DE112019000371B4 - Method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet - Google Patents

Method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet Download PDF

Info

Publication number
DE112019000371B4
DE112019000371B4 DE112019000371.2T DE112019000371T DE112019000371B4 DE 112019000371 B4 DE112019000371 B4 DE 112019000371B4 DE 112019000371 T DE112019000371 T DE 112019000371T DE 112019000371 B4 DE112019000371 B4 DE 112019000371B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
spectrum
reference spectra
spectra
psychoactive
nmr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112019000371.2T
Other languages
German (de)
Other versions
DE112019000371T5 (en
Inventor
David Williamson
Oliver Sutcliffe
Ryan Mews
Kate Kemsley
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd
Original Assignee
Oxford Instruments Industrial Products Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oxford Instruments Industrial Products Ltd filed Critical Oxford Instruments Industrial Products Ltd
Publication of DE112019000371T5 publication Critical patent/DE112019000371T5/en
Application granted granted Critical
Publication of DE112019000371B4 publication Critical patent/DE112019000371B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G01N24/084Detection of potentially hazardous samples, e.g. toxic samples, explosives, drugs, firearms, weapons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/536Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase
    • G01N33/542Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase with steric inhibition or signal modification, e.g. fluorescent quenching
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/94Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving narcotics or drugs or pharmaceuticals, neurotransmitters or associated receptors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2800/00Detection or diagnosis of diseases
    • G01N2800/30Psychoses; Psychiatry

Abstract

Verfahren zum Screening einer Probe aufweisend eine Testverbindung auf psychoaktive Substanzen, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Auftisch-NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten mit einer magnetischen Feldstärke von 0,5 Tesla bis 2,5 Tesla und ein Ausführen eines Computerprogramms zur Durchführung nachfolgender Schritte aufweist:(a) Erhalten eines NMR-Spektrums der Probe unter Verwendung des Auftisch-NMR-Spektrometers, und Erzeugen eines Messspektrumsatzes unter Verwendung des NMR-Spektrums, wobei der Messspektrumsatz aus einem oder mehreren verschobenen Spektren besteht, wobei jedes verschobene Spektrum mit einem NMR-Spektrum bei einer unterschiedlichen Frequenzverschiebung korrespondiert;(b) Vergleichen des Messspektrumsatzes mit einem oder mehreren Referenzspektren, wobei sich jedes Referenzspektrum auf eine psychoaktive Substanz bezieht und mittels einer magnetischen Feldstärke von 0,5 Tesla bis 2,5 Tesla erfasst wurde; und(c) Kategorisieren der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen basierend auf dem Vergleich.A method of screening a sample comprising a test compound for psychoactive substances, the method comprising providing a benchtop permanent magnet NMR spectrometer having a magnetic field strength of 0.5 Tesla to 2.5 Tesla and executing a computer program to perform subsequent steps :(a) obtaining an NMR spectrum of the sample using the benchtop NMR spectrometer, and generating a measurement spectrum set using the NMR spectrum, the measurement spectrum set consisting of one or more shifted spectra, each shifted spectrum associated with an NMR spectrum at a different frequency shift;(b) comparing the measurement spectrum set to one or more reference spectra, each reference spectrum relating to a psychoactive substance and recorded using a magnetic field strength of 0.5 Tesla to 2.5 Tesla; and (c) categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the comparison.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Screening psychoaktiver Substanzen unter Verwendung eines NMR-Spektrometers, welches einen Permanentmagneten mit einer magnetischen Feldstärke von 0,5 bis 2,5 Tesla aufweist.The invention relates to a method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer which has a permanent magnet with a magnetic field strength of 0.5 to 2.5 Tesla.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Es besteht ein Bedarf, eine mutmaßliche Schmuggelware, welche von Strafverfolgungsbehörden beschlagnahmt wurde, schnell und genau zu überprüfen, um das Vorhandensein darin enthaltener psychoaktiver Substanzen festzustellen. Eine Situation, in welcher ein besonderer Bedarf besteht, liegt in Gefängnissen vor, in welchen in den vergangenen Jahren ein dramatischer Anstieg einer Verwendung „neuer psychoaktiver Substanzen“ (NPS) zu verzeichnen ist. Kontrollierte Drogen werden in UK-Gefängnissen momentan entweder durch die technische Analyse biologischer Proben (wie Urin, Haar und Blut) oder durch lonen-Mobilitäts-Scanner festgestellt. Für etablierte Substanzen sind diese Methoden allgemein sehr effektiv, jedoch weisen diese Methoden starke Einschränkungen hinsichtlich der Selektivität (ein Potenzial für falsch positive Ergebnisse), der Empfindlichkeit (insbesondere wenn eine geringe Menge psychoaktiver Substanzen in einem Gemisch vorhanden ist), einer Fähigkeit neue oder bislang nicht gemeldete psychoaktive Substanzen zu identifizieren und der Verarbeitungszeit zwischen der Probengewinnung und der Identifikation auf.There is a need to quickly and accurately screen suspected contraband confiscated by law enforcement agencies to determine the presence of psychoactive substances contained therein. A situation of particular need is in prisons, which have seen a dramatic increase in the use of 'new psychoactive substances' (NPS) in recent years. Controlled drugs are currently detected in UK prisons either by technical analysis of biological samples (such as urine, hair and blood) or by ion mobility scanners. For established substances, these methods are generally very effective, however, these methods have strong limitations in terms of selectivity (a potential for false positives), sensitivity (especially when a small amount of psychoactive substances are present in a mixture), an ability new or previously identify unreported psychoactive substances and the processing time between sample collection and identification.

Die Raman-Spektroskopie wurde vor kurzem für den NPS-Nachweis in Betracht gezogen, und obwohl tragbare Systeme kommerziell erhältlich sind, sind sie im Allgemeinen durch eine geringe Empfindlichkeit und die Unfähigkeit zur Bestimmung unbekannter psychoaktiver Substanzen in Bulk-Gemischen beschränkt.Raman spectroscopy has recently been considered for NPS detection, and while portable systems are commercially available, they are generally limited by low sensitivity and the inability to detect unknown psychoactive substances in bulk mixtures.

Es ist wünschenswert, dass ein Screening-Prozess für psychoaktive Substanzen bereitgestellt wird, welcher einfach realisierbar ist, so dass beispielsweise ein Ergebnis durch einen Sicherheitsbeamten erhalten werden kann, welcher das mutmaßliche Rauschmittel beschlagnahmt hat, ohne dass ein Bedarf an einem ausgebildeten Chemiker oder der Gewinnung biologischer Proben besteht. Dieser Prozess sollte darüber hinaus unter Verwendung eines kleinen kostengünstigen Gerätes realisiert werden, so dass dessen Aufnahme in Gefängnissen, Polizeistationen, Flughäfen und dergleichen begünstigt wird.It is desirable to provide a screening process for psychoactive substances that is easy to implement, such that a result can be obtained by a security officer who has seized the suspected intoxicant without the need for a trained chemist or extraction biological samples. Moreover, this process should be realized using a small, inexpensive device, so that its adoption in prisons, police stations, airports, and the like is favored.

Die vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit der Lösung dieser Probleme.The present invention is directed to solving these problems.

Die Kernspinresonanz- (NMR-) Spektroskopie bietet ein Verfahren zur Untersuchung des elektronischen Umfeldes, welches NMR-aktive Kerne und abgeleitete Strukturen der Moleküle umgibt, an welche diese Kerne gebunden sind. Die NMR-Spektroskopie umfasst das Platzieren einer Probe, welche NMR-aktive Kerne (wie Wasserstoff-1) enthält, in ein statisches externes Magnetfeld Bo, welches durch ein NMR-Spektrometer erzeugt wird. Ein Hochfrequenz- (HF-) elektromagnetischer Puls wird anschließend durch das Spektrometer bei einer Frequenz auf die Probe angewendet, welche charakteristisch für den NMR-aktiven Kern von Interesse ist. Die durch diesen Puls bereitgestellte Energie wird durch diese Kerne „absorbiert“ und als Radiowellen bei der Resonanzfrequenz des aktiven Kerns wieder abgestrahlt. Das Signal ist als freies Induktionsabfall-Signal (FID) bekannt und wird durch das Spektrometer detektiert und analysiert, um die chemische Struktur dieser Probe abzuleiten.Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy provides a method for studying the electronic environment surrounding NMR-active nuclei and derived structures of the molecules to which these nuclei are bound. NMR spectroscopy involves placing a sample containing NMR active nuclei (such as hydrogen-1) in a static external magnetic field Bo generated by an NMR spectrometer. A radio frequency (RF) electromagnetic pulse is then applied to the sample by the spectrometer at a frequency characteristic of the NMR active nucleus of interest. The energy provided by this pulse is "absorbed" by these nuclei and re-radiated as radio waves at the resonant frequency of the active nucleus. The signal is known as the free induction decay signal (FID) and is detected and analyzed by the spectrometer to deduce the chemical structure of this sample.

Hochfeld-NMR-Spektrometer werden routinemäßig von Chemikern verwendet, zum Beispiel, wenn neue Verbindungen synthetisiert werden, um die Struktur der erzeugten Verbindung zu verifizieren oder um die Struktur einer unbekannten Verbindung vollständig zu klären. Diese Spektrometer erfordern typischerweise große und teure supraleitende magnetische Baugruppen, sowie ein Fachwissen für den Betrieb. Darüber hinaus erfordert es häufig mehrere Tage, um die Struktur einer Verbindung unter Verwendung solcher Geräte zu identifizieren. Dies liegt an der Anzahl unterschiedlicher NMR-Experimente, die durchgeführt werden müssen, um ausreichende Daten zur vollständigen Klärung der Struktur zu erzeugen.High-field NMR spectrometers are routinely used by chemists, for example when synthesizing new compounds, to verify the structure of the compound produced or to fully elucidate the structure of an unknown compound. These spectrometers typically require large and expensive superconducting magnetic assemblies and skill to operate. In addition, it often takes several days to identify the structure of a connection using such devices. This is due to the number of different NMR experiments that must be performed to generate sufficient data to fully elucidate the structure.

Niedrigfeld-NMR-Spektrometer wurden kürzlich als ein kostengünstigeres, kompakteres und tragbares Gerät entwickelt, um bestimmte Arten von NMR-Experimenten durchzuführen, welche ansonsten in Hochfeld-NMR-Spektrometern ausgeführt wurden. Anstatt eine dedizierte Infrastruktur, geschultes Personal und umfangreiche Installationen zu erfordern, verwenden Auftisch-NMR-Spektrometer Permanentmagneten, welche ein magnetisches Feld zwischen 0,5 und 2,5 Tesla am Probenhalter des Spektrometers erzeugen. Diese Feldstärke kann in einigen Fällen zu gering sein, um die chemische Struktur einer unbekannten Verbindung zu klären.Low-field NMR spectrometers have recently been developed as a cheaper, more compact, and portable device to perform certain types of NMR experiments that were otherwise performed in high-field NMR spectrometers. Rather than requiring dedicated infrastructure, trained personnel, and extensive installations, benchtop NMR spectrometers use permanent magnets that generate a magnetic field between 0.5 and 2.5 Tesla at the spectrometer's sample holder. In some cases, this field strength may be too small to clarify the chemical structure of an unknown compound.

Auftisch-NMR-Spektrometer sind im Allgemeinen eigenständige Einheiten, welche direkt auf einem Labortisch oder einer Fläche platziert und nach Bedarf bewegt werden können. Diese Spektrometer sind üblicherweise unkompliziert durch einen nichtspezialisierten Benutzer bedienbar. Ein Beispiel eines solchen Auftisch-NMR-Spektrometers ist das Pulsar™, welches durch die Oxford Instruments Group bereitgestellt wird. Obwohl diese Vorrichtungen ein breites Verwendungspotential aufweisen, war ihre Verwendung bislang auf Chemiker beschränkt, zum Beispiel in der Nahrungs- und Getränkeindustrie, und für Ausbildungszwecke.Benchtop NMR spectrometers are generally self-contained units that can be placed directly on a laboratory bench or surface and moved around as needed. These spectrometers are usually straightforward to use by a non-specialist user. An example One such benchtop NMR spectrometer is the Pulsar™ provided by the Oxford Instruments Group. Although these devices have a wide potential for use, their use has hitherto been limited to chemists, for example in the food and beverage industry, and for educational purposes.

DE 101 19 455 A1 offenbart ein Verfahren zum Auswerten von Daten, die mittels einer Magnetresonanztechnik erzeugt werden und spektroskopische Informationen beinhalten, wobei mindestens zwei Spitzen eines Spektrums der Daten detektiert werden und wobei die detektierten Spitzen mit einer relativen Lage, die die detektierten Spitzen innerhalb des Spektrums zueinander aufweisen, mit Spitzen bekannter Substanzen verglichen werden und wobei bekannte Substanzen zu den detektierten Spitzen bei einer Übereinstimmung des Vergleichens zugeordnet werden. DE 101 19 455 A1 discloses a method for evaluating data that is generated using a magnetic resonance technique and contains spectroscopic information, with at least two peaks of a spectrum of the data being detected and with the detected peaks having a position relative to one another that the detected peaks have within the spectrum Peaks of known substances are compared and known substances are assigned to the detected peaks in the event of a match of the comparing.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ein erster Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Screening einer Probe umfassend eine Testverbindung auf psychoaktive Substanzen unter Verwendung eines NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten mit einer magnetischen Feldstärke von 0,5 bis 2,5 Tesla bereit, wobei das Verfahren die Ausführung eines Computerprogramms zur Durchführung der nachfolgenden Schritte aufweist:

  1. (a) Erhalten eines NMR-Spektrums der Probe unter Verwendung des NMR-Spektrometers und Erzeugen eines Messspektrumsatzes unter Verwendung des NMR-Spektrums, wobei der Messspektrumsatz aus einem oder mehreren verschobenen Spektren besteht, wobei jedes verschobene Spektrum mit einem NMR-Spektrum bei einer unterschiedlichen Frequenzverschiebung korrespondiert;
  2. (b) Vergleichen des Messspektrumsatzes mit einem oder mehreren Referenzspektren, wobei sich jedes der Referenzspektren auf eine psychoaktive Substanz bezieht und mittels einer magnetischen Feldstärke von 0,5 bis 2,5 Tesla erfasst wurde; und
  3. (c) Kategorisieren der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen basierend auf dem Vergleich.
A first aspect of the invention provides a method for screening a sample comprising a test compound for psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet with a magnetic field strength of 0.5 to 2.5 Tesla, the method comprising the execution of a computer program for carrying out the following steps:
  1. (a) Obtaining an NMR spectrum of the sample using the NMR spectrometer and generating a measurement spectrum set using the NMR spectrum, the measurement spectrum set consisting of one or more shifted spectra, each shifted spectrum having an NMR spectrum at a different frequency shift corresponds;
  2. (b) comparing the measurement spectrum set with one or more reference spectra, each of the reference spectra relating to a psychoactive substance and being acquired using a magnetic field strength of 0.5 to 2.5 Tesla; and
  3. (c) categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the comparison.

Ein sich dadurch ergebender Vorteil ist, dass eine Testverbindung hinsichtlich des Vorhandenseins psychoaktiver Substanzen untersucht werden kann und dass beliebige gefundene psychoaktive Substanzen anschließend in schneller und benutzerfreundlicher Weise kategorisiert werden können. Die Ergebnisse können einem Benutzer anschließend zum Beispiel mittels eines Computermonitors angezeigt werden. Der in Schritt (b) ausgeführte Vergleich stellt ein Unterscheidungsmerkmal bezüglich traditioneller integrationsbasierter NMR-Methoden dar, welche im Allgemeinen von höher auflösenden Daten und einer manuellen Interpretation abhängig sind. Das Verfahren kann anschließend realisiert werden (und wird realisiert) unter Verwendung eines Niedrigfeld-NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten. Solche Geräte werden allgemein als „Auftisch“-NMR-Spektrometer bezeichnet und weisen zugehörige Vorteile hinsichtlich einer einfachen Verwendung, der Bezahlbarkeit, der Größe und des Gewichtes auf. Diese Geräte sind darüber hinaus ausreichend empfindlich, so dass sie in einer kurzen Zeitspanne (z. B. weniger als 10 Minuten) geringe Mengen psychoaktiver Substanzen (z. B. weniger als 10 mg) oder mehrere unterschiedliche psychoaktive Substanzen in einer Probe detektieren.A resulting advantage of this is that a test compound can be screened for the presence of psychoactive substances and any psychoactive substances found can then be categorized in a quick and user-friendly manner. The results can then be displayed to a user, for example by means of a computer monitor. The comparison performed in step (b) represents a differentiator with respect to traditional integration-based NMR methods, which generally depend on higher resolution data and manual interpretation. The method can then be implemented (and is implemented) using a low field NMR spectrometer with a permanent magnet. Such devices are commonly referred to as "benchtop" NMR spectrometers and have associated advantages of ease of use, affordability, size and weight. These devices are also sufficiently sensitive to detect small amounts of psychoactive substances (e.g. less than 10 mg) or several different psychoactive substances in a sample in a short period of time (e.g. less than 10 minutes).

