JP4836526B2 - Infrared absorption spectrum measuring device - Google Patents
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Description
本発明は皮膚表面における薬剤・化粧料・分泌物等の付着量を定量するための赤外吸収スペクトル測定装置に関する。 The present invention relates to an infrared absorption spectrum measuring apparatus for quantifying the adhesion amount of drugs, cosmetics, secretions, etc. on the skin surface.
皮膚表面における薬剤・化粧料・分泌物等の付着量を的確に把握することは、医薬品・化粧品・洗浄剤等の開発を行う上で非常に重要である。１９９０年頃には、皮膚表面付着物を直接的に測定する手法として、高屈折率物質でできたクリスタル（ＩＲＥ）を皮膚表面上の試料に接触させた状態で、ＩＲ−ＡＴＲ法により赤外吸収スペクトルを測定することが行われていた。 Accurately grasping the adhesion amount of drugs, cosmetics, secretions, etc. on the skin surface is very important in developing pharmaceuticals, cosmetics, cleaning agents and the like. Around 1990, as a method for directly measuring skin surface deposits, IR absorption was performed by IR-ATR method with a crystal (IRE) made of a high refractive index substance in contact with a sample on the skin surface. Measuring the spectrum was done.
近年、中赤外光ファイバー（カルコゲナイトファイバー）や塩化銀製の中赤外光ファイバー（ＰＩＲファイバー）が開発され、これらがＩＲ−ＡＴＲ測定に用いられるようになった。特に、ＰＩＲファイバーはカルコゲナイトファイバーよりも曲げ易く、折れにくく、かつ材質自体に毒性がないという特長を有することから、ＰＩＲファイバー自体をＩＲＥとして使うＩＲ−ＡＴＲ測定が可能となり（特許文献１）、その簡便さと測定の自由度の高さから、現在急速に普及しつつある。 In recent years, mid-infrared optical fibers (chalcogenite fibers) and silver chloride mid-infrared optical fibers (PIR fibers) have been developed, and these have been used for IR-ATR measurement. In particular, PIR fiber is easier to bend and break than chalcogenite fiber, and the material itself is not toxic. Therefore, IR-ATR measurement using PIR fiber itself as IRE becomes possible (Patent Document 1). Because of its simplicity and high degree of freedom in measurement, it is rapidly spreading now.
ＰＩＲファイバー自体をＩＲＥとして使う当該ＩＲ−ＡＴＲ測定法は、顔、頸、前腕等、任意の皮膚表面における薬剤・化粧料等の試料付着量を測定する場合に有用であるが、皮膚表面は凹凸のある構造をもち、光ファイバープローブの接触圧や皮膚の粘弾性によって、試料とＩＲＥとの接触面積が一定ではないことから正確に測定できるとは言い難い。
本発明は、皮膚表面における薬剤・化粧料・分泌物等の付着量を簡便に且つより正確に測定可能な赤外吸収スペクトル測定装置及び赤外吸収スペクトルの測定方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an infrared absorption spectrum measuring apparatus and an infrared absorption spectrum measuring method capable of easily and more accurately measuring the adhesion amount of drugs, cosmetics, secretions, and the like on the skin surface. .
本発明者らは、ＰＩＲファイバーで試料が付着した皮膚の赤外吸収スペクトルを測定した場合、皮膚単独の赤外吸収スペクトルを差し引いても、皮膚表面付着試料単独のスペクトル（差スペクトル）が得られないため、皮膚表面付着物量を定量的に見積もることができないことを実験的に見出した。そして、用いる赤外光ファイバープローブごとにエバネッセント波のしみ込み深さを決定し、皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正することにより、皮膚表面における試料の付着量を簡便に且つより正確に測定できることを見出した。 When the present inventors measured the infrared absorption spectrum of the skin to which the sample was attached with the PIR fiber, even if the infrared absorption spectrum of the skin alone was subtracted, the spectrum (difference spectrum) of the skin surface-attached sample alone was obtained. Therefore, it was experimentally found that the amount of skin surface deposits could not be estimated quantitatively. Then, the penetration depth of the evanescent wave is determined for each infrared optical fiber probe to be used, and the amount of sample adhering to the skin surface is corrected by correcting the change in absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. It was found that measurement can be performed easily and more accurately.
すなわち本発明は、赤外光照射部から照射された赤外光及び試料からの反射光を導くための赤外光ファイバーを有し、当該赤外光ファイバーの一部を光ファイバープローブとする皮膚表面上の試料を測定するための赤外吸収スペクトル測定装置であって、皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算手段を備えることを特徴とする赤外吸収スペクトル測定装置に係るものである。 That is, the present invention has an infrared optical fiber for guiding the infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and the reflected light from the sample, and a part of the infrared optical fiber is used on the skin surface as an optical fiber probe. An infrared absorption spectrum measuring apparatus for measuring a sample, comprising an arithmetic means for correcting a change in absorbance due to a change in contact area between the skin and an infrared optical fiber probe. It is related to.
