JP5909233B2 - 気体サンプルストリームの中の化合物の監視、検出、および定量化 - Google Patents
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Description
本発明は、概して、サンプル中の化合物を監視、検出、および定量化することに関し、具体的には、低濃度のストリームサンプル中の特定の化学物質の範囲を迅速に検出および定量化する目的で、分光学的方法によって連続した空気流または液体流を監視することに関する。
分光法は、電磁放射線とサンプル(例えば、気体、固体、および液体のうちの1つ以上を含む)との間の相互作用についての調べる。放射線が特定のサンプルと相互作用する態様は、サンプルの性質(例えば、分子組成)に依存する。概して、放射線がサンプルを通過するにつれて、放射線の特定の波長が、サンプル内の化合物によって吸収される。吸収される放射線の特定の放射線は、特定のサンプル内の化合物の各々に特有である。したがって、放射線のどの波長が吸収されるかを同定することによって、サンプル中に存在する特定の化合物を同定することが可能である。
(項目1)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのコンピュータ化方法であって、
該方法は、
コンピュータデバイスによって、デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信することと、
該コンピュータデバイスによって、多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、第1の時間効果をモデル化する第1のモデル、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデル、または両方を備える、ことと、
該コンピュータデバイスによって、該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと、
該コンピュータデバイスによって、該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを実行することと
を備え、該アルゴリズムは、
多変量統計プロセス制御に基づいて、該背景補正サンプル測定をスペクトル参照ライブラリと比較して、該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
(i)該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第1の主要化学物質を同定すること、または(ii)該1つ以上の候補化学物質についての該集中的化学評価に基づいて、該第1の主要化学物質を定量化することのうちの少なくとも1つを実行することと
を備える、方法。
(項目2)
前記第1の主要化学物質を同定することは、主要化学物質が存在しないことを決定することを備える、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記計算することは、前記多変量多段階背景モデルを更新することを備える、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムは、
前記背景補正サンプル測定から前記第1の主要化学物質を差し引くことによって、残差プロファイルを計算することと、
該背景補正サンプル測定から該第1の主要化学物質の濃度を推定することによって、内容物を定量化することと、
該残差プロファイルの前記スペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、該残差プロファイルの中の第2の組の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
該第2の組の1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第2の主要化学物質を同定するステップと
をさらに備える、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記サンプル測定が前記多変量多段階背景モデルの中に含むことに対して好適であることを決定することと、
該サンプル測定に基づいて、該多変量多段階背景モデルを更新することと
をさらに備える、項目1に記載の方法。
(項目6)
前記サンプル測定をデータバッファを通してフィルタにかけることをさらに備え、該フィルタにかけることにより、前記サンプルストリームの中の低速化学データポイズニングに起因する汚染を防止する、項目5に記載の方法。
(項目7)
前記データバッファのサイズは、データポイズニング率値に基づいて決定される、項目6に記載の方法。
(項目8)
マスク関数に基づいて、前記サンプル測定の中の1つ以上の干渉化学物質の影響を低減することをさらに備え、項目5に記載の方法。
(項目9)
1つ以上の化学干渉物を同定することと、
1つ以上の同定された化学干渉物に基づいて、前記マスク関数を更新することと
をさらに備え、項目8に記載の方法。
(項目10)
1つ以上の更新条件を定義することをさらに備え、該1つ以上の更新条件は、
化合物が前記サンプル測定の中に検出されない場合に、(i)前記多変量多段階背景モデル、または(ii)前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、
関心化合物が該サンプル測定の中に検出されない場合に、(i)該多変量多段階背景モデル、または(ii)該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、
該サンプル測定の中の関心化合物についての警告がない場合に、(i)該多変量多段階背景モデル、または(ii)該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、または
(i)該多変量多段階モデル、または(ii)該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新しないこと
を備える、項目5に記載の方法。
(項目11)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するシステムであって、
該システムは、
デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信するように構成されるデータ収集モジュールと、
該データ収集モジュールと通信する多変量多段階背景モジュールであって、該多変量多段階背景モジュールは、
多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、第1の時間効果をモデル化する第1のモデル、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデル、または両方を備える、ことと、
該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと
を行うように構成される、多変量多段階背景モジュールと、
