論文データベース

化学メーカーChemours社におけるラマン活用事例の記事です。同社の分析グループは、従来機からMarqMetrix社製All-In-Oneラマン分析装置に更新し、ポリマー中のモノマー組成や不純物を定量モニタリングしています。新システムは従来の研究室用機器に比べてサイズが80%小型化され安定性も高く、装置間再現性が優れているため同一校正モデルを複数ラインで共有できる点が利点とされています。現場導入後は、試料にプローブを接触させワンタッチで再現的な測定が可能となり、装置の立ち上げから15分以内で初回測定を達成したとのことです。さらに価格も以前の高級機の半分以下で、現在は原料の受入検査から重合反応のオンライン監視、製品樹脂の品質検査に至るまで幅広く活用され、リアルタイムの組成分析による製造プロセス制御とコスト削減に貢献しています。

食肉加工副産物中のコラーゲン含量を迅速推定するため、ラマン分光を既存手法と比較した研究です。挽肉状の牛肉試料および家禽副産物試料について、MarqMetrix製ラマン装置（All-In-One）で広範囲を走査測定し、得られたスペクトルからヒドロキシプロリン含量（コラーゲン指標）をPLS回帰モデルで算出しています。ラマン法の予測精度(R²=0.94)はNIR法(R²=0.89)より高く、蛍光法よりも誤差が小さい結果が得られています。特に副産物試料ではラマンとNIR双方でRMSE≒0.11%と良好な精度を示し、生産ライン上でのコラーゲン量オンライン測定にラマン分光が適していることが示唆されました。これはハム・ソーセージ原料などの品質管理（例えば結着材としてのコラーゲン含量管理）に有用で、食品加工工程へのPAT応用が期待されます。

医薬品製造における混合均一性モニタリングへのラマン適用例です。プエルトリコ大学の研究で、粉体製剤の連続混合ラインにストリームサンプラーとラマン分光計を組み込み、低濃度有効成分の均一性をその場測定しました。MarqMetrix社製ラマン分光装置（All-In-One）を採用し、難流動性のカフェイン含有粉末（有効成分1.5–4.5% w/w）の流れから連続的にラマンスペクトルを取得しています。得られたデータでPLS校正モデルを構築し、3つの検証試料に対しカフェイン濃度を予測したところ、RMSEP 0.21%と偏差わずか0.03%という高精度で混合物中の有効成分濃度をリアルタイム推定できました。この結果は、連続生産におけるラマンPATとして混合均一性のオンライン監視が可能であることを示しており、品質保証とプロセス効率向上に貢献します。

果実内部の甘味成分を非破壊評価するためのラマン応用例です。MarqMetrix All-In-One ラマン装置と特製の広視野BallProbeを用い、リンゴ果肉内にレーザーを浸透させて深さ約8 mmまでのラマンスペクトルを取得しています。
そのスペクトルから可溶性固形物(糖度)やショ糖・果糖・ブドウ糖含量をPLS回帰で予測し、基準となる屈折計Brix値との高い相関を得ました。ラマンによる糖度推定の残差（二乗平均平方根誤差）は1未満で、NIRと同程度の精度を達成しています。店頭で半割販売される果実にも応用可能であり、本手法により鮮果の甘味を非破壊でその場評価できることが示され、等級判定や品質保証への活用が期待されます。

マウスに移植した大腸がん組織を対象に、MarqMetrix社製の携帯型 All-In-One ラマン分光装置（785 nmレーザー）とBallProbeプローブを用いて、皮膚切開下で 生体内ラマン測定 を実施しています。得られたスペクトルを深層学習で解析し、正常組織とがん組織の識別に成功しています。リアルタイムで組織中の化学組成差異を非破壊的に検出し、ラマン分光がin vivoがん診断や腫瘍評価に有用であることを示しました。

高密度ポリエチレン/直鎖状低密度ポリエチレンブレンドの一軸配向フィルムについて、赤外二色性により結晶の配向度を評価した研究です。偏光赤外吸収スペクトルからPE結晶の配向指数を算出し、ブレンド比や伸長条件が結晶配向に与える影響を分析しています。これによりブレンドフィルムの結晶配向と機械的性質の相関が明らかになりました。

赤外pMAIRSによる薄膜の分子配向解析精度を向上させるため、試料薄膜の屈折率の影響を補正する手法を提案した研究です。光学的に等方な試料でも面内(IP)・面外(OP)スペクトルの吸光強度に差異が生じる問題に対し、理論計算に基づく補正係数を導入し、この結果、通常の屈折率(約1.55)から大きく外れるフッ素系低屈折薄膜(n~1.35)やフラーレン薄膜(n~1.83)でも、高精度な配向解析が可能となり、配向無秩序(マジック角54.7°)との識別も実現した。

p偏光多角入射分光法(pMAIRS)によりポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)薄膜の分子配向と結晶性の関係を解析した研究です。高速スピンコート(8000 rpm)により低結晶性だが面直(フェースオン)配向の割合が高い薄膜を得て、非晶質凝集体中に存在するフェースオン配向成分の重要性を示されています。結晶性に頼らず配向を制御できるメカニズムを明らかにし、有機半導体薄膜の構造最適化への指針を提供しています。

ラマン分光法と機械学習は、バイオリアクターのインライン監視において需要が高まっている一方、従来のモデリングプロセスでは学習データセットを収集するための大規模な発酵バッチが必要であり、非常に時間と労力がかかります。さらに、これらのモデルは訓練バッチと同じ条件の構成に限定されています。本研究では、標準スペクトルを訓練データセットとして組み合わせ、セル散乱の補正を簡易に行う方法を組み合わせることで、再現可能かつ適応可能なモデリング手法を提案しています。

複数の微生物発酵（乳酸発酵、脂質発酵、グルコン酸発酵）に対し、非接触型の近赤外分光（NIR）によるリアルタイムモニタリング手法を紹介しています。培養液にプローブを接触させず透過測定できる装置を用い、部分最小二乗回帰(PLSR)モデルで基質や生成物（例：グルコース、乳酸、脂質、グルコン酸）の濃度を逐次予測しました。モデルは均質系および三相不均一系（油滴や固形物を含む培養）双方で高い精度を示し、決定係数R²>0.98を達成。また、NIRモデルに基づき発酵中の適切なグルコース濃度維持制御を行ったところ、グルコン酸と脂質の最終収量がそれぞれ11.8%、26.8%向上したと報告されています。本研究は、複雑な発酵系におけるNIR-PATの有効性を示し、高効率生産への応用基盤を提供しています。