(57)【要約】【課題】容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を高精度に測定することができる成分量測定方法を提供する。【解決手段】スペクトル取得ステップにおいて、容器１０の互いに異なる深さ位置それぞれにおいて、光源２０から出力された近赤外光Ｌ１が容器１０内の混合溶液９０に照射され、この照射により生じた光（透過光または拡散反射光）のうち容器１０の外部へ出射された光Ｌ２のスペクトルが分光センサ３０により取得される。濃度算出ステップにおいて、その取得されたスペクトルに基づいて、複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度が求められる。そして、成分量算出ステップにおいて、その求められた複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度に基づいて、容器１０内の特定成分の総量が算出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を測定する方法であって、
前記容器の互いに異なる複数の深さ位置それぞれにおいて、前記容器の外部から前記容器の内部へ近赤外光を入射させ、この近赤外光が前記容器内の混合溶液に照射されて生じた光のうち前記容器の外部へ出射された光を受光して、この受光した光のスペクトルを取得するスペクトル取得ステップと、
前記スペクトル取得ステップにおいて取得されたスペクトルに基づいて、前記複数の深さ位置それぞれにおける前記混合溶液中の前記特定成分の濃度を求める濃度算出ステップと、
前記濃度算出ステップにおいて求められた前記複数の深さ位置それぞれにおける前記混合溶液中の前記特定成分の濃度に基づいて、前記容器内の前記特定成分の総量を算出する成分量算出ステップと、
を備えることを特徴とする成分量測定方法。
【請求項２】
前記容器が発酵槽であり、前記特定成分がエタノールである、
ことを特徴とする請求項１に記載の成分量測定方法。
【請求項３】
前記エタノールの原料が糖質原料であり、
前記濃度算出ステップにおいて、前記スペクトル取得ステップにおいて取得されたスペクトルを二次微分して得られる二次微分スペクトルにおいて波長帯域１６００〜１８００ｎｍに現れるピークまたはボトムの強度を求め、予め求めておいた当該ピークまたは当該ボトムの強度と前記特定成分の濃度との関係を表す検量線に基づいて、前記エタノールの濃度を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の成分量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内の混合溶液に含まれる特定成分の量を測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容器内の混合溶液に含まれる特定成分の量を測定する発明が特許文献１〜４に開示されている。これらの文献に開示された測定方法では、容器内の混合溶液に光を照射し、その際に生じる光（透過光または拡散反射光）を受光して、その受光した光の強度またはスペクトルに基づいて混合溶液中の特定成分の総量を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１３４４１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４７４号公報
【特許文献３】特開２００９−３６７４６号公報
【特許文献４】特開平５−２７３１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜４に開示された測定方法では、容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を正確に測定することができない場合がある。特に、容器が発酵槽であって特定成分がエタノールである場合や、さらにエタノールの原料が糖質原料である場合には、容器（発酵槽）内の特定成分（エタノール）の総量を正確に測定することはできない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を高精度に測定することができる成分量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の成分量測定方法は、容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を測定する方法であって、(1) 容器の互いに異なる複数の深さ位置それぞれにおいて、容器の外部から容器の内部へ近赤外光を入射させ、この近赤外光が容器内の混合溶液に照射されて生じた光のうち容器の外部へ出射された光を受光して、この受光した光のスペクトルを取得するスペクトル取得ステップと、(2) スペクトル取得ステップにおいて取得されたスペクトルに基づいて、複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液中の特定成分の濃度を求める濃度算出ステップと、(3) 濃度算出ステップにおいて求められた複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液中の特定成分の濃度に基づいて、容器内の特定成分の総量を算出する成分量算出ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の成分量測定方法では、容器が発酵槽であり、特定成分がエタノールであってもよい。