CN110832337A - 用于分析物的自动量化的方法以及用于实施该方法的nmr-测量设备 - Google Patents

Abstract

提出一种用于自动地量化测试样品中的分析物的方法，其至少包括：提供1D‑NMR‑频谱和2D‑NMR‑频谱；提供关于至少一种待量化的分析物的至少一个信息；使用至少一种所提供的信息，从测得的2D‑NMR‑频谱求取待量化的分析物的NMR‑信号的化学位移；求取待量化的分析物的NMR‑信号的预期波峰‑位置；从测得的1D‑NMR‑频谱求取测得的波峰‑位置；使用预期波峰‑位置和实际上的波峰‑位置来求取干扰信号‑波峰‑位置；使用所求取的干扰信号‑波峰‑位置，使用所求取的化学位移，以及使用至少一个所提供的信息，对1D‑NMR‑频谱建模；对建模的1D‑NMR‑频谱进行积分；通过内部的或外部的参考物来量化分析物。还提出一种用于实施该方法的NMR‑测量设备。

Description

用于分析物的自动量化的方法以及用于实施该方法的NMR-测 量设备

技术领域

本发明涉及一种用于分析物的自动量化的方法以及一种用于实施该方法的带有核磁共振-传感器的NMR-测量设备，特别是移动的、优选手持式的NMR-测量设备。

背景技术

用于特别是在液体中的分析物的量化的方法有很多，例如有分离方法的形式，比如气相色谱法（GC）或高性能液相色谱法（HPLC）、滴定法等。然而，这些方法牵涉到高昂的制备成本和溶剂的大量消耗。红外光谱法允许以小耗费来检测样本中的大量物质。然而，由于信号的明显叠加，量化只能间接地且相当不精确地进行。此外，基质效应在红外光谱中起着决定性的作用，从而要检测的浓度范围通常不足以能够准确地量化不同液体中的分析物。

借助于核磁共振法（以下简称：NMR）对液体中的分析物进行量化已经是现有技术。例如，DE 10 2014 203 721 A1公开了一种用于借助核磁共振频谱来确定样本中的物质浓度的方法。

由DE 10 2014 218 375 A1和DE 10 2014 218 371 A1已知分别带有传感器装置的移动的NMR-测量设备，其中，该传感器装置具有至少一个核磁共振-传感器（NMR-传感器），该传感器被设置用于确定水分值或用于探测和/或分析和/或区分待检查的工件的材料特征值。

发明内容

提出了一种用于特别是借助于NMR-测量设备自动地量化测试样品，特别是液体测试样品中的分析物的方法。根据本发明的方法的特征在于至少以下方法步骤：

·提供特别是借助于NMR-测量设备的NMR-传感器测量的1D-NMR-频谱；

·提供特别是借助于NMR-测量设备的NMR-传感器测量的2D-NMR-频谱，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱；

·提供关于至少一种待量化的分析物的至少一个信息；

·使用至少一种所提供的信息，从2D-NMR-频谱求取待量化的分析物的NMR-信号的化学位移（即傅立叶变换频谱中的确切频率）；

·求取待量化的分析物，特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期波峰-位置（即特别是傅立叶变换频谱中的频率值）；

·从1D-NMR-频谱求取实际上的波峰-位置；

·使用预期波峰-位置和实际上的波峰-位置来求取干扰信号-波峰-位置；

·使用所求取的干扰信号-波峰-位置，使用所求取的化学位移，以及使用至少一个所提供的信息，对1D-NMR-频谱建模；

·对建模的、特别是无干扰信号-波峰的1D-NMR-频谱进行积分；

·通过内部的或外部的参考物来量化分析物。

在该方法的一种实施方式中，这些方法步骤可以按所述的顺序予以执行。替代地，在根据本发明的方法中执行的这些方法步骤的顺序也可以不同于前述顺序。

在该方法的一种实施方式中，该方法被设置用于由NMR-测量设备实施或者使用NMR-测量设备实施。相应的NMR-测量设备，特别是移动的优选手持式的NMR-测量设备，为此具有至少一个NMR-传感器（术语“核磁共振-传感器”和“NMR-传感器”在本文中同义地使用）、用于控制NMR-测量设备且用于分析由核磁共振-传感器提供的测量信号的控制装置、用于输出所求取的信息的输出装置以及能量供给装置特别是蓄电池。此外，NMR-测量设备特别是其控制装置被设置和设计用于实施根据本发明的方法。

“手持式的NMR-测量设备”在此尤其是指，NMR-测量设备无需运输机械的辅助就能仅用手特别是一只手予以运输，并且特别是即使在测量过程期间也能被引导至和/或沿着不同的测试样本引导。手持式测量设备的特别是不到20kg、优选不到10kg且特别有利地不到2kg的质量有助于此。

在手持式NMR-测量设备的一种实施方式中，NMR-测量设备的组件特别是NMR-传感器控制装置以及NMR-测量设备的能量供给装置，至少部分地安置在NMR-测量设备的壳体中。特别地，这些组件在其总体积的50%以上、优选75%以上并且特别优选100%安置在NMR-测量设备的壳体中。

