JP2023135837A - 試料測定装置および試料測定方法 - Google Patents
試料測定装置および試料測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023135837A JP2023135837A JP2022041127A JP2022041127A JP2023135837A JP 2023135837 A JP2023135837 A JP 2023135837A JP 2022041127 A JP2022041127 A JP 2022041127A JP 2022041127 A JP2022041127 A JP 2022041127A JP 2023135837 A JP2023135837 A JP 2023135837A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- excitation light
- light irradiation
- irradiation position
- raman spectrum
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 137
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 78
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 abstract description 8
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 229960005489 paracetamol Drugs 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 238000010238 partial least squares regression Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000011057 process analytical technology Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- OIQPTROHQCGFEF-UHFFFAOYSA-L chembl1371409 Chemical compound [Na+].[Na+].OC1=CC=C2C=C(S([O-])(=O)=O)C=CC2=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 OIQPTROHQCGFEF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000857 drug effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229960003943 hypromellose Drugs 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000009492 tablet coating Methods 0.000 description 1
- 239000002700 tablet coating Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
【課題】試料上の測定範囲においてラマン分光法による定量分析を容易に行うことができる試料測定装置および試料測定方法を提供する。
【解決手段】照射部は、測定部が一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料３０上の測定範囲３１において同一位置を複数回通らないライン３２に沿って励起光照射位置を走査する。複数の走査ライン３２１～３２Ｎとする場合には、各走査ライン３２ｎは試料３０上の同一位置を複数回通らないようにする。複数の走査ライン３２１～３２Ｎの間でも同一位置を複数回通らないようにする。また、複数の励起光照射領域３３１～３３Ｎの間で互いに重ならないようにする。
【選択図】図３
【解決手段】照射部は、測定部が一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料３０上の測定範囲３１において同一位置を複数回通らないライン３２に沿って励起光照射位置を走査する。複数の走査ライン３２１～３２Ｎとする場合には、各走査ライン３２ｎは試料３０上の同一位置を複数回通らないようにする。複数の走査ライン３２１～３２Ｎの間でも同一位置を複数回通らないようにする。また、複数の励起光照射領域３３１～３３Ｎの間で互いに重ならないようにする。
【選択図】図３
Description
本発明は、ラマン分光法により試料を分析する試料測定装置および試料測定方法に関するものである。
試料に光を照射すると、ラマン効果により、その照射光の波長と異なる波長を有するラマン散乱光が該試料で生ずる。このラマン散乱光の波数と照射光の波数との差に対するラマン散乱光強度の関係（ラマンスペクトル）は、試料の分子構造、結晶構造、成分などに応じたものとなる。ラマン分光法では、このラマンスペクトルに基づいて、試料の分析を行うことができる。
