JP3099898B2 - Ftirを用いた多成分定量分析方法 - Google Patents

Ftirを用いた多成分定量分析方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定試料に赤外光を照
射し、そのとき得られる吸収スペクトル中の複数の指定
された波数ポイントにおける吸光度に基づいて測定試料
中に含まれる成分を定量分析するフーリエ変換赤外分光
計(FTIR)を用いた多成分定量分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】上記FTIRは、例えば図1に示すよう
に構成されている。すなわち、この図において、1は分
析部、2はこの分析部1の出力であるインターフェログ
ラムを処理するデータ処理部である。分析部1は平行な
赤外光を発するように構成された赤外光源3と、ビーム
スプリッタ4,固定ミラー5,図外の駆動機構によって
例えばX−Y方向に平行移動する可動ミラー6からなる
干渉機構7と、測定試料などを収容し、干渉機構7を介
して赤外光源3からの赤外光が照射されるセル8と、半
導体検出器9とから構成されている。そして、データ処
理部2は例えばコンピュータよりなり、インターフェロ
グラムを加算平均し、その加算平均出力を高速でフーリ
エ変換し、さらに、このフーリエ変換出力に基づいて測
定対象成分に関するスペクトル演算を行うように構成さ
れている。
【0003】このように構成されたFTIRにおいて
は、次のようにして多成分を定量分析することができ
る。すなわち、セル8に比較試料または測定試料をそれ
ぞれ収容して赤外光源3からの赤外光をセル8に照射
し、比較試料または測定試料のインターフェログラムを
測定する。これらのインターフェログラムをデータ処理
部2において、それぞれフーリエ変換してパワースペク
トルを得た後、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を求め、これを吸光度ス
ケールに変換することにより吸収スペクトルを得た後、
この吸収スペクトル中の複数の波数ポイントにおける吸
光度に基づいて測定試料中に含まれる多成分を定量分析
するのである。
【0004】上記多成分を定量分析する方法として、例
えば本願出願人に係る平成2年6月28日付けの特許出願
(特願平2−171038号)があり、その概要は、吸収スペ
クトル中の複数の波数ポイントにおける局所的ピーク値
と局所的バレー値との差である相対吸光度の和を求め、
この和に基づいて各成分の濃度を各別に得ると云うもの
であり、FTIRによれば、吸収スペクトルにおける波
数ポイント群を適宜選ぶことにより測定試料中の多成分
を定量分析することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、多成分
を同時に定量分析することができるFTIRを用いて、
測定試料中のある成分を定量したい場合、その成分の濃
度計算に使用している波数領域に他にも吸収をもつ化合
物が存在するときは、濃度計算用の波数ポイントを選ぶ
ときにそのような化合物の吸収を避けるか、あるいは、
それらの化合物も測定対象成分としておく必要がある。
何故なら、そうしなければ、濃度計算値に他の化合物の
干渉影響を受けやすくなるからである。なお、この場
合、測定試料中に殆ど存在しない化合物については無視
してよい。
【0006】ところで、一般に、化合物は、その化学結
合の形に応じて特有の波数領域に吸収をもっている。こ
れは、言い換えれば、化学構造のよく似た化合物は、よ
く似た波数領域に吸収をもつということであり、特に有
機化合物において顕著である。加えて、有機化合物にお
いては、分子量が大きくなるほど吸収がブロードになる
傾向があり、そのため、化学構造のよく似た化合物同士
は、分子量がある程度大きくなれば吸収の位置だけでな
くその形状も似かよってくる。
【0007】このように、測定試料中に、化学構造のよ
く似た化合物、特に有機化合物が何種類も混在している
と、それらの化合物のうちの一つを定量するために、化
学構造の似た他の多くの化合物をも測定対象としなくて
はならないことが多い。しかし、前述のような吸収の位
置および形状のよく似た化合物群では、それらの吸収ス
ペクトルを正確に分離して信頼性のある定量分析値を得
ることは困難である。また、干渉計として極めて高い分
解能を有する装置を用いれば分離しやすくなるが、その
場合でも、正確な定量分析値を得るには測定対象成分と
して非常に多くの化合物を考慮することが必要である。
これでは、濃度計算で扱うデータ量が多くなり過ぎるた
め、データの処理速度が遅くなり、特に連続分析時には
不都合が生じる。
【0008】そこで、本発明においては、測定試料中
に、化学構造のよく似た有機化合物が何種類も混在して
いる場合、それらの化合物のうち個別では測りにくい化
合物についても、分離の必然性の高くないものでは一括
定量し、一括表示することで充分であるという観点か
ら、一台の装置でエンジン排気ガス中の多くの成分が測
定可能であるフーリエ変換赤外分光計を用いて本発明が
なされたもので、その目的とするところは、測定試料中
に化学構造のよく似た化合物が数多く含まれている場合
でも、測定対象成分を必要以上に増やすことなく、信頼
