(57)【要約】  計測対象位置の数がセンサの個数よりも多い場合にも定性分析や定量分析を可能とするために、複数の収集部と、各収集部から収集する試料の量を時間変化させる収集制御部と、複数の収集部から同時に収集された試料を混合状態のまま観測するセンサと、センサから出力される時系列信号と各時刻における試料の収集量を各収集部に指定する収集量信号とに基づいて個々の収集部における試料の濃度を推定する分離処理部とを分析システムに設ける。
2015063821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から試料を収集するN（２以上の自然数）個の収集部と、
前記N個の収集部から個別に収集された前記試料を混合し、混合試料を出力する混合部と、
前記混合試料に含まれる物質の種別又は量を観測して観測信号を出力するK個（１以上N未満の自然数）のセンサと、
前記N個の収集部と１対１に対応するＮ個の収集量信号を出力する収集制御部であって、各時点に個々の前記収集部から収集する前記試料の量を制御する前記N個の収集量信号の時刻間の類似度が低くなるように、前記N個の収集量信号を時刻毎に切り替える収集制御部と、
各時刻に観測された前記観測信号と、各時刻における前記N個の収集量信号との関係に基づいて、前記N個の収集部のうちの１個の収集部のみから前記試料を収集して計測する場合における観測信号に当たる分離信号を、前記N個の収集部の全てについて推定する分離処理部と
を有する分析システム。
【請求項２】
請求項1に記載の分析システムにおいて、
前記分離処理部が、
個々の前記収集部に対応する前記分離信号p_n（nは１〜N）に、各時刻τと個々の前記収集部に対応する前記収集量信号a_nτ（nは１〜N）を乗算した乗算後信号を全ての前記収集部について加算して各時刻に対応する重み付き加算後信号を生成する処理と、
生成された前記重み付き加算後信号と、各時刻τに対応する前記観測信号ｙ_τとの類似度が大きくなるように、前記各収集部に対応する前記分離信号を推定する処理と
を実行する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項３】
請求項２に記載の分析システムにおいて、
前記収集制御部は、前記試料の収集量が大きい時刻及び収集部ほど、前記各時刻τと前記個々の収集部に対応する前記収集量信号a_nτ（nは１〜N）を大きな正の値に制御し、前記試料の収集量が小さい時刻及び収集部ほど、前記各時刻τと前記個々の収集部に対応する前記収集量信号a_nτ（nは１〜N）を0（ゼロ）に近い値に制御する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項４】
請求項１に記載の分析システムにおいて、
前記分離処理部は、N個の前記分離信号に含まれる非0（ゼロ）要素の数がより少なくなるように、個々の前記収集部に対応する前記分離信号を推定する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項５】
請求項１に記載の分析システムにおいて
複数の物質のスペクトルテンプレート及び検量線を格納する対象物質データベースを更に有し、
前記分離処理部は、前記対象物質データベースから読み出した前記スペクトルテンプレート及び検量線に基づいて、個々の前記収集部から収集された前記試料に含まれる検知対象物質又は検知対象微粒子の量に対する指標を推定する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項６】
請求項５に記載の分析システムにおいて、
前記収集制御部は、前記指標に基づいて検知対象物質又は検知対象微粒子が存在する可能性が高い前記収集部から優先的に前記試料を収集するように、前記N個の収集量信号を時間変化させる
ことを特徴とする分析システム。
【請求項７】
請求項４に記載の分析システムにおいて、
雑音許容度の入力を受け付ける操作入力部を更に有し、
前記分離処理部は、入力された前記雑音許容度が大きいほど前記重み付き加算後信号と前記観測信号との類似度の大きさに比べて、非0（ゼロ）要素の数の少なさを重視して分離信号を推定する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項８】
請求項１に記載の分析システムにおいて、
前記N個の収集部の近傍に配置され、それぞれが異なる質量点にピークを有するＮ個の標準剤と、
前記N個の標準剤のスペクトルテンプレート及び検量線を格納する標準剤データベースを更に有し、
前記分離処理部は、前記標準剤データベースから読み出した前記スペクトルテンプレート及び検量線に基づいて、前記推定時に使用する前記収集量信号を補正する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項９】
請求項８に記載の分析システムであって、
前記分離処理部は、補正後の収集量信号に応じて各収集部の異常を検知する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項１０】
請求項２に記載の分析システムにおいて、
時刻ごとに雑音許容度の入力を受け付ける操作入力部を更に有し、
前記分離処理部は、入力された前記雑音許容度が大きい時刻における前記重み付き加算後信号と前記観測信号との類似度の大きさに比べて、前記雑音許容度が小さい時刻における前記重み付き加算後信号と前記観測信号との類似度の大きさを重視して分離信号を推定する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項１１】
請求項２に記載の分析システムにおいて、
前記分離処理部は、前記分離信号p_n（nは１〜N）の値が0以上であるという制約の下で前記各収集部に対応する前記分離信号を推定する処理を更に実行する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項１２】
請求項５に記載の分析システムにおいて、
前記収集制御部は、前記指標に基づいて検知対象物質又は検知対象微粒子が存在する可能性が高い前記収集部の個数が多いと推定されるほど、収集量信号を正の値に制御する収集部の個数を少なくし、
前記指標に基づいて検知対象物質又は検知対象微粒子が存在する可能性が高い前記収集部の個数が少ないと推定されるほど、収集量信号を正の値に制御する収集部の個数を多くする
ことを特徴とする分析システム。
【請求項１３】
請求項５に記載の分析システムにおいて、
前記分離処理部は、各時刻tにおいて、前記指標に基づいて検知対象物質又は検知対象微粒子が存在する可能性が高い前記収集部の個数が多いと推定されるほど、分離処理に用いる前記収集量信号a_nτ （nは１〜N、τはt-T-1〜t）と前記観測信号ｙ_τ（nは１〜N、τはt-T-1〜t）の時間長Tを長くし、
前記指標に基づいて検知対象物質又は検知対象微粒子が存在する可能性が高い前記収集部の個数が少ないと推定されるほど、分離処理に用いる前記収集量信号a_nτ （nは１〜N、τはt-T-1〜t）と前記観測信号ｙ_τ（nは１〜N、τはt-T-1〜t）の時間長Tを短くする
ことを特徴とする分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサを用いて異常事態の発生を検知する技術に関する文献の１つに、特開２００８−０１５８６２号公報（特許文献１）がある。この特許文献の要約部分には、「異常事態を検知する複数のセンサ１〜６から信号値を受ける入力手段１４と、入力手段１４が受けた複数の信号値のうち１つ以上を変化させることで、変化させた信号値の変化度合いが、他の変化させた又は変化させない信号値の変化度合いと異なったものとなるように、複数の信号値に重み付けをする重み付け手段１５と、重み付けされた複数の信号値に基づいて、総合的な異常指標値を算出する演算手段１６ａと、異常指標値を所定の基準値と比較することで前記異常指標値が異常を示しているかを判定し、異常を示していると判定した場合にはその旨を示す信号を出力する判定手段１７ａと、を備える」異常検知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０１５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、質量分析計（MS）、イオンモビリティスペクトロメータ（IMS）、ガスクロマトグラフィ（GC）、液体クロマトグラフィ（LC）、ガスセンサ、イオンセンサ、バイオセンサ、微生物センサ、光学式煙検知器などのセンサを用いて対象空間に含まれる物質、微生物、微粒子の状態を観測し、観測された信号を分析するシステムが広く存在する。なお、観測対象とする物質又は微粒子は、一般に、蒸気、霧状液体又は微粒子等の状態で存在するが、本明細書では、それらの状態を区別せず「試料」ともいう。【０００５】
特許文献１には、前述の通り、複数のセンサからの信号に基づいて異常事態の発生の有無を判定する方法が記載されているが、計測対象位置の数がセンサの個数より多い場合の分析方法は開示されていない。実際、特許文献１に示す分析システムにおいては、計測対象位置の数がセンサの個数よりも多い場合、センサが設置されていない位置については、異常事態の発生の有無の判定することができない。【０００６】
本発明は、かかる技術的課題を解決すべくなされたもので、計測対象位置の数がセンサの個数よりも多い場合にも、各計測対象位置における定性分析や定量分析を可能とする分析システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の収集部と、各収集部から収集する試料の量を時間変化させる収集制御部と、複数の収集部から同時に収集された試料を混合状態のまま観測するセンサと、センサから出力される時系列信号と各時刻における試料の収集量を各収集部に指定する収集量信号とに基づいて個々の収集部における試料の濃度を推定する分離処理部とを有する分析システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、計測対象位置（すなわち収集部）の数がセンサの個数よりも多い場合でも、各計測対象位置（すなわち収集部）における試料の濃度を推定し、定性分析及び／又は定量分析できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る分析システムのハードウェア構成を示す図。