ラマン分光法により試料を分析する試料測定装置の一構成例では、レーザ光源から出力された単色のレーザ光を励起光として試料に照射し、この励起光照射に応じて試料で発生したラマン散乱光のスペクトルを分光器により測定する。レーザ光源と試料との間には、試料上の限られた照射領域に励起光を集光して照射するために集光光学系が設けられる。試料と分光器との間には、試料上の励起光照射位置と分光器のスリット（ラマン散乱光を通過させるスリット）の位置とを互いに光学的に共役な位置関係とするために結像光学系が設けられる。分光器のスリットの幅は数μｍ～数十μｍである。試料上の励起光照射領域の径は大きくても数十μｍである。これにより、高い空間分解能で試料を分析することができる。
このような構成を有する試料測定装置を用いることで、マッピングと呼ばれる試料の解析を行うことができる。この解析手法では、試料上において複数の励起光照射位置を設定し、各々の励起光照射位置の周囲の限られた励起光照射領域についてラマンスペクトルを取得することで、試料上のラマンスペクトルのマップを作成する。これにより、試料における特定物質の局在や分布を解析することができる。このマッピングによる解析手法は、例えば固形製剤のような固体混合物の試料において薬効成分の分布を解析するような場合に威力を発揮し得る。
しかし、その一方で、マッピングによる解析手法は、不均一な固形試料を分析する場合に、各々の励起光照射位置について取得されたラマンスペクトルが何れの成分に因るものであるのか（例えば、薬効成分、その他の賦形剤等、これらの混合物のうちの何れに因るものであるのか）を判定することができないので、固形試料中の成分の定量や成分比の分析が困難である。
特許文献１に記載された試料測定技術では、試料上の或る測定範囲において励起光照射位置を走査し、その走査の期間に亘って発生したラマン散乱光に基づいて一つのラマンスペクトルを取得する。試料上の一つの励起光照射位置の周囲の限られた励起光照射領域（数十μｍ径）で発生したラマン散乱光のスペクトルを測定する場合と比べて、特許文献１に記載された試料測定技術では、より広い測定範囲における励起光照射位置の走査の期間に亘って発生したラマン散乱光のスペクトルの積算値または平均値を取得することができるので、例えば不均一な固形試料を分析する場合であっても、該固形試料の測定範囲における成分の定量や成分比の分析が可能であると考えられる。
しかし、特許文献１に記載された試料測定技術では、試料上の測定範囲において複雑な形状のラインに沿って励起光照射位置を走査することから、測定範囲内の或る位置においては励起光が複数回照射される場合がある一方で、測定範囲内の他の或る位置においては励起光が照射されない場合があり、測定範囲内の位置によって励起光が照射される時間の長さが異なる場合がある。その結果、例えば不均一な固形試料を分析する場合に、取得されるラマンスペクトルは測定範囲の成分量等の平均を示すものとはならず、定量的な分析は困難である。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、試料上の測定範囲においてラマン分光法による定量分析を容易に行うことができる試料測定装置および試料測定方法を提供することを目的とする。
本発明の試料測定装置は、ラマン分光法により試料を分析する試料測定装置であって、光源から出力された励起光を試料に照射する照射部と、励起光の照射に応じて試料で発生したラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定部と、を備える。照射部は、測定部が一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査する。照射部は、直線状のラインに沿って励起光照射位置を走査してもよい。照射部は、ラインに沿って一定速さで励起光照射位置を走査してもよい。
照射部は、各々試料上の同一位置を複数回通らない複数のラインそれぞれに沿って励起光照射位置を走査し、測定部は、複数のラインそれぞれについて一つのラマンスペクトルを取得するのが好適である。照射部は、試料上の複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で試料上の同一の位置を通らないように励起光照射位置を走査するのが好適である。また、照射部は、試料上の複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で試料上の励起光照射領域が互いに重ならないように励起光照射位置を走査するのが好適である。
測定部は、ラマンスペクトルについて標準化処理を行い、当該処理後のラマンスペクトルに基づいて試料の分析を行ってもよい。測定部は、ラマンスペクトルの特徴量を抽出し、この特徴量に基づいて試料の分析を行ってもよい。
本発明の試料測定方法は、ラマン分光法により試料を分析する試料測定方法であって、光源から出力された励起光を試料に照射する照射ステップと、励起光の照射に応じて試料で発生したラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定ステップと、を備える。照射ステップにおいて、測定ステップで一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査する。照射ステップにおいて、直線状のラインに沿って励起光照射位置を走査してもよい。照射ステップにおいて、ラインに沿って一定速さで励起光照射位置を走査してもよい。
