プラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置
【課題】プラスチック素材に目的検出成分が微量含有されている場合でも、迅速にその含有を識別する方法を提供する。
【解決手段】プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、全反射もしくは透過した前記赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルと、前記プラスチック素材中の目的検出成分固有の波数に変化を与える処理を行いながらまたは行った後、前記連続スペクトルを持った赤外光を照射し、全反射もしくは透過した前記赤外光を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを比較することによって目的検出成分の含有の有無を識別する。
【解決手段】プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、全反射もしくは透過した前記赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルと、前記プラスチック素材中の目的検出成分固有の波数に変化を与える処理を行いながらまたは行った後、前記連続スペクトルを持った赤外光を照射し、全反射もしくは透過した前記赤外光を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを比較することによって目的検出成分の含有の有無を識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック素材中に含まれる目的検出成分を赤外分光測定により識別するプラスチック素材の成分識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な規模で地球環境問題の関心が高まっており、有害物質の規制などの取組みが進められている。欧州においては、環境破壊や健康に及ぼす危険を最小化することを目的に、電気電子機器類に含まれる特定有害化学物質の使用を制限するＲｏＨＳ指令が制定され、２００６年７月１日に施行される。その対象物質は、鉛、カドミウム、六価クロム、水銀、ポリブロモビフェニル、ポリブロモビフェニルエーテルであり、規制値はカドミウムが１００ｐｐｍ以下であり、それ以外の物質は１０００ｐｐｍ以下である。この規制の対応として、規制物質が誤使用もしくは混入し、使用されることを防ぐため材料や部品などの受入れ検査が行われる。受入れ検査は、元素分析が必要な、鉛、カドミウム、水銀については、蛍光Ｘ線分析装置を用いて行われ、特定化数のイオン検出が必要な六価クロムについては、ジフェニルカルバジド吸光光度法により行われている。ポリブロモビフェニル、ポリブロモビフェニルエーテルは特定構造の臭化物であるため、元素分析では識別できない。そのため構造分析する必要があり、様々な方法が提案されている。
例えば、プラスチック素材中の特定構造を有した成分分析方法として、ガスクロマトグラフ質量分析装置を用いる方法が提案されている。
しかしながら、この方法ではプラスチック素材を粉砕し、溶媒で特定成分のみを抽出濃縮などの前処理を施してから分析しなければならず迅速な測定結果を得ることができない。
【０００３】
そこで、プラスチック素材中の特定構造を有した成分を迅速に分析する方法として、赤外分光分析法が提案されている。この方法は、特定構造の成分を含まない試料を測定して得られたスペクトルと、特定構造の成分を含有した試料のスペクトルとを比較し、特定構造成分の有無を識別するものである。
また、プラスチック素材中の特定構造を有した成分を迅速に分析する方法として、放射線回折測定法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、プラスチック素材に放射線を照射したときに、得られる放射線の回折パターンと、予め用意された分析対象の成分の回折パターンとを比較することにより、プラスチック素材中に目的検出成分が含まれるか否かを判定する方法である。
以上に説明した赤外分光分析法および放射線回折測定法であれば、特定の成分を含むプラスチック素材を前処理せずに迅速に識別することができるとされている。
【特許文献１】特開２００５−３４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＲｏＨＳ指令の閾値である１０００ｐｐｍ程度しか目的検出成分が含有されていない場合、これらの方法では目的検出成分が含有されているか否かを識別することが困難である。
例えば、放射線回折測定法では、プラスチック素材中に１０％以上の目的検出成分が含有されている場合ならば、プラスチック素材の回折パターンから目的検出成分の有無を識別することは可能である。しかし、目的検出成分に相当する回折パターンが小さいため、プラスチック素材全体の回折パターンのベースラインに隠れてしまい、目的検出成分に相当する回折パターンを識別することが困難である。
また、赤外分光分析法では、目的検出成分が微量の場合、目的検出成分の存在を示すスペクトルが微少であり、目的検出成分の特定構造を示す波数域に他の含有成分の影響が生じやすく、目的検出成分が含有されていない場合のスペクトルとの差がほとんどなくなる。このため、目的検出成分の存在を示すスペクトルを識別することが困難である。
本発明の課題は、プラスチック素材中に目的検出成分が微量しか含有されていない場合でも、目的検出成分の含有を迅速に識別できるプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法である。その方法は、プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、プラスチック素材に対して、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、を有する。さらに、固有スペクトル変化処理ステップを行った後、連続スペクトルを持った赤外光を、波数変化処理を行ったプラスチック素材に照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、を有するプラスチック素材の成分識別方法である。
この成分識別方法では、固有スペクトル変化処理ステップにより、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルが変化する。このため、目的検出成分が微量しか含有されていない場合であっても、固有スペクトル変化処理ステップの前後に取得された第１および第２の赤外吸収スペクトルから、目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
【０００６】
ここで、「波数」とは、単位長さあたりに進む位相の値、すなわち波長の逆数を意味しており、例えば、１ｃｍあたりの波の数がこれに相当する。「固有スペクトル変化処理」とは、特定成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理をいい、例えば、目的検出成分がポリブロモジフェニルエーテルの場合、検査対象となるプラスチック素材に特定波長の紫外線を照射し、炭素−臭素結合を乖離させ、波数が１３５０ｃｍ-1近傍である赤外吸収スペクトルを減衰させる処理が、これに相当する。
第２の発明は、第１の発明であって、目的検出成分識別ステップにおける比較は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行うものである。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、確実に識別することができる。なお、第２の発明における「比較」とは、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いる比較をいい、例えば、第１の赤外吸収スペクトルの波数についての２次微分したデータと第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとの差分をとり比較することや、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの差分をとったデータを２次微分したデータにより比較することが含まれる概念である。なお、目的検出成分識別ステップにおける比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【０００７】
