JP2556768B2 - Multi-component analysis method in spectroscopic analysis - Google Patents

Multi-component analysis method in spectroscopic analysis

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JP2556768B2 JP4886391A JP4886391A JP2556768B2 JP 2556768 B2 JP2556768 B2 JP 2556768B2 JP 4886391 A JP4886391 A JP 4886391A JP 4886391 A JP4886391 A JP 4886391A JP 2556768 B2 JP2556768 B2 JP 2556768B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料に対して光源から
光を照射し、そのとき得られる吸収スペクトルに基づい
て試料中に含まれる多成分の濃度を分析する方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of irradiating a sample with light from a light source and analyzing the concentration of multiple components contained in the sample based on the absorption spectrum obtained at that time.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば赤外吸収スペクトルに基づき多成
分を分光分折する方法においては、従来より一般的に、
吸光度が被測定成分の濃度に比例するというランバート
ベールの法則に基づく線型代数的な手法によって行われ
る。このランバートベールの法則は、以下のように表す
ことができる。 A(ν)=Cα(ν) ……(1) ここで、Cは任意の吸収体の濃度、α(ν)は波数νに
おける単位濃度の吸収スペクトル、A(ν)は未知濃度
の吸収体の波数νにおける吸収スペクトルであり、この
関係を模式的に示したものが図9である。
2. Description of the Related Art For example, in a method for spectrally analyzing multiple components based on an infrared absorption spectrum, a method generally used in the past has been
It is performed by a linear algebraic method based on the Lambert-Beer law that the absorbance is proportional to the concentration of the measured component. This Lambert-Beer law can be expressed as follows. A (ν) = Cα (ν) (1) where C is the concentration of any absorber, α (ν) is the absorption spectrum of unit concentration at wave number ν, and A (ν) is the absorber of unknown concentration. FIG. 9 is an absorption spectrum at a wave number ν of, and schematically shows this relationship.

【0003】同図において、曲線Iは単位濃度の吸収ス
ペクトルα(ν)を、また曲線IIは未知濃度の吸収ス
ペクトルをそれぞれ示している。そして、複数の成分の
吸収が重ね合わさっている場合、上記(1)式は、 A(ν)=Σα(ν) ……(2) という単なる線型結合で表される。ここでCはそれぞ
れの成分に対する濃度、α(ν)はそれぞれの成分に
対する単位濃度の吸収スペクトルである。
In the figure, a curve I shows an absorption spectrum α (ν) at a unit concentration, and a curve II shows an absorption spectrum at an unknown concentration. Then, when the absorptions of a plurality of components are superposed, the above formula (1) is represented by a simple linear combination of A (ν) = Σ i C i α i (ν) (2). Here, C i is the concentration for each component, and α i (ν) is the absorption spectrum of the unit concentration for each component.

【0004】一般的に行われている赤外吸収スペクトル
を用いた多成分分光分析では、校正段階でそれぞれの成
分についての参照スペクトルα(ν)を予め求めてお
き、測定すべき未知混合物の吸収スペクトルA(ν)か
ら各成分の濃度Cが推定される。通常、A(ν)は赤
外線領域の4000cm−1から400cm−1にわた
る連続的な波数点に対応した値として測定されるので、
前記(2)式は、 A(ν)=Σα(ν) ……(3) という形の連立一次方程式で表される。したがって、こ
の連立一次方程式の演算を行列を用いて行うことによ
り、多成分の濃度が推定される。
In the multi-component spectroscopic analysis using the infrared absorption spectrum which is generally performed, a reference spectrum α i (ν) for each component is obtained in advance at the calibration stage, and the unknown mixture to be measured is measured. The concentration C i of each component is estimated from the absorption spectrum A (ν). Usually, A ([nu) so is measured as a value corresponding to a continuous wave number points over 400 cm -1 from 4000 cm -1 in the infrared region,
The equation (2) is expressed by a simultaneous linear equation of the form A (ν i ) = Σ i C i α ii ) ... (3). Therefore, by carrying out the operation of this simultaneous linear equation using a matrix, the multi-component concentration is estimated.

【0005】図10は2成分の模式的な吸収スペクトル
の重ね合わせを示している。同図において、曲線I,I
Iはそれぞれ成分ガスの単位濃度の吸収スペクトルα
(ν),α(ν)を示し、曲線IIIはそれらの
スペクトルの線型結合(上記(3)式)を示している。
FIG. 10 shows a typical superposition of absorption spectra of two components. In the figure, curves I and I
I is the absorption spectrum α i of the unit concentration of each component gas
i ) and α 2i ) are shown, and the curve III shows the linear combination of the spectra (formula (3) above).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、被測定試料に含まれる成分の種類が
多数におよぶ場合、演算に使用する行列が大きくなりす
ぎて、その演算に使用する計算機のメモリとして大容量
のものが必要になる。また、演算途中で使用する行列を
交換する必要が生じた場合、全成分の演算が中断される
ことになるので、時間的な無駄が大きくなるなどの問題
点があった。
However, in the above-mentioned conventional method, when the number of kinds of components contained in the sample to be measured is large, the matrix used for the calculation becomes too large, and the computer used for the calculation is large. A large capacity memory is required. Further, when it becomes necessary to exchange the matrix used during the calculation, the calculation of all the components is interrupted, which causes a problem that the time is wasted.