在一种实施方式中，NMR-测量设备被实现为能量自主的NMR-测量设备。“能量自主”是指，NMR-测量设备能够至少暂时地，优选至少在进行测量以及分析期间，独立于电网即特别是无线地运行。为此，NMR-测量设备具有能量供给装置，其形式为独立于电网的蓄能器，特别是电池，优选可重复充电的电池。能量供给装置被设置用于给NMR-测量设备为了投入运行并且在运行期间供给电能。在一种实施方式中，独立于电网的蓄能器可以被实现为燃料电池、电容器、混合式超级电容器或者另一种在本领域技术人员看来有益的蓄能器或者它们的组合/累加。带有化学单电池的蓄电池特别适合于NMR-测量设备的能量供给，该化学单电池提供高的功率密度和/或能量密度。高的功率密度和/或能量密度允许对NMR-测量设备的改善的、即长期的并且与NMR-传感器的大的功率需求相匹配的能量供给。这在当前例如包括锂和锂离子化学单电池的蓄电池，特别是锂-磷酸铁、锂-锰氧化物、锂-镍-钴-锰-氧化物、过度锂化的锂-镍-钴-锰-氧化物、锂-硫、锂-聚合物和锂-氧-蓄电池。

“设置”尤其特别是指“编程”、“设计”和/或“配备”。物体被“设置”用于一定的功能，这尤其是指，物体在至少一种应用和/或运行状态下满足和/或执行这种特定的功能，或者被设计用来满足该功能。

根据本发明的NMR-测量设备具有用于其控制的控制装置。该控制装置与NMR-测量设备的其它组件特别是NMR-传感器、输出装置、能量供给装置、还有例如输入装置和/或数据通信接口在信号技术上连接。控制装置被设置用于在NMR-测量设备的运行期间与这些组件通信。“控制装置”尤其是指带有至少一个电子控制部的装置，其具有用来与NMR-测量设备的其它组件通信的机构，例如用来控制和/或调控NMR-传感器的机构、用于数据处理的机构、用于数据存储的机构和/或其它在本领域技术人员看来有益的机构。在一种实施方式中，控制装置的电子控制部是指与存储单元以及与存储在存储单元中的运行程序连接的处理器单元，该运行程序在控制过程期间执行。特别地，控制装置的电子器件可以例如以微控制器的形式布置在电路板（印制电路板）上。此外，控制装置用于分析至少一个由NMR-传感器提供的测试信号，特别是用于分析由NMR-传感器提供的1D-NMR-频谱和由NMR-传感器提供的2D-NMR-频谱，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱。替代地或附加地，测试信号，特别是1D-NMR-频谱和2D-NMR-频谱，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱，也可以按其它方式，例如使用NMR-测量设备的数据通信接口提供给控制装置。“被设置用于分析”的含义尤其是，控制装置具有接收测试信号特别是频谱的信息输入端、用于处理特别是分析测试信号尤其是频谱的信息处理单元、以及用于传输被处理的和/或被分析的测试信号尤其是光谱和/或所得到的分析结果的信息输出部。在一种实施方式中，控制装置为此具有一些组件，这些组件包括至少一个处理器、存储器和运行程序，该运行程序带有分析和计算例程。特别地，这些组件也可以称为分析装置，和/或被设计为与控制装置分开的分析装置。

NMR-测量设备的“输出装置”是指至少一种被设置用于将至少一个变化的信息以声学、光学和/或触觉方式输出至操作者的器件。该输出装置用于至少把使用NMR-测量设备得到的信息输出至NMR-测量设备的操作者。特别地，可以借助输出装置将分析物的量化结果输出。在此，输出可以例如借助显示屏、接触感应式的显示屏、声音信号、振动发生器和/或LED-显示件来实现。在输出装置的一种实施方式中，可以把信息以图形或字母方式作为检查的测量结果输出。在一种实施方式中，输出装置安置在手持式NMR-测量设备的壳体中。此外，待输出的信息或结果也可以输出至控制装置，和/或特别是为了提高用户舒适性而输出至数据处理系统。后者包括至少将信息输出至外部设备，比如智能手机、笔记本电脑、PC以及另一种在本领域技术人员看来有益的外部的数据设备，该数据设备通过数据通信接口与NMR-测量设备连接。特别地，输出装置可以直接安置在NMR-测量设备的壳体中，并且附加地也可以通过外部的输出装置予以补充。使用借助输出装置输出至NMR-测量设备的使用者的信息，可以让NMR-测量设备的使用者在对测试样本中的分析物进行量化之后得到可直观地理解的结果。