また本発明は、赤外光照射部から照射された赤外光及び試料からの反射光を導くための赤外光ファイバーを有し、当該赤外光ファイバーの一部を光ファイバープローブとする皮膚表面上の試料を測定するための赤外吸収スペクトル測定装置により皮膚表面上の試料の赤外吸収スペクトルを測定し、得られたスペクトルデータを、前記皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算手段により補正処理することを特徴とする赤外吸収スペクトルの測定方法に係るものである。 The present invention also includes an infrared optical fiber for guiding the infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and the reflected light from the sample, and a part of the infrared optical fiber is used on the skin surface as an optical fiber probe. The infrared absorption spectrum of the sample on the skin surface is measured by an infrared absorption spectrum measuring apparatus for measuring the sample, and the obtained spectrum data is measured for the absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. The present invention relates to a method for measuring an infrared absorption spectrum, wherein correction processing is performed by a calculation unit that corrects fluctuations.
また本発明は、赤外光照射部から照射された赤外光及び試料からの反射光を導くための赤外光ファイバーを有し、当該赤外光ファイバーの一部を光ファイバープローブとする皮膚表面上の試料を測定するための赤外吸収スペクトル測定装置により皮膚表面上の試料の赤外吸収スペクトルを測定する場合において、得られたスペクトルデータを、前記皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算手段により補正処理することを特徴とする赤外吸収スペクトルの補正方法に係るものである。 The present invention also includes an infrared optical fiber for guiding the infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and the reflected light from the sample, and a part of the infrared optical fiber is used on the skin surface as an optical fiber probe. When measuring an infrared absorption spectrum of a sample on the skin surface with an infrared absorption spectrum measuring apparatus for measuring the sample, the obtained spectrum data is obtained by changing the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. The present invention relates to a method for correcting an infrared absorption spectrum, characterized in that correction processing is performed by a calculation means for correcting fluctuations in absorbance.
また本発明は、データ処理装置に対して、赤外光照射部から照射された赤外光及び試料からの反射光を導くための赤外光ファイバーを有し、当該赤外光ファイバーの一部を光ファイバープローブとする皮膚表面上の試料を測定するための赤外吸収スペクトル測定装置により測定されたスペクトルデータについて、前記皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算処理を実行させるための赤外吸収スペクトルの補正プログラムに係るものである。 The present invention also includes an infrared optical fiber for guiding the infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and the reflected light from the sample to the data processing apparatus, and a part of the infrared optical fiber is optical fiber. For spectral data measured by an infrared absorption spectrum measuring device for measuring a sample on the skin surface as a probe, a calculation process for correcting fluctuations in absorbance due to changes in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe is performed. The present invention relates to an infrared absorption spectrum correction program for execution.
本発明の装置又は方法を用いることにより、皮膚表面における薬剤・化粧料・分泌物等の付着量を簡便に且つより正確に測定できる。 By using the apparatus or method of the present invention, it is possible to easily and more accurately measure the adhesion amount of drugs, cosmetics, secretions, etc. on the skin surface.
図１に本発明の赤外吸収スペクトル測定装置の構成概略図を示す。１は赤外光を発生照射するための赤外光照射部であり、２は赤外光を導くための赤外光ファイバーであり、３は赤外光を皮膚表面上の試料と接触させるための赤外光ファイバープローブ部であり、４は試料及び皮膚から反射した赤外光を検出するための検出部である。５は演算部であり、吸光度の変動を補正する演算手段が備えられている。具体的には、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置である。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an infrared absorption spectrum measuring apparatus of the present invention. 1 is an infrared light irradiation unit for generating and irradiating infrared light, 2 is an infrared optical fiber for guiding infrared light, and 3 is for bringing the infrared light into contact with a sample on the skin surface. An infrared optical fiber probe unit 4 is a detection unit for detecting infrared light reflected from the sample and the skin. Reference numeral 5 denotes a calculation unit, which is provided with calculation means for correcting fluctuations in absorbance. Specifically, it is a data processing device such as a personal computer.
赤外光照射部１から赤外光ファイバー２を通して赤外光ファイバープローブ部３に赤外光が導かれ、赤外光ファイバープローブと試料との界面で全反射した赤外光が再び赤外光ファイバーにより検出部４に導かれ、演算部５において、赤外吸収スペクトルの歪を補正して赤外吸収スペクトルが算出され、必要に応じて当該スペクトルに基づき皮膚表面付着試料の種類及び量を解析される。 Infrared light is guided from the infrared light irradiation unit 1 to the infrared optical fiber probe unit 3 through the infrared optical fiber 2, and the infrared light totally reflected at the interface between the infrared optical fiber probe and the sample is again detected by the infrared optical fiber. 4, the calculation unit 5 corrects the distortion of the infrared absorption spectrum to calculate the infrared absorption spectrum, and analyzes the type and amount of the skin surface-attached sample based on the spectrum as necessary.
本発明の赤外光ファイバー２としては、ＫＲＳ−５で形成されたものや、ＡｇＣｌとＡｇＢｒの混晶で形成されたもの、ＡｇＣｌ単独のもの、あるいはＡｇＢｒ単独のもの等を利用することができる。 As the infrared optical fiber 2 of the present invention, those formed of KRS-5, those formed of a mixed crystal of AgCl and AgBr, those of AgCl alone, those of AgBr alone, and the like can be used.
