JP2987014B2

JP2987014B2 - 近赤外分析装置

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Publication number: JP2987014B2
Application number: JP21872092A
Authority: JP
Inventors: 定和藤岡; 泰一森
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH0643095A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、近赤外線を利用して定
量分析を行う近赤外分析装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、近赤外線を利用する手段として、特
開昭６２−２９９７４３号公報、特開昭６３−１７５７
４７号公報、特開昭６４−４９９３７号公報等で開示さ
れた手段がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭６２−２９
９７４３号公報、特開昭６３−１７５７４７号公報によ
る手段、例えば特開昭６２−２９９７４３号公報の第７
図にあるように温度検出値に対し測定対象値の補正値は
一義的に決定されるものであり、その代表的事例として
次式のものがある。

【０００４】分析値＝Ｋ０＋Ｋ１＊△ＯＤ１＋Ｋ２＊△ＯＤ２＋Ｋ３＊Ｔただし、Ｋ：係数 △ＯＤ：（２項しか記載していないが実際は多数個である）Ｔ：検出温度この場合、分析値が高・低のサンプルであっても検出温
度値が一定であれば、その補正量も一定であるが、近赤
外分析においては、検量線に用いる説明変数は複数個で
あり、その選択波長により各々温度特性が異なる。その
ため、検出温度が通常より高・低の場合、実際の分析値
が高いサンプルや低いサンプルにおいて、実際の分析値
と勾配が大きく変わるものもある。特に、水分を含む農
産物、食品においては、水分子の水素結合が温度により
大きく変わるので顕著であり、水の光吸収帯と非吸収帯
とでは温度特性が相違し、水の吸収帯を選択波長にした
場合、その傾向は顕著である。

【０００５】また、特開昭６４−４９９３７号公報は、
光学としての発光ダイオードの発光量とピーク波長なら
びに受光素子の受光出力の温度特性に関する情報をあら
かじめ測定して記憶手段に記憶しておき、実際の光量測
定値をハードの測定温度をもとに記憶された情報から校
正し濃度測定値を得るので、ハードに関する温度変化に
起因する誤差のない測定を目的とした光学濃度計ハード
の温度補正に関するものみであって、サンプルの水分、
温度、粒度等による変動を考慮して補正することはでき
ない。

【０００６】そこで、本発明は、近赤外線を利用して定
量分析を行う場合に、サンプルの温度や水分などの吸光
度の変動要因に左右されずに精度よく行うことができる
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、次のような技術的手段を講じた。即
ち、サンプルに対して異なる波長の近赤外線を照射して
吸光度を測定する吸光度測定手段と、既知のサンプルに
ついて、異なる波長に対して検量線作成用の基準吸光度
および所定の外的変動特性値のときの吸光度を、前記吸
光度測定手段によりあらかじめ測定し、両者の吸光度の
ずれ量を求めるずれ量算出手段と、算出したずれ量を記
憶する記憶手段と、該吸光度測定手段により測定した未
知のサンプルの水分又は温度の外的変動特性値を測定す
る外的変動特性値測定手段と、未知のサンプルについ
て、前記吸光度測定手段により吸光度を測定したとき
に、外的変動特性値測定手段に応じて、その測定吸光度
を前記記憶手段に記憶するずれ量により前記基準吸光度
に補正する測定吸光度補正手段と、補正した吸光度に基
づき、前記検量線によりサンプル成分を分析する分析手
段とを備えてなる近赤外分析装置とした。そして、前記
サンプルが米であることを特徴とする近赤外分析装置と
したものである。

【０００８】

【作用】吸光度測定手段により、既知のサンプルについ
て、予め検量線作成用の基準吸光度及び水分値や温度等
の外的変動特性値のときの吸光度を測定する。ずれ量算
出手段はその両者の吸光度のずれ量を算出し、そして記
憶手段はその算出したずれ量を記憶しておく。

【０００９】次に、未知のサンプルについて成分測定を
行うときには、吸光度測定手段によりそのサンプルの吸
光度を測定すると共に、外的変動特性値測定手段により
サンプルの外的変動特性値である水分又は温度を測定す
る。測定吸光度補正手段は測定した外的変動特性に応じ
て、その測定吸光度を記憶手段に記憶するずれ量により
基準吸光度に補正する。分析手段は、補正した吸光度に
基づき、基準吸光度から求めてある検量線によりサンプ
ル成分を分析する。

