JPH09288005A

JPH09288005A - 近赤外分光分析計用変換器

Info

Publication number: JPH09288005A
Application number: JP10212796A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Onimura; 邦治鬼村; Masako Tsukamoto; 理子塚本; Hisao Katakura; 久雄片倉; Masahito Amamiya; 正仁雨宮; Tomoaki Nanko; 智昭南光; Katsuhisa Tsuda; 勝久津田; Akihiro Murata; 明弘村田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2016-04-24
Also published as: JP3237692B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オンライン測定か、検量線の作成中かによっ
て、適切な構成を採択できる近赤外分光分析計用変換器
を提供すること。【解決手段】プローブ１０を用いて近赤外分光器２０
により被測定体の試料スペクトルを測定し、この試料ス
ペクトルを入力する分光スペクトル入力部３０と、分析
対象となる成分の検量線を記憶する検量線記憶部４０
と、この検量線記憶部に記憶された検量線を用いて、こ
の分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペクト
ルに対して性状値の演算を行う手段５０と、この性状値
演算手段で演算された性状値を時系列に出力する手段６
０と、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料
スペクトルを、検量線作成演算部８０で検量線を作成す
るデータ形式に変換する作成用スペクトル変換部７０
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルを当該性状値演算手段に送るか、当該作成用ス
ペクトル変換部に送るかを指定するモード設定部９０と
を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重化学工業プロセ
スの成分濃度や物理的特性をオンライン測定するのに用
いて好適な近赤外分光分析計に掛り、特に高い操作性と
保守作業を円滑にする近赤外分光分析計用変換器の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近赤外分光分析計は、例えば横河技報第
３８巻(1994)第３３頁に記載されている。近赤外領域
は、Ｃ−Ｈ，Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ等の各官能基の基本振動の
倍音または２倍音の吸収帯であり、吸収係数が小さい。
そこで、液体または固体（粉体）サンプルを予め希釈す
る等の前処理が不要で、赤外分光分析に比較して、オン
ラインプロセスの成分濃度を直接リアルタイムに測定す
る用途に適している。

【０００３】しかし、近赤外分光分析にあたっては、各
官能基の吸収が複雑に重なりあった吸収スペクトルが拡
がっている。従って、成分分析を行うためには、ケモメ
トリクス(chemometrics)と呼ばれる多変量解析が必要に
なる。この多変量解析は、例えば相島鐵郎著『ケモメト
リックス』(1992)に説明されている。

【０００４】図８は近赤外分光分析計における検量線作
成とオンライン測定の手順を説明する流れ図である。ま
ず、従来の分析法で性状値Ｙの値付けを行ったサンプル
群を用意する（Ｓ１０）。次に、用意されたサンプル群
の近赤外吸収スペクトルを近赤外分光分析計を用いて測
定する（Ｓ２０）。そして、データ処理装置を用いて最
適検量式を作成する（Ｓ３０）。Ｙ＝Σａpｘp (1) ここで、ｘpは波長ｐでの吸光度、ａpは波長ｐでの係数
である。このデータ処理にあたっては、前述のケモメト
リクスの一種であるＰＬＳ(partial least squares)回
帰分析を用いるとよい。ＰＬＳ回帰分析とは、説明変数
と目的関数の両関数に誤差を仮定し、潜在的な因子を抽
出するに際して説明変数と目的関数をともに利用するも
ので、多重共線性と試料数と変数の問題も同時に解決で
きるという利点がある。

【０００５】好ましくは、別のサンプルを用いて予測精
度の評価を行う（Ｓ４０）。比較結果が充分な精度を満
たしている場合には、検量線のパラメータをデータ処理
装置から近赤外分光分析計にダウンロードする（Ｓ５
０）。最適検量線をダウンロードした後は、近赤外分光
分析計の内蔵プロセッサを用いて、オンラインリアルタ
イム測定により性状値の測定をする（Ｓ６０）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
構成によると、オンライン測定に当たっては近赤外分光
分析計がプロセスに組み込まれている状態なので、変換
器と近赤外分光器で動作可能であり、オペレータとのマ
ンマシン・インターフェイスを考慮する必要性は小さ
い。他方、検量線を作成するに当たっては、ケモメトリ
クスのような複雑な演算処理が必要となるので、近赤外
分光分析計とデータ処理装置とのデータ授受に対する配
慮が必要になる。

