DE19540126A1

DE19540126A1 - Benutzerschnittstelle für ein Spektrometer

Info

Publication number: DE19540126A1
Application number: DE19540126A
Authority: DE
Inventors: Luther L Barber; Mark L Oslon; Paul V Carter
Original assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Current assignee: Digilab Randolph Mass Us LLC
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1996-05-09
Also published as: US5579462A; JP3252082B2; US5760785A; JPH08286656A; US5633997A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die graphische Darstellung von spektralen Daten, und insbesondere Benutzer schnittstellenverbesserungen zur Erleichterung der Prüfung und Manipulation dieser Daten.

Die Spektralanalyse wird häufig verwendet, um die qualitative oder quantitative Zusammensetzung einer Probe zu ermitteln. Typische spektrale Daten bestehen aus der Extinktion der Probe bei unterschiedlichen Wellenlängen oder der Lichtfrequenzen. Extinktionsdaten werden typischerweise als Funktion der inver sen Wellenlänge (als Wellenzahl bezeichnetes Frequenzmaß) auf getragen, wobei der resultierende Kurvenverlauf als Spektrum bezeichnet wird. Obwohl die Diskussion einer typischen Verwen dung geeigneterweise in Gestalt der Wellenzahl als Funktion der Extinktion erfolgt, sind viele derselben Manipulationen auf eine Anzahl weiterer Y-Einheitszahlen anwendbar (beispielsweise prozentualer Transmissionsfaktor, Reflexionsvermögen, Volt) und die X-Einheiten (beispielsweise optische Verzögerung eines Interferogramms, Mikrometer, Elektronenvolt).

Um das Spektrum zu interpretieren, können von einer Probe gesammelte Rohdaten zusätzliche Manipulationen erfordern:

(1) spezielle Abtasttechniken beeinflussen spektrale Rohdaten in bekannter vorhersagbarer Weise; Manipulationen können die Daten in eine probenunabhängige Standardform wandeln.
(2) Probenvorbereitungs- und Abtasttechniken können Artefakte einführen, und Datenmanipulationen können angewendet wer den, um diese zu korrigieren.
(3) Bei vielen Proben handelt es sich um Gemische, und Manipu lationen sind erforderlich, um das Spektrum und die Konzen trationen der vorhandenen einzelnen Verbindungen zu ermit teln.

Um die bekannten Artefakte zu beseitigen, und um die bekannten Komponenten aus der Probenverbindung zu entfernen, werden die Datenpunkte des Probenspektrums üblicherweise bzw. gemeinsam modifiziert. Bei einem Verfahren wird jeder spektrale Daten punkt im Probenspektrum S durch einen entsprechenden Datenpunkt modifiziert, der eine bekannte Probenverbindung wiedergibt, in Form eines Bezugsspektrums R. Das resultierende modifizierte Spektrum Z bezieht sich auf S und R entsprechend der Gleichung (1), wobei a und b Skalarwerte sind.

Z = S-(a_*R)+b (1)

Typischerweise gibt ein Benutzer einen Wert für "a" und "b" ein, und der Prozessor berechnet das modifizierte Spektrum Z. Nach Beobachtung der Ergebnisse des modifizierten Spektrums Z kann der Benutzer erneut die Werte für "a" und "b" modifizieren und eine Voransicht des neuen Spektrums Z gewinnen. Dieser Pro zeß wird wiederholt, bis der Benutzer mit der Erscheinungsform des modifizierten Spektrums Z zufrieden ist. Derselbe Modifika tionsprozeß eines Probenspektrums wird zur Ermittlung der Zusammensetzung der Probe verwendet oder er wird beim Einstel len der Basislinienversetzung des Spektrums verwendet.

Der Benutzer vergrößert häufig Abschnitte des Probenspektrums, um seine Analyse zu konzentrieren. Aktuelle Systeme erlauben es dem Benutzer, die Größe des Spektrums zu vergrößern und zu ver kleinern, d. h. den Wellenzahlenbereich, der für den Benutzer dargestellt wird.

Die vorliegende Erfindung schafft Benutzerschnittstellenverbes serungen bei einem computerisierten Spektralanalysesystem, die es dem Benutzer erlauben, spektrale Darstellungen auf der Anzeige in stark intuitiver und interaktiver Weise direkt zu manipulieren. Der Benutzer ist dazu in der Lage, mit einem Zeigerelement einen Abschnitt des Spektrums zur Anzeige direkt auszuwählen, und eine graphische Manipulation des Spektrums direkt durchzuführen, wie beispielsweise eine spektrale Subtraktion.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Darstellen eines Spektrums auf einem Compu tersystem mit einer Anzeige und einem graphischen Eingabe element die Schritte: Anzeigen einer reduzierten Größenansicht des Spektrums in einem Radarfenster auf einer Anzeige, Anzeigen eines Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht, Anzeigen eines Abschnitts des Spektrums entsprechend dem Abschnitt der reduzierten Ansicht, begrenzt durch das Überlage rungsfenster in einem Detailfenster auf der Anzeige, und dar aufhin Anzeigen eines vertikal bezüglich seiner Größe wieder eingestellten Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht ansprechend auf die Eingabe von dem graphischen Einga beelement, wobei das vertikal bezüglich der Größe wieder eingestellte Fenster einen zweiten Abschnitt der reduzierten Ansicht begrenzt, und Anzeigen eines zweiten Abschnitts des Spektrums entsprechend dem zweiten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zum graphischen Manipulieren eines Probenspektrums auf einem Computersystem, umfassend die Schritte: Anzeigen von zumindest einem Abschnitt eines Differenzspektrums auf der Anzeige, wobei das Differenzspektrum die mathematische Diffe renz zwischen dem Probenspektrum und einem skalierten Bezugs spektrum ist, wobei das skalierte Bezugsspektrum ein Bezugs spektrum ist, daß mit einem skalierten Wert skaliert ist, und Aktualisieren des skalierten Werts ansprechend auf die graphische Manipulation des Differenzspektrums durch die graphische Eingabevorrichtung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei spiel haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Computersystems, das zur Aus führung der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3A ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Prozesses und des Ergebnisses der Verwendung eines Überlagerungs fensters in einem Radarfenster,

Fig. 3B ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei der Verwendung eines Überlagerungsfen sters in einem Radarfenster,

Fig. 3C ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Prozesses bei der Verwendung eines Überlagerungsfen sters in einem Radarfenster,

Fig. 4A ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Prozesses bei der Anzeige bzw. Darstellung eines durch einen Be nutzer ausgewählten Abschnitts eines Spektrums,

Fig. 4B ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Prozesses zur Darstellung eines durch einen Benutzer ausgewählten Abschnitts eines Spektrums,

Fig. 5A schematisch das Bewegen und Ausdehnen des Überlage rungsfensters auf ein volles Spektrum,

Fig. 5B schematisch das Detailfenster entsprechend dem Überla gerungsfenster in einer ersten Position in Fig. 5A,

Fig. 5C schematisch das Detailfenster entsprechend dem Überla gerungsfenster in einer zweiten Position in Fig. 5A,

Fig. 6 eine Darstellung bzw. Anzeige einer weiteren Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 eine Darstellung eines Abschnitts eines Probenspektrums sowie eines Abschnitts eines Bezugsspektrums in einem Detailfenster,

Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Prozesses zur Bildung eines Differenzspektrums,

Fig. 9 eine Darstellung eines Abschnitts eines anfänglichen Differenzspektrums sowie von Abschnitten von zwei re präsentativen Differenzspektren,

Fig. 10 das Ergebnis der Suche nach dem Probenspektrum von Fig. 2 gegenüber bzw. in Bezug auf eine Programmbibliothek eines bekannten Spektrums,

Fig. 11 und 12 die Definition eines Abschnitts einer Basislini enversetzung als Funktion der Wellenzahl und des resul tierenden Spektrums,

Fig. 13A eine Darstellung eines Abschnitts eines Spektrums auf einem Detailfenster,

Fig. 13B das Ergebnis einer automatischen Subtraktion auf der Grundlage eines interessierenden Bereichs,

Fig. 14 das Wiederauffinden eines vorausgehend abgetasteten Probenspektrums aus einem Plattenantrieb,

Fig. 15 eine Spitzenwertbetriebsart und ein Clipboard-Fenster,

Fig. 16 ein Dokument, das eine Spektralbibliothek enthält, die Namen- und Indexinformationen für das Spektrum, das ak tuelle Spektrum sowie Eigenschaften und Strukturen der Verbindungen umfaßt,

Fig. 17 und 18 ein Dokument, das eine Spektrensammlung enthält, die verwendet wird, um eine quantitative Analyse einzu richten und zu eichen,

Fig. 19 ein Dokument, das eine Verarbeitungshistorie enthält, und

Fig. 20 ein Dokument, das die Ergebnisse einer spektralen Suche enthält.