照射ステップにおいて、各々試料上の同一位置を複数回通らない複数のラインそれぞれに沿って励起光照射位置を走査し、測定ステップにおいて、複数のラインそれぞれについて一つのラマンスペクトルを取得するのが好適である。照射ステップにおいて、試料上の複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で試料上の同一の位置を通らないように励起光照射位置を走査するのが好適である。また、照射ステップにおいて、試料上の複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で試料上の励起光照射領域が互いに重ならないように励起光照射位置を走査するのが好適である。
測定ステップにおいて、ラマンスペクトルについて標準化処理を行い、当該処理後のラマンスペクトルに基づいて試料の分析を行ってもよい。測定ステップにおいて、ラマンスペクトルの特徴量を抽出し、この特徴量に基づいて試料の分析を行ってもよい。
本発明によれば、試料上の測定範囲においてラマン分光法による定量分析を容易に行うことができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１は、試料測定装置１の構成を示す図である。試料測定装置１は、光源１１、ダイクロイックミラー１２、レンズ１３、フィルタ１４、レンズ１５、分光器１６、分析部１７およびステージ２１を備える。試料測定装置１は、ラマン分光法により、ステージ２１に載置された試料３０を分析する。
光源１１は、試料３０に照射すべき励起光を出力する。光源１１はレーザ光源であるのが好適である。ダイクロイックミラー１２は、光源１１と光学的に接続されており、光源１１から出力された励起光を試料３０へ反射させる。また、ダイクロイックミラー１２は、試料３０で発生して到達したラマン散乱光をフィルタ１４へ透過させる。
レンズ１３は、ダイクロイックミラー１２と試料３０との間の光路上に設けられている。レンズ１３は、ダイクロイックミラー１２から到達した励起光を試料３０上に集光して照射する。また、レンズ１３は、励起光の照射に応じて試料３０で発生したラマン散乱光を入力して、そのラマン散乱光をダイクロイックミラー１２へ出力する。
フィルタ１４は、ダイクロイックミラー１２と光学的に接続されており、試料３０からレンズ１３およびダイクロイックミラー１２を経て到達した光を入力する。フィルタ１４は、その入力した光のうち、励起光の反射光または散乱光を選択的に遮断するとともに、ラマン散乱光を選択的にレンズ１５へ透過させる。フィルタ１４はノッチフィルタであってもよい。
レンズ１５は、フィルタ１４と光学的に接続されており、フィルタ１４を透過して到達したラマン散乱光を入力して、そのラマン散乱光を集光して分光器１６のスリット１６ａに入力させる。分光器１６は、スリット１６ａ、分光素子および受光素子アレイを含む。分光器１６は、スリット１６ａを通過したラマン散乱光を分光素子により分光し、その分光後の各波長成分の光を受光素子アレイにより受光して、各波長成分の光の強度を検出する。分光器１６は、その検出した各波長成分の光の強度を表す電気信号を分析部１７へ出力する。この電気信号は、ラマン散乱光のスペクトルを表す。
分析部１７は、分光器１６と電気的に接続されており、分光器１６から出力された電気信号を入力する。分析部１７は、この入力した電気信号に基づいてラマンスペクトルを取得する。さらに、分析部１７は、このラマンスペクトルに基づいて試料３０の分析を行う。分析部１７はコンピュータであってもよい。
ステージ２１は、試料３０を載置するとともに、レンズ１３の光軸に対し直交する方向に試料３０を移動させることができる。この移動により、試料３０上の励起光照射位置を走査することができる。
光源１１からダイクロイックミラー１２およびレンズ１３を経て試料３０に至る励起光の光学系は、光源１１から出力された励起光を試料３０上の限られた照射領域に集光して照射するための集光光学系を構成している。試料３０からレンズ１３、ダイクロイックミラー１２、フィルタ１４およびレンズ１５を経て分光器１６のスリット１６ａに至るラマン散乱光の光学系は、試料３０上の励起光照射位置とスリット１６ａの位置とを互いに光学的に共役な位置関係とするための結像光学系を構成している。
光源１１、ダイクロイックミラー１２、レンズ１３およびステージ２１は、励起光を試料３０に照射するとともに当該励起光照射位置を走査する照射部を構成している。レンズ１３、ダイクロイックミラー１２、フィルタ１４、レンズ１５、分光器１６および分析部１７は、ラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定部を構成している。
図２は、試料測定装置２の構成を示す図である。試料測定装置２は、光源１１、ダイクロイックミラー１２、レンズ１３、フィルタ１４、レンズ１５、分光器１６、分析部１７、ステージ２１および走査部２２を備える。試料測定装置２は、ラマン分光法により、ステージ２１に載置された試料３０を分析する。
図１に示された試料測定装置１の構成と比較すると、図２に示される試料測定装置２は、走査部２２を更に備える点で相違する。試料測定装置２のステージ２１は、レンズ１３の光軸に対し直交する方向に試料３０を移動させなくてもよい。
走査部２２は、ダイクロイックミラー１２とレンズ１３との間の光路上に設けられている。走査部２２は、ダイクロイックミラー１２から到達した励起光を入力して、その励起光をレンズ１３へ出力する。走査部２２は、レンズ１３への励起光の出力の際に、その光出力方向を変化させることができる。この光出力方向の変更により、試料３０上の励起光照射位置を走査することができる。走査部２２は例えばガルバノミラーやポリゴンミラーを含む構成とすることができる。
