＜展示会見て歩記＞（7）；アグリビジネス創出フェア

アグリビジネス創出フェア

2013年10月25日 （10/23～10/25 開催）　場所： 東京ビックサイト

【展示会概要】
産学の各機関が農林水産食品分野に関する最新の技術を持ち寄り交流することを通じ、新たなビジネスを創造するための技術交流・展示会（主催者の林農林大臣挨拶より）であるアグリビジネス創出フェアに行ってきた。併設展示にアグロイノベーション2013（農業園芸生産技術展、青果物流通加工技術展の合同展示）があった。農業・食品にはかなり多くの分光分析機器（例えば、果物、砂糖きびの糖度測定、お米の食味等）が使用され、農産物、食品のスペクトルが測定されているので、このような展示会で何か新しい応用、発表はないか？というのが参加の動機だ。
アグリビジネス創出は大学、国公立研究機関、企業、NPO法人等１７０の出展、。一方アグロイノベーションは約１００社の展示でやや規模が小さい。研究機関の展示が多いのはアグリビジネス創出だが、スペクトルの測定事例はそれほど多くない。品種改良のためのDNA解析、操作の研究、人工栽培のためのLED照明とその効果・効率upといった研究が多い。その中でも近赤外線スペクトルによって土壌・堆肥の成分分析を行う装置、レタス・ホウレンソウの葉っぱのスペクトル＜可視(0.4μm)から近赤外域（1.1μm)＞を測定しケモメトリックス（多変量解析の１種、スペクトルの解析、定量分析のために頻繁に使用される。）結果から野菜中の硝酸濃度を測定する発表があった。又直接スペクトルの測定は行っていないが、メタボローム解析にケモメトリックスが使用された例も見られ、スペクトル以外の大量のデータ解析にケモメトリックスが有効であることが認識されて来たようだ。

＜スペクトルあれこれ＞(4) 10月2日の虹

10月2日の夕方、空にきれいな虹が見えた。良く見ると2つの虹が見える。はっきりと見えたのは下側の虹で、
上側の虹はうっすらとしている。2つ見えたのはわずかな時間で、私が見た10分後くらいには、一つしか見えなかったようだ。虹が雨滴の屈折率の差により太陽光が分光されたスペクトルだという話は、前に掲載した。
しかし今回2つの虹が見えた（下の虹を主虹、上の虹を副虹と呼ぶらしい）。もっと良く見ると下の虹では、下から紫⇒青⇒緑⇒赤の順に並んでいるのに、上の虹では順序が逆（赤⇒緑⇒青⇒紫）になっている。赤はともかく紫が本当に出ているかは少し疑わしいけれど教科書的にはこの順序だ。
この日の虹の写真は幾つかのWebに掲載されているので、見てみるといいと思う。

何故二つの虹が出来、順序が逆転するのだろう？数ヶ月前にたまたま読んだ本に、このことが記載されているのを思い出し披露することにした。
図Ar4-２に、雨滴内で反射する回数が１回と2回の光線が示されている。雨滴中で２回反射した光線から出来る虹が副虹、１回反射の光線で出来る虹が主虹だ。副虹が弱いのは水滴中を通る光路が主虹に比べ長く光の減衰が大きいからだろう。古くから虹の研究はされていて、デカルト、ニュートン等も主虹、副虹の構成について研究しているそうだ。ともあれ台風が過ぎ去った空に出た虹は、なんとなく心を落ち着かせ、気持ちをおおらかにさせてくれた。
（虹の話と図は光の百科事典　谷田貝豊彦編丸善出版を参考にした。）







＜文献探索から＞ (5)迅速バイオマス分析における近赤外スペクトルデータの前処理

(題名：Pretreatment of near infrared spectra data in fast biomass analysis)

　著者：l. Liu, X. P. Ye, A. M. Saxton, and A. Womac

　出典：J.Near Infrared Spectrsc 18, 317-331 (2010)