【０００７】更に、近赤外分光分析計をオンライン測定
用に用いる場合には、設備価格と他の分析機器との優位
性を保持する観点から、主たる用途が多流路多成分分析
になっている。この場合、オペレータが個別流路につい
てどの検量線を用いるのかを設定する作業が煩雑であ
り、オペレータとのマンマシン・インターフェイスを考
慮する必要性が高い。また、近赤外分光分析計の測定結
果を信頼性あるものにするために、光源の寿命のような
保守管理を行うことで、オペレータの設備管理を容易に
したいという要請もある。

【０００８】本発明はこのような課題を解決したもの
で、第一の目的はオンライン測定か、検量線の作成中に
よって、適切な構成を採択できる近赤外分光分析計用変
換器を提供することにある。第二の目的は、多流路多成
分分析の場合にも流路と検量線との対応付けの容易なモ
ードを有する近赤外分光分析計用変換器を提供すること
にある。第三の目的は、変換器側で近赤外分光器の寿命
部品の稼働状態を観測することで、近赤外分光分析計の
測定結果を信頼性あるものを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の目的を達成する第
１の発明は、プローブ１０を用いて近赤外分光器２０に
より被測定体の試料スペクトルを測定し、この試料スペ
クトルを入力する分光スペクトル入力部３０と、分析対
象となる成分の検量線を記憶する検量線記憶部４０と、
この検量線記憶部に記憶された検量線を用いて、この分
光スペクトル入力部に入力された前記試料スペクトルに
対して性状値の演算を行う手段５０と、この性状値演算
手段で演算された性状値を時系列に出力する手段６０
と、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルを、検量線作成演算部８０で検量線を作成する
データ形式に変換する作成用スペクトル変換部７０を備
えている。

【００１０】第１の発明の構成によれば、オンライン測
定モードでは、近赤外分光器２０から分光スペクトル入
力部３０に送られた試料スペクトルに対して、性状値演
算部５０は検量線記憶部４０に記憶された検量線を演算
して、性状値出力部６０に送っている。変換器単体で動
作するモードである。スペクトル測定モードでは、近赤
外分光器２０から分光スペクトル入力部３０に送られた
試料スペクトルに対して、作成用スペクトル変換部７０
でデータ形式の変換を行い、検量線作成演算部８０によ
るケモメトリクスを用いた演算を容易にする。検量線作
成演算部８０は、変換器に接続されるデータ処理装置を
想定したもので、演算された検量線は検量線記憶部４０
にダウンロードされる。

【００１１】第２の目的を達成する第２の発明は、第１
の発明の構成要素であるプローブを複数とし、若しくは
プローブに接続される流路を複数とし、検量線記憶部４
０に記憶された検量線を複数にして、多流路多成分分析
に適するように構成したものである。即ち、モード設定
部では、上述のオンライン測定モードとスペクトル測定
モードに加えて、パラメータ設定モードを設けている。
パラメータ設定モードでは、流路検量線対応設定部と出
力信号態様設定部の内容を設定している。

【００１２】第１及び第３の目的を達成する第３の発明
は、第１の発明の構成要素に加えて、近赤外分光器を構
成する寿命部品の稼働状態を管理する手段を有してい
る。そして、モード設定部では、上述のオンライン測定
モードとスペクトル測定モードに加えて、メンテナンス
モードを設けている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図で
ある。図において、プローブ１０は、測定対象となるサ
ンプルから試料スペクトルを採取するのに用いるもの
で、その態様は次のものがある。第１はサンプルをビー
カ等に分取して、プローブをビ−カに挿入する測定法で
あり、第２は管路で接続されるサンプルを直接プローブ
で測定する手法であり、第３はプロセスの反応釜にある
サンプルにプローブを挿入する測定法である。近赤外分
光器２０は、波長帯域が0.9〜2.5μｍの近赤外光の吸光
度をサンプルについて測定し、測定スペクトルを出力す
るもので、例えば横河技報第３９巻第１１７頁(1995)に
開示されているフーリエ分光器を用いる。

【００１４】分光スペクトル入力部３０は、近赤外分光
器２０から送られる測定スペクトルを入力して、変換器
での処理に適するように情報の加工を行うもので、例え
ばオンライン測定ではノイズの影響を低減するため測定
スペクトル１６回について平均をとる。検量線記憶部４
０は、分析対象となる成分の検量線を記憶している。性
状値演算部５０は、検量線記憶部４０に記憶された検量
線を用いて、分光スペクトル入力部３０に入力された試
料スペクトルに対して性状値の演算を行う。性状値出力
部６０は、性状値演算部５０で演算された性状値を時系
列に出力する。出力データ表示部６５は、性状値出力部
６０から送られる時系列データをオペレータが視認でき
るように表示するもので、ＣＲＴ・液晶や記録計等が用
いられる。

