JP4124912B2 - シングルビーム型の分光計及びシングルビーム型の分光計の操作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シングルビーム型のＦＴ−ＩＲ分光計であって、このＦＴ−ＩＲ分光計は、サンプルのない状態で得られる背景スペクトルとサンプルのある状態で得られるスペクトルとの比較によってサンプルのスペクトルを測定するように構成されており、分光計は分析用放射源及びサンプルステーションを透過する放射又はこのサンプルステーションから反射される放射を受信するための手段及びこの受信手段からの信号を処理しスペクトルデータを提供するための処理手段を含む、シングルビーム型のＦＴ−ＩＲ分光計に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えばＦＴ-ＩＲ分光計では、赤外放射又は近赤外放射がこのような放射源から検査対象のサンプルに向けられる。このサンプルによって透過される放射又はこのサンプルから反射される放射は受信器で受信され、この受信器の出力はこのサンプルのスペクトル特性を得るためにシグナルプロセッサによって処理される。測定を実施する場合、最初に背景測定を得ることが必要である。すなわち、サンプルステーションの適切な位置にサンプルがない状態での背景スペクトルを測定することが必要である。次に測定が適切な位置のサンプルによって行われ、所望のサンプルスペクトルが背景測定と適切な位置のサンプルにより得られたこの測定との比から得られる。従来では背景測定は測定器具のドリフトからの影響を回避するためにサンプル測定の時間に非常に近い時間に行われる。新しい背景測定の回数は分光計の安定性及び要求される精度に依存する。その上、背景測定に関係したノイズが存在するので、サンプル測定及び背景測定両方に対して通常は等しい測定時間が使用される。当業者には周知であるだろうが、このような測定時間の間にマルチプルスキャンを実施することが慣例であり、次いでこれらのマルチプルスキャンはノイズの影響を低減するために平均化される。この処理手順はサンプルスペクトルを得るために必要な時間に加えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、サンプルスペクトルを得るために必要とされる時間の低減ができる技術を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、処理手段は、サンプルのない状態でスペクトロメータにより測定された複数の背景スペクトルプロフィールを所定の期間に亘って記録しさらに集計された背景データに基づいて背景プロフィールを生成するために統計的にプロフィールを分析するように構成されており、この統計的分析は記録されたプロフィールから主成分を抽出するデータ低減技術と比較的低いノイズレベルを有する背景プロフィールを生成するためにこのデータ低減ステップからオリジナルプロフィールを再構成するステップとを含むことによって解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの局面によれば、シングルビーム型の分光計が提供され、この分光計は、サンプルのない状態で得られる背景スペクトルとサンプルのある状態で得られるスペクトルとの比較によってサンプルのスペクトルを測定するように構成されており、この分光計は分析用放射源及びサンプルステーションを透過する放射サンプルステーションから反射される放射を受信するための手段及びこの受信手段からの信号の処理しスペクトルデータを提供するための処理手段を含み、この処理手段は、複数の背景スペクトルプロフィールを所定の期間に亘って記録するように構成され、さらにこの処理手段は集計された背景データに基づいて背景プロフィールを生成するために統計的にプロフィールを分析するように構成されている。統計的分析は記録されたプロフィールから主成分を抽出するために構成されたデータ低減技術を含む。またこの統計的分析は比較的低いノイズレベルを有する背景プロフィールを生成するためにデータ低減ステップからオリジナルプロフィールを再構成するステップを含むことができる。再構成ステップは、低減されたデータにおいて抽出される因子の最良な適合結合を構成することを含む。
【０００６】