性のある定量分析結果を得ることができるフーリエ変換
赤外分光計を用いた多成分定量分析方法を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、セルに比較試料または測定試料をそれぞ
れ収容して赤外光源からの赤外光をセルに照射し、比較
試料または測定試料のインターフェログラムを測定し、
これらのインターフェログラムをデータ処理部におい
て、それぞれフーリエ変換してパワースペクトルを得た
後、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を求め、これを吸光度スケールに変
換することにより得られる吸収スペクトル中の複数の指
定された波数ポイントにおける吸光度に基づいて測定試
料中に含まれる多成分の濃度を定量分析するフーリエ変
換赤外分光計を用いて、測定試料に含まれることが予想
される複数の化合物のうち、共通した特徴的な吸収のあ
る波数領域を有する一部の複数の化合物については、一
つの化合物群としてその総量を一括して定量計算する多
成分定量分析方法であって、前記一部の複数の化合物に
共通した特徴的な吸収のある波数領域から各化合物につ
いて定量結果が略同じとなるように濃度計算用の複数の
波数ポイントを定めるようにしている。
【0010】
【作用】上記分析方法によれば、測定試料中に共通した
特徴的な吸収のある波数領域を有する化合物が数多く含
まれている場合でも、測定対象成分を必要以上に増やす
ことなく、信頼性のある定量分析結果を得ることができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0012】本発明に係るFTIRを用いた多成分定量
分析方法が従来のこの種の分析方法と大きく異なる点
は、測定試料に含まれることが予想される複数の化合物
のうち、共通した特徴的な吸収のある波数領域を有する
一部の複数の化合物については、一つの化合物群として
その総量を一括して定量計算する点と、前記一部の複数
の化合物については、共通した特徴的な吸収のある波数
領域から各化合物について定量結果が略同じとなるよう
に濃度計算用の波数ポイントを定めるようにした点であ
る。
【0013】例えば、自動車から排出されるガス(以
下、自動車排ガスと云う)を測定試料とする場合、この
測定試料中には化学構造のよく似た多種類の有機化合物
が混在している。図3は、自動車排ガスに含まれる有機
化合物のうち一部の代表的なものについて、その排出量
パターンの一例を示したもので、この図において、縦軸
は表1に示した構成成分リスト中の#に対応している。
例えば、この図のうち、クロスハッチ(網目)を施した
ものは、アルカンと総称される化合物で、種類・排出量
とも比較的多いことがこの図から読取ることができる。
【0014】
【表1】
【0015】ところで、自動車排ガス中の有機化合物
は、光化学スモッグの原因の一つとして光化学反応性
(オゾンの生成能)という見地から問題となることが多
いが、上記アルカンと称される有機化合物では、この反
応性は比較的低く、かつ、互いによく似ている。しか
も、分解能 0.5cm-1〜0.25cm-1程度のFTIR干渉計で
は、炭素数が3以上、つまり、分子量のある程度大きな
ものは、前述のようによく似た吸収スペクトルを与え
る。
【0016】そこで、例えば、炭素数が3以上のアルカ
ンについては総量が判ればよいとして一括定量し、ベン
ゼン・トルエンなどのより関心の高い有機化合物と二酸
化炭素・一酸化炭素・一酸化窒素などの無機化合物につ
いては個別に定量するという対応が可能である。
【0017】この場合、炭素数が3以上のアルカンにつ
いては、ある化合物の吸収スペクトルの形状を基準と
し、一つの測定対象成分として定量計算を行う。この吸
収スペクトルの基準となる化合物としては、その吸収ス
ペクトルが一括定量する化合物群を代表する形状をもつ
もの、あるいは、高濃度が予想されるものなどが望まし
い。また、単一の化合物で適当なものがない場合は、数
種類の化合物の混合試料の吸収スペクトルを基準に用い
てもよい。
【0018】図2は、炭素数が3以上の代表的なアルカ
ンであるプロパン,n−ブタン,n−ペンタンそれぞれ
100ppmCの2808〜3040cm-1における吸収スペクトルを示
したもので、その形状は互いによく似ていることが判る
(分解能は0.25cm-1)。すなわち、アルカン類の特徴で
あるC−CH−の結合に由来し、各化合物の吸収スペク
トルがよく似ている特定波数領域、つまり、2808〜3040
cm -1 間の複数の波数ポイントを選択し、これらの吸収ス
ペクトルについて、例えば、2868〜2905cm-1にある30
0 個の波数ポイントの吸光度値の総和から、2808〜2845
cm-1にある300 個の波数ポイントの吸光度値の総和を
差し引いた値を用いて濃度計算し、その濃度演算結果
、プロパン 100ppmC、n−ブタンは 104ppmC、n−
ペンタンは101ppmCいうように定量結果が略同じとな
るように濃度計算計算用波数ポイントを定めている。つ
まり、この場合、プロパンの吸収スペクトルを基準とし
て、プロパン,n−ブタン,n−ペンタンのそれぞれ 1
00ppmCの混合試料を定量分析すると、総量として 305pp
mCという結果が得られる。
