JPH08101064A - ベースライン推定作成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 サンプルのスペクトルを測定するスペクトル
測定工程と、測定スペクトルデータからベースライン側
に向いたピークポイントを検出するピークポイント検出
工程と、該各ピークポイントの強度変化が全体として増
加傾向、或いは減少傾向にあるかを判別する強度傾向判
別工程と、前記判別結果の傾向に合致させ、各ピークポ
イントの強度値が単調増加、或いは単調減少となるよう
なピークポイントのみを選択する採用ポイント選択工程
と、該各採用ポイントが近似する直線、或いは高次曲線
をベースラインとして作成するベースライン作成工程
と、を備えたことを特徴とするベースライン推定作成方
法。 【効果】 測定スペクトルデータからサンプルに起因し
ないピークポイントのみを選択してベースラインを推定
作成するので、サンプル自身のデータに影響を受けない
正確なベースラインを得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はベースライン推定作成方
法及びその装置、特に赤外スペクトルデータに含まれ
る、単調増加或いは単調減少する曲線ベースラインの作
成方法及びその装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、試料に測定光を透過させ、得ら
れた吸収スペクトルデータの透過率（吸光度）のピーク
から該試料に含まれる成分の同定或いは定量を行なう分
光光度計が周知である。ところで、前記測定スペクトル
データには、バックグランドが重畳している場合が多
い。前記バックグランドとは、溶媒などによる光吸収
や、分光光度計が設置された環境条件、或いは使用する
分光光度計独自の特性など、試料以外の要因が測定光に
影響を与えるものであり、試料のみから得られる真のス
ペクトルデータを歪ませる原因となってしまう。

【０００３】従って、前記測定スペクトルデータからで
は正確な試料分析ができない場合も多く、前記バックグ
ランドノイズを除去した補正スペクトルデータを得なけ
ればならない。つまり、前記測定スペクトルデータのバ
ックグランド部分はベースラインと呼ばれ、測定スペク
トルデータからこのベースライン部分を差引いて、試料
のみに起因する補正スペクトルデータを得るのである。
そして、前記ベースラインは、従来測定スペクトルデー
タを目視して、その形状から分析技術者が推定して作成
していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ベ
ースラインは前述したように種々の要因が関係してお
り、該ベースラインを推定作成するにあたって一定の手
順や法則がある訳ではなく、得られたデータ毎に分析技
術者が経験に基づく知識と感を頼りに行なわざるを得な
かった。ここで、前記ベースライン強度が測定波長全域
にわたって略一定である場合には、該ベースラインの推
定作成はそれ程困難なものではない。つまり、この場
合、例えば前記透過率測定においては、測定スペクトル
データ全体から最も透過率の高い値をそのまま測定波長
全域のベースライン強度として適用してしまえばよい。

【０００５】しかし、測定光に赤外線を用いた赤外分光
光度計の場合、長波長側にいく程ベースライン強度が単
調増加、或いは単調減少を示すベースラインとなること
が多く、中でも白濁したＫＢｒ錠剤法による試料や、カ
ーボンを多く含むゴムのＡＴＲ測定など、前記ベースラ
イン強度の変化によりベースラインが曲ってしまうもの
も数多くある。そして、このように単調増加、或いは単
調減少した強度変化を伴うベースラインを、従来のよう
な分析技術者の知識と感によって正確に推定作成するた
めには、該分析技術者に相当の経験が要求され、また作
成されたベースラインの正確度にもバラツキが出やす
く、補正したスペクトルデータの信頼性も安定しないと
いう課題があった。

【０００６】しかも、薬局方の確認試験にもあるよう
に、最近二つのスペクトルの類似度を求めることが増え
てきており、相関係数その他の手法を用いて該類似度を
計算する場合、前記ベースラインの曲りを正確に除去し
ないと該曲りの影響が二つのスペクトルピークの違いよ
り大きくなって類似度測定ができないという問題もあ
り、容易かつ正確なベースライン作成の必要性が高まっ
ている。さらに、最近では省力化の要請に伴い自動分析
が一般に利用されるようになり、前記ベースラインが曲
っているような場合でも、従来のような分析技術者によ
るものではなく、無人運転を行い得るベースラインの自
動推定作成も強く要望されている。