第３の発明は、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法である。その方法は、プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、プラスチック素材中の目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、を有する。さらに、固有スペクトル変化処理ステップを行いながら、連続スペクトルを持った赤外光をプラスチック素材に照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、を有するプラスチック素材の成分識別方法である。
この成分識別方法では、固有スペクトル変化処理ステップにより、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与えるステップと、第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップとが同時に実行される。このため、比較部で第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの比較も同時に実行することができ、迅速に、プラスチック素材に目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
【０００８】
また、固有スペクトル変化処理を実行しながら、プラスチック素材についての目的検出成分の含有を識別することができるので、固有スペクトル変化処理を行うために、プラスチック素材の成分識別のための処理を一旦停止させるような煩雑な手続きをする必要がないので、作業時間を短縮することができる。
第４の発明は、第３の発明であって、目的検出成分識別ステップにおける比較は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行うものである。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、確実に識別することができる。なお、目的検出成分識別ステップにおける比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明であって、固有スペクトル変化処理ステップでの目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理は、プラスチック素材に特定波長の紫外線を照射することにより行うものである。
【０００９】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明であって、プラスチック素材は、ハロゲン化難燃剤を含有するものである。
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明であって、目的検出成分は、ポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルである。
第８の発明は、第５から第７のいずれかの発明であって、紫外線の波長範囲は、３４５〜４５０ｎｍである。
この場合、固有スペクトル変化処理ステップにおいて、炭素−臭素結合部分は乖離し、かつ、炭素−炭素結合部、炭素−酸素結合部、炭素−水素結合部および酸素−水素結合部等は乖離しない。このため、例えば、目的検出成分がポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルである場合、効率良く、ポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルに固有な波数に対応するスペクトルに変化を与えることができる。
第９の発明は、赤外光照射部と、干渉計と、検査対象物設置部と、固有スペクトル変化処理部と、赤外吸収スペクトル取得部と、目的検出成分識別部と、を備えるプラスチック素材の成分識別装置。外光発生部は、連続スペクトルをもった赤外光を出射させる。干渉計は、赤外光の連続スペクトルに含まれる各スペクトルの波長に従って、赤外光に変調をかける。検査対象物設置部には、干渉計で変調された赤外光をプラスチック素材である検査対象物に照射するために、プラスチック素材である検査対象物が設置される。固有スペクトル変化処理部は、検査対象物に含まれる目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う。赤外吸収スペクトル取得部は、固有スペクトル変化処理部で目的検出成分に固有な波数に変化する処理をされていない検査対象物に照射され、検査対象物で反射又は透過された赤外光から第１の赤外吸収スペクトルを取得し、固有スペクトル変化処理部で目的検出成分に固有な波数に変化する処理をされた検査対象物に照射され、検査対象物で反射又は透過された赤外光から第２の赤外吸収スペクトルを取得する。目的検出成分識別部は、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することで、検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する。
【００１０】
この成分識別装置では、検査対象物設置部に設置した検査対象物に対し、固有スペクトル変化処理部により、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行うことができるので、目的検出成分が微量しか含有されていない場合であっても、固有スペクトル変化処理の前後に取得された第１および第２の赤外吸収スペクトルを目的検出成分識別部で比較することにより、目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
第１０の発明は、第９の発明であって、目的検出成分識別部は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを比較することで、検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、識別することができる。なお、目的検出成分識別部における比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置によれば、目的検出成分に固有な波数に対応する赤外吸収スペクトルに変化を与え、その変化の前後の赤外吸収スペクトルの差を明確に判断できるので、微量の検出目的成分であってもその含有を迅速に識別することが可能となる。したがって、受入れ検査で規制物質の誤使用や混入を発見することが容易となり、その効果は顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法について、図１および図２を用いて説明する。
＜装置の全体構成＞
図１に、第１実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法に使用するフーリエ変換赤外分光分析装置１００（以下、「ＦＴ−ＩＲ」という。）の概略構成図を示す。ＦＴ−ＩＲ１００は、主に、連続スペクトルを持つ赤外光を放射する赤外光照射部としての赤外光源１と、干渉計２と、検査対象物が設置される検査対象物設置部としての試料測定室３と、検査対象物で反射又は透過した赤外光を検出する検出器４と、ＡＤ変換器５と、コンピュータ６とから構成されている。
赤外光源２は、連続スペクトルを持つ赤外光を放射する光源である。
干渉計２は、主に、入射光Ｌ１を２分する半透鏡２０１と、その２分された光を各々再び半透鏡２０１に戻す固定鏡２０２と可動鏡２０３とから構成されている。干渉計２に入射した光Ｌ１は、その光強度が光Ｌ１の波数成分ごとに変調された複数の波の合成波となる光Ｌ２に変換される。
【００１３】
試料測定室３は、検査対象物としての測定試料３０１を脱着可能に設置できる構造を有しており、干渉計２からの出射光Ｌ２が、試料測定室３に設置された測定試料３０１に入射され、その反射光が、検出器４へと出射されるようになっている。
検出器４は、試料測定室３から出射された光Ｌ３を電気信号に変換し、その電気信号を増幅して、出力する。