Unter Chemikern gab es eine allgemeine Voreingenommenheit gegenüber einer Verwendung von Niedrigfeld-NMR-Spektrometern für das Screening von Verbindungen. Dies hängt mitThere has been a general bias among chemists against using low-field NMR spectrometers for compound screening. This is related

Bedenken zusammen, dass die Feldstärke gegebenenfalls nicht hoch genug ist, um eindeutige Ergebnisse bezüglich der chemischen Struktur der Verbindung zu erhalten, insbesondere wenn die Probe ein Gemisch unterschiedlicher Verbindungen enthält. Es ist zum Beispiel normal, dass es zu einer signifikanten spektralen Überlappung in den NMR-Daten kommt, welche bei niedrigen magnetischen Feldstärken erfasst werden, wodurch es für einen Anwender schwierig sein kann, eine Verbindung gemäß den spektralen Merkmalen zu identifizieren. Wir haben jedoch festgestellt, dass ein Niedrigfeld-NMR-Spektrometer verwendet werden kann, um eine Identifizierung der Klasse der psychoaktiven Substanz zu ermöglichen, selbst wenn es nicht immer möglich ist, ihre exakte chemische Struktur mit einem ausreichend hohen Konfidenzniveau zu identifizieren. Obwohl das Vorhandensein einer spektralen Überlappung ferner eine manuelle Interpretation der Daten erschweren kann, beeinträchtigt diese im Allgemeinen nicht die Fähigkeit, die Testverbindung zu kategorisieren oder zu identifizieren sobald der Messspektrumsatz (hier auch einfach als „Messspektrum“ bezeichnet) mit einem oder mehreren Referenzspektren verglichen wird. Die Fähigkeit, das Vorhandensein einer kontrollierten Substanz als auch ihre Klasse schnell vor Ort zu untersuchen, kann in hohem Maße nützlich sein für einen Sicherheits- oder einen Strafverfolgungsbeamten. Falls eine weitere Untersuchung erforderlich ist, um die chemische Zusammensetzung der psychoaktiven Substanz zu identifizieren, kann die Probe für eine vollständige Analyse an ein Labor gesendet werden.Together, keep in mind that the field strength may not be high enough to obtain unambiguous results regarding the chemical structure of the compound, especially if the sample contains a mixture of different compounds. For example, it is normal for there to be significant spectral overlap in NMR data acquired at low magnetic field strengths, which can make it difficult for a user to identify a compound according to its spectral characteristics. However, we have found that a low-field NMR spectrometer can be used to allow identification of the psychoactive substance class, even if it is not always possible to identify its exact chemical structure with a sufficiently high level of confidence. Further, while the presence of spectral overlap can make manual interpretation of the data difficult, it generally does not affect the ability to categorize or identify the test compound once the measurement spectrum set (also referred to herein simply as the "measurement spectrum") is compared to one or more reference spectra . The ability to quickly on-site assess the presence of a controlled substance, as well as its class, can be extremely useful to a security or law enforcement officer. If further testing is needed to identify the chemical composition of the psychoactive substance, the sample can be sent to a laboratory for a full analysis.

Die Anwendung von Auftisch-NMR-Spektrometern für ein Screening psychoaktiver Substanzen (manchmal als „kontrollierte Substanzen“ bezeichnet) ist insbesondere im Bereich der Sicherheit und der Strafverfolgung wünschenswert, da kein Fachtraining für den Betrieb dieser Geräte erforderlich ist. Da der Vergleich mittels eines Computers durchgeführt wird, anstatt eine Durchführung einer manuellen Bewertung zu erfordern, wird der Screening-Prozess darüber hinaus für den Laien insgesamt einfacher gestaltet. Dies steht im Gegensatz zu traditionellen Screening-Prozessen, welche jene unter Verwendung von Hochfeld-NMR-Spektrometern einschließen.The use of benchtop NMR spectrometers to screen for psychoactive substances (sometimes referred to as "controlled substances" net) is particularly desirable in the security and law enforcement arena, as no specialized training is required to operate these devices. Furthermore, since the comparison is performed using a computer, rather than requiring a manual assessment to be performed, the screening process is made overall easier for the layperson. This is in contrast to traditional screening processes, which include those using high-field NMR spectrometers.

Im Zusammenhang mit Drogen-Screenings bietet die NMR-Technologie insbesondere den Vorteil, dass die Klasse psychoaktiver Substanzen selbst dann identifiziert werden kann, wenn diese Substanz neu synthetisiert ist und in der Vergangenheit nicht identifiziert wurde. Die wahrscheinlichen Auswirkungen der Substanz, insbesondere beliebige psychoaktive Auswirkungen, können daher entsprechend der Klasse der psychoaktiven Substanz vorhergesagt werden, zu welcher diese gehört. Anschließend können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, falls der Verdacht besteht, dass eine Person diese Substanz eingenommen hatIn particular, in the context of drug screening, NMR technology offers the advantage that the class of psychoactive substances can be identified even if this substance is newly synthesized and has not been identified in the past. The likely effects of the substance, particularly any psychoactive effects, can therefore be predicted according to the class of psychoactive substance to which it belongs. Appropriate action can then be taken if a person is suspected to have ingested that substance

Das Messspektrum wird mit einem oder mehreren Referenzspektren verglichen, welche bei einer magnetischen Feldstärke von 0,5 bis 2,5 Tesla erfasst wurden. Bevorzugt wurden das eine oder die mehreren Referenzspektren bei derselben Feldstärke wie das Messspektrum erfasst. Darüber hinaus werden diese Spektren bevorzugt unter Verwendung eines NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten erfasst. Typischerweise werden das eine oder die mehreren Referenzspektren im Vorfeld an einem entfernten Ort erfasst. Das Spektrometer ist jedoch bevorzugt vom demselben Modell oder Typ wie jenes, das in Schritt (a) verwendet wird. Die Referenzspektren, welche unter Verwendung der gleichen Testverbindung erfasst wurden, welche in Schritt (a) analysiert wurde, können daher eine ähnliche spektrale Antwort auf das Messspektrum aufweisen, was in dem ausgeführten Vergleichsprozess unterstützt. Falls das Messspektrum im Gegensatz dazu mit Referenzspektren verglichen wird, welche unter Verwendung eines Hochfeld-NMR-Spektrometers erfasst wurden, kann ein manuelles Eingreifen (z. B. eines geschulten Chemikers) erforderlich sein, um Schritt (c) auszuführen.The measurement spectrum is compared to one or more reference spectra recorded at a magnetic field strength of 0.5 to 2.5 Tesla. The one or more reference spectra were preferably recorded at the same field strength as the measurement spectrum. Furthermore, these spectra are preferably acquired using a permanent magnet NMR spectrometer. Typically, the one or more reference spectra are pre-acquired at a remote location. However, the spectrometer is preferably of the same model or type as that used in step (a). The reference spectra acquired using the same test compound analyzed in step (a) may therefore have a similar spectral response to the measurement spectrum, aiding in the comparison process performed. In contrast, if the measurement spectrum is compared to reference spectra acquired using a high-field NMR spectrometer, manual intervention (e.g., a trained chemist) may be required to perform step (c).

In der Praxis kann das Messspektrum ein verarbeitetes NMR-Spektrum oder einen verarbeiteten Satz von NMR-Spektren aufweisen. Zum Beispiel kann das Messspektrum eine normalisierte Form eines für die Probe erhaltenen NMR-Spektrums enthalten. Schritt (a) beinhaltet das Erfassen eines NMR-Spektrums der Probe unter Verwendung des Spektrometers und das Erzeugen eines oder mehrerer verschobener Spektren ausgehend vom NMR-Spektrum, wobei jedes verschobene Spektrum mit dem NMR-Spektrum auf einer verschobenen Frequenzskala korrespondiert. Das Messspektrum enthält daher das eine oder mehrere verschobene Spektren. Das eine oder die mehreren verschobenen Spektren können somit jeweils den Platz des Messspektrums beim Vergleich in Schritt (b) einnehmen. Änderungen bezüglich der Konzentration der Testverbindung können eine Frequenzverschiebung des resultierenden NMR-Spektrums verursachen. Obwohl die Konzentration der Substanz(en) zum Ausbilden des einen oder der mehreren Referenzspektren bekannt sein kann, ist die Konzentration der Testverbindung unbekannt. Das Ausbilden eines Satzes „verschobener Spektren“ erhöht daher die Wahrscheinlichkeit, dass sich eines der Probenspektren an ein Referenzspektrum angleicht, was den Vergleichsprozess in Schritt (b) unterstützt.In practice, the measurement spectrum can comprise a processed NMR spectrum or a processed set of NMR spectra. For example, the measurement spectrum may include a normalized form of an NMR spectrum obtained for the sample. Step (a) involves acquiring an NMR spectrum of the sample using the spectrometer and generating one or more shifted spectra from the NMR spectrum, each shifted spectrum corresponding to the NMR spectrum on a shifted frequency scale. The measurement spectrum therefore contains the one or more shifted spectra. The one or more shifted spectra can thus each take the place of the measurement spectrum in the comparison in step (b). Changes in test compound concentration can cause a frequency shift in the resulting NMR spectrum. Although the concentration of the substance(s) used to form the one or more reference spectra may be known, the concentration of the test compound is unknown. Forming a set of "shifted spectra" therefore increases the likelihood that one of the sample spectra will match a reference spectrum, aiding the comparison process in step (b).

Schritt (b) weist bevorzugt die nachfolgenden Schritte auf: (i) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrum und dem einen oder den mehreren Referenzspektren. Zum Beispiel kann in Schritt (i) ein Ähnlichkeitsabgleich zwischen jedem verschobenen Spektrum und dem einen oder den mehreren Referenzspektren ausgeführt werden. Jedes der Referenzspektren in Schritt (i) ist bevorzugt ein Verbindungsreferenzspektrum, welches mit einem NMR-Spektrum korrespondiert, das von einer bestimmten psychoaktiven Verbindung erhalten wurde. Alternativ kann sich das jeweilige Referenzspektrum in Schritt (i) auch auf ein Klassenreferenzspektrum beziehen, welches eine durchschnittliche spektrale Antwort für Verbindungen innerhalb einer bestimmten Klasse psychoaktiver Substanzen aufweist.Step (b) preferably has the following steps: (i) Carrying out a similarity comparison between the measurement spectrum and the one or more reference spectra. For example, in step (i) a similarity comparison can be performed between each shifted spectrum and the one or more reference spectra. Each of the reference spectra in step (i) is preferably a compound reference spectrum that corresponds to an NMR spectrum obtained from a particular psychoactive compound. Alternatively, the respective reference spectrum in step (i) can also relate to a class reference spectrum which has an average spectral response for compounds within a specific class of psychoactive substances.

Es ist wünschenswert innerhalb des Screening-Prozesses Gemische psychoaktiver Substanzen zu testen. Der Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (i) wird daher bevorzugt zwischen dem Messspektrum und einer Mehrzahl von Referenzspektren ausgeführt, und Schritt (b) weist bevorzugt zusätzlich die nachfolgenden Schritte auf: (ii) Auswählen einer oder mehrerer Kombinationen der Referenzspektren basierend auf dem in Schritt (i) ausgeführten Ähnlichkeitsabgleich; (iii) Berechnen eines oder mehrerer Gemischreferenzspektren, wobei jedes Gemischreferenzspektrum mit einer Addition einer jeweiligen Kombination von Referenzspektren korrespondiert, welche in Schritt (ii) ausgewählt wurden; und (iv) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrum und dem einen oder den mehreren Gemischreferenzspektren. Die Gemischreferenzspektren werden daher berechnet, anstatt empirisch gemessen zu werden. Dies reduziert die Anzahl von Referenzspektren, die im Speicher abgelegt werden müssen und die Anzahl erforderlicher Experimente, welche erforderlich ist, um den Screening-Prozess umzusetzen.It is desirable to test mixtures of psychoactive substances as part of the screening process. The similarity comparison in step (i) is therefore preferably carried out between the measurement spectrum and a plurality of reference spectra, and step (b) preferably additionally has the following steps: (ii) selecting one or more combinations of the reference spectra based on the in step (i ) executed similarity comparison; (iii) calculating one or more mixture reference spectra, each mixture reference spectrum corresponding to an addition of a respective combination of reference spectra selected in step (ii); and (iv) performing a similarity comparison between the measurement spectrum and the one or more mixture reference spectra. The mixture reference spectra are therefore calculated instead of being measured empirically. This reduces the number of reference spectra that need to be stored in memory and the number of experiments required to implement the screening process.

Um die erforderliche Verarbeitungszeit zu begrenzen, können die in Schritt (ii) ausgewählten Kombinationen mit einer Untermenge der in Schritt (i) verglichenen Referenzspektren korrespondieren, wie jene, bei welchen festgestellt wurde, dass sie die höchste Ähnlichkeit (korrespondierend mit einem geringsten Korrelationsabstand) mit dem Messspektrum aufweisen. Der Vergleichsvorgang kann daher adaptiv sein, wobei die Ausgabe eines Schrittes die im nächsten Schritt ergriffenen Maßnahmen beeinflusst, und so weiter. Bestimmte Kombinationen von Referenzspektren können in Schritt (ii) aufgrund der Erkenntnis verboten sein, dass die Kombination der korrespondieren Substanzen in der Praxis nicht auftritt (z. B. synthetische Cannabinoide mit Steroiden). Dies reduziert die Rechenlast zusätzlich. Für den Fall, dass die Referenzspektren in Schritt (i) Verbindungsreferenzspektren sind, korrespondieren das eine oder die mehreren Gemischreferenzspektren mit Gemischen der korrespondieren Verbindungen. Falls die Referenzspektren in Schritt (i) alternativ Klassenreferenzspektren sind, korrespondieren die Gemischreferenzspektren in Schritt (ii) mit Gemischen dieser Klassen.In order to limit the processing time required, the combinations selected in step (ii) may correspond to a subset of the reference spectra compared in step (i), such as those found to have the highest similarity (corresponding to a lowest correlation distance) with have the measurement spectrum. The comparison process can therefore be adaptive, with the output of one step affecting the actions taken in the next step, and so on. Certain combinations of reference spectra may be prohibited in step (ii) based on the realization that the combination of the corresponding substances does not occur in practice (e.g. synthetic cannabinoids with steroids). This further reduces the computing load. In the event that the reference spectra in step (i) are compound reference spectra, the one or more mixture reference spectra correspond to mixtures of the corresponding compounds. Alternatively, if the reference spectra in step (i) are class reference spectra, the mixture reference spectra in step (ii) correspond to mixtures of these classes.