【０００７】なお、前記ベースラインの自動推定作成
は、従来においても測定スペクトルデータをスムージン
グした後、該スペクトル全体に近似した直線或いは多次
曲線をベースラインとしてコンピュータ計算により求め
たり、測定スペクトルデータ全体をローパスフィルタに
かけてベースラインを求める方法によっては行なわれて
いた。しかし、図５及び図６にも示すように、特にサン
プルのピークが現れている波長部分において従来の方法
で求めたベースラインは、真のベースラインから大きく
外れてしまい、正確なベースラインを得ることができな
かった。これは、本来ベースラインはサンプルに起因し
ないノイズを現すものであるのに、従来の方法はベース
ラインを求める元の計算データにサンプルのピーク自身
も含んでしまっているからである。

【０００８】本発明は前記従来技術の課題に鑑がみ為さ
れたものであり、その目的は単調増加、或いは単調減少
のように波長によって強度変化するベースラインであっ
ても、容易かつ正確に、また自動作成も可能なベースラ
イン推定作成方法及びその装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかるベースライン推定作成方法は、スペク
トル測定工程と、ピークポイント検出工程と、強度傾向
判別工程と、採用ポイント選択工程と、ベースライン作
成工程と、を備え、また本発明にかかるベースライン推
定装置は、スペクトル測定手段と、ピークポイント検出
手段と、強度傾向手段と、採用ポイント選択手段と、ベ
ースライン作成手段と、を備えたことを特徴とする。前
記スペクトル測定工程及びスペクトル測定手段は、サン
プルのスペクトルを測定する。前記ピークポイント検出
工程及びピークポイント検出手段は、前記測定で得られ
た測定スペクトルデータからベースライン側に向いたピ
ークポイントを検出する。前記強度傾向判別工程及び強
度傾向判別手段は、検出された各ピークポイントの強度
変化が全体として増加傾向、或いは減少傾向にあるかを
判別する。前記採用ポイント選択工程及び採用ポイント
選択手段は、前記判別結果に基づき、その傾向に合致さ
せ、各ピークポイントの強度値が単調増加、或いは単調
減少となるようなピークポイントのみを選択する。

【００１０】また、前記ベースライン作成工程及びベー
スライン作成手段は、前記選択された各採用ポイントが
近似する直線、或いは高次曲線をベースラインとして作
成する。なお、前記ピークポイント検出工程及びピーク
ポイント検出手段は、所望の波長領域毎に測定スペクト
ルデータを区分し、各区分内においてベースライン側に
向いている最大強度、もしくは最小強度のピークポイン
トを検出しても好適である。

【００１１】

【作用】測定で得られた測定スペクトルデータには、サ
ンプルに起因するスペクトル強度の変化によって幾つも
のピークポイントが存在する。つまり、波長の変化に伴
ってスペクトル強度が上昇或いは下降を示す時、該上昇
と下降の転換点がピークポイントとなって現れる。この
時、前記ピークポイントには、スペクトル強度が上昇か
ら下降に転換する向きと、下降から上昇に転換する向き
との２方向のピークポイントが存在するが、該２方向の
一方はベースライン側に向いている。即ち、例えば吸収
スペクトルデータにおいて、属性が透過率の場合にはベ
ースラインは測定スペクトルデータより強度の高い側に
位置していることだけは明らかなため、この時のベース
ライン側に向いているピークポイントとは、透過率が上
昇から下降に転換した場合に生じる。また、前記属性が
吸光度の場合には、ベースラインは逆に測定スペクトル
データより強度の低い側に位置していることだけは明ら
かなため、この時のベースライン側に向いているピーク
ポイントとは、吸光度が下降から上昇に転換した場合に
生じる。

【００１２】そして、サンプルに起因しない測定スペク
トルデータの波長領域においては、前記ベースライン側
に向いているピークポイントの強度がその波長における
純粋なベースライン強度となる。但し、前記ベースライ
ン側に向いているピークポイントが全てベースライン強
度を示すわけではない。つまり、サンプルに起因する測
定スペクトルデータの波長領域の間でスペクトル強度の
上昇と下降が繰返されると、ベースライン側に向いてピ
ークポイントであっても、該ピークポイント強度にはサ
ンプルの影響がなお含まれるため、純粋なベースライン
強度を示しているものとは言えないのである。そして、
本発明にかかるベースライン推定作成方法及びその装置
は、前述したように、測定スペクトルデータから前記ベ
ースライン側に向いたピークポイントを検出した後、ま
ず該検出ピークポイントが全体として増加傾向、或いは
減少傾向にあるかを判別する。

