メニュー下のイメージ画像
HOME >近赤外線計測技術

近赤外線(NIR)では、下記のような成分を測定できます。

 ・水分
 ・タンパク質/脂質/糖分など
 ・アルコール/アミノ酸など
 ・溶剤やプラスチックなど
 ・様々な有機物


 近赤外線(NIR)では、上記の濃度や厚みを非接触非破壊瞬時に測定できます。

 近赤外線(NIR)センサーによる計測は非常に優れた計測方法ですが、装置を購入したままの
 状態では測定できません。測定するためには、測定対象に適した検量線を作成する必要があります。
 従来は、検量線作成に専門的な知識が必要と言われていましたが、弊社のNIRセンサーに標準で
 付属されるソフトを使えば、専門知識不要で検量線ができます。
  ※研究者の方向けに、多変量解析ソフト(The Unscrambler)対応のモデルもございます。

 検量線とは、NIR値と成分濃度値との関係式(下記式を参照)の事です。

  成分濃度 = 切片 + 傾き x NIR値(光吸収量)

 装置導入時に検量線を作成すれば、運用時には測定したい対象物をNIRセンサーの光に当てる
 だけで瞬時に成分濃度値が表示されます。

 導入時の検量線作成には基準となる値が必要です。(ラボ値)
  ・水分    : 乾燥法など
  ・タンパク質 : ケルダール法など
  ・脂質    : ソックスレー法など
  ・有機物   : クロマトグラフ法など

  ・その他   : 正確な基準値が不明でも大丈夫です。
           御社独自の基準(変化量や添加量、官能値)でも検量線作成できます。

 ビートセンシングでは、装置導入時には検量線作成のお手伝いも積極的に行っています。

NIRとは?

NIRとは、(NearInfraRed)の略で近赤外線という意味です。
nir1.jpg(12485 byte)
近赤外線は人間の目に見える光(可視光線-VIS)よりも波長が長く目に見えない光です。

近赤外線吸収と吸光度

物質は分子振動しています。この振動の周波数(ビート)は物質ごとに異なります。
shindou1s.jpg(8685 byte)
この分子振動の周波数と光の波長が合致した時、光の吸収が生じその波長の光は返ってこなくなります。
shindou2s.jpg(6633 byte)
この現象は赤外領域(IR)で発生しますが、周波数の整数倍の位置でも同様な現象が発生するため、
近赤外線領域(NIR)でも第1倍音、第2倍音、第3倍音として発生します。

下のグラフは、
 ・縦軸:光の吸収率
 ・横軸:波長(nm)
を示しており、水の近赤外線吸収特性を表しています。
spect.jpg(30987 byte)
このグラフの山部分、約1450(nm)と約1940(nm)は水による光吸収が大きい部分です。
例えば約1450(nm)の光吸収率に注目すると、
 ・水が少ない時:光吸収(小)
 ・水が多い時 :光吸収(大)
という関係が成り立ちます。この法則は、
 ・Lambert-Beerの法則
 ・Kubelka-Munkの式
で表されます。ここでは詳細を省きますが簡単に説明すると、
 「吸光度(光吸収率)変化は濃度変化に対し線形である」
 で結論的には「吸光度が分かれば濃度に換算できる」

という事を表しています。

検量線と濃度換算

NIRセンサーは前記の吸光度を測る装置です。この吸光度を濃度に換算するためには下記式が必要で、 センサー内部では常に下記式を演算し濃度換算しています。
 予測濃度=a+bx吸光度
このaとbを検量線係数と言い、NIRセンサー導入時に下記のような方法で検量線を作成する必要があります。
Cal.jpg(44383 byte)
Cal2.jpg(32288 byte)

吸収バンドの化学的帰属

近赤外線には水以外にも様々な光吸収があります。

帰属 物質
-OH 水分、アルコール
-NH タンパク質
-CH 脂質
-CO,-OH デンプン、セルロース、糖

 波長を変えれば、上記分子構造を持つ様々な成分に応用可能です。

 

多変量解析(ケモメトリックス)の利用

 分光器式のNIRセンサーは、連続した波長(スペクトル)を取得する事ができます。

 ・第3倍音タイプ:640nm~1050nm
 ・第2倍音タイプ:900nm~1700nm

 連続したスペクトルは数百波長のため、人の手で最適な吸収波長を選択することは困難です。
 近年では、最適な波長を計算によって導く手法が確立されています。多変量解析(ケモメトリックス)
 という技術を利用しますが、従来は専門的な知識と専用ソフトウェアが必要でした。
 ビートセンシングのNIRセンサーには、簡単に検量線を作成できるソフトが標準付属されますので、
 専門知識不要で多変量解析(ケモメトリックス)によるPLS検量線を作成できます。

誤差要因

 近赤外線(NIR)センサーは、下記に注意して運用するとかなりの高精度で運用する事ができます。

  ・装置温度による影響(十分な暖機運転をしてください)
  ・試料温度による影響(試料温度を一定にしてください)
  ・測定距離による影響(測定距離を一定にしてください)

  とはいえ、それが不可能な場面も想定されます。
  ビートセンシングでは、最適な運用のための解決方法などもアドバイスいたします。
  ご相談ください。


 
サイドメニューの見出し(MENU)
link
Copy Right(C)2012 BeatSensing co.,ltd. All rights reserved.