为了进行测量，特别是为了测量1D-NMR-频谱和2D-NMR-频谱，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱，NMR-测量设备具有至少一个NMR-传感器。NMR-传感器的工作方式基于核物理效应，其中，在待检查的测试样本中的原子核在第一磁场—用B₀表示—内吸收和发出电磁的交变磁场。在此，核磁共振基于在待检查的测试样本中的原子核围绕特别是恒定的和/或静止的第一磁场的磁力线进行核自旋的进动（拉莫尔进动）。特别地，在待检查的体积中的原子核的核自旋通过第一磁场而定向排列。如果能量以第二电磁场特别是交变磁场例如脉动式磁场的形式入射到原子核上，该能量与原子核的核自旋的拉莫尔进动处于谐振中（能量量子），则原子核会通过吸收该能量而改变其自旋相对于第一磁场的方向。入射的第二磁场因而用于激发核自旋，核自旋在吸收能量情况下改变其核自旋状态。等效地，由于激发的核自旋返回到另一个较低的能级，能量量子的发射导致交变电磁场的发射，该交变电磁场可以借助用于探测磁场变化的装置，尤其是借助天线和/或线圈予以观察。原子核尤其是指质子（H）和其它核磁共振活性的核子，比如13C、15N、19F、31P。

根据本发明的NMR-测量设备允许确定由至少一个NMR-传感器得到的NMR-频谱信息，并且进而导出关于测试样本的特性和尤其是状态及尤其是关于其中含有的分析物的浓度的判断。例如，在适当地分析NMR-频谱时，可以求取关于（例如饮料或燃料或体液的）品质、关于内容物（例如有害于健康的内容物、禁止的内容物、杀虫剂、杀菌剂、激素、抗生素）的存在状态等的信息。由这些分析过的信息，NMR-测量设备的使用者因而可以按简单的方式检查并验证待检查的测试样本的特性，比如品质、原产地、真实性、成分、潜在危险等。此外，得到的信息可以与制造商资料相比较，并且因而检查制造商资料的可信性。

为了进行测量，把移动式的NMR-测量设备特别是至少一个NMR-传感器安置在待检查的测试样本的附近，或者相反。使用测量设备在此允许无受损特别是无损毁、污染等地检查测试样本。

移动式的能量自主的NMR-测量设备是一种专用的测量设备，其相比于科研的核磁共振-测量设备具有非常有限的、针对测试样本的检查被优化的功能。特别地，带有其分析例程的控制装置适合于实施根据本发明的方法。此外，NMR-测量设备可以适合于评估所得到的信息以及借助输出装置对其准备好显示和输出。在使用测量设备来检查测试样本时，在设备内部并且在测量之后随即将测量结果提供给NMR-测量设备的使用者，从而可以在现场快速、明确并且尤其独立于其他设备比如计算机或者甚至实验室对测试样本中的分析物予以量化。有利地可简便地且直观地操作测量设备，这种操作不以操作者的特殊的以往经验为前提。

通过使用手持式的、能量自主的并且专门适合于测试样本的检查的应用情况的测量设备，可行的是，以快速的并且无损毁的方式，并且进而经济地尤其成本有利地，移动式地在现场，例如在仓库、商店、批发商、在病人访问时等等情况下，实现精确地且广泛地对测试样本中的分析物予以量化。

“对测试样本中的分析物予以量化”尤其是指，确定在测试样本特别是液体测试样本中的物质即分析物的浓度。在NMR-光谱学中，任何分析物都提供一个或多个独特的与频率相关的信号（NMR-信号）。在1D-NMR-频谱中的由一定的分析物引起的波峰的积分强度基本上与样本中的相关分析物的浓度成比例。因为每个质子都对1D-NMR-频谱做出一定的贡献，所以可以实现直接的精确的量化。然而，由于1D-NMR-频谱中的多个波峰的叠加，定量地确定出属于某一种物质的信号分量往往并不容易。如果在测试样本中存在多个不同的分析物，它们的NMR-信号叠加，则却可以通过“线拟合”技术实现通过各个信号来表示信号集。因而通过这种方式，即使在各种不同的信号相叠加的情况下，也能实现量化。

“NMR-信号”在本文中是指在NMR-测量期间测试样本的独立于处理（例如傅里叶变换）的、物理的信号，从而仅仅作为在测试样本中的化学结构的结果而产生。

在该方法的一种实施方式中，在另一方法步骤中规定至少一个待量化的分析物。通过这种方式，可以由根据本发明的方法的使用者按照其兴趣选出待量化的分析物。特别地，可以由于使用者例如借助输入装置或者借助菜单选取或者借助条形码扫描器（例如通过扫描特定于产品的条形码）等输入或选取，规定至少一个待量化的分析物。替代地，该信息也可以按其它方式例如通过读出存储器而提供给计算单元或控制装置。在一种实施方式中，关于至少一个待量化的分析物的信息是静态的信息，也就是说，在根据本发明的方法中始终都对相同的分析物予以量化。

通过规定至少一个待量化的分析物，可以使得信息处理特别是频谱分析等有利地适配于待检查的分析物。例如，可以根据规定来选择参考数据库。此外，特别是与规定相关地，可以调整控制装置的运行程序、调控例程、控制例程、分析例程和/或计算例程。