【図２】実施例１に係る分析システムの機能ブロック構成を示す図。
【図３】実施例１に係る分析システムにおける処理動作を説明するフローチャート。
【図４】分析システムの起動処理を説明するフローチャート。
【図５】分析システムの待機処理を説明するフローチャート。
【図６】分析システムの収集制御処理（その１）を説明するフローチャート。
【図７】図６に示す処理方法を採用する場合における収集量信号a(t)とマルチチャンネルＤＡ変換器１１１の開閉制御電圧値の関係を説明する図。
【図８】分析システムの収集制御処理（その２）を説明するフローチャート。
【図９】図８に示す処理方法を採用する場合における収集量信号a(t)とマルチチャンネルＤＡ変換器１１１の開閉制御電圧値の関係を説明する図。
【図１０】分析システムの分離処理を説明するフローチャート。
【図１１】分析システムの測定停止処理を説明するフローチャート。
【図１２】ノイズレベルの受付画面例を示す図。
【図１３】結果出力部が出力する結果画面例を示す図。
【図１４】実施例２に係る分析システムにおける分離処理を説明するフローチャート。
【図１５】実施例３に係る分析システムの機能ブロック構成を示す図。
【図１６】実施例３に係る分析システムにおける分離処理（その１）を説明するフローチャート。
【図１７】結果出力部が出力する結果画面例を示す図。
【図１８】実施例４に係る分析システムの機能ブロック構成を示す図。
【図１９】分析システムの収集制御処理（その３）を説明するフローチャート。
【図２０】分析システムの収集制御処理（その４）を説明するフローチャート。
【図２１】実施例５に係る分析システムのハードウェア構成を示す図。
【図２２】実施例５に係る分析システムの機能ブロック構成を示す図。
【図２３】実施例５に係る分析システムにおける分離処理を説明するフローチャート。
【図２４】実施例６に係る分析システムのハードウェア構成を示す図。
【図２５】ノイズレベルを時間軸方向に急峻に変化させる設定例を示す図。
【図２６】ノイズレベルを時間軸方向に緩やかに変化させる設定例を示す図。
【図２７】実施例３に係る分析システムにおける分離処理（その２）を説明するフローチャート。
【図２８】分析システムの収集制御処理（その５）を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１１】
［実施例１］
［分析システムのハードウェア構成］
本実施例では、計測対象位置（収集部）の数がセンサの個数よりも多い場合にも、各計測対象位置（収集部）における定性分析や定量分析が可能な分析システムを説明する。本実施例の応用例の１つは、例えば質量分析器をセンサに使用する大気分析システムである。
【００１２】
図１に、実施例に係る分析システム１０のハードウェア構成を示す。本実施例に係る分析システム１０は、センサ１００、センサ１００と混合部１１６を接続する配管１０１、センサ１００を制御すると共にその検出信号を処理する中央演算装置１０４、ユーザインタフェース部１０５、記憶媒体１０９、揮発性メモリ１１０、中央演算装置１０４において生成された収集制御信号を収集部１１５_１〜１１５_Ｎに分配するマルチチャンネルＤＡ（Digital to Analog）変換器１１１、計測対象位置に配置される収集部１１５_１〜１１５_Ｎ、収容部１１５_１〜１１５_Ｎから不図示の配管を通じて取得したサンプルを混合する混合部１１６から構成される。
【００１３】
本実施例の場合、センサ１００には、イオン化部１０２、高周波電源１０３、検出器１０６、イオン輸送部１０７、イオントラップ１０８、真空ポンプ１１２〜１１４で構成される質量分析器を使用する。真空ポンプ１１２〜１１４は、それぞれ接続された室の圧力を適正値に維持するために使用される。
【００１４】
収集部１１５_１〜１１５_Ｎには、蒸気吸気口、又は、微粒子収集機構が設けられる。収集部１１５_１〜１１５_Ｎが蒸気吸気口の場合、各収集部は、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１から与えられる電圧値（制御信号）に基づいて電磁バルブを開閉し、吸入する蒸気や霧状液滴の流量を制御する。もっとも、電圧値による制御は、「開」状態と「閉」状態の２値に限らず、電磁バルブの傾き角を任意角に制御する多値制御であっても良い。
【００１５】
収集部１１５_１〜１１５_Ｎが微粒子収集機構の場合、各収集部は、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１から与えられる電圧値（制御信号）に基づいてサイクロン現象を引き起こすか否かにより、収集する微粒子の量を制御する。もっとも、電圧値による制御は、サイクロン現象のオン／オフの２値に限らず、サイクロン現象の強度を任意強度に制御する多値制御であっても良い。
【００１６】
収集部１１５_１〜１１５_Ｎで収集された蒸気又は霧状液滴又は微粒子は、混合部１１６及び配管１０１を通じて混合され、センサ１００に送られる。センサ１００は、配管１０１から導入された蒸気又は霧状液滴又は微粒子を、イオン源を有するイオン化部１０２に導入してイオン化する。イオン化方法には、例えばエレクトロスプレーイオン化法、ソニックスプレーイオン化法等を使用する。
【００１７】
発生されたイオンは、イオン化部１０２からイオン輸送部１０７を介してイオントラップ１０８に送られる。イオントラップ１０８には、例えば四重極イオントラップ、リニアトラップ等を使用する。質量分析には、リニアイオントラップ質量分析計、四重極イオントラップ質量分析計、四重極フィルタ質量分析計、三連四重極質量分析計、飛行時間型質量分析計、磁場型質量分析計、イオンモビリティ等の方法を使用しても良い。
【００１８】
高周波電源１０３は、イオントラップ１０８に高周波電圧を供給し、イオントラップ１０８の内部にイオンをトラップする。イオントラップ１０８に印加する高周波電圧は、中央演算装置１０４によって時間的に変化される。この高周波電圧の時間変化により、イオントラップ１０８にトラップされているイオンは、質量対電荷比（m/z）に応じた異なる時刻に検出器１０６に送り出される。検出器１０６は、到達したイオンの量を電圧値で表す電気信号に変換し、中央演算装置１０４に送る。
【００１９】
中央演算装置１０４は、時系列の電圧信号に対し、時刻をイオンの質量対電荷比（m/z）に変換することにより、各質量対電荷比（m/z）におけるイオンの量を表わす強度の系列データ（以下「質量スペクトル」と呼ぶ。）に置き換え、揮発性メモリ１１０に格納する。時刻tの質量スペクトルは、要素数Ｍの配列形式で表したx(t)＝(x_t1, ..., x_tM)として格納される。さらに、中央演算装置１０４は、質量スペクトルx(t)の時系列信号である観測信号Xを揮発性メモリ１１０に格納する。
【００２０】
中央演算装置１０４は、揮発性メモリ１１０に格納した観測信号Xに基づいて分離処理を実行する。この分離処理は、記憶媒体１０９に格納されたプログラムに基づいて実行される。分離処理が出力する各計測対象位置のスペクトルは、ユーザインタフェース部１０５が提示する。ユーザインタフェース部１０５は、例えばタッチパネルを有するモニタであっても良く、ネットワーク経由で接続された別のPC経由で接続されたモニタ、マウス、キーボードなどであっても良く、モニタの代替としてプリンタなどの出力装置を用いても良い。
【００２１】
中央演算装置１０４は、記憶媒体１０９に格納されたプログラムに基づいて収集制御処理を実行する。マルチチャンネルＤＡ変換器１１１は、収集制御処理が出力する各収集部に対応する電圧時系列を実際の電圧値に変換して収集部１１５_１〜１１５_Ｎに送る。これらの電圧値に基づいて収集部１１５_１〜１１５_Ｎによる蒸気や霧状液滴の流量が制御される。
【００２２】
［分析システムの機能構成］
図２に、本実施例の分析システム１０の機能ブロック図を示す。なお、図２には図１との対応部分に同一符号を付して示す。操作入力部２０４は、ユーザによる起動操作、測定開始操作及び測定停止操作等の受け付けに用いられ、各操作に対応する操作信号を収集制御部２０１及びセンサ１００に出力する。ここで、起動操作、測定開始操作及び測定停止操作は、例えばユーザインタフェース部１０５が備えるボタンの押し下げを通じて実行される。
【００２３】
また、操作入力部２０４は、ユーザによるノイズレベルの入力受け付けにも用いられる。操作入力部２０４に入力されたノイズレベルは、分離処理部２０２に出力される。収集制御部２０１は、後述する収集制御処理に従って収集部１１５_１〜１１５_Ｎの各流量a(t)＝(a_t1, ..., a_tN)を決定し、決定された各値を収集部１１５_１〜１１５_Ｎに出力する。以下では、各流量a(t)を「収集量信号」と呼ぶ。収集量信号は、センサ１００にも出力される。ここで、収集制御部２０１の機能は、中央演算装置１０４上で実行されるプログラムを通じて提供される。
【００２４】
センサ１００は、規定の測定シーケンスに基づいて、配管１０１から導入された混合試料の質量分析を実行する。測定シーケンスは、蓄積工程、排気待ち工程、質量スキャン工程、排除工程といった工程でなり、複数の電極に印加する電圧、電磁バルブの開閉、検出器１０６のオン／オフを制御する時系列の制御信号を通じて実行される。本実施例の場合、センサ１００は、質量スペクトルx(t)の時系列を観測信号Xとして分離処理部２０２に出力する。分離処理部２０２の機能は、中央演算装置１０４上で実行されるプログラムを通じて提供される。
【００２５】
分離処理部２０２は、観測信号X、収集量信号及びノイズレベルを入力として観測信号Xの分離処理を実行し、収集部１１５_１〜１１５_Ｎのそれぞれに対応するＮ個の分離信号（各位置の分離信号）を出力する。
【００２６】
結果出力部２０３は、入力された分離信号をユーザに提示する。分離信号の提示方法には、例えばユーザインタフェース部１０５による画像情報の提示、点字ディスプレイによる情報の提示、音声による情報の提示、プリンタを介した画像情報の印刷等がある。結果出力部２０３の機能も、中央演算装置１０４上で実行されるプログラムを通じて提供される。