【0007】上記の従来欠点に鑑み、本発明は、吸収ス
ペクトルに基づく成分濃度の算出に用いる行列を小さく
でき、演算処理時間も大幅に短縮化できる分光分析にお
ける多成分分析方法を提供せんとするものである。
In view of the above-mentioned conventional drawbacks, the present invention aims to provide a multi-component analysis method in spectroscopic analysis in which the matrix used for calculating the component concentration based on the absorption spectrum can be made small and the processing time can be greatly shortened. It is a thing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、試料に対して光源から光を照射し、そ
のとき得られる吸収スペクトルに基づいて試料中に含ま
れる多成分の濃度を分析する方法において、前記多成分
を複数の成分群にグループ化し、各成分群の分光分析に
用いる周波数領域を成分群別にブロック化するととも
に、一つのスペクトルにおける複数の成分群にそれぞれ
対応する行列を用意し、これらの行列をそれぞれ用いて
各成分群ごとに演算することにより、個々の成分につい
て定量するようにしている。
In order to achieve the above object, in the present invention, a sample is irradiated with light from a light source,
Included in the sample based on the absorption spectrum obtained at
A method of analyzing the concentration of multi-component, the multicomponent grouped into a plurality of component groups, apart from blocking Then Tomo component group the frequency area used for spectroscopic analysis of each component group
To each of multiple component groups in one spectrum.
Prepare the corresponding matrices and use each of these matrices
By calculating for each component group,
I try to quantify it .

【0009】本発明においては、試料に含まれる多成分
を複数の成分群にグループ化し、各成分群の分光分析に
用いる周波数領域を成分群別にブロック化するととも
に、一つのスペクトルにおける複数の成分群にそれぞれ
対応する行列を用意し、これらの行列をそれぞれ用いて
各成分群ごとに演算するようにしているので、濃度演算
に使用する行列が小さくなり演算を簡略化できる。そし
て、演算処理の途中で行列を差し換える場合でも、所要
の成分群に対応する行列だけを換えればよいので、行列
交換に伴う時間の無駄をそれだけ軽減できる。また、濃
度算出に不要な吸収スペクトルの周波数領域について演
算を省略できるので、それだけ演算時間を短縮化でき
る。
[0009] In the present invention, the multi-component contained in the sample grouped into a plurality of component groups, apart from blocking Then Tomo component group the frequency area used for spectroscopic analysis of each component group
To each of multiple component groups in one spectrum.
Prepare the corresponding matrices and use each of these matrices
Since the calculation is performed for each component group, the matrix used for the concentration calculation becomes small and the calculation can be simplified. That
Then, even when the matrix is replaced during the arithmetic processing, only the matrix corresponding to the required component group needs to be replaced, so that the time waste associated with the matrix exchange can be reduced accordingly. Further, since the calculation can be omitted for the frequency region of the absorption spectrum which is unnecessary for the concentration calculation, the calculation time can be shortened accordingly.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明に係る分光分析における多成分分析
方法を実施するための装置の一例であるFT−IR(フ
ーリエ変換赤外線分析装置)1の概略的な構成を示した
ものである。このFT−IR1は、分折部2と、この分
析部2の出力であるインタフェログラムを処理するデー
タ処理部3とからなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an FT-IR (Fourier transform infrared analyzer) 1 which is an example of an apparatus for carrying out a multi-component analysis method in a spectroscopic analysis according to the present invention. The FT-IR 1 is composed of a folding unit 2 and a data processing unit 3 that processes the interferogram output from the analysis unit 2.

【0011】上記分析部2は平行な赤外ビームを発する
ように構成された光源4と、ビームスプリッタ5、固定
ミラー6、可動ミラー7からなる干渉機構8と、測定試
料などを収容し、干渉機構8を介して光源4からの赤外
ビームが照射されるセル9と、半導体検出器などよりな
る検出器10とで構成されている。
The analysis unit 2 accommodates a light source 4 configured to emit a parallel infrared beam, an interference mechanism 8 including a beam splitter 5, a fixed mirror 6, and a movable mirror 7, a measurement sample, and the like, and causes interference. The cell 9 includes an infrared beam emitted from the light source 4 through the mechanism 8 and a detector 10 such as a semiconductor detector.

【0012】データ処理部3は例えばインターフェロブ
ラムを加算平均する加算平均処理部11、この加算平均
処理部11からの出力データに高速でフーリエ変換を施
す高速フーリエ変換処理部12、この高速フーリエ変換
処理部12からの出力データに基づいて測定対象成分に
関するスペクトル演算を行うスペクトル演算部13など
から構成されている。
The data processing unit 3 includes, for example, an averaging processing unit 11 for averaging the interferobrams, a fast Fourier transform processing unit 12 for fast Fourier transforming the output data from the averaging processor 11, and the fast Fourier transform. It is composed of a spectrum calculation unit 13 and the like that performs spectrum calculation on the measurement target component based on the output data from the processing unit 12.