在根据本发明的方法的一个方法步骤中，提供1D-NMR-频谱。“提供”在下面尤其是指，给尤其是NMR-测量设备的控制装置的、实施根据本发明的方法的计算单元提供相应的信息或数据组。当在分析物中含有的核自旋在静态强磁场中定向排列，并且以高频-脉冲在能量上被激发（即核磁旋转）时，通常会获得这种1D-NMR-频谱。然后，把样本的高频-响应记录为时间函数，并且获得FID-信号（自由感应衰减信号）。通过傅里叶变换，可以由FID-信号得到样本的频谱，在该频谱中含有特定于样本的各个组成部分的波峰，其中，这些组成部分的各个波峰在强度上或大或小地叠加。

在该方法的一种实施方式中，采用1H-NMR-光谱来量化分析物。在此，采用1H-NMR-光谱来检测全部的具有不可交换质子的物质，例如糖、乙醇、有机酸和酯、芳香物质如苯胺或香兰素等等。在该方法的一种实施方式中，在不抑制频率的情况下提供1H-NMR-频谱，以便能够量化主要组分比如水和/或乙醇。替代地，在有选择的信号抑制特别是溶剂抑制的情况下提供1H-NMR-频谱，以便能够量化浓度很小的分析物。

另外，在根据本发明的方法的一个方法步骤中，提供2D-NMR-频谱，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱。当在分析物中含有的核自旋在静态强磁场中定向排列，并且以高频-脉冲在能量上被激发时，通常会获得这种2D-NMR-频谱。通过对于相应的2D-NMR-频谱典型的脉冲序列，该脉冲序列在各个高频-脉冲之间具有规定的等待时间，会在两个或多个核自旋活性的核子之间产生磁化交换。把样本的高频-响应记录为时间函数，并且获得FID-信号。通过傅里叶变换，特别是两次傅里叶变换，可以由FID-信号得到样本的2D-频谱，在该频谱中含有特定于样本的各个组成部分的波峰。

在根据本发明的方法中，2D-NMR-频谱例如JRES-频谱用于能够在所提供的NMR-信号中，特别是在所提供的1D-NMR-频谱中准确地确定出分析物的波峰的关联常数和化学位移。特别是也可以使用异核的2D-NMR-频谱比如HMBC或HSQC来明确地指配波峰。在此采用了关于与异核的核子比如13C的关联的信息。

特别地，可以把这些频谱即1D-NMR-频谱以及2D-NMR-频谱提供给计算单元，该计算单元实施根据本发明的方法。在一种实施方式中，可以把这些频谱提供给根据本发明的NMR-测量设备的控制装置。在一种实施方式中，这些频谱可以借助根据本发明的NMR-测量设备的至少一个NMR-传感器予以测量，并且提供给NMR-测量设备的控制装置。

在该方法的一种实施方式中，1D-NMR-频谱和2D-NMR-频谱在相同的测量条件下获得，特别是借助NMR-测量设备的NMR-传感器予以测量。在这些一致的测量条件下，可以进行特别精确的且可靠的量化，因为可以避免并且进而排除频谱中的由于不同的测量条件所致的失真或偏差。一致的测量条件特别是涉及测试样本的温度和/或测试样本中的溶剂和/或在相应的测量时静态磁场的磁场强度。

在该方法的一种实施方式中，在采用已知的数据分析方法进行进一步处理之前，有利地处理频谱。例如，1D-NMR-频谱—或者相应地经傅里叶变换的FID-频谱—可以事先与合适地选择的指数函数相乘，以便得到改善的信噪比。此外可行的是，通过自动进行的、所谓的“参考反卷积”-方法来减小或者消除由于均匀性偏差和相位偏差会出现的频谱对称性偏差。在该方法的范畴内，也可以自动地进行相位矫正和背景矫正（基本线-矫正），同样可以按照数学方法比如平滑、滤波、求平均等对频谱进行处理。

在根据本发明的方法的另一方法步骤中，提供关于至少一个待量化的分析物的至少一个信息。特别地，可以把该信息提供给实施根据本发明的方法的计算单元。特别地，可以把该信息提供给根据本发明的NMR-测量设备的控制装置。在该方法的一种实施方式中，至少一个所提供的信息规定了化学的位移范围、可评估的信号的数量、可评估的信号的多重态和/或可评估的信号与至少一个待量化的分析物的关联常数。通过这种方式，可以对分析物进行特别简单的、广泛的并且精确的量化。特别地，所提供的信息可以用于简单地、广泛地并且精确地分析所提供的1D-NMR-频谱和/或所提供的2D-NMR-频谱。在根据本发明的方法的一种实施方式中，所提供的信息还可以涉及到与质子关联的碳核的化学位移范围。该信息用于通过2D-NMR-频谱进行鉴别和用于确定外部的化学位移。