赤外光ファイバープローブ部３としては、試料への接触部が図２aに示すような湾曲したものや図２ｂに示すような四角いもの、あるいは図２ｃに示すような尖ったもの又はファイバーをコイル状に巻いたもの等を用いることができる。赤外光ファイバープローブ部は皮膚に接触させる部分のみファイバーが露出していれば良く、それ以外の部分は各種カバーで覆われていてもよい。 As the infrared optical fiber probe portion 3, the contact portion to the sample is curved as shown in FIG. 2a, square as shown in FIG. 2b, or sharp or fiber as shown in FIG. 2c in a coil shape. A roll or the like can be used. In the infrared optical fiber probe part, it is sufficient that the fiber is exposed only at the part to be brought into contact with the skin, and the other part may be covered with various covers.
赤外光照射部１としては、一般の赤外分光器の赤外光照射部と同様な構造が挙げられる。即ち、赤外光源と干渉計を組み合わせたものや、赤外光源と分光器を組み合わせたものが挙げられる。 As the infrared light irradiation part 1, the same structure as the infrared light irradiation part of a general infrared spectrometer is mentioned. That is, a combination of an infrared light source and an interferometer, and a combination of an infrared light source and a spectroscope are included.
上記の構成からなる本発明の装置は、図３に示すように、赤外光照射部と検出器が一体化したものであることが好ましい。また、ポータブル型装置として使用する場合は、耐振動性に優れていることや、バッテリーで駆動することが好ましい。 As shown in FIG. 3, the apparatus of the present invention having the above-described configuration is preferably an integrated infrared light irradiation unit and detector. In addition, when used as a portable device, it is preferable to have excellent vibration resistance and to be driven by a battery.
本発明装置によって測定される試料としては、皮膚に塗布若しくは付着又は皮膚から分泌されることにより皮膚上に存在する物質、例えば薬剤、化粧料、洗浄剤、皮脂、汗、汚れが挙げられ、赤外吸収スペクトルが測定可能な有機物質であれば特に限定されることはない。 Samples to be measured by the apparatus of the present invention include substances present on the skin when applied to, adhered to, or secreted from the skin, such as drugs, cosmetics, cleaning agents, sebum, sweat, and dirt. There is no particular limitation as long as it is an organic substance whose outer absorption spectrum can be measured.
演算部５における、演算手段は、測定波数によるエバネッセント波しみ込み深さの変動及び皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化により生ずる吸光度の変動を補正し、赤外吸収スペクトルの歪みを回避するものである。以下に、この演算手段について説明する。
一般に、平面上における二層の試料を測定した場合、上層の赤外吸収スペクトルは、下記式（２）で与えられ、一方、下層の赤外吸収スペクトルは、式（３）となり、上層及び下層を合わせた場合の赤外吸収スペクトルは上層、下層それぞれの単独のスペクトルから導き出されるＡｓ（ｔ）及びＡｂ（ｔ）の和となる。
In general, when a two-layer sample on a plane is measured, the infrared absorption spectrum of the upper layer is given by the following formula (2), while the infrared absorption spectrum of the lower layer is given by formula (3), and the upper layer and the lower layer Infrared absorption spectrum when the two are combined is the sum of As (t) and Ab (t) derived from the single spectrum of each of the upper and lower layers.
しかし、赤外光ファイバープローブを用いて測定した場合には、試料とプローブの接触面積が一定ではなく、赤外光ファイバープローブと標準の皮膚、赤外光ファイバープローブと標準の試料、及び赤外光ファイバープローブと(皮膚＋試料)の接触面積は、ファイバープローブの形状や、皮膚や試料との接触の仕方によって変動する。
本発明においては、下記式（１）：
を導入し、皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動の補正を行う。
However, when the measurement is performed using an infrared optical fiber probe, the contact area between the sample and the probe is not constant, and the infrared optical fiber probe and the standard skin, the infrared optical fiber probe and the standard sample, and the infrared optical fiber probe The contact area of (skin + sample) varies depending on the shape of the fiber probe and the manner of contact with the skin and sample.
In the present invention, the following formula (1):
To correct the change in absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe.
ここで、エバネッセント波のしみ込み深さ（ｄｐ）は、全反射面への入射角に依存することが知られている。装置に固定のＩＲ−ＡＴＲ装置のＩＲＥや、カルコゲナイトファイバーに接続されたＩＲＥの場合は、ＩＲＥの形状等より全反射面への入射角は容易に決定され、エバネッセント波のしみ込み深さを算出することができる。しかし、赤外光ファイバー自体をＩＲＥとして使う場合、赤外光ファイバープローブ部の曲率によって入射角は大きく変動するので、エバネッセント波のしみ込み深さを理論的に算出することは困難である。そこで、層状構造を持つフィルム等を、エバネッセント波のしみ込み深さ既知のＩＲＥ及び、エバネッセント波のしみ込み深さ未知のＰＩＲファイバープローブで測定し、各スペクトルにおける上層及び下層に由来する吸収帯の吸光度比と、エバネッセント波のしみ込み深さの関係から、当該のファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さを導出する。 Here, it is known that the penetration depth (dp) of the evanescent wave depends on the incident angle to the total reflection surface. In the case of an IRE of an IR-ATR device fixed to the device or an IRE connected to a chalcogenite fiber, the incident angle to the total reflection surface is easily determined from the shape of the IRE, etc., and the penetration depth of the evanescent wave Can be calculated. However, when the infrared optical fiber itself is used as the IRE, the incident angle varies greatly depending on the curvature of the infrared optical fiber probe portion, so it is difficult to theoretically calculate the penetration depth of the evanescent wave. Therefore, a film having a layered structure is measured with an IRE with a known penetration depth of the evanescent wave and a PIR fiber probe with an unknown penetration depth of the evanescent wave, and absorption bands derived from the upper and lower layers in each spectrum. Based on the relationship between the absorbance ratio and the penetration depth of the evanescent wave, the penetration depth of the evanescent wave of the fiber probe is derived.
