JP7087924B2

JP7087924B2 - Data processing device for Fourier transform infrared spectrophotometer and Fourier transform infrared spectrophotometer

Info

Publication number: JP7087924B2
Application number: JP2018206078A
Authority: JP
Inventors: 久人福田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: JP2020071155A

Description

本発明は、フーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transform InfraRed Spectrophotometer、以下、"FTIR"とする）で得られるデータを処理する処理装置、及び該装置を有するフーリエ変換赤外分光光度計に関する。 The present invention relates to a processing device for processing data obtained by a Fourier Transform InfraRed Spectrophotometer (hereinafter referred to as "FTIR"), and a Fourier Transform Infrared Spectrophotometer having the device.

FTIRでは、マイケルソン型干渉計を代表とする干渉計により振幅が変動する赤外干渉光を生成して試料に照射し、試料を透過した透過光又は試料に反射された反射光をインターフェログラムとして検出し、このインターフェログラムをフーリエ変換処理することによって、横軸に波数（又は波長）、縦軸に強度をとったスペクトル（パワースペクトル）を得る。ここでマイケルソン型干渉計は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）、固定鏡、移動鏡などを含む装置であり、光をビームスプリッタで２つに分割し、一方を固定鏡で、他方を移動鏡で反射させた後、これら２つの反射光を干渉させるものである。移動鏡を移動させることにより、得られる干渉光の振幅が変化する。このように赤外干渉光を試料に照射したときに得られるパワースペクトルを、試料の無い状態で得られるバックグラウンドのパワースペクトルで除することにより、試料の吸光度スペクトル又は透過率スペクトルが得られる。以下、FTIRの測定により得られる吸光度スペクトル及び透過率スペクトルを合わせて「測定スペクトル」と呼ぶ。 In FTIR, an interferometer typified by a Michaelson type interferometer generates infrared interferometric light whose amplitude fluctuates and irradiates the sample, and the transmitted light transmitted through the sample or the reflected light reflected by the sample is an interferogram. By performing Fourier transform processing on this interferogram, a spectrum (power spectrum) having a wave number (or wavelength) on the horizontal axis and an intensity on the vertical axis is obtained. Here, the Michaelson type interferometer is a device including a beam splitter (half mirror), a fixed mirror, a moving mirror, etc., and the light is split into two by a beam splitter, one with a fixed mirror and the other with a moving mirror. After being reflected, these two reflected lights are interfered with each other. By moving the moving mirror, the amplitude of the obtained interference light changes. By dividing the power spectrum obtained when the sample is irradiated with infrared interference light in this way by the background power spectrum obtained in the absence of the sample, the absorbance spectrum or the transmittance spectrum of the sample can be obtained. Hereinafter, the absorbance spectrum and the transmittance spectrum obtained by the measurement of FTIR are collectively referred to as a “measurement spectrum”.

測定スペクトルは、試料に含まれる成分が有する官能基に応じた波数にピークを有する。例えば、成分にC-H官能基が含まれる場合、それに由来するピークが波数2900cm^-1付近に現れ、C=O官能基が含まれる場合には、波数1770cm^-1付近にピークが現れる。従って、測定スペクトルに現れるピークから官能基を特定することができる。 The measurement spectrum has a peak in the wave number according to the functional group of the component contained in the sample. For example, when the component contains a CH functional group, the peak derived from it appears in the vicinity of wave number 2900 cm ^-1 , and when the component contains a C = O functional group, the peak appears in the vicinity of wave number 1770 cm ^-1 . Therefore, the functional group can be identified from the peak appearing in the measurement spectrum.

このように試料に含まれる成分が有する官能基を特定することは、試料の合成や劣化等の化学変化を確認するために用いることができる。例えば特許文献１には、ポリカーボネート（PC）樹脂が熱で劣化すると、測定スペクトルの波数1770cm^-1付近にカルボニル基（C=O官能基）に由来するピークが現れることが記載されている。また、ABS樹脂では、熱で劣化するとC=O官能基が生成され、測定スペクトルの波数1770cm^-1付近にピークが現れる。従って、これらのピークの有無、及びピークが現れる場合にはその強度から、樹脂の劣化の有無や劣化の進行状態を把握することができる。 Identifying the functional groups of the components contained in the sample in this way can be used to confirm chemical changes such as synthesis and deterioration of the sample. For example, Patent Document 1 describes that when a polycarbonate (PC) resin is deteriorated by heat, a peak derived from a carbonyl group (C = O functional group) appears near a wave number of 1770 cm ^-1 in the measurement spectrum. In ABS resin, when it deteriorates due to heat, a C = O functional group is generated, and a peak appears near the wave number of 1770 cm ^-1 in the measurement spectrum. Therefore, it is possible to grasp the presence / absence of deterioration of the resin and the progress state of deterioration from the presence / absence of these peaks and the strength of the peaks when they appear.

特開2018-031739号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-031739

FTIRには、既知物質のスペクトルのデータを集めたライブラリを有し、未知試料から得られた測定スペクトルとライブラリのデータを照合することにより、未知試料に含まれる成分を特定する機能を有する装置がある。しかしながら、このような装置では、成分が有する官能基を特定することはできず、操作者が文献等を調べることにより官能基を特定しなければならない。 FTIR has a library that collects spectral data of known substances, and has a function to identify the components contained in the unknown sample by collating the measured spectrum obtained from the unknown sample with the data in the library. be. However, in such a device, the functional group contained in the component cannot be specified, and the operator must specify the functional group by examining the literature and the like.

本発明が解決しようとする課題は、試料に含まれる成分が有する官能基を容易に特定することができるFTIR用データ処理装置、及び該装置を有するFTIRを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a data processing device for FTIR capable of easily identifying a functional group contained in a component contained in a sample, and an FTIR having the device.