Systemübersicht

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 1 gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 1 umfaßt einen Monitor 2, einen Computer 3, eine Tasta tur 4, eine Maus 5 und ein Spektrometer 6. Der Computer 3 um faßt bekannte Computerbestandteile, wie beispielsweise einen Prozessor 7, Speichervorrichtungen, wie beispielsweise einen Direktzugriffspeicher (RAM) 8 einen Plattenantrieb 9 und einen Systembus 11 zum miteinander Verbinden der vorstehend genannten Bestandteile. Die Maus 5 stellt lediglich ein Beispiel eines graphischen Eingabeelements dar, das auch in Gestalt eines Zei gerelements, eines Trackballs oder dergleichen bekannt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das System 1 einen IBM-PC-compatiblen Personalcomputer, auf dem das Windows-NT- Betriebssystem der Microsoft Corporation läuft, und ein Infra rot-Spektrometermodell FTS 60A der Bio-Rad Laboratories, Inc., sowie Win-IR-Pro-Software, die aktuell durch die Bio-Rad Laboratories, Inc. entwickelt wird.

Fig. 1 zeigt ein repräsentatives System zur Verkörperung der vorliegenden Erfindung, ohne daß diese hierauf beschränkt ist. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, daß viele Systemarten und Konfigurationen zur Verwendung in Verbin dung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind.

Anzeigeüberblick

Fig. 2 zeigt die Anzeige bzw. die Darstellung einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, die auf dem Monitor 2 erscheint. Eine typische Anzeige enthält ein "Radar"-Fenster 10 mit einem Overlay- bzw. Überlagerungsfenster 20 und einem De tailfenster 30. Das Radarfenster 10 zeigt einen vollen Bereich eines Spektrums 40 an, das Überlagerungsfenster 20 begrenzt einen Abschnitt 50 des Spektrums 40 und das Detailfenster 30 zeigt den Abschnitt 50 (das der Einfachheit halber mit 51 be zeichnet ist) an. Das Spektrum 40 stellt eine Datenanzeige für ein Probenspektrum dar und kann in einer durch den Benutzer ausgewählten Farbe angezeigt werden.

In Übereinstimmung mit Standard-Benutzer-Schnittstellen sind eine Menüzeile 60, Befehlstasten bzw. -Buttons 70 bis 79 und 61 bis 63 auf der Anzeige enthalten, um für den Benutzer eine Funktionstauglichkeit zu schaffen. Der Befehls-Button 70 ist ein Abtast-Button; der Befehls-Button 71 ist ein automatischer Vertikalskalierungs-Button; der Befehls-Button 72 ist ein But ton zum Aktivieren eines neuen Dokuments; der Befehls-Button 73 dient zum Datei-Öffnen; der Befehls-Button 74 ist ein Plat ten(Laufwerk)auswahl-Button; der Befehls-Button 75 ist ein Klemmbrett- bzw. Zwischenspeicher-Button; der Befehls-Button 76 ist ein automatischer Anordnungs- bzw. Ranging-Button; der Be fehls-Button 77 ist ein Überlagerungsfenster-Button; der Be fehls-Button 78 ist ein Spektrum-Maskier-Button; der Befehls- Button 79 ist ein Spitzenwert-Betriebs-Button; der Befehls-But ton 61 ist ein graphischer Subtraktions-Betriebsart-Button; der Befehls-Button 62 ist ein Grundlinien- bzw. Basislinien-Korrek tur-Button und der Befehls-Button 63 ist ein Bezugsfestlegungs- Button.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wählt der Benutzer zunächst den Befehls-Button 70, den Abtast-Button, oder einen der Befeh le in der Menüzeile 60 aus, um das Abtasten der Probe im Spek trometer 6 einzuleiten. Das Spektrometer 6 tastet eine (nicht gezeigte) Probe ab, und der Prozessor 7 speichert die (dekadischen) Extinktionsdaten der Probe bei unterschiedlichen Wellenzahlen im Speicher 8. Die Extinktionsdaten als Funktion der Wellenzahlen bilden kollektiv bzw. zusammen das Probenspek trum. Ein Probenspektrum kann vom Plattenantrieb 9 wiederge wonnen und in einen Speicher 8 durch Auswählen einer Kombina tion von Befehls-Buttons 73 bis 74 geladen werden.

Sobald die Daten im Speicher 8 von einer Abtastung oder aus dem Plattenantrieb 9 gespeichert sind, berechnet der Prozessor ein Spektrum, das einen vorbestimmten Wellenzahlen-Bereich oder einen Wellenzahlen-Bereich mit zugeordneten Extinktionsdaten überspannt. Dieses Spektrum wird daraufhin im Radarfenster 10 auf der Anzeige angezeigt und als Spektrum 40 bezeichnet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Extinktionsdaten auf der vertikalen Achse und die Wellenzahlendaten auf der ho rizontalen Achse ausgedruckt. Als nächstes ordnet der Prozessor das Überlagerungsfenster 20 über dem Radarfenster 10 an. Der Abschnitt des Spektrums 40, der durch das Überlagerungsfenster 20 begrenzt ist, legt den Abschnitt 50 fest. Der Prozessor ge winnt die Spektrumdaten für den Abschnitt 50 wieder und zeigt diese Daten, die als Abschnitt 51 bezeichnet sind, im Detail fenster 30 auf der Anzeige an. Da das Radarfenster 10 bei einer Ausführungsform einen kleineren Abschnitt der Anzeige einnimmt als das Detailfenster 30, wird das Spektrum 40 auch als redu zierte Ansicht des Spektrums bezeichnet.

Radarfenstermanipulation

Fig. 3A zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Pro zesses und des Ergebnisses bei der Verwendung eines Überlage rungsfensters im Radarfenster. Eine reduzierte Ansicht des Spektrums wird für den Benutzer im Radarfenster auf der Anzeige angezeigt (Schritt 80). Der Prozessor erzeugt ein anfängliches Überlagerungsfenster in dem Radarfenster, das einen ersten Ab schnitt des Spektrums begrenzt und festlegt (Schritt 82). Der erste Abschnitt des Spektrums wird dann für den Benutzer im Detailfenster angezeigt (Schritt 84). Unter Verwendung eines graphischen Eingabeelements, wie beispielsweise einer Maus 5 stellt ein Benutzer die Größe des Überlagerungsfensters im Ra darfenster vertikal wieder bzw. erneut so ein, daß das Überla gerungsfenster einen zweiten Abschnitt des Spektrums begrenzt und festlegt (Schritt 86). Der zweite Abschnitt des Spektrums wird daraufhin für den Benutzer im Detailfenster angezeigt (Schritt 88).

Fig. 3B zeigt ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Prozesses zur Verwendung eines Überlagerungsfensters in einem Radarfenster. Zusätzlich zu den Schritten 80 bis 88 in Fig. 3A kann der Benutzer das graphische Eingabeelement verwen den, um das Überlagerungsfenster in dem Radarfenster derart bezüglich seiner Größe horizontal wieder einzustellen, daß das Überlagerungsfenster einen dritten Abschnitt des Spektrums be grenzt und festlegt (Schritt 90). In diesem Fall wird der drit te Abschnitt des Spektrums daraufhin für den Benutzer im De tailfenster angezeigt (Schritt 92).