ＡＤ変換器５は、検出器４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、コンピュータ６に出力する。
コンピュータ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、入出力装置、バス等から構成される。コンピュータ６は、ＡＤ変換器５から出力されたデジタル信号出力を受け、そのデジタル信号に対して、フーリエ変換（高速フーリエ変換を含む。）を行うことで、試料測定室３からの出射光Ｌ３のスペクトルに相当するデータを取得する。さらに、コンピュータ６は、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う前後のスペクトルを取得し、前述の処理の前後のスペクトルの差分データを取得する処理、およびその差分データの、波数についての２次微分したデータを取得する処理等を行う。なお、コンピュータ６は、フーリエ変換（高速フーリエ変換を含む。）を行うためのＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を備えていてもよい。
【００１４】
＜プラスチック素材の成分識別方法＞
第１実施形態においては、前述したＦＴ−ＩＲ１００を使用し、プラスチック素材としてポリスチレン、目的検出成分をポリブロモジフェニルエーテル（以下、「ＰＢＤＥ」という。）とした場合を例に説明する。目的検出成分が微量混入された場合を想定して、ＰＢＤＥを意図的に５００ｐｐｍ混入させた測定試料３０１を用いる場合について、図１から図４を用いて説明する。
はじめに、ＰＢＤＥを５００ｐｐｍ含有した測定試料３０１が試料測定室３に設置され、赤外光源１から連続スペクトルを有する赤外光Ｌ１が出射され、干渉計２に入射される。干渉計２に入射された光Ｌ１は、干渉計２により、その光強度が光Ｌ１の波数成分ごとに変調された複数の波の合成波となる光Ｌ２に変換され、試料測定室３へと出射される。試料測定室３で、光Ｌ２は、測定試料３０１に照射され、その反射された光Ｌ３が検出器４へと出射される。検出器４で、光Ｌ４が電気信号に変換され、ＡＤ変換器５を通じて、変換されたデータがコンピュータ６へと入力される。コンピュータ６に入力されたデータは、コンピュータ６にて、高速フーリエ変換され、試料測定室３からの出射光Ｌ３のスペクトルに相当するデータが取得される。さらに、そのデータについては、波数についての２次微分が算出され、その２次微分データは記憶される。このようにして、ＦＴ−ＩＲ１００にて、測定試料３０１に照射し、反射した光Ｌ３のスペクトルの波数についての２次微分データが取得される。
【００１５】
次に、ＰＢＤＥを含有した測定試料３０１が試料測定室３から取り外され、図示しないブラックライトを用い、３５２ｎｍの紫外線が測定試料３０１に照射された後、再び試料測定室３に測定試料３０１が設置され、再び、ＦＴ−ＩＲ１００にて、同様にして、測定が行われ、紫外線照射後の測定試料３０１で反射された光Ｌ３のスペクトルの波数についての２次微分データが取得される。
ここで、測定試料３０１に照射される紫外線の波長について説明する。
一般に、ＰＢＤＥは１３５０ｃｍ-1近傍に赤外光の吸収があることが知られている。赤外吸収スペクトルの減衰のメカニズムは次の通りである。ＰＢＤＥの構造中に、炭素と臭素が結合した部分がある。炭素と臭素の結合乖離エネルギーは２．８６ｅＶであり、波長に換算すると４３３．９ｎｍである。したがって、この波長より短い紫外線が照射されることにより炭素−臭素の結合が乖離し、１３５０ｃｍ-1近傍の赤外吸収スペクトルが減衰するため、スペクトルに差が生じＰＢＤＥの含有の有無を識別することが可能となる。ただし、炭素―炭素（結合エネルギー：３．６０ｅＶ、波長換算値：３４４．１ｎｍ）、炭素―水素（結合エネルギー：４．２８ｅＶ、波長換算値：３８９．４ｎｍ）、炭素―酸素（結合エネルギー：３．６４ｅＶ、波長換算値：３４０．３ｎｍ）の結合を乖離するほど強いエネルギーを与えると目的検出成分の特定波数に影響を与える恐れがあるので、これらの結合を乖離させず、かつ炭素−臭素の結合を乖離させる３４５ｎｍ以上の波長の紫外線を使用し、測定試料３０１に照射することがより好ましい。したがって、本実施形態においては、３５２ｎｍの紫外線を使用した。なお、本実施形態では、紫外線の光源はブラックライトを使用したが、前述した条件に該当するものであれば、他の光源を使用してもよい。
【００１６】
コンピュータ６で、記憶されている紫外線照射前の測定試料３０１の反射光Ｌ３のスペクトルの２次微分データから、紫外線照射後の測定試料３０１の反射光Ｌ３のスペクトルの２次微分データを差し引いて求めた差分データを取得し、この差分データにより、１３５０ｃｍ-1近傍の赤外吸収が存在するか否かを検出することで、測定試料３０１に、目的検出成分であるＰＢＤＥが含有されているか否かを判断することができる。なお、取得されたスペクトルの２次微分データを取得するのは、スペクトルのベースラインの変動除去、近接したピークの分離、ショルダーピークの分離等を行うためである。これについて、以下説明する。
紫外線照射前の２次微分スペクトルから紫外線照射後の２次微分のスペクトルの差をとることで取得されたデータ（以下、「差スペクトルデータ」という。）を図２に示す。図２のグラフは、横軸に波数をとり、縦軸に、赤外光吸収度の波数について２次微分されたデータ値をとったものである。波数としてスペクトルのピークを、波数について２次微分すると、下に凸状のピーク（谷）となる。図２の差スペクトルデータにおいて、α１部分に下に凸状のピーク（谷）があり、これにより、紫外線の照射前後で１３５６ｃｍ-1近傍の赤外吸収スペクトルが減少していることがわかる。つまり、α１部分に下に凸状のピーク（谷）があることを検出することで、プラスチック素材にＰＢＤＥが混入されていると判断することができる。２次微分データを用いて、目的検出成分の含有を判断することは、目的検出成分が微量であるとき特に有効である。これについて、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、湿度や二酸化炭素等の影響を変化させて複数回測定して取得された吸収度スペクトルと波数との関係を示すデータであり、紫外線照射していない、ＰＢＤＥを微量含む試料のスペクトルから、紫外線照射後のスペクトルを差し引いて求められた吸収度スペクトルのデータである。図３（ａ）では、１３５０ｃｍ-1近傍のピークが認識しにくい。ところが、このデータを波数について２次微分して求めたデータである図３（ｂ）のデータをみると、図３（ｂ）中のα２（１３５８ｃｍ-1近傍）に下に凸状のピーク（谷）があることをはっきり認識することができ、目的検出成分であるＰＢＤＥが試料中に含有されていることを明確に識別することができる。このように測定条件のバラツキがあっても２次微分データの差分データにより、目的検出成分が微量含有されているか否かを明確に判断することが可能となる。
【００１７】
以上により、プラスチック素材に目的検出成分が微量しか混入されていない場合でも、識別すべき目的検出成分の含有を迅速かつ正確に識別することができる。
［第２実施形態］
図４に、第２実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法に使用するＦＴ−ＩＲ１００’の概略構成図を示す。ＦＴ−ＩＲ１００’は、紫外線用光源７を有する点が、第１実施形態に係るＦＴ−ＩＲ１００と異なる。以下、第１実施形態とは異なる部分について説明する。
第１実施形態では、試料測定室３に、測定試料３０１が設置され、ＦＴ−ＩＲ１００でスペクトルが取得された後、測定試料３０１が取り外され、紫外線照射された後、測定試料３０１が再び試料測定室３に設置され、スペクトルが取得されたが、第２実施形態のＦＴ−ＩＲ１００’では、測定試料３０１が設置されたままの状態で、紫外線照射前後のスペクトルが取得される。これについて、以下に説明する。