光源１１からダイクロイックミラー１２、走査部２２およびレンズ１３を経て試料３０に至る励起光の光学系は、光源１１から出力された励起光を試料３０上の限られた照射領域に集光して照射するための集光光学系を構成している。試料３０からレンズ１３、走査部２２、ダイクロイックミラー１２、フィルタ１４およびレンズ１５を経て分光器１６のスリット１６ａに至るラマン散乱光の光学系は、試料３０上の励起光照射位置とスリット１６ａの位置とを互いに光学的に共役な位置関係とするための結像光学系を構成している。
光源１１、ダイクロイックミラー１２、走査部２２およびレンズ１３は、励起光を試料３０に照射するとともに当該励起光照射位置を走査する照射部を構成している。レンズ１３、走査部２２、ダイクロイックミラー１２、フィルタ１４、レンズ１５、分光器１６および分析部１７は、ラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定部を構成している。
試料測定装置１（図１）および試料測定装置２（図２）の何れも、照射部による試料３０上の励起光照射位置の走査と、測定部によるラマンスペクトルの取得とを、互いに関連付けて行う。すなわち、照射部は、測定部が一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料３０上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査する。換言すると、或る期間に亘って、照射部は試料３０上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査するとともに、測定部は一つのラマンスペクトルを取得する。これにより、試料３０上の測定範囲においてラマン分光法による定量分析を容易に行うことができる。
走査ラインが試料３０上の同一位置を複数回通らないとは、その走査ラインが或る位置で自ら交差することがないだけでなく、その走査ラインの或る範囲と他の或る範囲とが互いに重なることがないことをも含む。走査ラインに沿って励起光照射位置を１回のみ走査してもよいし、複数回走査してもよい。また、或る期間に亘って測定部が一つのラマンスペクトルを取得するとは、その期間に亘って分光器１６の受光素子アレイを連続して露光状態とすることにより一つのラマンスペクトルを取得することだけでなく、その期間を複数の部分期間に分けて各部分期間で受光素子アレイが検出したスペクトルの総和を求めることで一つのラマンスペクトルを取得することをも含む。
本実施形態の試料測定方法は、ラマン分光法により試料３０を分析する方法であり、試料測定装置１（図１）または試料測定装置２（図２）を用いて実施することができる。本実施形態の試料測定方法は、照射ステップおよび測定ステップを備える。照射ステップは、試料測定装置１，２の照射部により行われる処理であり、光源１１から出力された励起光を試料３０に照射する。測定ステップは、試料測定装置１，２の測定部により行われる処理であり、励起光の照射に応じて試料３０で発生したラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する。照射ステップにおいて、測定ステップで一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、試料３０上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置が走査される。照射ステップおよび測定ステップそれぞれの処理は共通の期間に行われる。
図３～図５は、照射部による試料３０上の励起光照射位置の走査を説明する図である。図３は、試料３０上の測定範囲３１において、Ｎ本の走査ライン３２１～３２Ｎそれぞれに沿って励起光照射位置を走査したときの各走査ライン３２ｎの周囲の励起光照射領域３３ｎをハッチングで示している。Ｎは、１であってもよいし、２以上の整数であってもよい。ｎは１以上Ｎ以下の整数である。この例では、各励起光照射領域３３ｎについて一つのラマンスペクトルを取得することができる。
Ｎ本の走査ライン３２１～３２Ｎそれぞれに沿って順に励起光照射位置を走査する際に、例えば、奇数番目の走査ラインでは右方向に励起光照射位置を走査し、偶数番目の走査ラインでは左方向に励起光照射位置を走査すれば、或る走査ライン３２ｎ－１の走査終了から次の走査ライン３２Ｎの走査開始への移行の際に、移動距離を短くすることができ、これに要する時間を短くすることができる。
測定範囲３１は、ラマン散乱分光により分析をしようとしている試料３０上の範囲である。励起光照射位置は、レンズ１３により試料３０へ集光照射される励起光のピーク強度位置である。複数のピーク強度位置がある場合には、それらのうちの何れかのピーク強度位置を励起光照射位置としてよい。また、明確なピーク強度位置がない場合には、ピーク強度に近い強度（例えばピーク強度の９０％以上の強度）である範囲を励起光照射位置とみなしてもよい。励起光照射領域３３ｎは、走査ライン３２ｎに沿って励起光照射位置を走査したときに励起光が照射される領域であって、その励起光照射によりラマン散乱光が有意に発生し得る領域である。
図４は、Ｎ本の走査ライン３２１～３２Ｎのうちの任意の隣り合う２本の走査ライン３２ｎ－１，３２ｎそれぞれの周囲の励起光照射領域３３ｎ－１，３３ｎをハッチングで示し、また、走査ラインに垂直な方向における励起光照射強度分布を示している。この図に示されるように、励起光照射領域３３ｎは、走査ライン３２ｎ上の励起光のピーク強度Ｐ０に対し一定割合の強度Ｐ１以上の強度の励起光が照射される領域としてもよい。ここで、一定割合（Ｐ１／Ｐ０）は、例えば１／２または１／ｅであってもよく、その他の値であってもよい。
