JPH0829333A

JPH0829333A - 分光分析装置

Info

Publication number: JPH0829333A
Application number: JP16347794A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takizawa; 精一瀧澤; Chiaki Sakai; 千明酒井; Keisuke Igarashi; 慶介五十嵐; Ryogo Yamauchi; 良吾山内
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】試料の大きさや形状が異なっても、簡単に試
料に含まれる成分を求めることができる分光分析装置を
提供する。【構成】光源１からの測定用光線束を試料に照射する
照射部３と、試料を透過した透過光を受光する受光部４
と、その受光部４が受光した透過光の分光スペクトルを
得て、得られた分光スペクトルに基づいて試料に含まれ
る成分を求める分光分析手段６が設けられた分光分析装
置において、照射部３と受光部４との間隔を変更する間
隔変更手段７と、照射部３と受光部４との間隔を測定す
る間隔測定手段８が設けられ、分光分析手段６は、間隔
測定手段８が測定した間隔に基づいて求める成分を補正
するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの測定用光線
束を試料に照射する照射部と、前記試料を透過した透過
光を受光する受光部と、その受光部が受光した透過光の
分光スペクトルを得て、得られた分光スペクトルに基づ
いて前記試料に含まれる成分を求める分光分析手段が設
けられた分光分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる分光分析装置は、例えば、青果物
等の分析対象の試料に含まれる成分の種類を検出した
り、成分量を定量したりして、試料に含まれる成分を求
めるものである。かかる分光分析装置において、従来
は、照射部と受光部とは、それらの間隔を所定の値に一
定にした状態で固定して設けていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分析対
象の試料には種々の大きさのものがあり、又、試料の品
種が異なると試料の形状や大きさが異なる。従って、従
来では、照射部と受光部との間隔に合わせて試料を切断
等により成形する必要があり、非常に面倒であった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、試料の大きさや形状が異なって
も、簡単に試料に含まれる成分を求めることができる分
光分析装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による分光分析装
置の第１の特徴構成は、前記照射部と前記受光部との間
隔を変更する間隔変更手段と、前記照射部と前記受光部
との間隔を測定する間隔測定手段が設けられ、前記分光
分析手段は、前記間隔測定手段が測定した間隔に基づい
て求める成分を補正するように構成されている点にあ
る。

【０００６】第２の特徴構成は、前記試料を支持する試
料支持部が、前記試料を回動可能なように構成され、前
記分光分析手段は、前記試料支持部による前記試料の回
動に基づいて、前記試料における複数の異なる位置にお
いて分光スペクトルを得て、得られた複数の分光スペク
トルに基づいて前記試料に含まれる成分を求めるように
構成されている点にある。

【０００７】第３の特徴構成は、前記光源と前記照射部
とは、前記光源からの測定用光線束を前記照射部に導く
照射用光ファイバにて接続され、前記受光部と前記分光
分析手段とは、前記受光部が受光した透過光を前記分光
分析手段に導く受光用光ファイバにて接続されている点
にある。

【０００８】

【作用】第１の特徴構成による作用は、以下の通りであ
る。試料の大きさ及び形状に合わせて、間隔変更手段に
より照射部と受光部との間隔を変更する。試料の大きさ
が異なるため、照射部からの測定用光線束が試料を通過
する距離（以下、光路長と称する）が異なり、試料に照
射された測定用光線束の吸光度が異なるが、測定用光線
束の吸光度は光路長に比例することが分かっている。そ
こで、間隔測定手段により照射部と受光部との間隔（即
ち、光路長）を測定し、分光分析手段により、その測定
間隔に基づいて求める成分を補正する。

【０００９】第２の特徴構成による作用は、以下の通り
である。試料支持部により、試料の回動し、その回動に
基づいて、分光分析手段により、試料における複数の異
なる位置において分光スペクトルを得て、それら複数の
分光スペクトルに基づいて試料に含まれる成分を求め
る。