本発明の機能を有する分光計は、サンプルがない時に連続的に背景プロフィールを測定する方式で操作される。サンプル測定を得ることが要求される場合には、背景プロフィールは事実上すでに利用可能な状態になっている。というのも、この背景プロフィールを最近収集された背景データから予測できるからである。従って、この測定器具は最近の背景をメモリに格納しており、この背景は背景データにおいて実行された分析のゆえに比較的低いノイズレベルを有する。こうして、従来技術で必要とされたような背景測定を行うために時間を費やす必要なしにサンプル測定を行うことができる。
【０００７】
大抵の場合、この分光計はＦＴ-ＩＲ分光計のような赤外分光計である。
【０００８】
本発明の他の局面によれば、シングルビーム型の分光計の操作方法が提供され、この方法では、サンプルのない状態で得られる背景スペクトルとサンプルのある状態で得られるスペクトルとの比較によってサンプルのスペクトルの測定を行い、この方法は、所定の期間に亘って複数の背景プロフィールを記録するステップと、収集された背景データに基づいて再構成された背景プロフィールを生成するためにこれらのプロフィールを統計的に分析するステップとを有する。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１を参照すると、シングルビーム型の赤外分光計、非常に一般的な言葉ではＦＴ-ＩＲ分光計は分析用放射源１０を有し、この分析用放射源１０はサンプルステーション１２に分析用放射を向けるように配置されている。サンプルステーション１２からの放射は検出器又は受信器１４で受信され、この受信器の出力はプロセッサ１６によって処理され検査対象のサンプルのスペクトルを表すデータを提供する。当業者には自明であるように、サンプルスペクトルの測定を得るためには、最初にサンプルのない状態で背景測定を得る必要があり、次いでサンプルのある状態での測定とサンプルのない状態での測定との比を得ることによってこのサンプルの所望のスペクトルを得るためにこのサンプルのある状態で類似の測定を実行する必要がある。本発明の記述はとりわけ背景測定を得ることに関連する。
【００１１】
分光計の背景プロフィールの形状は、分光計の様々なコンポーネントにおけるドリフトのために時間がたつと変化することが周知である。例えばＦＴ-ＩＲ分光計におけるこのような変化の重要な原因は、干渉計のアライメントと放射源及び検出器の温度である。しかし、比較的短い期間、例えば１週間の間観察すると、これらの変化は単調なドリフトというよりむしろ小変動（fluctuations）のように見える。よって、どんな時でも背景プロフィールは以前現れたプロフィールの範囲内に存在すると予期される。
【００１２】
本発明の実施例は、実際に背景測定がたやすく利用可能であるように測定器具の統計モデルを生成する。このモデルを生成する第１のステップは多数の背景プロフィールを所定の期間に亘って記録することである。これは大抵の場合サンプル測定が行われていない期間に実施される。これらのプロフィールからプロセッサにより行われるデータ低減技術が主成分又は異なる変動源に相応する因子を抽出する。これは周知の技術であり、１つの使用可能なこのようなデータ低減技術は主成分分析（ＰＣＡ）である。最初に得られるプロフィールは主成分又は因子の結合であり、これらの因子のうちの幾つかは単にオリジナルデータにおけるノイズの原因であり、ノイズ成分を低減するデータ低減技術によって除去できる。
【００１３】
このプロセスの次のステップは、残りの因子、つまり除去されなかった因子の最良な適合結合（best fit combinations）を得ることによって比較的低いノイズレベルを有するオリジナルプロフィールを再構成することである。このようなプロセスにおいて達成されるノイズ低減は、ほぼ｛（モデルにおいて使用されるプロフィールの数）/因子の数）^1/2｝である。結果として低減されたノイズレベルを有する１つ又は複数の再構成されたプロフィールが得られる。再構成されたプロフィールにおけるノイズ低減の程度は、モデルにおいて使用されるプロフィールの数によって変化する。もしより大幅なノイズレベル低減が要求されるならば、これは使用されるプロフィールの数を増加することによって達成できる。実際にはこの数は数百であればよい。ノイズはモデルを生成するために使用されるプロフィールを記録する時にマルチプルスキャンを平均化することによっても低減される。
【００１４】
上記の実行されるステップはプロセッサによるソフトウェア制御下で行われ、図２のフローチャートにまとめられている。
【００１５】