該データ収集モジュールおよび該多変量多段階背景モジュールと通信する多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールであって、該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールは、該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを実行するように構成され、該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールは、
該背景補正サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
(i)該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第1の主要化学物質を同定すること、または(ii)該1つ以上の候補化学物質についての該集中的化学評価に基づいて、該第1の主要化学物質を定量化することのうちの少なくとも1つを実行することと
を行うように構成される、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールと
を備える、システム。
(項目12)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのコンピュータ化方法であって、
該方法は、
サンプル測定の中の候補化学物質が所定の閾値よりも大きい場合に、該サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、コンピュータデバイスによって、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを繰り返し実行することを備え、デジタル化分光プロファイルを備える該サンプル測定は、
サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、該サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、該1つ以上の候補化学物質から該1つ以上の主要化学物質のうちの1つの主要化学物質を同定することと、
残りの1つ以上の候補化学物質のうちのいずれかが該所定の閾値よりも大きいかどうかを決定することと
を備える、方法。
(項目13)
前記主要化学物質を同定することは、主要化学物質が存在しないことを決定することを備える、項目12に記載の方法。
(項目14)
前記サンプル測定は、多変量多段階背景モデルに基づいて計算される背景補正サンプル測定である、項目12に記載の方法。
(項目15)
前記1つ以上の候補化学物質は、最小二乗回帰を含む行列ベースの同時比較に基づいて同定される、項目12に記載の方法。
(項目16)
前記最小二乗回帰は、古典的最小二乗法、部分最小二乗法、逆最小二乗法、またはそれらの任意の組み合わせを備える、項目15に記載の方法。
(項目17)
多変量回帰に基づいて、前記1つ以上の候補化学物質を同定することと、
最小二乗回帰に基づいて、前記1つ以上の主要化学物質のうちの前記主要化学物質を同定することと
をさらに備える、項目12に記載の方法。
(項目18)
前記1つ以上の主要化学物質のうちの前記主要化学物質を同定することは、
前記1つ以上の候補化学物質の各々のデジタル化スペクトルの二乗平均平方根を計算することと、
該1つ以上の候補化学物質の各々の濃度を計算することと、
該1つ以上の候補化学物質の各々の該デジタル化スペクトルのt統計値を計算することであって、該t統計値は、該1つ以上の候補化学物質の関連候補化学物質の分散に基づく、ことと、
該1つ以上の候補化学物質から第1の主要化学物質を同定することであって、該第1の主要化学物質は、該1つ以上の候補化学物質の最低二乗平均平方根および最高t統計値を備える、ことと
を備える、項目12に記載の方法。
(項目19)
前記スペクトル参照ライブラリは、一定であり、該スペクトル参照ライブラリは、スペクトルを備えるか、もしくは除外するか、または両方を行うように動的に更新される、項目12に記載の方法。
(項目20)
前記スペクトル参照ライブラリは、多変量雑音モデルを用いて動的に増強される、項目12に記載の方法。
(項目21)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのシステムであって、
該システムは、
データ収集モジュールおよび多変量多段階背景モジュールと通信する多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールを備え、該多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールは、サンプル測定の候補化学物質が所定の閾値よりも大きい場合に、該サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを繰り返し実行するように構成され、デジタル化分光プロファイルを備える該サンプル測定は、
該サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとのに基づいて、該サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定するように構成される欠陥検出モジュールと、
該欠陥検出モジュールと通信するライブラリ検索モジュールであって、該ライブラリ検索モジュールは、
該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、該1つ以上の候補化学物質から第1の主要化学物質を同定することと、
残りの1つ以上の候補化学物質のうちのいずれかが該所定の閾値よりも大きいかどうかを決定することと
を行うように構成される、ライブラリ検索モジュールと
を備える、システム。
(項目22)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのコンピュータ化方法であって、
該方法は、
コンピュータデバイスによって、デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信することと、
該コンピュータデバイスによって、多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、少なくとも、第1の時間効果をモデル化する第1のモデルと、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデルとを含む、ことと、
該コンピュータデバイスによって、該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと、
該コンピュータデバイスによって、該サンプル測定が該多変量多段階背景モデルへの更新として包含することに対して好適であることを決定することと、
該コンピュータデバイスによって、該サンプル測定に基づいて該多変量多段階背景モデルを更新することと
を備える、方法。
(項目23)
前記多変量多段階背景モデルの前記第1のモデルは、進化型背景モデルを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