【００２７】
［分析システムの処理動作］
図３に、本実施例に係る分析システム１０において実行される処理動作を示す。なお、以下の処理動作は、中央演算装置１０４上で実行されるプログラムを通じて提供される。
（ステップＳ３０１）
分析システム１０の制御装置として機能する中央演算装置１０４は、操作入力部２０４を通じて起動操作を受け付けると、分析システム１０の処理動作を開始する。同時に、中央演算装置１０４は、センサ１００の起動処理を実行し、測定開始操作を受け付ける待機状態に移行する。
【００２８】
（ステップＳ３０２）
本ステップにおいて、操作入力部２０４として機能する中央演算装置１０４は、センサ１００及び収集制御部２０１を待機状態に制御する。待機処理において、中央演算装置１０４は、ユーザの操作入力の監視処理及び装置状態の監視処理を実行する。
【００２９】
（ステップＳ３０３）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、ユーザによる測定開始操作が行われたか否か（測定開始操作を受け付けたか否か）を判定する。測定開始操作が行われていない間、中央演算装置１０４は、ステップＳ３０２に戻る。一方、測定開始操作が行われた場合、中央演算装置１０４は、ステップＳ３０４に移行する。
【００３０】
（ステップＳ３０４）
本ステップにおいて、収集制御部２０１として機能する中央演算装置１０４（以下、「収集制御部２０１」という。）は、時刻番号ｔに“1”を格納する。
（ステップＳ３０５）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は、時刻番号tが閾値（TH）未満か否かを判定し、閾値未満であればステップＳ３０６に進み、閾値以上であればステップＳ３１２に進む。
【００３１】
（ステップＳ３０６）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は、測定停止操作が行われたか否かを判定し、測定停止操作が行われていなければステップＳ３０７に進み、測定停止操作が行われていればステップＳ３１２に進む。
【００３２】
（ステップＳ３０７）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は、各収集部１１５_１〜１１５_Ｎの流量a(t)に対応する収集量信号を決定する。決定された収集量信号は、収集制御部２０１から各収集部１１５_１〜１１５_Ｎに与えられる。
【００３３】
（ステップＳ３０８）
本ステップにおいて、センサ１００の制御装置として機能する中央演算装置１０４は、センサ１００の動作を制御して質量分析処理を実行する。センサ１００は、混合試料を質量分析して質量スペクトルxを得る。ここで、時刻番号t＝1〜Tに対応する各質量スペクトルxは時系列に結合された後、観測信号Xとしてセンサ１００から出力される。
【００３４】
（ステップＳ３０９）
本ステップにおいて、信号分離部２０２として機能する中央演算装置１０４は、収集量信号に基づいて観測信号Xを信号分離し、収集部１１５_１〜１１５_Ｎのそれぞれに対応する分離信号と、定性分析の結果と、定量分析の結果を算出する。
【００３５】
（ステップＳ３１０）
本ステップにおいて、結果出力部２０３として機能する中央演算装置１０４は、結果出力処理を行う。結果出力処理においては、結果出力部２０３が分離信号、定性分析の結果、定量分析の結果をユーザに提示する。また、定時された各情報が記憶媒体１０９に蓄積される。
【００３６】
（ステップＳ３１１）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は時刻番号tに“1”を加算し、ステップＳ３０５に戻る。この後、センサ１００の動作を制御する中央演算装置１０４は、再びステップＳ３０６において、測定停止操作が行われたか否かを判定し、測定停止操作が行われた場合には、測定停止処理ステップＳ３１２に進む。
【００３７】
（ステップＳ３１２）
本ステップにおいて、センサ１００の制御装置として機能する中央演算装置１０４は、センサ１００の測定停止処理を実行する。測定停止処理は、装置を正常に停止させる処理である。測定停止処理が完了すると分析システム１０は停止する。
【００３８】
［各処理の詳細動作］
［起動処理］
図４に、起動処理Ｓ３０１の詳細動作を示す。
（ステップＳ４０１）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、真空度初期化処理を実行する。真空度初期化処理においては、真空ポンプ１１２〜１１４が排気動作を実行し、各ポンプに接続された室を適切な圧力まで低減し、その圧力に保つ。
【００３９】
（ステップＳ４０２）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、洗浄処理を実行する。洗浄処理において、中央演算装置１０４は、アンモニアなどの試料のセンサ１００への導入をユーザに要求し、試料がセンサ１００に導入されるのを待って測定を開始する。洗浄処理の実行により、前回測定時にセンサ１００の内部に吸着された物質（キャリーオーバ物質）が洗浄される。なお、ユーザに対する試料の導入の要求は、ユーザインタフェース部１０５を通じて提示される。
【００４０】
（ステップＳ４０３）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、質量対電荷比校正処理を実行する。質量対電荷比校正処理において、中央演算装置１０４は、ユーザに対して既知の質量対電荷比（m/z）にピークが現れる標準物質試料のセンサ１００への導入を要求し、試料の導入を待って測定を開始する。中央演算装置１０４は、測定されたスペクトルのピークの位置に基づいて質量スペクトルの配列上の各要素番号と質量対電荷比（m/z）との対応表b(m)を作成する。
【００４１】
（ステップＳ４０４）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、正常異常判定処理（ブランクチェック）を実行する。正常異常判定処理（ブランクチェック）において、中央演算装置１０４は、測定対象成分を含有しない既知の試料のセンサ１００への導入をユーザに要求し、試料の導入を待って測定を開始する。
【００４２】
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、測定されたスペクトルが予め設定された条件を満たすか否かを判定する。もし、肯定結果が得られた場合、中央演算装置１０４は、測定されたスペクトルが正常であると判定し、起動処理を終了する。一方、否定結果が得られた場合、中央演算装置１０４は、測定されたスペクトルが異常であると判定し、洗浄処理（ステップＳ４０２）に戻る。
【００４３】
測定されたスペクトルが正常であると判定されるための条件の一つは、例えば測定されたスペクトルに大きなピークが存在しないことである。他の条件の一つは、測定されたスペクトルをM次元のベクトルと見なす場合に、過去に測定された参照用のスペクトルとのコサイン類似度が閾値より高いことである。測定されたスペクトルが正常か否かの判定には、公知の適当な方法を使用すれば良い。
【００４４】
［待機処理］
図５に、待機処理Ｓ３０２の詳細動作を示す。
（ステップＳ５０１）
本ステップにおいて、操作入力部２０４として機能する中央演算装置１０４（以下、「操作入力部２０４」という。）は、操作信号が入力されているか否かを判定する。操作信号が入力されている場合、中央演算装置１０４はステップＳ５０２に進み、操作信号が入力されていない場合、中央演算装置１０４はそのまま待機処理を終了する。
【００４５】
（ステップＳ５０２）
本ステップにおいて、操作入力部２０４は、操作入力に対応する制御信号をセンサ１００及び収集制御部２０１に出力する。
【００４６】
［収集制御処理（その１）］
図６に、収集制御処理Ｓ３０７の詳細動作例を示す。
（ステップＳ６０１）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は、各時刻番号tにおけるN個の各収集部の収集量を指定するＮ次元ベクトルの収集量信号a(t)を決定する。
【００４７】
この際、中央演算装置１０４は、各時刻番号tの収集量信号a(t)の時刻間における類似度が互いに小さくなるように個々の収集量信号a(t)を決定する。本実施例では、各時刻番号tにおけるN個の収集部の各要素にそれぞれ独立な乱数を格納する方法を採用する。例えば各収集部を表す番号の集合Ｓ＝{1, 2, ..., N}の要素からG個の収集部番号をランダムに選択する場合に、ｋ番目に選択した要素番号をf(k)と表すとき、中央演算装置１０４は、G個のf(k)を格納した集合Ｓ１(t)＝{f(1), f(2), ..., f(k),..., f(G)}を用意する。
【００４８】
（ステップＳ６０２）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、集合Ｓ１(t)に含まれる収集部番号の要素を“1”で表し、それ以外の要素を“0（ゼロ）”で表すＮ次元ベクトルを収集量信号a(t)に格納する。ここで、収集量信号a(t)のＮ次元の各要素は、Ｎ個の各収集部の流量を表している。
【００４９】
（ステップＳ６０３）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１を通じ、収集量信号a(t)をマルチチャンネルの開閉制御電圧値に変換し、対応する収集部に出力する。図７に、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１から出力される開閉制御電圧値の例を示す。なお、図７は、N＝４、かつ、G＝３の場合である。
【００５０】
時刻番号tにおいて、収集量信号a(t)の要素が“1”の次元で与えられる収集部は、電磁バルブを開ける、又は、サイクロンを発生させて試料を収集する。一方、収集量信号a(t)の要素が“0”の次元で与えられる収集部は、電磁バルブを閉める、又は、サイクロンを発生せず、試料の収集を行わない。
【００５１】
