wavelength side or the short wavelength side of a specific wavelength among the light scattered by the sample by irradiation with the excitation light. , A plurality of optical filters having different specific wavelengths, a single or a plurality of optical detectors for detecting the intensity of light passing through any of the plurality of optical filters, and a signal output from the optical detector. Based on the above, the control unit for identifying the substance contained in the sample is provided.
上記の構成によれば、フィルタ交換などの手間を掛けずに、複数の物質の分析を容易に行うことができる。しかも、上記の構成によれば、複数の物質の分析を行うために、分光器を要さない。したがって、上記の構成によれば、分光器を用いた従来の分析装置と比べて安価に実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to easily analyze a plurality of substances without the trouble of replacing the filter. Moreover, according to the above configuration, a spectroscope is not required to analyze a plurality of substances. Therefore, according to the above configuration, it can be realized at a lower cost than a conventional analyzer using a spectroscope.
また、本実施形態に係る分析装置においては、前記サンプルにて散乱された光を分岐して前記複数の光学フィルタに入射させる光分岐路を更に備えている構成を採用することができる。 Further, in the analyzer according to the present embodiment, it is possible to adopt a configuration further including an optical branch path that branches the light scattered by the sample and causes the light to be incident on the plurality of optical filters.
上記の構成によれば、前記サンプルにて散乱された光を効率良く複数の光学フィルタに導くことができる。 According to the above configuration, the light scattered by the sample can be efficiently guided to a plurality of optical filters.
また、本実施形態に係る分析装置においては、前記光検出器は、単一であり、前記サンプルにて散乱された光が前記複数の光学フィルタの何れに入射するかを切り替えるためのターレットを更に備えている構成を採用することができる。 Further, in the analyzer according to the present embodiment, the photodetector is a single unit, and a turret for switching which of the plurality of optical filters the light scattered by the sample is incident on is further provided. It is possible to adopt the provided configuration.
上記の構成によれば、前記サンプルにて散乱された光を効率良く複数の光学フィルタの何れかに導くことができる。しかも、光検出器が単一であるため、分析装置を更に安価に実現することができる。 According to the above configuration, the light scattered by the sample can be efficiently guided to any of a plurality of optical filters. Moreover, since there is only one photodetector, the analyzer can be realized at a lower cost.
また、本実施形態に係る分析装置においては、前記光検出器は、複数であり、前記サンプルにて散乱された光が前記複数の光学フィルタの何れに入射するかを切り替えるための回転ミラーを更に備えている構成を採用することができる。 Further, in the analyzer according to the present embodiment, the photodetector is a plurality, and a rotating mirror for switching which of the plurality of optical filters the light scattered by the sample is incident on is further provided. It is possible to adopt the provided configuration.
上記の構成によれば、前記サンプルにて散乱された光を効率良く複数の光学フィルタの何れかに導くことができる。 According to the above configuration, the light scattered by the sample can be efficiently guided to any of a plurality of optical filters.
また、本実施形態に係る分析装置においては、前記制御部は、前記光検出器から出力される信号の表す光の強度であって、前記複数の光学フィルタの各々を透過した光の強度に基づいて、前記サンプルにて散乱された光において複数の波長帯域の各々に属する光の強度を算出する算出ステップと、前記算出ステップにて算出された光の強度であって、前記サンプルにて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度に基づいて、前記サンプルに含まれる物質を特定する特定ステップと、を実行する、構成を採用することができる。 Further, in the analyzer according to the present embodiment, the control unit is the intensity of light represented by the signal output from the optical detector, and is based on the intensity of light transmitted through each of the plurality of optical filters. The calculation step of calculating the intensity of the light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the sample, and the light intensity calculated by the calculation step, which are scattered by the sample. It is possible to employ a configuration that performs a specific step of identifying a substance contained in the sample based on the intensity of the light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light.
上記の構成によれば、前記サンプルを構成する物質を精度良く特定することができる。 According to the above configuration, the substance constituting the sample can be specified with high accuracy.
また、本実施形態に係る分析装置においては、前記制御部のメモリには、予め定められた複数の候補物質について、当該候補物質にて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度が格納されており、前記制御部は、前記サンプルにて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度を、各候補物質にて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度と比較することによって、前記サンプルに含まれる物質が前記複数の候補物質の何れかであるかを特定する、構成を採用することができる。 Further, in the analyzer according to the present embodiment, in the memory of the control unit, light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the candidate substances is stored in the memory of the control unit. The intensity of the light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the sample is stored, and the control unit determines the intensity of the light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the sample, and the plurality of wavelengths in the light scattered by each candidate substance. By comparing with the intensity of light belonging to each of the bands, it is possible to adopt a configuration that identifies whether the substance contained in the sample is one of the plurality of candidate substances.
上記の構成によれば、前記サンプルを構成する物質が予め定められた複数の候補物質の何れであるかを精度良く特定することができる。 According to the above configuration, it is possible to accurately identify which of the plurality of predetermined candidate substances the substance constituting the sample is.