【００１０】第３の特徴構成による作用は、以下の通り
である。光源及び分光分析手段は大型で重さが重いもの
であるが、照射部と受光部との間隔を変更する場合は、
各光ファイバは可撓性を有しているので、光源及び分光
分析手段は固定した状態で、照射部と受光部を互いに接
近させたり離間させたりするように移動させることによ
り、照射部と受光部との間隔を変更することができる。
従って、間隔変更手段は、小型で軽量な照射部及び受光
部を接近及び離間移動させるように構成することができ
る。又、試料は、光源から離れた位置に配置することが
できるので、試料に対する光源からの熱の影響を防止す
ることができる。

【００１１】

【発明の効果】第１の特徴構成によれば、試料の大きさ
や形状が異なっても、簡単に試料に含まれる成分を求め
ることができるようになった。

【００１２】第２の特徴構成によれば、複数の異なる位
置夫々において得られた複数の分光スペクトルに基づい
て試料に含まれる成分を求めることができるので、一層
精度良く成分を求めることができるようになった。特
に、キャベツやピーマンのように、位置により密度が異
なる試料の成分を求める場合に、有効である。

【００１３】第３の特徴構成によれば、間隔変更手段
は、小型で軽量な照射部及び受光部を接近及び離間移動
させるように構成すれば良いので、簡単な構成とするこ
とができ、本発明を実施するためのコストを低減するこ
とができる。又、試料に対する光源からの熱の影響を防
止することができるので、特に、青果物のように熱に弱
い試料の成分を求める場合に、好適である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を青果物に含まれる成分を分析
する分光分析装置に適用した実施例について、図面に基
づいて説明する。図１に示すように、分光分析装置は、
光源１と、その光源１からの測定用光線束を成形する第
一光学系２と、第１光学系２からの測定用光線束を試料
Ｓに照射する照射部３と、試料Ｓを透過した透過光を受
光する受光部４と、受光部４が受光した透過光を導く第
二光学系５と、第二光学系５により導かれた透過光の分
光スペクトルを得て、得られた分光スペクトルに基づい
て試料Ｓに含まれる成分を求める分光分析手段６と、照
射部３と受光部４との間隔（即ち、光路長Ｌ）を変更す
る間隔変更手段７と、照射部３と受光部４との間隔を測
定する間隔測定手段８と、試料Ｓを回動可能な状態で支
持する試料支持部９を主な構成要素として構成してあ
る。

【００１５】光源１は、赤外線光を放射するタングステ
ン−ハロゲンランプにて構成してある。第一光学系２
は、光源１からの測定用光源束を平行光線束に成形する
レンズ２１と、平行光線束を照射部３に導く照射用光フ
ァイバ２２により構成してある。第二光学系５は、受光
部４が受光した透過光を分光分析手段６に導く受光用光
ファイバ５１により構成してある。つまり、光源１と照
射部３とは、光源１からの測定用光線束を照射部３に導
く照射用光ファイバ２２にて接続し、受光部４と分光分
析手段６とは、受光部４が受光した透過光を分光分析手
段６に導く受光用光ファイバ５１にて接続してある。照
射部３は、図２にも示すように、照射用光ファイバ２２
を内嵌保持するファイバ保持部３１と、試料Ｓに密着し
て外部からの光を遮光する椀形状のゴム製パッド３２
と、照射部３が試料Ｓに接触したことを検出する接触検
出手段３３により構成してある。同様に、受光部４も、
受光用光ファイバ５１を内嵌保持するファイバ保持部４
１と、試料Ｓに密着して外部からの光を遮光する椀形状
のゴム製パッド４２と、受光部４が試料Ｓに接触したこ
とを検出する接触検出手段４３により構成してある。接
触検出手段３３，４３は試料Ｓに接触することによりＯ
Ｎ信号を出力するリミットスイッチにより構成してあ
る。