図５は、測定範囲３１において一本の走査ライン３２が屈曲している場合を示している。この図に示されるように、一本の走査ライン３２が屈曲を繰り返していることにより、その一本の走査ライン３２に沿って励起光照射位置を走査したときの励起光照射領域３３（ハッチング領域）が測定範囲３１内の広い部分を占めることができる。この例では、測定範囲３１について一つのラマンスペクトルを取得することができる。
走査ラインの形状や本数は任意であり、これに応じて励起光照射領域の形状や個数も任意である。しかし、走査ラインは直線状であるのが好適である。走査ラインを直線状とすることで、ステージ２１または走査部２２による励起光照射位置の走査が容易となる。また、図３に示されるように、複数の走査ライン３２１～３２Ｎとする場合には、各走査ライン３２ｎを直線状とすることにより、測定範囲３１において複数の励起光照射領域３３１～３３Ｎを並列配置することが容易となり、測定範囲３１内の広い部分において励起光照射領域３３ｎ毎にラマン分光することができる。また、各走査ライン３２ｎに沿って一定速さで励起光照射位置を走査するのが好適であり、これにより、ラマン分光法により定量性のよい分析を行うことができる。
図３に示されるように、複数の走査ライン３２１～３２Ｎとする場合には、各走査ライン３２ｎは試料３０上の同一位置を複数回通らないようにするのが好適である。また、複数の走査ライン３２１～３２Ｎの間でも同一位置または同一範囲を複数回通らないようにするのが好適である。さらに、複数の励起光照射領域３３１～３３Ｎの間で互いに重ならないようにするのが好適である。
また、分析部１７は、ラマンスペクトルに基づいて試料３０の分析を行う際に、そのラマンスペクトルについて標準化処理を行い、当該処理後のラマンスペクトルに基づいて試料３０の分析を行うのが好適である。標準化処理は、平均値からのデータの偏差を標準偏差で除算することで、平均値が０であって標準偏差が１であるデータに変換する処理である。分析部１７は、ラマンスペクトルの特徴量を機械学習により抽出し、この特徴量に基づいて試料３０の分析を行うのも好適である。特徴量は、ラマンスペクトルより見いだされる試料中の成分（複数成分中の幾つか若しくは単一成分）または計算上分離されるスペクトル成分（例えば図１０で確認できるような信号、ノイズそれぞれが特徴量）を指す。
次に実施例１，２について説明する。実施例１，２の何れにおいても、図１に示される構成を有する試料測定装置１を用い、図３に示されるように各走査ラインを直線状のものとして試料上の励起光照射位置を走査した。励起光として波長７８５ｎｍのレーザ光を出力するレーザダイオードを光源１１として用いた。倍率５倍の対物レンズをレンズ１３として用いた。冷却ＣＣＤ検出器を備える分光器を分光器１６として用いた。試料における励起光のビーム径（半値全幅）は２５μｍであった。
実施例１では、分析対象の試料として、一定割合のトウモロコシデンプン及び乳糖を賦形剤としアセトアミノフェンを含む錠剤試料を作製した。アセトアミノフェンの含有率を０、０.５、１.０、１.５％（ｗ／ｗ）の４種類とし、各含有率について１０錠の錠剤試料を作製した。各錠剤試料の直径は約８ｍｍであった。８ｍｍ径のうちの中央部の４.５ｍｍ四方の矩形の測定範囲において、一定長さ（約４,５ｍｍ）で直線状の１８０本の走査ラインを、一定ピッチ（２５μｍ）で並列的に設定した。各走査ラインに沿って一定速さ（４.５ｍｍ／秒）で励起光照射位置を走査した。走査ライン毎に一つのラマンスペクトルを取得した。すなわち、各錠剤試料について１８０個のラマンスペクトルを取得した。試料における励起光のパワーは７ｍＷであった。
図６は、実施例１においてアセトアミノフェン含有率を０％および１.５％の各値とした錠剤試料について取得されたラマンスペクトルを示す図である。この図に示される各ラマンスペクトルは、１個の錠剤試料で取得された１８０個のラマンスペクトルの平均である。この図に示されるように、アセトアミノフェン含有率が異なると、ラマン散乱光の強度も異なる。しかし、一方のラマンスペクトルを定数倍したものが他方のラマンスペクトルの形状に近いものとなっていることから、このままでは、ラマンスペクトルの形状の相違がアセトアミノフェン含有率の相違および励起光強度の変動の何れに因るものであるのか判別することが困難である。
図７は、実施例１において図６のラマンスペクトルに対し標準化処理を行った後のラマンスペクトルを示す図である。この図に示されるように、標準化処理後のラマンスペクトルは、全体的にみればアセトアミノフェン含有率に依らず略同じ形状となっているのに対して、アセトアミノフェン含有率が高いほどピーク強度が大きくなっている。したがって、標準化処理後のラマンスペクトルにおけるピーク強度に基づいてアセトアミノフェン含有率を測定することができる。
アセトアミノフェン含有率に対して部分最小二乗回帰（Partial Least Squares regression： ＰＬＳ）により検量を行った。この検量では、４種類のアセトアミノフェン含有率それぞれについて、１０錠のうちの５錠の錠剤試料の標準化処理後のラマンスペクトルを学習データとし、他の５錠の錠剤試料の標準化処理後のラマンスペクトルを評価データとした。図８は、実施例１において学習データに基づいて得られた検量線を示す図である。横軸は実際のアセトアミノフェン含有率であり、縦軸はＰＬＳ予測含有量である。評価データに対する相関係数は０.９９５２であり、最小二乗誤差は０.０５５であった。実際のアセトアミノフェン含有率とＰＬＳ予測含有率との間によい相関があることが認められた。