【００１５】作成用スペクトル変換部７０は、分光スペ
クトル入力部３０に入力された試料スペクトルを、検量
線作成演算部８０で検量線を作成するデータ形式に変換
するものである。検量線作成演算部８０は、ＰＬＳ回帰
分析等のケモメトリクス演算を実行するもので、演算内
容が複雑なことから、データ処理用コンピュータを変換
器に適宜に接続して用いる。検量線作成演算部８０の演
算した検量線は、検量線記憶部４０に格納される。

【００１６】モード設定部９０は、オンライン測定モー
ドとスペクトル測定モードとを切り替えて、分光スペク
トル入力部３０に出力すると共に、メンテナンスモード
では保守作業に便利な状態にする。そして、オンライン
測定モードでは、近赤外分光器２０から分光スペクトル
入力部３０に送られた試料スペクトルに対して、性状値
演算部５０は検量線記憶部４０に記憶された検量線を演
算して、性状値出力部６０に送っている。変換器単体で
動作するモードである。スペクトル測定モードでは、サ
ンプルは作成用サンプルとして性状値が他の測定法によ
り測定されているものであって、プローブ１０を介して
近赤外分光器２０による測定がなされる。測定スペクト
ルは近赤外分光器２０から分光スペクトル入力部３０に
送られ、作成用スペクトル変換部７０でデータ形式の変
換を行い、検量線作成演算部８０でのデータ読み込みを
容易にする。検量線作成演算部８０は、変換器に接続さ
れるデータ処理装置を想定したもので、演算された検量
線は検量線記憶部４０にダウンロードされる。メンテナ
ンスモードでは、近赤外分光器２０を監守してレーザー
やランプ等の寿命部品の稼働時間が交換時期に至ったか
否かを判断する。

【００１７】図２は、スペクトル測定モードにおけるモ
ード設定部９０の画面の一例を示す図である。ここで
は、横軸が波数［ｃｍ^-1］、縦軸が吸光度になってい
る。サンプル番号、プローブの接続される流路番号
は、”▲”、”▼”キーを操作して昇降させる。画面に
はサンプル番号と流路番号から定まる測定スペクトルが
表示される。必要に応じて、指定された波数（若しくは
波長）における吸光度の値を表示させてもよい。

【００１８】図３は、オンライン測定モードにおけるモ
ード設定部９０の画面の一例を示す図である。時系列デ
ータの表示画面は、トレンド画面とも呼ばれ、ここでは
６個の画面に区分され、それぞれのトレンドデータが表
示されている。このような分画画面は、多数のデータを
一覧表示するのに便利である。

【００１９】図４は、メンテナンスモードにおけるモー
ド設定部９０の画面の一例を示す図である。近赤外分光
器２０における寿命部品であるランプとレーザの累積使
用時間と標準的な寿命時間がそれぞれ表示されている。
また、変換器に内蔵されているＲＯＭのバージョン管理
も行っている。入出力接点に短絡や破断等の故障が生じ
たり、寿命部品が損壊したときは、故障箇所の表示欄に
適宜の表示を行うと、オペレータにとって便利である。

【００２０】図５は本発明の他の実施例を示す構成ブロ
ック図である。ここでは、プローブ１０を複数にして多
流路多成分の分析に適する構成としている。図１と比較
すると、流路検量線対応設定部４５と出力信号態様設定
部５５が付加されると共に、モード設定部９０にはパラ
メータ設定モードが付加されている。図において、近赤
外分光器２０には、複数のプローブ１０を接続すること
ができ、例えば原料工程と製品工程を同時に測定でき
る。好ましくは、各プローブ１０に多流路と接続される
サンプリング装置を接続すると、一個のプローブで多流
路の試料の測定が可能になる。分光スペクトル入力部３
０では、何れのプローブ１０の何れの流路に対する測定
スペクトルであるか判別して、近赤外分光器２０から入
力する。