“化学位移范围”在此表示无危险的频率范围，在该频率范围内在所提供的频谱中预料有分析物的待检查的信号。

“可评估的信号的数量”是由分析物在频谱中引起的那些信号的数量。该数量因而与分析物的化学结构有关。特别地，可评估的信号的数量通过预先选择待量化的分析物来规定。

可评估的信号的“多重度”表示产生可评估的信号作为总信号的那些单信号的数量。总信号分成单信号是由自旋-自旋耦合引起的。可评估的信号的多重态与分析物的化学结构有关。特别地，“多重度”表示分析物在自旋取向方面可以处于的线性独立状态的数目，即所谓的自旋多重度。多重度可直接转移到NMR-频谱，在该频谱中在分析物信号内产生了与多重度相应数量的波峰。

“可评估的信号的关联常数”是确定两个关联的核子的相互作用强度的常数。关联常数特定于相应的分析物。关联常数用于通过线拟合算法进行识别和可评估的信号的仿真/建模。

在根据本发明的方法的一种实施方式中，通过数据库访问来提供关于至少一个待量化的分析物的至少一个信息。在此，至少一个信息可以在设备内部存储在位于存储单元、特别是NMR-测量设备的计算单元或者控制装置的存储单元上的数据库中。在一种替代的或附加的实施方式中，也可以把至少一个信息存储在外部的特别是设备外部的、有利地始终更新的数据库中。例如，可以把至少一个信息存储在位于计算机、服务器或另一种在本领域技术人员看来有益的数据存储器和/或数据处理设备上的数据库中，并且在实施根据本发明的方法时由该数据库提供。特别地，提供至少一个信息也可以通过NMR-测量设备的因特网入口来进行。替代地或附加地，至少一个信息可以在内部特别是设备内部存储在NMR-测量设备中，并且同样通过NMR-测量设备的因特网入口予以更新，例如通过与外部参考数据库的比较来更新。

在一个方法步骤中，采用至少一个所提供的信息，从所提供的2D-NMR-频谱中求取待量化的分析物的NMR-信号的化学位移。为此，由2D-频谱特别是JRES-频谱确定出属于待量化的分析物的波峰的准确位置。在此，在该方法的一种实施方式中，作为分析的初始值，考虑对于分析物来说典型的即预先已知的位移范围。优选地，在此访问规定位移范围的至少一个所提供的信息。通过这种方式来忍受在化学位移中的略微的偏差。基于初始参数，针对信号即波峰分析2D-NMR-频谱，这些信号相应于给定的参数，比如关联的13C-核子的关联常数、多重度或化学位移。在波峰与来自数据库的给定参数相一致时，确定出波峰的准确的化学位移。

此外，在该方法步骤中也可以由2D-NMR-频谱特别是JRES-频谱求取分析物的关联常数和多重度。所求取的关联常数和所求取的多重度可以随后与至少一个所提供的信息相比较，该信息同样可以涉及到分析物的关联常数和多重度。

在一个方法步骤中，求取待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期的波峰-位置。在该方法的一个实施方式中，使用所求取的化学位移和至少一个所提供的信息，特别是可评估信号的所提供的多重度和可评估信号的所提供的关联常数，计算待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期的波峰-位置。为此，根据多重度来计算单信号的化学位移，其方式为，根据给定的关联常数、所求取的化学位移来累加或减去规定的频率值。

在该方法的一种替代的或附加的实施方式中，由2D-NMR-频谱特别是JRES-频谱，使用所求取的化学位移和至少一个所提供的信息，特别是可评估信号的所提供的多重度，求取待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期的波峰-位置。由2D-NMR-频谱特别是JRES-频谱，通过确定波峰位置的间距（所谓的信号位置或中央频率），来确定待分析的NMR-信号的关联常数。根据多重度来计算单信号的化学位移，其方式为，根据由2D-NMR-频谱特别是JRES-频谱确定的关联常数、所求取的化学位移来累加或减去规定的频率值。

在一个方法步骤中，由所提供的、特别是测得的1D-NMR-频谱求取实际上的波峰-位置。在此，全部波峰的波峰位置都予以确定并且存储在暂存器中，所述波峰的在频谱中的强度超过了给定的阈值。

在一个方法步骤中，使用预期的波峰-位置并使用所求取的实际上的波峰-位置，求取干扰信号-波峰-位置。在该方法的一种实施方式中，由预期的波峰-位置和实际上的波峰-位置的差，求取干扰信号-波峰-位置。“干扰信号-波峰-位置”尤其是指干扰信号的这种波峰-位置，该干扰信号叠加于所检查的频谱之上，并且并非由待检查的分析物引起。也就是说，干扰信号-波峰-位置并非由待检查的分析物引起。

在一个方法步骤中，采用所求取的干扰信号-波峰-位置，采用所求取的化学位移，以及采用至少一个所提供的信息，对1D-NMR-频谱建模。在该方法的一个实施方式中，借助线拟合算法，基于所求取的干扰信号-波峰-位置和所求取的化学位移，在优化关于洛伦兹-高斯分布、关于线宽、关于强度、关于关联常数以及关于屋顶效应影响的拟合参数的情况下，对1D-NMR-频谱建模，其中，将干扰信号-波峰建模为单重态。