すなわち、以下の（ｉ）〜（iv）の手順に基づいて、個々の赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さを算出する。
（ｉ）エバネッセント波しみ込み深さが既知の赤外吸収スペクトル測定装置を用いて、二層以上の層状構造を有する試料の赤外吸収スペクトルを測定する。
（ii）上記赤外吸収スペクトルの特定吸収帯間の吸光度比と、上記装置のエバネッセント波しみ込み深さの関係を求める。
（iii）同一の試料について、（ｉ）と同様に赤外光ファイバープローブにより測定し、（ii）と同様に当該赤外吸収スペクトルの特定吸収帯間の吸光度比を算出する。
（iv）（ii）と（iii）の関係より、赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さを算出する。
That is, the penetration depth of the evanescent wave of each infrared optical fiber probe is calculated based on the following procedures (i) to (iv).
(I) An infrared absorption spectrum of a sample having a layered structure of two or more layers is measured using an infrared absorption spectrum measuring apparatus having a known evanescent wave penetration depth.
(Ii) The relationship between the absorbance ratio between specific absorption bands of the infrared absorption spectrum and the evanescent wave penetration depth of the apparatus is determined.
(Iii) The same sample is measured with an infrared optical fiber probe as in (i), and the absorbance ratio between specific absorption bands of the infrared absorption spectrum is calculated as in (ii).
(Iv) From the relationship between (ii) and (iii), the penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe is calculated.
具体的には、以下のようして、赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さを算出することができる。
１）層状構造を有する試料（例えば積層フィルム）のＩＲ−ＡＴＲスペクトルを、エバネッセント波のしみ込み深さdp(λ)が、ＡＴＲクリスタルの屈折率をｎ1、試料の屈折率をｎ2、入射角度をθ、観測波長をλとした場合に、下記式（４）：
で算出される既知のＩＲ−ＡＴＲ装置（例えば、ａ）ＡＴＲクリスタルの材質ＺｎＳｅ、入射角度４５°、ｂ）材質Ｇｅ、入射角度６０°、ｃ）材質Ｇｅ、入射角度４５°）を用いて測定する。
２）次に、積層フィルムの下層に特徴的な吸収と、上層に特徴的な吸収のピーク面積あるいはピーク高さの比を算出する。
３）１）で得られたエバネッセント波のしみこみ込み深さと、２）で得られた比との関係をプロットする。さらにそのプロットから、近似直線あるいは曲線を得る。
４）赤外光ファイバープローブで、１）と同じ積層フィルムの赤外吸収スペクトルを測定し、２）と同様にピーク面積あるいはピーク高さの比を算出する。そして、３）で得られた関係から、赤外光ファイバープローブのしみこみ込み深さを算出する。
Specifically, the penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe can be calculated as follows.
1) An IR-ATR spectrum of a sample having a layered structure (for example, a laminated film), an evanescent wave penetration depth dp (λ), an ATR crystal refractive index n 1 , and a sample refractive index n 2 incident When the angle is θ and the observation wavelength is λ, the following formula (4):
Measured using a known IR-ATR apparatus (for example, a) ATR crystal material ZnSe, incident angle 45 °, b) material Ge, incident angle 60 °, c) material Ge, incident angle 45 ° To do.
2) Next, the ratio of the absorption characteristic of the lower layer of the laminated film and the peak area or peak height of the absorption characteristic of the upper layer is calculated.
3) Plot the relationship between the penetration depth of the evanescent wave obtained in 1) and the ratio obtained in 2). Further, an approximate straight line or curve is obtained from the plot.
4) The infrared absorption spectrum of the same laminated film as in 1) is measured with an infrared optical fiber probe, and the ratio of peak area or peak height is calculated in the same manner as in 2). Then, the penetration depth of the infrared optical fiber probe is calculated from the relationship obtained in 3).