上記課題を解決するために成された本発明に係るフーリエ変換赤外分光光度計（FTIR）用データ処理装置は、
測定対象の試料の吸光度スペクトル又は透過率スペクトルである測定スペクトルのデータを取得する測定スペクトルデータ取得部と、
既知の官能基に由来する吸光度スペクトル又は透過率スペクトルのピークのデータを、該官能基を示す情報と関連付けて記憶している官能基データ記憶部と、
前記測定スペクトルのデータと、前記官能基データ記憶部に記憶されているピークのデータを対比することにより、前記測定対象の試料に含まれる成分が有する官能基を特定する官能基特定部と
を備えることを特徴とする。 The data processing apparatus for a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is
A measurement spectrum data acquisition unit that acquires measurement spectrum data that is the absorbance spectrum or transmittance spectrum of the sample to be measured, and a measurement spectrum data acquisition unit.
A functional group data storage unit that stores peak data of an absorbance spectrum or a transmittance spectrum derived from a known functional group in association with information indicating the functional group.
By comparing the data of the measurement spectrum with the data of the peak stored in the functional group data storage unit, the functional group specifying unit for specifying the functional group of the component contained in the sample to be measured is provided. It is characterized by that.

本発明に係るFTIR用データ処理装置では、測定対象の試料から得られた測定スペクトルのデータと、既知の官能基から得られ、官能基データ記憶部に記憶されたピークのデータを官能基特定部で対比することにより、測定対象の試料に含まれる成分が有する官能基を特定することができる。これにより、操作者が文献等を調べて官能基を特定する作業を行う必要がなくなり、官能基の特定を容易に行うことができる。 In the FTIR data processing apparatus according to the present invention, the measurement spectrum data obtained from the sample to be measured and the peak data obtained from known functional groups and stored in the functional group data storage unit are used as the functional group identification unit. By comparing with, the functional group contained in the component contained in the sample to be measured can be specified. This eliminates the need for the operator to search the literature and the like to specify the functional group, and the functional group can be easily specified.

例えば、測定対象の試料から得られた測定スペクトル中のピークにおけるピークトップの波数（波数の代わりに波長又は周波数でもよい。以下同様。）と、官能基データ記憶部に記憶された、ある官能基に由来するピークのデータにおけるピークトップの波数が、所定の誤差の範囲内である場合に、当該官能基に由来するピークと関連付けられて官能基データ記憶部に記憶されている該官能基を示す情報に基づいて、測定対象の試料に含まれる成分が該官能基を有すると特定する。あるいは、官能基毎に定められた所定の波数範囲において、測定対象の試料から得られたピークと官能基データ記憶部に記憶されたピークの一致度を求め、当該一致度が所定値以上である場合に、成分が当該官能基を有すると特定してもよい。 For example, the wave number at the peak of the peak in the measurement spectrum obtained from the sample to be measured (wavelength or frequency may be used instead of the wave number. The same shall apply hereinafter) and a certain functional group stored in the functional group data storage unit. When the wave number of the peak top in the data of the peak derived from is within a predetermined error range, the functional group associated with the peak derived from the functional group and stored in the functional group data storage unit is shown. Based on the information, it is specified that the component contained in the sample to be measured has the functional group. Alternatively, in a predetermined wave number range determined for each functional group, the degree of coincidence between the peak obtained from the sample to be measured and the peak stored in the functional group data storage unit is obtained, and the degree of coincidence is equal to or higher than the predetermined value. In some cases, it may be specified that the component has the functional group.

官能基データ記憶部に記憶される、官能基を示す情報として、官能基の名称や構造式等が挙げられる。 Examples of the information indicating the functional group stored in the functional group data storage unit include the name of the functional group, the structural formula, and the like.

測定スペクトルデータ取得部は、FTIRによって得られるインターフェログラムから吸光度スペクトル又は透過率スペクトルを求めることで取得するものであってもよいし、他の装置（例えば既存のFTIRが有するデータ処理装置）で求められた吸光度スペクトル又は透過率スペクトルを取得するものであってもよい。あるいは、それら2通りの取得方法の両方に対応しているものであってもよい。 The measurement spectrum data acquisition unit may be acquired by obtaining an absorbance spectrum or a transmittance spectrum from an interferogram obtained by FTIR, or may be acquired by another device (for example, a data processing device possessed by an existing FTIR). It may acquire the obtained absorbance spectrum or transmittance spectrum. Alternatively, it may be compatible with both of these two acquisition methods.

本発明に係るFTIR用データ処理装置はさらに、
操作者が入力操作を行う入力部と、
前記測定スペクトルデータ取得部で取得された測定スペクトルから、前記入力部による入力操作によって設定される波数範囲内にある該測定スペクトルのデータを抽出する測定スペクトルデータ抽出部と、
前記測定スペクトルデータ抽出部で抽出された測定スペクトルのデータと、前記入力部による入力操作によって設定される官能基を示す情報とを、両者を関連付けて前記官能基データ記憶部に記憶させる官能基データ記憶操作部と
を備えることが好ましい。 The FTIR data processing apparatus according to the present invention further comprises.
The input unit where the operator performs the input operation, and
A measurement spectrum data extraction unit that extracts data of the measurement spectrum within the wave number range set by the input operation by the input unit from the measurement spectrum acquired by the measurement spectrum data acquisition unit, and a measurement spectrum data extraction unit.
Functional group data in which the data of the measurement spectrum extracted by the measurement spectrum data extraction unit and the information indicating the functional group set by the input operation by the input unit are associated with each other and stored in the functional group data storage unit. It is preferable to provide a storage operation unit.

このような入力部、測定スペクトルデータ抽出部及び官能基データ記憶操作部を備える構成によれば、操作者が、得られた測定スペクトルから、官能基に由来するピークのデータと該官能基を示す情報とを新たに官能基データ記憶部に記憶させることができ、それ以降に得られる測定データを処理する際に利用することができる。 According to the configuration including the input unit, the measurement spectrum data extraction unit, and the functional group data storage operation unit, the operator shows the peak data derived from the functional group and the functional group from the obtained measurement spectrum. Information can be newly stored in the functional group data storage unit, and can be used when processing the measurement data obtained thereafter.