“线拟合算法”是一种通过迭代使得算得的信号适配于测得的信号的算法。拟合算法在一种实施方式中针对各个波峰-信号（例如针对甲醇共振线）进行，但也可以延展到整个频谱上，同时观察多个通过分析物引起的信号。

在另一方法步骤中，对建模的、特别是无干扰信号-波峰的1D-NMR-频谱积分。

在一个方法步骤中，通过内部的或外部的参考来量化分析物。为了进行内部的参考，必须给测试样本添加合适的参考试剂。通常的参考试剂例如是用于水溶液的三甲基甲硅烷基丙酸钠（TSP）或用于有机溶液的四甲基硅烷（TMS）。

外部的量化可以尤其借助已建立的PULCON-方法进行。PULCON-方法例如在G.Wider, L. Dreier, J. Am. Chem. Soc. 2006, No. 128（第2571-2576页）中有所描述。

在该方法的一种实施方式中，借助NMR-测量设备的控制装置，进一步处理量化的结果。在该方法的一种实施方式中，可以使用NMR-测量设备的输出装置将结果输出至NMR-测量设备的操作者。在该方法的一种实施方式中，特别是使用NMR-测量设备的控制装置或者使用实施该方法的计算单元，将分析物量化结果与极限值相比较，并且输出比较结果。在此，输出特别是借助NMR-测量设备的输出装置进行。

采用根据本发明的方法，可以快速、自动地且精确地借助NMR-光谱学来量化液体中的多个分析物。在此，该方法允许以有利的方式来处理和分析频谱的NMR-数据，从而可实现在分析的完全自动化情况下量化不同的分析物。数据处理与不同NMR-数据组—特别是1D-NMR-频谱和2D-NMR-频谱—的信息积分的组合，能实现借助于可靠的线拟合-优化算法进行量化，从而确保保持恒定的精确度。此外，采用根据本发明的方法可以实现同时在测试样本中对多个分析物予以量化。有利地，作为每个待量化的分析物的结果，可以输出浓度和相应的测量不可靠性。由于在分析测量数据时不需要训练有素的专业人员，所以该方法能够特别有利地在被设计用于由未经训练的使用者使用的NMR-测量设备中实施。

附图说明

本发明借助在附图中示出的实施例在后续说明中予以详述。附图、说明书和权利要求书含有众多特征组合。本领域技术人员也可根据目的单独地考察这些特征，并且组成其它有益的组合。附图中相同或相似的附图标记表示相同的或相似的部件。

图1为根据本发明的移动的NMR-测量设备的一种设计的立体图；

图2为根据本发明的NMR-测量设备的一种设计的第一壳体侧的俯视图；

图3为根据本发明的方法的一种实施方式的方法流程图；

图4示出示范性的1D-NMR-频谱；

图5示出示范性的2D-NMR-频谱以及该2D-NMR-频谱放大的局部；

图6示出在执行求取实际的峰值-位置的方法步骤之后示范性的1D-NMR-频谱；

图7示出在执行线拟合的方法步骤之后示范性的1D-NMR-频谱。

具体实施方式

图1和图2以立体图或简化的示意性俯视图示出根据本发明的手持式的、能量自主的NMR-测量设备10的一种示范性的实施方式的两幅图。

示范性地设计的NMR-测量设备10具有壳体12。在该壳体12中安置了操纵部件14’形式的输入装置14，其适合于接通和切断NMR-测量设备10、起动和配置测量过程及输入工作参数。另外，在壳体12中设置了显示屏16’形式的输出装置16，用于输出所求取的信息以及输出工作参数。NMR-测量设备10为了运输及其操控而具有把手18。把手18、操纵部件14’以及显示屏16’位于NMR-测量设备10的第一壳体侧20（也叫“前侧”）上，该第一壳体侧在操作NMR-测量设备时通常面向操作者。

为了NMR-测量设备10的能量供给，NMR-测量设备10在第二壳体侧（在此未详细示出）具有内凹，该第二壳体侧在设备背侧与第一壳体侧20相对，该内凹用来容纳可重复充电蓄电池形式的独立于电网的蓄能器（在此未详细示出）。由于独立于电网的蓄能器，NMR-测量设备10可以至少暂时地能量自主，也就是说，独立于电网并且因而特别是也无线地运行。示范性地提出的NMR-测量设备10具有锂离子蓄电池，其高的能量密度和功率密度有利地适合于NMR-测量设备10的能量供给。在一种替代的实施方式中，蓄能器也可以安置在NMR-测量设备10的把手18中。优选地，能量供给装置具有可松开的形状配合和/或力配合连接接口，从而蓄能器（通常也为多个）能可取下地且可更换地布置。此外，蓄能器可以在NMR-测量设备10中和/或之外被供应以电网的能量并充电。