［収集制御処理（その２）］
図８に、収集制御処理Ｓ３０７の他の詳細動作例を示す。
（ステップＳ８０１）
本ステップにおいて、収集制御部２０１として機能する中央演算装置１０４（以下、「収集制御部２０１」という。）は、独立の一様分布に従う“0”〜“1”の実数で与えられるＮ個の乱数を要素とするＮ次元ベクトルを収集量信号a(t)に格納する。
【００５２】
（ステップＳ８０２）
本ステップにおいて、収集制御部２０１は、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１を通じ、をマルチチャンネルの開閉制御電圧値に変換し、対応する収集部に出力する。ここで、収集量を“0”か“1”の２通りでしか指定できない場合には、図７に示したように２値の信号で収集量を制御するが、より細かい値による収集量の指定が可能な本例の場合には図９に示す例のように、連続値乱数をそのままマルチチャンネルの開閉制御電圧値に変換する。図９もＮ＝４の場合である。連続値乱数を用いる方が、各時刻番号ｔにおける収集量信号a(t)の類似度が互いに小さいa(t)を選ぶことができ、後段の分離処理の精度が高くなる。
【００５３】
因みに、図９は、収集される試料の流量が電磁バルブの開閉時間に比例すると仮定し、連続値である収集量信号a(t)の各要素を、各収集部の開閉時間でコード化している。特に、電磁バルブなどの装置は、瞬時的な流量を連続的に制御できないため、開閉時間によるコード化が有効である。瞬時的な流量を連続的に制御できる装置の場合は、前述のとおり、収集量信号a(t)をそのままマルチチャンネルの開閉制御電圧値として用いれば良い。
【００５４】
［分離処理］
図１０に、分離処理Ｓ３０９の詳細動作例を示す。本実施例の場合、X＝AP＋Eというモデルを用いて分離処理を実行する。当該モデルにおいて、観測信号Xは、t×Mの行列である。また、A＝(a(1), a(2), ..., a(t))は、収集量信号を表すt×Nの行列である。また、N×Mの行列Pは、各収集部から微粒子を別々に収集するときに観測されるであろう未知の質量スペクトルである。Eはノイズである。
【００５５】
なお、未知の質量スペクトルのM個の質量点mをそれぞれ独立に扱ってもよい。以下の説明では、質量点mのみを考慮し、ｙ＝Ap ＋ eと表す。
ただし、y ＝ (x_1m, ..., x_tm)^T、p ＝ (p_1, ..., p_N)^Tとする。
ここで、各質量点mにおけるpを推定し、それらを全ての質量点mについて並べれば、各収集部における質量スペクトルPを求めることができる。この問題は、t個の方程式からN個（t＜N）の未知数を求める問題である。
【００５６】
本実施例における分離処理Ｓ３０９は、Nに比べて十分小さくない時間番号tの間、爆発物や化学剤物質が発生する発生元の位置（被疑者や荷物など）及び物質の量が大きく変化しない場合を想定する。
【００５７】
（ステップＳ１００１）
本ステップにおいて、信号分離部２０２として機能する中央演算装置１０４（以下、「信号分離部２０２」という。）は、収集量信号Aの各要素を、数１に基づいて行τごとに正規化する。
【数１】
2015063821.tif 000003
【００５８】
この正規化処理は、電磁バルブを開閉することで吸入する蒸気や霧状液滴の流量を制御する場合、又は、サイクロン現象を起こすか否かにより収集する微粒子の量を制御する場合、同時に少ない数の収集部が試料を収集する時刻よりも同時に多くの数の収集部が試料を収集する時刻の方が、収集量信号a_nτ（nτは添え字）の値よりも実際の収集量が少ないという問題を解決するために実行される。この収集量信号の正規化により、各時刻τの各収集部nに対応する収集量信号a_nτ（nτは添え字）と実際の収集量との間のズレを軽減することができる。
【００５９】
（ステップＳ１００２）
本ステップにおいて、信号分離部２０２は、各時刻及び各収集部に対応する収集量信号a_nτ（nτは添え字）に各収集部nの分離結果であるp_n（nは添え字）を乗算して求める乗算後信号（以下に示す数２）を全ての収集部n（n＝1〜N）にわたって加算した各時刻に対応する重み付き加算後信号（以下に示す数３）と、各時刻τに対応する観測信号y_τとの類似度が大きくなるように、各収集部の分離信号（各収集部の信号）を推定する。
【数２】
2015063821.tif 000004
【数３】
2015063821.tif 000005
【００６０】
この際、信号分離部２０２は、誤差ｅの二乗|e|^2を最小化するような分離信号pを計算する。このようなpは、以下に示す数４により得られる。なお、ε=(ε_t-T+1, ...,ε_t)はユーザが入力するノイズレベルである。Tは推定に用いる観測信号の時間長である。
【数４】
2015063821.tif 000006
【００６１】
推定に用いる観測信号の時間長Tが長いほど、検知対象の物質や微粒子の量の時々刻々の時間変化への追従性が低下するが、推定精度は向上する。その一方で、時間長Tが短いほど、検知対象の物質や微粒子の量の時々刻々の時間変化への追従性が向上する。
【００６２】
また、信号分離部２０２は、pの各要素が0以上であるという制約の下で、誤差ｅの二乗|e|^2を最小化するような分離信号pを計算してもよい。質量スペクトルの値は、各質量対電荷比を持つイオンの個数に比例した値であるため、全ての値が原理的に0以上である。この性質を利用することで、分離の精度が向上することが期待できる。このようなpは、以下に示す数５のd_τ（τは添え字）が規定のノイズレベルε_τ未満であるτの個数が一定数以下になるまで以下に示す数６を反復することにより得られる。なお、ε=(ε_1, ...,ε_τ)（τは添え字）はユーザが入力するノイズレベルである。
【数５】
2015063821.tif 000007
【数６】
2015063821.tif 000008
【００６３】
［測定停止処理］
図１１に、測定停止処理Ｓ３１２の詳細動作例を示す。
（ステップＳ１１０１）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、洗浄処理Ｓ４０２と同じ処理を実行する。
（ステップ１１０２）
本ステップにおいて、中央演算装置１０４は、高周波電源停止処理を実行し、高周波電源１０３を停止する。
（ステップ１１０３）
高周波電源１０３の停止完了後、中央演算装置１０４は、真空ポンプ停止処理を実行し、全ての真空ポンプ１１２〜１１４を停止する。
【００６４】
［ノイズレベルの受付画面例］
図１２に、操作入力部２０４（ユーザインタフェース部１０５）を通じて、分離処理部２０２が使用するノイズレベルεの入力を受け付ける際に使用する画面例を示す。ノイズレベルεが大きいほど、モデルからのずれ、すなわちノイズが許容されるため、入力信号に含まれるノイズの影響を受け難くなる。ただし、その場合、低濃度の物質由来のわずかな値を推定することは困難になる。
【００６５】
これに対し、ノイズレベルεを小さくするほど、モデルからのずれを重視した推定が行われるため、低濃度の物質由来のわずかな値を推定することができる。ただし、その場合、入力信号のノイズの影響を受け易い。
【００６６】
従って、環境中の夾雑物質が多い場合やセンサの精度が低い場合には、ユーザがノイズレベルεを高く設定することで、高精度な分離結果を得ることが可能となる。逆に、環境中の夾雑物質が少ない場合やセンサの精度が高い場合には、ユーザがノイズレベルεを低く設定することで、高精度な分離結果を得ることが可能である。このように適用領域のニーズに合致した分離処理を行うことができる。
【００６７】
さらに、ノイズレベルは時刻ごとに設定できるため、古い時刻のノイズレベルを大きくし、新しい時刻のノイズレベルを小さくすることで、古い時刻の観測信号よりも新しい時刻の観測信号をより重視した推定を行うことができる。検知対象の物質や微粒子の量が時々刻々変化するような場合、古い時刻のノイズレベルと新しい時刻のノイズレベルを図２５のように急峻に変化させるような設定にすることで、検知対象の物質や微粒子の量の変化への追従を速くすることができる。ただし、その場合、推定精度が悪くなる。
【００６８】
これに対し、古い時刻のノイズレベルと新しい時刻のノイズレベルを図２６のように緩やかに変化させるような設定にすることで、推定精度を高くすることができる。ただし、その場合、検知対象の物質や微粒子の量の変化への追従が遅くなる。
【００６９】
検知対象の物質や微粒子の量の変化が速い場合や、検知までに要する計測時間を短くすることが求められる場合には、ノイズレベルを図２５のように急峻に変化させるような設定にすることで追従精度を高めることが可能となる。逆に、検知対象の物質や微粒子の量の変化が遅い場合や、検知までに要する計測時間が長くても良い場合には、ノイズレベルを図２６のように緩やかに変化させるような設定にすることで推定精度を高めることが可能となる。
【００７０】
［結果画面例］
図１３に、結果出力部２０３（ユーザインタフェース部１０５）が出力する結果画面例を示す。図１３に示すように、位置が異なる収集部ごとに分離された質量スペクトル（横軸を質量対電荷比、縦軸を検出強度とする図）が、個々の収集部１１５_１〜Ｎに対応付けた状態で表示される。もっとも、この表示形態は一例であり、収集部に対応する定性分析結果及び／又は定量分析結果を質量スペクトルと共に、又は、それぞれ単独に画面表示しても良い。
【００７１】
［まとめ］
以上のように、本実施例に係る分析システムを用いれば、計測対象位置（収集部）の数がセンサ１００の個数より多い場合でも、各計測対象位置における定性分析や定量分析を実現することができる。
【００７２】
なお、各計測対象位置における定性分析や定量分析は、各計測対象位置（収集部）からからの微粒子の導入を動的に可変制御し、各時点に各計測対象位置（収集部）から収集される微粒子を混合させてセンサ１００に導入する方法に限らない。例えば逐次的に微粒子を収集する収集部を一つずつ切り替える方法（逐次各点収集方法）を用いても良いし、全ての収集部から同時に微粒子を収集する方法（全点混合収集方法）を用いても良い。
【００７３】