Fig. 3C zeigt ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Prozesses zur Verwendung eines Überlagerungsfensters im Radarfenster. Zusätzlich zu den Schritten 80 bis 88 in Fig. 3A kann der Benutzer das graphische Eingabeelement verwenden, um das Überlagerungsfenster horizontal und/oder vertikal in dem Radarfenster derart zu verschieben, daß das Überlagerungsfen ster einen vierten Abschnitt des Spektrums begrenzt und fest legt (Schritt 94). In diesem Fall wird der vierte Abschnitt des Spektrums daraufhin für den Benutzer im Detailfenster angezeigt (Schritt 96).

Fig. 4A zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Pro zesses zur Anzeige eines durch den Benutzer ausgewählten Ab schnitts eines Spektrums. Ein Spektrum wird zunächst für den Benutzer auf der Anzeige angezeigt (Schritt 98). Der Benutzer wählt einen Wellenzahlen-Bereich mit dem graphischen Eingabe element auf der Anzeige (Schritt 100) und der Benutzer wählt einen Extinktionswertebereich mit dem graphischen Eingabeele ment auf der Anzeige (Schritt 102). Der Benutzer wählt die je weiligen Bereiche mit dem graphischen Eingabeelement, wie beispielsweise der Maus 5 unter Verwendung bekannter Techniken, wie beispielsweise Anklicken eines Basis- oder Grundwerts aus und durch Ziehen bzw. Schieben der Maus 5 bis der gewünschte Bereich erreicht ist. Sobald die jeweiligen Bereiche durch den Benutzer definiert sind, wird ein Abschnitt des Spektrums ent sprechend den jeweiligen Bereichen für den Benutzer angezeigt (Schritt 104).

Fig. 4B zeigt ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Prozesses zum Anzeigen eines durch den Benutzer ausgewähl ten Abschnitts eines Spektrums. Zusätzlich zu den Schritten 98 bis 104 in Fig. 4A wählt der Benutzer einem zweiten Wellenzah len-Bereich auf der Anzeige aus (Schritt 106) und der Benutzer wählt einen zweiten Extinktionswertebereich (absorbancy-Werte bereich) auf der Anzeige aus (Schritt 108) und zwar unter er neuter Verwendung der bekannten Techniken, wie beispielsweise durch Anklicken eines Basiswerts und durch Ziehen/Schieben der Maus 5 bis der gewünschte Bereich erzielt ist. Sobald die je weiligen zweiten Bereiche durch den Benutzer definiert sind, wird ein Abschnitt des Spektrums entsprechend den jeweiligen zweiten Bereichen für den Benutzer angezeigt (Schritt 110).

Bei der bevorzugten Ausführungsform kann der Benutzer durch direktes Definieren eines Spektrumbereichs 51 im Detailfenster 30 mit dem graphischen Eingabeelement in derselben Weise wie für das Überlagerungsfenster 20 auf einen Abschnitt des Spek trums 51 "zoomen". Ansprechend darauf wird das Überlagerungs fenster 20 aktualisiert, um den Bereich des im Detailfenster 30 angezeigten Spektrums widerzuspiegeln.

Fig. 5A zeigt schematisch das Bewegen und Strecken bzw. Ausdeh nen des Überlagerungsfensters 20 von einer ersten Position in eine zweite Position im Radarfenster 10. Das Überlagerungsfen ster in der zweiten Position ist mit 20′′ bezeichnet. Das Über lagerungsfenster 20 umfaßt eine horizontale Seite 22 und eine vertikale Seite 24 und das Überlagerungsfenster 20′′ umfaßt eine horizontale Seite 22′′ und eine vertikale Seite 24′′. Das Überlagerungsfenster 20 begrenzt den Abschnitt 50 und das Über lagerungsfenster 20′′ begrenzt einen Abschnitt 50′′ des Spek trums 40.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet der Benutzer ein graphisches Eingabeelement, wie beispielsweise eine Maus, um das Überlagerungsfenster 20 zu manipulieren und zwar unter Verwendung an sich bekannter Verfahren, wie beispielsweise das Zeigen, Anklicken und Ziehen/Schieben eines Zeigers bzw. mit einem Zeiger auf dem Display. Insbesondere mit der Maus 5 vari iert der Benutzer unabhängig die vertikale Lage, die horizon tale Lage und die Größe des Überlagerungsfensters 20 im Radar fenster 10.

Durch Anklicken des Zeigers innerhalb des Überlagerungsfensters 20 und durch Ziehen/Schieben des Zeigers in die horizontale und die vertikale Richtung innerhalb des Radarfensters 10 ver schiebt der Benutzer die Position des Überlagerungsfensters 20 innerhalb des Radarfensters 10. Die Verschiebung im Überlage rungsfenster 20 wird im Detailfenster 30 durch den Prozessor widergespiegelt, der unterschiedliche Wellenzahldaten und Ex tinktionsdaten anzeigt, obwohl der Prozessor den Wellenzahlen- Bereich (horizontaler Bereich) und den Extinktionswertebereich (vertikaler Bereich) beibehält.

Der Benutzer, der den Zeiger auf der Seite 24 anklickt und den Zeiger in der horizontalen Richtung innerhalb des Radarfensters 10 zieht/schiebt, vergrößert oder verkleinert die Größe der horizontalen Seite 22 des Überlagerungsfensters 20 innerhalb des Radarfensters 10. Die Größenänderung der horizontalen Seite 22 wird im detaillierten Fenster 30 durch den Prozessor eben falls widergespiegelt, der den Wellenzahlen-Bereich, der im Detailfenster 30 angezeigt wird, vergrößert oder verkleinert. In ähnlicher Weise vergrößert oder verkleinert der den Zeiger auf der horizontalen Seite 22 anklickende und den Zeiger in der vertikalen Richtung innerhalb des Radarfensters 10 schie bende/ziehende Benutzer die Größe der vertikalen Seite 24 des Überlagerungsfensters 20 innerhalb des Radarfensters 10. Die Größenänderung der vertikalen Seite 24 wird ebenfalls im De tailfenster 30 durch den Prozessor widergespiegelt, der den Extinktionswertebereich vergrößert oder verkleinert, der im Detailfenster 30 angezeigt wird.

Fig. 5B zeigt schematisch ein Detailfenster 30 entsprechend dem Überlagerungsfenster 20 in Fig. 5A. Das Detailfenster 30 umfaßt einen horizontalen Maßstab 102, der einen Wellenzahlen-Bereich wiedergibt, einen vertikalen Maßstab 104, der einen Extink tionswertebereich wiedergibt, und einen Abschnitt 51 des Spek trums 40.

Im Betrieb definiert das Überlagerungsfenster 20 auf dem Spek trum 40 einen Abschnitt 50 des Spektrums 40. Auf der Grundlage der Größe der horizontalen Seite 22 und der Größe der vertika len Seite 24 von Fig. 5A ermittelt der Prozessor den horizonta len Maßstab 102 und den vertikalen Maßstab 104 für das Detail fenster 30. Der Prozessor zeigt daraufhin den Abschnitt 50 an, der im detaillierten Fenster 30 vereinfachend mit 51 bezeichnet ist.

Fig. 5C zeigt schematisch ein Detailfenster 30′′ entsprechend dem Überlagerungsfenster 20′′ in Fig. 5A. Das Detailfenster 30′′ umfaßt einen horizontalen Maßstab 102′′, der einen Wellen zahlen-Bereich darstellt, einen vertikalen Maßstab 104′′, der einen Extinktionswertebereich darstellt, und einen Abschnitt 51′′ des Spektrums 40.

Bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet der Benutzer die Maus 5 zum Auswählen des Überlagerungsfensters 20′′ in Fig. 5A, zum Verschieben des Überlagerungsfensters 20 in horizontaler und vertikaler Richtung, und zum erneuten Einstellen der Größe der horizontalen Seite 102 und der vertikalen Seite 104, um das Überlagerungsfenster 20′′ zu erhalten. Das Überlagerungsfenster 20′′ auf dem Spektrum 40 definiert den Abschnitt 50′′ des Spek trums 40. Auf der Grundlage der Größe der horizontalen Seite 22′′ und der Größe der vertikalen Seite 24′′ in Fig. 5A ermit telt der Prozessor den horizontalen Maßstab 102′′ und den ver tikalen Maßstab 104′′ für das Detailfenster 30. Der Prozessor zeigt daraufhin den Abschnitt 51′′ im Detailfenster 30′′ an.