【抄録】

植物の木質部は隠れた新エネルギー源。バイオマス工業はバイオマス原料を効率的にバイオ燃料等に変換しなければならないので、バイオマス原料中の化学成分を迅速に分析することは重要な課題。近赤外分光分析は、バイオマス原料の成分分析に適している。バイオマス原料のスペクトルから成分情報を取りだすために有効なスペクトルの前処理方法を検討した。異物、サンプル粒径、かさ密度、水分含量の影響等によるスペクトルのバラツキの影響を抑えるために前処理を行うことは、スペクトルデータと化学成分の良い相関を取るために重要である。サンプルはスイッチンググラス（イネ科の雑草）36種類とCorn Stover（トウモロコシの茎など）35種類（いずれも粉で粒径、採取場所等が異なる）。

前処理として、1次微分、2次微分、MSC、SNV、EMSCをそれぞれのスペクトルデータに施しグルカン、キシラン、リグニン、灰分の検量線を作成し、検量線作成用とは異なるスペクトルデータにあてはめ予測値を得て、前処理の効果を調べた。最も効果的だったのは、EMSCであった。灰分などの無機質によるスペクトルの影響をEMSCが有効に取り除けたため。

測定対象：

グルカン……天然に最も多く存在する多糖類（Dグルコースを基にしたポリマー）

キシラン……分子式（C₅H₈O₄)n　の炭水化物（多糖類）

リグニン……高分子のフェノール性化合物（木質素）

前処理方法：

MSC……Multiplicative scattering correction（多重散乱補正）

SNV……Standard Normal Variate（標準正規変数）

EMSC……Extended Multiplicative scattering correction （拡張多重散乱補正）

 

＜展示会見て歩記＞（6）；JASIS(2013) （旧分析展/科学機器展）

9/5, 6開催日9/4～9/6幕張メッセ国際展示場

【展示会概要】

分析機器・科学機器におけるアジア最大級の展示会であるJASIS2013に参加した。参加者は3日間合計で2300名であり、昨年よりわずかに減ったが盛況であった。併催の新技術説明会の光分析の発表件数（オフィシャルガイドによる）をみるとラマン（含む蛍光）15件、赤外・近赤外9件、紫外可視8件、原子吸光5件、ICP関連3件、その他3件となっている。分光分析に関する展示も、新技術説明会の発表件数分布に比例するような形で、ラマンの展示が目立った。ピッツコン等ではすでにあるが、Heritage Corner（分析機器・科学機器遺産コーナー）があり、分析機器発展の歴史が判るのも興味深い。この展示会は大学、研究所等の小間、発表が多いのも特徴の一つ。化学、医薬業界を対象にした展示が多く、これらの業界が分析計の大きな市場であると推測できる。全体に小型化した新製品が多く、NMR、FTIR, Raman等に小型、ポータブルを特徴とした製品が見られた。

＜文献探索から＞ (4) 自作Webカメラを使用したＮチャンネル光ファイバー使用分光器

原題：Home-made N-Channel Fiber-Optic Spectrometer from a Web Camera

出典： Applied Spectroscopy Vol. 66 No.10, 1156

著者：S. Sumriddetchkajorn, and Y. Intaravanne

抄録：

中小企業の教育用、あるいは品質管理用としてWebカメラを使用した低価格、多チャンネルの光ファイバ分光器の可能性を紹介する。キーアイディアはN本の光ファイバーを1列に並べ外部の分散型素子へ入射させて、スペクトル情報を2次元にしたことにある。市販のWebカメラのイメージセンサにプラスチックレンズを通して各チャネルのスペクトル情報を結像させた。この論文では5本の光ファイバーを使用して5チャンネルの分光器を構成しそれぞれのチャネルを標準光で校正した。製作した分光器は455~655nmで動作し、LEDとレーザポインターでピーク波長を調べたところ10.5nm以下の測定誤差で測定可能であった。製作にかかったコストはWebカメラと光ファイバを含め 92.5＄だった。分散型エレメントはRainbow SymphonyのHolographic Grating (1000本/mm）,18mm×8mmで1.13＄。

