JPH0373833A - 自動定性分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）　
、螢光Ｘ線分析装置、粉末Ｘ線分光分析装置、赤外線吸
収スペクトル分析装置のような定性分析装置で採取され
たスペクトルデータからピークデータを検出し、各々の
ピークデータに該当する物質名を自動的に判定する自動
定性分析装置に関する。

Ｂ、従来技術 従来の自動定性分析装置による分析処理の概要を、ＥＰ
ＭＡ自動定性分析装置を例に採って説明する。

■　試料面に電子線を照射することによって得られた特
性Ｘ線を、複数のＸ線分光結晶を用いて同時に分光分析
する。

■　各Ｘ線分光結晶ごとのスペクトルデータ中には、試
料面に含まれる元素に対応した多数のピークが存在して
おり、これらのピーク部分の波長や強度などを含むピー
クデータが検出される。

■　これらのピークデータの中から元素を特定するのに
最も適したピークが選ばれる０通常、このようなピーク
としては最も強度の高いピークが選ばれる。このピーク
に対応したメイン線またはサブ線が、データファイルに
予め格納された波長テーブルの中にあるかどうかが判定
され、あればそのピークに対し元素名と線名とが同定（
ネーミング）されるとともに、その元素が存在すれば現
れるであろう他のピークに対しても同様に元素名と線名
とが同定される。

ここで、波長テーブルとは、第３図に示すようにＥＰＭ
Ａに備えられた各Ｘ線分光結晶ごとに作成されるもので
、各Ｘ線分光結晶によって定性分析が可能な全ての元素
と、元素線とを対応付けて、それぞれのピーク波長やピ
ーク間強度比などを含む判定基準データを記述したテー
ブルをいう。また、元素線とは、ある元素の特性Ｘ線が
分光分析されたときに現れる複数個のピークの総称であ
る。

元素線は、その元素を特定する上で最も適したピークで
あるメイン線と、次に適したピークであるサブ線と、そ
の他のピーク群である高次線とを含む。

■　次に、前記■によって同定されていない残りのピー
クデータの中で、元素を特定する上で最も適当なピーク
が選択され、前記と同様に波長テーブルが参照されて、
そのピークに対し元素名と線名とが同定され、さらにそ
の元素に関連した他のピークに対しても同様に同定され
る。

■　以下、同様にピークの高い順に元素名と線名とが同
定される。

以上のような一連の処理が、各Ｘ線分光結晶ごとのピー
クデータに対して行われる。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来装置には次のような問題点
がある。

即ち、従来装置による定性分析は、上述のように同定の
対象となる各物質についてそれぞれ画一的な手順によっ
て物質名を同定しているので、ピークデータ数が多い場
合や特殊なピークが検出されているような場合に、ピー
クの判定ができなかったり、ともすれば誤った判定が行
われるという問題点がある。そのため、従来装置によれ
ば、その装置で定性分析した後に判定結果を専門家が追
加・修正しなければならないという煩わしさもある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、採取されたスペクトルデータから検出されたピー
クデータに基づき、正確な定性分析を自動的に行うこと
ができる自動定性分析装置を提供することを目的として
いる。

００課題を解決するための手段 上記目的を遠戚するために、本発明者は、例えばＥＰＭ
Ａについて、次のように専門家の経験的知識を獲得・整
理・ルール化することによって、従来装置に比較して信
頼性の高い自動定性分析装置を実現した。

（１）知識の獲得 日常的にＥＰＭＡで定性分析を行っている専門家に数通
りのデータについて詳細な判定を行ってもらい、その経
験的知識を獲得した。

分析の専門家は複数のＸ線分光結晶で分光したデータを
総合し、各Ｘ線分光結晶で分光し得る元素の中からピー
ク波長、ピーク間強度比、半価幅などをもとに各ピーク
に該当する元素名と線名とをつけてゆく、一つのピーク
に複数の元素が該当する場合などには、特に判定法は複
雑である。

（２）知識の整理 獲得した知識をルール化するために整理した結果、専門
家の判定に関する知識は、「判断に関する知識」と「手
順に関する知識」とに分類できることが判った。