本発明に係るフーリエ変換赤外分光光度計（FTIR）は、
振幅が変動する赤外干渉光を生成する干渉計と、該赤外干渉光を試料に照射する赤外干渉光照射部と、該試料を透過する透過光又は試料に反射される反射光を検出する検出器とを有する赤外分光光度計本体と、
前記検出器で検出された強度のデータであるインターフェログラムをフーリエ変換処理することによってパワースペクトルを求め、該パワースペクトルをバックグラウンドのパワースペクトルで除することにより、前記試料の吸光度スペクトル又は透過率スペクトルである測定スペクトルのデータを取得する測定スペクトルデータ取得部と、
既知の官能基に由来する吸光度スペクトル又は透過率スペクトルのピークのデータを、該官能基を示す情報と関連付けて記憶している官能基データ記憶部と、
前記測定スペクトルのデータと、前記官能基データ記憶部に記憶されているピークのデータを対比することにより、前記測定対象の試料に含まれる成分が有する官能基を特定する官能基特定部と
を備えることを特徴とする。 The Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) according to the present invention is
Detects an interferometer that generates infrared interference light with variable amplitude, an infrared interference light irradiation unit that irradiates the sample with the infrared interference light, and transmitted light transmitted through the sample or reflected light reflected by the sample. Infrared spectrophotometer body with a detector and
The power spectrum is obtained by performing a Fourier transform process on the interferogram, which is the intensity data detected by the detector, and the power spectrum is divided by the background power spectrum to obtain the absorbance spectrum or permeability of the sample. A measurement spectrum data acquisition unit that acquires measurement spectrum data, which is a spectrum,
A functional group data storage unit that stores peak data of an absorbance spectrum or a transmittance spectrum derived from a known functional group in association with information indicating the functional group.
By comparing the data of the measurement spectrum with the data of the peak stored in the functional group data storage unit, the functional group specifying unit for specifying the functional group of the component contained in the sample to be measured is provided. It is characterized by that.

本発明に係るFTIRは、前記フーリエ変換赤外分光光度計用データ処理装置と同様に、さらに前記入力部、前記測定スペクトルデータ抽出部及び前記官能基データ記憶操作部を備えることが好ましい。 It is preferable that the FTIR according to the present invention further includes the input unit, the measurement spectrum data extraction unit, and the functional group data storage operation unit, similarly to the data processing device for the Fourier transform infrared spectrophotometer.

本発明に係るFTIR用データ処理装置及びFTIRによれば、試料に含まれる官能基を容易に特定することができる。 According to the FTIR data processing apparatus and FTIR according to the present invention, the functional groups contained in the sample can be easily specified.

本発明に係るFTIR用データ処理装置及びFTIRの一実施形態を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows one Embodiment of the data processing apparatus for FTIR and FTIR which concerns on this invention. (a)C=O官能基及び(b)C-H官能基に由来する吸光度スペクトルのデータ。Data of absorbance spectra derived from (a) C = O functional group and (b) C-H functional group. (a)ABS樹脂の加熱前及び(b)加熱後の吸光度スペクトルデータ及びデータ処理結果を示す図。The figure which shows the absorbance spectrum data and the data processing result before (a) heating of ABS resin and (b) after heating. 本実施形態のFTIR用データ処理装置及びFTIRの変形例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the modification example of the data processing apparatus for FTIR and FTIR of this embodiment. FTIRで得られた測定スペクトルから、官能基に由来するピークのデータと該官能基を示す情報とを新たに官能基データ記憶部に記憶させる操作を行う際に表示部に表示される画面の例を示す図。An example of a screen displayed on the display unit when performing an operation to newly store the peak data derived from a functional group and the information indicating the functional group in the functional group data storage unit from the measurement spectrum obtained by FTIR. The figure which shows.

図１～図５を用いて、本発明に係るFTIR用データ処理装置及びFTIRの実施形態を説明する。 The data processing apparatus for FTIR and the embodiment of FTIR according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図１に、本実施形態のFTIR１の概略構成を示す。FTIR１は、FTIR本体１０と、データ処理装置２０と、入力部３０と、表示部４０とを有する。データ処理装置２０は、本発明のFTIR用データ処理装置の実施形態に該当する。入力部３０はキーボード、マウス、タッチパネル等の通常の入力デバイスであり、表示部４０はディスプレイやタッチパネル等の通常の表示装置である。以下、FTIR本体１０及びデータ処理装置２０の構成について詳細に説明する。 FIG. 1 shows a schematic configuration of FTIR1 of the present embodiment. The FTIR 1 has an FTIR main body 10, a data processing device 20, an input unit 30, and a display unit 40. The data processing device 20 corresponds to the embodiment of the data processing device for FTIR of the present invention. The input unit 30 is a normal input device such as a keyboard, a mouse, and a touch panel, and the display unit 40 is a normal display device such as a display and a touch panel. Hereinafter, the configurations of the FTIR main body 10 and the data processing device 20 will be described in detail.

FTIR本体１０は、赤外光源１１、ビームスプリッタ１２、固定鏡１３、移動鏡１４、試料室１５、第１検出器１６１、第２検出器１６２、半導体レーザ１７、レーザ用第１ミラー１８１、レーザ用第２ミラー１８２、及び制御部１９を有する。これらの各構成要素のうち、赤外光源１１、ビームスプリッタ１２、固定鏡１３及び移動鏡１４により、測定に用いる赤外光に対する干渉計である主干渉計が構成される。一方、半導体レーザ１７、レーザ用第１ミラー１８１、ビームスプリッタ１２、固定鏡１３及び移動鏡１４により、移動鏡１４の移動を制御するためのコントロール干渉計が構成される。 The FTIR main body 10 includes an infrared light source 11, a beam splitter 12, a fixed mirror 13, a moving mirror 14, a sample chamber 15, a first detector 161 and a second detector 162, a semiconductor laser 17, a first mirror for laser 181 and a laser. It has a second mirror 182 for use and a control unit 19. Among these components, the infrared light source 11, the beam splitter 12, the fixed mirror 13, and the moving mirror 14 constitute a main interferometer, which is an interferometer for infrared light used for measurement. On the other hand, the semiconductor laser 17, the first laser mirror 181 and the beam splitter 12, the fixed mirror 13 and the moving mirror 14 constitute a control interferometer for controlling the movement of the moving mirror 14.