Es ist besonders wünschenswert, unterschiedliche Kombinationen und Gewichtungen von Gemischen als Teil des Vergleichs zu betrachten. Das Verfahren kann zum Beispiel zusätzlich iterierende Schritte (ii) bis (iv) aufweisen, welche unterschiedliche Kombinationen ausgewählter Referenzspektren verwenden, um die Gemischreferenzspektren in jeder Iteration Auszubilden, bis ein übereinstimmendes Spektrum mit einer ausreichend hohen Ähnlichkeit gefunden wird, oder bis eine Schwellenanzahl von Iterationen ausgeführt wird. Die unterschiedlichen Kombinationen können unterschiedliche Gewichtungen der Referenzspektren aufweisen. Im obigen iterativen Prozess kann jede Iteration ohne Bezug zur Letzten ausgeführt werden. Obwohl dies schnell umsetzbar und ausführbar ist, können genauere Ergebnisse erzielt werden, wenn der Prozess adaptiv ist, zum Beispiel derart, dass er sich einer Lösung annähert. Bevorzugt wird daher der Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (iv) zwischen dem Messspektrum und einer Mehrzahl der Gemischreferenzspektren ausgeführt, und Schritt (b) weist ferner die nachfolgenden Schritte auf: (v) Auswählen eines oder mehrerer der Gemischreferenzspektren basierend auf dem Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (iv); (vi) Anpassen der Verhältnisse der Referenzspektren, welche die Gemischreferenzspektren ausbilden, so dass ein oder mehrere angepasste Gemischreferenzspektren ausgebildet werden; und (vii) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrum und dem einen oder den mehreren angepassten Gemischreferenzspektren. Erneut ist es wünschenswert die Verarbeitungszeit durch Begrenzung der Anzahl der ausgewählten Gemischreferenzspektren zu reduzieren. Zum Beispiel kann nur eine Untermenge der in Schritt (iii) berechneten Gemischreferenzspektren in Schritt (v) ausgewählt werden, wie jene, welche die größte Ähnlichkeit mit dem Messspektrum aufweisen. Das Anpassen der Verhältnisse in Schritt (vi) erzeugt anschließend noch weitere Referenzspektren zum Vergleich mit dem Messspektrum, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, ein übereinstimmendes Spektrum mit einer ausreichend hohen Konfidenzbewertung zu identifizieren. Die Schritte (v) bis (vii) könnten auch ein iterativer Prozess sein, welcher wiederholt wird, bis ein übereinstimmendes Spektrum mit einer ausreichend hohen Ähnlichkeit gefunden wird, oder bis eine Schwellenanzahl von Iterationen ausgeführt wird. Alternativ kann Schritt (iv) das Ausführen einer nicht-negativen kleinste Quadrate Spektralanpassung des Messspektrums auf eine Untermenge übereinstimmender Gemischreferenzspektren umfassen, welche aus Schritt (iv) erhalten wurden. Dieser Prozess ist üblicherweise fordernder hinsichtlich der Rechenleistung (insbesondere über große Datensätze), jedoch wurde festgestellt, dass er bei der Schätzung der korrekten Verhältnisse und Komponenten beliebiger psychoaktiver Verbindungen in der vorliegenden Probe genauer ist.It is particularly desirable to consider different combinations and weights of mixtures as part of the comparison. For example, the method may additionally comprise iterating steps (ii) to (iv) using different combinations of selected reference spectra to form the mixture reference spectra in each iteration until a matching spectrum with a sufficiently high similarity is found, or until a threshold number of iterations is performed. The different combinations can have different weightings of the reference spectra. In the above iterative process, each iteration can be performed without reference to the last. While this is quick to implement and execute, more accurate results can be obtained if the process is adaptive, for example such that it approaches a solution. The similarity comparison in step (iv) is therefore preferably carried out between the measurement spectrum and a plurality of the mixture reference spectra, and step (b) further comprises the following steps: (v) selecting one or more of the mixture reference spectra based on the similarity comparison in step (iv) ; (vi) adjusting the ratios of the reference spectra that form the mixture reference spectra to form one or more adjusted mixture reference spectra; and (vii) performing a similarity comparison between the measurement spectrum and the one or more adjusted mixture reference spectra. Again, it is desirable to reduce processing time by limiting the number of mixture reference spectra selected. For example, only a subset of the mixture reference spectra calculated in step (iii) can be selected in step (v), such as those that have the greatest similarity to the measurement spectrum. Adjusting the ratios in step (vi) then produces still further reference spectra for comparison with the measurement spectrum, increasing the likelihood of identifying a matching spectrum with a sufficiently high confidence score. Steps (v) to (vii) could also be an iterative process, repeated until a matching spectrum with a sufficiently high similarity is found, or until a threshold number of iterations are performed. Alternatively, step (iv) may comprise performing a non-negative least squares spectral fit of the measurement spectrum to a subset of matching mixture reference spectra obtained from step (iv). This process is typically more computationally demanding (especially over large data sets) but has been found to be more accurate in estimating the correct ratios and components of any psychoactive compounds in the sample at hand.

Je mehr Referenzspektren kombiniert oder ihre Gewichte angepasst werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass falsch positive Ergebnisse zurückgegeben werden (wobei der Vergleichsprozess das Messspektrum fälschlicherweise als mit einer bestimmten Klasse oder Verbindung psychoaktiver Substanzen korrespondierend identifiziert wird). Daher ist es wünschenswert, vor jedem Vergleich einen Straffaktor (engl. „penalty factor“) auf die übereinstimmende Gemischreferenz anzuwenden. Schritt (iv) kann somit darüber hinaus das Anwenden eines Straffaktors auf die übereinstimmenden Gemischreferenzspektren umfassen. Gleichermaßen kann Schritt (vii) zusätzlich das Anwenden eines Straffaktors auf die übereinstimmenden, angepassten Gemischreferenzspektren umfassen.The more reference spectra that are combined or their weights adjusted, the greater the likelihood that false positives will be returned (where the comparison process incorrectly identifies the measurement spectrum as corresponding to a particular class or compound of psychoactive substances). Therefore, it is desirable to apply a penalty factor to the matched mixture reference prior to any comparison. Thus, step (iv) may further comprise applying a penalty factor to the matched mixture reference spectra. Likewise, step (vii) may additionally include applying a penalty factor to the matched adjusted mixture reference spectra.

Es ist darüber hinaus wünschenswert, dass Schritt (b) ferner einen Prozess zum Erzeugen einer Liste der psychoaktiven Substanzen enthält, welche mit den Spektren korrespondieren, die in jedem der Ähnlichkeitsabgleiche mit dem Messspektrum verglichen werden, wobei die psychoaktiven Substanzen in Übereinstimmung mit der Ähnlichkeit der korrespondierenden Referenzspektren mit dem Messspektrum basierend auf dem Ähnlichkeitsabgleich in eine Rangfolge gebracht werden. Dieser Prozess kann Schritt (viii) ausbilden. Schritt (c) kann anschließend ein Kategorisieren der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen basierend auf der psychoaktiven Substanz beinhalten, welche in der Liste als korrespondierend mit dem am besten übereinstimmenden Spektrum identifiziert wurde. Zum Beispiel kann eine Korrelations- oder Konfidenzbewertung jedem der Spektren oder den korrespondierenden Substanzen zugeordnet werden, welche mit dem Messspektrum verglichen werden (umfassend gegebenenfalls jedes verschobene Spektrum). Schritt (c) kann anschließend einen Prozess zur Kategorisierung der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen umfassen, basierend auf der psychoaktiven Substanz, welche in Schritt (viii) als korrespondierend mit dem am besten übereinstimmenden Spektrum identifiziert wurde.It is further desirable that step (b) further includes a process for generating a list of the psychoactive substances corresponding to the spectra compared in each of the similarity comparisons to the measurement spectrum, the psychoactive substances being classified according to the similarity of the corresponding reference spectra can be ranked with the measurement spectrum based on the similarity comparison. This process can constitute step (viii). Step (c) may then involve categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the psychoactive substance identified in the list as corresponding to the best spectrum match. For the For example, a correlation or confidence score may be assigned to each of the spectra or the corresponding substances that are compared to the measurement spectrum (including any shifted spectrum, if any). Step (c) may then include a process of categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the psychoactive substance identified in step (viii) as corresponding to the best matching spectrum.

Es können zahlreiche unterschiedliche Methoden für beliebige der oben genannten Ähnlichkeitsabgleiche verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Ähnlichkeitsabgleich unter Verwendung einer Abstandsmetrik wie einer Cityblock-Metrik durchgeführt werden. Weitere potentielle Metriken, die verwendet werden können, umfassen den euklidischen Abstand, den Cosinus-Abstand, und den Korrelationsabstand. Der Korrelationsabstand (definiert als 1 minus dem Pearson-Korrelationskoeffizienten zwischen Messvektoren) zwischen dem Messspektrum und jedem der Referenzspektren kann herangezogen werden und eine größte Übereinstimmung (d. h., größte Ähnlichkeit) mit demjenigen identifiziert werden, welches den kleinsten Korrelationsabstand aufweist. Diese Distanzen können unter Verwendung des gesamten spektralen Bereichs oder basierend auf kleineren, ausgewählten spektralen Bereichen berechnet werden.Numerous different methods can be used for any of the above similarity comparisons. For example, similarity matching can be performed using a distance metric such as a city block metric. Other potential metrics that can be used include Euclidean distance, cosine distance, and correlation distance. The correlation distance (defined as 1 minus the Pearson correlation coefficient between measurement vectors) between the measurement spectrum and each of the reference spectra can be taken and a closest match (i.e., greatest similarity) can be identified with the one that has the smallest correlation distance. These distances can be calculated using the entire spectral range or based on smaller, selected spectral ranges.

Der Ähnlichkeitsabgleich kann basierend auf einem Toleranzparameter berechnet werden, bevorzugt mit einem Toleranzwert von ± 0.1 ppm. Der Toleranzparameter definiert den Bereich, über welchen die Spektren „verschoben“ werden und stellt somit ein Ausmaß einer Breite der genauen Positionen der spektralen Merkmale bereit. NMR-Spektren können einer Frequenzverschiebung bei allen Resonanzen unterzogen werden, typischerweise aufgrund von Probenkonzentrationseffekten. Die x-Achse eines NMR-Spektrums ist in Teile pro Million (ppm) angegeben, welche berechnet wird als die Frequenz einer Resonanz geteilt durch die Grundresonanzfrequenz des magnetischen Feldes. Die Frequenzverschiebung ist für Hochfeld-NMR-Spektrometer, bei welchen die Grundresonanzfrequenz hoch ist (z. B. höher als 400 MHz), annähernd vernachlässigbar, jedoch wird diese Verschiebung für NMR-Spektren, welche durch Niedrigfeld-NMR-Spektrometer erzeugt werden, deutlicher wahrnehmbar. Diese Frequenzverschiebung wird daher bevorzugt korrigiert für eine automatische Verwendung des Toleranzparameters während der Datenanalyse.The similarity comparison can be calculated based on a tolerance parameter, preferably with a tolerance value of ±0.1 ppm. The tolerance parameter defines the range over which the spectra are "shifted" and thus provides an extent of latitude of the precise positions of the spectral features. NMR spectra can undergo a frequency shift at all resonances, typically due to sample concentration effects. The x-axis of an NMR spectrum is given in parts per million (ppm), which is calculated as the frequency of a resonance divided by the fundamental resonance frequency of the magnetic field. The frequency shift is almost negligible for high-field NMR spectrometers, where the fundamental resonance frequency is high (e.g., greater than 400 MHz), but this shift becomes more pronounced for NMR spectra generated by low-field NMR spectrometers perceptible. This frequency shift is therefore preferably corrected for automatic use of the tolerance parameter during data analysis.

Der Vergleich in Schritt (b) umfasst bevorzugt einen Vergleich des Messspektrums, welches Betragsdaten aufweist und des einen oder der mehreren Referenzspektren. Optional weisen das eine oder die mehreren Referenzspektren für diesen Vergleich ebenfalls Betragsdaten auf. Das Messspektrum muss aus diesem Grund nicht phasenkorrigiert werden. Eine Phasenanpassung erfordert in der Regel manuelle Eingriffe und daher bedeutet die Verwendung von nicht phasenkorrigierten Daten, dass die Schritte (a)-(c) leichter automatisiert werden können. Der Screening-Prozess kann somit in kürzerer Zeit abgeschlossen werden, als wenn der Vergleich basierend auf phasenkorrigierten Absorptionsspektren ausgeführt wird. Betragsspektraldaten werden aufgrund ihrer Tendenz zur Verschlechterung der Überlappung zwischen spektralen Spitzenwerten und einer Zunahme der Basisspitzenwerte von Chemikern häufig vermieden. Des Weiteren können spektrale Spitzenwerte bei einer Verwendung von Betragsspektraldaten nicht integriert werden: wodurch eine traditionelle spektroskopische Analyse erschwert wird. Schritt (b) ersetzt jedoch die Notwendigkeit solcher Analysemethoden, so dass diese Auswirkungen nicht länger die Fähigkeit zur Identifizierung oder Kategorisierung der Testverbindung beeinflusst.The comparison in step (b) preferably includes a comparison of the measurement spectrum, which has absolute value data, and the one or more reference spectra. Optionally, the one or more reference spectra also have magnitude data for this comparison. For this reason, the measurement spectrum does not have to be phase-corrected. Phase matching typically requires manual intervention and therefore the use of non-phase corrected data means that steps (a)-(c) can be automated more easily. The screening process can thus be completed in less time than when the comparison is performed based on phase-corrected absorbance spectra. Magnitude spectral data is often avoided by chemists due to its tendency to degrade the overlap between spectral peaks and increase in base peaks. Furthermore, spectral peaks cannot be integrated using magnitude spectral data: making traditional spectroscopic analysis difficult. However, step (b) supersedes the need for such analytical methods such that these effects no longer affect the ability to identify or categorize the test compound.

Die Kategorisierung wird durch den Vergleich mit einem oder mehreren Referenzspektren ausgeführt. Das eine oder die mehreren Referenzspektren können eine oder mehrere Klassenreferenzspektren beinhalten, wobei jedes der Klassenreferenzspektren ein Durchschnitt der Mehrzahl von NMR-Spektren ist, welche sich jeweils auf unterschiedliche Verbindungen psychoaktiver Substanzen innerhalb derselben Klasse psychoaktiver Substanzen beziehen. Eine größte Übereinstimmung kann daher zum Beispiel zwischen dem Messspektrum und dem Klassenreferenzspektrum von jeder Klasse psychoaktiver Substanzen gefunden werden. Alternativ oder zusätzlich können das eine oder die mehreren Referenzspektren wenigstens ein Verbindungsreferenzspektrum enthalten, welches mit einem NMR-Spektrum korrespondiert, das von einer psychoaktiven Substanz einer bestimmten Verbindung erhalten wurde. Verbindungsreferenzspektren können für die Verbindungen von psychoaktiven Substanzen erhalten werden, welche wahrscheinlich in der vorliegenden Probe enthalten sind. Referenzspektren können zum Vergleich mit dem Messspektrum auch von nicht-psychoaktiven Substanzen erhalten werden (typischerweise solche, welche gewöhnlich mit psychoaktiven Substanzen kombiniert werden).The categorization is performed by comparison to one or more reference spectra. The one or more reference spectra may include one or more class reference spectra, each of the class reference spectra being an average of the plurality of NMR spectra each relating to different psychoactive substance compounds within the same psychoactive substance class. A closest match can therefore be found, for example, between the measured spectrum and the class reference spectrum of each class of psychoactive substances. Alternatively or additionally, the one or more reference spectra may include at least one compound reference spectrum that corresponds to an NMR spectrum obtained from a psychoactive substance of a particular compound. Compound reference spectra can be obtained for the compounds of psychoactive substances likely to be contained in the present sample. Reference spectra can also be obtained from non-psychoactive substances (typically those which are commonly combined with psychoactive substances) for comparison with the measurement spectrum.

Die Probe kann eine Mehrzahl unterschiedlicher Substanzen beinhalten, wobei jede davon durch das Messspektrum repräsentiert wird. Das sich aus einer in der Probe vorliegenden psychoaktiven Substanz ergebende Signal wird hier jedoch als der „psychoaktive Fingerabdruck“ bezeichnet. Schritt (b) umfasst üblicherweise das Identifizieren eines Fingerabdrucks einer psychoaktiven Substanz im Messspektrum, wobei der Fingerabdruck der psychoaktiven Substanz mit dem Referenzspektrum korrespondiert. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn eine „Übereinstimmung“ zwischen einer Komponente des Messspektrums und einem Referenzspektrum gefunden wird.The sample can contain a number of different substances, each of which is represented by the measurement spectrum. However, the signal resulting from a psychoactive substance present in the sample is referred to herein as the "psychoactive fingerprint". Step (b) typically involves identifying a fingerprint of a psychoactive substance in the measurement spectrum, the fingerprint of the psychoactive substance ven substance corresponds to the reference spectrum. This can be the case, for example, when a "match" is found between a component of the measurement spectrum and a reference spectrum.

Ein besonderer Vorteil ist gegeben, wobei Schritt (c) ferner das Abschätzen der Wirkungen der psychoaktiven Substanz bei einer Verabreichung durch einen Benutzer umfasst. Dieser Prozess kann automatisch durchgeführt werden, sobald die Testverbindung unter Bezugnahme auf eine elektronische Bibliothek oder Datenbank klassifiziert wurde. Diese Information kann dem Benutzer nützliche Informationen bereitstellen, welche es ihm oder ihr erlauben, in geeigneter Weise zu handeln, wenn eine Person im Verdacht steht, die Substanz eingenommen zu haben.A particular advantage is where step (c) further comprises assessing the effects of the psychoactive substance when administered by a user. This process can be performed automatically once the test compound has been classified by reference to an electronic library or database. This information can provide the user with useful information that will allow him or her to take appropriate action if a person is suspected of having ingested the substance.