各錠剤試料について取得した１８０個のラマンスペクトルを用いて多変量解析により特徴抽出を行うことも可能である。ここでは、多変量解析として主成分分析を行った。図９は、実施例１においてアセトアミノフェン含有率１.５％の１個の錠剤試料について１本の走査ラインに沿って励起光照射位置を走査したときに取得されたラマンスペクトルを示す図である。各錠剤試料について、このようなラマンスペクトルを１８０個取得した。１８０個のラマンスペクトルに対して主成分分析を行った。図１０は、実施例１において主成分分析を行って得られたローディングスペクトルを示す図である。固有ベクトルからは第一主成分の割合が９８.８％であった。第二主成分以下の成分はおおむねノイズであると判断した。
実施例２では、分析対象の試料として、実施例１と同一サイズの素錠に対してコーティングを施した錠剤試料を作製した。コーティング液は、精製水へヒプロメロース、ポリエチレングリコール（分子量約６０００）、タルクおよび食用黄色５号を一定割合で投入し、調製した。素錠に対するコーティング液の塗布は、通気式錠剤コーティング装置（フロイント産業製）を用いた。素錠に塗布したコーティング液の量を管理することで、乾燥固化後の錠剤試料において素錠に対するコーティング剤の含量比率を０～１０.０％（ｗ／ｗ）の範囲で異ならせた。試料における励起光のパワーは１２.４ｍＷであった。
各コーティング剤比率について５個の錠剤試料に対しラマンスペクトルを取得した。図１１は、実施例２においてコーティング剤比率を０.５％および１０％の各値とした錠剤試料について取得された平均ラマンスペクトルを示す図である。この図に示されるように、コーティング剤比率が異なると、ラマン散乱光の強度も異なる。
コーティング剤比率に対してＰＬＳにより検量を行った。この検量では、各コーティング剤比率について、５錠のうちの３錠の錠剤試料のラマンスペクトルを学習データとし、他の２の錠剤試料のラマンスペクトルを評価データとした。同様の処方で作製した錠剤試料を水へ溶解して吸光光度法によりコーティング量を定量し、これにより得られた値をコーティング量の真値とした。図１２は、実施例２において学習データに基づいて得られた検量線を示す図である。横軸は真値のコーティング量であり、縦軸はＰＬＳ予測量である。評価データに対する相関係数は０.９９５４であり、最小二乗誤差は０.２５７９であった。真値のコーティング量とＰＬＳ予測率との間によい相関があることが認められた。
本実施形態によれば、試料上の測定範囲においてラマン分光法による定量分析を容易に行うことができる。一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って試料上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査することで、広い測定範囲において定量的な分析を行うことができる。測定範囲において複数の励起光照射領域を設けることにより、主成分分析等を利用した特徴量抽出を行うことが可能である。また、測定範囲において複数の励起光照射領域を設けることにより、均一な試料に対しては迅速な異物検査等も可能となる。
近年、製薬・製剤業界では、各国の規制当局が中心となり、人為的な過失を無くすことや製品の安全性を向上させることを主目的として、複数の製造プロセスを連続化した連続生産と呼ばれる製造手法の確立が推進されている。これには、製造の連続化に伴って、検査工程の自動化も必要となる。特に検査及び監視する技術はＰＡＴ（Process Analytical Technology）と称されている。製剤の製造プロセスでは、含量監視、混合終点、水分量およびコーティング量の監視など、化学量の計測が必要となる場合が多い。このようなインライン・オンラインでの化学計測には、分光計測が有効であり、ラマン分光法は化学計測へ利用するＰＡＴツールの一つとして有望視されている。このような場面において本実施形態の試料測定装置または試料測定方法は有効に利用することができる。
１，２…試料測定装置、１１…光源、１２…ダイクロイックミラー、１３…レンズ、１４…フィルタ、１５…レンズ、１６…分光器、１７…分析部、２１…ステージ、２２…走査部、３０…試料、３１…測定範囲、３２…走査ライン、３３…励起光照射領域。
Claims (16)
- ラマン分光法により試料を分析する試料測定装置であって、
光源から出力された励起光を前記試料に照射する照射部と、前記励起光の照射に応じて前記試料で発生したラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定部と、を備え、
前記照射部は、前記測定部が一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、前記試料上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査する、
試料測定装置。 - 前記照射部は、直線状の前記ラインに沿って励起光照射位置を走査する、
請求項１に記載の試料測定装置。 - 前記照射部は、前記ラインに沿って一定速さで励起光照射位置を走査する、
請求項１または２に記載の試料測定装置。 - 前記照射部は、各々前記試料上の同一位置を複数回通らない複数のラインそれぞれに沿って励起光照射位置を走査し、
前記測定部は、前記複数のラインそれぞれについて一つのラマンスペクトルを取得する、