赤外光源１１は、多数の波長が重畳した赤外光を生成する光源である。ビームスプリッタ１２は、赤外光源１１が発する赤外光が入射する位置に配置されており、入射した赤外光のうち、強度比で半分を透過して残り半分を90°方向に反射するものである。固定鏡１３は、ビームスプリッタ１２が反射した赤外光が入射する位置に配置され、移動鏡１４はビームスプリッタ１２を透過した赤外光が入射する位置に配置されている。なお、固定鏡１３と移動鏡１４の位置は互いに逆であってもよい。固定鏡１３及び移動鏡１４はいずれも、入射した赤外光を180°方向に反射させ、それにより該赤外光をビームスプリッタ１２に入射させる向きで配置されている。固定鏡１３は位置が固定されているのに対して、移動鏡１４はビームスプリッタ１２との距離を変化させるように光路に平行な方向に移動する。 The infrared light source 11 is a light source that generates infrared light in which a large number of wavelengths are superimposed. The beam splitter 12 is arranged at a position where the infrared light emitted by the infrared light source 11 is incident, and of the incident infrared light, half of the incident infrared light is transmitted through the intensity ratio and the other half is reflected in the 90 ° direction. Is. The fixed mirror 13 is arranged at a position where the infrared light reflected by the beam splitter 12 is incident, and the moving mirror 14 is arranged at a position where the infrared light transmitted through the beam splitter 12 is incident. The positions of the fixed mirror 13 and the moving mirror 14 may be opposite to each other. Both the fixed mirror 13 and the moving mirror 14 are arranged so as to reflect the incident infrared light in the 180 ° direction so that the infrared light is incident on the beam splitter 12. The fixed mirror 13 has a fixed position, whereas the moving mirror 14 moves in a direction parallel to the optical path so as to change the distance from the beam splitter 12.

固定鏡１３で反射された赤外光と移動鏡１４で反射された赤外光はビームスプリッタ１２に入射して重なり合い、それら2つの赤外光が干渉した干渉光が形成される。試料室１５は、ビームスプリッタ１２から出力される干渉光が入射する位置に配置されている。試料室１５内には試料が収容される。第１検出器１６１は、試料室１５（及び該試料室１５内の試料）を通過した干渉光が入射する位置に配置されており、該干渉光の強度を検出するものである。 The infrared light reflected by the fixed mirror 13 and the infrared light reflected by the moving mirror 14 are incident on the beam splitter 12 and overlapped with each other to form an interference light in which the two infrared lights interfere with each other. The sample chamber 15 is arranged at a position where the interference light output from the beam splitter 12 is incident. A sample is housed in the sample chamber 15. The first detector 161 is arranged at a position where the interference light that has passed through the sample chamber 15 (and the sample in the sample chamber 15) is incident, and detects the intensity of the interference light.

半導体レーザ１７は、単色（1波長）の光から成り、単色光であって赤外光源１１で生成される赤外光よりも径が十分に小さいレーザビームを出射する。図１では、赤外光源１１で生成される赤外光の光路を網掛けが付された帯によって表し、レーザビームの光路を太破線によって表している。レーザ用第１ミラー１８１は、赤外光源１１とビームスプリッタ１２の間の、前記赤外光の光路中に配置されており、半導体レーザ１７から出射されるレーザビームを、該赤外光と平行にビームスプリッタ１２に入射させる方向に反射させる。これにより、レーザビームはビームスプリッタ１２で2分割され、一方が固定鏡１３で反射され、他方が移動鏡１４で反射され、再びビームスプリッタ１２に入射する。ここで、固定鏡１３で反射されたレーザビームと移動鏡１４で反射されたレーザビームの光路差が、該レーザビームの波長の整数倍となったときに、それらのレーザビームの強度が干渉により強められる。レーザ用第２ミラー１８２は、ビームスプリッタ１２と試料室１５の間に配置されており、上記のように干渉したレーザビーム（単色干渉光）を反射して第２検出器１６２に入射させる。第２検出器１６２は、干渉したレーザビームの強度を検出する。なお、レーザ用第１ミラー１８１及びレーザ用第２ミラー１８２の大きさは前記赤外光の径よりも十分に小さく、該赤外光はレーザ用第１ミラー１８１及びレーザ用第２ミラー１８２によって僅かしか遮られない。 The semiconductor laser 17 is composed of monochromatic (one wavelength) light, and emits a laser beam which is monochromatic light and whose diameter is sufficiently smaller than the infrared light generated by the infrared light source 11. In FIG. 1, the optical path of the infrared light generated by the infrared light source 11 is represented by a shaded band, and the optical path of the laser beam is represented by a thick broken line. The first mirror for laser 181 is arranged in the optical path of the infrared light between the infrared light source 11 and the beam splitter 12, and the laser beam emitted from the semiconductor laser 17 is parallel to the infrared light. Is reflected in the direction of incident on the beam splitter 12. As a result, the laser beam is split into two by the beam splitter 12, one is reflected by the fixed mirror 13, the other is reflected by the moving mirror 14, and is incident on the beam splitter 12 again. Here, when the optical path difference between the laser beam reflected by the fixed mirror 13 and the laser beam reflected by the moving mirror 14 is an integral multiple of the wavelength of the laser beam, the intensity of the laser beams is increased by interference. Be strengthened. The second mirror 182 for a laser is arranged between the beam splitter 12 and the sample chamber 15, and reflects the laser beam (monochromatic interference light) that interferes as described above to be incident on the second detector 162. The second detector 162 detects the intensity of the interfering laser beam. The size of the first mirror 181 for the laser and the second mirror 182 for the laser is sufficiently smaller than the diameter of the infrared light, and the infrared light is transmitted by the first mirror 181 for the laser and the second mirror 182 for the laser. Only slightly blocked.