指数的に重み付けられる移動平均に基づいて、時間領域、周波数領域、または両方において前記進化型背景モデルの背景スペクトルを開始することと、
該指数的に重み付けられる移動平均に基づいて、該背景スペクトルを更新することと
をさらに含む、項目23に記載の方法。
(項目25)
多変量多段階背景アルゴリズムの前記第2のモデルは、多変量雑音モデルを含む、項目22に記載の方法。
(項目26)
前記第1のモデルに基づいて、前記多変量雑音モデルをフィルタにかけることと、
多変量アプローチに基づいて、該多変量雑音モデルの残りのスペクトル変動を補正することであって、該多変量アプローチは、主成分分析、独立成分分析、多変量曲線分解、部分最小二乗法、重み付け最小二乗法、全最小二乗法、連続回帰、リッジ回帰、またはそれらの任意の組み合わせを備える、ことと
をさらに備える、項目25に記載の方法。
(項目27)
前記補正された残りのスペクトル変動の残差プロファイルを最小化するために、指数的に重み付けられる多変量アプローチに基づいて、前記多変量雑音モデルを更新することをさらに備え、該指数的に重み付けられる多変量アプローチは、指数的に重み付けられる移動主成分分析、指数的に重み付けられる移動独立成分分析、指数的に重み付けられる移動多変量曲線分解、指数的に重み付けられる移動部分最小二乗法、指数的に重み付けられる移動全最小二乗法、指数的に重み付けられる移動連続回帰、指数的に重み付けられる移動リッジ回帰、またはそれらの任意の組み合わせを備える、項目26に記載の方法。
(項目28)
連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのシステムであって、
該システムは、
デジタル化分光プロファイルを含むサンプル測定を受信するように構成されるデータ収集モジュールと、
該データ収集モジュールと通信する多変量多段階背景モジュールであって、該多変量多段階背景モジュールは、
多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、少なくとも、第1の時間効果をモデル化する第1のモデルと、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデルとを備える、ことと、
該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと、
該サンプル測定に基づいて、該多変量多段階背景モデルを更新することと
を行うように構成される、多変量多段階背景モジュールと、
該多変量多段階背景モジュールと通信するデータ品質診断モジュールであって、該データ品質診断モジュールは、該サンプル測定が該多変量多段階背景モデルへの更新として包含することに対して好適であることを決定するように構成される、データ品質診断モジュールと
を備える、システム。
(項目29)
コンピュータ可読記憶媒体に明白に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、命令を含み、該命令は、
デジタル化分光プロファイルを含むサンプル測定を受信することと、
多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、第1の時間効果をモデル化する第1のモデル、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデル、または両方を含む、ことと、
該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと、
該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを実行することと
をデータ処理装置に行わせるように動作可能であり、
該アルゴリズムは、
該背景補正サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとの比較における多変量統計プロセス制御に基づいて、該背景補正サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第1の主要化学物質を同定することと
を行うように構成される、コンピュータプログラム製品。
(項目30)
コンピュータ可読記憶媒体に明白に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、命令を含み、該命令は、データ処理装置に、
サンプル測定の候補化学物質が所定の閾値よりも大きい場合に、該サンプル測定における1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを繰り返し実行するようにさせるように動作可能であり、該サンプル測定は、デジタル化分光プロファイルを含み、該アルゴリズムは、
該サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、該サンプル測定における1つ以上の候補化学物質を同定することと、
該1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、該1つ以上の候補化学物質から該1つ以上の主要化学物質のうちの1つの主要化学物質を同定することと、
残りの1つ以上の候補化学物質のうちのいずれかが該所定の閾値よりも大きいかどうかを決定することと
を行うように構成される、コンピュータプログラム製品。
(項目31)
コンピュータ可読記憶媒体に明白に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、命令を含み、該命令は、データ処理装置に、
デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信することと、
多変量多段階背景モデルを計算することであって、該多変量多段階背景モデルは、少なくとも、第1の時間効果をモデル化する第1のモデルと、該第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデルとを含む、ことと、
該サンプル測定および該多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと、
該サンプル測定が更新として該多変量多段階背景モデルに包含することに対して好適であることを決定することと、
該サンプル測定に基づいて、該多変量多段階背景モデルを更新することと
を行わせるように動作可能である、コンピュータプログラム製品。
Claims (11)
- 連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するためのコンピュータ化方法において、
コンピュータデバイスによって、デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信するステップと、
前記コンピュータデバイスによって、多変量多段階背景モデルを計算するステップであって、前記多変量多段階背景モデルは、第1の時間効果をモデル化する第1のモデル、および前記第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデルを備える、多変量多段階背景モデルを計算するステップと、