【0013】なお、図示しないが、上記FT−IR1に
は、干渉機構8の可動ミラー7を例えばX−Y方向に駆
動するための駆動機構が設けてあり、また、この駆動機
構およびデータ処理部3の各処理部11〜13を制御す
るコントローラが設けてある。
Although not shown, the FT-IR 1 is provided with a drive mechanism for driving the movable mirror 7 of the interference mechanism 8 in, for example, the XY directions, and the drive mechanism and the data processing section. A controller for controlling each of the three processing units 11 to 13 is provided.

【0014】このように構成されたFT−IR1では、
セル9に比較試料さらには測定試料を収容して、比較試
料および測定試料のインターフェログラムがそれぞれ測
定される。これらのインターフェログラムをそれぞれフ
ーリエ変換してパワースペクトルつまりセル9を透過し
てきた光のスペクトルが得られると、次に比較試料のパ
ワースペクトルに対する測定試料のパワースペクトルの
比が求められ、この値を吸光度スケールに変換すること
によって吸収スペクトルが得られる。
In the FT-IR1 thus constructed,
The cell 9 contains the comparative sample and the measurement sample, and the interferograms of the comparative sample and the measurement sample are measured. When Fourier transform is performed on each of these interferograms to obtain the power spectrum, that is, the spectrum of the light transmitted through the cell 9, then the ratio of the power spectrum of the measurement sample to the power spectrum of the comparative sample is obtained. An absorption spectrum is obtained by converting to an absorbance scale.

【0015】次に、本発明の多成分分析方法の詳細につ
いて説明する。いま、一般的なガソリンエンジン自動車
の排ガスを測定試料として、その各成分の濃度を赤外吸
収スペクトルを用いて定量するものとすると、ここでは
これらの各成分を次の表1に示すように3つの成分群
A,B,Cにグループ化する。
Next, details of the multi-component analysis method of the present invention will be described. Now, assuming that the exhaust gas of a general gasoline engine automobile is used as a measurement sample and the concentration of each component thereof is quantified using an infrared absorption spectrum, here, each of these components is measured as shown in Table 1 below. Group into one component group A, B, C.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】すなわち、上記排ガスの成分は、NO
SO,CH,NH,CO,CO,HO,N
O、およびC,C,Cなどのその他
の炭化水素(Hydrocarbons)からなってお
り、ここでは上記炭化水素群を1つの成分群A、C
,CO,HO,NOを別の成分群B、NO,S
,CH,NHをさらに別の1つの成分群Cとし
て3つのグループに区分する。
That is, the components of the exhaust gas are NO 2 ,
SO 2, CH 4, NH 3 , CO 2, CO, H 2 O, N
O and other hydrocarbons such as C 2 H 2 , C 2 H 4 and C 2 H 6 (hydrocarbons), wherein the above hydrocarbon group is composed of one component group A and C.
O 2 , CO, H 2 O, and NO are different component groups B, NO 2 , and S
O 2 , CH 4 , and NH 3 are divided into three groups as another component group C.

【0018】そして、赤外吸収スペクトルの波数領域と
して、成分群Aについては3200cm−1〜3000
cm−1の限定範囲を、成分群Bについては2400c
−1〜1800cm−1の限定範囲を、成分群Cにつ
いては1500cm−1〜1000cm−1の限定範囲
をそれぞれ採用する。これらの波数領域は、各成分群に
含まれる個々の成分の吸収スペクトルを参考にして、そ
れぞれ設定する。
As the wave number region of the infrared absorption spectrum, the component group A is 3200 cm -1 to 3000.
The limited range of cm −1 is 2400 c for the component group B.
The limited range of m -1 ~1800cm -1, for the component group C employing respectively limited to a range of 1500cm -1 ~1000cm -1. These wave number regions are set with reference to the absorption spectra of the individual components included in each component group.

【0019】各成分群ごとに、その成分群に含まれる各
成分の上記排ガス中における濃度を求める手段として、
例えば、従来、一般的に行われている線型代数的な手法
などを採用することができる。ここでは、上記各成分群
をX,Y,Zの3つの成分を含むグループであると一般
化して、別の手法によりこれら3成分の濃度を定量する
場合を説明する。
For each component group, as means for determining the concentration of each component contained in the component group in the exhaust gas,
For example, a conventional linear algebraic method or the like can be adopted. Here, a case will be described in which each of the above component groups is generalized as a group including three components of X, Y, and Z, and the concentrations of these three components are quantified by another method.

【0020】まず、最初に、この手法において導入され
る相対吸光度の和という概念について簡単に説明する。
分光測定装置から出力されるスペクトルは、一般的に、
様々な原因によるノイズを含んでおり、従って前記
(1)式は、 A(ν)=Cα(ν)+ε ……(4) と表すことができる。ここで、εはスペクトルに含ま
れるノイズである。
First, the concept of the sum of relative absorbances introduced in this method will be briefly described.
The spectrum output from the spectrometer is generally
Since noise is included due to various causes, the above equation (1) can be expressed as A (ν i ) = Cα (ν i ) + ε i (4). Here, ε i is noise included in the spectrum.