最初に、測定試料３０１を試料測定室３に設置し、ＦＴ−ＩＲ１００’を動作させると同時に、紫外線用光源から３５２ｎｍの紫外線が測定試料３０１に照射される。ＦＴ−ＩＲ１００’を動作開始させた時から、コンピュータ６にて、測定試料３０１についてのスペクトルの取得処理、その取得されたスペクトルの、波数についての２次微分データの算出処理、現取得データについての２次微分データとその前に取得されコンピュータに記憶されている２次微分データとの差分データの算出処理、現取得データの２次微分データの記憶処理が連続して行われる。そして、２次微分データの差分データにおいて、１３５０ｃｍ-1あたりに下に凸状のピーク（谷）が発生しないか監視しておく。１３５０ｃｍ-1あたりの下に凸状のピーク（谷）を検出した時点で、プラスチック素材である測定試料３０１にＰＢＤＥが含有されていると判断することができるので、ＦＴ−ＩＲ１００’での測定を終了させる。また、一定時間、１３５０ｃｍ-1あたりの下に凸状のピーク（谷）が検出されないときは、ＰＢＤＥがプラスチック素材である測定試料３０１にＰＢＤＥが含まれていないと判断することができる。
【００１８】
以上により、測定試料３０１を第１実施形態のように脱着することなく、迅速に、プラスチック素材に目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、目的検出成分がＰＢＤＥの場合について説明したが、目的検出成分がポリブロモビフェニルである場合も同様にして、ＦＴ−ＩＲ１００又はＦＴ−ＩＲ１００’を用いて、前述の各実施形態で説明した識別方法を適用することができる。
また、上記実施形態では、測定試料３０１に対して、入射赤外光Ｌ２が反射されて、検出器４への出射光Ｌ３、Ｌ３’によりスペクトルについてデータが取得されるという実施形態であったが、測定試料３０１に対して、入射赤外光Ｌ２が透過され、その透過光が検出器４へ入射され、検出器４に入射された光のスペクトルについてデータが取得されるという実施形態にて、上記実施形態と同様の処理を行ってもよい。
また、上記実施形態では、紫外線照射前後の赤外吸収スペクトルの波数についての２次微分したものによる比較により、目的検出成分を識別する場合について説明したが、これに限定されることはなく、紫外線照射前後の赤外吸収スペクトルの波数についての１次微分したものによる比較や、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置によれば、迅速でかつ微量の検出目的成分であっても含有の識別が可能となるため、受入れ検査で規制物質の誤使用や混入を発見することができるので、プラスチック素材を取り扱う関連産業において、有用であり、本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置は、当該分野において実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＦＴ−ＩＲの全体構成図。
【図２】赤外光吸収度の２次微分データと波数との関係を表すグラフ。
【図３】赤外光吸収度と波数との関係、および赤外光吸収度の２次微分データと波数との関係を表すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＦＴ−ＩＲの全体構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１００、１００’ ＦＴ−ＩＲ
１ 赤外光源
２ 干渉計
３ 試料測定室
３０１ 測定試料
４ 検出器
５ ＡＤ変換器
６ コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック素材中に含まれる目的検出成分を赤外分光測定により識別するプラスチック素材の成分識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な規模で地球環境問題の関心が高まっており、有害物質の規制などの取組みが進められている。欧州においては、環境破壊や健康に及ぼす危険を最小化することを目的に、電気電子機器類に含まれる特定有害化学物質の使用を制限するＲｏＨＳ指令が制定され、２００６年７月１日に施行される。その対象物質は、鉛、カドミウム、六価クロム、水銀、ポリブロモビフェニル、ポリブロモビフェニルエーテルであり、規制値はカドミウムが１００ｐｐｍ以下であり、それ以外の物質は１０００ｐｐｍ以下である。この規制の対応として、規制物質が誤使用もしくは混入し、使用されることを防ぐため材料や部品などの受入れ検査が行われる。受入れ検査は、元素分析が必要な、鉛、カドミウム、水銀については、蛍光Ｘ線分析装置を用いて行われ、特定化数のイオン検出が必要な六価クロムについては、ジフェニルカルバジド吸光光度法により行われている。ポリブロモビフェニル、ポリブロモビフェニルエーテルは特定構造の臭化物であるため、元素分析では識別できない。そのため構造分析する必要があり、様々な方法が提案されている。
例えば、プラスチック素材中の特定構造を有した成分分析方法として、ガスクロマトグラフ質量分析装置を用いる方法が提案されている。
しかしながら、この方法ではプラスチック素材を粉砕し、溶媒で特定成分のみを抽出濃縮などの前処理を施してから分析しなければならず迅速な測定結果を得ることができない。
【０００３】
そこで、プラスチック素材中の特定構造を有した成分を迅速に分析する方法として、赤外分光分析法が提案されている。この方法は、特定構造の成分を含まない試料を測定して得られたスペクトルと、特定構造の成分を含有した試料のスペクトルとを比較し、特定構造成分の有無を識別するものである。
また、プラスチック素材中の特定構造を有した成分を迅速に分析する方法として、放射線回折測定法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、プラスチック素材に放射線を照射したときに、得られる放射線の回折パターンと、予め用意された分析対象の成分の回折パターンとを比較することにより、プラスチック素材中に目的検出成分が含まれるか否かを判定する方法である。
以上に説明した赤外分光分析法および放射線回折測定法であれば、特定の成分を含むプラスチック素材を前処理せずに迅速に識別することができるとされている。
【特許文献１】特開２００５−３４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＲｏＨＳ指令の閾値である１０００ｐｐｍ程度しか目的検出成分が含有されていない場合、これらの方法では目的検出成分が含有されているか否かを識別することが困難である。
例えば、放射線回折測定法では、プラスチック素材中に１０％以上の目的検出成分が含有されている場合ならば、プラスチック素材の回折パターンから目的検出成分の有無を識別することは可能である。しかし、目的検出成分に相当する回折パターンが小さいため、プラスチック素材全体の回折パターンのベースラインに隠れてしまい、目的検出成分に相当する回折パターンを識別することが困難である。
また、赤外分光分析法では、目的検出成分が微量の場合、目的検出成分の存在を示すスペクトルが微少であり、目的検出成分の特定構造を示す波数域に他の含有成分の影響が生じやすく、目的検出成分が含有されていない場合のスペクトルとの差がほとんどなくなる。このため、目的検出成分の存在を示すスペクトルを識別することが困難である。
本発明の課題は、プラスチック素材中に目的検出成分が微量しか含有されていない場合でも、目的検出成分の含有を迅速に識別できるプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法である。その方法は、プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、プラスチック素材に対して、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、を有する。さらに、固有スペクトル変化処理ステップを行った後、連続スペクトルを持った赤外光を、波数変化処理を行ったプラスチック素材に照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、を有するプラスチック素材の成分識別方法である。
この成分識別方法では、固有スペクトル変化処理ステップにより、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルが変化する。このため、目的検出成分が微量しか含有されていない場合であっても、固有スペクトル変化処理ステップの前後に取得された第１および第２の赤外吸収スペクトルから、目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
【０００６】