このようにして、上記のタイプの機能を有する分光計は、サンプルがない時に連続的に背景プロフィールを測定する方式で操作される。サンプル測定が要求される時には、背景プロフィールが最近収集された背景データから効率的に予測される。従って、操作者が背景プロフィールを収集する時間を考慮する必要なしに測定器具は最近記憶された比較的低いノイズレベルを有する背景プロフィールを効率的に提供することができる。必要なことは適切な適切にサンプルによる測定を実行することだけである。これは従来の装置に比べて意義のある時間の節約である。
【００１６】
プロフィールが上記のモデルを生成するために使用されたプロフィールの範囲内に存在するならば、このモデルは新たに生成されるプロフィールに適用できることを認識すべきである。このような場合、因子の特定の結合は再構成よりもむしろ予測を表す。高周波ノイズがこのモデルによって再生されないので、新しい背景プロフィールはシングルスキャンによって測定される。
【００１７】
例としてＰＣＡタイプの技術は Perkin Elmer Paragon 1000 分光計と結合して使用されている。このＰＣＡモデルはこの Paragon 測定器具からの２２個の別々の背景スキャンを使用して構成された。このモデルはたった２つの因子しか含んでいない。このモデルは同一の分光計でのシングルスキャン測定から背景プロフィールを予測するために使用されたが、このモデルのために使用されたスキャン期間外のシングルスキャン測定が行われた。このモデルから得られたプロフィールは図３に示されている。ノイズの低減はオリジナルの背景とこのモデルから予測された背景とを比べれば分かる。
【００１８】
さらに別のテストとして、ノイズを同じ背景スキャンに加え、プロフィールを再び予測した。図４の２つの曲線の比較から見て取れるように、この予測された背景はノイズが加えられていない背景から予測された背景に似たノイズレベルを有する。
【００１９】
この技術のさらに別の利点は、新たに測定された背景プロフィールがモデルの範囲内に存在するかどうかをマハラノビス距離及び残差比（residual ratio）のような予測のための診断ツールが示すことである。よって、長期間のドリフトがこれを必要とする場合には、この測定器具モデルは自動的に更新される。
【００２０】
サンプルの測定を実行するために減衰全反射法用付属装置のような付属装置が分光計によって使用されることも考えられる。このような付属装置は各々独自の背景プロフィールを有する。よって、各付属装置毎に背景プロフィールを記録する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】赤外分光計のブロック図を示す。
【図２】分光計のプロセッサにより実行されるステップのシーケンスを示すフローチャートである。
【図３】本発明を示す線図である。
【図４】本発明を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 分析用放射源
１２ サンプルステーション
１４ 検出器
１６ プロセッサ

Claims (2)

1. シングルビーム型のＦＴ−ＩＲ分光計であって、
   該ＦＴ−ＩＲ分光計は、サンプルのない状態で得られる背景スペクトルと前記サンプルのある状態で得られるスペクトルとの比較によって前記サンプルのスペクトルを測定するように構成されており、前記分光計は分析用放射源（１０）及びサンプルステーションを透過する放射又は該サンプルステーションから反射される放射を受信するための手段（１４）及び該受信手段（１４）からの信号を処理しスペクトルデータを提供するための処理手段（１６）を含む、シングルビーム型のＦＴ−ＩＲ分光計において、
   前記処理手段（１６）は、サンプルのない状態で前記スペクトロメータにより測定された複数の背景スペクトルプロフィールを所定の期間に亘って記録しさらに集計された背景データに基づいて背景プロフィールを生成するために統計的に前記プロフィールを分析するように構成されており、
   この統計的分析は、記録されたプロフィールから主成分を抽出するデータ低減技術と比較的低いノイズレベルを有する背景プロフィールを生成するためにこのデータ低減ステップからオリジナルプロフィールを再構成するステップとを含むことを特徴とする、シングルビーム型のＦＴ−ＩＲ分光計。
2. 再構成ステップは、低減されたデータにおける残りの因子の最良な適合結合（best fit combinations）を構成することを含む、請求項１記載の分光計。

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