【0021】そして、前記スペクトル中の任意の2点の
差に注目すると、前記(4)式は、 A(ν)−A(ν)=C〔α(ν)−α(ν)〕+ε−ε ……(5) と表され、このような2点間の相対的な吸光度もまたラ
ンバートベールの法則に従うことが示される。ここで、
p,bはそれぞれスペクトルのピーク、ベースに対応す
る波数点を示す添字である。
Then, at any two points in the spectrum,
Focusing on the difference, the above equation (4) isp) -A (νb) = C [α (νp) -Α (νb)] + Εp−εb  It is expressed as (5), and the relative absorbance between such two points is also
It is shown to obey Invert Beer's law. here,
p and b correspond to the peak and base of the spectrum, respectively.
Is a subscript indicating the wave number point.

【0022】通常、物質のスペクトル、とくに気体のス
ペクトルは多数のピークを含み、ある物質に特有なピー
クの波数点νとベースの波数点νの対を多数選ぶこ
とができる。
Generally, the spectrum of a substance, particularly the spectrum of a gas, contains a large number of peaks, and a large number of pairs of the wave point ν p of the peak and the wave number ν b of the base can be selected.

【0023】図2には、模式的なガスの吸収スペクトル
と、それに対応する相対吸光度L,L,Lの例を
示している。それぞれの相対吸光度L,L,L
(5)式の値に対応している。
FIG. 2 shows an example of a typical gas absorption spectrum and corresponding relative absorbances L 1 , L 2 and L 3 . The respective relative absorbances L 1 , L 2 and L 3 correspond to the values of the equation (5).

【0024】このような値の和をとると、 Σ〔A(ν)−A(ν)〕 =CΣ〔α(ν)−α(ν)〕+Σ(ε−ε ……(6) となり、この(6)式もランバートベールの法則を維持
している。そして、この(6)式から、その右辺第2項
がスペクトル中に潜在しているランダムなノイズを平均
化していること、およびベースラインのドリフトのよう
な外乱をキャンセルしていることが判る。
Taking the sum of these values gives Σk[A (νp) -A (νb)]k  = CΣk[Α (νp) -Α (νb)]k+ Σkp−εb)k  (6), and this equation (6) maintains Lambert-Beer's law.
are doing. Then, from this equation (6), the second term on the right side
Averages the random noise latent in the spectrum
And like the drift of the baseline
It turns out that the major disturbance has been cancelled.

【0025】ここで、上記(6)式で計算される値を、
MAS(Multiple Absorption S
um)値と定義する。すなわち、 MAS=Z〔A(ν)−A(ν)〕 ……(7) と表す。そして、とくに単一成分で既知濃度の参照スペ
クトルに対して求められたMAS値を、成分iに対する
MASとする。
Here, the value calculated by the above equation (6) is
MAS (Multiple Absorption S)
um) value. That is, MAS = Z k [A (ν p ) −A (ν b )] k (7) Then, in particular the MAS value determined for the reference spectrum of known concentration in a single component, the MAS i to component i.

【0026】図3は、上述した一般化した成分群に含ま
れる3つのガス種に対する波数点の指定例を示す。同図
において、曲線1,II,IIIはそれぞれガスX,
Y,Zの参照スペクトルを示している。そして、ガスX
に対する波数点の集合Φ:(X,,X)反、ガス
Yに対する波数点の集合Φ:(Y,Y、ガス
Zに対する波数点の集合Φ:(Z,Zがそれ
ぞれ指定されている。これらのピーク・ベース対を指定
するに際しては、なるべく大きな相対吸光度が得られる
ように、かつ、互いの吸収の影響を受けないようにする
のが好ましい。
FIG. 3 shows an example of designation of wave number points for three gas species included in the above-mentioned generalized component group. In the figure, curves 1, II, and III are gas X,
The reference spectra of Y and Z are shown. And gas X
Φ X : (X p ,, X b ), the set of wave points for gas Y Φ Y : (Y p , Y b ) k , and the set of wave points Φ Z for gas Z : (Z p , Z b ) k are designated respectively. When designating these peak-base pairs, it is preferable to obtain a relative absorbance as large as possible and not to be influenced by the absorption of each other.

【0027】ここで、話を一般化して、m個の成分に対
する上述した波数点指定値の集合をのΦ(i=1〜
m)とし、1つの吸収スペクトルに対して成分iのピー
ク・ベース対の集合を前記(6)式のように計算する演
算を、次式のように定義する。 Σ〔A(ν)−A(ν)〕=A◎Φ ……(8) ここで、◎は新しい演算子で、(8)式はMAS値を与
える。
Here, by generalizing the story, the set of the above-mentioned wave point designation values for m components is expressed by Φ i (i = 1 to 1).
m), an operation for calculating the set of peak-base pairs of the component i for one absorption spectrum as in the above equation (6) is defined as the following equation. Σ k [A (ν p ) −A (ν b )] = A ◎ Φ i (8) Here, ⊚ is a new operator, and expression (8) gives the MAS value.