以下に、本発明の皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算手段の手順をまとめて示す。
１）まず、しみ込み深さdp(λ)が既知のＩＲ−ＡＴＲ装置を用いて、層状構造をもった物質を測定する。このとき、ＩＲ−ＡＴＲ装置は、しみ込み深さが違うタイプのものを少なくとも二種類以上使って測定する。
２）次に、それぞれの測定結果について、上層、下層由来の吸収帯の面積あるいは強度比を算出する。
３）ある波長λ1でのしみ込み深さに対して、２）で得られた比をプロットする。そして、それらのプロットについて近似式を描く。
４）赤外光ファイバープローブを用いて、同様に層状構造をもった物質の赤外吸収スペクトル測定をおこない、上層、下層由来の吸収帯の面積あるいは強度比を算出する。
５）３）で得られた近似式を用いて、４）で得られた結果より赤外光ファイバープローブの波長λ1でのしみ込み深さdp(λ1)を導出する。
６）５）で求めた、波長λ1でのしみ込み深さdp(λ1)より、
となる。従って、
と算出されることより、各測定波長でのdp(λ)は、
と求まる。
７）皮膚単独の赤外光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定を行い、Ａ（λ，０）を得る。同様に試料単独の赤外光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定を行い、Ａ（λ，∞）を得る。
８）皮膚に試料を塗布して、赤外光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定を行い、Ａ（λ，ｔ）を得る。
９）６）で得られたｄｐ（λ）と、７）及び８）で得られたＡ（λ，０）、Ａ（λ，∞） 、Ａ（λ，ｔ）を、前記した式（１）：
に適用する。
その後Ａ（λ，ｔ））が最も良く表現できる３つの未知変数（試料の塗布厚さｔと、係数α、β）の組み合わせを、最小二乗法を用いて算出する。
Below, the procedure of the calculation means which correct | amends the fluctuation | variation of the light absorbency by the change of the contact area of the skin of this invention and an infrared optical fiber probe is shown collectively.
1) First, a substance having a layered structure is measured using an IR-ATR apparatus with a known penetration depth dp (λ). At this time, the IR-ATR apparatus performs measurement using at least two types having different penetration depths.
2) Next, for each measurement result, the area or intensity ratio of the upper and lower absorption bands is calculated.
3) Plot the ratio obtained in 2) against the penetration depth at a certain wavelength λ 1 . Then, draw approximate equations for these plots.
4) Using an infrared optical fiber probe, measure the infrared absorption spectrum of a substance having a layered structure in the same manner, and calculate the area or intensity ratio of the upper and lower absorption bands.
5) Using the approximate expression obtained in 3), the penetration depth dp (λ 1 ) at the wavelength λ 1 of the infrared optical fiber probe is derived from the result obtained in 4).
6) From the penetration depth dp (λ 1 ) at wavelength λ 1 obtained in 5),
It becomes. Therefore,
From the above, dp (λ) at each measurement wavelength is
It is obtained.
7) Infrared absorption spectrum measurement using an infrared fiber optic probe of skin alone is performed to obtain A (λ, 0). Similarly, infrared absorption spectrum measurement using an infrared optical fiber probe of a sample alone is performed to obtain A (λ, ∞).
8) Apply a sample to the skin and perform infrared absorption spectrum measurement using an infrared fiber optic probe to obtain A (λ, t).
9) dp (λ) obtained in 6) and A (λ, 0), A (λ, ∞) and A (λ, t) obtained in 7) and 8) ):
Applies to
Thereafter, a combination of three unknown variables (the coating thickness t of the sample and the coefficients α, β) that can best represent A (λ, t)) is calculated using the least square method.
上記により吸光度が補正され、皮膚表面上に存在する試料の赤外吸収スペクトルが得られる。斯かる赤外吸収スペクトルに基づき、試料の種類及び量を解析するための演算手段を設けることにより、試料の種類及び量を算出することが可能となる。
斯かる演算手段としては、公知の解析方法、例えば、Visual Basic、C言語、JavaScriptなどが挙げられる。
The absorbance is corrected by the above, and an infrared absorption spectrum of the sample existing on the skin surface is obtained. By providing a calculation means for analyzing the type and amount of the sample based on the infrared absorption spectrum, the type and amount of the sample can be calculated.
Examples of such calculation means include known analysis methods such as Visual Basic, C language, and JavaScript.
以上、本発明装置における演算手段について説明したが、本発明の赤外吸収スペクトルの測定方法及び赤外吸収スペクトルの補正方法においては、上記演算手段により行われる補正処理は、赤外吸収スペクトル測定装置と一体化されたデータ処理装置によって行う場合の他、該赤外吸収スペクトル測定装置から独立した（繋がっていない）データ処理装置によって行う場合のいずれをも包含する。すなわち、例えば前記演算手段を備えていない赤外吸収スペクトル装置を用いて赤外吸収スペクトルを得た後、この赤外吸収スペクトルデータを、フレキシブルディスク等の記録媒体、或いは通信回線を介して、該赤外吸収スペクトル測定装置とは独立し、前記皮膚と赤外光ファイバープローブとの接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算処理を実行させるための補正プログラムを備えたデータ処理装置（例えばパーソナルコンピュータ）に入力して、補正処理させることもできる。 The calculation means in the apparatus of the present invention has been described above. However, in the infrared absorption spectrum measurement method and infrared absorption spectrum correction method of the present invention, the correction processing performed by the calculation means is an infrared absorption spectrum measurement apparatus. In addition to the case of using a data processing device integrated with the infrared absorption spectrum measuring device, the case of using a data processing device independent of (not connected to) the infrared absorption spectrum measuring device is included. That is, for example, after obtaining an infrared absorption spectrum using an infrared absorption spectrum apparatus not provided with the computing means, the infrared absorption spectrum data is obtained via a recording medium such as a flexible disk or a communication line. Independent of the infrared absorption spectrum measuring apparatus, a data processing apparatus (for example, a personal computer) provided with a correction program for executing a calculation process for correcting a change in absorbance due to a change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe ) To perform correction processing.