Schritt (c) kann ferner die Identifizierung der Testverbindung basierend auf dem Vergleich umfassen. Insbesondere kann die Bezeichnung der Testverbindung identifiziert werden. Dies kann zum Beispiel möglich sein, wenn das eine oder die mehreren Referenzspektren bezeichnete Verbindungsreferenzspektren enthalten und eine Übereinstimmung gefunden wurde zwischen einem dieser Spektren und dem Messspektrum. Die Testverbindung kann dann identifiziert werden als die übereinstimmende bezeichnete Verbindung.Step (c) may further include identifying the test compound based on the comparison. In particular, the name of the test compound can be identified. This can be possible, for example, if the one or more reference spectra contain designated compound reference spectra and a match was found between one of these spectra and the measurement spectrum. The test compound can then be identified as the matched designated compound.

Die Probe kann eine Mehrzahl psychoaktiver Substanzen enthalten. In diesem Fall weist Schritt (c) bevorzugt eine Kategorisierung der jeweiligen psychoaktiven Substanz in eine Klasse psychoaktiver Substanzen auf. Schritt (c) kann darüber hinaus einen Prozess zur Identifizierung der relativen Mengen der unterschiedlichen psychoaktiven Substanzen in der vorliegenden Probe aufweisen.The sample may contain a variety of psychoactive substances. In this case, step (c) preferably includes a categorization of the respective psychoactive substance into a class of psychoactive substances. Step (c) may also include a process for identifying the relative amounts of the different psychoactive substances in the sample at hand.

Entgegen einiger bestehender Drogen-Screening-Methoden kann die Probe ohne die Notwendigkeit einer biologischen Probe erhalten werden. Das mutmaßliche Rauschmittel selbst (d. h., die Testverbindung) kann stattdessen in einem Lösungsmittel wie deuteriertes Dimethylsulfoxid gelöst sein. Dieser Prozess ist oft praktisch einfacher handzuhaben. Das Messspektrum kann anschließend mit Bezug zu einem bei einer bekannten Frequenz auftretenden Spitzenwert ausgerichtet werden, wobei sich der Spitzenwert aufgrund des Vorhandenseins des Lösungsmittels in der Probe ergibt. Es können auch weitere Lösungsmittel verwendet werden wie: Aceton-d6; Chloroform-d; Wasser-d2; N, N-Dimethylformamid-d7; Dimethylsulfoxid-d6; Methanol-d4; und Trifluoressigsäure-d. Typischerweise wird das gleiche Lösungsmittel verwendet, um das Messspektrum und das eine oder die mehreren Referenzspektren auszubilden.Contrary to some existing drug screening methods, the sample can be obtained without the need for a biological sample. The suspected intoxicant itself (i.e., the test compound) may instead be dissolved in a solvent such as deuterated dimethyl sulfoxide. This process is often easier to handle practically. The measurement spectrum can then be aligned with reference to a peak occurring at a known frequency, where the peak is due to the presence of the solvent in the sample. Other solvents can also be used, such as: acetone-d6; chloroform-d; water-d2; N,N-dimethylformamide-d7; dimethyl sulfoxide-d6; methanol-d4; and trifluoroacetic acid-d. Typically, the same solvent is used to form the measurement spectrum and the one or more reference spectra.

Ein besonderer Vorteil, der sich durch diese Methode ergibt, ist, dass zuvor nicht identifizierte psychoaktive Substanzen detektiert und klassifiziert werden können. Zum Beispiel kann die Testverbindung eine Verbindung sein, welche von sämtlichen psychoaktiven Substanzen abweicht, die verwendet werden, um das eine oder die mehreren Referenzspektren zu erhalten.A particular advantage resulting from this method is that previously unidentified psychoactive substances can be detected and classified. For example, the test compound can be a compound that differs from all psychoactive substances used to obtain the one or more reference spectra.

Das NMR-Spektrometer ist typischerweise von 270 bis 300 Kelvin einsetzbar. Diese Temperatur bezieht sich insbesondere auf die Temperatur des Magneten, welcher darin enthalten ist und ist allgemein nicht möglich für supraleitende Magneten. Der Bedarf an großen und teuren Kühlbaugruppen kann daher vermieden werden. Bevorzugt wird ein NMR-Spektrometer mit einem Permanentmagneten mit einer magnetischen Feldstärke von 1,0 bis 2,5 Tesla verwendet.The NMR spectrometer can typically be used from 270 to 300 Kelvin. This temperature is particularly related to the temperature of the magnet contained therein and is generally not possible for superconducting magnets. The need for large and expensive cooling assemblies can therefore be avoided. An NMR spectrometer with a permanent magnet with a magnetic field strength of 1.0 to 2.5 Tesla is preferably used.

Die Schritte (a) bis (c) können durch einen Computer ausgeführt werden, welcher einen Teil des NMR-Spektrometers bildet oder welcher stattdessen einfach in Kommunikation mit diesem steht. Diese Schritte könne auch automatisch umgesetzt werden. Die Klasse psychoaktiver Substanzen, auf welche sich die Testverbindung bezieht, kann folglich ohne einen Bedarf an einem speziellen Wissen, zum Beispiel bezüglich Chemometrie oder NMR in benutzerfreundlicher Weise an den Benutzer kommuniziert werden.Steps (a) to (c) can be carried out by a computer which forms part of the NMR spectrometer or which is instead simply in communication with it. These steps can also be implemented automatically. The class of psychoactive substances to which the test compound relates can thus be communicated to the user in a user-friendly manner without a need for special knowledge, for example with regard to chemometrics or NMR.

Ein besonderer Vorteil, der durch dieses Verfahren bereitgestellt wird, ist, dass der Prozess in bedeutend geringerer Zeit ausgeführt werden kann, als bei bestehenden Screening-Methoden. Zum Beispiel können die Schritte (a) bis (c) in weniger als einer Stunde, bevorzugt weniger als 20 Minuten, insbesondere bevorzugt in weniger als 5 Minuten ausgeführten werden.A particular advantage provided by this method is that the process can be carried out in significantly less time than existing screening methods. For example, steps (a) to (c) can be performed in less than one hour, preferably less than 20 minutes, most preferably less than 5 minutes.

Die erforderliche Dauer der Zeit zum Abschließen der Schritte (a) bis (c) kann in Übereinstimmung mit der Anzahl der ausgeführten Erfassungs-Scans variieren. Eine geeignete Anzahl an Erfassungs-Scans kann demzufolge ausgewählt werden, um den Bedarf an einer schnellen Analyse gegenüber dem Bedarf zum Erhalten eines Messspektrums mit einem geeignet hohen Signal-Rausch-Verhältnis abzuwägen. Schritt (a) umfasst daher bevorzugt das Ausführen einer Anzahl von NMR-Scans der Probe, wobei die Anzahl von NMR-Scans in Übereinstimmung mit dem Gewicht und/oder dem zum Ausbilden der Probe verwendeten Material berechnet wird. Diese Berechnung wird typischerweise automatisch auf Basis der durch den Benutzer bereitgestellten Informationen ausgeführt.The amount of time required to complete steps (a) through (c) may vary in accordance with the number of acquisition scans performed. A suitable number of acquisition scans can thus be selected to balance the need for rapid analysis versus the need for obtaining a measurement spectrum with a suitably high signal-to-noise ratio. Step (a) therefore preferably comprises performing a number of NMR scans of the sample, the number of NMR scans being calculated in accordance with the weight and/or the material used to form the sample. This calculation is typically performed automatically based on information provided by the user.

Es kann ein Bereich unterschiedlicher NMR-aktiver Kerne verwendet werden. Zum Beispiel kann das Messspektrum ein Wasserstoff-1-, ein Kohlenstoff-13-, ein Stickstoff-15-, ein Fluor-19- oder ein Phosphor-31-NMR-Spektrum sein. Typischerweise kann das Messspektrum ein eindimensionales Spektrum sein.A range of different NMR active nuclei can be used. For example can the measurement spectrum may be a hydrogen-1, a carbon-13, a nitrogen-15, a fluorine-19 or a phosphorus-31 NMR spectrum. Typically, the measurement spectrum can be a one-dimensional spectrum.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt bereit, welches eingerichtet ist, das Verfahren des ersten Aspektes auszuführen. Der zweite Aspekt teilt ähnliche Vorteile wie jene, die in Verbindung mit dem ersten Aspekt diskutiert wurden.A second aspect of the invention provides a computer program product set up to carry out the method of the first aspect. The second aspect shares advantages similar to those discussed in connection with the first aspect.

Figurenlistecharacter list

Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Figuren beschrieben, in welchen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Auftisch-NMR-Spektrometers ist, welches zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform mit einem Computer verbunden ist;
  • 2 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zum Screening einer psychoaktiven Substanz gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
  • 3 ein Messspektrum ist, welches mit einem Klassenreferenzspektrum gemäß einer Ausführungsform verglichen wird;
  • 4 ein Messspektrum ist, welches mit einem Verbindungsreferenzspektrum gemäß einer Ausführungsform verglichen wird; und
  • 5 ein Flussdiagramm ist, welches Schritte eines Untersuchungsprozesses in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying figures, in which:
  • 1 Figure 12 is a perspective view of a benchtop NMR spectrometer connected to a computer for use in accordance with one embodiment;
  • 2 Figure 12 is a flow chart illustrating a method for screening a psychoactive substance according to one embodiment;
  • 3 Figure 12 is a measurement spectrum that is compared to a class reference spectrum according to one embodiment;
  • 4 Figure 12 is a measurement spectrum that is compared to a link reference spectrum according to one embodiment; and
  • 5 Figure 12 is a flow chart illustrating steps of an investigation process in accordance with one embodiment.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 ist eine Veranschaulichung eines Systems 1, das ein „Auftisch“-NMR-Spektrometer 2 aufweist, welches mit einem Computer 10 zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbunden ist. Das Spektrometer 2 weist einen Probenhalter 5 auf, welcher als zylindrische Vertiefung im Spektrometer 2 gezeigt ist, und zwei NdFeB-Permanentmagneten 7a und 7b, welche bei Raumtemperatur betreibbar sind. Die Magneten 7a und 7b weisen entgegengesetzte Nord- und Südpole auf, so dass ein statisches primäres Magnetfeld Bo von 0,5 bis 2,5 Tesla am Probenhalter 5 bereitgestellt wird. Bei der Verwendung wird eine Probe (nicht gezeigt) in einen Probenhalter 5 innerhalb des primären Magnetfeldes B0 platziert. Es sind nicht notwendigerweise zwei Magneten erforderlich und andere Magnetgeometrien wie ein zylindrischer Magnet können ins Auge gefasst werden. 1 Figure 1 is an illustration of a system 1 including a "benchtop" NMR spectrometer 2 connected to a computer 10 for use in accordance with an embodiment of the invention. The spectrometer 2 has a sample holder 5, which is shown as a cylindrical recess in the spectrometer 2, and two NdFeB permanent magnets 7a and 7b, which are operable at room temperature. The magnets 7a and 7b have opposite north and south poles, so that a static primary magnetic field Bo of 0.5 to 2.5 Tesla is provided at the sample holder 5. In use, a sample (not shown) is placed in a sample holder 5 within the primary magnetic field B 0 . Two magnets are not necessarily required and other magnet geometries such as a cylindrical magnet can be envisaged.

Das NMR-Spektrometer umfasst auch einen Satz von Hochfrequenz- (HF-) Spulen 4, welche zwischen 40 bis 110 MHz betreibbar sind, um HF-Magnetfelder rechtwinklig zur Richtung des Bo-Feldes bereitzustellen, und einen Satz von Bo-Shim-Spulen (nicht gezeigt), welche eingesetzt werden, um Inhomogenitäten innerhalb des Bo-Feldes zu kompensieren. Die HF-Spulen 4 sind zum Detektieren von HF-Signalen, welche von einer Probe innerhalb des Probenhalters 5 abgestrahlt werden, sowie zum Anlegen der HF-Felder an die Probe einsetzbar. Zusätzliche Funktionen wie Heizungen, eine Vakuumkammer und Schwingungsdämpfer, welche typischerweise bei Auftisch-NMR-Spektrometern vorgefunden werden, können ebenfalls bereitgestellt werden, diese sind aus Klarheitsgründen jedoch nicht veranschaulicht.The NMR spectrometer also includes a set of radio frequency (RF) coils 4 operable between 40 to 110 MHz to provide RF magnetic fields perpendicular to the direction of the Bo field, and a set of Bo shim coils ( not shown), which are used to compensate for inhomogeneities within the Bo field. The HF coils 4 can be used to detect HF signals emitted by a sample within the sample holder 5 and to apply the HF fields to the sample. Additional features such as heaters, a vacuum chamber, and vibration dampeners typically found in benchtop NMR spectrometers may also be provided, but these are not illustrated for the sake of clarity.

Das Auftisch-NMR-Spektrometer 2 ist eine eigenständige Einheit, welche direkt auf einen Labortisch oder eine Fläche platziert und nach Bedarf bewegt werden kann (im Gegensatz zu supraleitenden NMR-Spektrometern). Das Spektrometer 2 ist mit einem Computer 10 verbunden, welcher einsetzbar ist, um die vom Spektrometer 2 erhaltenen Ergebnisse zu analysieren. Alternativ kann diese Analyse aus der Ferne durch einen Server (nicht gezeigt) über eine Internetverbindung ausgeführt werden. Der Computer 10 weist ein Display für den Benutzer auf, um die Ergebnisse der Analyse zu betrachten.The Benchtop NMR Spectrometer 2 is a self-contained unit that can be placed directly on a lab bench or surface and moved around as needed (unlike superconducting NMR spectrometers). The spectrometer 2 is connected to a computer 10 which can be used to analyze the results obtained from the spectrometer 2 . Alternatively, this analysis can be performed remotely by a server (not shown) via an internet connection. The computer 10 has a display for the user to view the results of the analysis.

Ein Verfahren zum Screening psychoaktiver Substanzen unter Verwendung des Systems 1 in 1 wird mit Bezug zu dem begleitenden Flussdiagramm in 2 und den Spektren der 3 und 4 diskutiert.A method for screening psychoactive substances using the system 1 in 1 is provided with reference to the accompanying flow chart in 2 and the spectra of 3 and 4 discussed.

Eine Probe wird in Schritt 101 gewonnen, indem 3 Gramm eines Materials, welches eine Testverbindung enthält, die im Verdacht steht eine psychoaktive Substanz zu sein, in eine Ampulle gegeben wird, welche 1 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) enthält. Die Ampulle wird geschüttelt und für fünf Minuten stehen gelassen, so dass die Substanz im Lösungsmittel gelöst wird. Falls vorhanden, werden sämtliche verbleibenden Feststoffe anschließend aus der Ampulle entfernt oder das flüssige Lösungsmittel wird in einen anderen Behälter überführt, wie ein 5 mm NMR-Probenrohr, unter Verwendung einer Pipette, um die Probe auszubilden.A sample is obtained in step 101 by placing 3 grams of a material containing a test compound suspected of being a psychoactive substance into a vial containing 1 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO). The ampoule is shaken and left for five minutes so that the substance is dissolved in the solvent. Any remaining solids, if any, are then removed from the vial or the liquid solvent is transferred to another container, such as a 5 mm NMR sample tube, using a pipette to form the sample.

Im Schritt 102 wird die Probe in einen Probenhalter 5 des Auftisch-NMR-Spektrometers 2 platziert. Die Magneten 7a, 7b erzeugen ein magnetisches Feld Bo, welches hochhomogen ist, so dass jeder Teil einer Probe innerhalb des Probenhalters 5 im Wesentlichen eine identische magnetische Feldstärke in einer gemeinsamen Richtung erfährt. Sobald die Probe innerhalb des NMR-Spektrometers 2 stabilisiert wurde, zum Beispiel durch Stabilisieren der Temperatur und durch Anwenden eines „Trimmens“ des magnetischen Feldes, wird ein NMR-Signal von der Kalibrierungsprobe erhalten.In step 102 the sample is placed in a sample holder 5 of the table-top NMR spectrometer 2 . The magnets 7a, 7b generate a magnetic field Bo which is highly homogeneous, so that each part of a sample within the sample holder 5 experiences essentially an identical magnetic field strength in a common direction. Once the sample is inside the NMR spectrometer 2 has been stabilized, for example by stabilizing the temperature and applying "trimming" of the magnetic field, an NMR signal is obtained from the calibration sample.

Die verbleibenden Schritte des Verfahrens werden durch den Computer 10 ausgeführt. Jeder aufeinanderfolgende Schritt kann automatisch ausgeführt werden, so dass die Testverbindung in benutzerfreundlicher Weise klassifiziert werden kann. Ein Computerprogrammprodukt, zum Beispiel eine Datenspeichereinheit, wird derart bereitgestellt, dass es Code enthält, welcher eingerichtet ist, den Computer 10 und das Spektrometer 2 zu veranlassen, dass diese Schritte ausgeführt werden.Computer 10 performs the remaining steps of the method. Each successive step can be performed automatically so that the test compound can be classified in a user-friendly way. A computer program product, for example a data storage unit, is provided such that it contains code arranged to cause the computer 10 and the spectrometer 2 to carry out these steps.