【0028】したがって、 MAS=A◎Φ ……(9) となり、m個のΦに対してm個のMASが計算され
る。そして、m個の数字の組であるMASをΨとする
と、これは一方で、m個の要素を持ったスペクトルと考
えることができる。 Ψ=(MAS:i=1〜m) ……(10)
Therefore, MAS i = A ◎ Φ i (9), and m MAS i are calculated for m Φ i . If MAS i , which is a set of m numbers, is Ψ, this can be thought of as a spectrum having m elements. Ψ = (MAS i : i = 1 to m) (10)

【0029】この新しいスペクトル領域(成分スペクト
ル領域)は、横軸をガス種i、縦軸を相対吸光度の和M
ASとしてグラフ表示することができる。したがっ
て、前記(9)式は、スペクトルAを集合Φを用いて成
分スペクトルΨに変換したものと考えることができる。
このことを、先に一般化して示した成分群に当てはめて
説明すると、以下のようになる。
In this new spectral region (component spectral region), the horizontal axis represents gas species i, and the vertical axis represents the sum M of relative absorbances.
It can be displayed graphically as AS i . Therefore, the equation (9) can be considered as the spectrum A converted into the component spectrum Ψ using the set Φ.
This will be described below by applying it to the component group generalized above.

【0030】図4は図3に示す3種のガスX,Y,Zが
それぞれ任意の濃度で混合されたものの吸収スペクト
ル、つまり上記の一般化した成分群全体としての吸収ス
ペクトルを表している。図3において指定した3種のガ
スのそれぞれのピーク・ベース対の波数点指定値を図4
の吸収スペクトルに適用して、図4に示すようにX,
Y,Zで表されたそれぞれの相対吸光度の和を求める。
そして、これらの相対吸光度の和を、図5に示すよう
に、横軸がガス種、縦軸が相対吸光度の和を表す領域に
プロットする。
FIG. 4 shows an absorption spectrum of a mixture of the three kinds of gases X, Y and Z shown in FIG. 3 at arbitrary concentrations, that is, an absorption spectrum of the above generalized component group as a whole. FIG. 4 shows the wave number specified values of the peak base pairs of the three gases specified in FIG.
Applied to the absorption spectrum of X, as shown in FIG.
The sum of the relative absorbances represented by Y and Z is calculated.
Then, as shown in FIG. 5, the sum of these relative absorbances is plotted in a region in which the horizontal axis represents the gas species and the vertical axis represents the sum of relative absorbances.

【0031】このようにして求められた成分スペクトル
は、上述したようにノイズの影響が大きく削除されると
共に、ガス種間でのスペクトル同士の干渉影響が抑えら
れている。上記図4および図5に示すように、成分同士
の干渉のない変換ができれば、成分スペクトル領域にお
いてそれぞれの相対吸光度の和がそれぞれの成分濃度に
比例しているので、各成分についての濃度を直接得るこ
とができる。
In the component spectrum thus obtained, the influence of noise is largely eliminated as described above, and the influence of interference between spectra between gas species is suppressed. As shown in FIGS. 4 and 5, if the components can be converted without interference, the sum of the relative absorptivities of the respective components in the component spectral region is proportional to the respective component concentrations. Obtainable.

【0032】ただし、実際のガス吸収スペクトルでは、
図4および図5のように干渉のない波数点指定が行える
ことは稀で、変換された後の成分スペクトル領域におい
ても多少の干渉が残っているのが普通である。そこで、
上記成分スペクトル領域を用いての定量分析では、上述
した若干残る干渉分を補正する必要があり、以下の処理
は干渉補正に用いる行列(校正行列)を作成する校正段
階、すなわち干渉補正のためのデータを用意する段階
と、それを用いて未知濃度を算出する推定段階とに分か
れる。
However, in the actual gas absorption spectrum,
As shown in FIGS. 4 and 5, it is rare that the wave number point can be designated without interference, and it is common that some interference remains in the converted component spectrum region. Therefore,
In the quantitative analysis using the component spectrum region, it is necessary to correct the above-mentioned slightly remaining interference, and the following processing is performed in the calibration step for creating a matrix (calibration matrix) used for interference correction, that is, for the interference correction. It is divided into a step of preparing data and an estimation step of calculating an unknown concentration using the data.

【0033】校正段階においては、校正行列を次のよう
にして得る。いま、m個の成分について単位濃度の参照
スペクトルα(i=1〜m)がある場合に一般化する
と、これらの参照スペクトルに上述した波数点指定値の
集合Φを適用し、前記(9)式で示される変換を施す
ことによって、αに対応した成分スペクトルΨ(i
=1〜m)を得ることができる。より具体的には、複数
のガスをそれぞれ単独で試料としたときにおける相対吸
光度の和を求めることによって得ることができる。
At the calibration stage, the calibration matrix is obtained as follows. If there is a reference spectrum α i (i = 1 to m) of unit concentration for m components, generalization is performed, and the set Φ i of the wave point specified values described above is applied to these reference spectra, and by applying the transformation shown by 9), component spectra corresponding to α i Ψ i (i
= 1 to m) can be obtained. More specifically, it can be obtained by obtaining the sum of the relative absorbances when a plurality of gases are individually used as samples.