また、エタノールの原料が糖質原料であってもよい。このとき、濃度算出ステップにおいて、スペクトル取得ステップにおいて取得されたスペクトルを二次微分して得られる二次微分スペクトルにおいて波長帯域１６００〜１８００ｎｍに現れるピークまたはボトムの強度を求め、予め求めておいた当該ピークまたは当該ボトムの強度と特定成分の濃度との関係を表す検量線に基づいて、エタノールの濃度を算出するのが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、容器内の混合溶液に含まれる特定成分の総量を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の成分量測定方法を適用するのに好適な測定装置１の構成を示す図である。
【図２】容器１０の窓１１〜１３の構成例を示す図である。
【図３】容器１０の窓１１〜１３の構成例を示す図である。
【図４】容器１０の窓１１〜１３の構成例を示す図である。
【図５】スペクトル取得ステップにおいて分光センサ３０により取得されたスペクトルを示す図である。
【図６】図５のスペクトルを二次微分して得られる二次微分スペクトルを示す図である。
【図７】図６の二次微分スペクトルのうち波長帯域１６００〜１８００ｎｍの部分を拡大して示す図である。
【図８】二次微分スペクトルにおける波長１６８９.９２ｎｍでのボトム強度とエタノール濃度との関係を示すグラフである。
【図９】容器１０の深さ方向の各位置において測定されたエタノール濃度の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態の成分量測定方法を適用するのに好適な測定装置１の構成を示す図である。測定装置１は、容器１０，光源２０および分光センサ３０を備える。容器１０内には混合溶液９０が容れられる。本実施形態の成分量測定方法は、容器１０内の混合溶液９０に含まれる特定成分の総量を測定する方法である。
【００１２】
容器１０は、光源２０から出力される光に対して透明な材料（例えば石英ガラス）からなる窓１１〜１３を有する。窓１１〜１３は、容器１０の互いに異なる深さ位置に設けられている。光源２０は、近赤外光Ｌ１を出力して、その光Ｌ１を窓１１〜１３の何れかから容器１０の内部に入射させる。光源２０は、波長帯域１６００〜１８００ｎｍを含む近赤外光Ｌ１を出力するのが好適である。分光センサ３０は、光源２０から出力された近赤外光Ｌ１が容器１０内の混合溶液９０に照射されて生じた光（透過光または拡散反射光）のうち容器１０の外部へ出射された光Ｌ２を受光して、この受光した光のスペクトルを取得する。
【００１３】
光源２０および分光センサ３０の組は窓１１〜１３それぞれに対応して個別に設けられてもよい。また、１組の光源２０および分光センサ３０が窓１１〜１３それぞれに順次に移動して、各窓においてスペクトルを取得するようにしてもよい。
【００１４】
図２〜図４それぞれは、容器１０の窓１１〜１３の構成例を示す図である。ここでは窓１１〜１３のうち代表して窓１１の構成を示すが、他の窓１２，１３についても同様である。
【００１５】
図２に示される構成例では、光源２０から出力された光Ｌ１は窓１１を通過して容器１０内の混合溶液９０に照射され、この照射に伴い混合溶液９０で生じた拡散反射光Ｌ２は窓１１を通過して分光センサ３０により受光される。
【００１６】
図３に示される構成例では、光源２０から出力された光Ｌ１は窓１１を通過して容器１０内の混合溶液９０に照射され、この照射光のうち混合溶液９０を透過した光Ｌ２は窓１１を通過して分光センサ３０により受光される。
【００１７】
図４に示される構成例では、光源２０から出力された光Ｌ１は窓１１を通過して容器１０内の混合溶液９０に照射され、この照射光のうち混合溶液９０を透過して反射部４０で反射された光Ｌ２は再び混合溶液９０および窓１１を通過して分光センサ３０により受光される。
【００１８】
本実施形態の成分量測定方法は、容器１０内の混合溶液９０に含まれる特定成分の総量を測定する方法であって、スペクトル取得ステップ，濃度算出ステップおよび成分量算出ステップを備える。
【００１９】
スペクトル取得ステップでは、容器１０の互いに異なる深さ位置に設けられた窓１１〜１３それぞれにおいて、光源２０から出力された近赤外光Ｌ１は、容器１０の外部から容器１０の内部へ入射され、容器１０内の混合溶液９０に照射される。そして、この照射により生じた光のうち容器１０の外部へ出射された光Ｌ２は、分光センサ３０により受光されてスペクトルが取得される。
【００２０】
濃度算出ステップでは、その取得されたスペクトルに基づいて、複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度が求められる。このとき、取得されたスペクトルを波長で二次微分して得られる二次微分スペクトルに基づいて、複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度が求められるのが好適である。そして、成分量算出ステップでは、その求められた複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度に基づいて、容器１０内の特定成分の総量が算出される。