「判断に関する知識」とは、データとして採取されたピ
ークがどの元素の何線であるかを推定するための知識を
言う。このような知識は、各Ｘ線分光結晶の分析可能な
元素ごとに異なっている。

「手順に関する知識」とは、採取された多数のピークの
中でどのピークから判定を行っていくかという手順であ
る。判定］順序は、採取されたピークの強度に応じて決
定されている。つまり、競合する元素が比較的少ない短
波長側のデータのうち、ピーク強度が高くて明瞭である
ものから判定が進められる。

（３）知識のルール化 整理した専門化の知識を「ＩＦ〜ＴＨＥＮ・・・１形式
のプロダクションルールで表現することによりエキスパ
ートシステムのための知識ベースを作成した。

知識ベースは複数のＸ線分光結晶ごとに分け、各Ｘ線分
光結晶の「判断に関する知識」は、その性質上、後向き
推論用知識ベースとして作威し、各Ｘ線分光結晶の「手
順に関する知識」は、その性質上、前向き推論用知識ベ
ースとして作成した。

また、ルールの記述の容易性や、元素ごとに異なる判定
条件の必要性を考慮して、各知識ベースを構成するプロ
ダクションルールを元素ごとに記述するようにした。

以上のことから、この発明に係る自動定性分析装置は、
次のような特徴を備えている。

第１には、その装置で分析することが可能な複数ＩＩ類
の物質について、各々の物質を同定するための基準とな
る個別の判定基準データを記憶した判定基準データ記憶
手段と、前記スペクトルデータ中のピークデータと前記
判定基準データとのマツチングをとるマツチング処理手
段と、前記マツチングの結果を参照しつつ各物質ごとの
ｒｌＦ〜ＴＨＥＮ・・・１形式のプロダクションルール
を用いて当該ピークデータに該当する物質名を後向きに
推論する後向き推論手段とを備えている。

第２には、前記第１の特徴に加えて、後向き推論手段に
よって存在の可能性があると判断された候補物質につい
て、必要によりピーク強度を算出するピーク強度算出手
段と、前記ピーク強度算出手段によって算出されたピー
ク強度を参照して物質名を同定するための条件を含んだ
各物質ごとの「ＩＦ〜ＴＨＥＮ・・・」形式のプロダク
ションルールを用いて前記候補物質の存在を確定する前
向き推論手段とを備えている。

巳１作用 この発明によれば、スペクトルデータから検出されたピ
ークデータと、判定基準データとのマツチング処理の結
果を参照しながら、各ピークデータの該当する物質名を
後向きに推論していく上で、各物質ごとに個別のプロダ
クションルールが用いられるから、各物質の固有の条件
に従って正確に推論が行われる。

そして、後向き推論において、例えば、一つのピークデ
ータに対して複数種類の候補元素が挙げられているよう
な場合には、必要により各候補元素の主要ピークの強度
が算出され、その結果を参照して前向き推論を行うこと
により候補元素の存在が確定される。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例であるＥＰＭＡ自動定性
分析装置の概略構成を示したブロック図、第２図は装置
のエキスパートシステム部分のプログラムモジュールと
データの流れを示したブロック図である。

第１図において、符号１は電子線マイクロアナライザ（
ＥＰＭＡ）であり、このＥＰＭＡＩには、試料からの特
性Ｘ線を同時に検出する複数のＸ線分光結晶（図示せず
）が設けられている。この実施例に係るＥＰＭＡ自動定
性分析装置では、Ｘ線分光結晶として、ぶつ化リチウム
（ＬｉＦ）、ペンタ・エリスリトール（ＰＥＴ）、酸性
フタル酸ルビジウム（ＲＡＰ）、二水素リン酸アンモニ
ウム（ＡＤＰ）、ステアリン酸鉛（Ｐ　ｂ　ＳＴ）を用
いることができる０通常、この中から３．４種類のＸ線
分光結晶が適宜に使用される。もちろん、後述する波長
テーブル７や知識ベース８などを適宜に変更・拡張する
ことによって、その他の種類のＸ線分光結晶を用いるこ
とも可能である。