１．ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さの決定
上層がポリエチレン、下層がナイロンの二層膜について、ＩＲＥがＧｅ（入射角３０°）、Ｇｅ（入射角４５°）、Ｇｅ（入射角６０°）、ＺｎＳｅ（入射角４５°）であるＩＲ−ＡＴＲ装置を用いて測定した。このとき、上層がＩＲＥと接触するように測定をおこなった。次に得られたスペクトルからナイロン由来のアミドＩの吸収（6.06μｍ）のピーク面積をアルキル由来のＣＨ変角振動の吸収（6.90μｍ）のピーク面積で割り、前記[数４]により算出されるしみ込み深さdp(λ1)と対応してプロットさせ、直線により近似した。なお、このときのλ1としては、アミドＩとCH変角振動の吸収波長の平均値である、6.48μｍを用いることとした。このプロット及び近似直線を図４に示す。同様に二層膜について光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定をおこない、同じくアミドＩとＣＨ変角振動のピーク面積比を算出したところ、0.034となった。従って、図４の近似式から、しみ込み深さは測定波長が6.48μｍのときで0.65μｍとなった。
1. Determining the penetration depth of the evanescent wave of the fiber probe For a bilayer film in which the upper layer is polyethylene and the lower layer is nylon, IRE is Ge (incident angle 30 °), Ge (incident angle 45 °), Ge (incident angle 60 °) , ZnSe (incidence angle 45 °) was measured using an IR-ATR apparatus. At this time, the measurement was performed so that the upper layer was in contact with the IRE. Next, from the obtained spectrum, the peak area of absorption of nylon-derived amide I (6.06 μm) is divided by the peak area of absorption of alkyl-derived CH bending vibration (6.90 μm), and calculated by the above [Equation 4]. Plotting was performed in correspondence with the penetration depth dp (λ 1 ) and approximated by a straight line. As λ 1 at this time, 6.48 μm, which is an average value of absorption wavelengths of amide I and CH bending vibration, is used. This plot and the approximate straight line are shown in FIG. Similarly, infrared absorption spectrum measurement using an optical fiber probe was performed on the bilayer film, and the peak area ratio between amide I and CH bending vibration was calculated to be 0.034. Therefore, from the approximate expression of FIG. 4, the penetration depth was 0.65 μm when the measurement wavelength was 6.48 μm.
２．フィッティング
皮膚上にグリセリンを薄く塗布して、前述の測定波長が6.48μｍのときのしみ込み深さが0.65μｍと決定された光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定をおこない、得られた赤外吸収スペクトルをスペクトル１(図５)とする。二層膜をＩＲ−ＡＴＲ測定した場合の、上層、下層それぞれの吸収は以下の１式、２式で導出される。そこで、何も塗布していない状態の皮膚について光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定をおこなった(図６)。次に同様にグリセリンだけについて光ファイバープローブを用いた赤外吸収スペクトル測定をおこなった(図７)。それぞれの赤外吸収スペクトルより、１，２式を用いて皮膚上にグリセリンが塗布されている場合の、皮膚とグリセリンそれぞれ単独の赤外吸収スペクトルを導出し（皮膚：スペクトル２、グリセリン：スペクトル３）、それらの和（スペクトル２＋スペクトル３）が、スペクトル１に近づくように、係数α、β、塗布厚さｔを変えてフィッティングをおこなった。フィッティングの結果を図８に示す。図８ではｔが0.2μｍとなった。これより、皮膚上をグリセリンが平均して0.2μｍの厚さで被覆していることが分かった。
2. Fitting Apply a thin layer of glycerin on the skin and measure the infrared absorption spectrum using an optical fiber probe whose penetration depth was determined to be 0.65 μm when the aforementioned measurement wavelength was 6.48 μm. The absorption spectrum is assumed to be spectrum 1 (FIG. 5). The absorption of each of the upper layer and the lower layer when IR-ATR measurement is performed on the two-layer film is derived by the following formulas 1 and 2. Therefore, infrared absorption spectrum measurement using an optical fiber probe was performed on the skin where nothing was applied (FIG. 6). Next, infrared absorption spectrum measurement using an optical fiber probe was performed similarly for glycerin alone (FIG. 7). From each infrared absorption spectrum, an infrared absorption spectrum of each of the skin and glycerin when glycerin is applied on the skin using Equations 1 and 2 is derived (skin: spectrum 2, glycerin: spectrum 3). ), And fitting was performed by changing the coefficients α and β and the coating thickness t so that the sum of them (spectrum 2 + spectrum 3) approaches spectrum 1. The result of fitting is shown in FIG. In FIG. 8, t is 0.2 μm. From this, it was found that glycerin coated on the skin with an average thickness of 0.2 μm.