【００２１】検量線記憶部４０は、分析対象となる成分
に関する複数の検量線を記憶する。流路検量線対応設定
部４５は、各プローブに対応する検量線記憶部４０に記
憶された検量線を定める。プローブ１０がサンプリング
装置を介して多流路と接続されているときは、各流路に
対応する検量線記憶部４０に記憶された検量線を定め
る。この検量線は測定する成分に応じて単一に選定して
もよく、また複数選定してもよい。性状値演算部５０
は、流路検量線対応設定部４５で指定された検量線を用
いて、分光スペクトル入力部３０に入力された試料スペ
クトルに対して性状値の演算を行う。出力信号態様設定
部５５は、出力データ表示装置６５に用いられる出力信
号の態様を設定するもので、各性状値に対して個別に設
定することができ、例えば４−２０ｍＡのようなアナロ
グ信号でもよく、また接点信号でもよい。性状値出力部
６０は、性状値演算部５０で演算された性状値を、この
出力信号態様設定部５５で設定された出力信号によって
時系列に出力データ表示装置６５に出力する。

【００２２】作成用スペクトル変換部７０は、分光スペ
クトル入力部３０に入力された試料スペクトルを、検量
線作成演算部８０で検量線を作成するデータ形式に変換
する。この場合、真の性状値と測定スペクトルとの関係
が明確に認識でき、回帰分析が容易にできるように配慮
する。モード設定部９０は、分光スペクトル入力部３０
に入力された試料スペクトルを作成用スペクトル変換部
７０に送り、検量線演算用の測定スペクトルの収集を行
うスペクトル測定モードと、分光スペクトル入力部３０
に入力された試料スペクトルを性状値演算部５０に送り
性状値を演算して出力するオンライン測定モードと、流
路検量線対応設定部４５と出力信号態様設定部５５の内
容を設定するパラメータ設定モードとを指定する。

【００２３】図６は、パラメータ設定モードにおけるモ
ード設定部９０の画面の一例を示す図である。分析対象
となる複数の成分毎に、用いる検量線の番号と演算され
た性状値の出力チャンネル番号の指定を行う。アナログ
信号では、例えば４−２０ｍＡを用いると、下限値が４
ｍＡで、上限値が２０ｍＡとなる。そこで、この下限値
４ｍＡが性状値としていくらになり、上限値２０ｍＡが
性状値としていくらかを設定する。

【００２４】図７は変換器筐体の正面パネルの一例を示
す図である。運転モードの表示欄には、オンライン測定
モード、スペクトル測定モード、パラメータ設定モード
並びにメンテナンスモードの何れであるかを点灯して表
示する。また、メンテナンスモードでは、自己診断結果
を表示するため、警報ランプ、ランプ交換ランプ、レー
ザ交換ランプを有している。そして、近赤外分光器２０
から現在送られている測定スペクトルの流路番号と、検
量線で測定対象となる成分の番号若しくは名称、並びに
性状値として成分値を表示している。変換器の操作キー
としては、ＭＯＤＥキー、ＩＴＥＭキー、ＥＮＴキー並
びに←、→等が設けられている。変換器はプロセス現場
に設置されることを念頭に置いているので、正面パネル
は簡便な構成となっている。複雑な操作が必要な場合に
は、別途データ処理用のコンピュータを接続する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、モード設定部により変換器の運転モード
を、スペクトル測定モードとオンライン測定モードとの
別を設定するようにしているので、変換器単体のマンマ
シン・インターフェイスがＣＲＴ等に比較して簡易なも
のであっても、オペレータの操作性が良好に維持できる
という効果がある。また、請求項２記載の発明によれ
ば、多流路多成分分析の場合にも、パラメータ設定モー
ドを設けて流路検量線対応設定部４５や出力信号態様設
定部５５の内容を、マンマシン・インターフェイスの機
能が拡充されているコンピュータを用いて設定できるの
で、対応付けが容易にできるという効果がある。更に、
請求項３記載の発明によれば、メンテナンスモードに移
行させることで、寿命部品の管理が円滑に行えるという
効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図２】スペクトル測定モードにおけるモード設定部９
０の画面の一例を示す図である。

【図３】オンライン測定モードにおけるモード設定部９
０の画面の一例を示す図である。

【図４】メンテナンスモードにおけるモード設定部９０
の画面の一例を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図６】パラメータ設定モードにおけるモード設定部９
０の画面の一例を示す図である。