【００１０】

【発明の効果】外的変動特性値に応じたサンプルの吸光
度のずれ量により、測定吸光度を検量線作成用の基準吸
光度に補正して検量線にかけるようしたので、測定時に
おいて、サンプルの温度又は水分の吸光度の変動要因に
左右されずに精度よく定量分析することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、以下に図面
を参照して説明する。この実施例は、図１に示すように
近赤外線分光装置１と、該近赤外線分光装置１の各部を
制御するとともに、その装置１から得られるデータの処
理を行う制御処理装置２と、から構成する。

【００１２】近赤外線分光装置１は、農産物などの試料
（サンプル）に波長を連続的に変化させて近赤外線を照
射し、その試料の透過光または反射光を検出するもので
ある。すなわち、近赤外線分光装置１は、光源３と、反
射鏡４と、回折格子駆動モータ５により駆動する回折格
子６と、試料を充填した試料セルを装着する試料セルホ
ルダ７と、試料の透過光を検出する透過光検出器８と、
試料からの反射光を検出する反射光検出器９とを図示の
ように配置する。

【００１３】試料ホルダ７は、測定時に試料セルを所定
位置にセットすると、試料セル移送モータ（図１には示
さない）により測定位置まで移送され、測定終了後には
試料セルが所定位置まで戻るように構成する。次に、こ
のような構成の実施例の制御処理系のブロック図を図２
に示し、これについて説明すると、２０はワンチップ形
態のＣＰＵ（中央処理装置）だり、後述のような制御処
理を行う。該ＣＰＵ２０には、入出力インターフェース
２１を介して光源３、回折格子駆動モータ５、試料セル
移送モータ２２、透過光検出器８及び反射光検出器９を
接続する。また、ＣＰＵ２０には、入力インターフェー
ス２３を介して入力キー２４を接続するとともに、出力
インターフェース２５を介して表示装置２６を接続す
る。さらに、ＣＰＵ２０には、後述のような処理手順を
記憶するＲＯＭ及びデータを一時的に記憶するＲＡＭか
らなる記憶装置２７を接続する。

【００１４】次に、このように構成する実施例の動作の
一例（以下この実施例では温度について説明する）につ
いて説明する。この実施例では、試料が基準温度Ｔｏ
（摂氏２０度近傍）における検量線を、以下のようにし
て求める。まず、基準板を近赤外線分光装置１の測定位
置にセットし、近赤外線分光装置１を動作させると、光
源３から発射する近赤外線は、反射鏡４を経由して回折
格子６に到達し、ここで分光されたのち基準板で反射
し、その反射光は反射光検出器９で検出される。回折格
子６の回転に伴って反射光の波長が変わるので、反射光
検出器９では波長に応じた信号が連続的に検出される。
そこで、その検出信号を読み込む動作（対照スペクトル
の測定）を、所定回数行ったのち、そのスペクトルの平
均を求める。

【００１５】次に、測定成分の濃度がわかっている標準
試料（温度は摂氏２０度近傍とする）の入った試料セル
を、試料セル移送モータ２２の駆動により測定位置にセ
ットする。そして、近赤外線分光装置１が再び動作する
と、反射光検出器９は標準試料からの反射光を検出す
る。そこで、標準試料のスペクトルの測定を所定回数行
ったのち、その測定スペクトルの平均値を求め、対照ス
ペクトルと測定スペクトルから吸光度を算出する。そし
て、濃度の異なる複数の標準試料について上述のように
吸光度を求め、その測定吸光度と既知の濃度に基づき、
基準温度Ｔｏ（摂氏２０度近傍）における検量線をあら
かじめ求めておく。

【００１６】さらに、測定成分がわかっている標準試料
について、例えば温度が摂氏３度近傍、摂氏２０度近傍
及び摂氏３４度近傍における各吸光度スペクトルを求
め、引き続き、温度が摂氏２０度のときの吸光度スペク
トルを基準とし、それと温度が摂氏３度のときの吸光度
スペクトルとのずれ量を算出するとともに、温度が摂氏
３４度のときの吸光度スペクトルと上記の基準スペクト
ルとのずれ量をあらかじめ算出しておく。そして、これ
ら算出したずれ量を、記憶装置２７にあらかじめ記憶し
ておく。