１ 赤外光照射部
２ 中赤外光ファイバー
３ 中赤外光ファイバープローブ部
４ 検出部
５ 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared light irradiation part 2 Mid-infrared optical fiber 3 Mid-infrared optical fiber probe part 4 Detection part 5 Calculation part
Claims (10)
前記吸光度の変動を補正する演算手段が、赤外光ファイバープローブを試料が存在しない皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、０）、赤外光ファイバープローブを試料に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、∞）、試料が存在する皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、ｔ）としたとき、下記式
［数１］
A(ω,t)=α×A(ω,∞)[1-exp(-2t/dp)]+β×A(ω,0)exp(-2t/dp) (1)
（但し、α、β ：変数
Ａ（ω，∞）：試料の赤外吸収スペクトル、
Ａ（ω，０）：皮膚の赤外吸収スペクトル、
ｄｐ ：赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さ、
ｔ ：試料の付着厚さ
を最もよく満たすように、α、β、ｔを適宜変化させて、試料の付着厚さｔを決定することにより、赤外光ファイバープローブと皮膚との接触面積の変化による吸光度の変動を補正するものであることを特徴とする赤外吸収スペクトル測定装置。 In order to measure a sample on the skin surface having an infrared optical fiber for guiding infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and reflected light from the sample, and using a part of the infrared optical fiber as an optical fiber probe Infrared absorption spectrum measuring apparatus, comprising an arithmetic means for correcting fluctuations in absorbance due to changes in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe ,
When the calculation means for correcting the variation in absorbance is A (ω, 0), and the infrared optical fiber probe is in contact with the sample when the infrared optical fiber probe is in contact with the skin where the sample does not exist Where A (ω, ∞) is the infrared absorption spectrum obtained, and A (ω, t) is the infrared absorption spectrum obtained when the sample is in contact with the skin.
[Equation 1]
A (ω, t) = α × A (ω, ∞) [1-exp (-2t / dp)] + β × A (ω, 0) exp (-2t / dp) (1)
(However, α and β are variables.
A (ω, ∞): Infrared absorption spectrum of the sample,
A (ω, 0): infrared absorption spectrum of skin,
dp: penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe,
t: Sample thickness
To correct the fluctuation of absorbance due to the change of the contact area between the infrared optical fiber probe and the skin by changing the α, β, t as appropriate to determine the thickness of the sample. infrared absorption spectrum measuring apparatus according to claim der Rukoto.
（ｉ）エバネッセント波しみ込み深さが既知の赤外吸収スペクトル測定装置を用いて、二層以上の層状構造を有する試料の赤外吸収スペクトルを測定する。
（ii）上記赤外吸収スペクトルの特定吸収帯間の吸光度比と、上記装置のエバネッセント波しみ込み深さの関係を求める。
（iii）同一の試料について、（ｉ）と同様に赤外光ファイバープローブにより測定し、（ii）と同様に当該赤外吸収スペクトルの特定吸収帯間の吸光度比を算出する。
（iv）（ii）と（iii）の関係より、赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さを算出する。 The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the penetration depth (dp) of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe is calculated based on the following procedures (i) to (iv).
(I) An infrared absorption spectrum of a sample having a layered structure of two or more layers is measured using an infrared absorption spectrum measuring apparatus having a known evanescent wave penetration depth.
(Ii) The relationship between the absorbance ratio between specific absorption bands of the infrared absorption spectrum and the evanescent wave penetration depth of the apparatus is determined.
(Iii) The same sample is measured with an infrared optical fiber probe as in (i), and the absorbance ratio between specific absorption bands of the infrared absorption spectrum is calculated as in (ii).
(Iv) From the relationship between (ii) and (iii), the penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe is calculated.
前記吸光度の変動を補正する演算手段が、赤外光ファイバープローブを試料が存在しない皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、０）、赤外光ファイバープローブを試料に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、∞）、試料が存在する皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、ｔ）としたとき、下記式
［数２］
A(ω,t)=α×A(ω,∞)[1-exp(-2t/dp)]+β×A(ω,0)exp(-2t/dp) (1)
（但し、α、β ：変数
Ａ（ω，∞）：試料の赤外吸収スペクトル、
Ａ（ω，０）：皮膚の赤外吸収スペクトル、
ｄｐ ：赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さ、
ｔ ：試料の付着厚さ
を最もよく満たすように、α、β、ｔを適宜変化させて、試料の付着厚さｔを決定することにより、赤外光ファイバープローブと皮膚との接触面積の変化による吸光度の変動を補正するものであることを特徴とする赤外吸収スペクトルの測定方法。 In order to measure a sample on the skin surface having an infrared optical fiber for guiding infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and reflected light from the sample, and using a part of the infrared optical fiber as an optical fiber probe Measure the infrared absorption spectrum of the sample on the surface of the skin using the infrared absorption spectrum measuring device and correct the fluctuation of absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. Correction by means ,
When the calculation means for correcting the variation in absorbance is A (ω, 0), and the infrared optical fiber probe is in contact with the sample when the infrared optical fiber probe is in contact with the skin where the sample does not exist Where A (ω, ∞) is the infrared absorption spectrum obtained, and A (ω, t) is the infrared absorption spectrum obtained when the sample is in contact with the skin.
[Equation 2]
A (ω, t) = α × A (ω, ∞) [1-exp (-2t / dp)] + β × A (ω, 0) exp (-2t / dp) (1)
(However, α and β are variables.