ただし、逐次各点収集方法の場合には、全ての収集部から微粒子を計測するのに要する時間がどうしても長くなる。このため、逐次各点収集方法は、爆発物や化学剤物質が発生する発生元の位置（被疑者や荷物など）が高速に移動する場合や物質の量が高速に変化する場合には見逃しが起こり易く、当該用途では、定性分析及び定量分析に高い推定精度を期待できない。
【００７４】
また、逐次各点収集方法の場合、各計測対象位置（収集部）に対して１回ずつしか微粒子を収集することができない。このため、センサの観測信号Ｘの時刻毎の誤差や収集部の収集量の時刻毎の誤差が大きい場合には、その誤差が定性分析及び定量分析の結果に大きく影響する可能性があり、一般に推定精度が低くなる。
【００７５】
一方、全点混合収集方法の場合には、計測時間が短く済む一方、収集部の数の増加に伴って化学雑音が増加し易く、定性分析及び定量分析の推定精度が低下し易くなる。まして、計測対象位置（収集部）毎の定性分析及び定量分析は不可能である。
【００７６】
これらの方法に対し、本実施例の場合には、複数の計測対象位置（収集部）からの微粒子の収集を混合した状態でセンサ１００に導入するため、全ての収集部１１５_１〜１１５_Ｎを計測するまでに要する時間が短く済み、逐次各点収集方法に比べて見逃しが少なく済む。
【００７７】
また、本実施例の場合には、各計測対象位置（収集部）についてそれぞれ複数回ずつ微粒子を収集するので、逐次各点収集方法に比べてセンサ１００の観測信号Ｘの時刻毎の誤差や収集部の収集量の時刻毎の誤差の影響を受け難い。また、計測対象位置（収集部）の全体数に比べて各時点で混合される収集部の数が少ないので、全点を同時に収集する場合よりも化学雑音が小さく済み、その分、定性分析及び定量分析の推定精度は高くなる。さらに、本実施例の場合には、全点混合収集方法の場合には不可能な計測対象位置（収集部）毎の定性分析及び定量分析が可能となる。
【００７８】
［実施例２］
本実施例では、同じ質量対電荷比（m/z）の物質が同時に発生する位置が少数に限られるとの仮定が成立する場合に、各計測対象位置（収集部）における高速な定性分析や高速な定量分析が可能な分析システムについて説明する。なお、本実施例に係る分析システムの基本構成は図１と同様であり、基本的な計測手順は図３と同じである。以下では、本実施例に特有の処理手順についてのみ説明する。
【００７９】
［分離処理の概要］
方程式の数Tが未知数の数Nよりも大きいか等しい場合には、ノイズeが正規分布であるという仮定の下、最小自乗法によりpを推定することができる。しかし、方程式の数Tが未知数の数Nよりも小さい場合、未知数が相対的に多い「劣決定」（underdetermined）の状態であり、本来の解以外の誤った解を含む複数の解候補が存在し得る。そこで、解候補を絞り込むため、本実施例では、pに含まれる“非0（ゼロ）”の要素は少ないという仮定を導入する。
【００８０】
本実施例が、大気分析システムや水質分析システムである場合、この仮定は、同じ質量対電荷比（m/z）の物質が同時に排出される排出源（工場、施設、など）の位置は少数に限られるという性質に対応する。本実施例が、セキュリティ用途の爆発物トレース検知システムや化学剤検知システムである場合、この仮定は、同じ質量対電荷比（m/z）の爆発物や化学剤物質が同時に発生する発生元の位置（被疑者や荷物など）は少数に限られるという性質に対応する。
【００８１】
実施例１は、y＝Ap ＋ eにおける誤差eの二乗|e|^2が最小となるような分離信号pを出力した。一方、本実施例では、|e|^2が同じでも、より“非0（ゼロ）”の要素が少ないような分離信号pを出力する。より“非0（ゼロ）”の要素が少ないような分離信号を計算する分離方法の例として、圧縮センシングに基づく方法を示す。圧縮センシングに基づく方法の一例は、以下に示すOrthogonal Matching Pursuit（OMP）である。
【００８２】
［分離処理の詳細］
図１４に、本実施例に係る分析システムで使用する分離処理Ｓ３０９の詳細動作例を示す。
（ステップＳ１４０１）
本ステップにおいて、信号分離部２０２として機能する中央演算装置１０４（以下、「信号分離部２０２」という。）は、実施例１のステップＳ１００１（図１０）と同様、収集量信号Aを数１に基づいて行τごとに正規化する。
【００８３】
（ステップＳ１４０２）
本ステップにおいて、信号分離部２０２は、残差ベクトルdにy ＝ (x_(t-T+1)m, ..., x_tm)^Tを代入して初期化する。ただし、a_nτ（nτは添え字）は、時刻τにおける収集部nの流量である。中央演算装置１０４は、残差ベクトルdの各要素d_τ（τは添え字）が規定のノイズレベルε_τ未満であるτの個数が一定数以下になるまで、後述するステップＳ１４０３〜Ｓ１４０５を最大Ｎ回反復する。
【００８４】
（ステップＳ１４０３）
本ステップにおいて、信号分離部２０２は、残差ベクトルdに対して、射影長b ＝ d^T a_nが最大となるa_j=(a_(t-T+1)j ... a_tj)^TをAの列ベクトルの中から求める。そして、求めたjを配列Bに格納する。
【００８５】
（ステップＳ１４０４）
本ステップにおいて、信号分離部２０２は、以下の数７の距離を最小とする{q_u}を求め、さらに、それらのq_uに基づいて、以下の数８により残差信号dを更新する。
【数７】
2015063821.tif 000009
【数８】
2015063821.tif 000010
【００８６】
（ステップＳ１４０５）
本ステップにおいて、信号分離部２０２は、列ベクトルa_jをAから除外する。以上の反復の結果、観測信号yは、各収集部に対応するN個の値{q_u}に分解されている。ただし、上記アルゴリズムでは、できるだけ多くのuに対するq_uが“0”となるように算出される。
【００８７】
因みに、圧縮センシングに基づく方法には、Orthogonal Matching Pursuitアルゴリズム以外にも、Least Angle Regression Stagewise（LARS）アルゴリズム、Thresholdingアルゴリズム、Iterative-Reweighed-Least-Squares（IRLS）アルゴリズムなどが存在し、いずれを用いてもよい。
【００８８】
本実施例においてもノイズレベルの設定にはノイズへの頑健性を高める効果がある。
ノイズレベルεが大きいほど、モデルからのずれよりも、pに含まれる非0（ゼロ）の要素は少ないという仮定（pに含まれる0（ゼロ）の要素は多いという仮定）をより重視した推定が行われるため、入力信号に含まれるノイズの影響を受け難くなる。ただし、その場合、低濃度の物質由来のわずかな値を推定することは困難になる。
【００８９】
これに対し、ノイズレベルεを小さくするほど、pに含まれる非0（ゼロ）の要素は少ないという仮定（pに含まれる0（ゼロ）の要素は多いという仮定）よりも、モデルからのずれをより重視した推定が行われるため、低濃度の物質由来のわずかな値を推定することができる。ただし、その場合、入力信号のノイズの影響を受け易い。
【００９０】
従って、環境中の夾雑物質が多い場合やセンサの精度が低い場合には、ユーザがノイズレベルεを高く設定することで、高精度な分離結果を得ることが可能となる。逆に、環境中の夾雑物質が少ない場合やセンサの精度が高い場合には、ユーザがノイズレベルεを低く設定することで、高精度な分離結果を得ることが可能である。このように適用領域のニーズに合致した分離処理を行うことができる。
【００９１】
［まとめ］
本実施例に係る分析システムは、同じ質量対電荷比（m/z）の物質が同時に発生する位置が少数に限られる場合に、各計測対象位置（収集部）における高速な定性分析や高速な定量分析が可能である。
【００９２】
一方、計測対象位置の数がセンサの個数よりも多い場合には、前述の方法以外にも、例えば逐次的に微粒子を収集する収集部を一つずつ切り替える方法（逐次各点収集方法）を用いても良いし、全ての収集部から同時に微粒子を収集する方法（全点混合収集方法）を用いても良い。
【００９３】
ただし、逐次各点収集方法の場合には、全ての収集部から微粒子を計測するのに要する時間がどうしても長くなる。このため、逐次各点収集方法は、爆発物や化学剤物質が発生する発生元の位置（被疑者や荷物など）が高速に移動する場合や物質の量が高速に変化する場合には見逃しが起こり易く、当該用途では、定性分析及び定量分析に高い推定精度を期待できない。また、センサの観測信号Ｘの時刻毎の誤差や収集部の収集量の時刻毎の誤差が大きい場合には、その誤差が定性分析及び定量分析の結果に大きく影響する可能性があり、一般に推定精度が低くなる。
【００９４】
一方、全点混合収集方法の場合には、計測時間が短く済む一方、収集部の数の増加に伴って化学雑音が増加し易く、定性分析及び定量分析の推定精度が低下し易くなる。
【００９５】
これらの方法に対し、本実施例の場合には、複数の計測対象位置（収集部）からの微粒子の収集を動的に可変制御しつつ、各計測対象位置（収集部）からの微粒子を混合した状態でセンサ１００に導入することにより、他の方法に比べ、高速かつ高精度で定性分析及び定量分析することができる。
【００９６】
以上の通りであるので、本実施例に係る分析システムは、実施例１と同様、複数の計測対象位置（収集部）からの微粒子を混合した状態でセンサ１００に導入するため、全ての収集部１１５_１〜１１５_Ｎを計測するまでに要する時間が短く済み、逐次各点収集方法に比べて見逃しが少なく済む。
【００９７】
また、本実施例の場合には、各計測対象位置（収集部）についてそれぞれ複数回ずつ微粒子を収集するので、逐次各点収集方法に比べてセンサ１００の観測信号Xの時刻毎の誤差や収集部の収集量の時刻毎の誤差の影響を受け難い。また、計測対象位置（収集部）の全体数に比べて各時点で混合される収集部の数が少ないので、全点を同時に収集する場合よりも化学雑音が小さく済み、その分、定性分析、定量分析の推定精度が高くなる。さらに、全点混合収集方法の場合には不可能な計測対象位置（収集部）毎の定性分析及び定量分析が可能となる。
【００９８】
さらに、本実施例に係る分析システムを、大気分析システム、水質分析システム、セキュリティ用途の爆発物トレース検知システムや化学剤検知システムで用いる場合、同じ質量対電荷比（m/z）の物質が同時に発生する位置が少数であるような分離結果を優先して出力することにより、計測時間が短い、すなわち、計測回数が少ない場合であっても、複数存在する分離結果の候補を適切に絞ることができる。従って、各計測対象位置における高速な定性分析や高速な定量分析が可能である。