ＥＰＭＡＩの各Ｘ線分光結晶で得られたスペクトルデー
タはデータ採取部２に与えられる。データ採取部２は、
ＥＰＭＡＩの定性分析（この実施例では点分析）による
スペクトルデータを解析して、ピークとみなすことがで
きるデータの波長、ピーク強度、半価幅などを含むピー
クデータを検出する。検出されたビークデータはピーク
データファイル３に記憶される。

符号４は、ピークデータファイル３に記憶された各ビー
クデータに該当する元素名や線名を推論するためのエキ
スパートシステムであり、データ処理部５．推論制御部
６．波長テーブル７、知識ベース８から構成されている
。

第２図に示すように、データ処理部５は、ピークデータ
ファイル３から各Ｘ線分光結晶のビークデータを読み込
むとともに、波長テーブル７から各ｘ１分光結品ごとに
分析可能な元素のメイン線とサブ線の判定基準データを
読み込むためのデータ読み込み用プログラムモジュール
５ａと、前記読み込んだ判定基準データとビークデータ
との間のマツチングをとるためのマツチング用プログラ
ムモジュール５ｂと、ビークデータに対して後向き推論
で候補に挙がった元素の元素名と線名とをつけるネーく
ング用プログラムモジュール５Ｃと、ビークデータの強
度を計算するためのピーク強度の計算用プログラムモジ
ュール５ｄと、推論制御部６で得られた推論の確定結果
をピークデータファイル３に書き込むための書き込み用
プログラムモジュール５ｅとを含む。

知識ベース８は、推論全体の流れを制御するメタ知識８
ａと、各Ｘ線分光結晶のデータの有無を調べるモジュー
ル知識８ｂと、前記５種類のＸ線分光結晶（ＬｉＦ、Ｐ
ＥＴ、ＲＡＰ、ＡＤＰ、Ｐｂ５Ｔ）ごとに、「判断に関
する知識」を表現した後向き推論用モジュール知識８ｃ
、８ｅ、８ｇ８ｉ、８にと、「手順に関する知識」を表
現した前向き推論用モジュール知識８ｄ、８ｆ、８ｈ８
ｊ、８ｆｆｉとを含む。

上述した各知識８８〜８Ｑは、整理された専門家の知識
が「ＩＦ〜ＴＨＥＮ・・・」の形式のプロダクションル
ールで表現されている。推論制御部６は、知識ベース８
に記憶された各モジュール知識８ａ〜８２に従って後述
するような推論を行う。

なお、第３図に示すように、判定基準データ記憶手段と
しての波長テーブル７には、前述した従来装置と同様に
、ＥＰＭＡＩに備えられた各Ｘ線分光結晶（ＬｉＦ、Ｐ
ＥＴ、ＲＡＰ、ＡＤＰ、Ｐｂ５Ｔ）によって分光分析が
可能な各元素の元素線について、それぞれピーク波長、
ピーク間強度比、さらには半価幅などが判定基準データ
として格納されている。

第１図に戻って、エキスパートシステム４で得られた推
論結果はピークデータファイル３に書き込まれる。表示
制御部９は、ピークデータファイル３に書き込まれた推
論結果を読み出し、ＣＲＴｌｏに映し出された各Ｘ線分
光結晶ごとのピーク波形中の各々のピークに元素名や線
名を表示するとともに、同定されたピークについて波長
、強度比、半価幅などの必要なデータを表示する。

次に、第４図に示したフローチャートを参照して、上述
した実施例に係る装置のエキスパートシステム４におい
て実行される推論処理を具体的に説明する。

ステップＳ１：データ処理部５のデータ読み込み用プロ
グラムモジュール５ａが起動され、波長テーブル７から
各Ｘ線分光結晶の判定基準データが読み出され、ピーク
データファイル３から各Ｘ線分光結晶ごとにビークデー
タが読み出される。

読み出された判定基準データはデータ処理部５に、ビー
クデータはデータ処理部５と推論制御部６にそれぞれ与
えられる。

ステップＳｌピークデータファイル３には、上述した５
種類のＸ線分光結晶のビークデータをそれぞれ個別に記
憶するためのファイルがある。

推論制御部６は知識ベース８の結晶データ確認用のモジ
ュール知１１１８ｂに基づき、読み出された各ピークデ
ータファイルにビークデータがあるかどうかを判断し、
データが存在するものについて推論処理を行うようにす
る。