A (ω, ∞): Infrared absorption spectrum of the sample,
A (ω, 0): infrared absorption spectrum of skin,
dp: penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe,
t: Sample thickness
Best satisfies manner the, alpha, beta, by appropriately changing the t, by determining the deposition thickness t of the sample, compensates fluctuation of the absorbance change in the contact area between the infrared optical fiber probe and the skin A method for measuring an infrared absorption spectrum, wherein
前記吸光度の変動を補正する演算手段が、赤外光ファイバープローブを試料が存在しない皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、０）、赤外光ファイバープローブを試料に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、∞）、試料が存在する皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、ｔ）としたとき、下記式
［数３］
A(ω,t)=α×A(ω,∞)[1-exp(-2t/dp)]+β×A(ω,0)exp(-2t/dp) (1)
（但し、α、β ：変数
Ａ（ω，∞）：試料の赤外吸収スペクトル、
Ａ（ω，０）：皮膚の赤外吸収スペクトル、
ｄｐ ：赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さ、
ｔ ：試料の付着厚さ
を最もよく満たすように、α、β、ｔを適宜変化させて、試料の付着厚さｔを決定することにより、赤外光ファイバープローブと皮膚との接触面積の変化による吸光度の変動を補正するものであることを特徴とする赤外吸収スペクトルの補正方法。 In order to measure a sample on the skin surface having an infrared optical fiber for guiding infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and reflected light from the sample, and using a part of the infrared optical fiber as an optical fiber probe When measuring the infrared absorption spectrum of a sample on the skin surface using the infrared absorption spectrum measuring device, the obtained spectral data is corrected for the change in absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. the computing means for correcting processing,
When the calculation means for correcting the variation in absorbance is A (ω, 0), and the infrared optical fiber probe is in contact with the sample when the infrared optical fiber probe is in contact with the skin where the sample does not exist Where A (ω, ∞) is the infrared absorption spectrum obtained, and A (ω, t) is the infrared absorption spectrum obtained when the sample is in contact with the skin.
[Equation 3]
A (ω, t) = α × A (ω, ∞) [1-exp (-2t / dp)] + β × A (ω, 0) exp (-2t / dp) (1)
(However, α and β are variables.
A (ω, ∞): Infrared absorption spectrum of the sample,
A (ω, 0): infrared absorption spectrum of skin,
dp: penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe,
t: Sample thickness
Best satisfies manner the, alpha, beta, by appropriately changing the t, by determining the deposition thickness t of the sample, compensates fluctuation of the absorbance change in the contact area between the infrared optical fiber probe and the skin A method for correcting an infrared absorption spectrum, wherein:
前記吸光度の変動を補正する演算処理が、赤外光ファイバープローブを試料が存在しない皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、０）、赤外光ファイバープローブを試料に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、∞）、試料が存在する皮膚に接触した場合に得られる赤外吸収スペクトルをＡ（ω、ｔ）としたとき、下記式
［数４］
A(ω,t)=α×A(ω,∞)[1-exp(-2t/dp)]+β×A(ω,0)exp(-2t/dp) (1)
（但し、α、β ：変数
Ａ（ω，∞）：試料の赤外吸収スペクトル、
Ａ（ω，０）：皮膚の赤外吸収スペクトル、
ｄｐ ：赤外光ファイバープローブのエバネッセント波のしみ込み深さ、
ｔ ：試料の付着厚さ
を最もよく満たすように、α、β、ｔを適宜変化させて、試料の付着厚さｔを決定することにより、赤外光ファイバープローブと皮膚との接触面積の変化による吸光度の変動を補正する演算処理であることを特徴とする赤外吸収スペクトルの補正プログラム。 A skin surface having an infrared optical fiber for guiding the infrared light irradiated from the infrared light irradiation unit and the reflected light from the sample to the data processing device, and using a part of the infrared optical fiber as an optical fiber probe Red for causing the spectral data measured by the infrared absorption spectrum measuring apparatus for measuring the upper sample to execute a calculation process for correcting the variation in absorbance due to the change in the contact area between the skin and the infrared optical fiber probe. An external absorption spectrum correction program ,
When the calculation process for correcting the change in absorbance is that the infrared absorption spectrum obtained when the infrared optical fiber probe is brought into contact with the skin where the sample does not exist is A (ω, 0), and the infrared optical fiber probe is brought into contact with the sample Where A (ω, ∞) is the infrared absorption spectrum obtained, and A (ω, t) is the infrared absorption spectrum obtained when the sample is in contact with the skin.
[Equation 4]
A (ω, t) = α × A (ω, ∞) [1-exp (-2t / dp)] + β × A (ω, 0) exp (-2t / dp) (1)
(However, α and β are variables.
A (ω, ∞): Infrared absorption spectrum of the sample,
A (ω, 0): infrared absorption spectrum of skin,
dp: penetration depth of the evanescent wave of the infrared optical fiber probe,
t: Sample thickness
To correct the change in absorbance due to the change in the contact area between the infrared optical fiber probe and the skin, by appropriately changing α, β, and t to determine the adhesion thickness t of the sample. A program for correcting an infrared absorption spectrum, characterized by being a process .
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