Radarfenster für anfängliche Verfeinerungen

Fig. 6 zeigt eine Anzeige einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele in den Fig. 2 und 5A bis 5C zeigen die Verwendung eines (einzigen) Radarfensters 10 mit einem Detailfenster 30 auf einer Anzeige. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch mehr als ein Detailfenster für den Benutzer gleichzeitig auf der Anzeige angezeigt, wie beispiels weise das Detailfenster 30 und ein zweites Detailfenster 31. Eine typische Monitoranzeige enthält demnach ein Radarfenster 10 mit einem Überlagerungsfenster 20 und Detailfenstern 30 und 31. Das Radarfenster 10 zeigt ein Spektrum 40 an und das Über lagerungsfenster 20 begrenzt den Abschnitt 50 des Spektrums 40. Das Detailfenster 30 zeigt einen Abschnitt des Spektrums 40 an, der mit 51 bezeichnet ist, und das Detailfenster 31 zeigt einen Abschnitt 52 eines zweiten Spektrums (nicht gezeigt) an. Beim Spektrum 40 und beim zweiten Spektrum handelt es sich um Anzei gen von Spektrumdaten.

Mehrere Detailfenster, wie beispielsweise 30 und 31 werden bei spielsweise verwendet, wenn der Benutzer einen visuellen Ver gleich von zwei oder mehr unterschiedlichen Spektren zur selben Zeit durchführen möchte. Obwohl es möglich ist, so viele Radar fenster vorzusehen, wie auf der Anzeige Detailfenster vorhanden sind, ist bei der bevorzugten Ausführungsform lediglich ein (einziges) Radarfenster 10 vorgesehen, und zwar aufgrund des begrenzten Anzeigebereichs auf dem Monitor 2.

Bei der bevorzugten Ausführungsform zeigt das Radarfenster 10 das Spektrum an, dem ein "aktives" Detailfenster und ein "aktives" Spektrum zugeordnet ist. Beim "aktiven" Spektrum han delt es sich um das Spektrum, für das der Prozessor Operationen durchführen kann, wie beispielsweise Retten (Saving), Modifi zieren usw. Zum "Aktivieren" eines Spektrums sowie zum "Aktivieren" eines Detailfensters verwendet der Benutzer ein graphisches Eingabeelement, wie beispielsweise die Maus 5 und klickt einen Zeiger innerhalb von einem der Detailfenster auf der Anzeige an. In Fig. 6 handelt es sich beim "aktiven" Spek trum um das Spektrum 40, und beim "aktiven" Detailfenster um das Fenster 30.

Der Benutzer kann die vorstehend erläuterte Funktionalität des Überlagerungsfensters 20 durch Auswählen des Befehls-Buttons 71 und des Befehls-Buttons 76 überlagern. Durch Auswählen des Be fehls-Buttons 71 wird der vertikale Maßstab 104 automatisch derart neu skaliert, daß der vertikale Bereich des Abschnitts 51 vergrößert wird, während der horizontale Maßstab 102 relativ fixiert gehalten wird. Die Vergrößerung enthält das Vergrößern oder Verkleinern des Extinktionswertebereichs im vertikalen Maßstab 104.

Durch Auswählen des Befehls-Buttons 76 werden der vertikale Maßstab 104 und der horizontale Maßstab 102 derart automatisch reskaliert, daß der volle Bereich des Spektrums 40 im Detail fenster 30 angezeigt wird. Dies umfaßt das Vergrößern oder Ver kleinern des Extinktionswertebereichs im vertikalen Maßstab 104 und die Vergrößerung oder Verkleinerung des Wellenzahlen- Bereichs im horizontalen Maßstab 102. Um zum Verwenden und Manipulieren des Überlagerungsfensters 20 im Radarfenster 10 zurückzukehren, wählt der Benutzer den Befehls-Button 77 aus.

Graphische Manipulation - Subtraktion

Die Substraktion eines Referenz- bzw. Bezugsspektrums von einem Probenspektrum erlaubt es dem Benutzer, spektrale Artefakte aus dem Probenspektrum zu entfernen, oder die Zusammensetzung des Probenspektrums zu ermitteln. Das Ergebnis der spektralen Substraktion ist ein Differenzspektrum.

Fig. 7 zeigt die Anzeige eines Abschnitts 120 eines Probenspek trums und eines Abschnitts 130 eines Bezugsspektrums über den selben Wellenzahlenbereich auf dem Detailfenster 30. Diese Ab schnitte 120 und 130 können in zwei unterschiedlichen, vom Be nutzer ausgewählten Farben angezeigt werden, um eine Verwechs lung zwischen den beiden Spektren zu vermeiden. Die Wellenzahl bereiche der beiden Spektren werden durch das Verlagerungsfen ster 20 im Radarfenster bzw. im Radarkasten 10 ermittelt. Der Abschnitt 120 umfaßt Punkte 122, 124, 126, und der Abschnitt 130 umfaßt Punkte 132, 134 und 136. Das Bezugsspektrum enthält spektrale Daten von bekannten Bezugsmaterialien, wie beispiels weise reinen Verbindungen und Gemischen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform tastet der Benutzer ein Probenspektrum unter Verwendung des Spektrometers 6 ab (oder er gewinnt ein vorausgehend abgetastetes Spektrum aus dem Platten antrieb 9 wieder) und er wählt daraufhin den Befehls-Button 61 aus, um die graphische Substraktionsbetriebsart einzugeben. Sobald die graphische Substraktionsbetriebsart vorliegt, ge winnt der Benutzer aus dem Plattenlaufwerk 9 ein Bezugsspektrum wieder.

Unter Verwendung des Überlagerungsfensters 20 im Radarfenster 10 zur Überwachung des Probenspektrums und des Bezugsspektrums ermittelt der Benutzer typischerweise, welche Abschnitte des Probenspektrums und des Bezugsspektrums eine ähnliche Form ha ben. Wenn das Probenspektrum keine Wellenformeigenschaften hat, die ähnlich denjenigen des Bezugsspektrums sind, kann der Be nutzer die Entscheidung treffen, dieses Bezugsspektrum zu über springen und ein neues Bezugsspektrum aus dem Plattenlaufwerk 9 zu laden. Wenn das Probenspektrum ähnliche Eigenschaften wie das Bezugsspektrum hat, kann der Benutzer die Entscheidung treffen, eine graphische Substraktion durchzuführen. In dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel umfaßt das Probenspektrum Bereiche, welche die Punkte 122 und 124 umgeben, die eine ähnliche Form wie Bereiche haben, welche die Punkte 132 und 134 des Bezugs spektrums umgeben.

Sobald der Benutzer ein Bezugsspektrum zur Verwendung für die graphische Substraktion ermittelt, erzeugt der Prozessor ein Differenzspektrum zwischen den beiden Spektren. Das Differenz spektrum kann in einer dritten durch den Benutzer ausgewählten Farbe angezeigt werden, um das Differenzspektrum von den ande ren Spektren visuell zu unterscheiden.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Prozes ses zur Bildung eines Differenzspektrums. Zumindest ein Ab schnitt eines anfänglichen Differenzspektrums wird zunächst für den Benutzer auf der Anzeige angezeigt (Schritt 140). Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das anfängliche Differenzspek trum gleich dem Probenspektrum, d. h., die Werte von "a" und "b" in der Gleichung (1) sind Null (0). Alternativ kann das anfäng liche Differenzspektrum proportional zum Probenspektrum sein oder in linearer Beziehung zu diesem stehen. Der Benutzer wählt einen Punkt auf dem anfänglichen Differenzspektrum mit einem Zeigerelement, wie beispielsweise einer Maus 5 (Schritt 142). Der ausgewählte Punkt gibt einen Datenpunkt in dem anfänglichen Differenzspektrum wieder, der einen Extinktionswert bei einer zugeordneten Wellenzahl hat. Der Benutzer bewegt den Punkt von der ursprünglichen Position in eine neue Position, in dem er erneut die Maus 5 in an sich bekannter Weise verwendet (Schritt 144). Der Prozessor ermittelt daraufhin die vertikale Verset zung zwischen der ursprünglichen Position und der neuen Posi tion (Schritt 146). Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Differenz bezüglich der Extinktionswerte zwischen der ur sprünglichen Position und der neuen Position durch die verti kale Versetzung dargestellt.