【0034】図6(A),(B),(C)は、先に一般
化した成分群に含まれる3つのガス種X,Y,Zについ
ての参照成分スペクトルを示しており、この場合の校正
行列は、
FIGS. 6A, 6B, and 6C show reference component spectra for the three gas species X, Y, and Z contained in the component group generalized above. The calibration matrix is

【0035】[0035]

【数1】 [Equation 1]

【0036】となる。一方、被測定試料を上記成分群に
割り当てた波数領域で分光分析して得られる吸収スペク
トルから、その成分群の成分スペクトルを図7のように
求めることができる。この場合の成分スペクトルΨ
は、
It becomes On the other hand, the component spectrum of the component group can be obtained as shown in FIG. 7 from the absorption spectrum obtained by spectrally analyzing the sample to be measured in the wave number region assigned to the component group. The component spectrum Ψ in this case
u is

【0037】[0037]

【数2】 [Equation 2]

【0038】となる。一般的にm個のガス成分(i=1
〜m)の混合ガスにおいて、それぞれのガス成分の未知
濃度をC(i=1〜m)とすると、ΨはΨの線型
結合で表される。つまり、 Ψ=C・Ψ+C・Ψ+……+C・Ψ ……(11) が常に成り立ち、これを行列を用いて書き換えると、 Ψ=CΩ ……(12) と表すことができる。
## EQU4 ## Generally, m gas components (i = 1
˜m), ψ u is represented by a linear combination of ψ i , where C i (i = 1 to m) is the unknown concentration of each gas component. That is, Ψ u = C 1 Ψ 1 + C 2 Ψ 2 + ... + C m Ψ m (11) always holds, and if this is rewritten using a matrix, Ψ u = CΩ ...... (12) It can be expressed as.

【0039】ここでは、Cは未知の濃度からなるベクト
ル、ΩはΨを行とする行列で、これを成分スペクトル
領域における校正行列と呼ぶものとする。したがって、
上述した成分群の3つのガス種X,Y,Zの未知濃度を
,C,Cとすると、
Here, C is a vector of unknown concentrations, and Ω is a matrix having Ψ i as a row, which is called a calibration matrix in the component spectral region. Therefore,
If the unknown concentrations of the three gas species X, Y, Z of the above-mentioned component group are C X , C Y , C Z ,

【0040】[0040]

【数3】 (Equation 3)

【0041】となる。上記校正段階では、前記Ωを精度
よく定める必要がある。また、すでに述べたように、Ψ
は線型独立性の高い、つまり干渉の少ないベクトルで
あるから、Ωは安定した逆行列を求め得る行列である。
It becomes At the calibration stage, it is necessary to accurately determine the Ω. Also, as already mentioned, Ψ
Since i is a vector with high linear independence, that is, a vector with little interference, Ω is a matrix that can obtain a stable inverse matrix.

【0042】次に、推定段階では、前記(12)式をC
について解くことにより、すなわち、C=ΨΩ−1
ように、未知濃度を推定することができる。そして、前
記(13)式についても、
Next, in the estimation stage, the above equation (12) is changed to C
The unknown concentration can be estimated by solving for C = Ψ u Ω −1 . And also regarding the above equation (13),

【0043】[0043]

【数4】 [Equation 4]

【0044】とすることにより、C,C,Cをそ
れぞれ求めることができる。ここで計算した逆行列はΩ
の線型独立性が高いため、安定な解を得ることができ、
したがって、推定される濃度の数値計算による誤差は極
めて小さい。
By the above, C X , C Y , and C Z can be obtained respectively. The inverse matrix calculated here is Ω
Since the linear independence of is high, we can obtain a stable solution,
Therefore, the error due to the numerical calculation of the estimated concentration is extremely small.

【0045】以上の手法を、上述した各成分群A,B,
Cごと適用することによって、各成分群に含まれる個
々の成分、つまり測定試料中の全成分について濃度を定
量できることになる。
The above method is applied to the above-mentioned component groups A, B,
By applying each C, where components contained in each component group, so that you can quantify the concentration for that is all components in the measurement sample.

【0046】この場合、各成分群に分けて各成分群に対
応する行列を用いて上述した演算処理が行われるので、
それぞれの成分群に含まれる成分数が小さくなる分だ
け、その演算で用いられる行列は小さくなり演算処理を
簡略化できることになる。しかも、各成分群に用いられ
る波数領域は赤外領域の全領域ではなく、各成分群ごと
にブロック化した限定範囲が割り当てられるので、演算
処理はその限定された範囲についてのみ行えばよく、そ
れだけ演算処理の所要時間が短縮されることにもなる。
In this case, each component group is divided into pairs.
Since the arithmetic processing described above is performed using the corresponding matrix ,
As the number of components included in each component group becomes smaller, the matrix used in the calculation becomes smaller and the calculation process can be simplified. Moreover, since the wave number region used for each component group is not the entire region of the infrared region but a limited range that is blocked for each component group is assigned, the calculation process only needs to be performed for that limited range. This also shortens the time required for arithmetic processing.

【0047】また、例えば1つの成分群に含まれる成分
の濃度が当初予測したものよりも高くて、選択された波
数点での吸収スペクトルが測定レンジ内に収まり切らな
いような事態が演算処理の途中で生じた場合には、測定
レンジ内に収まるように別の波数点を指定して演算処理
をしなければならない。この場合、上述した行列も、新
たな波数点に対応したものに差し替えなければならない
ので、その差し替え処理のために幾ばくかの時間を要す
ることになる。
In addition, for example, a situation in which the concentration of the component contained in one component group is higher than that initially predicted, and the absorption spectrum at the selected wave number point is not completely within the measurement range is a calculation process. If it occurs on the way, another wave number point must be specified so that it falls within the measurement range and the arithmetic processing is performed. In this case, the matrix also needs to be replaced with the one corresponding to the new wave number point, so that some time is required for the replacement process.