【0019】上述のように、濃度表示(出力)の単位
は、ppmCが適当であるが、場合によっては ppmなど他の
単位と使い分けるのがよい。また、濃度計算結果の表示
はある代表的な化合物、例えば、自動車排ガスならばプ
ロパン, n−ヘキサン, イソオクタンなどに換算した形
が現実的である。なお、濃度表示の基準とする化合物
と、その吸収スペクトルを濃度計算の基準とする化合物
は必ずしも一致していなくてもよい。
【0020】このように、本発明方法によれば、測定試
料に含まれることが予想される複数の化合物のうち、一
部の複数の化合物について、適当な濃度計算用の波数ポ
イントを定め、それらを一つの測定対象成分として一括
定量計算することで、測定試料中に化学構造のよく似た
化合物が数多く含まれている場合でも、測定対象成分を
必要以上に増やすことなく定量分析することができる。
【0021】すなわち、測定試料に含まれることが予想
される複数の化合物のうち、化学構造のよく似た一部の
化合物については、共通した特徴的な吸収のある波数領
域から各化合物ついて定量結果が略同じとなるように濃
度計算用の波数ポイントを定めることにより、一つの化
合物群としてその総量を一括して定量計算すると共に、
他の測定対象とする化合物については個別に定量計算す
るようにしているが、本発明方法はこれに限られるもの
ではなく、例えば、一括定量する化合物群は一組に限ら
れるものではない。また、測定試料に含まれることが予
想される複数の化合物を数グループに分け、各グループ
毎に一括定量するようにしてもよい。
【0022】なお、本発明方法は、自動車排ガスやそれ
に含まれるアルカンのみならず、その他の測定試料や化
合物群においても適用することができる。また、前述の
特願平2−170138号に記載された手法のみに適用される
ものではなく、他の手法に適用してもよいことは云うま
でもない。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るFT
IRを用いた多成分定量分析方法によれば、測定試料に
含まれることが予想される複数の化合物のうち、正確な
定量の必要性が高い化合物は個別に、また、前記必要性
が比較的低い化合物のうちの一部については一括して定
量することができる。このことにより、測定対象成分を
必要以上に増やさずに済む。つまり、濃度演算で取り扱
うデータ量が抑えられるので、データ処理の高速化に役
立つ。さらに、どの化合物を一括定量するかの選択には
自由度もある。
【0024】そして、本発明方法によれば、不完全な測
定対象成分設定のために干渉影響が生じることや、吸収
スペクトルの形状が非常によく似たもの同士を無理に分
離するために分析精度が落ちることが避けられる。それ
故、結果的に信頼性の高い分析結果が得られる。また、
分解能の極めて高いFTIR干渉計を用いる必要がな
い。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】代表的なアルカンの吸収スペクトルを示す図で
ある。
【図3】自動車排ガス中に含まれる有機化合物のうち、
一部代表的なものについてその排出量パターンの一例を
示す図である。
【符号の説明】
2…データ処理部、3…赤外光源、8…セル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 正之 京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式 会社 堀場製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−212827(JP,A) 特開 昭63−304140(JP,A) 特開 平1−216265(JP,A) 特開 平2−55938(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セルに比較試料または測定試料をそれぞ
    れ収容して赤外光源からの赤外光をセルに照射し、比較
    試料または測定試料のインターフェログラムを測定し、
    これらのインターフェログラムをデータ処理部におい
    て、それぞれフーリエ変換してパワースペクトルを得た
    後、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を求め、これを吸光度スケールに変
    換することにより得られる吸収スペクトル中の複数の指
    定された波数ポイントにおける吸光度に基づいて測定試
    料中に含まれる多成分の濃度を定量分析するフーリエ変
    換赤外分光計を用いて、測定試料に含まれることが予想
    される複数の化合物のうち、共通した特徴的な吸収のあ
    る波数領域を有する一部の複数の化合物については、一
    つの化合物群としてその総量を一括して定量計算する多
    成分定量分析方法であって、前記一部の複数の化合物に
    共通した特徴的な吸収のある波数領域から各化合物につ
    いて定量結果が略同じとなるように濃度計算用の複数の
    波数ポイントを定めるようにしたことを特徴とするフー
    リエ変換赤外分光計を用いた多成分定量分析方法。
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