ステップＳｌ推論制御部６は、知識ベース８からメタ知
識８ａと、後向き推論用のモジュール知識８ｃ、８ｅ、
８ｇ、８ｉ、８にの中でピークデータが存在するＸ線分
光結晶についてのモジュール知識を読み出して、ピーク
データが存在するＸ線分光結晶のピークデータに対し、
該当Ｘ線分光結晶の波長テーブル中の全ての元素につい
て、必要に応じてデータ処理部５のマ・ノチング用プロ
グラムモジュール５ｂを起動し、ステップＳ４のマツチ
ング結果を参照しながら後向きの推論を行う。

元素の存在の可能性を判定する知識としてのルールは、
各Ｘ線分光結晶ごと、さらには元素ごとに異なり、その
数は数百に及ぶので、その−例を次に示す。

例えば、Ｘ線分光結晶Ｃ１のデータ中に元素Ａ１のピー
クがでているかどうかを判断するためのプロダクション
ルールにおいて、 ■　元素Ａｌの判定の際にＸ線分光結晶Ｃ１よりも優先
すべきＸ線分光結晶Ｃ２があれば、Ｘ線分光結晶Ｃ２の
データ中で、元素Ａ１のピークが存在しないということ
がないこと、 ■　Ｘ線分光結晶Ｃ１のデータ中で元素Ａ１の判定に最
も適したピーク（メイン線）が検出されていること、 ■　他の元素線からの妨害などにより、メイン線が検出
されていない可能性がある場合には、メイン線に準する
ピーク（サブ線）が検出されていること、 ■　半価幅、ピーク形状が元素Ａ１のそれと似て−いる
こと、 などの条件を満たず場合に、元素ＡＩの存在の可能性が
あると推定され、元素ＡＩが候補元素として挙げられる
。

上述のように、プロダクションルールの条件は元素ごと
に異なり、例えば、どのＸ線分光結晶のデータを優先さ
せるかは元素ごとに異なっている。

また、元素によっては、ピーク線が妨害を受は得ないも
のもあるので、そのような元素を判定する場合にはピー
ク線のみによって判定が行われることもあり、逆に、ピ
ーク線が妨害を受けやすい元素である場合には、サブ線
の有無を優先的に判定することもある。さらに、多くの
元素はピーク波長に注目すればその存在を推定すること
ができるので、上記■ないし■の条件で十分である場合
が多いが、ピーク波長のみによって判定することが困難
な元素については上記■条件が付加される。

ステップＳ４：前記ステップＳ３の後向き推論中に必要
に応して推論制御部６によってデータ処理部５のマツチ
ング用プログラムモジュール５ｂが起動され、ピークデ
ータ中に、該当Ｘ線分光結晶で分析可能な元素のメイン
線またはサブ線に該当するピークがあるかどうかを、ピ
ークデータと判定基準データ（メイン線／サブ線それぞ
れの波長、ピーク間強度比、半価幅）とを比較して判断
する。

ステップＳ５二上記の後向き推論によってＸ線分光結晶
ごとのピークについて候補元素が挙げられると、データ
処理部５のネーξング用プログラムモジュール５ｂが起
動されて、各ピークに候補になった元素名と線名とがつ
けられる。ある元素のメイン線またはサブ線が特定され
ると、そのＸ線分光結晶の波長テーブルによって、他の
高次線の波長位置も判るので、その部分にピークがあれ
ば、そのピークにも同様にネーミングされる。

ステンプＳ６：前記ステップＳ３の後向き推論によれば
、同じピークに二つ以上の元素名が候補として挙げられ
る場合もある。このような場合、候補に挙げられた全て
の元素名が正しい場合もあるが、何れか一つの候補元素
が正しく、他の候補元素は誤っている場合もある。そこ
で、以下の処理では、後向き推論によって一応候補に挙
げられた元素を確定するために前向きの推論を行ってい
る。この前向き推論のために、モジュール知識８ｄ、８
ｆ、８ｈ、８ｊ、８１が読み出される。