ここで、「波数」とは、単位長さあたりに進む位相の値、すなわち波長の逆数を意味しており、例えば、１ｃｍあたりの波の数がこれに相当する。「固有スペクトル変化処理」とは、特定成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理をいい、例えば、目的検出成分がポリブロモジフェニルエーテルの場合、検査対象となるプラスチック素材に特定波長の紫外線を照射し、炭素−臭素結合を乖離させ、波数が１３５０ｃｍ-1近傍である赤外吸収スペクトルを減衰させる処理が、これに相当する。
第２の発明は、第１の発明であって、目的検出成分識別ステップにおける比較は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行うものである。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、確実に識別することができる。なお、第２の発明における「比較」とは、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いる比較をいい、例えば、第１の赤外吸収スペクトルの波数についての２次微分したデータと第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとの差分をとり比較することや、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの差分をとったデータを２次微分したデータにより比較することが含まれる概念である。なお、目的検出成分識別ステップにおける比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【０００７】
第３の発明は、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法である。その方法は、プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、プラスチック素材中の目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、を有する。さらに、固有スペクトル変化処理ステップを行いながら、連続スペクトルを持った赤外光をプラスチック素材に照射し、プラスチック素材で反射又は透過された赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、を有するプラスチック素材の成分識別方法である。
この成分識別方法では、固有スペクトル変化処理ステップにより、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与えるステップと、第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップとが同時に実行される。このため、比較部で第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの比較も同時に実行することができ、迅速に、プラスチック素材に目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
【０００８】
また、固有スペクトル変化処理を実行しながら、プラスチック素材についての目的検出成分の含有を識別することができるので、固有スペクトル変化処理を行うために、プラスチック素材の成分識別のための処理を一旦停止させるような煩雑な手続きをする必要がないので、作業時間を短縮することができる。
第４の発明は、第３の発明であって、目的検出成分識別ステップにおける比較は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行うものである。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、確実に識別することができる。なお、目的検出成分識別ステップにおける比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明であって、固有スペクトル変化処理ステップでの目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理は、プラスチック素材に特定波長の紫外線を照射することにより行うものである。
【０００９】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明であって、プラスチック素材は、ハロゲン化難燃剤を含有するものである。
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明であって、目的検出成分は、ポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルである。
第８の発明は、第５から第７のいずれかの発明であって、紫外線の波長範囲は、３４５〜４５０ｎｍである。
この場合、固有スペクトル変化処理ステップにおいて、炭素−臭素結合部分は乖離し、かつ、炭素−炭素結合部、炭素−酸素結合部、炭素−水素結合部および酸素−水素結合部等は乖離しない。このため、例えば、目的検出成分がポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルである場合、効率良く、ポリブロモビフェニルまたは／およびポリブロモジフェニルエーテルに固有な波数に対応するスペクトルに変化を与えることができる。
第９の発明は、赤外光照射部と、干渉計と、検査対象物設置部と、固有スペクトル変化処理部と、赤外吸収スペクトル取得部と、目的検出成分識別部と、を備えるプラスチック素材の成分識別装置。外光発生部は、連続スペクトルをもった赤外光を出射させる。干渉計は、赤外光の連続スペクトルに含まれる各スペクトルの波長に従って、赤外光に変調をかける。検査対象物設置部には、干渉計で変調された赤外光をプラスチック素材である検査対象物に照射するために、プラスチック素材である検査対象物が設置される。固有スペクトル変化処理部は、検査対象物に含まれる目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う。赤外吸収スペクトル取得部は、固有スペクトル変化処理部で目的検出成分に固有な波数に変化する処理をされていない検査対象物に照射され、検査対象物で反射又は透過された赤外光から第１の赤外吸収スペクトルを取得し、固有スペクトル変化処理部で目的検出成分に固有な波数に変化する処理をされた検査対象物に照射され、検査対象物で反射又は透過された赤外光から第２の赤外吸収スペクトルを取得する。目的検出成分識別部は、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとを比較することで、検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する。
【００１０】
この成分識別装置では、検査対象物設置部に設置した検査対象物に対し、固有スペクトル変化処理部により、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行うことができるので、目的検出成分が微量しか含有されていない場合であっても、固有スペクトル変化処理の前後に取得された第１および第２の赤外吸収スペクトルを目的検出成分識別部で比較することにより、目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
第１０の発明は、第９の発明であって、目的検出成分識別部は、第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを比較することで、検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する。