制御部１９は、赤外光源１１及び半導体レーザ１７の出力のON/OFF、並びに移動鏡１４の移動を制御する。 The control unit 19 controls ON / OFF of the outputs of the infrared light source 11 and the semiconductor laser 17, and the movement of the moving mirror 14.

データ処理装置２０は、FTIR本体１０で測定される赤外干渉光に基づいて、測定された試料の吸光度スペクトル又は透過率スペクトル（以下、これらをまとめて「測定スペクトル」とする）のデータを作成すると共に、それらの測定スペクトルに基づいて、試料に含まれる官能基を特定する処理を行う装置である。このデータ処理装置２０は、記憶部２１と、測定スペクトルデータ作成部２２と、測定スペクトルデータ取得部２３と、官能基特定部２４とを機能的に有している。これら各部のうち記憶部２１はハードディスクやメモリ等の記憶媒体で具現化され、それ以外は中央演算装置（ＣＰＵ）及びソフトウエアにより具現化されている。 The data processing device 20 creates data of an absorbance spectrum or a transmission spectrum (hereinafter, collectively referred to as “measurement spectrum”) of the measured sample based on the infrared interference light measured by the FTIR main body 10. At the same time, it is a device that performs a process of identifying a functional group contained in a sample based on those measurement spectra. The data processing device 20 functionally has a storage unit 21, a measurement spectrum data creation unit 22, a measurement spectrum data acquisition unit 23, and a functional group identification unit 24. Of these parts, the storage unit 21 is embodied by a storage medium such as a hard disk or a memory, and the rest is embodied by a central processing unit (CPU) and software.

記憶部２１は、官能基データ記憶部２１１と、測定スペクトルデータ記憶部２１２を機能的に有している。官能基データ記憶部２１１は、種々の既知の官能基について、それに由来する測定スペクトルのピークトップの波数（又は、波長若しくは周波数。以下、「波数」と記載した場合には、同様に波長若しくは周波数でも可。）の値、及び該ピークトップの波数の前後の所定の波数範囲内にある測定スペクトルのデータ（ピークプロファイルのデータ）を、そのピークトップの波数に対応する官能基の名称と共に記憶している。これらのデータは、FTIR１又はデータ処理装置２０単体の製造者が予め官能基データ記憶部２１１に入力しておいてもよいし、操作者が入力部３０を用いて入力するようにしてもよい。測定スペクトルデータ記憶部２１２は、次に述べる測定スペクトルデータ作成部２２で作成された測定スペクトルのデータを記憶する。なお、最低限、ピークトップの波数のデータがあれば官能基を特定することが可能であることから、ピークプロファイルのデータは記憶部２１に記録せず、ピークトップの波数及び官能基の名称のみを記憶部２１に記録するようにしてもよい。 The storage unit 21 functionally has a functional group data storage unit 211 and a measurement spectrum data storage unit 212. The functional group data storage unit 211 has the same wavelength or frequency when the peak top wave number (or wavelength or frequency; hereinafter, “wave number” of the measurement spectrum derived from the various known functional groups is described. However, the value of) and the data of the measurement spectrum (peak profile data) within the predetermined wave number range before and after the peak top wave number are stored together with the name of the functional group corresponding to the peak top wave number. ing. These data may be input in advance to the functional group data storage unit 211 by the manufacturer of the FTIR 1 or the data processing device 20 alone, or may be input by the operator using the input unit 30. The measurement spectrum data storage unit 212 stores the measurement spectrum data created by the measurement spectrum data creation unit 22 described below. Since it is possible to specify the functional group if there is at least the peak top wave number data, the peak profile data is not recorded in the storage unit 21, and only the peak top wave number and the name of the functional group are recorded. May be recorded in the storage unit 21.

測定スペクトルデータ作成部２２は、移動鏡１４が移動している間に、第２検出器１６２で検出されたレーザビームの干渉光の強度及び発振波長に基づいて、固定鏡１３を通る光路と移動鏡１４を通る光路の光路差を求めたうえで、第１検出器１６１で検出された赤外干渉光の強度を上記のように求めた光路差による分布で示すインターフェログラムに対して高速フーリエ変換を行うことにより、測定スペクトルのデータを作成するものである。 The measurement spectrum data creation unit 22 moves with the optical path through the fixed mirror 13 based on the intensity and oscillation wavelength of the interference light of the laser beam detected by the second detector 162 while the moving mirror 14 is moving. After obtaining the optical path difference of the optical path passing through the mirror 14, high-speed Fourier is applied to the interferogram showing the intensity of the infrared interference light detected by the first detector 161 as the distribution due to the optical path difference obtained as described above. By performing the conversion, the data of the measurement spectrum is created.

測定スペクトルデータ取得部２３は、測定スペクトルデータ記憶部２１２に保存されている各試料の測定スペクトルのデータから、官能基を特定する対象となる試料の測定スペクトルのデータを取得する。なお、測定スペクトルデータ作成部２２が測定スペクトルのデータを作成するのと同時に、測定スペクトルデータ取得部２３が当該データを取得するようにしてもよい。 The measurement spectrum data acquisition unit 23 acquires the measurement spectrum data of the target sample for which the functional group is specified from the measurement spectrum data of each sample stored in the measurement spectrum data storage unit 212. The measurement spectrum data acquisition unit 23 may acquire the data at the same time as the measurement spectrum data creation unit 22 creates the measurement spectrum data.