【００１６】分光分析手段６は、受光用光ファイバ５１
により導かれた透過光を反射する反射鏡６１と、反射鏡
６１により反射された透過光を分光反射する凹面回折格
子６２と、凹面回折格子６２により分光反射された各波
長毎の光線束強度を検出するアレイ型受光素子６３と、
アレイ型受光素子６３からの出力信号を処理する信号処
理手段６４を備えている。アレイ型受光素子６３は、凹
面回折格子６２にて分光反射された透過光を、同時に波
長毎に受光するとともに波長毎の信号に変換して出力す
る。又、アレイ型受光素子６３は、波長が０．７〜２．
５μｍの範囲の近赤外線光を検出するように構成してあ
る。反射鏡６１、凹面回折格子６２及びアレイ型受光素
子６３は、外部からの光を遮光するアルミニウム製の暗
箱６５内に配置してあり、受光用光ファイバ５１により
導かれた透過光は、暗箱６５に形成した入射孔６６を通
じて暗箱６５内に導くように構成してある。図中のＰ
は、光源１からアレイ型受光素子６３に至る光路を示し
ている。

【００１７】間隔変更手段７は、一対の間隔変更用電動
モータ７１と、間隔変更用電動モータ７１の回転軸に夫
々連結された一対のピニオン７２と、ピニオン７２と夫
々噛み合うように配置された一対のラック７３と、一対
のラック７３を案内するレール７４と、ラック７３夫々
に固着された一対の支持部材７５により構成してある。
一方の支持部材７５は、照射部３のファイバ保持部３１
に固着し、他方の支持部材７５は、受光部４のファイバ
保持部４１に固着してある。つまり、一対の間隔変更用
電動モータ７１夫々を、正回転又は逆回転させることに
より、一対のラック７３を互いに接近又は離間移動さ
せ、それに伴って、照射部３及び受光部４を互いに接近
又は離間させて、照射部３と受光部４との間隔を調整す
るように構成してある。

【００１８】間隔測定手段８は、間隔変更用電動モータ
７１に夫々設けられた一対のロータリエンコーダ８１
と、一対のロータリエンコーダ８１夫々からの検出信号
に基づいて、照射部３と受光部との間隔（即ち、光路長
Ｌ）を演算する間隔演算手段８２により構成してある。

【００１９】試料支持部９は、試料Ｓを載置する載置台
９１と、載置台９１を縦軸芯Ｑ回りに回動させる載置台
回転用電動モータ９２により構成してある。尚、図示し
ないが、載置台９１は、上下移動自在に設けてあり、試
料Ｓの大きさ及び形状に合わせて、載置台９１の高さ調
整が可能なように構成してある。つまり、試料支持部９
は、載置台回転用電動モータ９２により載置台９１を回
動することにより、試料Ｓを回動可能なように構成して
ある。

【００２０】分光分析手段６の信号処理手段６４はマイ
クロコンピュータを利用して構成してある。図中のＣ
は、分光分析装置の各種制御を司る制御装置であり、マ
イクロコンピュータを利用して構成してある。間隔測定
手段８の間隔演算手段８２は、制御装置Ｃを利用して構
成してある。又、図中のＥは、各種分析条件を入力する
入力装置であり、入力された各種分析条件を制御装置Ｃ
及び信号処理手段６４夫々に送信するように構成してあ
る。入力装置Ｅは、キーボードにて構成してある。又、
図中のＤは、信号処理手段６４の処理結果を出力する出
力装置であり、ＣＲＴディスプレイ装置にて構成してあ
る。

【００２１】次に、信号処理手段６４について説明を加
える。信号処理手段６４は、基本的には、アレイ型受光
素子６３からの出力信号を処理して、吸光度スペクト
ル、及び、吸光度スペクトルの波長領域での二次微分値
を得るとともに、その二次微分値に基づいて試料Ｓに含
まれる成分量を算出する。吸光度は、光源の照射光量
（基準光量）をＩ、透過光の光量をＴとすると、Ｌｏｇ（Ｉ／Ｔ）で定義される。ところで、吸光度と光路長Ｌとの間に
は、以下のような関係がある。Ｌｏｇ（Ｉ／Ｔ）＝εｃＬ但し、 ε；試料Ｓの品種により定められる係数ｃ；試料Ｓの密度即ち、吸光度は光路長Ｌに比例する。