【００１３】つまり、前記検出ピークポイントには、前
述したようにベースライン強度とは異なるものも含まれ
てはいるが、全体の強度変化の傾向としてはベースライ
ンの傾向と一致する。そして、前記判別した傾向に合致
するピークポイントのみを、前記検出ピークポイントの
中から選択し、これをベースラインを推定作成する基準
となるポイントとして採用する。つまり、前記判別した
結果が短波長側から長波長側に向って増加傾向である場
合には、ピークポイントも短波長側から長波長側に向っ
てその強度が単調増加するように選択し、逆に判別結果
が減少傾向の場合には、ピークポイントも単調減少する
ように選択する。即ち、前記検出されたピークポイント
の内、前述したサンプルに起因するスペクトル強度を含
んでいるものはベースライン上から外れるため、該ベー
スラインの強度変化傾向をも損わせるような強度値を示
しているはずである。

【００１４】従って、このようなピークポイントを排除
すれば、残ったピークポイントはサンプルに起因しない
純粋なベースライン強度を示したものだけとなり、これ
を採用ピークポイントとして選択し、各採用ピークポイ
ントが近似する直線、或いは高次曲線をベースラインと
して推定することにより、誤差の少ない正確なベースラ
イン作成が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には、本発明の一実施例にかかるベース
ライン推定作成方法を行なうための推定作成装置の構成
説明図が示されている。同図に示すベースライン推定作
成装置は、スペクトル測定手段としてのスペクトル測定
部１０と、ピークポイント検出手段、強度傾向判別手
段、採用ポイント選択手段、及びベースライン作成手段
としてのＣＰＵ１２、ＲＯＭ１４、及びＲＡＭ１６とを
備えている。

【００１６】同図において、まずスペクトル測定工程と
して、前記スペクトル測定部１０によりサンプルの吸収
スペクトルが測定され、該測定結果はＣＰＵ１２におい
て測定スペクトルデータとして処理される。そして、ピ
ークポイント検出工程として、前記ＣＰＵ１２の測定ス
ペクトルデータからベースライン側に向いたピークポイ
ントが検出される。該ピークポイント検出は、ＲＯＭ１
４に予め入力された検出のための演算式がＣＰＵ１２に
呼出されて行なわれ、該演算式に基づき短波長側から検
出されたピークポイントのデータが順次ＲＡＭ１６に記
憶される。

【００１７】次に、前記ピークポイント検出が終了する
と、全ピークポイントのデータがＲＡＭ１６からＣＰＵ
１２に呼出されると共に、強度傾向判別工程として、全
ピークポイントの強度変化の傾向を判別するための演算
式がＲＯＭ１４から呼出される。そして、前記演算式に
よる演算結果からピークポイントの強度変化傾向が判別
され、その判別結果に基づき採用ポイント選択工程とし
て、再びＲＡＭ１６から検出ピークポイントのデータ
が、またＲＯＭ１４から該判別結果に対応した演算式が
ＣＰＵ１２に呼出され、採用ピークポイントを選択する
ための演算が行なわれる。

【００１８】さらに、前記演算結果に基づき、検出ピー
クポイントの中から選択された採用ピークポイントがＲ
ＡＭ１６に順次記憶される。そして、該演算終了後にベ
ースライン作成工程として、前記採用ピークポイントが
ＲＡＭ１６から、またベースライン作成のための演算式
がＲＯＭ１４からそれぞれＣＰＵ１２に呼出され、演算
結果をベースラインとして出力する。次に、前記各工程
の内容を図２に示すフローチャート図、及び図３に示す
吸収スペクトルデータに基づき具体的に説明する。