【００１７】次に、未知の試料について上記のようにし
て求めた検量線及びずれ量により成分測定を行う場合の
一例について、図３のフローチャートを参照して説明す
る。まず、基準板を測定位置にセットし、近赤外線分光
装置１を動作させて、対照スペクトルＲｏの測定を所定
回数行ったのち、その対照スペクトルＲｏの平均を求め
る（Ｓ１〜Ｓ２）。

【００１８】次に、測定試料の入った試料セルが測定位
置にセットされると、近赤外線分光装置１が再び動作
し、試料のスペクトルＲの測定を所定回数行ったのち、
その測定スペクトルＲの平均を求める（Ｓ５〜Ｓ８）。
引き続き、上記のように求めた対照スペクトルＲｏと測
定スペクトルＲとから吸光度ＯＤを、次の（１）式によ
り算出する（Ｓ９）。

【００１９】ＯＤ＝ｌｏｇＲｏ／Ｒ（１）次に，その求めた吸光度の微分処理を行ったのち（Ｓ１
０）、測定スペクトルデータに基づいて試料の温度Ｔｓ
を演算する（Ｓ１１）。この演算は、試料の温度変化に
対して近赤外線の吸光度のずれがあり、両者には相関が
あることを利用して試料の温度Ｔｓを推定するものであ
る。なお、この試料温度Ｔｓの測定は、センサにより測
定してもよい。

【００２０】引き続いて、その推定した試料温度Ｔｓと
検量線作成時の基準温度Ｔｏとの温度差△Ｔを、次の
（２）式により算出する（Ｓ１２）。 △Ｔ＝Ｔｓ−Ｔｏ（２）そして、その求めた温度差△Ｔにより、測定スペクトル
と検量線作成時の基準温度Ｔｏ下におけるスペクトル
と、外的変動特性を考慮した所定温度下のスペクトルと
のずれ量が、上記のように記憶装置２７に記憶してあ
る。従って、上記のずれ量△ＯＤｔは、その記憶してあ
るずれ量により、内挿近似として温度差△Ｔから算出す
る。次に、その求めたずれ量△ＯＤｔを用いて基準温度
Ｔｏ下におけるスペクトルに補正するための演算を、次
の（３）式により行う（Ｓ１４）。

【００２１】ＯＤ´＝ＯＤ−△ＯＤｔ（３）（３）式において、ＯＤ´は補正された吸光度、ＯＤは
ステップＳ９で求めた吸光度である。引き続き、補正さ
れた吸光度ＯＤ´を２次微分したのち（Ｓ１５）、その
２次微分吸光度により検量線を用いて試料の所定水分の
濃度を推定する計算を行う（Ｓ１６）。そして、その結
果を表示装置２６に表示する（Ｓ１７）。

【００２２】次に、本発明実施例による近赤外分析の精
度を確認するために、以下のような実験を行った。この
試験では、試料としては非粉砕の玄米とし、この玄米の
蛋白質含有量を測定するための検量線を、その試料温度
が摂氏２０度近傍であらかじめ作成しておいた。

【００２３】次に、温度が摂氏３４度近傍の試料につい
て、上記の検量線を用いて試料の蛋白質含有量を推定す
ると、図４で示す結果が得られた。さらに、温度が摂氏
３度近傍の試料について、上記の検量線を用いて試料の
蛋白質含有量を推定すると、図５で示す結果が得られ
た。一方、温度が未知な試料について、本発明実施例に
より蛋白質含有量を推定すると、図６で示すような結果
が得られた。

【００２４】そこで、これらの実験結果を比較すると、
本発明実施例により試料の成分濃度を推定すれば、精度
は実用上十分であることがわかる。次に、以上のように
して求めた試料の成分濃度を表示装置２６に表示し、そ
の試料の品質を評価する品質評価装置の一例について、
以下に説明する。この装置では、試料は非粉砕の玄米と
し、上述の手順で玄米成分中の蛋白質含有量及び脂肪酸
度を測定する。そして、その測定結果を表示装置２６の
表示画面のＸＹ座標上の対応位置に、図７または図８で
示すようにドットで表示するように構成する。これによ
り、ＸＹ座標上に蛋白質と脂肪酸とを関連して表示する
ことができるので、米の品質を把握するのに非常に分か
りやすい表示となり、もって米の品質の直観的な判断が
容易となる。