Ein Skalierungsfaktor für das Bezugsspektrum wird auf der Grundlage des Werts für die vertikale Versetzung und auf der Grundlage des Werts für das Bezugsspektrum bei der Wellenzahl des ausgewählten Punkts ermittelt (Schritt 148). Bei der bevor zugten Ausführungsform ist der Skalierungsfaktor die Differenz der Extinktionswerte dividiert durch den Extinktionswert des Bezugsspektrums bei der Wellenzahl. Das Bezugsspektrum wird daraufhin durch den Skalierungsfaktor gleichmäßig skaliert, um ein skaliertes Bezugsspektrum zu bilden (Schritt 150). Bei ei ner bevorzugten Ausführungsform wird der Extinktionswert für jeden Datenpunkt im Bezugsspektrum mit dem Skalierungsfaktor multipliziert, um das skalierte Bezugsspektrum zu bilden. Der Prozessor ermittelt daraufhin die Differenz zwischen dem Pro benspektrum und dem skalierten Bezugsspektrum (Schritt 152). Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für jede Wellenzahl der Extinktionswert für das Probenspektrum vom Extinktionswert für das skalierte Bezugsspektrum subtrahiert, um das Differenz spektrum zu bilden. Zumindest ein Abschnitt des resultierenden Differenzspektrums wird daraufhin für den Benutzer angezeigt (Schritt 154) und das resultierende Differenzspektrum läuft durch die neue Position des ausgewählten Punkts. Die Anzeige des Differenzspektrums dient bei einer bevorzugten Ausführungs form zur sofortigen Rückkopplung der Ergebnisse des Subtrak tionsprozesses zum Benutzer. Der Benutzer kann die Schritte 140 bis 154 unter Verwendung des Differenzspektrums anstelle des Probenspektrums wiederholt durchführen, um das Bezugsspektrum weiter bzw. zusätzlich vom Differenzspektrum zu subtrahieren, und um ein neues Differenzspektrum zu bilden.

Fig. 9 zeigt eine Anzeige eines Abschnitts 160 eines anfängli chen Differenzspektrums (das nicht in seiner Gesamtheit gezeigt ist) und Abschnitte 160, 160′ und 160′′ von drei repräsentativen Differenzspektren (die nicht in ihrer Gesamtheit gezeigt sind) auf einem Detailfenster 31′. Der Abschnitt 160 umfaßt Punkte 162, 164, 166; der Abschnitt 160′ umfaßt Punkte 162′, 164′ und 166′, und der Abschnitt 160′′ umfaßt Punkte 162′′, 164′′ und 166′′.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das anfängliche Dif ferenzspektrum gleich dem Probenspektrum gesetzt. Das anfängli che Differenzspektrum ist gleich dem Probenspektrum, ohne daß das Bezugsspektrum subtrahiert wird. Um ein neues Differenz spektrum zu berechnen, verwendet der Benutzer die Maus 5 zur Auswahl eines Punkts auf dem anfänglichen Differenzspektrum. Der Benutzer bewegt daraufhin diesen Punkt vertikal auf der An zeige. Die Bewegung des Punkts auf dem anfänglichen Differenz spektrum in vertikaler Richtung ist äquivalent zum Subtrahieren eines skalierten Prozentsatzes des Bezugsspektrums vom Proben spektrum.

Der Abschnitt 160 zeigt ein anfängliches Differenzspektrum. Wenn ein Benutzer den Punkt 162 auswählt und beispielsweise zum Punkt 162′ verschiebt, wird der Abschnitt 160 gelöscht und der Abschnitt 160′ wird für den Benutzer angezeigt. Selbstverständ lich werden mehrere bzw. mehrfache Zwischendifferenzspektren für den Benutzer ebenfalls angezeigt, wenn dieser eine Bewegung von 162 zu 162′ durchführt. Diese sind jedoch zur Beibehaltung der Klarheit nicht gezeigt. Der Benutzer verschiebt die Daten punkte weiterhin, bis er mit dem Differenzspektrum zufrieden ist, beispielsweise zu 160′′.

Fig. 9 zeigt das Ergebnis der Verschiebung des Punkts 162 des Abschnitts 160 durch den Benutzer zum Punkt 162′ und auf den Punkt 162′′. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird für den Benutzer lediglich ein einziges Differenzspektrum zu einer Zeit angezeigt, z. B. 160, 160′ oder 160′′. Ansprechend auf die verti kale Versetzung zwischen den Punkten 162 bis 162′ und auf 162′′ berechnet der Prozessor die verbliebenen Punkte im Differenz spektrum, wie durch den Abschnitt 160′ und 160′′ dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform vereinfacht das Setzen des Basislinien-Kompensationsfaktors "b" in der Gleichung (1) auf Null die Gleichung (1) zur Gleichung (2).

Z = S-(a_*R) (2)

In der Gleichung (2) stellt Z das Differenzspektrum, S das Pro benspektrum, R das Bezugsspektrum dar, und "a" ist der Skalie rungsfaktor für das Bezugsspektrum. In den Fig. 7 und 9 ent spricht der Wert des Punkts 162′ Z und der Punkt 162 entspricht S, und der Punkt 132 entspricht R für eine gegebene Wellenzahl. Da der Prozessor die Werte für Z, S und R kennt, berechnet der Prozessor einen entsprechenden Wert für "a" auf der Grundlage des Punkts 122′. Unter Verwendung dieses Werts für "a" und an gesichts der Tatsache, daß er die Werte des Probenspektrums S und des Bezugsspektrums R für die verbliebenen Wellenzahlen kennt, berechnet der Prozessor daraufhin die verbliebenen Werte für das Differenzspektrum Z für sämtliche der verbliebenen Wel lenzahlen.

In Fig. 7 hat der Punkt 122 beispielsweise eine Extinktion von etwa 0,132 und der Punkt 132 hat eine Extinktion von etwa 0,137, und in Fig. 9 hat der Punkt 162′ eine Extinktion von etwa 0,102. Unter Verwendung der Gleichung (2) mit Z = 0,102, S = 0,132 und R = 0,137 wird der Skalierungsfaktor "a" zu etwa 0,219 berechnet.

Unter Verwendung von 0,219 für "a" in Gleichung (2) berechnet der Prozessor daraufhin das Differenzspektrum für jeden der verbliebenen Punkte für das Probenspektrum. Beispielsweise in Fig. 7 hat der Punkt 124 eine Extinktion von etwa 0,119 und der Punkt 134 hat eine Extinktion von etwa 0,125. Unter Verwendung der Gleichung (2) mit S = 0,119, "a" = 0,219, wie vorstehend berechnet, und R = 0,125, wird der Wert für den Punkt 164′ zu etwa 0,916 berechnet. Der Punkt 164′ in Fig. 9 wird dadurch auf 0,916 gesetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform laufen die erläuterten sequentiellen Operationen kontinuierlich ab.

Alternativ zur Graphiksubstraktion kann der Benutzer einen Wert für "a" durch gemeinsam verwendete Techniken direkt auswählen, wie beispielsweise durch Eingeben von Text in einen Dialogka sten oder durch Durchlaufenlassen einer Werteliste von "a" mit Auf- und Abpfeilen auf der Anzeige.

Bei der bevorzugten Ausführungsform manipuliert der Benutzer Punkte auf dem Differenzspektrum graphisch, bis das Differenz spektrum sicherstellt, daß es keinerlei Anteile vom Bezugsspek trum enthält. Wie in Fig. 9 gezeigt, identifiziert der Benutzer die verbliebenen Punkte, wie beispielsweise den Punkt 166′′, sobald die Extinktion des Differenzspektrums einen relativ kon stanten Wert erreicht hat. Der Punkt 166′′ kann beispielsweise einen anderen chemischen Bestandteil im Probenspektrum darstel len.