【0048】しかし、ここでは、複数の成分群に分けて
分光分析を行っているので、その演算のし直しも特定の
成分群だけに限られることになり、全体的な処理能率に
さほど影響を与えないで済ませることかできる。
However, here, since the spectral analysis is performed by dividing into a plurality of component groups, the recalculation is limited to only a specific component group, and the overall processing efficiency is greatly affected. It can be done without giving.

【0049】次に、他の実施例として、メタノール燃料
自動車の排ガス(以下、単に排ガスと呼ぶ)の成分を定
量する場合について説明する。図8は図1に示したFT
−IR1によって得られた吸収スペクトルを示し、この
図において、Iは濃度103.7ppmのメタノールの
みによる参照スペクトルを、IIは濃度26.4ppm
のホルムアルデヒドのみによる参照スペクトルを、II
Iは上記排ガスの吸収スペクトルをそれぞれ示してい
る。なお、この図において、吸光度を示す縦軸は任意の
スケールを用いている。
Next, as another embodiment, the case of quantifying the components of the exhaust gas of a methanol-fueled automobile (hereinafter simply referred to as exhaust gas) will be described. FIG. 8 shows the FT shown in FIG.
The absorption spectrum obtained by -IR1 is shown. In this figure, I is a reference spectrum with methanol having a concentration of 103.7 ppm, and II is a concentration of 26.4 ppm.
Of the reference spectrum of formaldehyde only, II
I indicates the absorption spectrum of the exhaust gas. In this figure, the vertical axis indicating the absorbance uses an arbitrary scale.

【0050】図8から明らかなように、この排ガスの場
合、吸収波数帯つまり吸収スペクトルの波数領域が28
50cm−1〜2700cm−1の範囲では、排ガスの
吸収スペクトルIIIはメタノールの参照スペクトルI
とホルムアルデヒドの参照スペクトルIIとを重ね合わ
せたものとなっており、同じ排ガス中に含まれる他のガ
ス成分による吸収がないことが判る。
As is apparent from FIG. 8, in the case of this exhaust gas, the absorption wave number band, that is, the wave number region of the absorption spectrum is 28
In the range of 50cm -1 ~2700cm -1, the absorption spectrum of the gas III methanol reference spectrum I
And the reference spectrum II of formaldehyde are superposed, and it can be seen that there is no absorption by other gas components contained in the same exhaust gas.

【0051】そこで、この点に着目して、この排ガスの
成分定量では、メタノールとホルムアルデヒドの2成分
を1つの成分群として他の成分と区別し、この成分群の
分光分析については上記2850cm−1〜2700c
−1の波数領域に限定して行うものである。具体的な
演算処理については、先の実施例で示した手法を用いて
もよく、あるいは最小2乗法などの線形代数的な手法に
よって推定し、その割合を参照スペクトルの濃度データ
を用いて実際の濃度値に換算してもよい。
Therefore, paying attention to this point, in the quantification of the components of the exhaust gas, two components of methanol and formaldehyde are distinguished as one component group from the other components, and the spectroscopic analysis of this component group is 2850 cm −1. ~ 2700c
This is limited to the wave number region of m −1 . For the specific calculation processing, the method shown in the previous embodiment may be used, or it is estimated by a linear algebraic method such as the least squares method, and the ratio thereof is actually calculated by using the density data of the reference spectrum. You may convert into a density value.

【0052】なお、上記2成分と区別された残りの成分
群についても、同様にしてそれらの各濃度を定量できる
が、メタノール燃料自動車の排ガスにおいては、実際
上、上述したメタノールとホルムアルデヒドの2成分の
濃度が毒性チェックの観点から特に重要視されており、
他の成分濃度の定量は重要とされない。そこで、実質的
には、上記2成分の濃度定量だけで排ガスの定量処理は
完了することになる。したがって、従来のように例えば
吸収スペクトルの全吸収波帯(4000cm−1〜40
0cm−1)にわたって測定する必要がなく、処理時間
を短縮化できる。
It should be noted that, with respect to the remaining component groups distinguished from the above-mentioned two components, their respective concentrations can be similarly quantified, but in the exhaust gas of a methanol-fueled automobile, in practice, the above-mentioned two components of methanol and formaldehyde are used. Is especially important from the viewpoint of toxicity check,
Quantitation of the concentrations of other components is not important. Therefore, the exhaust gas quantitative processing is substantially completed only by the quantitative determination of the two components. Therefore, as in the conventional case, for example, the entire absorption wave band (4000 cm −1 to 40) of the absorption spectrum is
Since it is not necessary to measure over 0 cm −1 , the processing time can be shortened.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明は、上述した構成によりなり、試
料に対して光源から光を照射し、そのとき得られる吸収
スペクトルに基づいて試料中に含まれる多成分の濃度を
分析する方法において、前記多成分を複数の成分群にグ
ループ化し、各成分群の分光分析に用いる周波数領域を
成分群別にブロック化するとともに、一つのスペクトル
における複数の成分群にそれぞれ対応する行列を用意
し、これらの行列をそれぞれ用いて各成分群ごとに演算
することにより、個々の成分について定量するようにし
ている。すなわち、本発明では、一つのスペクトルに対
して複数の行列を用意して、これらの行列を用いて各成
分群ごとに濃度演算するようにしているので、濃度演算
に使用する行列が小さくなり演算を簡略化できる。そし
、演算処理の途中で行列を差し換える場合でも、所要
の成分群に対応する行列だけを換えればよいので、行列
交換に伴う時間の無駄をそれだけ低減できる。また、濃
度算出に不要な吸収スペクトルの周波数領域について、
演算を省略できるので、それだけ演算時間を短縮化でき
る。
Industrial Applicability The present invention has the above-mentioned constitution, and in a method of irradiating a sample with light from a light source and analyzing the concentration of multi-components contained in the sample based on the absorption spectrum obtained at that time, The multi-component is grouped into a plurality of component groups, and the frequency domain used for the spectral analysis of each component group is divided into component groups and one spectrum
Prepare matrices corresponding to multiple component groups in
And calculate each component group using these matrices.
To quantify each component.
ing. That is, in the present invention, one spectrum is
Prepare multiple matrices and use these matrices to create each matrix.
Since the concentration is calculated for each sub-group, the matrix used for the concentration calculation is small, and the calculation can be simplified. That
Then , even when the matrices are replaced in the middle of the arithmetic processing, only the matrix corresponding to the required component group needs to be replaced, so that the time waste associated with the matrix exchange can be reduced accordingly. In addition , regarding the frequency region of the absorption spectrum that is unnecessary for concentration calculation,
Since the calculation can be omitted, the calculation time can be shortened accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明方法を実施するための装置の一例を概略
的に示す図である。
1 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.