【００２２】光路長Ｌが一定の場合は、下記の式（以
下、成分量算出式と称する）による重回帰分析に基づい
て、試料Ｓに含まれる成分量を算出することができる。Ｙ＝Ｋ₀＋Ｋ₁×Ａ（λ₁）＋Ｋ₂×Ａ（λ₂）＋Ｋ₃
×Ａ（λ₃）…… 但し、Ｙ；成分量Ｋ₀，Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃…… ；係数Ａ（λ₁），Ａ（λ₂），Ａ（λ₃）……；特定波長λ
における吸光度スペクトルの二次微分値

【００２３】本発明においては、試料Ｓの大きさに合わ
せて光路長Ｌを変更するので、信号処理手段６４は、吸
光度スペクトルの波長領域での二次微分値を間隔測定手
段８にて測定した光路長Ｌに基づいて補正することによ
り、光路長Ｌに基づいて補正した成分量（以下、光路長
補正後の成分量と略記する）を算出するように構成して
ある。つまり、下記の光路長補正式に基づいて、光路長
補正後の成分量Ｙ（Ｌ）を算出する。Ｙ（Ｌ）＝（Ｌ₀／Ｌ）×｛α₀×Ｋ₀＋α₁×Ｋ₁
×Ａ（λ₁）＋α₂×Ｋ₂×Ａ（λ₂）＋α₃×Ｋ₃×
Ａ（λ₃）……｝但し、Ｌ₀ ；基準光路長 α₀，α₁，α₂，α₃……；光路長補正係数

【００２４】信号処理手段６４には、試料Ｓとなる青果
物の品種夫々について、成分毎に、特定の光路長補正式
を設定してある。つまり、上記光路長補正式において、
青果物の品種夫々について、成分毎に特定の係数Ｋ₀，
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃……、波長λ₁，λ₂，λ₃……、及
び、光路長補正係数α₀，α₁，α₂，α₃……を設定
してある。そして、信号処理手段６４は、入力手段Ｅに
て入力された青果物の品種に応じて、成分毎に設定され
た光路長補正式を用いて、光路長補正後の成分量Ｙ
（Ｌ）を算出する。つまり、分光分析手段６は、間隔測
定手段８にて測定した光路長Ｌに基づいて求める成分を
補正するように構成してある。

【００２５】次に、試料Ｓの一例としてのトマトに含ま
れる各成分の成分量を定量する場合について説明する。
トマトにおいては、甘味度に関連する成分として、グル
コース、フルクトースがあり、酸味度に関連する成分と
して、クエン酸があり、栄養度に関連する成分として、
ビタミンＣとしてのアスコルビン酸がある。グルコース
の成分量を算出する際の、上記光路長補正式における特
定波長λは、例えば、７５０、８３０、９１５、１０３
０、１０８０、１２０５、１２６０、１３８０ｎｍに設
定する。フルクトースの成分量を算出する際の、上記光
路長補正式における特定波長λは、例えば、７５０、８
３０、９１５、１０３０、１０８０、１２０５、１２６
０、１３８０ｎｍに設定する。クエン酸の成分量を算出
する際の、上記光路長補正式における特定波長λは、例
えば、７７５、９００、１００５、１０６０、１１７
０、１２４０、１３７５ｎｍに設定する。アスコルビン
酸の成分量を算出する際の、上記光路長補正式における
特定波長λは、例えば、７６０、９２０、９９５、１２
００、１２６５、１３５５ｎｍに設定する。

【００２６】次に、図３に示すフローチャートに基づい
て、制御装置Ｃの制御作動について説明する。入力装置
Ｅにより、青果物の品種、成分量の定量回数の設定値Ｎ
の分析条件が入力されると、定量回数ｎをカウントする
カウンタをリセットし、入力された定量回数の設定値Ｎ
に基づいて、載置台９１の回転角度を算出する（ステッ
プ＃１〜＃３）。載置台９１の回転角度は、３６０°を
定量回数Ｎで除することにより算出する。照射部３側の
間隔変更用電動モータ７１を、リミットスイッチ３３か
らＯＮ信号が出力されるまで照射部３を試料Ｓに近づく
方向に移動させるように作動し、並びに、受光部４側の
間隔変更用電動モータ７１を、リミットスイッチ４３か
らＯＮ信号が出力されるまで受光部４を試料Ｓに近づく
方向に移動させるように作動するとともに、それら一対
の間隔変更用電動モータ７１の作動に並行して、一対の
ロータリエンコーダ８１夫々の検出信号を読み込んで、
リミットスイッチ３３，４３の両方からＯＮ信号が出力
された時点で、間隔演算手段８２により光路長Ｌを演算
する（ステップ＃４〜＃８）。