Ein „90 Grad“ HF-Puls wird durch die HF-Spulen 4 des Spektrometers 2 auf die Probe angewendet. Dies wird durch Verwendung eines Hochfrequenzsignals von 50 Hz erreicht, welches bezüglich der auf die Probe einwirkenden bekannten magnetischen Feldstärke vorkalibriert ist, so dass bewirkt wird, dass die Wasserstoffkerne in der Probe aus der Ausrichtung zum anliegenden Magnetfeld abgelenkt werden und um die Hauptfeldrichtung präzedieren. Diese Präzession fällt ab und der resultierende freie Induktionsabfall (FID) zurück in die Ausrichtung verursacht ein Freisetzen von Energie, welche durch die Spektrometer HF-Spulen 4 als FID-Signal detektiert werden. Das FID-Signal wird durch das Spektrometer 2 digitalisiert und zur Analyse an den Computer 10 übermittelt.A "90 degree" RF pulse is applied to the sample by the RF coils 4 of the spectrometer 2 . This is achieved by using a 50 Hz radio frequency signal that is pre-calibrated to the known magnetic field strength applied to the sample, causing the hydrogen nuclei in the sample to be deflected out of alignment with the applied magnetic field and to precess around the main field direction. This precession decays and the resulting free induction decay (FID) back into alignment causes a release of energy which is detected by the spectrometer RF coils 4 as the FID signal. The FID signal is digitized by the spectrometer 2 and transmitted to the computer 10 for analysis.

Es wurde festgestellt, dass das Signal-Rausch-Verhältnis mit der Quadratwurzel der Anzahl von Wiederholungen der Erfassung unter Verwendung des angelegten HF-Signals (bekannt als „Scans“) zunimmt, wenigstens für unter 100 Scans. Im Schritt 103 wird eine geeignete Anzahl von Scans durch den Computer 10 berechnet, basierend auf durch den Benutzer bereitgestellten Informationen betreffend das Gewicht und/oder die Art von Material welches zum Ausbilden der Probe verwendet wurde. Typischerweise werden mehr Scans benötigt, wenn nur eine geringe Menge der Testverbindung in der Probe vorliegt. In der vorliegenden Ausführungsform werden drei Szenarien betrachtet. In einem ersten Szenario, wenn das Material, welches zum Ausbilden der ersten Probe verwendet wird, ein Pulver oder eine Flüssigkeit mit einem Gewicht höher als 10 mg ist, werden 16 Scans benötigt (was insgesamt ungefähr 3,5 Minuten für die Durchführung erfordert). In einem zweiten Szenario, wenn das Material ein tabakähnliches Rauchmaterial ist, auf welches mutmaßlich eine kontrollierte Substanz aufgesprüht wurde, werden 64 Scans benötigt (was insgesamt ungefähr 14 Minuten für die Durchführung erfordert). In einem dritten Szenario, wenn das Material ein Pulver oder eine Flüssigkeit mit einem Gewicht unter 10 mg ist, werden 128 Scans benötigt (was ungefähr 28 Minuten erfordert). Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn nur Spurenmengen der Substanz an einem beschlagnahmten Gegenstand wie einem Behälter gefunden werden. Es sollte verstanden werden, dass die Analyse nicht auf eine bestimmte Anzahl von Scans beschränkt ist und dass diese Beispiele nur hinweisend sind. In Schritt 104 wird die ausgewählte Anzahl von Scans durchgeführt, die resultierenden FID-Signale werden detektiert, durch die Software auf dem Computer 10 verarbeitet und anschließend miteinander zu einem aggregierten FID-Signal kombiniert.It has been found that the signal-to-noise ratio increases with the square root of the number of repetitions of acquisition using the applied RF signal (known as "scans"), at least for under 100 scans. At step 103, an appropriate number of scans is calculated by the computer 10 based on information provided by the user regarding the weight and/or type of material used to form the sample. Typically, more scans are needed when only a small amount of test compound is present in the sample. In the present embodiment, three scenarios are considered. In a first scenario, if the material used to form the first sample is a powder or liquid weighing more than 10 mg, 16 scans are needed (requiring a total of approximately 3.5 minutes to perform). In a second scenario, when the material is a tobacco-like smoking material suspected of being sprayed with a controlled substance, 64 scans are required (requiring a total of approximately 14 minutes to perform). In a third scenario, if the material is a powder or liquid weighing less than 10 mg, 128 scans are needed (requiring approximately 28 minutes). This may be the case, for example, when only trace amounts of the substance are found on a confiscated item such as a container. It should be understood that the analysis is not limited to a specific number of scans and that these examples are indicative only. In step 104, the selected number of scans are performed, the resulting FID signals are detected, processed by software on the computer 10, and then combined together into an aggregated FID signal.

In Schritt 105 wird das aggregierte FID-Signal mittels einer geeigneten Frequenzanalysesoftware in den Frequenzbereich konvertiert, so dass ein Frequenzspektrum erhalten wird, welches als Betragsdaten vorliegt. Eine geeignete Fast-Fourier-Transformations-Software kann verwendet werden, um dies zu erreichen, um die aufgewendete Zeit zur Durchführung der Konvertierung in den Frequenzbereich zu reduzieren.In step 105, the aggregated FID signal is converted into the frequency domain using suitable frequency analysis software, so that a frequency spectrum is obtained, which is available as magnitude data. Appropriate Fast Fourier Transform software can be used to achieve this to reduce the time spent performing the conversion to the frequency domain.

Wenn das Zeitbereich-FID-Signal fouriertransformiert wird, erzeugt es üblicherweise „reale“ und „imaginäre“ Komponenten. Idealerweise sollten die realen Komponenten die gesamten Informationen betreffend das Absorptionsspektrum beinhalten, um eine einfache Identifikation von Komponenten in der Probe zu ermöglichen. In einer tatsächlichen NMR-Erfassung (in welcher die Präzession des Wasserstoffkerns nicht in Phase mit dem experimentellen Bezugsrahmen beginnt) muss eine Phasenkorrektur durchgeführt werden, um ein reines Absorptionsspektrum als die reale Ausgabe der Fouriertransformation zu erhalten. Diese Phasenkorrektur wird mittels Software ausgeführt, welche die realen und imaginären Komponenten der Fouriertransformation in unterschiedlichem Maße für jede Probe anpasst. Bekanntermaßen ist es jedoch schwer, konsistente Phasenkorrekturen über große Datensätze zu erhalten, was Auswirkungen auf die Genauigkeit der statistischen Analyse hat. Ein manuelles Eingreifen ist daher häufig erforderlich. In Ausführungsformen der Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass das Vorhandensein einer psychoaktiven Substanz in einer Probe ohne den Bedarf an phasenkorrigierten NMR-Daten mit einem ausreichend hohen Konfidenzniveau identifiziert werden kann. Infolgedessen ist es wünschenswert, dass keine solche Phasenanpassung im Anschluss an die Fouriertransformation ausgeführt wird. Das als Betragsdaten dargestellte Messspektrum kann stattdessen für die Analyse verwendet werden. Die Notwendigkeit eines manuellen Eingriffs und zeitintensive Prozessschritte werden daher vermieden.When the time domain FID signal is Fourier transformed, it typically produces "real" and "imaginary" components. Ideally, the real components should contain all the information related to the absorbance spectrum to allow easy identification of components in the sample. In an actual NMR acquisition (in which the precession of the hydrogen nucleus does not start in phase with the experimental frame of reference), a phase correction must be performed to obtain a pure absorption spectrum as the real Fourier transform output. This phase correction is performed by software that adjusts the real and imaginary components of the Fourier transform to different degrees for each sample. However, it is notoriously difficult to obtain consistent phase corrections across large data sets, which affects the accuracy of statistical analysis. Manual intervention is therefore often required. However, in embodiments of the invention, it has been found that the presence of a psychoactive substance in a sample can be identified with a sufficiently high level of confidence without the need for phase-corrected NMR data. As a result, it is desirable that no such phase adjustment be performed subsequent to the Fourier transform. The measurement spectrum presented as magnitude data can be used for analysis instead. The need for manual intervention and time-consuming process steps are therefore avoided.

Das Frequenzspektrum wird anschließend einer weiteren Verarbeitung unterzogen, so dass die chemische Verschiebung des Spektrums basierend auf Tetramethylsilan als Bezugspunkt berechnet wird (wie es im Zusammenhang mit NMR Routine ist). Ein „Messspektrum“ wird dadurch im Schritt 106 erhalten, wobei die Daten der chemischen Verschiebung die Abszisse des Spektrums und die Intensität die Ordinate bilden. Die Daten der chemischen Verschiebung liefern Informationen über die jeweiligen chemischen Umgebungen innerhalb derer sich die Wasserstoffkerne befinden, so dass ein Zusammenhang besteht zwischen einer jeweiligen chemischen Verschiebung und einem bestimmten Teil eines Moleküls, welches Wasserstoffatome trägt. In dem Fall, dass die Testverbindung eine psychoaktive Substanz beinhaltet, wird ein von dieser Substanz ausgehender Fingerabdruck einer psychoaktiven Substanz einen Teil des Messspektrums ausbilden. Das Verfahren wird anschließend in Schritt 107a und/oder Schritt 107b fortgeführt.The frequency spectrum is then subjected to further processing so that the chemical shift of the spectrum is based with tetramethylsilane as the reference point (as is routine in the context of NMR). A "measurement spectrum" is thereby obtained in step 106, with chemical shift data forming the abscissa of the spectrum and intensity forming the ordinate. Chemical shift data provide information about the particular chemical environments in which the hydrogen nuclei reside, such that a particular chemical shift is related to a particular part of a molecule bearing hydrogen atoms. In the event that the test compound contains a psychoactive substance, a psychoactive substance fingerprint emanating from that substance will form part of the measurement spectrum. The method is then continued in step 107a and/or step 107b.

In Schritt 107a wird ein Bereich von Interesse innerhalb des Messspektrums für eine weitere Analyse ausgewählt. In diesem Fall ist der Bereich von Interesse ein relativ schmaler Bereich, in welchem erwartet wird, dass der psychoaktive Fingerabdruck sichtbar wird. Dieser Bereich wird als der „klassencharakteristische Bereich“ bezeichnet. Ein klassencharakteristischer Bereich von 0,5-2 ppm ist zur Identifizierung von Verbindungen in folgenden Klassen geeignet: Ephenidine, Diphenidine und Cathinone. Es kann mehr als ein klassencharakteristischer Bereich ausgewählt werden, um das Vorhandensein einer Verbindung aus anderen Klassen zu identifizieren. Zum Beispiel kann ein Bereich von 7-8 ppm ausgewählt werden, um das Vorhandensein von Methylendioxycathinonen zu identifizieren. Geeignete klassencharakteristische Bereiche können auf Basis der bekannten gemeinsamen chemischen Struktur für Substanzen in dieser Klasse für das Detektieren bestimmter Klassen auf einfache Weise identifiziert werden.In step 107a, an area of interest within the measurement spectrum is selected for further analysis. In this case, the area of interest is a relatively narrow area in which the psychoactive fingerprint is expected to become visible. This area is referred to as the "class characteristic area". A class characteristic range of 0.5-2 ppm is suitable for identifying compounds in the following classes: ephenidines, diphenidines and cathinones. More than one class characteristic region can be selected to identify the presence of a compound from other classes. For example, a range of 7-8 ppm can be selected to identify the presence of methylenedioxycathinones. Appropriate class characteristic regions can be identified in a simple manner for the detection of certain classes on the basis of the known common chemical structure for substances in this class.

Sämtliche Spitzenwerte, die sich nicht auf die Testverbindung beziehen, wie jene, die sich auf das Lösungsmittel DMSO beziehen, werden durch die Auswahl in Schritt 107a von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Anschließend wird in Schritt 108a der klassencharakteristische Bereich normalisiert, um die variable Konzentration der Testverbindung zu kompensieren.Any peaks not related to the test compound, such as those related to the solvent DMSO, are excluded from further consideration by the selection in step 107a. Then, in step 108a, the class characteristic range is normalized to compensate for the variable concentration of the test compound.

Das Verfahren wird dann von Schritt 108a bis 109a fortgeführt, wobei die Klasse der psychoaktiven Substanzen, auf welche sich die Testverbindung bezieht, geschätzt wird. Dies wird ausgeführt, indem die normalisierten klassencharakteristischen Bereiche mit einer Mehrzahl vorher gewonnener Klassenreferenzspektren verglichen werden, die im Speicher abgelegt sind. Jedes der Klassenreferenzspektren ist ein Durchschnittsprofil innerhalb des klassencharakteristischen Bereichs, welcher von einer Mehrzahl von NMR-Spektren erhalten wurde, welche jeweils mit unterschiedlichen Verbindungen psychoaktiver Substanzen innerhalb derselben chemischen Klasse korrespondieren. Zum Beispiel kann ein Klassenreferenzspektrum für jede der nachfolgenden Klassen psychoaktiver Substanzen gewonnen werden: Diphenidine, Cathinone, Ephenide, Amphetamine und Methylendioxycathinone. Diese Referenzspektren werden typischerweise bei einem dem Messspektrum entsprechenden magnetischen Feld B0 (zum Beispiel durch Verwendung desselben Spektrometers 1) unter Verwendung des gleichen Lösungsmittels gewonnen und können als Betrags- oder phasenkorrigierte Absorptionsdaten vorliegen.The method then proceeds from step 108a to 109a wherein the class of psychoactive substances to which the test compound relates is estimated. This is done by comparing the normalized class characteristic regions to a plurality of previously acquired class reference spectra stored in memory. Each of the class reference spectra is an average profile within the class characteristic region obtained from a plurality of NMR spectra, each corresponding to different psychoactive substance compounds within the same chemical class. For example, a class reference spectrum can be obtained for each of the following classes of psychoactive substances: diphenidines, cathinones, ephenides, amphetamines, and methylenedioxycathinones. These reference spectra are typically obtained with a magnetic field B0 corresponding to the measurement spectrum (for example by using the same spectrometer 1) using the same solvent and can be available as magnitude or phase-corrected absorption data.

3 stellt ein Beispiel eines normalisierten klassencharakteristischen Bereichs eines Messspektrums (bezeichnet als „unbekannte Testprobe“) neben einem Klassenreferenzspektrum bereit (bezeichnet als „Durchschnitt der Ephenidine in der Referenzdatenbank“). Der normalisierte Bereich des Messspektrums kann mit jedem der Klassenreferenzspektren verglichen werden, die im Speicher abgelegt sind und der größten gefundenen Übereinstimmung. In dieser Ausführungsform repräsentiert der schraffierte Bereich den Cityblock-Abstand zwischen dem normalisierten, klassencharakteristischen Bereich des Messspektrums und dem Durchschnitt aller bekannten Ephenidine in der Referenzdatenbank. Das Klassenreferenzspektrum für Ephenidine wird identifiziert als das am besten übereinstimmende und dementsprechend wird die Testverbindung als ein Ephenidin klassifiziert. 3 provides an example of a normalized class characteristic region of a measurement spectrum (labeled "unknown test sample") next to a class reference spectrum (labeled "average of ephenidines in the reference database"). The normalized portion of the measurement spectrum can be compared to each of the class reference spectra stored in memory and the closest match found. In this embodiment, the shaded area represents the city block distance between the normalized, class-specific area of the measurement spectrum and the average of all known ephenidines in the reference database. The class reference spectrum for ephenidine is identified as the closest match and accordingly the test compound is classified as an ephenidine.

Die Schritte 107b-109b können potentiell auch gleichzeitig mit den Schritten 107a-109a ausgeführt werden. Im Schritt 107b wird ein weiterer Bereich von Interesse aus dem Messspektrum ausgewählt. In diesem Fall ist der Bereich von Interesse ein relativ breiter Bereich, in welchem erwartet wird, dass der psychoaktive Fingerabdruck sichtbar wird, zum Beispiel 0,5-12 ppm. Dieser Bereich wird auch als der „vollständige Fingerabdruckbereich“ bezeichnet. Jegliche Spitzenwerte, welche sich nicht auf die Testverbindung beziehen, wie jene, die sich auf das Lösungsmittel DMSO beziehen, werden durch diese Auswahl von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Anschließend, in Schritt 108b, wird der vollständige Fingerabdruckbereich normalisiert, um eine variable Konzentration der Testverbindung zu korrigieren.Steps 107b-109b can also potentially be performed concurrently with steps 107a-109a. In step 107b, another region of interest is selected from the measurement spectrum. In this case the range of interest is a relatively broad range in which the psychoactive fingerprint is expected to become visible, for example 0.5-12 ppm. This area is also known as the "full fingerprint area". Any peak values not related to the test compound, such as those related to the solvent DMSO, are excluded from further consideration by this selection. Then, in step 108b, the full fingerprint area is normalized to correct for a variable concentration of the test compound.