【００９９】
［実施例３］
本実施例では、計測対象位置（収集部）の数がセンサの個数よりも多く、かつ、スペクトル上の同じ点に値を持つ多数の物質が同時に発生し得る場合でも高精度に定性分析や定量分析を行うことができる分析システムについて説明する。
【０１００】
本実施例と前述の実施例２との違いは、分離処理で分離されたスペクトルに対する対象物質データベースを用意し、当該データベースに基づいて定性処理及び定量処理を実行する点である。図１５に、実施例３に係る分析システムの機能ブロック構成を示す。なお、図１５には図２との対応部分に同一符号を付して示している。以下、本実施例に特有の構成について説明する。
【０１０１】
分離処理部１５０１は、質量スペクトルxの時系列信号である観測信号Xと、収集量信号と、ノイズレベルと、対象物質データベース１５０２のスペクトルテンプレートと、検量線とを入力とし、これらの情報に基づいて観測信号Xを分離し、各計測対象位置（収集部）の分離信号と各計測対象位置（収集部）における定性分析の結果及び定量分析の結果を出力する。
【０１０２】
結果出力部１５０３は、入力された分離信号、各計測対象位置（収集部）の定性分析の結果と定量分析の結果をユーザに提示する。分離信号の提示方法には、例えばユーザインタフェース部１０５による画像情報の提示、点字ディスプレイによる情報の提示、音声による情報の提示、プリンタを介した画像情報の印刷等がある。結果出力部１５０３の機能も、中央演算装置１０４上で実行されるプログラムを通じて提供される。
【０１０３】
［分離処理の概要］
本実施例における分離処理部１５０１は、X＝AQR ＋ Eで表されるモデルに基づいて分離処理を実行する。ここで、観測信号Xは、T×Mの行列である。A＝(a(t-T+1), a(2), ..., a(t))は、収集量信号を表すT×Nの行列である。Tは推定に用いる観測信号の時間長である。N×Jの行列であるQは、そのn行目i列目の要素q_ni（niは添え字）が、収集部nにおけるi番目の物質の濃度に対応する指標値を表す。J×Mである行列Rは、そのi行目の行ベクトルが、i番目の物質が単位濃度だけ存在する場合に計測される質量スペクトルである。Eはノイズを表す。Rは対象物質データベース１５０２に格納されているスペクトルのテンプレートR_i=(r_i1, ..., r_iM)を並べたものであり、既知である。
【０１０４】
前記のモデルは、次の数９に示すモデルに変換することができる。
【数９】
2015063821.tif 000011
数７の両辺はt×Jの行列である。J個の各物質iは独立に扱ってよい。以下では、i番目の物質に対応するｉ列目のベクトルだけを考慮して、y＝Aq＋eと表す。ここで、yは、XR^+のi列目のベクトルを表している。eは、ER^+ のi列目のベクトルを表している。q ＝ (q_1i, ..., q_Ni)^Tである。各物質iのqを推定した後で全ての物質のqを並べれば、各収集部における各物質の濃度に対応する指標値Qを求めることができる。
【０１０５】
この問題は、T個の方程式からN個の未知数を求める問題である。実施例１の場合と同様に、TがNよりも大きいか等しい場合には、eが正規分布であるという仮定の下で、最小自乗法によりqを推定することができる。しかし、TがNよりも小さい場合、未知数が相対的に多い「劣決定」（underdetermined）の状態であり、本来の解以外の誤った解を含む複数の解候補が存在し得る。そこで、解候補を絞るため、qに含まれる“非0（ゼロ）”の要素は少ないという仮定を導入する。
【０１０６】
本実施例が、大気分析システムや水質分析システムである場合、この仮定は、同じ成分の物質が同時に排出される排出源（工場、施設など）の位置は少数に限られるという性質に対応する。本実施例が、セキュリティ用途の爆発物トレース検知システムや化学剤検知システムである場合、この仮定は、同じ成分の爆発物や化学剤物質が同時に発生する発生元の位置（被疑者や荷物など）は少数に限られるという性質に対応する。
【０１０７】
参考までに、実施例２で用いた仮定は、同じ質量対電荷比（m/z）の物質が同時に発生する位置が少数であるという仮定であったが、同じ質量対電荷比（m/z）を持つ多種類の物質が同時に発生し易いような場合には、この仮定が成立しない。本実施例の仮定は、このような場合であっても成立する。従って、同じ質量対電荷比（m/z）を持つ多種類の物質が存在するが、同じ物質が同時に発生する頻度が少ない領域で本実施例は有効である。
【０１０８】
［分離処理の詳細］
図１６に、本実施例に係る分析システムで使用する分離処理Ｓ３０９の詳細動作例を示す。
（ステップＳ１６０１）
本ステップにおいて、信号分離部１５０１として機能する中央演算装置１０４（以下、「信号分離部１５０１」という。）は、実施例１のステップＳ１００１（図１０）と同様、収集量信号Aを数１に基づいて行τごとに正規化する。
【０１０９】
（ステップＳ１６０２）
本ステップにおいて、信号分離部１５０１は、入力信号としての観察信号XにRの擬似逆行列R^+を右から乗算することによってXR^+を計算する。すなわち、観察信号XをXR^+に変換する。ここで、Rは、対象物質データベース１５０２から各物質iのスペクトルのテンプレートR_i=(r_i1, ..., r_iM)を読み出してR_iを並べることで構成する。
【０１１０】
（ステップＳ１６０３〜ステップＳ１６０６）
これらのステップにおいて、ステップＳ１４０２〜Ｓ１４０５と同様の処理を実行する。ただし、XR^+のi列目のベクトルをyとし、実施例２と同様のアルゴリズムでqを推定する。
（ステップＳ１６０７）
本ステップにおいて、信号分離部１５０１は、各計測対象位置（収集部）の物質毎に濃度を推定する。濃度推定では、対象物質データベース１５０２から検量線c_i(w)を読み出し、当該検量線を用いてqを推定する。具体的には、計測対象位置（収集部）nの物質iの濃度に対応する指標q_niを検量線に代入したc_i(q_ni)を計算し、計測対象位置（収集部）nの物質iの濃度c_niを推定する。
【０１１１】
（ステップＳ１６０８）
本ステップにおいて、信号分離部１５０１は、濃度c_niが規定の濃度を超過しているか否かにより物質iの有無を推定する。
【０１１２】
図２７に、本実施例に係る分析システムで使用する分離処理Ｓ３０９の詳細動作例を示す。中央演算装置１０４は、前回のループにおいて対象物質が「有り」と推定された収集部の個数Vが、前々回のループにおけるそれと比べて、変化しなくなるまで、後述するステップＳ２７０１〜Ｓ２７０９を最大W回反復する。ただし、Wは規定の正の定数である。
【０１１３】
（ステップＳ２７０１〜Ｓ２７０８）
これらのステップにおいて、ステップＳ１６０１〜Ｓ１６０８と同様の処理を実行する。
【０１１４】
（ステップＳ２７０９）
本ステップにおいて、信号分離部１５０１は、次の数１０に基づいて、推定に用いる観測信号の時間長Tを決定する。ただし、Cは規定の正の定数であり、Vは物質iが「有り」と推定された収集部の個数である。
【数１０】
2015063821.tif 000012
【０１１５】
前述のとおり、推定に用いる観測信号の時間長Tが長いほど、検知対象の物質や微粒子の量の時々刻々の時間変化への追従性が低下するが、推定精度は向上する。その一方で、時間長Tが短いほど、検知対象の物質や微粒子の量の時々刻々の時間変化への追従性が向上する。数１０は、Vが大きいほど、長時間の観測信号が必要であることを考慮して、Tを長くし、Vが小さいほど、短時間の観測信号で十分推定できることを考慮して、Tを短くすることで、十分な推定精度を得るために必要な時間長をTに設定している。これにより、本ステップでは推定精度と時間変化への追従性のバランスを自動的に調整することができる。
【０１１６】
［結果画面例］
図１７に、結果出力部１５０３（ユーザインタフェース部１０５）が出力する結果画面例を示す。本実施例の場合、個々の収集部１１５_１〜Ｎの配置マップに重ねるように、ある対象物質に対応する濃度c_niの空間分布が２次元画像として表示される。これにより、ユーザは、各計測対象位置での計測対象物質の濃度分布を知ることができる。
【０１１７】
［まとめ］
本実施例に係る分析システムを用いれば、実施例２の場合と同様、各計測対象位置（収集部）からの微粒子を混合するので全ての収集部を計測するまでの時間が短く済むので、逐次各点収集方法に比べて見逃しが少ない。また、本実施例に係る分析システムは、各計測対象位置（収集部）から複数回ずつ微粒子を回収集するため、逐次各点収集方法に比べてセンサの観測信号の時刻ごとの誤差や収集部の収集量の時刻ごとの誤差の影響を受け難く済む。
【０１１８】
また、本実施例に係る分析システムは、全点混合収集方法に比べて混合する収集部の数が少なく済むため、全ての計測対象位置（収集部）から微粒子を同時に収集する場合に比して化学雑音が小さく、定性分析及び定量分析の推定精度が高くなる。さらに、本実施例に係る分析システムは、全点混合収集方法では不可能な計測対象位置ごとの定性分析及び定量分析を実行できる。
【０１１９】
さらに、本実施例に係る分析システムを、大気分析システム、水質分析システム、セキュリティ用途の爆発物トレース検知システムや化学剤検知システムで用いる場合、同じ質量対電荷比（m/z）を持つ多種類の物質が同時に発生する場合でも、同じ成分が同時に発生する位置が少数であるという性質がある。本実施例に係る分析システムは、この性質を利用し、同じ成分が同時に発生する測定対象位置が少数であるような分離結果を優先して出力することにより、計測時間が短い、すなわち計測回数が少ない場合でも、複数存在する分離結果の候補を適切に絞ることができる。従って、同じ質量対電荷比（m/z）を持つ多種類の物質が同時に発生する場合でも、各計測対象位置における高速な定性分析や高速な定量分析が可能である。
【０１２０】
［実施例４］