これにより、固有スペクトル変化処理を行った前後の赤外吸収スペクトルの差が大きくなるので、目的検出成分の含有を見落とすことなく、識別することができる。なお、目的検出成分識別部における比較は、２次微分による比較だけでなく、第１の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものと第２の赤外吸収スペクトルの波数について１次微分したものとの比較であってもよい。また、第１の赤外吸収スペクトルおよび第２の赤外吸収スペクトルの波数について、それぞれ、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置によれば、目的検出成分に固有な波数に対応する赤外吸収スペクトルに変化を与え、その変化の前後の赤外吸収スペクトルの差を明確に判断できるので、微量の検出目的成分であってもその含有を迅速に識別することが可能となる。したがって、受入れ検査で規制物質の誤使用や混入を発見することが容易となり、その効果は顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法について、図１および図２を用いて説明する。
＜装置の全体構成＞
図１に、第１実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法に使用するフーリエ変換赤外分光分析装置１００（以下、「ＦＴ−ＩＲ」という。）の概略構成図を示す。ＦＴ−ＩＲ１００は、主に、連続スペクトルを持つ赤外光を放射する赤外光照射部としての赤外光源１と、干渉計２と、検査対象物が設置される検査対象物設置部としての試料測定室３と、検査対象物で反射又は透過した赤外光を検出する検出器４と、ＡＤ変換器５と、コンピュータ６とから構成されている。
赤外光源２は、連続スペクトルを持つ赤外光を放射する光源である。
干渉計２は、主に、入射光Ｌ１を２分する半透鏡２０１と、その２分された光を各々再び半透鏡２０１に戻す固定鏡２０２と可動鏡２０３とから構成されている。干渉計２に入射した光Ｌ１は、その光強度が光Ｌ１の波数成分ごとに変調された複数の波の合成波となる光Ｌ２に変換される。
【００１３】
試料測定室３は、検査対象物としての測定試料３０１を脱着可能に設置できる構造を有しており、干渉計２からの出射光Ｌ２が、試料測定室３に設置された測定試料３０１に入射され、その反射光が、検出器４へと出射されるようになっている。
検出器４は、試料測定室３から出射された光Ｌ３を電気信号に変換し、その電気信号を増幅して、出力する。
ＡＤ変換器５は、検出器４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、コンピュータ６に出力する。
コンピュータ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、入出力装置、バス等から構成される。コンピュータ６は、ＡＤ変換器５から出力されたデジタル信号出力を受け、そのデジタル信号に対して、フーリエ変換（高速フーリエ変換を含む。）を行うことで、試料測定室３からの出射光Ｌ３のスペクトルに相当するデータを取得する。さらに、コンピュータ６は、目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う前後のスペクトルを取得し、前述の処理の前後のスペクトルの差分データを取得する処理、およびその差分データの、波数についての２次微分したデータを取得する処理等を行う。なお、コンピュータ６は、フーリエ変換（高速フーリエ変換を含む。）を行うためのＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を備えていてもよい。
【００１４】
＜プラスチック素材の成分識別方法＞
第１実施形態においては、前述したＦＴ−ＩＲ１００を使用し、プラスチック素材としてポリスチレン、目的検出成分をポリブロモジフェニルエーテル（以下、「ＰＢＤＥ」という。）とした場合を例に説明する。目的検出成分が微量混入された場合を想定して、ＰＢＤＥを意図的に５００ｐｐｍ混入させた測定試料３０１を用いる場合について、図１から図４を用いて説明する。
はじめに、ＰＢＤＥを５００ｐｐｍ含有した測定試料３０１が試料測定室３に設置され、赤外光源１から連続スペクトルを有する赤外光Ｌ１が出射され、干渉計２に入射される。干渉計２に入射された光Ｌ１は、干渉計２により、その光強度が光Ｌ１の波数成分ごとに変調された複数の波の合成波となる光Ｌ２に変換され、試料測定室３へと出射される。試料測定室３で、光Ｌ２は、測定試料３０１に照射され、その反射された光Ｌ３が検出器４へと出射される。検出器４で、光Ｌ４が電気信号に変換され、ＡＤ変換器５を通じて、変換されたデータがコンピュータ６へと入力される。コンピュータ６に入力されたデータは、コンピュータ６にて、高速フーリエ変換され、試料測定室３からの出射光Ｌ３のスペクトルに相当するデータが取得される。さらに、そのデータについては、波数についての２次微分が算出され、その２次微分データは記憶される。このようにして、ＦＴ−ＩＲ１００にて、測定試料３０１に照射し、反射した光Ｌ３のスペクトルの波数についての２次微分データが取得される。
【００１５】
次に、ＰＢＤＥを含有した測定試料３０１が試料測定室３から取り外され、図示しないブラックライトを用い、３５２ｎｍの紫外線が測定試料３０１に照射された後、再び試料測定室３に測定試料３０１が設置され、再び、ＦＴ−ＩＲ１００にて、同様にして、測定が行われ、紫外線照射後の測定試料３０１で反射された光Ｌ３のスペクトルの波数についての２次微分データが取得される。
ここで、測定試料３０１に照射される紫外線の波長について説明する。
一般に、ＰＢＤＥは１３５０ｃｍ-1近傍に赤外光の吸収があることが知られている。赤外吸収スペクトルの減衰のメカニズムは次の通りである。ＰＢＤＥの構造中に、炭素と臭素が結合した部分がある。炭素と臭素の結合乖離エネルギーは２．８６ｅＶであり、波長に換算すると４３３．９ｎｍである。したがって、この波長より短い紫外線が照射されることにより炭素−臭素の結合が乖離し、１３５０ｃｍ-1近傍の赤外吸収スペクトルが減衰するため、スペクトルに差が生じＰＢＤＥの含有の有無を識別することが可能となる。ただし、炭素―炭素（結合エネルギー：３．６０ｅＶ、波長換算値：３４４．１ｎｍ）、炭素―水素（結合エネルギー：４．２８ｅＶ、波長換算値：３８９．４ｎｍ）、炭素―酸素（結合エネルギー：３．６４ｅＶ、波長換算値：３４０．３ｎｍ）の結合を乖離するほど強いエネルギーを与えると目的検出成分の特定波数に影響を与える恐れがあるので、これらの結合を乖離させず、かつ炭素−臭素の結合を乖離させる３４５ｎｍ以上の波長の紫外線を使用し、測定試料３０１に照射することがより好ましい。したがって、本実施形態においては、３５２ｎｍの紫外線を使用した。なお、本実施形態では、紫外線の光源はブラックライトを使用したが、前述した条件に該当するものであれば、他の光源を使用してもよい。
【００１６】
コンピュータ６で、記憶されている紫外線照射前の測定試料３０１の反射光Ｌ３のスペクトルの２次微分データから、紫外線照射後の測定試料３０１の反射光Ｌ３のスペクトルの２次微分データを差し引いて求めた差分データを取得し、この差分データにより、１３５０ｃｍ-1近傍の赤外吸収が存在するか否かを検出することで、測定試料３０１に、目的検出成分であるＰＢＤＥが含有されているか否かを判断することができる。なお、取得されたスペクトルの２次微分データを取得するのは、スペクトルのベースラインの変動除去、近接したピークの分離、ショルダーピークの分離等を行うためである。これについて、以下説明する。
紫外線照射前の２次微分スペクトルから紫外線照射後の２次微分のスペクトルの差をとることで取得されたデータ（以下、「差スペクトルデータ」という。）を図２に示す。図２のグラフは、横軸に波数をとり、縦軸に、赤外光吸収度の波数について２次微分されたデータ値をとったものである。波数としてスペクトルのピークを、波数について２次微分すると、下に凸状のピーク（谷）となる。図２の差スペクトルデータにおいて、α１部分に下に凸状のピーク（谷）があり、これにより、紫外線の照射前後で１３５６ｃｍ-1近傍の赤外吸収スペクトルが減少していることがわかる。つまり、α１部分に下に凸状のピーク（谷）があることを検出することで、プラスチック素材にＰＢＤＥが混入されていると判断することができる。２次微分データを用いて、目的検出成分の含有を判断することは、目的検出成分が微量であるとき特に有効である。これについて、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、湿度や二酸化炭素等の影響を変化させて複数回測定して取得された吸収度スペクトルと波数との関係を示すデータであり、紫外線照射していない、ＰＢＤＥを微量含む試料のスペクトルから、紫外線照射後のスペクトルを差し引いて求められた吸収度スペクトルのデータである。図３（ａ）では、１３５０ｃｍ-1近傍のピークが認識しにくい。ところが、このデータを波数について２次微分して求めたデータである図３（ｂ）のデータをみると、図３（ｂ）中のα２（１３５８ｃｍ-1近傍）に下に凸状のピーク（谷）があることをはっきり認識することができ、目的検出成分であるＰＢＤＥが試料中に含有されていることを明確に識別することができる。このように測定条件のバラツキがあっても２次微分データの差分データにより、目的検出成分が微量含有されているか否かを明確に判断することが可能となる。