Das Differenzspektrum kann in seinem eigenen Fenster angezeigt und manipuliert werden, wobei das Probenspektrum und das Be zugsspektrum sich in einem anderen Fenster, beispielsweise im Fenster 31 und 30 befinden, wie in Fig. 6 gezeigt. Alternativ können sämtliche drei Spektren in einem einzigen Fenster ange zeigt werden.

Der Benutzer wiederholt die vorstehend angeführte graphische Subtraktionsprozedur mit einem neuen Bezugsspektrum aus einer Bezugsspektrumbibliothek, um jegliche verbliebenen Komponenten zu identifizieren oder andere Artefakte auf dem Differenzspek trum zu entfernen.

Spektralsuche

Fig. 10 zeigt das Ergebnis der Suche nach dem Probenspektrum in Fig. 2 in Bezug auf eine Bibliothek eines bekannten Spektrums bzw. bekannter Spektren. Das Ergebnis, das im Komponentenkasten 170 gespeichert ist, wird für den Benutzer angezeigt und kann in einem Speicher in Sicherheit gebracht werden. Der Komponen tenkasten 170 enthält eine Namenspalte 172, eine Spektrumspalte 174 und eine Strukturspalte 176.

Bei der bevorzugten Ausführungsform vergleicht der Prozessor automatisch das Probenspektrum mit einer Bezugsspektrumbiblio thek, die im Plattenlaufwerk 9 gespeichert ist, um die Zusam mensetzung des Probenspektrums zu ermitteln. Der Prozessor er mittelt die Zusammensetzung in Übereinstimmung mit an sich be kannten Algorithmen, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform zeigt der Prozessor nach der Ermittlung der Zusammensetzung des Probenspektrums den Na men der übereinstimmenden Bezugsspektren an, eine Vollmaß stabansicht des Bezugsspektrums und die chemische Struktur an. In Fig. 10 sind die Proben in der Namenspalte 192 gespeichert, das Bezugsspektrum für die Chemikalien ist in der Spektrumspal te 174 gezeigt, und die Struktur der Chemikalien ist in der Strukturspalte 176 gezeigt.

Graphische Manipulation - Basislinien-Versetzungskorrektur

Basislinienversetzungen werden verwendet, um Versetzungen von Extinktionswerten aufgrund von Artefakten während des Sammelns des Probenspektrums oder aufgrund von Artefakten beim Subtra hieren des Bezugsspektrums zu kompensieren. Wenn eine Verset zung über den gesamten Wellenzahlenbereich des Probenspektrums relativ konstant ist, kann der Wert von "b" in Gleichung (1) auf eine Konstante gesetzt werden, um die Versetzung zu korri gieren. Wenn eine Versetzung jedoch über den gesamten Wellen zahlenbereich des Probenspektrums nicht gleichmäßig ist, kann der Benutzer eine Basislinienversetzung als Funktion der Wel lenzahl definieren, um die Versetzung zu korrigieren. Wenn le diglich die Basislinienversetzung korrigiert wird, wird der Wert von "a" in Gleichung (1) bevorzugt auf Null gesetzt, und der Wert von "b" wird modifiziert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform setzt der Benutzer den Wert von "b" in Gleichung (1) direkt in zwei Weisen auf eine Konstante. Gemäß der ersten Weise kann der Benutzer dann, wenn die graphische Subtraktionsbetriebsart vorliegt, direkt einen Wert für "b" durch üblicherweise verwendete Techniken auswäh len, wie beispielsweise durch Eingeben eines Texts in einen Dialogkasten, oder durch Durchlaufenlassen einer Werteliste von "b" mit Auf- und Abpfeilen auf der Anzeige (während "a" kon stantgehalten wird). Gemäß der zweiten Weise kann der Benutzer dann, wenn eine Basislinienkorrekturbetriebsart vorliegt, den Wert von "b" graphisch auf eine Konstante setzen. Der Benutzer gibt die Basislinienkorrekturbetriebsart durch Auswählen des Befehls-Buttons 62 ein.

Die Fig. 11 und 12 zeigen die Definition bzw. Festlegung eines Abschnitts einer Basislinienversetzung (nicht gezeigt) als Funktion der Wellenzahl und des resultierenden Spektrums. Die Basislinienversetzung umfaßt lineare bzw. Liniensegmente 180 und 182 und ein gekrümmtes bzw. Kurvensegment 184.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform setzt der Benutzer den Wert von "b" in Gleichung (1) als Funktion der Wellenzahl, wäh rend die Basislinien-Korrekturbetriebsart vorliegt. Im Betrieb definiert der Benutzer die Form einer Basislinienversetzung in Bezug auf die Wellenzahl mit der Maus 5 graphisch. Unter Ver wendung an sich bekannter graphischer Manipulationstechniken aus Computerzeichenprogrammen kann der Benutzer Linien- oder Kurvensegmente durch Definieren der geeigneten Parameter defi nieren, wie durch die Liniensegmente 180 und 182 und das Kur vensegment 184 gezeigt. Unmittelbar nachdem die graphische Basislinienversetzung editiert bzw. aufbereitet wurde, wird bei der bevorzugten Ausführungsform das Probenspektrum aktuali siert, um die neue Basislinienversetzung wiederzuspiegeln. Dieses ist in Fig. 12 mit der Basislinienkorrektur von Fig. 11 für das Probenspektrum in Fig. 2 gezeigt.

Graphische Manipulation auf der Grundlage von interessierenden Bereichen

Interessierende Bereiche (ROI) (regions of interest) sind Be reiche in einem Spektrum, auf Grundlage welcher der Prozessor Spektrumdaten für Operationen verwendet.

Fig. 13A zeigt eine Anzeige eines Abschnitts 190 eines Spek trums auf dem Detailfenster 30. Der Abschnitt 190 ist ein Abschnitt des Differenzspektrums, der einen interessierenden Bereich (ROI) 200 enthält.

Im Betrieb erlaubt es die Auswahl des Befehls-Buttons 78 in Fig. 2 dem Benutzer, einen ROI zu definieren. Der Benutzter definiert einen ROI, indem er zunächst einen Wellenzahlenbe reich des Spektrums aufzeichnet bzw. anreißt und wählt, ob der angerissene Bereich der ROI ist, oder das Spektrum außerhalb des angerissenen Bereichs der ROI ist.

Das spektrale Suchen bzw. Aufsuchen eines Probenspektrums und eines Bezugsspektrums wird bei einer bevorzugten Ausführungs form ohne einen ROI 200 auf der Grundlage des gesamten Bereichs der Wellenzahlen in dem definierten ROI 200 berechnet. Mit einem ROI 200 wird das spektrale Suchen bei einer bevorzugten Ausführungsform lediglich auf der Grundlage der Wellenzahlen im definierten ROI 200 berechnet. Das spektrale Suchen erfolgt über den gesamten Wellenzahlenbereich ohne den ROI 200; der ROI 200 ist jedoch der einzige Bereich, aus welchem der Prozessor Daten analysiert. Eine Anwendung, bei der ein ROI verwendet wird, liegt vor, wenn die Zusammensetzung von lediglich einem bestimmten Abschnitt des Probenspektrums von Interesse ist.

Fig. 13B zeigt das Ergebnis einer spektralen Suche auf der Grundlage des ROI 200. Im Gegensatz zu dem Ergebnis der spek tralen Suche in Fig. 10 führt die spektrale Suche in Fig. 13B zur Lokalisierung lediglich einer bestimmten Substanz.