【００２７】続いて、信号処理手段６４により、成分毎
に設定された光路長補正式を用いて、光路長補正後の各
成分の成分量Ｙ（Ｌ）を算出する（ステップ＃９）。続
いて、定量回数ｎに１を加算する（ステップ＃１０）。
続いて、定量回数ｎが設定値Ｎと等しいか否かを判断し
（ステップ＃１１）、等しくないときは、照射部３及び
受光部４を試料Ｓから離間させるべく、照射部３及び受
光部４を互いに離間する方向に設定値だけ移動させるよ
うに、間隔変更用電動モータ７１夫々を作動する（ステ
ップ＃１２）。続いて、載置台９１をステップ＃３にて
算出した回転角度だけ回転させるように、載置台回転用
電動モータ９２を作動して（ステップ＃１３）、ステッ
プ＃４に戻る。上述のようにして、Ｎ箇所の異なる位置
夫々において試料Ｓの各成分量を算出する。

【００２８】続いて、ステップ＃１１において、定量回
数ｎが設定値Ｎと等しいと判断したときは、各成分毎
に、Ｎ個の算出成分量を平均し、その平均値を出力装置
Ｄに出力して（ステップ＃１４〜＃１５）、１回の分析
作業を終了する。つまり、分光分析手段６は、試料支持
部９による試料Ｓの回動に基づいて、試料Ｓにおける複
数の異なる位置において分光スペクトルを得て、得られ
た分光スペクトルに基づいて試料Ｓに含まれる成分量を
定量するように構成してある。

【００２９】〔別実施例〕次に別実施例を説明する。上記実施例では、一対の間隔変更用電動モータ７１
にて一対のラック７３を互いに接近及び離間移動させ、
それに伴って、照射部３及び受光部４を互いに接近及び
離間させるように、間隔変更手段７を構成する場合につ
いて例示した。これに代えて、１個の間隔変更用電動モ
ータにて、一対のラック７３を互いに接近及び離間移動
させ、それに伴って、照射部３及び受光部４を互いに接
近及び離間させるように構成しても良い。この場合は、
間隔変更手段７の構成が簡単になる。

【００３０】上記実施例では、照射部３と受光部４
との間隔を変更するために、照射部３及び受光部４のい
ずれも直線往復移動可能なように、間隔変更手段７を構
成する場合について例示したが、これに代えて、照射部
３及び受光部４のうちのいずれか一方を固定して設け、
他方のみを直線往復移動可能に構成しても良い。この場
合は、間隔変更手段７の構成が一層簡単になる。

【００３１】上記実施例では、試料Ｓを回動可能な
ように、試料支持部９を構成する場合について例示した
が、これに代えて、試料Ｓを直線的に往復移動可能なよ
うに構成してもよい。この場合は、試料Ｓが長尺の場合
に特に有効である。又、試料Ｓを回動しないように構成
しても良い。

【００３２】上記実施例では、吸光度スペクトルの
波長領域での二次微分値を間隔測定手段８にて測定した
光路長Ｌに基づいて補正することにより、光路長補正後
の成分量Ｙ（Ｌ）を算出するように、信号処理手段６４
を構成する場合について例示した。これに代えて、先ず
上記成分量算出式にて成分量Ｙを算出し、その算出成分
量Ｙを次の式にて光路長Ｌに基づいて補正して、光路長
補正後の成分量Ｙ（Ｌ）を算出するように構成しても良
い。Ｙ（Ｌ）＝（Ｌ₀／Ｌ）×α×Ｙ但し、 α；各成分毎に設定される光路長補正係数