【００１９】まず、測定で得られた吸収スペクトルデー
タ（ステップ２０）を、スムージング処理して細かいノ
イズを除去する（ステップ２２）。そして、該スムージ
ング処理後の吸収スペクトルデータから、ベースライン
側に向いたピークポイントをスペクトルデータの属性に
対応した演算式に基づき短波長側から順に検出する（ス
テップ２４）。つまり、図３に示す属性が透過率の吸収
スペクトルの場合には、ベースラインは同図において吸
収スペクトルデータより透過率の高い上方側にあるた
め、前記ベースライン側に向いたピークポイントとは、
透過率が上昇から下降に転換したピークポイント（同図
（Ａ）の○印）を意味する。なお、前記属性が吸光度の
場合には、ベースラインは吸収スペクトルデータより吸
光度の低い下方側にあるため、この時の検出ピークポイ
ントは吸光度が下降から上昇に転換したピークポイント
となる。そして、前記検出されたピークポイントには、
その波長におけるベースライン強度と略一致するものが
点在している。つまり、サンプルの光吸収はある特定波
長においてのみ生じるため、サンプルの光吸収がない波
長における検出ピークポイントの強度はベースライン強
度とみなすことができる。但し、サンプルの光吸収があ
る波長領域においてもその吸収の程度の変化によりピー
クポイントが生じるため、前記検出ピークポイントの中
にはベースライン強度を示していないものも当然含まれ
ている。

【００２０】次に、前記検出されたピークポイントのデ
ータを元に直線回帰分析を行なう（ステップ２６）。こ
の結果、回帰直線が右上がりであればスペクトル強度は
増加傾向であり、右下がりであれば減少傾向であること
が判別される（ステップ２８）。つまり、前記図３
（Ａ）においては、○印の各検出ピークポイントから直
線回帰分析を行なって得られた回帰直線は右上がりであ
るため、増加傾向と判別される。そして、前記判別の結
果が増加傾向であればベースラインの強度変化も増加傾
向であり、減少傾向であればベースラインの強度変化も
減少傾向であると推定することができる。即ち、前記検
出ピークポイントには、確かにベースライン強度と異な
るスペクトル強度を示しているものも含まれてはいる
が、前述したようにベースライン強度と略一致するピー
クポイントも測定波長全域に点在しているため、強度変
化の傾向としては前記回帰直線とベースラインは一致す
るはずである。

【００２１】次に、前記判別結果が増加傾向である場合
には、検出ピークポイントの中からそのスペクトル強度
が短波長から長波長に向けて単調増加するものだけをベ
ースライン作成のための採用ピークポイントとして選択
する（ステップ３０）。即ち、前記採用ピークポイント
を短波長側から順にｋ₁，ｋ₂…ｋ_nとすると、そのスペ
クトル強度がｋ₁＜ｋ₂＜…＜ｋ_nとなるように選択する
のである。従って、前記図３（Ａ）に示した○印の検出
ピークポイントからは、同図（Ｂ）に示す●印の検出ピ
ークポイントのみが採用ピークポイントとして選択され
る。一方、前記判別結果が減少傾向である場合には、検
出ピークポイントの中からそのスペクトル強度が短波長
から長波長に向けて単調減少するものだけを採用ピーク
ポイントとして選択する（ステップ３２）。

【００２２】ここで、前記採用ピークポイントとは、そ
の波長におけるベースライン強度と略一致するものだけ
を選択したものとみなすことができる。つまり、前記単
調増加、或いは単調減少を成立させない検出ピークポイ
ントとは、ベースラインの強度変化傾向を乱すものであ
り、サンプルによる光吸収の影響を受けているものと考
えられる。従って、このようなピークポイントを検出ピ
ークポイントから除外することにより、サンプルの光吸
収がないベースライン強度と一致するピークポイントだ
けを選択することができる。

【００２３】そして、前記採用ピークポイントから最小
二乗法などによる回帰分析を行ない（ステップ３４）、
さらに該回帰分析から得られる関数式に基づき直線、或
いは高次曲線でベースラインを作成する（ステップ３
６）。即ち、前記ベースライン強度と略一致する採用ピ
ークポイントが近似する関数式から前記図３（Ｂ）に示
すように全体のベースラインを直線、或いは高次曲線で
推定するのである。なお、前記図５に示すスペクトルデ
ータから本発明にかかる方法により推定作成したベース
ラインが図４に示されている。同図からも明らかなよう
に、前記図５で示した真のベースラインと比較し、誤差
の極めて少ないベースラインが得られることが理解され
る。そして、図４に示すベースラインを測定スペクトル
データから差引いて、該測定スペクトルデータを補正す
ることによりバックグランドノイズが除去された高精度
のスペクトルデータを得ることが可能となる。