Das Verfahren wird anschließend von Schritt 108b bis 109b fortgeführt, wobei die spezifischen Verbindungen für beliebige psychoaktive Substanzen, die in der Probe vorliegen, identifiziert werden. Dies wird unter Verwendung eines Ähnlichkeitsabgleichs durchgeführt, wobei der normalisierte vollständige Fingerabdruckbereich mit einer Mehrzahl vorher gewonnener Verbindungsreferenzspektren verglichen wird, welche im Speicher abgelegt sind. Jedes der Verbindungsreferenzspektren bezieht sich auf ein vorher gemessenes NMR-Spektrum von einer Probe, welche eine psychoaktive Substanz einer bekannten Verbindung enthält. Diese Referenzspektren werden bei derselben Grundmagnetfeldstärke erfasst und sie verwenden das gleiche Lösungsmittel wie das Messspektrum. Diese Referenzspektren können als Betragsdaten oder phasenkorrigierte Absorptionsdaten vorliegen.The method then continues from step 108b through 109b, identifying the specific compounds for any psychoactive substances present in the sample. This is performed using a similarity match, comparing the normalized complete fingerprint area to a plurality of previously acquired compound reference spectra which are stored in memory. Each of the compound reference spectra relates to a previously measured NMR spectrum from a sample containing a psychoactive substance of a known compound. These reference spectra are acquired at the same basic magnetic field strength and they use the same solvent as the measurement spectrum. These reference spectra can be present as magnitude data or phase-corrected absorption data.

Der nächste Nachbar zwischen dem normalisierten vollständigen Fingerabdruckbereich des Messspektrums und der jeweiligen Verbindungsreferenzspektren wird unter Verwendung einer Distanzmetrik ermittelt. In der vorliegenden Erfindung wird der Korrelationsabstand berechnet. Insbesondere wird die auf einen bestimmten Toleranzbereich beschränkte Kreuzkorrelation für den normalisierten vollständigen Fingerabdruckbereich des Messspektrums mit jedem der Verbindungsreferenzspektren gefunden. Dadurch werden Korrelationsabstände für die Testverbindung von jedem Verbindungsreferenzspektrum erhalten. Die Testverbindung wird anschließend als die psychoaktive Substanz identifiziert, welche sich auf das Verbindungsreferenzspektrum mit dem kleinsten Korrelationsabstand vom normalisierten vollständigen Fingerabdruckbereich des Messspektrums bezieht (folglich korrespondierend mit dem am stärksten korrelierenden Referenzspektrum). Optional kann ein Schwellenwert für den Abstand umgesetzt werden, oberhalb dessen die Testverbindungen als zu unähnlich bezüglich der Referenzverbindungen angesehen werden. Solche Testverbindungen können als „unbekannt“ oder „bislang nicht gesehen“ angezeigt werden.The nearest neighbor between the normalized full fingerprint region of the measurement spectrum and the respective compound reference spectra is determined using a distance metric. In the present invention, the correlation distance is calculated. In particular, the cross-correlation constrained to a certain tolerance range is found for the normalized full fingerprint range of the measurement spectrum with each of the compound reference spectra. This gives correlation distances for the test compound from each compound reference spectrum. The test compound is then identified as the psychoactive substance that relates to the compound reference spectrum with the smallest correlation distance from the normalized full fingerprint range of the measurement spectrum (hence corresponding to the most correlated reference spectrum). Optionally, a threshold can be implemented for the distance above which the test compounds are considered too dissimilar to the reference compounds. Such test connections can be displayed as "unknown" or "unseen before".

4 stellt ein Beispiel eines normalisierten, vollständigen Fingerabdruckbereichs eines Messspektrums (bezeichnet als „Testverbindung“) neben dem am stärksten korrelierten Verbindungsreferenzspektrum bereit (bezeichnet als „Referenzspektrum von 4-Fluoramphetamin“). Diese beiden Spektren sind aufgrund von Konzentrationseffekten nicht exakt entlang der x-Achse ausgerichtet, jedoch kann dies durch die Verwendung eines Toleranzparameters korrigiert werden, zum Beispiel ± 0,1 ppm. In diesem Beispiel wurde die Probe vorbereitet indem eine Testverbindung verwendet wurde, die sich auf eine andere psychoaktive Substanz bezieht, als jene in 3. Konkret wird die Testverbindung als 4-Fluoramphetamin identifiziert. Die Klasse der psychoaktiven Substanz, auf welche sich die Testverbindung bezieht, kann anschließend identifiziert oder aus dieser Information geschlossen werden. Es wurde festgestellt, dass das Verfahren insbesondere bei der Identifizierung von Steroiden, synthetischen Cannabinoiden und Opioiden wie Fentanyle und Heroin effektiv ist. 4 provides an example of a normalized full fingerprint region of a measurement spectrum (labeled "test compound") next to the most closely correlated compound reference spectrum (labeled "4-fluoroamphetamine reference spectrum"). These two spectra are not exactly aligned along the x-axis due to concentration effects, but this can be corrected by using a tolerance parameter, for example ±0.1 ppm. In this example, the sample was prepared using a test compound related to a different psychoactive substance than that in 3 . Specifically, the test compound is identified as 4-fluoroamphetamine. The class of psychoactive substance to which the test compound relates can then be identified or inferred from this information. The method has been found to be particularly effective in identifying steroids, synthetic cannabinoids and opioids such as fentanyls and heroin.

In dem Fall, in dem sich die Testverbindung auf eine neue, bislang nicht gemeldete psychoaktive Substanz bezieht, kann es gegebenenfalls nicht möglich sein, die Verbindung zu identifizieren, auf welche sich die psychoaktive Substanz gemäß den Schritten 107b-109b bezieht. In diesem Fall sollte es dennoch möglich sein, eine Klasse der in der Probe vorliegenden psychoaktiven Substanz gemäß den Schritten 107a-109a zu identifizieren.In the case where the test compound relates to a new, previously unreported psychoactive substance, it may not be possible to identify the compound to which the psychoactive substance relates according to steps 107b-109b. In this case it should still be possible to identify a class of the psychoactive substance present in the sample according to steps 107a-109a.

Die Ergebnisse der Schritte 109a und 109b werden einem Benutzer im Schritt 110 zum Beispiel mittels eines Computermonitors angezeigt. Eine Konfidenzbewertung wird typischerweise neben jedem Ergebnis bereitgestellt, insbesondere wenn die Bezeichnung der Testverbindung identifiziert wird. Der Konfidenzbewertung kann ein Korrelationsabstand sein, wobei in diesem Fall eine niedrigere Zahl eine höhere Konfidenzbewertung angibt. Optional kann eine Mehrzahl wahrscheinlicher Verbindungen und/oder Klassen in Übereinstimmung mit ihrer Konfidenzbewertung identifiziert und in eine Rangfolge gebracht werden. Darüber hinaus können die Auswirkungen der durch eine Person eingenommenen Testverbindung ausgegeben werden, so dass der Benutzer, der ein Sicherheits- oder Strafverfolgungsbeamter, oder ein praktizierender Arzt sein kann, in die Lage versetzt wird, geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Falls das Vorhandensein mehrerer unterschiedlicher psychoaktiver Substanzen innerhalb der Probe detektiert wird, können anschließend die jeweiligen Klassen und Verbindungsbezeichnungen (sofern verfügbar) für jede der Substanzen angezeigt werden. Optional können auch die relativen Mengen dieser Substanzen angegeben werden.The results of steps 109a and 109b are displayed to a user in step 110, for example by means of a computer monitor. A confidence rating is typically provided alongside each result, particularly where the name of the test compound is identified. The confidence score may be a correlation distance, in which case a lower number indicates a higher confidence score. Optionally, a plurality of likely compounds and/or classes may be identified and ranked according to their confidence score. In addition, the effects of the test compound ingested by an individual can be reported, enabling the user, who may be a security or law enforcement officer, or a medical practitioner, to take appropriate action. If the presence of several different psychoactive substances is detected within the sample, the respective classes and compound designations (if available) for each of the substances can then be displayed. Optionally, the relative amounts of these substances can also be given.

Die Verbindungsreferenzspektren und die Klassenreferenzspektren können jeweils lokal innerhalb des Computers 10 oder des Spektrometers 2 gespeichert werden. Bevorzugt werden diese aber in einer entfernten Datenbank abgelegt, auf welche durch den Computer 10 über das Internet zugegriffen wird. Dies ermöglicht der Datenbank kontinuierlich mit weiteren Referenzspektren von einem entfernten Ort aktualisiert zu werden.The compound reference spectra and the class reference spectra can be stored locally within the computer 10 or the spectrometer 2, respectively. However, these are preferably stored in a remote database, which is accessed by the computer 10 via the Internet. This allows the database to be continuously updated with additional reference spectra from a remote location.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug zu dem Flussdiagramm in 5 beschrieben. Diese Ausführungsform ist auf einen Prozess zum Identifizieren der exakten Verbindung einer in der Probe vorliegenden psychoaktiven Substanz ausgerichtet (äquivalent zu den Schritten 107b-109b aus 2), es kann jedoch ein ähnlicher Prozess zur einfachen Identifizierung der Klasse einer psychoaktiven Substanz in der Probe ausgeführt werden, wie später beschrieben wird. Das nachfolgende Verfahren verwendet eine Minimalabstandsmetrik, um ein gemessenes Protonenbetragsspektrum einer Probe mit einer Datenbank gespeicherter Referenzspektren abzugleichen. Obwohl dieses Verfahren auf einer Berechnung der Korrelation zwischen den Spektren beruht, können andere Abstandsmetriken verwendet werden.A further embodiment of the invention will now be described with reference to the flowchart in 5 described. This embodiment is directed to a process for identifying the exact compound of a psychoactive substance present in the sample (equivalent to steps 107b-109b of Fig 2 ), however, a similar process can be performed to easily identify the class of psychoactive substance in the sample, as will be described later. The method below uses a minimum distance metric to match a measured proton magnitude spectrum of a sample to a database of stored reference spectra same. Although this method is based on a calculation of the correlation between the spectra, other distance metrics can be used.

Das Verfahren läuft wie in den in 2 beschriebenen Schritten 101 bis 105 ab. Das Frequenzspektrum wird anschließend einer zusätzlichen Verarbeitung unterzogen, indem die chemische Verschiebung für das Spektrum basierend auf Tetramethylsilan als Bezugspunkt berechnet wird, und der vollständige Fingerabdruckbereich des NMR-Spektrums wird ausgewählt und anschließend normalisiert (wie zuvor). An diesem Punkt wird anschließend eine zusätzliche Verarbeitung auf das Frequenzspektrum angewendet. Konkret wird das Spektrum in Schritt 201 in eine „verschobene“ Matrix konvertiert, indem das Spektrum wiederkehrend entlang der chemischen Verschiebungsachse (d. h., der x-Achse in 4) verschoben wird, um den Frequenzverschiebungseffekt aus einem Bereich von Probenkonzentrationen zu simulieren. Allgemein wird die Konzentration einer Testverbindung nicht mit der Konzentration der Verbindungen übereinstimmen, welche zur Erzeugung der Referenzspektren verwendet werden. Der Prozess zum Erzeugen einer verschobenen Matrix erzeugt einen Satz unterschiedlicher Spektren, welche unterschiedliche axiale Offsets aufweisen (korrespondierend mit unterschiedlichen möglichen Konzentrationen), welche anschließend mit den Referenzspektren verglichen werden können. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit einer unzureichenden Übereinstimmung entlang der chemischen Verschiebungs- (ppm) Skala, was andernfalls den Identifikationsprozess beeinträchtigen könnte. Diese Spektren werden hier als „verschobene Spektren“ bezeichnet.The procedure runs as in the 2 described steps 101 to 105. The frequency spectrum is then subjected to additional processing by calculating the chemical shift for the spectrum based on tetramethylsilane as a reference point, and the full fingerprint region of the NMR spectrum is selected and then normalized (as before). At this point, additional processing is then applied to the frequency spectrum. Specifically, in step 201, the spectrum is converted into a "shifted" matrix by repeating the spectrum along the chemical shift axis (ie, the x-axis in 4 ) is shifted to simulate the frequency shift effect from a range of sample concentrations. In general, the concentration of a test compound will not match the concentration of the compounds used to generate the reference spectra. The process of creating a shifted matrix produces a set of different spectra that have different axial offsets (corresponding to different possible concentrations), which can then be compared to the reference spectra. This reduces the likelihood of an unsatisfactory match along the chemical shift (ppm) scale, which could otherwise compromise the identification process. These spectra are referred to here as “shifted spectra”.

Das Verfahren wird anschließend in Schritt 202 fortgeführt, an welchem Punkt die Korrelationen zwischen jedem der verschobenen Spektren und jedem der Mehrzahl von Verbindungsreferenzspektren berechnet wird. Dieser Prozess wird unter Verwendung einer Sammlung direkter Matrizen-Operationen ausgeführt. Für jedes der Verbindungsreferenzspektren wird nur der höchste Korrelationswert für den Satz verschobener Spektren behalten. Anschließend wird in Schritt 203 eine Einzelverbindungsübereinstimmungsliste zurückgegeben, welche die Verbindungsreferenzspektren (und/oder ihre korrespondierenden Verbindungen) basierend auf einer absteigenden Reihenfolge der Korrelation einordnet.The method then continues at step 202, at which point the correlation between each of the shifted spectra and each of the plurality of compound reference spectra is calculated. This process is performed using a collection of direct matrix operations. For each of the compound reference spectra, only the highest correlation value for the shifted spectra set is kept. Then, in step 203, a single compound match list is returned which ranks the compound reference spectra (and/or their corresponding compounds) based on a descending order of correlation.

Das Verfahren wird anschließend von Schritt 203 bis Schritt 204 fortgeführt, wobei die aus Schritt 203 zurückgegebene Rangfolge verwendet wird, um „Gemischreferenzspektren“ auf Basis von Paaren von Verbindungsreferenzspektren auszubilden. Die Gemischreferenzspektren werden bevorzugt berechnet, anstatt experimentell gemessen zu werden, und korrespondieren mit möglichen Gemischen der Referenzverbindungen. Insbesondere werden die spektralen Komponenten unterschiedlicher Verbindungsreferenzspektren hinzugefügt, in diesem Fall in Verhältnissen von 1:1 (alternative Gewichtungen werden später betrachtet). Die Tiefe der Suche wird durch Auswählen einer geeigneten Anzahl möglicher Verbindungskombinationen festgelegt, wobei die verfügbare Rechenleistung berücksichtigt wird. Diese Anzahl kann variiert in Übereinstimmung mit den Korrelationswerten variiert werden, welche von Schritt 203 ausgegeben werden. Wenn Schritt 203 beispielsweise eine starke Korrelation für bestimmte Testverbindungen anzeigt, werden nur diese Testverbindungen als das Gemisch bildende Teile betrachtet. Falls Schritt 203 nur eine schwache Korrelation für die unterschiedlichen betrachteten Testverbindungen anzeigt, kann eine höhere Anzahl möglicher Kombinationen von Gemischen in Betracht gezogen werden. In der Praxis kann dies umgesetzt werden, indem nur jene Verbindungen betrachtet werden, für welche der Korrelationsabstand unterhalb eines Schwellenwertes lag. Alternativ wird nur eine feste Anzahl von Untermengen von Verbindungen in Schritt 204 ausgewählt, um die Gemischreferenzspektren auszubilden, zum Beispiel korrespondierend mit den zehn niedrigsten Korrelationsabständen, die in Schritt 203 berechnet wurden. Optional werden bestimmte Kombinationen von Verbindungen zum Ausbilden eines Gemischreferenzspektrums (z. B. synthetische Cannabinoide mit Steroiden) in Anbetracht der Tatsache, dass diese Kombinationen in der Praxis niemals anzutreffen sind, nicht kombiniert. Dies verbessert die Genauigkeit des Screening-Prozesses und reduziert die Verarbeitungszeit.The method then continues from step 203 to step 204, using the ranking returned from step 203 to form "mixture reference spectra" based on pairs of compound reference spectra. The mixture reference spectra are calculated in preference to being measured experimentally and correspond to possible mixtures of the reference compounds. In particular, the spectral components of different compound reference spectra are added, in this case in 1:1 ratios (alternative weights are considered later). The depth of the search is determined by selecting an appropriate number of possible connection combinations, taking into account the available computing power. This number can be varied in accordance with the correlation values output from step 203. For example, if step 203 indicates a strong correlation for certain test compounds, only those test compounds are considered as constituting the mixture. If step 203 indicates only a weak correlation for the different test compounds considered, a higher number of possible combinations of mixtures can be considered. In practice, this can be implemented by only considering those compounds for which the correlation distance was below a threshold. Alternatively, only a fixed number of subsets of compounds are selected in step 204 to form the mixture reference spectra, for example corresponding to the ten lowest correlation distances calculated in step 203. Optionally, certain combinations of compounds to form a mixture reference spectrum (e.g., synthetic cannabinoids with steroids) are not combined, given that these combinations are never encountered in practice. This improves the accuracy of the screening process and reduces processing time.