前向き推論用のルールも、前記後向き推論用のルールと
同様に、各Ｘ線分光結晶で分析可能な元素ごとに多数存
在するので、その−例を次に示す。

例えば、前記後向き推論でＸ線分光結晶Ｃ１のデータ中
に存在すると推定された元素Ａ１を確定するためのプロ
ダクションルールにおいて、■　元素Ａ１が候補元素と
して挙がっていること、 ■　元素Ａ１に該当するピークに他の元素の元素線（ピ
ーク）が重なっていないこと、■　他の元素のピークが
重なっている場合は、各々の元素のピーク強度を算出し
、その結果、元素Ａ１のピークが重なっていると確定で
きること、などの条件を満たす場合に、候補元素Ａ１と
して同定された元素名や線名は正しいものとして確定さ
れる。一方、前向き推論において候補元素の存在が否定
された場合には、ステップＳ５で行った当該候補元素の
ネーミングが抹消される。

このような前向き推論では、データ処理部５のピーク強
度計算用プログラムモジュール５ｄの結果を参照しなが
ら、候補元素のうちで確定できるものから順に推論を進
めることによって、全ての候補元素の存在の有無を確定
してゆく。

上述したように、前向き推論で利用されるプロダクショ
ンルールも各元素ごと定められるが、概ね上記■ないし
■の特徴を備えている。ただし、元素によっては、ピー
クが重なり得ないものもあるので、このような元素を判
定するためのプロダクションルールにおいてはピーク強
度は参照されない。

ステップＳ７：以上のようにして、各Ｘ線分光結晶ごと
に候補に挙がった全ての元素について、前向き推論によ
って、候補元素の存在の確認がとられると、その結果は
データ処理部５の結果書き込み用プログラムモジュール
５ｅによって、ピークデータファイル３に書き込まれる
。

以上のようにして、エキスパートシステム４によるｌｔ
Ｉ論処理が終了すると、上述したように表示制御Ｂ部９
がピークデータファイル３の推論結果を読み出して、こ
れをＣＲＴＩＯに表示したり、図示しないプリンタに出
力する。

次表に、上記実施例で行った判定結果の正解率を、従来
装置と比較して示す。

（以下、余白） 一表 なお、前記実施例で説明したプロダクションルールに、
試料の材料に関する知識（例えば、その試料が合金系で
あるか、鉱物系であるか、化合物系であるか、セラミッ
クス系であるか等）を条件として加えるようにすれば、
次のような点で有利である。

■　即ち、判定基準データ記憶手段としての波長テーブ
ル７には各元素ごとのピーク波長が、ある幅（範囲）を
もたせて記憶されているが、試料が例えば化合物であっ
たような場合に、元素によってはピーク波長のシフトが
起こって、判定基準データとしてのピーク波長の範囲を
逸脱することもある。このような場合、予めオペレータ
によって、試料の材料に関する知識をプロダクションル
ールの条件として与えるようにし、それに応じてピーク
波長の範囲を変更した判定基準データを用いてマツチン
グ処理を行うようにすれば、上記のようなピーク波長の
シフトが生じていても、との元素の存在が推定されるの
で、精度のよい判定を行うことができるようになる。

■　また、試料によっては、絶対に存在し得ない元素が
予め判っていることがあるから、このような場合には、
その元素をマツチング処理などの対象から最初から外す
ことによって、判定の高速化を図ることができる。

また、上述の実施例ではＥＰＭＡを例にとって説明した
が、本発明は次のような定性分析装置にも適用すること
ができる。

（１）螢光Ｘ線分析装置 螢光Ｘ線分析装置は、試料にＸ線を照射し、放出される
２次Ｘ線を分光分析する装置であるが、検出されるスペ
クトルデータはＥＰＭＡの場合と同様であるので、上述
した実施例と同様の元素判定法を適用することができる
。