【図2】本発明方法の一実施例に用いられる演算手法を
説明するために示した模式的なガスの吸収スペクトルと
それに対する相対吸光度の図である。
FIG. 2 is a diagram of a typical gas absorption spectrum and a relative absorbance corresponding thereto, which are shown for explaining a calculation method used in one embodiment of the method of the present invention.

【図3】同実施例における成分群を一般化して、ガス種
に対する波数点の指定例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of designating wave number points for gas species by generalizing the component group in the embodiment.

【図4】同実施例における一般化した成分群の吸収スペ
クトルを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an absorption spectrum of a generalized component group in the example.

【図5】同実施例における一般化した成分群の吸収スペ
クトルから算出される成分スペクトルの一例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a component spectrum calculated from an absorption spectrum of a generalized component group in the example.

【図6】同実施例における一般化した成分群に対応する
参照成分スペクトルを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing reference component spectra corresponding to a generalized component group in the example.

【図7】同実施例における測定試料の吸収スペクトルか
ら算出される成分スペクトルを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a component spectrum calculated from an absorption spectrum of a measurement sample in the example.

【図8】本発明方法の他の実施例における一成分群の吸
収スペクトルおよび参照スペクトルを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an absorption spectrum and a reference spectrum of one component group in another example of the method of the present invention.

【図9】従来技術の問題点を説明するための一般的な吸
収スペクトルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a general absorption spectrum for explaining the problems of the conventional technique.

【図10】2成分の模式的なスペクトルの重ね合わせを
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic superposition of spectra of two components.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FT−IR 2 分析部 3 データ処理部 4 光源 9 セル 1 FT-IR 2 analysis part 3 data processing part 4 light source 9 cells

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−73239(JP,A) 特開 昭53−46085(JP,A) 特開 平2−69639(JP,A) 特開 昭60−502269(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A 64-73239 (JP, A) JP-A 53-46085 (JP, A) JP-A 2-69639 (JP, A) JP-A 60- 502269 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料に対して光源から光を照射し、その
とき得られる吸収スペクトルに基づいて試料中に含まれ
る多成分の濃度を分析する方法において、前記多成分を
複数の成分群にグループ化し、各成分群の分光分析に用
いる周波数領域を成分群別にブロック化するとともに、
一つのスペクトルにおける複数の成分群にそれぞれ対応
する行列を用意し、これらの行列をそれぞれ用いて各成
分群ごとに演算することにより、個々の成分について定
量することを特徴とする分光分析における多成分分析方
法。
1. A method of irradiating a sample with light from a light source and analyzing the concentration of multi-components contained in the sample based on the absorption spectrum obtained at that time, wherein the multi-components are grouped into a plurality of component groups. And block the frequency domain used for spectral analysis of each component group by component group ,
Corresponds to multiple component groups in one spectrum
Matrix and prepare each matrix using
By calculating for each subgroup, the individual components can be determined.
A multi-component analysis method in spectroscopic analysis characterized by quantification .
【請求項2】 前記試料がメタノール燃料車からの排気
ガスで、その排気ガス中のホルムアルデヒドおよびメタ
ノールを1つの成分群として他の成分と区分し、この成
分群の各成分濃度を2800cm−1から2700cm
−1の吸収波数帯で分光分析する請求項1に記載の分光
分析における多成分分析方法。
2. The sample is exhaust gas from a methanol fueled vehicle, and formaldehyde and methanol in the exhaust gas are classified as one component group from other components, and the concentration of each component of this component group is from 2800 cm −1. 2700 cm
The multi-component analysis method in the spectroscopic analysis according to claim 1, wherein the spectroscopic analysis is performed in the absorption wave number band of -1 .
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