【読後感】

手作りの分光器については、いくつもの作成方法がWeb上に出ている。ほとんどのものが、CCDと回折格子（CDを使ったり、市販のホログラフィックグレーティング）の組み合わせだ。出力はデジカメ（携帯カメラ）の場合が多い。しかし、正論文として投稿発表されたものは少ないと思ったので、どこにポイントがあるのかと疑問に思い読んでみた。基本のアイディアは、複数本の光ファイバをうまく設置して2次元のスペクトル画像をCCD面に結像させたことだと思う。Webカメラを使用したことによりPCへのデータ取り込みが出来るのは便利。校正には6個のLED(Peak波長:465, 507, 568, 591, 629, 639nm)と2本(532, 655nm)のレーザポインターを使用している。校正の方法もしっかりしているし、出力がデジタルで出てくるのも便利。論文になるのも納得。プラスチックレンズとプラスチックファイバー（コア径1mm）を使用しているため波長範囲が最長655nmになっているが、この部分を変えれば1100nmぐらいまで波長範囲が伸びるのではと思う。当然価格は大幅にアップする。
価格重視の珍しい論文。

＜展示会見て歩記＞（5）；ICAVS-7

2013年8月28日（8/26～8/30開催）　場所：神戸国際会議場

【展示会概要】
ICAVS-7は第7回国際先進振動分光学会議(Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy)の略でOral, Posterの発表が500を超える大きなカンファレンスで、それに付随して分光分析機器関連各社の展示も行われたので紹介することにした。展示会社は約30社で、先進振動分光学会議にふさわしい先端的な展示が多かったが、やはり一番目につくのはラマン分光器。低周波（テラヘルツ）ラマン、イメージング、AFM（原子間力顕微鏡）－Raman、ラマン円偏光等各社特長のある製品を展示した。次にFTIRでこれは従来からある高級品のFTIR が多かったが、AFM-FTIR、小型（ポータブル）FTIRの展示などもあった。近赤外分光器も各社展示していたが、特に目立った機器はなかったように思う。テラヘルツ分光器は製品を持っているメーカーが少なく、数社が展示をしていた。
ラマン、FTIRに共通しているのは、空間分解能を高めることと面情報を取るという相反する要求に対応している点にある。一方はAFMを使用して光の回折限界（波長長さ）を超えて、空間分解能を飛躍的に高め（数10nm）、微小部分からの分光分析による新しい情報を得ることが出来、他方はイメージングでは、高速で2次元データを処理し面情報（数mm×数mm？）を得ることが出来る。

＜スペクトルあれこれ＞(3) 分光スペクトル（透過率と吸光度）

サンプルに入射/透過した光量は、透過率で表すと理解しやすい。物質に光が入射した時、入射した光全部が透過したとすると物質は透明になるが、100%の光が透過することは実際にはほとんどなく、透明に見えるガラスでも、ガラス面に入射した光は約4%（ガラスの屈折率を1.5、空気の屈折率1とすると）が反射（フレネル損）する。この場合透過率は96%になる。しかし多くの場合、透過率より吸光度でスペクトルを示すことが多い。これは図Ar3-1に示すランバート･ベールの法則によるところが多い。サンプル特有のモル吸光度係数とサンプルの厚さが既知とするとスペクトルの吸光度からサンプルの濃度が推定できるからだ。

                           

図Ar3-2にポリスチレン板の赤外域波数と透過率の例を示す。

ポリスチレンは赤外域に幾つかの強い特徴的な吸収を持ち幾つかのピークは、波数（波長）の基準にも用いられている。理科年表には幾つかの物質の吸収波数（波長）が記載されていて、ポリスチレンも3026cm^-1、2925cm^-1、2849cm^-1等基準になる吸収波数が記載されている。、それぞれの吸収ピークは、化学構造と対応し、2925, 2849cm^-1は ”-CH2-”、3026m^-1は”ベンゼン環とＣＨ”に依存している（図Ar3-3）。