在承载部件22特别是壳体12内部的系统电路板或印制电路板上，安置了NMR-测量设备10的其它组件，特别是NMR-传感器24、用于控制NMR-测量设备10并且用于分析由NMR-传感器24提供的测量信号的控制装置26以及与控制装置26连接的数据通信接口28（特别是参见图2）。控制装置26用于分析至少一个由NMR-传感器提供的测量信号，特别是测得的1D-NMR-频谱30（参见图4）和测得的2D-NMR-频谱32（参见图5），尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱。替代地或附加地，也可以把测量信号，特别是1D-NMR-频谱30和2D-NMR-频谱32，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱，以其它方式提供给控制装置26，例如使用NMR-测量设备10的数据通信接口28。控制装置26具有电子控制部，其包括用来与NMR-测量设备10的其它组件通信的机构，例如用来控制和调控NMR-传感器24、独立于控制装置26的分析装置等的机构。控制装置26特别是包括带有处理器单元、存储单元和存储在该存储单元中的运行程序的单元。控制装置26被设置用于根据操作者的至少一个输入、通过有时设置的分析装置和/或通过数据通信接口28来调节NMR-测量设备10的至少一个运行功能参数。此外，控制装置26被设置用于实施根据本发明的方法，并且为此具有存储器，该存储器带有存储于其上的且可执行的运行程序。

NMR-传感器24被设置用于在测试样本34的材料的原子核中激发出核磁共振。NMR-传感器24特别是被设置用于对测试样本34的1D-NMR-频谱30和2D-NMR-频谱32，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱予以测量。

在图3中示出了一种方法程序，其体现了根据本发明的方法的一个实施例，该方法用于尤其是借助NMR-测量设备10量化在测试样本34中特别是在液态测试样式中的分析物。

在方法步骤100中，提供借助NMR-测量设备10的NMR-传感器24测量的1D-NMR-频谱30。该1D-NMR-频谱30，特别是所基于的数据，已经在方法步骤100中例如通过平滑、滤波等被准备用于分析。图4中示出了一种示范性的1D-NMR-频谱30。该1D-NMR-频谱30具有特定于测试样本34、特别是其中含有的分析物的波峰48。

在方法步骤102中，提供借助NMR-测量设备的NMR-传感器24测量的2D-NMR-频谱32，尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱。该2D-NMR-频谱32，特别是所基于的数据，已经在方法步骤102中例如通过平滑、滤波等被准备用于分析。图5a中示出了一种示范性的2D-NMR-频谱32尤其是JRES-频谱。

在方法步骤104中，例如作为使用者的输入或选择的结果，比如借助NMR-测量设备10的输入装置14，规定至少一种待量化的分析物。在该实施例中，使用者明确指出要量化的分析物，其方式例如为，他（例如从给定的列表中）选出分析物“乙醇”的名字。

在方法步骤106中—基于分析物的指定名称—提供关于要量化的分析物的信息。在此，该信息规定了至少一个化学位移范围36（预期化学位移的粗略的范围42，在图5中由范围36表示）、多个可评估的信号38（在图4中分别由方框表示）、可评估的信号的多重度和可评估信号与待量化的分析物的关联常数。在图5b中作为参考符号40汇总了可评估信号的多重度和可评估信号的关联常数，其表示在图5a中示出的2D-NMR-频谱32的放大区域。在图5b所示的例子中，多重度是2（双重态），关联常数大约是6.4Hz（对应于两个波峰之间的距离，由附图标记40表示）。在该实施例中，通过数据库查询，特别是使用互联网连接，提供关于至少一种待量化的分析物的信息。借助于NMR-测量设备10的数据通信接口28从数据库200（参见图1）调用的数据被传送到控制装置26。

在方法步骤108中，使用至少一个所提供的信息，从2D-NMR-频谱32求取要量化的分析物的NMR-信号的化学位移42。使用分析物的化学位移范围36，首先在2D-NMR-频谱32的数据组中搜索具有合适参数的真实信号，并由此求取“实际的”化学位移42。如果在数据组中不能求取相应的即采用化学位移范围36可评估的信号，则可以对数据库200的其它信息发起重新查询。替代地，可以向NMR-测量设备10的使用者输出错误通报或不能成功进行评估的提示。

在方法步骤110中，求取待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期波峰-位置（在此未详细示出）。在该实施例中，采用所求取的（即实际上的）化学位移42和至少一个所提供的信息，特别是可评估信号的所提供的多重度和可评估信号的所提供的关联常数（附图标记40），计算NMR-信号的预期波峰-位置，另外，也可以采用所求取的（实际上的）化学位移42和至少一个所提供的信息，尤其是可评估信号（40）的所提供的多重度，从2D-NMR-频谱32，特别是JRES-频谱中求取NMR-信号的预期波峰-位置（在此未详细示出）。

在方法步骤112中，由1D-NMR-频谱30求取实际上的波峰-位置44。为此，例如针对局部最大值分析1D-NMR-频谱30。图6中示出了示例性的1D-NMR-频谱，其中标出了实际上的波峰-位置44并且示出了其具有的值。