【００２４】以上のように、本発明にかかるベースライ
ン推定作成方法及びその装置は、測定スペクトルデータ
からベースラインを推定作成するにあたって、サンプル
による光吸収の影響を受けない純粋にベースライン強度
を示すピークポイントのみから算出するため、得られた
ベースラインにはサンプルに起因するデータは含まれ
ず、正確なベースライン作成が可能となる。また、ベー
スライン推定作成に必要な演算式を予めＲＯＭに入力し
ておき、ＣＰＵにおいて演算処理を行なうため、操作者
を要することなくベースラインの自動推定作成ができる
とともに、常に信頼性の安定したベースラインを得るこ
とが可能となる。

【００２５】なお、本実施例においては、測定スペクト
ルデータからベースライン側に向いたピークポイントを
全て検出して検出ピークポイントとしたが、該測定スペ
クトルデータを所定の波長毎に区分し、該区分内におい
てベースライン方向の最大、或いは最小強度のピークポ
イントのみを検出して検出ピークポイントとすることも
好適である。即ち、全ピークポイントを検出すれば、よ
り正確なベースラインを得ることはできるかもしれない
が、データ処理の時間は長くなってしまう。一方、測定
波長全域に分散して所定波長毎に検出ピークポイントを
得れば、ベースラインの精度をそれ程低下させることは
ない。従って、適当と思われる数に測定スペクトルデー
タを分割して、前述したように各区分内から一つづつピ
ークポイントを検出すればベースラインの精度を保ちつ
つデータ処理の時間を短縮することが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるベ
ースライン推定作成方法及びその装置によれば、測定ス
ペクトルデータからサンプルに起因しないピークポイン
トのみを選択してベースラインを推定作成するので、サ
ンプル自身のデータに影響を受けない正確なベースライ
ンを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるベースライン推定作
成装置の概略構成の説明図である。

【図２】本発明の一実施例にかかるベースライン推定作
成方法のフローチャート図の説明図である。

【図３】本発明の一実施例にかかるベースライン推定作
成方法の各工程における具体的処理の説明図である。

【図４】本発明にかかるベースライン推定作成方法及び
その装置により、作成されたベースラインの説明図であ
る。

【図５】，

【図６】従来の方法により作成されたベースラインの説
明図である。

【符号の説明】

１０ … スペクトル測定部 １２ … ＣＰＵ １４ … ＲＯＭ １６ … ＲＡＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプルのスペクトルを測定するスペク
   トル測定工程と、 前記測定で得られた測定スペクトルデータからベースラ
   イン側に向いたピークポイントを検出するピークポイン
   ト検出工程と、 前記検出された各ピークポイントの強度変化が全体とし
   て増加傾向、或いは減少傾向にあるかを判別する強度傾
   向判別工程と、 前記判別結果に基づき、その傾向に合致させ、各ピーク
   ポイントの強度値が単調増加、或いは単調減少となるよ
   うなピークポイントのみを選択する採用ポイント選択工
   程と、 前記選択された各採用ポイントが近似する直線、或いは
   高次曲線をベースラインとして作成するベースライン作
   成工程と、を備えたことを特徴とするベースライン推定
   作成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のベースライン推定作成方
   法において、 前記ピークポイント検出工程が、 所望の波長領域毎に測定スペクトルデータを区分し、各
   区分内においてベースライン側に向いている最大強度、
   もしくは最小強度のピークポイントを検出することを特
   徴とするベースライン推定作成方法。
3. 【請求項３】 サンプルのスペクトルを測定するスペク
   トル測定手段と、 前記測定で得られた測定スペクトルデータからベースラ
   イン側に向いたピークポイントを検出するピークポイン
   ト検出手段と、 前記検出された各ピークポイントの強度変化が全体とし
   て増加傾向、或いは減少傾向にあるかを判別する強度傾
   向判別手段と、 前記判別結果に基づき、その傾向に合致させ、各ピーク
   ポイントの強度値が単調増加、或いは単調減少となるよ
   うなピークポイントのみを選択する採用ポイント選択手
   段と、 前記選択された各採用ポイントが近似する直線、或いは
   高次曲線をベースラインとして作成するベースライン作
   成手段と、を備えたことを特徴とするベースライン推定
   作成装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のベースライン推定作成装
   置において、 測定スペクトルデータを所望の波長領域毎に区分するデ
   ータ区分手段を備え、 前記ピークポイント検出手段におけるピークポイント検
   出を、前記区分された各区分内データにおいてベースラ
   イン側に向いている最大強度、もしくは最小強度のピー
   クポイントを検出することを特徴とするベースライン推
   定作成装置。