【図７】変換器筐体の正面パネルの一例を示す図であ
る。

【図８】近赤外分光分析計における検量線作成とオンラ
イン測定の手順を説明する流れ図である。

【符号の説明】

１０プローブ２０近赤外分光器３０分光スペクトル入力部４０検量線記憶部５０性状値演算部６０性状値出力部７０作成用スペクトル変換部８０検量線作成演算部

【手続補正書】

【提出日】平成８年５月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】図２は、スペクトル測定モードにおけるモ
ード設定部９０の画面の一例を示す図である。ここで
は、横軸が波数［ｃｍ^-1］、縦軸が吸光度になってい
る。サンプル番号、プローブの接続される流路番号
は、”△”、”▽”キーを操作して昇降させる。画面に
はサンプル番号と流路番号から定まる測定スペクトルが
表示される。必要に応じて、指定された波数（若しくは
波長）における吸光度の値を表示させてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者雨宮正仁東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者南光智昭東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者津田勝久東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者村田明弘東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブ（１０）を用いて近赤外分光器
（２０）により被測定体の試料スペクトルを測定し、こ
の試料スペクトルを入力する分光スペクトル入力部（３
０）と、分析対象となる成分の検量線を記憶する検量線記憶部
（４０）と、この検量線記憶部に記憶された検量線を用いて、この分
光スペクトル入力部に入力された前記試料スペクトルに
対して性状値の演算を行う手段（５０）と、この性状値演算手段で演算された性状値を時系列に出力
する手段（６０）と、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを、検量線作成演算部（８０）で検量線を作成する
データ形式に変換する作成用スペクトル変換部（７０）
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを当該作成用スペクトル変換部に送り、検量線演算
用の測定スペクトルの収集を行うスペクトル測定モード
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルを当該性状値演算手段に送り性状値を演算して
出力するオンライン測定モードとを指定するモード設定
部（９０）と、を具備することを特徴とする近赤外分光分析計用変換
器。
【請求項２】複数のプローブ（１０）、若しくは複数の
流路と選択的に接続されるプローブを用いて近赤外分光
器（２０）により被測定体の試料スペクトルを測定し、
この試料スペクトルを各別に入力する分光スペクトル入
力部（３０）と、分析対象となる成分に関する複数の検量線を記憶する検
量線記憶部（４０）と、前記プローブ若しくは流路のそれぞれに対応する前記検
量線記憶部に記憶された検量線が定められた流路検量線
対応設定部（４５）と、この流路検量線対応設定部で指定された検量線を用い
て、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルに対して性状値の演算を行う手段（５０）と、出力データ表示装置（６５）に用いられる出力信号を設
定する出力信号態様設定部（５５）と、この性状値演算手段で演算された性状値を、この出力信
号態様設定部で設定された出力信号によって時系列に前
記出力データ表示装置に出力する手段（６０）と、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを、検量線作成演算部（８０）で検量線を作成する
データ形式に変換する作成用スペクトル変換部（７０）
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを当該作成用スペクトル変換部に送り、検量線演算
用の測定スペクトルの収集を行うスペクトル測定モード
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルを当該性状値演算手段に送り性状値を演算して
出力するオンライン測定モードと、前記流路検量線対応
設定部と出力信号態様設定部の内容を設定するパラメー
タ設定モードとを指定するモード設定部（９０）と、を具備することを特徴とする近赤外分光分析計用変換
器。
【請求項３】プローブ（１０）を用いて近赤外分光器
（２０）により被測定体の試料スペクトルを測定し、こ
の試料スペクトルを入力する分光スペクトル入力部（３
０）と、分析対象となる成分の検量線を記憶する検量線記憶部
（４０）と、この検量線記憶部に記憶された検量線を用いて、この分
光スペクトル入力部に入力された前記試料スペクトルに
対して性状値の演算を行う手段（５０）と、この性状値演算手段で演算された性状値を時系列に出力
する手段（６０）と、この分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを、検量線作成演算部（８０）で検量線を作成する
データ形式に変換する作成用スペクトル変換部（７０）
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料スペク
トルを当該作成用スペクトル変換部に送り、検量線演算
用の測定スペクトルの収集を行うスペクトル測定モード
と、当該分光スペクトル入力部に入力された前記試料ス
ペクトルを当該性状値演算手段に送り性状値を演算して
出力するオンライン測定モードと、前記近赤外分光器を
監守して寿命部品の稼働状態を監視するメンテナンスモ
ードとを指定するモード設定モード（９０）と、を具備することを特徴とする近赤外分光分析計用変換
器。