【００３３】上記実施例では、接触検出手段３３，
４３の具体構成として、リミットスイッチを適用する場
合について例示したが、この他にも種々の構成が適用可
能である。例えば、発光素子と受光素子を、試料Ｓが照
射部３又は受光部４に接触すると発光素子からの光が試
料Ｓにより遮られて受光素子に達しないように配置する
ことにより構成してもよい。

【００３４】試料Ｓとしては、上記実施例において
示したトマトの他に、キャベツ、キュウリ、ピーマン、
ブロッコリ、イチゴ等種々の青果物を適用することがで
きる。又、青果物以外に、食品、樹脂等任意のものを適
用することができ。又、上記実施例において示した成分
以外に、水分、蛋白質、脂質、無機質等種々の成分の成
分量を定量することができる。

【００３５】グルコース、フルクトース、クエン酸
及びアスコルビン酸夫々の成分量を算出する際の上記光
路長補正式における特定波長λは、上記実施例において
各成分毎に例示した複数の特定波長λのうちから幾つか
を適宜選択することができる。又、各成分における特定
波長λは、上記実施例において例示した他に、適宜変更
可能である。

【００３６】上記実施例では、各成分の成分量を定
量する場合について例示したが、定量した各成分量に基
づいて、試料Ｓの品質を判別し、その判別結果を出力装
置Ｄに出力するように構成しても良い。又、試料Ｓにお
ける複数の異なる位置において定量した各成分量に基づ
いて、特定の成分が異常に多い箇所を特定したり、特定
の成分の成分量のバラツキを求め、それらの結果を出力
装置Ｄに出力しても良い。例えば、腐食成分が異常に多
い箇所を特定することにより、腐食箇所を特定すること
ができる。又、甘味度又は酸味度に関連する成分の成分
量のバラツキを求めることにより、甘い部分又は酸っぱ
い部分の分布状態を知ることができる。又、間隔測定手
段８にて測定した光路長Ｌは、試料Ｓの大きさに相当す
るので、測定した光路長Ｌを試料Ｓの大きさとして出力
装置Ｄに出力して、その出力結果に基づいて、試料Ｓを
大きさによって分別できるようにしても良い。

【００３７】分光分析手段は、上記実施例において
示した構成のものに限定されるものではない。

【００３８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる分光分析装置のブロッ
ク図

【図２】分光分析装置の照射部の縦断面図

【図３】制御作動のフローチャートを示す図

【符号の説明】

１光源３照射部４受光部６分光分析手段７間隔変更手段８間隔測定手段９試料支持部２２照射用光ファイバ５１受光用光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山内良吾兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号株式会社クボタ技術開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源（１）からの測定用光線束を試料に
照射する照射部（３）と、前記試料を透過した透過光を
受光する受光部（４）と、その受光部（４）が受光した
透過光の分光スペクトルを得て、得られた分光スペクト
ルに基づいて前記試料に含まれる成分を求める分光分析
手段（６）が設けられた分光分析装置であって、前記照射部（３）と前記受光部（４）との間隔を変更す
る間隔変更手段（７）と、前記照射部（３）と前記受光
部（４）との間隔を測定する間隔測定手段（８）が設け
られ、前記分光分析手段（６）は、前記間隔測定手段
（８）が測定した間隔に基づいて求める成分を補正する
ように構成されている分光分析装置。
【請求項２】前記試料を支持する試料支持部（９）
が、前記試料を回動可能なように構成され、前記分光分
析手段（６）は、前記試料支持部（９）による前記試料
の回動に基づいて、前記試料における複数の異なる位置
において分光スペクトルを得て、得られた複数の分光ス
ペクトルに基づいて前記試料に含まれる成分を求めるよ
うに構成されている請求項１記載の分光分析装置。
【請求項３】前記光源（１）と前記照射部（３）と
は、前記光源（１）からの測定用光線束を前記照射部
（３）に導く照射用光ファイバ（２２）にて接続され、
前記受光部（４）と前記分光分析手段（６）とは、前記
受光部（４）が受光した透過光を前記分光分析手段
（６）に導く受光用光ファイバ（５１）にて接続されて
いる請求項１又は２記載の分光分析装置。