官能基特定部２４は、測定スペクトルデータ取得部２３で取得された測定スペクトルのデータと、官能基データ記憶部２１１に記憶されているピークのデータ（官能基ピークデータ）を対比することにより、測定対象の試料に含まれる成分が有する官能基を特定するものである。これら２つのデータの対比は、例えば、官能基データ記憶部２１１に記憶されている複数の官能基ピークデータの各々について、当該官能基ピークデータのピークトップの波数から所定の波数範囲内で、当該官能基ピークデータのピークプロファイルと測定スペクトルのピークプロファイルの一致度を求め、その一致度の値が所定値以上である場合に、測定対象試料中の成分が当該官能基ピークデータに対応する官能基を有すると特定する。あるいは、ピークプロファイルは用いずに、官能基ピークデータのピークトップの波数から所定の波数範囲内に測定スペクトルのピークトップの波数が存在する場合に、測定対象試料中の成分が当該官能基ピークデータに対応する官能基を有すると特定してもよい。 The functional group specifying unit 24 measures by comparing the measurement spectrum data acquired by the measurement spectrum data acquisition unit 23 with the peak data (functional group peak data) stored in the functional group data storage unit 211. It identifies the functional groups of the components contained in the target sample. The comparison of these two data is performed, for example, for each of the plurality of functional group peak data stored in the functional group data storage unit 211 within a predetermined wave number range from the peak top wave number of the functional group peak data. The degree of agreement between the peak profile of the functional group peak data and the peak profile of the measurement spectrum is obtained, and when the value of the degree of agreement is equal to or greater than a predetermined value, the component in the measurement target sample is the functional group corresponding to the functional group peak data. To be identified as having. Alternatively, when the peak top wave number of the measurement spectrum exists within a predetermined wave number range from the peak top wave number of the functional group peak data without using the peak profile, the component in the measurement target sample is the functional group peak data. It may be specified that it has a functional group corresponding to.

官能基特定部２４で測定対象試料中の成分が有する官能基が特定された後、表示部４０には、測定スペクトルデータ取得部２３で取得された測定スペクトル、官能基特定部２４で官能基の特定に用いた官能基ピークデータのピークプロファイル、及び特定された官能基の名称又は構造式が表示される。 After the functional group of the component in the sample to be measured is identified by the functional group specifying unit 24, the display unit 40 shows the measurement spectrum acquired by the measurement spectrum data acquisition unit 23, and the functional group specifying unit 24 displays the functional group. The peak profile of the functional group peak data used for identification and the name or structural formula of the specified functional group are displayed.

次に、図２及び図３を参照しつつ、本実施形態のデータ処理装置２０を用いて、試料に含まれる成分を特定した例を説明する。ABS樹脂を加熱する前及び250℃に2時間加熱した後にそれぞれ測定した測定スペクトルをデータ処理の対象とした。前述のように、ABS樹脂では、熱で劣化するとC=O官能基が生成され、測定スペクトルの波数1770cm^-1付近にピークが現れる。このC=O官能基によるピークのピークプロファイルである官能基ピークデータ（図２(a)）及び官能基の構造式（C=O）を予め官能基データ記憶部２１１に記憶させておく。この実験では合わせて、官能基データ記憶部２１１に、C-H官能基の官能基ピークデータ（図２(b)）及び官能基の構造式（C-H）も記憶させた。C-H官能基のピークプロファイルは、波数2900cm^-1付近に2つのピークが近接して表れる。データ処理装置２０が正しく動作すれば、ABS樹脂の測定スペクトルには加熱の前後を問わずC-H官能基のピークは検出されない。なお、C=O官能基の官能基ピークデータはポリエチレンテレフタラート（PET）の吸収スペクトルのデータから抽出したものであり、C-H官能基の官能基ピークデータはポリエチレン（PE）の吸収スペクトルのデータから抽出したものである。また、この実験では簡単のため、C=O官能基及びC-H官能基以外のデータは官能基データ記憶部２１１に記憶させていない。 Next, an example in which the components contained in the sample are specified by using the data processing apparatus 20 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The measurement spectra measured before heating the ABS resin and after heating to 250 ° C. for 2 hours were used for data processing. As mentioned above, in ABS resin, when it deteriorates due to heat, a C = O functional group is generated, and a peak appears near the wave number of 1770 cm ^-1 in the measurement spectrum. The functional group peak data (FIG. 2A), which is the peak profile of the peak due to the C = O functional group, and the functional group structural formula (C = O) are stored in advance in the functional group data storage unit 211. In this experiment, the functional group data storage unit 211 also stored the functional group peak data (FIG. 2 (b)) of the CH functional group and the structural formula (CH) of the functional group. In the peak profile of the CH functional group, two peaks appear close to each other near the wave number of 2900 cm ^-1 . If the data processing device 20 operates correctly, the peak of the CH functional group is not detected in the measurement spectrum of the ABS resin before and after heating. The functional group peak data of the C = O functional group is extracted from the absorption spectrum data of polyethylene terephthalate (PET), and the functional group peak data of the CH functional group is extracted from the absorption spectrum data of polyethylene (PE). It is an extracted one. Further, for the sake of simplicity in this experiment, data other than the C = O functional group and the CH functional group are not stored in the functional group data storage unit 211.

データ処理の結果を、ABS樹脂を加熱する前について図３(a)に、250℃に加熱した後について図３(b)に、それぞれ示す。図３(a), (b)共に、測定スペクトル（吸光度スペクトル）を上段に表示し、横軸を該測定スペクトルと同じ波数範囲として、官能基データ記憶部２１１に記憶されているC=O官能基によるピークのピークプロファイルを中段に表示している。下段には、C=O官能基とC-H官能基について、測定スペクトルのデータと官能基ピークデータの一致度を示すスコア、官能基ピークデータのファイルのファイル名、官能基の構造式及び当該ファイルに関するコメントを表で示している。ABS樹脂を加熱する前は、測定スペクトルには1770cm^-1付近にピークが見られず、下段の表にはC=O官能基とC-H官能基のいずれも同程度に低いスコアが示されている。それに対して、ABS樹脂を250℃に加熱した後は、測定スペクトルには1770cm^-1付近において、他の波数に見られるピークよりも幅の広いピークが見られる。そして、下段の表に示されたC=O官能基のスコアは、(a)におけるC=O官能基のスコア並びに(a)及び(b)におけるC-H官能基のスコアよりも高くなっており、この測定スペクトルにおける1770cm^-1付近のピークがC=O官能基に由来することを示している。 The results of data processing are shown in FIG. 3 (a) before heating the ABS resin and in FIG. 3 (b) after heating to 250 ° C. In both FIGS. 3 (a) and 3 (b), the measurement spectrum (absorbance spectrum) is displayed in the upper row, and the horizontal axis is the same wave number range as the measurement spectrum, and the C = O functionality stored in the functional group data storage unit 211. The peak profile of the peak due to the group is displayed in the middle row. The lower row relates to the score indicating the degree of agreement between the measurement spectrum data and the functional group peak data, the file name of the functional group peak data file, the structural formula of the functional group, and the file for the C = O functional group and the CH functional group. The comments are shown in the table. Before heating the ABS resin, no peak was seen around 1770 cm ^-1 in the measurement spectrum, and the lower table shows the same low scores for both the C = O functional group and the CH functional group. .. On the other hand, after heating the ABS resin to 250 ° C, a peak wider than the peak seen in other wave numbers can be seen in the measurement spectrum near 1770 cm ^-1 . The score of the C = O functional group shown in the lower table is higher than the score of the C = O functional group in (a) and the score of the CH functional group in (a) and (b). It is shown that the peak near 1770 cm ^-1 in this measurement spectrum is derived from the C = O functional group.