Als Nächstes werden in Schritt 205 die Gemischreferenzspektren normalisiert. Zum Beispiel kann ein Bereichsnormalisierungsprozess verfolgt werden, in welchem diese Spektren normalisiert werden, so dass ihre integrierte Intensität eins entspricht. Alternativ kann ein „Protonen-Anzahl-Normalisierungs-“ Prozess verfolgt werden (wo möglich), in welchem die integrierte Fläche jedes Spektrums auf die Anzahl von Protonen festgelegt wird, von welchen bekannt ist, dass sie zum Messsignal beitragen. Dies hilft bei der Identifikation von Gemischen von Verbindungen mit sehr unterschiedlichen Anzahlen von Protonen (z. B. verfügt Paracetamol über 9 Protonen und Heroin weist 23 Protonen auf). Alternative mögliche Normalisierungen können weitere Faktoren in Betracht ziehen, welche einen gesamten spektralen Betrag beeinflussen wie unterschiedliche Verbindungslöslichkeiten.Next, in step 205, the mixture reference spectra are normalized. For example, a region normalization process can be followed in which these spectra are normalized so that their integrated intensity equals unity. Alternatively, a "proton number normalization" process can be followed (where possible), in which the integrated area of each spectrum is fixed to the number of protons known to contribute to the measurement signal. This helps identify mixtures of compounds with vastly different numbers of protons (e.g. paracetamol has 9 protons and heroin has 23 protons). Alternative possible normalizations can take into account other factors affecting an overall spectral magnitude, such as different compound solubilities.

Korrelationen der jeweiligen verschobenen Spektren mit jeweiligen Gemischreferenzspektren werden anschließend in Schritt 206 berechnet. Es werden Funktionen zur schnellen Matrizenberechnung eingesetzt, um die Verarbeitungszeit zu reduzieren. Gemischübergreifende Korrelationen (umfassend die vielen „nicht korrekten“ Übereinstimmungen) liegen allgemein etwas höher, als bei den Einzelverbindungen in Schritt 203. Mit anderen Worten erzeugt Schritt 206 mit höherer Wahrscheinlichkeit falsch positive Ergebnisse, als Schritt 202. Eine „überanpassende Strafe“ wird daher in Schritt 207 auf die Korrelationen aus Schritt 206 angewendet, um dies zu kompensieren. Die Festlegung eines effektiven Strafwertes kann basierend auf den vorliegenden Eigenschaften der Datenbank ausgewählt werden, und falls erforderlich empirisch angepasst werden.Correlations of the respective shifted spectra with respective mixture reference spectra are then calculated in step 206 . It fast matrix calculation functions are used to reduce processing time. Cross-mixture correlations (comprising the many "incorrect" matches) are generally slightly higher than for the individual compounds in step 203. In other words, step 206 is more likely to produce false positives than step 202. An "overfitting penalty" is therefore used in Step 207 applied to the correlations from step 206 to compensate for this. The determination of an effective penalty value can be chosen based on the present properties of the database, and adjusted empirically if necessary.

Die Verhältnisse der Verbindungsreferenzspektren, welche das Gemischreferenzspektrum bilden, werden anschließend in Schritt 208 angepasst. In der Praxis kann dies erreicht werden durch Berechnen neuer Gemischreferenzspektren (hier als „angepasste Gemischreferenzspektren“ bezeichnet) unter Verwendung unterschiedlicher Gewichte der aus Schritt 203 zurückgegebenen übereinstimmenden Verbindungsreferenzspektren. Die Schritte 204 bis 207 korrespondieren mit einem ersten Durchlauf zur Identifizierung beliebiger Gemische in der Probe. Ihre Leistungsfähigkeit reduziert die gesamte Rechenleistung und die erforderliche Zeit zur Abschätzung der in der Probe vorliegenden Testverbindung(en). Insbesondere kann die Ausgabe aus Schritt 206 genutzt werden, um darüber zu informieren, welche Referenzspektren in Schritt 208 zu betrachten sind. Zum Beispiel werden Gemischreferenzspektren in Schritt 208 nur aus Kombinationen von Verbindungsreferenzspektren gebildet, welche, wenn sie in Schritt 204 kombiniert werden, Gemischreferenzspektren erzeugten, die einen Korrelationsabstand zu einem der angepassten Spektren aufwiesen, welcher unterhalb eines Schwellenwertes lag. Prinzipiell wäre es möglich, Schritt 203 zu Schritt 208 zu verschieben, aber auf Kosten einer längeren Analysezeit, da Schritt 208 dann rechenintensiver wäre.The ratios of the compound reference spectra that make up the mixture reference spectrum are then adjusted in step 208 . In practice, this can be achieved by computing new mixture reference spectra (referred to herein as "adjusted mixture reference spectra") using different weights of the matching compound reference spectra returned from step 203 . Steps 204 through 207 correspond to a first pass to identify any mixtures in the sample. Their efficiency reduces the overall computational power and the time required to estimate the test compound(s) present in the sample. In particular, the output from step 206 can be used to inform which reference spectra to consider in step 208 . For example, mixture reference spectra are formed in step 208 only from combinations of compound reference spectra which, when combined in step 204, produced mixture reference spectra that had a correlation distance to one of the fitted spectra that was below a threshold. In principle it would be possible to move step 203 to step 208, but at the expense of a longer analysis time, since step 208 would then be more computationally intensive.

Die Verhältnisse der Verbindungsreferenzspektren, welche die Gemischreferenzspektren ausbilden, können angepasst werden, indem eine eingeschränkte (nicht-negative) kleinste Quadrate Spektralanpassung der verschobenen Spektren auf eine Untermenge von Paaren am stärksten korrelierter Verbindungsreferenzspektren ausgeführt wird, welche in Schritt 203 identifiziert wurden. Ein schneller Algorithmus wird für diese Anpassung verwendet (z. B. wie beschrieben durch „Fast algorithm for the solution of large-scale non-negativity-constrained least squares problems“, Benthem & Keenan, J. Chemometrics 2005). Dieses Verfahren gibt Regressionskoeffizienten zurück, welche nur positive Werte annehmen können und welche die Verhältnisse der unterschiedlichen vorliegenden Referenzverbindungen grob angeben. Die Korrelation jedes verschobenen Spektrums mit jedem der angepassten Mischspektren wird berechnet. Eine Gemischübereinstimmungsliste wird anschließend in Schritt 209 zurückgegebenen, welche für jedes der erzeugten angepassten Gemischreferenzspektren die Gewichte der psychoaktiven Verbindungen die verwendet wurden, um die angepassten Gemischreferenzspektren ausbilden, und seine Korrelation mit wenigstens einem der verschobenen Probenspektren angibt.The ratios of the compound reference spectra that form the mixture reference spectra can be adjusted by performing a constrained (non-negative) least squares spectral fit of the shifted spectra to a subset of pairs of most strongly correlated compound reference spectra identified in step 203. A fast algorithm is used for this fitting (e.g. as described by "Fast algorithm for the solution of large-scale non-negativity-constrained least squares problems", Benthem & Keenan, J. Chemometrics 2005). This method returns regression coefficients which can only assume positive values and which roughly indicate the ratios of the different reference compounds present. The correlation of each shifted spectrum with each of the adjusted composite spectra is calculated. A mixture match list is then returned in step 209 indicating, for each of the adjusted mixture reference spectra generated, the weights of the psychoactive compounds used to form the adjusted mixture reference spectra and its correlation with at least one of the shifted sample spectra.

Das Verfahren wird anschließend bei Schritt 210 fortgeführt, an welchem Punkt die gesamte in die Rangfolge gebrachte Identifikationsliste erzeugt wird. Hier werden die Korrelationslisten der in den Schritten 203 und 209 ausgegebenen Einzelverbindung und Gemischübereinstimmungen verkettet und sortiert, um die gesamte in die Rangfolge gebrachte Identifikationsliste zu erzeugen. Die beste Übereinstimmung (mit dem geringsten Korrelationsabstand, gewichtet, um alle angewendeten Straffaktoren einzuschließen) wird anschließend an den Benutzer als die identifizierte(n) Testverbindung(en) zurückgegeben. In dem Fall, in dem diese Übereinstimmung ein Gemisch psychoaktiver Substanzen ist, können die relativen Mengen dieser Verbindungen basierend auf der Gewichtung der Verbindungsreferenzspektren geschätzt werden, welche zum Ausbilden des korrespondierenden Gemischreferenzspektrums oder des angepassten Gemischreferenzspektrums verwendet werden. Die Klasse der psychoaktiven Substanz in der Probe kann anschließend identifiziert werden als korrespondierend mit der Klasse der psychoaktiven Substanz mit der besten Übereinstimmung.The method then continues at step 210, at which point the entire ranked identification list is generated. Here the correlation lists of the single compound and mixture matches output in steps 203 and 209 are concatenated and sorted to produce the overall ranked identification list. The best match (with the lowest correlation distance, weighted to include any penalty factors applied) is then returned to the user as the identified test compound(s). In the case where that match is a mixture of psychoactive substances, the relative amounts of those compounds can be estimated based on the weighting of the compound reference spectra used to form the corresponding mixture reference spectrum or adjusted mixture reference spectrum. The class of psychoactive substance in the sample can then be identified as corresponding to the best match class of psychoactive substance.

Die Schritte 201 bis 209 können in drei Hauptstufen verallgemeinert werden. Stufe eins (Schritte 201-203) betrifft die Korrelation des Messspektrums mit den Verbindungsreferenzspektren, Stufe zwei (Schritte 204-207) betrifft die Korrelation des Messspektrums mit den Gemischreferenzspektren und Stufe drei (Schritte 208 und 209) betrifft das Optimieren der Verhältnisse in den Gemischreferenzspektren. Es wurde festgestellt, dass die Kombination dieser drei Stufen besonders effektiv hinsichtlich einer akkuraten Identifizierung in einer Probe vorliegender psychoaktiver Verbindungen ist. Konkret wurde festgestellt, dass dieser Prozess die Verbindung beliebiger in einer Probe vorliegender psychoaktiver Substanzen mit einer Erfolgsrate von über 90% in weniger als 10 Minuten identifizieren kann.Steps 201 through 209 can be generalized into three main stages. Stage one (steps 201-203) involves correlating the measurement spectrum with the compound reference spectra, stage two (steps 204-207) involves correlating the measurement spectrum with the mixture reference spectra, and stage three (steps 208 and 209) involves optimizing the ratios in the mixture reference spectra . It has been found that the combination of these three steps is particularly effective in accurately identifying psychoactive compounds present in a sample. Specifically, it has been found that this process can identify the association of any psychoactive substance present in a sample with a success rate of over 90% in less than 10 minutes.

In einer alternativen Ausführungsform können einer oder mehrere der oben mit Bezug zu 5 beschriebenen Schritte in iterativer Weise abgeschlossen werden. Zum Beispiel können die Schritte 204 und 207 wiederholt werden bis zu einer vordefinierten Anzahl von Iterationen oder bis ein Gemischreferenzspektrum erzeugt wird, bei welchem der Korrelationsabstand unterhalb eines Schwellenwertes liegt (welcher ein ausreichend hohes Ähnlichkeitsniveau zwischen dem Gemischreferenzspektrum und dem Messspektrum angibt). Auf ähnliche Weise können die Gewichtungen der Komponenten, welche zum Ausbilden der Gemischreferenzspektren verwendet werden, in iterativer Weise angepasst werden: entweder für eine Schwellenanzahl von Iterationen oder bis ein Referenzspektrum erzeugt wird, für welches der Korrelationsabstand unterhalb eines Schwellenwertes liegt.In an alternative embodiment, one or more of the above referenced 5 described steps are completed in an iterative manner. For example, steps 204 and 207 may be repeated up to one predefined number of iterations or until a mixture reference spectrum is generated at which the correlation distance is below a threshold value (indicating a sufficiently high level of similarity between the mixture reference spectrum and the measurement spectrum). Similarly, the weights of the components used to form the mixture reference spectra can be adjusted in an iterative manner: either for a threshold number of iterations or until a reference spectrum is generated for which the correlation distance is below a threshold.

Ein ähnlicher Prozess wie oben mit Bezug zu 5 beschrieben ist, kann ausgeführt werden, um die Klasse der in einer Probe vorliegenden psychoaktiven Substanz einfach zu identifizieren. Dieser Prozess könnte anstelle des oben genannten Prozesses oder zusätzlich zu diesem verfolgt werden (zum Beispiel dort wo eine psychoaktive Verbindung in Schritt 210 nicht mit einer ausreichend hohen Konfidenzbewertung identifiziert wurde). In diesem Fall, Schritt 105 folgend, wird anstelle einer Auswahl des vollständigen Fingerabdruckbereichs des NMR-Spektrums der klassencharakteristische Bereich ausgewählt. Dieser Bereich wird anschließend normalisiert und eine verschobene Matrix wird ausgebildet (wie zuvor). Das Verfahren wird anschließend wie mit Bezug zu 5 beschrieben fortgeführt, jedoch werden Klassenreferenzspektren anstelle eines Verbindungsreferenzspektrums verwendet. Alle berechneten Gemischreferenzspektren korrespondieren auch mit Gemischen von Klassen und nicht mit zusammengesetzten Gemischen. Solch ein Prozess kann hinsichtlich der Rechenleistung schneller ausführbar sein, dessen Ergebnisse stellen aber eine geringere Genauigkeit bereit. Darüber hinaus ist der Prozess nicht für alle Klassen geeignet, da einige kein charakteristisches Signal bereitstellen. Verbindungen innerhalb dieser Klassen werden besser identifiziert und klassifiziert indem das vorher beschriebene Verfahren verwendet wird, welches sich auf die Identifizierung der Verbindung selbst konzentriert.A similar process to that related to above 5 can be performed to easily identify the class of psychoactive substance present in a sample. This process could be followed instead of or in addition to the above process (e.g., where a psychoactive compound was not identified at step 210 with a sufficiently high confidence score). In this case, following step 105, instead of selecting the full fingerprint region of the NMR spectrum, the class characteristic region is selected. This area is then normalized and a shifted matrix is formed (as before). The procedure is then as with reference to 5 described, but class reference spectra are used instead of a compound reference spectrum. All calculated mixture reference spectra also correspond to mixtures of classes and not to composite mixtures. Such a process may be faster in terms of computational power, but its results provide less accuracy. In addition, the process is not suitable for all classes, since some do not provide a characteristic signal. Compounds within these classes are better identified and classified using the method previously described, which focuses on identifying the compound itself.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren zusätzlich die verschobenen Spektren mit einem oder mehreren Referenzspektren vergleichen, welche mit nicht-psychoaktiven Substanzen korrespondieren. Zum Beispiel kann der Prozess in 5 erweitert werden, so dass Gemische aus drei Komponenten berücksichtigt werden, wobei die dritte Komponente eine nicht-psychoaktive Substanz wie ein Hintergrund-Restlösemittel-Signal ist. Die Isolierung und, optional die Subtraktion, beliebiger Signale, welche sich aus nicht-psychoaktiven Signalen ergeben, können bei der korrekten Identifizierung einer psychoaktiven Substanz in der Probe unterstützen. Des Weiteren kann es jedoch erforderlich sein, überanpassende Strafen anzuwenden, um die höhere Wahrscheinlichkeit von falsch positiven Ergebnissen zu kompensieren.In yet another embodiment, the method can additionally compare the shifted spectra to one or more reference spectra corresponding to non-psychoactive substances. For example, the process in 5 be expanded to account for mixtures of three components, the third component being a non-psychoactive substance such as a background residual solvent signal. Isolating and, optionally, subtracting any signals that arise from non-psychoactive signals can aid in correctly identifying a psychoactive substance in the sample. However, it may also be necessary to apply overfitting penalties to compensate for the higher probability of false positives.