請求項１～３の何れか１項に記載の試料測定装置。 - 前記照射部は、前記試料上の前記複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で前記試料上の同一の位置を通らないように励起光照射位置を走査する、
請求項４に記載の試料測定装置。 - 前記照射部は、前記試料上の前記複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で前記試料上の励起光照射領域が互いに重ならないように励起光照射位置を走査する、
請求項５に記載の試料測定装置。 - 前記測定部は、前記ラマンスペクトルについて標準化処理を行い、当該処理後のラマンスペクトルに基づいて前記試料の分析を行う、
請求項１～６の何れか１項に記載の試料測定装置。 - 前記測定部は、前記ラマンスペクトルの特徴量を抽出し、この特徴量に基づいて前記試料の分析を行う、
請求項１～７の何れか１項に記載の試料測定装置。 - ラマン分光法により試料を分析する試料測定方法であって、
光源から出力された励起光を前記試料に照射する照射ステップと、前記励起光の照射に応じて前記試料で発生したラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを取得する測定ステップと、を備え、
前記照射ステップにおいて、前記測定ステップで一つのラマンスペクトルを取得する期間に亘って、前記試料上の同一位置を複数回通らないラインに沿って励起光照射位置を走査する、
試料測定方法。 - 前記照射ステップにおいて、直線状の前記ラインに沿って励起光照射位置を走査する、
請求項９に記載の試料測定方法。 - 前記照射ステップにおいて、前記ラインに沿って一定速さで励起光照射位置を走査する、
請求項９または１０に記載の試料測定方法。 - 前記照射ステップにおいて、各々前記試料上の同一位置を複数回通らない複数のラインそれぞれに沿って励起光照射位置を走査し、
前記測定ステップにおいて、前記複数のラインそれぞれについて一つのラマンスペクトルを取得する、
請求項９～１１の何れか１項に記載の試料測定方法。 - 前記照射ステップにおいて、前記試料上の前記複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で前記試料上の同一の位置を通らないように励起光照射位置を走査する、
請求項１２に記載の試料測定方法。 - 前記照射ステップにおいて、前記試料上の前記複数のラインそれぞれに沿った励起光照射位置の走査の間で前記試料上の励起光照射領域が互いに重ならないように励起光照射位置を走査する、
請求項１３に記載の試料測定方法。 - 前記測定ステップにおいて、前記ラマンスペクトルについて標準化処理を行い、当該処理後のラマンスペクトルに基づいて前記試料の分析を行う、
請求項９～１４の何れか１項に記載の試料測定方法。 - 前記測定ステップにおいて、前記ラマンスペクトルの特徴量を抽出し、この特徴量に基づいて前記試料の分析を行う、
請求項９～１５の何れか１項に記載の試料測定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022041127A JP2023135837A (ja) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 試料測定装置および試料測定方法 |
| PCT/JP2023/004441 WO2023176224A1 (ja) | 2022-03-16 | 2023-02-09 | 試料測定装置および試料測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022041127A JP2023135837A (ja) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 試料測定装置および試料測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023135837A true JP2023135837A (ja) | 2023-09-29 |
Family
ID=88022817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022041127A Pending JP2023135837A (ja) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 試料測定装置および試料測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023135837A (ja) |
| WO (1) | WO2023176224A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0701477D0 (en) * | 2007-01-25 | 2007-03-07 | Renishaw Plc | Spectroscopic apparatus and methods |
| EP1983332B1 (en) * | 2007-04-18 | 2016-08-31 | Horiba Jobin Yvon S.A.S. | A spectroscopic imaging method and system for exploring the surface of a sample |
| KR101446210B1 (ko) * | 2013-02-15 | 2014-10-01 | 서울대학교산학협력단 | 광영역 시료 내 다수 생체 표지자를 고속 정량 분석하는 라만 분석 방법 및 장치 |