【００１７】
以上により、プラスチック素材に目的検出成分が微量しか混入されていない場合でも、識別すべき目的検出成分の含有を迅速かつ正確に識別することができる。
［第２実施形態］
図４に、第２実施形態に係るプラスチック素材の成分識別方法に使用するＦＴ−ＩＲ１００’の概略構成図を示す。ＦＴ−ＩＲ１００’は、紫外線用光源７を有する点が、第１実施形態に係るＦＴ−ＩＲ１００と異なる。以下、第１実施形態とは異なる部分について説明する。
第１実施形態では、試料測定室３に、測定試料３０１が設置され、ＦＴ−ＩＲ１００でスペクトルが取得された後、測定試料３０１が取り外され、紫外線照射された後、測定試料３０１が再び試料測定室３に設置され、スペクトルが取得されたが、第２実施形態のＦＴ−ＩＲ１００’では、測定試料３０１が設置されたままの状態で、紫外線照射前後のスペクトルが取得される。これについて、以下に説明する。
最初に、測定試料３０１を試料測定室３に設置し、ＦＴ−ＩＲ１００’を動作させると同時に、紫外線用光源から３５２ｎｍの紫外線が測定試料３０１に照射される。ＦＴ−ＩＲ１００’を動作開始させた時から、コンピュータ６にて、測定試料３０１についてのスペクトルの取得処理、その取得されたスペクトルの、波数についての２次微分データの算出処理、現取得データについての２次微分データとその前に取得されコンピュータに記憶されている２次微分データとの差分データの算出処理、現取得データの２次微分データの記憶処理が連続して行われる。そして、２次微分データの差分データにおいて、１３５０ｃｍ-1あたりに下に凸状のピーク（谷）が発生しないか監視しておく。１３５０ｃｍ-1あたりの下に凸状のピーク（谷）を検出した時点で、プラスチック素材である測定試料３０１にＰＢＤＥが含有されていると判断することができるので、ＦＴ−ＩＲ１００’での測定を終了させる。また、一定時間、１３５０ｃｍ-1あたりの下に凸状のピーク（谷）が検出されないときは、ＰＢＤＥがプラスチック素材である測定試料３０１にＰＢＤＥが含まれていないと判断することができる。
【００１８】
以上により、測定試料３０１を第１実施形態のように脱着することなく、迅速に、プラスチック素材に目的検出成分が含有されているか否かを識別することができる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、目的検出成分がＰＢＤＥの場合について説明したが、目的検出成分がポリブロモビフェニルである場合も同様にして、ＦＴ−ＩＲ１００又はＦＴ−ＩＲ１００’を用いて、前述の各実施形態で説明した識別方法を適用することができる。
また、上記実施形態では、測定試料３０１に対して、入射赤外光Ｌ２が反射されて、検出器４への出射光Ｌ３、Ｌ３’によりスペクトルについてデータが取得されるという実施形態であったが、測定試料３０１に対して、入射赤外光Ｌ２が透過され、その透過光が検出器４へ入射され、検出器４に入射された光のスペクトルについてデータが取得されるという実施形態にて、上記実施形態と同様の処理を行ってもよい。
また、上記実施形態では、紫外線照射前後の赤外吸収スペクトルの波数についての２次微分したものによる比較により、目的検出成分を識別する場合について説明したが、これに限定されることはなく、紫外線照射前後の赤外吸収スペクトルの波数についての１次微分したものによる比較や、３次、４次、５次等の高次微分したものを用いた比較であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置によれば、迅速でかつ微量の検出目的成分であっても含有の識別が可能となるため、受入れ検査で規制物質の誤使用や混入を発見することができるので、プラスチック素材を取り扱う関連産業において、有用であり、本発明のプラスチック素材の成分識別方法および成分識別装置は、当該分野において実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＦＴ−ＩＲの全体構成図。
【図２】赤外光吸収度の２次微分データと波数との関係を表すグラフ。
【図３】赤外光吸収度と波数との関係、および赤外光吸収度の２次微分データと波数との関係を表すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＦＴ−ＩＲの全体構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１００、１００’ ＦＴ−ＩＲ
１ 赤外光源
２ 干渉計
３ 試料測定室
３０１ 測定試料
４ 検出器
５ ＡＤ変換器
６ コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法であって、
前記プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記プラスチック素材に対して、前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、
前記固有スペクトル変化処理ステップを行った後、前記連続スペクトルを持った赤外光を、前記波数変化処理を行った前記プラスチック素材に照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、前記プラスチック素材に前記目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、
を有するプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項２】
前記目的検出成分識別ステップにおける前記比較は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行う、
請求項１に記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項３】
プラスチック素材に目的検出成分含有が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法であって、
前記プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記プラスチック素材中の前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、
前記固有スペクトル変化処理ステップを行いながら、前記連続スペクトルを持った赤外光を前記プラスチック素材に照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、前記プラスチック素材に前記目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、
を有するプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項４】
前記目的検出成分識別ステップにおける前記比較は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行う、
請求項３に記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項５】
前記波数変化処理は、前記プラスチック素材に特定波長の紫外線を照射することにより行う、
請求項１から４のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項６】
前記プラスチック素材は、ハロゲン化難燃剤を含有する、
請求項１から５のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項７】
前記目的検出成分は、ポリブロモビフェニルおよびポリブロモジフェニルエーテルの少なくとも一方である、