Wie zu begrüßen ist, wird eine verbesserte Methode für das Screening auf psychoaktive Substanzen bereitgestellt. Vorteilhaft kann die Klasse einer in der Probe vorliegenden psychoaktiven Substanz in einer kürzeren Zeit identifiziert werden, als in einigen bestehenden Methoden und typischerweise in weniger als einer Stunde. Darüber hinaus ist das Verfahren unkompliziert anwendbar und empfindlich gegenüber geringen Mengen psychoaktiver Substanzen in einem Gemisch. Des Weiteren ist das Verfahren geeignet zur Identifizierung des Vorhandenseins von neuen oder bislang nicht gemeldeten psychoaktiven Substanzen. NPS sowie herkömmlichere psychoaktive Substanzen wie Heroin, Kokain und Steroide können daher detektiert werden.It is to be welcomed that an improved method for screening for psychoactive substances is provided. Advantageously, the class of psychoactive substance present in the sample can be identified in less time than some existing methods, typically less than an hour. In addition, the method is easy to use and sensitive to small amounts of psychoactive substances in a mixture. Furthermore, the method is suitable for identifying the presence of new or previously unreported psychoactive substances. NPS as well as more traditional psychoactive substances such as heroin, cocaine and steroids can therefore be detected.

Claims (20)

Verfahren zum Screening einer Probe aufweisend eine Testverbindung auf psychoaktive Substanzen, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Auftisch-NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten mit einer magnetischen Feldstärke von 0,5 Tesla bis 2,5 Tesla und ein Ausführen eines Computerprogramms zur Durchführung nachfolgender Schritte aufweist: (a) Erhalten eines NMR-Spektrums der Probe unter Verwendung des Auftisch-NMR-Spektrometers, und Erzeugen eines Messspektrumsatzes unter Verwendung des NMR-Spektrums, wobei der Messspektrumsatz aus einem oder mehreren verschobenen Spektren besteht, wobei jedes verschobene Spektrum mit einem NMR-Spektrum bei einer unterschiedlichen Frequenzverschiebung korrespondiert; (b) Vergleichen des Messspektrumsatzes mit einem oder mehreren Referenzspektren, wobei sich jedes Referenzspektrum auf eine psychoaktive Substanz bezieht und mittels einer magnetischen Feldstärke von 0,5 Tesla bis 2,5 Tesla erfasst wurde; und (c) Kategorisieren der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen basierend auf dem Vergleich.A method of screening a sample comprising a test compound for psychoactive substances, the method comprising providing a benchtop permanent magnet NMR spectrometer having a magnetic field strength of 0.5 Tesla to 2.5 Tesla and executing a computer program to perform subsequent steps : (a) Obtaining an NMR spectrum of the sample using the benchtop NMR spectrometer, and generating a measurement spectrum set using the NMR spectrum, the measurement spectrum set consisting of one or more shifted spectra, each shifted spectrum associated with an NMR spectrum at a different frequency shift; (b) comparing the measurement spectrum set to one or more reference spectra, each reference spectrum relating to a psychoactive substance and recorded using a magnetic field strength of 0.5 Tesla to 2.5 Tesla; and (c) categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the comparison. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) darüber hinaus den nachfolgenden Schritt aufweist: (i) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrum und dem einen oder mehreren Referenzspektren.procedure after claim 1 , wherein step (b) further comprises the following step: (i) performing a similarity comparison between the measurement spectrum and the one or more reference spectra. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Referenzspektrum in Schritt (i) ein Verbindungsreferenzspektrum ist, welches mit einem NMR-Spektrum korrespondiert, das von einer bestimmten Verbindung erhalten wurde.procedure after claim 2 , wherein the reference spectrum in step (i) is a compound reference spectrum which corresponds to an NMR spectrum obtained from a particular compound. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (i) zwischen dem Messspektrumsatz und einer Mehrzahl von Referenzspektren ausgeführt wird, und wobei Schritt (b) darüber hinaus die nachfolgenden Schritte aufweist: (ii) Auswählen einer oder mehrerer Kombinationen der Referenzspektren basierend auf dem in Schritt (i) ausgeführten Ähnlichkeitsabgleich; (iii) Berechnen eines oder mehrerer Gemischreferenzspektren, wobei jedes Gemischreferenzspektrum mit einer Addition einer jeweiligen Kombination von Referenzspektren korrespondiert, die in Schritt (ii) ausgewählt wurden; und (iv) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrumsatz und dem einen oder den mehreren Gemischreferenzspektren.procedure after claim 2 or 3 , wherein the similarity comparison in step (i) is performed between the measurement spectrum set and a plurality of reference spectra, and wherein step (b) further comprises the steps of: (ii) selecting one or more combinations of the reference spectra based on the in step (i ) executed similarity comparison; (iii) calculating one or more mixture reference spectra, each mixture reference spectrum corresponding to an addition of a respective combination of reference spectra selected in step (ii); and (iv) performing a similarity comparison between the measurement spectrum set and the one or more mixture reference spectra. Verfahren nach Anspruch 4 weiter aufweisend ein Iterieren der Schritte (ii) bis (iv) unter Verwendung unterschiedlicher Kombinationen ausgewählter Referenzspektren, um die Gemischreferenzspektren in jeder Iteration auszubilden, bis ein übereinstimmendes Spektrum mit einer ausreichend hohen Ähnlichkeit gefunden wurde oder bis eine Schwellenanzahl von Iterationen ausgeführt wurde.procedure after claim 4 further comprising iterating steps (ii) to (iv) using different combinations of selected reference spectra to form the mixture reference spectra in each iteration until a matching spectrum with a sufficiently high similarity is found or until a threshold number of iterations has been performed. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (iv) zwischen dem Messspektrumsatz und einer Mehrzahl der Gemischreferenzspektren ausgeführt wird, und wobei Schritt (b) zusätzlich die nachfolgenden Schritte aufweist: (v) Auswählen eines oder mehrerer der Gemischreferenzspektren basierend auf dem Ähnlichkeitsabgleich in Schritt (iv); (vi) Anpassen der Verhältnisse der Referenzspektren, welche die ausgewählten Gemischreferenzspektren bilden, so dass ein oder mehrere angepasste Gemischreferenzspektren ausgebildet werden; und (vii) Ausführen eines Ähnlichkeitsabgleichs zwischen dem Messspektrumsatz und dem einen oder den mehreren angepassten Gemischreferenzspektren.procedure after claim 4 , wherein the similarity comparison in step (iv) is performed between the measurement spectrum set and a plurality of the mixture reference spectra, and wherein step (b) additionally comprises the following steps: (v) selecting one or more of the mixture reference spectra based on the similarity comparison in step (iv) ; (vi) adjusting the ratios of the reference spectra forming the selected mixture reference spectra to form one or more adjusted mixture reference spectra; and (vii) performing a similarity comparison between the measurement spectrum set and the one or more adjusted mixture reference spectra. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (vi) ein Ausführen einer nicht-negativen kleinste Quadrate Spektralanpassung des Messspektrumsatzes auf eine Untermenge übereinstimmender Gemischreferenzspektren aufweist, welche aus Schritt (iv) erhalten wurden.procedure after claim 6 wherein step (vi) comprises performing a non-negative least squares spectral fit of the measurement spectrum set to a subset of matching mixture reference spectra obtained from step (iv). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei Schritt (iv) darüber hinaus ein Anwenden eines Straffaktors auf die übereinstimmenden Gemischreferenzspektren aufweist.Procedure according to one of claims 3 until 7 , wherein step (iv) further comprises applying a penalty factor to the matched mixture reference spectra. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei Schritt (vii) ferner das Anwenden eines Straffaktors auf die übereinstimmenden, angepassten Gemischreferenzspektren aufweist.Procedure according to one of Claims 6 until 8th , wherein step (vii) further comprises applying a penalty factor to the matched adjusted mixture reference spectra. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei • Schritt (b) darüber hinaus ein Erzeugen einer Liste der psychoaktiven Substanzen aufweist, welche mit den Spektren korrespondieren, die bei jedem Ähnlichkeitsabgleich mit dem Messspektrumsatz verglichen werden, wobei die psychoaktiven Substanzen in der Liste in Übereinstimmung mit der Ähnlichkeit der korrespondieren Referenzspektren mit dem Messspektrumsatz basierend auf dem Ähnlichkeitsabgleich in eine Rangfolge gebracht sind; • und wobei Schritt (c) ein Kategorisieren der Testverbindung in eine Klasse psychoaktiver Substanzen auf Basis der psychoaktiven Substanz beinhaltet, welche in der Liste als korrespondierend mit dem Spektrum mit der größten Übereinstimmung identifizierte wurde.Procedure according to one of Claims 4 until 9 , wherein • step (b) further comprises generating a list of the psychoactive substances corresponding to the spectra that are compared to the measurement spectrum set in each similarity comparison, the psychoactive substances in the list according to the similarity of the corresponding reference spectra to the measurement spectrum set are ranked based on the similarity matching; • and wherein step (c) includes categorizing the test compound into a psychoactive substance class based on the psychoactive substance identified in the list as corresponding to the spectrum with the closest match. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei jeder Ähnlichkeitsabgleich unter Verwendung einer Abstandsmetrik wie einer Cityblock-Metrik durchgeführt wird.Procedure according to one of claims 2 until 10 , where each similarity match is performed using a distance metric such as a city block metric. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei jeder Ähnlichkeitsabgleich auf Basis eines Toleranzparameters berechnet wird, insbesondere mit einem Toleranzwert von 0,1 ppm.Procedure according to one of claims 2 until 11 , each similarity comparison being calculated on the basis of a tolerance parameter, in particular with a tolerance value of 0.1 ppm. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vergleichen in Schritt (b) ein Vergleichen des Messspektrumsatzes, welcher Betragsdaten aufweist, mit dem einen oder den mehreren Referenzspektren aufweist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the comparing in step (b) comprises comparing the measurement spectrum set having magnitude data with the one or more reference spectra. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzspektren ein Klassenreferenzspektrum aufweist, welches mit einem Durchschnitt einer Mehrzahl von NMR-Spektren korrespondiert, welche sich jeweils auf unterschiedliche Verbindungen psychoaktiver Substanzen innerhalb derselben Klasse psychoaktiver Substanzen beziehen.procedure after claim 1 or 2 or one of the Claims 4 until 13 wherein at least one of the one or more reference spectra comprises a class reference spectrum corresponding to an average of a plurality of NMR spectra each relating to different psychoactive substance compounds within the same psychoactive substance class. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzspektren ein Verbindungsreferenzspektrum beinhaltet, welches mit einem NMR-Spektrum korrespondiert, das von einer psychoaktiven Substanz einer bestimmten Verbindung erhalten wurde.A method according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the one or more reference spectra includes a compound reference spectrum which corresponds to an NMR spectrum obtained from a psychoactive substance of a particular compound. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (b) darüber hinaus ein Identifizieren eines Fingerabdrucks einer psychoaktiven Substanz im Messspektrumsatz beinhaltet, wobei der Fingerabdruck der psychoaktiven Substanz mit einem Referenzspektrum korrespondiert.The method of any preceding claim, wherein step (b) further includes identifying a psychoactive substance fingerprint in the measurement spectrum set, the psychoactive substance fingerprint corresponding to a reference spectrum. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (c) darüber hinaus eine Identifizierung der Testverbindung auf Basis des Vergleichs beinhaltet.A method according to any one of the preceding claims, wherein step (c) further includes identifying the test compound based on the comparison. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Probe eine Mehrzahl psychoaktiver Substanzen enthält und wobei Schritt (c) ein Kategorisieren der jeweiligen psychoaktiven Substanz in eine Klasse psychoaktiver Substanzen aufweist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the sample contains a plurality of psychoactive substances and wherein step (c) comprises categorizing the respective psychoactive substance into a class of psychoactive substances. Verfahren nach Anspruch 18, wobei Schritt (c) darüber hinaus ein Identifizieren der relativen Mengen der unterschiedlichen psychoaktiven Substanzen in der vorliegenden Probe aufweist.procedure after Claim 18 wherein step (c) further comprises identifying the relative amounts of the different psychoactive substances in the present sample. Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung der von dem Computerprogramm durchgeführten Verfahrensschritte des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche geeignet ist.Computer program product which is suitable for carrying out the method steps of the method according to one of the preceding claims carried out by the computer program.
DE112019000371.2T 2018-01-10 2019-01-10 Method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet Active DE112019000371B4 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1800377.2A GB201800377D0 (en) 2018-01-10 2018-01-10 A method for screening psychoactive substances
GB1800377.2 2018-01-10
PCT/GB2019/050057 WO2019138226A1 (en) 2018-01-10 2019-01-10 A method for screening psychoactive substances using nmr spectrometer having a permanent magnet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112019000371T5 DE112019000371T5 (en) 2020-10-01
DE112019000371B4 true DE112019000371B4 (en) 2023-05-11

Family

ID=61190426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019000371.2T Active DE112019000371B4 (en) 2018-01-10 2019-01-10 Method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet

Country Status (4)

Country Link
CA (1) CA3087973C (en)
DE (1) DE112019000371B4 (en)
GB (2) GB201800377D0 (en)
WO (1) WO2019138226A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10119455A1 (en) 2001-04-20 2002-10-31 Siemens Ag Method for evaluating data that are generated by means of magnetic resonance technology and contain spectroscopic information

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106706695B (en) * 2017-02-22 2018-07-31 广西大学 Utilize the detection method of miniature nuclear magnetic resonance chemical analyser qualitative analysis case drugs

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10119455A1 (en) 2001-04-20 2002-10-31 Siemens Ag Method for evaluating data that are generated by means of magnetic resonance technology and contain spectroscopic information

Also Published As

Publication number Publication date
NZ766434A (en) 2021-08-27
DE112019000371T5 (en) 2020-10-01
CA3087973C (en) 2023-03-21
GB201800377D0 (en) 2018-02-21
GB2571817A (en) 2019-09-11
WO2019138226A1 (en) 2019-07-18
CA3087973A1 (en) 2019-07-18
GB201900341D0 (en) 2019-02-27
GB2571817B (en) 2022-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spraul et al. Automatic reduction of NMR spectroscopic data for statistical and pattern recognition classification of samples
DE60026452T2 (en) Method for the identification of peptide sequences and protein sequences by means of mass spectrometry
EP3296757A1 (en) Low artefact magnetic resonance fingerprinting measurement
DE112012004324T5 (en) Multicomponent regression / multi-component analysis of time and / or space series files
DE3233050C2 (en) Process of high-resolution pulse nuclear magnetic resonance spectroscopy
DE102014217284A1 (en) Method for a magnetic resonance examination of an examination object
DE102014214828A1 (en) Method for magnetic resonance fingerprinting
WARNE et al. An NMR-based metabonomic investigation of the toxic effects of 3-trifluoromethyl-aniline on the earthworm Eisenia veneta
DE102005040540B4 (en) Method and device for detection improvement of a weakly sensitive atomic nucleus type in NMR spectroscopy
DE102011078868A1 (en) Method for frequency calibration of MRI system used for examining breast region of female, involves performing instrumental frequency setting depending on substance resonant frequency measured based on relaxation time per peak
DE102015220322B4 (en) Method and device for the automated determination of the quantification limit and the relative error in the quantification of the concentration of a substance to be examined in a measurement sample
US6895340B2 (en) Method of molecular structure recognition
DE112019000371B4 (en) Method for screening psychoactive substances using an NMR spectrometer having a permanent magnet
DE102014203721A1 (en) Method for determining the concentration of a substance in a sample
DE102017210700A1 (en) Method for automated quantification of an analyte and NMR measuring device for carrying out the method
EP2828271A1 (en) Multi-element standard for nuclear magnetic resonance spectroscopy
DE102014220776B4 (en) Method for magnetic resonance imaging
DE102014226052A1 (en) Determination of a phase-descriptive map using a min-cut / max-flow method
DE102018213326A1 (en) Multipoint magnetic resonance imaging
DE102014211695A1 (en) Method for determining a spatially resolved distribution of a marker substance
Anjum High-resolution multidimensional parametric estimation for nuclear magnetic resonance spectroscopy
Del-Canto et al. Developing experimental design and analysis skills in Biomedical Engineering. A laboratory experiment proposal
DE102006054600B4 (en) Method for phase correction of magnetic resonance spectra, magnetic resonance device and computer software for this purpose
DE10119455B4 (en) Method for evaluating data generated by means of the magnetic resonance technique and containing spectroscopic information
NZ766434B2 (en) A method for screening psychoactive substances using nmr spectrometer having a permanent magnet

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: OXFORD INSTRUMENTS NANOTECHNOLOGY TOOLS LIMITE, GB

Free format text: FORMER OWNER: OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, ABINGDON, OXFORDSHIRE, GB

R020 Patent grant now final