Weitere Merkmale

Fig. 14 zeigt das Wiedergewinnen eines vorausgehend abgetaste ten Probenspektrums aus dem Plattenantrieb 9. Ein Dialogkasten 200 enthält einen Dateikasten 200, einen Texteingabekasten 220, einen Vorausansicht(preview)kasten 230 und einen Wiedergewin nungsknopf 240.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wählt der Benutzer die Buttons 73 oder 74, um den Dialogkasten 200 auf dem Display 2 zu öffnen. Die Liste von Dateien, Einstellsätzen (directories) und Laufwerken, unabhängig davon ob sie lokal oder auf einer Netzwerk-zugänglichen Maschine vorliegen, werden im Dateikasten 210 angezeigt. Der Benutzer wählt eine Datei zur Wiedergewin nung aus der Dateienliste im Dateikasten 210 unter Verwendung eines graphischen Eingabeelements, wie beispielsweise der Maus 5, und durch Zeigen und Klicken auf den Dateinamen. Alternativ wählt der Benutzer eine Datei zur Wiedergewinnung durch Tippen eines Dateinamens in die Tastatur 4, nachdem er zuerst den Texteingabekasten 220 mit der Maus 5 angewählt hat. Eine Vor ausansicht der Benutzer-gewählten Datei wird im Vorausansicht kasten 230 angezeigt, wenn der Benutzer auf den Dateinamen klickt, oder wenn er einen Dateinamen in den Texteingabekasten 220 eingibt. Sobald der Benutzer mit der Dateiauswahl zufrieden ist, gewinnt der Benutzer die Spektrumdaten durch Zielen auf den Dateinamen mit der Maus 5 und Doppelklicken oder durch Klicken auf den Wiedergewinnungsbutton 240.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine Datei (oder ein Dokument) Daten (ein Spektrum) für eine Probe oder eine Referenz oder eine Reihe von Spektren oder Spektren von ver schiedenen Proben oder Spektren, die in unterschiedlicher Weise verarbeitet sind, zuzüglich weitere Informationen in Bezug auf das Spektrum. Die Datei enthält typischerweise Daten über ein Experiment, die Arbeit einer einzelnen Person, eine Reihe dar auf bezogener Experimente, dem Datum der Arbeit, das Projekt usw.

Die Darstellung des Dokuments durch die Software erfolgt in einem Fenster. Eine bewegliche "Fensterschatten"-Linie trennt das Fenster in zwei Abschnitte: der eine enthält einen großen Bereich zur Darstellung von Spektren und der zweite enthält ein Verteilerblatt (spreadsheet). Jede Zeile in dem Verteilerblatt enthält Zellen, welche Werte entsprechend einem einzigen Spek trum anzeigen, gegebenenfalls, jedoch nicht hierauf beschränkt, einschließlich Eigenschaften wie des Namens des Spektrums der Spektrumspur bzw. -aufzeichnung selbst, Textinformationen über die Probe über das Spektrum, die chemische Struktur des Mate rials usw. Jede Spalte des Verteilerblatts ist einer speziellen Spektrumeigenschaft zugeordnet. Die Auswahl einer Verteiler blattspalte ist konfigurierbar.

Um ein Dokument zu modifizieren oder zu betrachten, wird dem Benutzer die Fähigkeit vermittelt, die Daten in ähnlicher Weise wie für Verteilerblätter zu manipulieren. Eine typische Anzeige eines Dokuments zeigt die Namen der Spektrenaufzeichnungen in einer Spalte des Dokuments an, die aktuellen Spek trumaufzeichnungen in einer weiteren Spalte des Dokuments, die Eigenschaften der zugrundeliegenden Proben in einer weiteren Spalte des Dokuments und weitere graphische Informationen in noch einer weiteren Spalte des Dokuments. Ein Beispiel einer Ansicht eines Dokuments ist in Fig. 10 gezeigt. Die graphischen Informationen enthalten chemische Strukturen, wie sie bei spielsweise in Spalte 176 von Fig. 10 dargestellt sind.

Die Schnittstelle erlaubt es dem Benutzer, auf eine individu elle Spektrumaufzeichnung, auf Bereiche bestimmter Spektrenauf zeichnungen oder auf Gruppen von Spektrenaufzeichnungen in ei nem Dokument oder zwischen Dokumenten zuzugreifen, und sie er laubt es dem Benutzer, Spektrenaufzeichnungen, welche unter schiedliche Bereiche überspannen, auszurichten oder zu regi strieren. Die Schnittstelle erlaubt es dem Benutzer außerdem zu wählen, welche Spalten eines Dokuments gleichzeitig angezeigt werden sollen. Eine derartige Auswahl ist zwischen Dokumenten und zwischen Anwendungen variabel.

Die Fähigkeit, Spektrenaufzeichnungen auszurichten, ist wesent lich, wenn eine Reihe von Aufzeichnungen in einer Verteiler blattspalte mit ähnlichen Datenpunkten (z. B. Wellenzahl) ange zeigt werden, unabhängig davon, ob die Spektren einen gemeinsa men Bereich haben oder nicht. Bei einer Ausführungsform werden sämtliche Spektren in einem Verteilerblatt mit gemeinsamen X- Achsen-Einheiten im Vollbereich oder im vollen Bereich ange zeigt. Bei einer weiteren Ausführungsform wählt das Anklicken in einer Spektrumaufzeichnungs-Anzeigezelle ein Spektrum aus, veranlaßt es dazu, im vollen Ausmaß bzw. der vollen Größe sei nes Datenbereichs gezeigt zu werden, und veranlaßt sämtliche anderen Spektrenaufzeichnungen dazu, Daten von innerhalb des selben Bereichs anzuzeigen. Wenn ein erstes Spektrum, bei spielsweise einen Wellenzahlenbereich von 3300 bis 1800 hat, obwohl ein zweites Spektrum einen Wellenzahlenbereich von 3600 bis 1600 hat, wird lediglich der Wellenzahlenbereich von 3300 bis 1800 angezeigt. Alternativ werden bei einer anderen Ausfüh rungsform die Anzeigen von Spektren reskaliert, um den vollen Bereich der jeweiligen Spektren zu zeigen, unter Verwendung desselben X-Achsen-Einheit-Abstandsverhältnisses bzw. -Unter teilungsverhältnisses wie das ausgewählte Spektrum. Wenn bei spielsweise unter Verwendung des vorstehend angeführten Bei spiels das erste Spektrum unter einem Verhältnis von 1500 Wel lenzahlen pro 3 Inch auf einer Anzeige angezeigt wird, nimmt das zweite Spektrum 4 Inch auf dem Display ein, d. h. es liegt ein Verhältnis von 500 Wellenzahlen pro Inch vor.

Beispiele der in den Dokumenten gespeicherten Informationen umfassen:

(1) ein Dokument, das eine Spektralbibliothek enthält, die Na men und Indexinformationen für die Spektren, die aktuellen Spektren und Eigenschaften und Strukturen der Verbindungen umfaßt. Dies ist in Fig. 16 dargestellt.
(2) Ein Dokument, das eine Spektrensammlung enthält, die zum Einrichten und Eichen einer quantitativen Analyse verwendet werden. Ein Beispiel ist ein Dokument, das die aktuellen Spektren der Proben enthält, die Namen der Komponenten bzw. Bestandteile, die in jeder Probe vorhanden sind, die Kon zentrationen dieser Bestandteile in jeder Probe, den Ab schnitt bzw. die Abschnitte der Spektren, der bzw. die bei der Eichung und der Analyse verwendet werden soll(en), die Art der Analyse (beispielsweise Bandhöhenmessung, kleinste Quadrate-Teilanalyse), und die resultierenden Eichdaten. Dies ist in Fig. 17 und Fig. 18 dargestellt.
(3) Ein Dokument, das eine Sammlung zu analysierender Spektren enthält. Beispielsweise handelt es sich um ein Dokument, das zu analysierende Spektren enthält, wobei die resultie renden Bestandteile und die Bestandteilkonzentration, die in jedem Spektrum vorhanden ist, das für die Analyse ver wendete Verfahren und die Verarbeitungshistorie. Dies ist in Fig. 19 dargestellt.
(4) Ein Dokument, das einen Spektrensatz aus einem Infrarot- Kartierungsexperiment enthält. Beispielsweise Spektren, de nen Koordinaten zugeordnet sind, aus denen die Spektren er halten wurden, und Daten, die aus dem Spektrensatz erhalten wurden, der auf Infrarot basierende Probenkarten bzw. -routineverzeichnisse erzeugt.
(5) Ein Dokument, das einen Satz von Spektren enthält, die un ter verschiedenen Bedingungen gesammelt bzw. erfaßt wurden. Beispielsweise verschiedene experimentelle Bedingungen sowie zugeordnete Daten. Die Bedingungen enthalten diejeni gen innerhalb des Spektrometers (beispielsweise Auflösung, Abtastanzahl) und die außerhalb des Spektrometers (beispielsweise Temperatur der Probe, Druck). Alternativ kann die Software diese Bedingungen selbst steuern.