なお、ここでは測定スペクトルのデータが得られている波数範囲の全体を対象としてデータ処理を行ったが、操作者が入力部３０を用いて当該波数範囲のうちの一部の範囲を指定し、この指定された範囲内のみを対象としてデータ処理を行うようにしてもよい。 Here, the data processing was performed for the entire wave number range from which the measurement spectrum data is obtained, but the operator specified a part of the wave number range using the input unit 30 and specified the range. Data processing may be performed only within the specified range.

次に、図４を用いて、上記実施形態のFTIR及びFTIR用データ処理装置の変形例を示す。この変形例のFTIR１Ａは、上記FTIR１と同じFTIR本体１０と、上記データ処理装置２０とは以下の点で相違するデータ処理装置２０Ａを有する。データ処理装置２０Ａは、上記データ処理装置２０の各構成要素と共に、測定スペクトルデータ抽出部２５と、官能基データ記憶操作部２６とを機能的に有している。これらも測定スペクトルデータ作成部２２、測定スペクトルデータ取得部２３及び官能基特定部２４と同様に、ＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。 Next, with reference to FIG. 4, a modified example of the FTIR and the data processing apparatus for FTIR of the above embodiment will be shown. The FTIR 1A of this modification has the same FTIR main body 10 as the FTIR 1 and a data processing device 20A different from the data processing device 20 in the following points. The data processing device 20A functionally includes a measurement spectrum data extraction unit 25 and a functional group data storage operation unit 26 together with each component of the data processing device 20. These are also embodied by the CPU and software, like the measurement spectrum data creation unit 22, the measurement spectrum data acquisition unit 23, and the functional group identification unit 24.

測定スペクトルデータ抽出部２５は、測定スペクトルデータ取得部２３で取得された測定スペクトルを表示部４０に表示させたうえで、操作者に、入力部３０を用いて該測定スペクトルのデータを抽出する波数範囲を設定させる動作を実行するものである。波数範囲４１は、例えば図５に示すように、表示部４０に表示させた測定スペクトルに、縦に延びる線や三角形の印等から成る2個のマーク４１１及び４１２を表示し、これらマーク４１１及び４１２をマウス等の入力部３０を用いて操作者が横方向に移動させることで波数範囲の上限値及び下限値を指定することにより設定することができる。あるいは、波数範囲の上限値及び下限値の数値を操作者に入力させるようにしてもよい。 The measurement spectrum data extraction unit 25 displays the measurement spectrum acquired by the measurement spectrum data acquisition unit 23 on the display unit 40, and then allows the operator to extract the measurement spectrum data using the input unit 30. It executes the operation of setting the range. As shown in FIG. 5, for example, the wave number range 41 displays two marks 411 and 412 composed of vertically extending lines, triangular marks, and the like on the measurement spectrum displayed on the display unit 40, and these marks 411 and 412 are displayed. The 412 can be set by designating the upper limit value and the lower limit value of the wave number range by the operator moving the 412 laterally using an input unit 30 such as a mouse. Alternatively, the operator may be made to input the numerical values of the upper limit value and the lower limit value of the wave number range.

官能基データ記憶操作部２６は、操作者に、設定された波数範囲内に存在するピークの由来となる官能基を示す情報として官能基の名称あるいは構造式を入力させる動作を実行したうえで、当該情報と共に測定スペクトルデータ抽出部２５で抽出された測定スペクトルのデータを官能基データ記憶部２１１に記憶させる動作を実行するものである。官能基を示す情報は、例えば図５に示すように、表示部４０に表示させたテーブル４２中の「官能基」欄に入力する。図５に示した例では、「官能基」の他に、「ファイル名」及び「コメント」を操作者が入力できるようになっている。 The functional group data storage operation unit 26 executes an operation of causing the operator to input the name or structural formula of the functional group as information indicating the functional group from which the peak existing in the set wave frequency range is derived. The operation of storing the data of the measurement spectrum extracted by the measurement spectrum data extraction unit 25 together with the information in the functional group data storage unit 211 is executed. The information indicating the functional group is input to the "functional group" column in the table 42 displayed on the display unit 40, for example, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, the operator can input a "file name" and a "comment" in addition to the "functional group".

これら測定スペクトルデータ抽出部２５及び官能基データ記憶操作部２６の動作により、FTIR本体１０で得られた（インターフェログラムに基づいて測定スペクトルデータ作成部２２で作成した）測定スペクトルから、官能基に由来するピークのデータと該官能基を示す情報とを新たに官能基データ記憶部２１１に記憶させることができ、それ以降に得られる測定データに対するデータ処理に利用することができる。 By the operation of the measurement spectrum data extraction unit 25 and the functional group data storage operation unit 26, the measurement spectrum obtained by the FTIR main body 10 (created by the measurement spectrum data creation unit 22 based on the interferogram) is converted into a functional group. The derived peak data and the information indicating the functional group can be newly stored in the functional group data storage unit 211, and can be used for data processing for the measurement data obtained thereafter.