1 分析装置
11 光源
12 光学系
13 光分岐路
14-1~14-5 光学フィルタ
15-1~15-5 光検出器
16 ADコンバータ
17 制御部
18 ターレット
19 回転ミラー
S サンプル
1
Claims (6)
前記複数の光学フィルタの何れかを通過した光の強度を検出する単一または複数の光検出器と、
前記光検出器から出力される信号に基づいて、前記サンプルに含まれる物質を特定する制御部と、を備えている、
ことを特徴とする分析装置。 A plurality of optical filters that selectively pass light on the long wavelength side or the short wavelength side of a specific wavelength among the light scattered by the sample by irradiation with the excitation light, and the plurality of optical filters having different specific wavelengths from each other. With a filter,
A single or multiple photodetectors that detect the intensity of light that has passed through any of the plurality of optical filters.
A control unit for identifying a substance contained in the sample based on a signal output from the photodetector is provided.
An analyzer characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の分析装置。 The analyzer further comprises an optical branch path that branches the light scattered by the sample and causes it to enter the plurality of optical filters.
The analyzer according to claim 1.
前記分析装置は、前記サンプルにて散乱された光が前記複数の光学フィルタの何れに入射するかを切り替えるためのターレットを更に備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の分析装置。 The photodetector is single and
The analyzer further comprises a turret for switching which of the plurality of optical filters the light scattered by the sample is incident on.
The analyzer according to claim 1.
前記分析装置は、前記サンプルにて散乱された光が前記複数の光学フィルタの何れに入射するかを切り替えるための回転ミラーを更に備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の分析装置。 There are a plurality of photodetectors, and there are a plurality of photodetectors.
The analyzer further comprises a rotating mirror for switching which of the plurality of optical filters the light scattered by the sample is incident on.
The analyzer according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の分析装置。 The control unit is the intensity of the light represented by the signal output from the optical detector, and is a plurality of light scattered in the sample based on the intensity of the light transmitted through each of the plurality of optical filters. The calculation step of calculating the intensity of light belonging to each of the wavelength bands of the above, and the intensity of light calculated in the calculation step, which belongs to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the sample. Performing specific steps to identify the substances contained in the sample based on the intensity of the light.
The analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein the analyzer is characterized by the above.
前記制御部は、前記サンプルにて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度を、各候補物質にて散乱された光において前記複数の波長帯域の各々に属する光の強度と比較することによって、前記サンプルに含まれる物質が前記複数の候補物質の何れかであるかを特定する、
ことを特徴とする請求項5に記載の分析装置。 The memory of the control unit stores the intensities of light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the plurality of predetermined candidate substances.
The control unit determines the intensity of light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by the sample, and the intensity of light belonging to each of the plurality of wavelength bands in the light scattered by each candidate substance. By comparing with, it is specified whether the substance contained in the sample is one of the plurality of candidate substances.
The analyzer according to claim 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020123128A JP2022019347A (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020123128A JP2022019347A (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022019347A true JP2022019347A (en) | 2022-01-27 |
Family
ID=80203642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020123128A Pending JP2022019347A (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Analyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022019347A (en) |
-
2020
- 2020-07-17 JP JP2020123128A patent/JP2022019347A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8107068B2 (en) | Raman spectroscopy system and Raman spectroscopy detection method | |
US11125674B2 (en) | Systems and user interface for collecting a data set in a flow cytometer | |
US20180038798A1 (en) | Portable raman device | |
KR20180036779A (en) | Online process monitoring | |
TW544791B (en) | Apparatus for 2-D spatially resolved optical emission and absorption spectroscopy | |
CN110763671A (en) | Small frequency shift excitation Raman detection device | |
JP4599559B2 (en) | Plastic surface diagnostic method and plastic surface diagnostic device | |
CN102608094A (en) | Raman spectrum system and Raman spectrum measurement method | |
CN201222037Y (en) | Raman spectrum system | |
JP2022019347A (en) | Analyzer | |
CN107995950B (en) | Multispectral filter profiling and quality control for flow cytometry | |
CN103868906B (en) | Raman spectrum system and method for measuring Raman spectrum | |
JP2010071874A (en) | Sample analyzer | |
CN211347940U (en) | Small frequency shift excitation Raman detection device | |
JP2000131145A (en) | Spectrochemical analysis device | |
WO2023084946A1 (en) | Raman scattered light measuring system and raman scattered light measuring method | |
JP5480055B2 (en) | Diffuse reflection measuring device | |
US11460343B2 (en) | Method for selection of Raman excitation wavelengths in multi-source Raman probe | |
US20220155237A1 (en) | Optical detection device, optical detection method, method for designing optical detection device, sample classification method, and defect detection method | |
CN116087155A (en) | Spectrum detection device | |
JPH11218445A (en) | Optical probe | |
Ferrell et al. | Instrumentation systems for passive fiber optic chemical sensors | |
KR200249511Y1 (en) | Apparatus for Plastics distinction using NIR | |
CN117007572A (en) | Space offset Raman spectrum detection system | |
WO2021195471A1 (en) | Method for selection of raman excitation wavelengths in multi-source raman probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230705 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240304 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240409 |