在方法步骤114中，根据预期波峰-位置和实际波峰-位置44的差，采用预期波峰-位置和实际波峰-位置44来求取干扰信号-波峰-位置（未详细示出）。

在方法步骤116中，然后采用所求取的干扰信号-波峰-位置，使用所求取的化学位移42以及使用至少一个所提供的信息来对1D-NMR-频谱30进行建模。借助于线拟合算法，基于所求取的干扰信号-波峰-位置和所求取的化学位移42来进行建模，同时优化关于洛伦兹-高斯分布、关于线宽、关于强度、关于关联常数以及关于屋顶效应影响的拟合参数，其中，将干扰信号-波峰建模为单重态52。通过这种方式，产生纯粹的尤其是无干扰信号-波峰的建模的1D-NMR-频谱50。图7就此示范性地示出在执行方法步骤116之后/期间1D-NMR-频谱30的一部分。在示例性的数据组中，异丁醇的双重态（参考标号50）—预期分析物的要量化的NMR—与甲醇的干扰信号52（单重态）发生了叠加。所提供的1D-NMR-频谱30在执行线拟合算法之后通过曲线54来表示，该曲线示出建模的1D-NMR-频谱54。分析物的想要的待量化的NMR-信号通过无干扰信号-波峰的建模的1D-NMR-频谱50来表示。

在方法步骤118中，对建模的特别是无干扰信号-波峰的1D-NMR-频谱50进行积分。

在方法步骤120中，通过内部的或外部的参照物来量化分析物。如果每种分析物存在多于一个的信号，则最终可以计算出量化值的平均值（未详细示出）。

在方法步骤122中，借助于NMR-测量设备10的控制装置26进一步处理量化的结果，特别是借助于NMR-测量设备10的输出装置16输出给NMR-测量设备10的操作者。在该实施方式中，输出表明测试样本34中的分析物浓度的百分比值。此外，将分析物的量化结果与极限值进行比较，并且输出与彩色LED（红色、黄色、绿色）的比较结果（未详细示出）。

Claims (10)

1.一种用于自动地量化测试样品（34）特别是液体测试样品中的分析物的方法，其特征在于至少以下方法步骤：

•提供1D-NMR-频谱（30）（方法步骤100）；

•提供2D-NMR-频谱（32）（方法步骤102），尤其是JRES-频谱、HMBC-频谱、HSQC-频谱、COSY-频谱和/或DOSY-频谱；

•提供关于至少一种待量化的分析物的至少一个信息（方法步骤106）；

•使用至少一种所提供的信息，从2D-NMR-频谱（32）求取待量化的分析物的NMR-信号的化学位移（42）（方法步骤108）；

•求取待量化的分析物特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期波峰-位置（方法步骤110）；

•从1D-NMR-频谱（30）求取实际上的波峰-位置（44）（方法步骤112）；

•使用预期波峰-位置和实际上的波峰-位置（44）来求取干扰信号-波峰-位置（方法步骤114）；

•使用所求取的干扰信号-波峰-位置，使用所求取的化学位移（42），以及使用至少一个所提供的信息，对1D-NMR-频谱（30）建模（方法步骤116）；

•对建模的、特别是无干扰信号-波峰的1D-NMR-频谱（50）进行积分（方法步骤118）；

•通过内部的或外部的参考物来量化分析物（方法步骤120）。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在另一个方法步骤（方法步骤104）中规定至少一个待量化的分析物。

3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过数据库访问来提供关于至少一个待量化的分析物的至少一个信息。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所提供的信息规定了化学的位移范围、可评估信号的数量、可评估信号的多重度和/或可评估信号与至少一个待量化的分析物的关联常数。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用所求取的化学位移（42）和至少一个所提供的信息，特别是可评估信号的所提供的多重度和可评估信号的所提供的关联常数，计算待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期的波峰-位置。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由2D-NMR-频谱（32）特别是JRES-频谱，使用所求取的化学位移（42）和至少一个所提供的信息，特别是可评估信号的所提供的多重度，求取待量化的分析物、特别是待量化的分析物的单重态和/或多重态的NMR-信号的预期的波峰-位置。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由预期的波峰-位置和实际上的波峰-位置（44）的差，求取干扰信号-波峰-位置。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助线拟合算法，基于所求取的干扰信号-波峰-位置和所求取的化学位移（42），在优化关于洛伦兹-高斯分布、关于线宽、关于强度、关于关联常数以及关于屋顶效应影响的拟合参数的情况下，对1D-NMR-频谱（30）建模，其中，将干扰信号-波峰建模为单重态（52）。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将分析物量化结果与极限值相比较，并且输出比较结果。

10.一种NMR-测量设备（10），特别是手持式的NMR-测量设备，具有至少一个NMR-传感器（24）、用于控制NMR-测量设备（10）且用于分析由NMR-传感器（24）提供的测量信号的控制装置（26）、用于输出所求取的信息的输出装置（16、16’）以及能量供给装置特别是电池，其特征在于，NMR-测量设备（10）被设计用于实施根据权利要求1至9中任一项的方法。

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