本実施例では、計測対象位置（収集部）の数がセンサの個数よりも多く、かつ、高速スループットが要求される場合でも、高精度での定性分析や定量分析が可能な分析システムについて説明する。本実施例に係る分析システムが、前述した実施例３に係る分析システムと異なる点は、分離処理部１５０１が出力する定性分析の結果に基づいて収集制御処理を行う点である。
【０１２１】
図１８に、実施例４に係る分析システムの機能ブロック構成を示す。なお、図１８には図１５との対応部分に同一符号を付して示している。以下、本実施例に特有の構成について説明する。図１８に示すように、本実施例に係る収集制御部１８０１は、分離処理部１５０１から出力される定性分析の結果をフィードバックする経路を有している。収集制御部１８０１は、分離処理部１５０１が出力する各位置の定性分析の結果に基づいて収集部１１５_１〜１１５_Ｎに割り当てる流量a(t)＝(a_t1, ..., a_tN)を決定し、各値を収集部１１５_１〜１１５_Ｎに出力する。
【０１２２】
［収集制御処理（その１）］
図１９に、本実施例に係る分析システムで使用する収集制御処理Ｓ３０７の詳細動作例を示す。以下の処理では、収集部に付されている全ての番号の集合を全収集部番号集合Ｓとし、当該集合Ｓを任意に２等分して生成される集合をＳ１（t）及びＳ２（t）とする。また、計測開始時（t＝0）における収集部番号集合Ｓ１(-1)には、全収集部番号集合Ｓが格納されているものとする。すなわち、初期化されているものとする。収集部番号集合Ｓ１(t)とＳ２(t)は、いずれも次の時刻の計測後の収集制御処理Ｓ３０７の実行時まで保持し、使用するものとする。
【０１２３】
（ステップＳ１９０１）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１として機能する中央演算装置１０４（以下「収集制御部１８０１」という。）は、Ｓ１(t-1)が全収集部番号集合Ｓであるか否かを判定する。Ｓ１(t-1)が全収集部番号集合Ｓであれば、収集制御部１８０１はステップＳ１９０２に進み、そうでなければＳ１９０５に進む。
【０１２４】
（ステップＳ１９０２）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、XR^+のi列目のベクトルである対象物質iに対する観測信号yのt-1番目の要素（すなわち、直前の時刻t-1の信号値y_(t-1)）がある閾値以上か否か判定する。「閾値以上」の場合、収集制御部１８０１は、その物質iを「有り」と判定する。いずれかの対象物質iを「有り」と判定した場合、収集制御部１８０１は、ステップＳ１９０３に進み、そうでなければステップＳ１９０４に進む。
【０１２５】
（ステップＳ１９０３）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、全収集部番号集合Ｓをランダムに２等分し、２等分後の集合要素を収集部番号集合Ｓ１(t)とＳ２(t)に格納する。
（ステップＳ１９０４）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、全収集部番号集合Ｓを収集部番号集合Ｓ１(t)に格納する。
【０１２６】
（ステップＳ１９０５）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、XR^+のi列目のベクトルである対象物質iに対する観測信号yのt-1番目の要素（すなわち、直前の時刻t-1の信号値y_(t-1)）がある閾値以上か否かを判定する。「閾値以上」の場合、収集制御部１８０１は、その物質iを「有り」と判定する。いずれかの対象物質iを「有り」と判定した場合、収集制御部１８０１は、ステップＳ１９０６に進み、そうでなければステップＳ１９０７に進む。
【０１２７】
（ステップＳ１９０６）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、収集部番号集合Ｓ１(t-1)をランダムに２等分し、２等分後の集合要素を収集部番号集合Ｓ１(t)とＳ２(t)に格納する。
（ステップＳ１９０７）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、収集部番号集合Ｓ２(t-1)をランダムに２等分し、２等分後の集合要素を収集部番号集合Ｓ１(t)とＳ２(t)に格納する。
【０１２８】
（ステップＳ１９０８）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、収集部番号集合Ｓ１(t)に含まれる収集部番号の要素を“1”とし、それ以外の要素（すなわち、収集部番号集合Ｓ’（＝Ｓ−Ｓ１(t)）に含まれる収集部番号の要素）を“0”とするように生成したＮ次元ベクトルを収集量信号a(t)に格納する。a(t)のＮ次元の各要素は、N個の各収集部の流量を表している。
（ステップＳ６０３）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、収集量信号a(t)をマルチチャンネルの開閉制御電圧値に変換して出力する。
【０１２９】
前述の図１９に示す処理動作によれば、対象物質が存在する可能性がある収集部番号集合Ｓ１(t)に対応する収集部について優先的に微粒子が収集されるように収集動作を制御できる。この結果、分析システムとして高速に検知を完了する。
【０１３０】
［収集制御処理（その２）］
図２０に、収集制御処理Ｓ３０７の他の詳細動作例を示す。図２０には、図１９との対応部分に同一符号を付して示す。図２０に示す処理動作と図１９に示す処理動作の違いは、ステップ１９０８と（ステップＳ１９０３、ステップＳ１９０４、ステップＳ１９０６、ステップＳ１９０７）との間にステップＳ２００１が存在する点である。
【０１３１】
（ステップＳ２００１）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、収集に用いる収集部番号集合Ｓ１(t)以外の要素（すなわち、収集部番号集合Ｓ’（＝Ｓ−Ｓ１(t)）に含まれる収集部番号の要素）の中からr個をランダムに選択し、収集部番号集合Ｓ１(t)に追加する。この処理の場合も、図１９に示す処理動作と同様、対象物質が存在する可能性がある収集部番号集合Ｓ１(t)の要素である収集部について優先的に微粒子を収集するように収集量を制御できる。このため、高速に検知を完了することができる。さらに、図２０に示す処理動作では、一度は収集対象から除外した収集部（収集部番号集合Ｓ’（＝Ｓ−Ｓ１(t)）に含まれる収集部番号の要素）からも幾つかの収集部を選んで収集対象に追加するため、センサ１００の観測信号Xの時刻ごとの誤差や収集部の収集量の時刻ごとの誤差の影響による検知漏れを受け難くできる。
【０１３２】
［収集制御処理（その３）］
図２８に、収集制御処理Ｓ３０７の詳細動作例を示す。図２８には、図６との対応部分に同一符号を付して示す。図２８に示す処理動作と図６に示す処理動作の違いは、開始と（ステップＳ６０１、ステップＳ６０２、ステップＳ６０３）との間にステップ２８０１が存在する点である。
【０１３３】
（ステップＳ２８０１）
本ステップにおいて、収集制御部１８０１は、数１１によりGを決定する。ただし、Cは規定の正の定数であり、Vは物質iが「有り」と推定された収集部の個数である。
【数１１】
2015063821.tif 000013
本ステップでは、収集制御部１８０１は、数１１により、Vが大きいほどGを小さくし、Vが小さいほどGを大きくする。
【０１３４】
計測対象の物質又は微粒子が存在する位置（収集部）の個数が少数に限られる場合、本実施例が持つ、複数の収集部から物質又は微粒子を混合して計測する機能、および、観測信号から各収集部の物質又は微粒子の存在有無を推定する機能の組み合わせは、計測時間を削減し、各計測対象位置における定性分析や高速な定量分析を高速化するという効果を有する。
【０１３５】
最も極端な例として、仮に、どの収集部においても計測対象の物質又は微粒子が存在しない場合には、化学雑音を無視すると、全収集部を同時に混合する「全点混合収集方法」が最適である。これは、このような場合には全ての収集部の物質又は微粒子を混合しても、物質が存在すると推定されないため、1回の収集で「どの収集部においても計測対象の物質又は微粒子が存在しない」ことが分かるからである。
【０１３６】
他方、計測対象の物質又は微粒子が存在する位置（収集部）の個数が多い場合には、計測時間を削減する効果は小さい。特に、全ての収集部において計測対象の物質又は微粒子が存在する場合には、むしろ各収集部一つずつに対して収集を実施する、すなわち、前述の逐次各点収集方法が最適である。これは、このような場合には、どのような収集部を組み合わせて混合しても、計測対象の物質又は微粒子が「有り」であるため、混合により得られる情報量は増えず、さらに、N>Tならば劣決定条件であるため、逆に情報量が低減しているからである。
【０１３７】
本動作例は、計測対象の物質又は微粒子が存在する位置（収集部）の個数の推定値であるVに応じてGを制御することで、最も得られる情報量が多くなるように制御することが可能であり、同じ計測時間であってもできるだけ定性分析や定量分析の精度を高めることができる。
【０１３８】
［まとめ］
以上のように、本実施例に係る分析システムを用いれば、定性分析の結果の情報を用いて対象物質が存在する可能性がある収集部から優先的に微粒子を収集するように収集量信号を生成するため、高速かつ高精度で定性分析や定量分析を実行することができる。
【０１３９】
［実施例５］
本実施例では、各収集部からセンサ１００までの経路長が収集部毎に異なる場合について検討する。各収集部からセンサ１００までの経路長に違いがある場合、たとえ同じ量の微粒子等が存在する収集部に対して同じ収集量信号を与えたとしても実際に収集される量（すなわち、感度）は、収集部毎に異なる場合がある。
【０１４０】
また、収集部１１５_１〜１１５_Ｎから収集された微粒子や気体がセンサ１００に到達するまでに時間を要する場合、高速制御を行うことができず、収集量信号の切り替え時刻と実際の観測信号Xの時刻との間に遅延が発生する。これにより、例えば収集量信号が開状態（すなわち“1”）の時刻でも実際に収集される量が想定よりも少ない時間や収集量信号が閉状態（すなわち“0”）の時刻でも実際に収集される量が想定以上である時間が発生する。そこで本実施例では、収集部や時刻に応じて感度が異なる場合や高速制御が困難な場合にも、高精度での定性分析や定量分析が可能な分析システムの例を説明する。