| CN113514447B (zh) * | 2021-07-14 | 2022-08-12 | 清华大学 | 一种基于sers的体液检测方法及系统 |
-
2022
- 2022-03-16 JP JP2022041127A patent/JP2023135837A/ja active Pending
-
2023
- 2023-02-09 WO PCT/JP2023/004441 patent/WO2023176224A1/ja unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023176224A1 (ja) | 2023-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9546904B2 (en) | Apparatus and method for optimizing data capture and data correction for spectroscopic analysis | |
| US7990538B2 (en) | Signal processing for optical computing system | |
| US9182282B2 (en) | Multi-analyte optical computing system | |
| US9164029B2 (en) | Method of classifying and discerning wooden materials | |
| Fransson et al. | Comparison of multivariate methods for quantitative determination with transmission Raman spectroscopy in pharmaceutical formulations | |
| JP2006058293A (ja) | サンプルの検査方法と検査装置、及びマイクロ電子デバイスの製造装置 | |
| DE112012003756T5 (de) | Optisches Emissions- und Transmissionsspektrometer | |
| JP2013044729A (ja) | 塗布状態測定方法 | |
| WO2016080442A1 (ja) | 品質評価方法及び品質評価装置 | |
| KR20150120537A (ko) | 고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법 | |
| JP2002005823A (ja) | 薄膜測定装置 | |
| WO2023176224A1 (ja) | 試料測定装置および試料測定方法 | |
| US20230218174A1 (en) | Spectral analysis of a sample | |
| US20180188158A1 (en) | Spectrum inspecting apparatus | |
| US8643841B1 (en) | Angle-resolved spectroscopic instrument | |
| JP2007085850A (ja) | コンクリート劣化因子検出方法及び検出装置 | |
| WO2016174963A1 (ja) | 顕微鏡装置 | |
| JP2005062192A (ja) | 角度スペクトルを得る方法、ゴニオ分光光度計および加工中の製品を検査する方法 | |
| JP2007078657A (ja) | コンクリート劣化因子検出方法 | |
| Kim et al. | Robust Raman measurement of hydrogen peroxide directly through plastic containers under the change of bottle position and its long-term prediction reproducibility | |
| Wang et al. | A multimodal spectrometer for Raman scattering and near-infrared absorption measurement | |
| Klemes et al. | Non‐invasive diagnostic system and its opto‐mechanical probe for combining confocal Raman spectroscopy and optical coherence tomography | |
| KR101602359B1 (ko) | 고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법 | |
| US20220155237A1 (en) | Optical detection device, optical detection method, method for designing optical detection device, sample classification method, and defect detection method | |
| Driver et al. | Online high-speed NIR diffuse-reflectance imaging spectroscopy in food quality monitoring |