（２）粉末Ｘ線分光分析装置 粉末Ｘ線分光分析装置は、粉末試料に照射したＸ線が反
射される角度を検出する装置である。検出された反射角
は試料中の化合物（例えば、石英、酸化鉄など）に応じ
た固有のものであり、検出されたピークデータを、予め
記憶している複数種類の化合物の判定基準データとマツ
チングすることによって、試料中の化合物が同定される
。この同定処理過程において、分析し得る化合物ごとに
作成されたプロダクシゴンルールに用いて試料中の化合
物を推論することができる。

（３）赤外線吸収スペクトル分析装置 赤外線吸収スペクトル分析装置は、波長を連続的に変化
させた赤外線を試料に照射し、そのとき吸収される赤外
線のスペクトルを測定する装置である。赤外線吸収は、
試料の分子中の結合基に固有のスペクトルを示すので、
予め存在が予想される複数種類の物質のスペクトルデー
タを判定基準データとしてデータベースに記憶しておき
、各判定基準データと検出データとをマツチングするこ
とによって、試料中の分子を同定することができる。こ
の分析法では、一つの分子について複数のスペクトルが
得られ、しかも、これらのデータは他の分子のデータと
重なり合うことがあるので、このようなデータを判定す
る場合にも、本発明を適用することができる。

Ｇ６発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明によれば、採
取されたスペクトルデータから得られたピークデータと
、分析対象となる物質を同定するための基準となる各物
質ごとの判定基準データとのマツチングの結果を参照し
て、当該ピークデータの物質名を推論していく上で、各
物質ごとに条件設定された固有のプロダクシゴンルール
を用いて推論しているから、従来例のように各物質を画
一的なルールで判定していた場合に比較して、試料中の
物質の存在の可能性を正確に推定することができる。

また、後向き推論によって存在する可能性がある元素を
候補として挙げた後に、その候補元素を確定するために
前向きに推論していく上で、各物質ごとのプロダクシゴ
ンルールを用い、必要により前記ルール中で候補物質の
ピーク強度が確定するかどうかを判断しているから、後
向き推論において一つのピークデータに対して二つ以上
の物質名が候補に挙がったような場合にも、各候補物質
の存在の可能性を精度よく確定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るＥＰＭＡ自動定性分
析装置の概略構成を示したブロック図、第２図は装置の
エキスパートシステム部分のプログラムモジュールとデ
ータの流れを示したブロック図、第３図は波長テーブル
の説明図、第４図はエキスパートシステムで行われる推
論処理のフローチャートである。 １・・・電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）２・・
・データ採取部 ３・・・ピークデータファイル ４・・・エキスパートシステム ５・・・データ処理部 ５ｂ・・・マツチング用プログラムモジュール５ｄ・・
・ピーク強度計算用プログラムモジュール６・・・推論
制御部 ７・・・波長テーブル ８・・・知識ベース ８ｃ、８ｅ、８ｇ、８ｉ、８ｋ ・・・後向き推論用モジュール知識 ８ｄ、８ｆ、８ｈ、８ｊ、ＢＮ ・・・前向き推論用モジュール知識

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）採取されたスペクトルデータからピークデータを
   検出し、各々のピークデータに該当する物質名を同定す
   る自動定性分析装置において、その装置で分析すること
   が可能な複数種類の物質について、各々の物質を同定す
   るための基準となる個別の判定基準データを記憶した判
   定基準データ記憶手段と、前記スペクトルデータ中のピ
   ークデータと前記判定基準データとのマッチングをとる
   マッチング処理手段と、前記マッチングの結果を参照し
   つつ各物質ごとの「ＩＦ〜ＴＨＥＮ・・・」形式のプロ
   ダクションルールを用いて当該ピークデータに該当する
   物質名を後向きに推論する後向き推論手段とを備えたこ
   とを特徴とする自動定性分析装置。
2. （２）請求項（１）に記載の自動定性分析装置において
   、後向き推論手段によって存在の可能性があると判断さ
   れた候補物質について、必要によりピーク強度を算出す
   るピーク強度算出手段と、前記ピーク強度算出手段によ
   って算出されたピーク強度を参照して物質名を同定する
   ための条件を含んだ各物質ごとの「ＩＦ〜ＴＨＥＮ・・
   ・」形式のプロダクションルールを用いて前記候補物質
   の存在を確定する前向き推論手段とを備えた自動定性分
   析装置。