本発明は上記実施形態及び変形例には限定されず、本発明の主旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例ではFTIR本体１０とデータ処理装置２０又は２０Ａを組み合わせた装置としているが、データ処理装置２０又は２０Ａを単独で用いるようにしてもよい。この場合、データ処理装置２０又は２０Ａにデータ入力装置を設け、データ処理装置２０又は２０Ａの外に設けられたFTIRで取得されたインターフェログラムのデータを該データ入力装置から測定スペクトルデータ作成部２２に入力したうえで測定スペクトルデータ作成部２２で測定スペクトルのデータを作成するか、あるいは、データ処理装置２０又は２０Ａの外で作成された測定スペクトルのデータを該データ入力装置から測定スペクトルデータ作成部２２に入力するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment and modification, the FTIR main body 10 and the data processing device 20 or 20A are combined, but the data processing device 20 or 20A may be used alone. In this case, a data input device is provided in the data processing device 20 or 20A, and the interferogram data acquired by the FTIR provided outside the data processing device 20 or 20A is measured from the data input device. The measurement spectrum data creation unit 22 creates the measurement spectrum data after inputting to, or the measurement spectrum data created outside the data processing device 20 or 20A is created from the data input device in the measurement spectrum data creation unit. You may enter it in 22.

１、１Ａ…FTIR
１０…FTIR本体
１１…赤外光源
１２…ビームスプリッタ
１３…固定鏡
１４…移動鏡
１５…試料室
１６１…第１検出器
１６２…第２検出器
１７…半導体レーザ
１８１…レーザ用第１ミラー
１８２…レーザ用第２ミラー
１９…制御部
２０、２０Ａ…データ処理装置
２１…記憶部
２１１…官能基データ記憶部
２１２…測定スペクトルデータ記憶部
２２…測定スペクトルデータ作成部
２３…測定スペクトルデータ取得部
２４…官能基特定部
２５…測定スペクトルデータ抽出部
２６…官能基データ記憶操作部
３０…入力部
４０…表示部
４１…波数範囲
４１１、４１２…マーク
４２…テーブル 1, 1A ... FTIR
10 ... FTIR main body 11 ... Infrared light source 12 ... Beam splitter 13 ... Fixed mirror 14 ... Moving mirror 15 ... Sample chamber 161 ... First detector 162 ... Second detector 17 ... Semiconductor laser 181 ... First mirror for laser 182 ... Second mirror for laser 19 ... Control unit 20, 20A ... Data processing device 21 ... Storage unit 211 ... Functional group data storage unit 212 ... Measurement spectrum data storage unit 22 ... Measurement spectrum data creation unit 23 ... Measurement spectrum data acquisition unit 24 ... Functional group identification unit 25 ... Measurement spectrum data extraction unit 26 ... Functional group data storage operation unit 30 ... Input unit 40 ... Display unit 41 ... Wave number range 411, 412 ... Mark 42 ... Table

Claims

A measurement spectrum data acquisition unit that acquires measurement spectrum data that is the absorbance spectrum or transmittance spectrum of the sample to be measured, and a measurement spectrum data acquisition unit.
A measurement spectrum data extraction unit that extracts peak data from the measurement spectrum data,
A functional group data storage unit that stores peak data of an absorbance spectrum or a transmittance spectrum derived from a known functional group in association with information indicating the functional group.
By comparing the peak data extracted from the measurement spectrum with the peak data stored in the functional group data storage unit, functional group identification for specifying the functional group contained in the component contained in the sample to be measured is specified. Department and
An input unit for performing an operation in which the operator inputs information indicating a functional group corresponding to the peak from which the measurement spectrum data extraction unit has extracted data, and an input unit.
A functional group data storage operation unit that associates the peak data in which information indicating a functional group is input from the input unit with the information and stores the information in the functional group data storage unit.
A data processing device for a Fourier transform infrared spectrophotometer.

The input unit further performs an operation in which the operator inputs a wave number, a wavelength, or a frequency range .
The measurement spectrum data extraction unit extracts data of the measurement spectrum within a range set by an input operation by the input unit from the measurement spectrum acquired by the measurement spectrum data acquisition unit .
The data processing apparatus for a Fourier transform infrared spectrophotometer according to claim 1.

Detects an interferometer that generates infrared interference light with variable amplitude, an infrared interference light irradiation unit that irradiates the sample with the infrared interference light, and transmitted light transmitted through the sample or reflected light reflected by the sample. Infrared spectrophotometer body with a detector and
The power spectrum is obtained by performing a Fourier transform process on the interferogram, which is the intensity data detected by the detector, and the power spectrum is divided by the background power spectrum to obtain the absorbance spectrum or permeability of the sample. A measurement spectrum data acquisition unit that acquires measurement spectrum data, which is a spectrum,
A measurement spectrum data extraction unit that extracts peak data from the measurement spectrum data,
A functional group data storage unit that stores peak data of an absorbance spectrum or a transmittance spectrum derived from a known functional group in association with information indicating the functional group.
By comparing the data of the measurement spectrum with the data of the peak stored in the functional group data storage unit, the functional group specifying unit for specifying the functional group contained in the component contained in the sample to be measured, and the functional group specifying unit.
An input unit for performing an operation in which the operator inputs information indicating a functional group corresponding to the peak from which the measurement spectrum data extraction unit has extracted data, and an input unit.
A functional group data storage operation unit that associates the peak data in which information indicating a functional group is input from the input unit with the information and stores the information in the functional group data storage unit.
A Fourier transform infrared spectrophotometer characterized by.

The input unit further performs an operation in which the operator inputs a wave number, a wavelength, or a frequency range .
The measurement spectrum data extraction unit extracts data of the measurement spectrum within a range set by an input operation by the input unit from the measurement spectrum acquired by the measurement spectrum data acquisition unit .
The Fourier transform infrared spectrophotometer according to claim 3.