【０１４１】
［分析システムのハードウェア構成］
本実施例に係る分析システムと実施例１に係る分析システムの違いは、各収集部の近傍に異なる標準剤を設置する点である。図２１に、本実施例に係る分析システム２１０１のハードウェア構成を示す。図２１には、図１との対応部分に同一符号を付して示す。図２１に示すように、本実施例の場合、各収集部１１５_１〜１１５_Ｎの近傍には標準剤２１０２_１〜２１０２_Ｎが設置されている。標準剤２１０２_１〜２１０２_Ｎは、それぞれ異なる質量点にピークを有する物質である。
【０１４２】
［分析システムの機能構成］
図２２に、本実施例の分析システム２１０１の機能ブロック構成を示す。なお、図２２には、図１５との対応部分に同一符号を付して示している。本実施例の特徴部分は、分離処理部２２０２と標準剤データベース２２０１である。標準剤データベース２２０１には、標準剤毎のスペクトルテンプレートと検量線とが格納されている。分離処理部２２０２は、標準剤データベース２２０１からテンプレートと検量線とを読み出し、紺促進号Ｘを各計測対象位置（収集部）に対応する分離信号に分離する。
【０１４３】
［分離処理の詳細］
図２３に、本実施例において実行される分離処理Ｓ３０９の詳細動作例を示す。
（ステップＳ２３０１）
本ステップにおいて、分離処理部２２０２として機能する中央演算装置１０４（以下「分離処理部２２０２」という。）は、標準剤データベース２２０１から各標準剤n（各収集部nに対応）のスペクトルテンプレートR_n＝(r_n1, ..., r_nM)と検量線c_n(w)とを読み出し、これらを用いて収集量信号を補正する。具体的には、収集部nの流量a_tnを重み付き平均した質量スペクトルx'_nとR_nとの内積値wを計算し、wを検量線c_n(w)に代入して、収集部nが開状態（すなわち“1”）の時点の感度c_nを推定する。そして、収集量信号の行列A＝(a(1), a(2), ..., a(t))のn列目の要素に感度c_nを乗算し、感度を補正した後の収集量信号の行列Aを得る。
【０１４４】
（ステップＳ２３０２）
本ステップにおいて、分離処理部２２０２は、各収集部nの感度c_nが規定の範囲内か否か判定する。分離処理部２２０２は、各感度c_nが規定の範囲内の場合は混合が正常であると判定してステップＳ２３０４に進み、各感度c_nが規定の範囲外の場合は混合が異常であると判定してステップＳ２３０３に進む。
（ステップＳ２３０３）
本ステップにおいて、分離処理部２２０２は、感度c_nが規定の範囲外であると判定された収集部nの情報を、ユーザインタフェース部１０５を通じて提示する。
【０１４５】
（ステップＳ２３０４〜Ｓ２３０９）
これらのステップは、各収集部nに対応する感度c_nがいずれも規定の範囲内であると判定された場合に実行される。なお、各ステップは記述のステップに対応するので詳細な説明を省略する。例えばステップＳ２３０４（入力信号変換処理）はステップＳ１６０２に対応し、ステップＳ２３０５（残差ベクトル初期化処理）はステップＳ１４０２に対応する。ステップＳ２３０６（最近傍混合パターン検索処理）はステップＳ１４０３に対応し、ステップＳ２３０７（残差信号更新処理）はステップＳ１４０４に対応する。ステップＳ２３０８（最近傍混合パターン除去処理）はステップＳ１４０５に対応する。ステップＳ２３０９（定量処理）はステップＳ１６０７に対応し、ステップＳ２３１０（閾値処理）はステップＳ１６０８に対応する。
【０１４６】
［まとめ］
本実施例に係る分析システムを用いれば、収集部間や時間に応じて感度が異なる場合にも、感度を揃っている場合にのみ分離処理を実行する。このため、高い検出精度を保証することができる。さらに、感度に異常が発見された収集部を容易に知ることができるため、収集部の保守作業を効率化することができる。
【０１４７】
［実施例６］
本実施例では、計測対象位置（収集部）の数がセンサ１００の個数よりも多い場合に、収集部毎に感度が異なる場合でも、定性分析や定量分析を高精度に実行できる分析システムの例を説明する。
【０１４８】
［分析システムのハードウェア構成］
本実施例に係る分析システムと実施例１に係る分析システムの違いは、複数のセンサを用いる点である。図２４に、本実施例に係る分析システム２４０１のハードウェア構成を示す。本実施例の分析システム２４０１は、複数の収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎ、複数の混合部２４０３_１〜２４０３_Ｋ、複数の配管２４０４_１〜２４０４_Ｋ、複数のセンサ２４０５_１〜２４０５_Ｋを含んでいる。ただし、N及びKは、N＞Kを満たす自然数である。
【０１４９】
例えば収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎが蒸気吸気口の場合、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１から入力された電圧値に基づいた電磁バルブの開閉により吸入する蒸気や霧状液滴の流量を制御できる。各収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎは並列配置されたＫ個の電磁バルブを有しており、それらの開閉を独立に制御できる。
【０１５０】
また例えば収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎが微粒子収集機構の場合、マルチチャンネルＤＡ変換器１１１から入力された電圧値に基づいてサイクロン現象を起こすか否かにより収集する微粒子の量を制御できる。この場合、各収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎは、並列配置されたＫ個のサイクロン機構を有しており、それらの起動と停止を独立に制御できる。
【０１５１】
収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎで収集された蒸気若又は霧状液滴又は微粒子は、並列に配置されたＫ個の混合部２４０３_１〜２４０３_Ｎに収集される。混合部２４０３_１〜２４０３_Ｋには１対１の関係でＫ個の配管２４０４_１〜２４０２_Ｋが接続されており、この配管内で各収集部２４０２_１〜２４０２_Ｎから収集された蒸気若又は霧状液滴又は微粒子がセンサ２４０５_１〜２４０５_Ｋに送られる。例えば質量分析処理の場合、センサ２４０５_１〜２４０５_Ｋのそれぞれにおいて質量分析が実行され、M次元のベクトルで与えられる質量スペクトルが得られる。これらM次元のK個のベクトルを直列に接続したMK次元のベクトルx ＝ (x_1 ... x_K)を観測信号Xとして、前述の実施例と同様の処理を実行する。
【０１５２】
［まとめ］
本実施例に係る分析システムのように複数のセンサを用いれば、観測信号Ｘの情報量が増加し、定性分析や定量分析の精度を向上できる。特に、一台当たりのセンサの価格、メンテナンスコストが比較的低い場合には、本実施例のように、センサ数を増加させることで、より少ない時刻ポイント数であっても、信号分離の精度、定性分析や定量分析の精度を高めることができる。
【０１５３】
［他の実施例］
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１５４】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【０１５５】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１０…分析システム、１００…センサ、１０１…配管、１０４…中央演算装置、１０５…ユーザインタフェース部、１１１…マルチチャンネルＤＡ変換器、１１５_１〜１１５_Ｎ…収集部、１１６…混合部、２０１…収集制御部、２０２…分離処理部、１５０１…分離処理部、１５０２…対象物質データベース、１５０３…結果出力部、１８０１…収集制御部、２１０１…分析システム、２１０２…標準剤、２２０１…標準剤データベース、２２０２…分離処理部、２４０１…分析システム、２４０２_１〜２４０２_Ｎ…収集部、２４０３_１〜２４０３_Ｋ…混合部、２４０４_１〜２４０４_Ｋ…配管、２４０５_１〜２４０５_Ｋ…センサ。
【図１】
2015063821.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015063821.tif 000020
【図８】
2015063821.tif 000021
【図９】
2015063821.tif 000022
【図１０】
2015063821.tif 000023
【図１１】
2015063821.tif 000024
【図１２】
2015063821.tif 000025
【図１３】
2015063821.tif 000026
【図１４】
2015063821.tif 000027
【図１５】
2015063821.tif 000028
【図１６】
2015063821.tif 000029
【図１７】
2015063821.tif 000030
【図１８】
2015063821.tif 000031
【図１９】
2015063821.tif 000032
【図２０】
2015063821.tif 000033
【図２１】
2015063821.tif 000034
【図２２】
2015063821.tif 000035
【図２３】
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【図２４】
2015063821.tif 000037
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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2015063821.tif 000043
2015063821.tif 000044
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