前記コンピュータデバイスによって、前記サンプル測定および前記多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成するステップと、
前記コンピュータデバイスによって、前記背景補正サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを実行するステップと
を備え、前記定量化アルゴリズムは、
多変量統計プロセス制御に基づいて、前記背景補正サンプル測定をスペクトル参照ライブラリと比較して、前記背景補正サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定するステップと、
(i)前記1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第1の主要化学物質を同定すること、または(ii)前記1つ以上の候補化学物質についての前記集中的化学評価に基づいて、前記第1の主要化学物質を定量化することのうちの少なくとも1つを実行するステップと、
前記背景補正サンプル測定から前記第1の主要化学物質を差し引くことによって、残差プロファイルを計算するステップと、
前記残差プロファイルの前記スペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、前記残差プロファイルの中の第2の組の1つ以上の候補化学物質を同定するステップと
を含んでなる、方法。 - 前記第1の主要化学物質を同定するステップは、主要化学物質が存在しないことを決定することを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記多変量多段階背景モデルを計算するステップは、前記多変量多段階背景モデルを更新することを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムは、
前記背景補正サンプル測定から前記第1の主要化学物質の濃度を推定することによって、内容物を定量化するステップと、
前記第2の組の1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第2の主要化学物質を同定するステップと
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記サンプル測定が前記多変量多段階背景モデルの中に含むことに対して好適であることを決定するステップと、
前記サンプル測定に基づいて、前記多変量多段階背景モデルを更新するステップと
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記サンプル測定をデータバッファを通してフィルタにかけるステップをさらに備え、前記フィルタにかけることにより、前記サンプルストリームの中の低速化学データポイズニングに起因する汚染を防止する、請求項5に記載の方法。
- 前記データバッファのサイズは、データポイズニング率値に基づいて決定される、請求項6に記載の方法。
- マスク関数に基づいて、前記サンプル測定の中の1つ以上の干渉化学物質の影響を低減するステップをさらに備え、請求項5に記載の方法。
- 1つ以上の化学干渉物を同定するステップと、
1つ以上の同定された化学干渉物に基づいて、前記マスク関数を更新するステップと
をさらに備える、請求項8に記載の方法。 - 1つ以上の更新条件を定義するステップをさらに備え、前記1つ以上の更新条件は、
化合物が前記サンプル測定の中に検出されない場合に、(i)前記多変量多段階背景モデル、または(ii)前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、
関心化合物が前記サンプル測定の中に検出されない場合に、(i)前記多変量多段階背景モデル、または(ii)前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、
前記サンプル測定の中の関心化合物についての警告がない場合に、(i)前記多変量多段階背景モデル、または(ii)前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新すること、または
(i)前記多変量多段階モデル、または(ii)前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モデルのうちの少なくとも1つを更新しないこと
を備える、請求項5に記載の方法。 - 連続的にサンプリングされる液体または気体サンプルストリームの中の化学物質を検出および定量化するシステムにおいて、
デジタル化分光プロファイルを備えるサンプル測定を受信するように構成されるデータ収集モジュールと、
前記データ収集モジュールと通信する多変量多段階背景モジュールであって、前記多変量多段階背景モジュールは、
多変量多段階背景モデルを計算することであって、前記多変量多段階背景モデルは、第1の時間効果をモデル化する第1のモデル、および前記第1の時間効果とは異なる第2の時間効果をモデル化する第2のモデルを備える、多変量多段階背景モデルを計算することと、
前記サンプル測定および前記多変量多段階背景モデルに基づいて、背景補正サンプル測定を生成することと
を行うように構成される、多変量多段階背景モジュールと、
前記データ収集モジュールおよび前記多変量多段階背景モジュールと通信する多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールであって、前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールは、前記背景補正サンプル測定の中の1つ以上の主要化学物質を同定するために、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化アルゴリズムを実行するように構成され、前記多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールは、
前記背景補正サンプル測定のスペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、前記背景補正サンプル測定の中の1つ以上の候補化学物質を同定することと、
(i)前記1つ以上の候補化学物質についての集中的化学評価に基づいて、第1の主要化学物質を同定すること、または(ii)前記1つ以上の候補化学物質についての前記集中的化学評価に基づいて、前記第1の主要化学物質を定量化することのうちの少なくとも1つを実行することと
前記背景補正サンプル測定から前記第1の主要化学物質を差し引くことによって、残差プロファイルを計算することと、
前記残差プロファイルの前記スペクトル参照ライブラリとの比較に基づいて、前記残差プロファイルの中の第2の組の1つ以上の候補化学物質を同定することと
を行うように構成される、多変量多段階ライブラリ検索、欠陥検出、および定量化モジュールと
を備える、システム。
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