【００２１】
以下では、容器１０が発酵槽であり、混合溶液９０中の測定対象である特定成分がエタノールであり、エタノールの原料が糖蜜等の糖質原料である場合について、スペクトル取得ステップ，濃度算出ステップおよび成分量算出ステップそれぞれの具体的な実施例を説明する。
【００２２】
図５は、スペクトル取得ステップにおいて分光センサ３０により取得されたスペクトルを示す図である。図６は、図５のスペクトルを二次微分して得られる二次微分スペクトルを示す図である。図７は、図６の二次微分スペクトルのうち波長帯域１６００〜１８００ｎｍの部分を拡大して示す図である。これらの図には、混合溶液中のエタノール濃度が０.２４％〜４.４％の範囲内の各値である場合についてスペクトルまたは二次微分スペクトルが示されている。
【００２３】
分光センサ３０により取得されたスペクトル（図５）は、発酵液特有の形状を有しており、また、混合溶液中のエタノールの濃度に依存した形状を有している。二次微分スペクトル（図６，図７）では、装置や試料の状態および測定条件・環境などの外乱によるノイズが取り除かれている。特に、二次微分スペクトルでは、エタノール濃度に相関のある波長帯域１６００〜１８００ｎｍに現れるピークまたはボトム（特に波長１６８９.９２ｎｍのボトム）の位置が見やすくなっている。
【００２４】
図８は、二次微分スペクトルにおける波長１６８９.９２ｎｍでのボトム強度とエタノール濃度との関係を示すグラフである。同図には、１０個の測定値が示されている他、これらの測定値を近似する直線も示されている。ボトム強度ｙはエタノール濃度ｘに対して下記（１）式の近似式で表される。濃度算出ステップの処理前に、このような近似式が検量線として求められる。
ｙ＝−0.0003ｘ＋0.0019  （Ｒ2＝0.9527）    …（１）
【００２５】
濃度算出ステップでは、二次微分スペクトルにおいて波長１６８９.９２ｎｍに現れるボトムの強度ｙが求められ、予め求めておいたボトム強度ｙとエタノール濃度ｘとの関係を表す検量線（上記（１）式）に基づいて、エタノールの濃度ｘが算出される。また、容器（発酵槽）１０の互いに異なる複数の深さ位置それぞれにおいてエタノールの濃度が算出されることで、容器１０の深さ方向のエタノール濃度分布が得られ、容器１０内のエタノールの総量が算出される。
【００２６】
図９は、容器１０の深さ方向の各位置において測定されたエタノール濃度の一例を示すグラフである。同図には、４個の測定値が示されている他、これらの測定値を近似する直線も示されている。同図に示される例では、エタノール濃度ｙは深さ位置ｘに対して下記（２）式の近似式で表される。同図の例では、平均エタノール濃度が５.５％であるので、容器（発酵槽）１０内の混合溶液（発酵液）９０の量に５.５％を乗じることにより、混合溶液（発酵液）９０中のエタノールの総量を求めることができる。
ｙ＝−2ｘ＋8.5  （Ｒ2＝0.9524）            …（２）
【００２７】
仮に唯１点の深さ位置でエタノール濃度を測定する場合、その深さ位置によってエタノール濃度測定値が２％であったり８％であったりして、混合溶液９０中のエタノールの総量を正確に求めることができない場合がある。これに対して、本実施例では、複数の深さ位置それぞれにおけるエタノール濃度を求めて、これらに基づいて容器１０内の混合溶液９０中のエタノールの総量を算出するので、エタノールの総量を高精度に測定することができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態の成分量測定方法では、スペクトル取得ステップにおいて、容器１０の互いに異なる深さ位置それぞれにおいて、光源２０から出力された近赤外光Ｌ１が容器１０内の混合溶液９０に照射され、この照射により生じた光（透過光または拡散反射光）のうち容器１０の外部へ出射された光Ｌ２のスペクトルが分光センサ３０により取得される。濃度算出ステップにおいて、その取得されたスペクトルに基づいて、複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度が求められる。そして、成分量算出ステップにおいて、その求められた複数の深さ位置それぞれにおける混合溶液９０中の特定成分の濃度に基づいて、容器１０内の特定成分の総量が算出される。このようにすることで、容器１０内の混合溶液９０に含まれる特定成分の総量が高精度に測定され得る。
【００２９】
また、本実施形態の成分量測定方法では、濃度算出ステップにおいて、スペクトル取得ステップにおいて取得されたスペクトルを二次微分して得られる二次微分スペクトルにおいて特定波長帯域に現れるピークまたはボトムの強度が求められ、予め求めておいた当該ピークまたは当該ボトムの強度と特定成分の濃度との関係を表す検量線に基づいて特定成分の濃度が算出されることにより、容器１０内の混合溶液９０に含まれる特定成分の総量が更に高精度に測定され得る。
【符号の説明】
【００３０】
１…測定装置、１０…容器、１１〜１３…窓、２０…光源、３０…分光センサ、４０…反射部、９０…混合溶液、Ｌ１…入射光、Ｌ２…出射光。
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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