請求項１から６のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項８】
前記紫外線の波長範囲は、３４５〜４５０ｎｍである、
請求項５から７のいずれかに記載のプラスチック素材の成分検出方法。
【請求項９】
プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別装置であって、
連続スペクトルをもった赤外光を出射する赤外光照射部と、
前記赤外光の連続スペクトルに含まれる各スペクトルの波長に従って、前記赤外光に変調をかける干渉計と、
前記干渉計で変調された前記赤外光をプラスチック素材である検査対象物に照射するために、前記検査対象物が設置される検査対象物設置部と、
前記検査対象物に対して、前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理部と、
前記固有スペクトル変化処理部で前記目的検出成分に固有な波数に変化する前記処理をされていない前記検査対象物に照射され、前記検査対象物で反射又は透過された前記赤外光から第１の赤外吸収スペクトルを取得し、前記固有スペクトル変化処理部で前記目的検出成分に固有な波数に変化する前記処理をされた前記検査対象物に照射され、前記検査対象物で反射又は透過された前記赤外光から第２の赤外吸収スペクトルを取得する赤外吸収スペクトル取得部と、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することで、前記検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別部と、
を備えるプラスチック素材の成分識別装置。
【請求項１０】
前記目的検出成分識別部は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを比較することで、前記検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する、
請求項９に記載のプラスチック素材の成分識別装置。
【請求項１】
プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法であって、
前記プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記プラスチック素材に対して、前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、
前記固有スペクトル変化処理ステップを行った後、前記連続スペクトルを持った赤外光を、前記波数変化処理を行った前記プラスチック素材に照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、前記プラスチック素材に前記目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、
を有するプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項２】
前記目的検出成分識別ステップにおける前記比較は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行う、
請求項１に記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項３】
プラスチック素材に目的検出成分含有が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別方法であって、
前記プラスチック素材に連続スペクトルをもった赤外光を照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって第１の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記プラスチック素材中の前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える処理を行う固有スペクトル変化処理ステップと、
前記固有スペクトル変化処理ステップを行いながら、前記連続スペクトルを持った赤外光を前記プラスチック素材に照射し、前記プラスチック素材で反射又は透過された前記赤外光の強度を測定することによって得られる第２の赤外吸収スペクトルを取得するステップと、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することにより、前記プラスチック素材に前記目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別ステップと、
を有するプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項４】
前記目的検出成分識別ステップにおける前記比較は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを用いて行う、
請求項３に記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項５】
前記波数変化処理は、前記プラスチック素材に特定波長の紫外線を照射することにより行う、
請求項１から４のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項６】
前記プラスチック素材は、ハロゲン化難燃剤を含有する、
請求項１から５のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項７】
前記目的検出成分は、ポリブロモビフェニルおよびポリブロモジフェニルエーテルの少なくとも一方である、
請求項１から６のいずれかに記載のプラスチック素材の成分識別方法。
【請求項８】
前記紫外線の波長範囲は、３４５〜４５０ｎｍである、
請求項５から７のいずれかに記載のプラスチック素材の成分検出方法。
【請求項９】
プラスチック素材に目的検出成分が含まれているか否かを識別するプラスチック素材の成分識別装置であって、
連続スペクトルをもった赤外光を出射する赤外光照射部と、
前記赤外光の連続スペクトルに含まれる各スペクトルの波長に従って、前記赤外光に変調をかける干渉計と、
前記干渉計で変調された前記赤外光をプラスチック素材である検査対象物に照射するために、前記検査対象物が設置される検査対象物設置部と、
前記検査対象物に対して、前記目的検出成分に固有な波数に対応するスペクトルに変化を与える波数変化処理を行う固有スペクトル変化処理部と、
前記固有スペクトル変化処理部で前記目的検出成分に固有な波数に変化する前記処理をされていない前記検査対象物に照射され、前記検査対象物で反射又は透過された前記赤外光から第１の赤外吸収スペクトルを取得し、前記固有スペクトル変化処理部で前記目的検出成分に固有な波数に変化する前記処理をされた前記検査対象物に照射され、前記検査対象物で反射又は透過された前記赤外光から第２の赤外吸収スペクトルを取得する赤外吸収スペクトル取得部と、
前記第１の赤外吸収スペクトルと前記第２の赤外吸収スペクトルとを比較することで、前記検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する目的検出成分識別部と、
を備えるプラスチック素材の成分識別装置。
【請求項１０】
前記目的検出成分識別部は、前記第１の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものと、前記第２の赤外吸収スペクトルの波数について２次微分したものとを比較することで、前記検査対象物に目的検出成分が含まれているか否かを識別する、
請求項９に記載のプラスチック素材の成分識別装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２６２１１（Ｐ２００８−２６２１１Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２００５５６（Ｐ２００６−２００５５６）
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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