【００２５】さらに、この表示装置２６の表示画面の座
標上には、入力キー２４の操作により図７または図８の
斜線部で示すように任意に領域を設定できるようにし、
その設定領域内に測定値が入った場合には、警告音、警
告表示または制御出力を発するように構成する。これに
より、任意に設定する領域ごとに独立して品質管理が可
能となる。また、警告音、警告表示によって設定領域の
サンプルの見落としなどを防止できる。さらに、制御出
力が発せられることにより、所望のサンプルの選別、品
質表示または２次加工などが可能となる。

【００２６】次に、品質評価装置の他の実施例について
説明すると、この装置では、試料は非粉砕の玄米とし、
上述の手順で玄米成分中の蛋白質含量、脂肪酸度などの
５種類の評価指標を測定する。そして、その測定結果の
うち２つの評価指標にかかるデータを、図７で示すよう
に表示装置２６の表示画面に２次元表示するが、評価指
標が５種類のためにその表示すべき組み合わせは１０通
りになる。そこで、図９で示すように、表示装置の表示
画面上に５種類の指標「Ａ」〜「Ｅ」を表示し、操作者
がこれらの中から２つの指標を選択すると、その選択し
た指標からなるＸＹ座標（マップ）上にデータが表示さ
れるとともに、その表示が拡大縮小できるように構成す
る。さらに、複数のマップを選択して同一画面に表示で
きるように構成する。このような構成により、評価指標
を組み合わせて表示する際の操作性が向上する。

【００２７】このように、所定の指標を選択した表示例
を図１０に示すが、図示のように脂肪酸度などは、例え
ば０〜５０ｍｇの絶対軸上で当分割するよりも、０〜１
５ｍｇ、１５〜２５ｍｇなどのように不等分割したり、
５〜２５ｍｇの区間において等分割するなど、その表示
区間は操作者の設定により任意に設定できるようにする
のが、機能性、操作性のうえで好ましい。そこで、例え
ば図１０の斜線部に示すように表示区間を設定すると、
図１１で示すような表示に変換されるように構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体の構成を示す図。

【図２】その制御処理系のブロック図。

【図３】本発明実施例の動作例を示す全体の構成を示す
ブロック図。

【図４】従来の方法による玄米の蛋白質含有量の実測値
とその推定値との関係の一例を示す図。

【図５】従来の方法による玄米の蛋白質含有量の実測値
とその推定値との関係の他の一例を示す図。

【図６】本発明実施例による玄米の蛋白質含有量の実測
値とその推定値との関係の一例を示す図。

【図７】試料の成分測定の結果を２次元表示した一例を
示す図。

【図８】試料の成分測定の結果を２次元表示した一例を
示す図。

【図９】試料の評価指数が複数の場合に、そのうちの２
つの指標から２次元表示を選択するための説明図。

【図１０】所望の評価指数を選択したのちの表示例を示
す図。

【図１１】表示区間変換後の表示例を示す図。

【符号の説明】

１近赤外線分光装置２制御処理装置２０ＣＰＵ２７記憶装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプルに対して異なる波長の近赤外線
を照射して吸光度を測定する吸光度測定手段と、既知の
サンプルについて、異なる波長に対して検量線作成用の
基準吸光度および所定の外的変動特性値のときの吸光度
を、前記吸光度測定手段によりあらかじめ測定し、両者
の吸光度のずれ量を求めるずれ量算出手段と、算出した
ずれ量を記憶する記憶手段と、該吸光度測定手段により
測定した未知のサンプルの水分又は温度の外的変動特性
値を測定する外的変動特性値測定手段と、未知のサンプ
ルについて、前記吸光度測定手段により吸光度を測定し
たときに、外的変動特性値測定手段に応じて、その測定
吸光度を前記記憶手段に記憶するずれ量により前記基準
吸光度に補正する測定吸光度補正手段と、補正した吸光
度に基づき、前記検量線によりサンプル成分を分析する
分析手段とを備えてなる近赤外分析装置。
【請求項２】前記サンプルが米であることを特徴とす
る請求項１記載の近赤外分析装置。