Spectral factorization using the spatial localization of constituents in foods and biomass

利用食品和生物质成分的空间定位进行光谱分解

基本信息

批准号：
21H02311
负责人：
粉川美踏
金额：
$ 11.15万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、非破壊分析手法でありながら、クロマトグラフィーをベースとした化学分析にならい、目的成分とその他の成分を分離してから検出・定量する手法を開発することを目指した。試料を破壊せずとも、試料表面の同時多点計測（イメージング）を行うことで、元々空間的に別れて存在している成分のスペクトルを計測時に分離できる点に着目し、空間情報を用いてスペクトルを分解する本手法を「空間スペクトル分解法」とよぶ。本研究では、扱いが容易である乳濁液や粉体試料を用い、マイクロメートルスケールでのハイパースペクトル画像における空間情報をスペクトル分離に用いた。本年度は、粉体試料（異なる単糖の混合物）および乳濁液（大豆油O/Wエマルション＋塩）を用い、空間スペクトル分解法の計測・解析方法を開発した。昨年度構築したハイパースペクトル画像を計測するための顕微ラマン分光システムを用いて計測を行った。試料としては以下の２種類を用いた：1) 成分混合比が既知のO/Wエマルジョン、2) 成分比が既知の単糖混合試料（グルコース、フルクトース、ガラクトース）。スペクトル情報としてラマン分光法を用いた。空間情報とスペクトル情報を合わせ持ったハイパースペクトル画像を取得し、画像中の1画素の領域に存在する成分の中から、信号源（純粋な成分のスペクトル）を求めた。この信号源を使ってスペクトル分解を行うことで、目的とする成分とそれ以外の挙動を分離することができた。最後に各画素のスペクトルを各信号源とその濃度に分解し、目的とする成分の濃度を全ての画素について平均して、試料全体としての濃度を求めた。

在这项研究中，我们的目标是开发一种无损分析方法，该方法遵循基于色谱的化学分析，在检测和定量之前将目标成分与其他成分分离。我们关注的是，通过在不破坏样品的情况下对样品表面进行同时多点测量（成像），可以在测量过程中分离出原本在空间上分开的成分的光谱，并利用空间信息的这种方法。分解谱称为“空间谱分解法”。在本研究中，我们使用易于处理的乳液和粉末样品，并利用微米尺度高光谱图像中的空间信息进行光谱分离。今年，我们开发了一种使用空间光谱分解法的测量和分析方法，使用粉末样品（不同单糖的混合物）和乳液（豆油O/W乳液+盐）。测量是使用去年建造的用于测量高光谱图像的拉曼光谱系统进行的。使用以下两种类型的样品：1）具有已知组分混合比的O/W乳液，和2）具有已知组分比的单糖混合样品（葡萄糖、果糖、半乳糖）。使用拉曼光谱作为光谱信息。获得包含空间和光谱信息的高光谱图像，并从图像中单个像素区域中存在的成分中确定信号源（纯成分光谱）。通过使用该信号源执行谱分解，我们能够将目标组件与其他行为分开。最后，将每个像素的光谱分解为每个信号源及其浓度，并对所有像素的目标成分浓度进行平均，以确定整个样本的浓度。