Fig. 20 zeigt ein Dokument, daß die Ergebnisse einer spektralen Suche darstellt.

Fig. 15 zeigt eine Spitzenwertbetriebsart und ein Klemmtafel- bzw. Zwischenspeicherfenster. Wie nachfolgend erläutert, er laubt es die Spitzenwertbetriebsart dem Benutzer, schnell Ei genschaften bzw. Kenndaten eines ausgewählten Spitzenwerts zu erhalten, während es das Klemmtafelfenster dem Benutzer er laubt, einen ausgewählten Abschnitt eines Spektrums zu kopie ren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform überführt der Auswahlbe fehl-Button 79 in Fig. 2 das System in die "Spitzenwert"-Be triebsart. In der Spitzenwertbetriebsart verwendet der Benutzer die Maus 5 dazu, einen Punkt, wie beispielsweise den Punkt 53 auf dem Teilspektrum 51 auszuwählen. Ansprechend auf die Auswahl ermittelt der Prozessor automatisch Eigenschaften des am nächstliegenden Spitzenwerts, beispielsweise des Spitzen werts 54. Diese Eigenschaften können die maximalen und minima len Absorptionen des Spitzenwerts enthalten, die Wellenzahl des Spitzenwerts, den Bereich des Spitzenwerts, den Bereich von Wellenzahlennummern für den Spitzenwert.

Der Auswahlbefehl-Button 75 in Fig. 2 aktiviert das Klemmtafel fenster 250. Unter Verwendung der Maus 5 definiert der Benutzer die Größe und den Ort des Klemmtafelfensters 250 auf dem Detailfenster 30. Die Manipulationen sind ähnlich wie diejeni gen zum Größeneinstellen und Positionieren des Überlagerungs fensters in dem Radarfenster. Die Klemmtafel 250 begrenzt den Abschnitt 260, welchen der Prozessor daraufhin in eine "Klemmtafel" kopiert, auf welche weitere Computerprogramme Zugriff haben können.

Folgerung

Die Erfindung ist vorstehend in Bezug auf spezielle Ausfüh rungsformen erläutert worden. Eine Vielzahl von Änderungen oder Modifikationen sind jedoch leicht ersichtlich. Beispielsweise das Ändern der graphischen Manipulation von derjenigen von Gleichung (1), das Ändern der Wirkung der graphischen Manipula tion auf der Grundlage der Bewegungsrichtung und das Vorsehen weiterer funktioneller Buttons auf dem Display unter weiteren Änderungen sind innerhalb weiterer Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung vorgesehen.

Die Beschreibung und die Zeichnungen sind deshalb lediglich beispielhaft und nicht beschränkend angeführt. Offensichtlich können verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Verfahren zum Darstellen eines Spektrums auf einem Compu tersystem, das eine Anzeige und ein graphisches Eingabe element enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt Anzeigen einer reduzierten Ansicht des Spektrums in einem Radarfenster auf der Anzeige,
Anzeigen eines Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht in dem Radarfenster, wobei das Überlagerungsfenster einen ersten Abschnitt der reduzierten Ansicht begrenzt, Anzeigen eines Abschnitts des Spektrums entsprechend dem ersten Abschnitt der reduzierten Ansicht in einem Detail fenster in der Anzeige, daraufhin
Anzeigen eines vertikal bezüglich der Größe wiedereinge stellten Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht in dem Radarfenster ansprechend auf eine Eingabe von dem graphischen Eingabeelement, wobei das vertikal bezüglich der Größe neu eingestellte Fenster einen zweiten Abschnitt der reduzierten Ansicht begrenzt, und
Anzeigen eines zweiten Abschnitts des Spektrums entspre chend dem zweiten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Anzeigen eines horizontal bezüglich der Größe wiedereinge stellten Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht in dem Radarfenster ansprechend auf eine Eingabe von dem graphischen Eingabeelement, wobei das horizontal bezüglich seiner Größe wiedereingestellte Fenster einen dritten Abschnitt der reduzierten Ansicht begrenzt, und
Anzeigen eines dritten Abschnitts des Spektrums entspre chend dem dritten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte:
Anzeigen eines horizontal verschobenen Überlagerungsfen sters über der reduzierten Ansicht in dem Radarfenster ansprechend auf die Eingabe von dem graphischen Eingabe element, wobei das horizontal verschobene Überlagerungs fenster einen vierten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige begrenzt, und
Anzeigen eines vierten Abschnitts des Spektrums entspre chend dem vierten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:
Anzeigen eines vertikal verschobenen Überlagerungsfensters über der reduzierten Ansicht in dem Radarfenster anspre chend auf eine Eingabe vom graphischen Eingabeelement, wobei das vertikal verschobene Überlagerungsfenster einen dritten Abschnitt der reduzierten Ansicht begrenzt, und Anzeigen eines dritten Abschnitts des Spektrums entspre chend dem dritten Abschnitt der reduzierten Ansicht in dem Detailfenster auf der Anzeige.

5. Verfahren zum Darstellen eines Spektrums auf einem Compu tersystem, das eine Anzeige und ein graphisches Eingabe element enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anzeigen des Spektrums in einem ersten Fenster auf der Anzeige,
Definieren eines Wellenzahlenbereichs und eines Extink tionswertebereichs ansprechend auf eine Eingabe von einem graphischen Eingabeelement, und
Anzeigen eines Abschnitts des Spektrums entsprechend dem Wellenzahlenbereich und dem Extinktionswertebereich in einem zweiten Fenster auf der Anzeige.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Schrit te:
Definieren eines zweiten Wellenzahlenbereichs und eines zweiten Extinktionswertebereichs ansprechend auf die Ein gabe von dem graphischen Eingabeelement, und
Anzeigen eines zweiten Abschnitts des Spektrums entspre chend dem zweiten Wellenzahlenbereich und dem zweiten Extinktionswertebereich in dem zweiten Fenster auf der Anzeige.

7. Verfahren zum graphischen Bilden eines Differenzspektrums aus einem Probenspektrum und einem Bezugsspektrum auf einem Computersystem, das eine Anzeige, einen Prozessor, einen Speicher und ein Relativ-Zeige(r)element enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anzeigen zumindest eines Abschnitts eines anfänglichen Dif ferenzspektrums auf der Anzeige, wobei das anfängliche Dif ferenzspektrum im Verhältnis zum Probenspektrum steht, Auswählen eines Datenpunkts in dem anfänglichen Differenz spektrum mit einer zugeordneten Wellenzahl auf der Anzeige mit dem Relativ-Zeigeelement,
Bewegen des Datenpunkts um ein meßbare s Ausmaß auf der Anzeige mit dem Relativ-Zeigeelement,
Ermitteln eines Skalierungsfaktors ansprechend auf das meß bare Ausmaß und auf einen Datenpunkt im Bezugsspektrum mit der zugeordneten Wellenzahl mit dem Prozessor,
Skalieren jedes Datenpunkts im Bezugsspektrum mit dem Skalierungsfaktor zur Bildung eines skalierten Bezugsspek trums,
Ermitteln des Differenzspektrums zwischen dem Probenspek trum und dem skalierten Bezugsspektrum mit dem Prozessor, und
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt des Differenzspek trums auf der Anzeige.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Bewegen des Datenpunkts umfaßt:
Bewegen des Datenpunkts aus einer ursprünglichen Position in eine neue Position auf der Anzeige mit dem Relativ- Zeigeelement, und
Ermitteln des meßbaren Ausmaßes zwischen der neuen Position und der ursprünglichen Position.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das meßbare Ausmaß eine vertikale Versetzung auf der Anzeige umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt:
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt des Bezugsspektrums auf der Anzeige.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das anfängliche Differenzspektrum dem Probenspektrum gleicht.

12. Verfahren zum graphischen Bilden eines Differenzspektrums aus einem Probenspektrum und einem Bezugsspektrum auf einem Computersystem, wobei das Computersystem eine Anzeige, ei nen Prozessor, einen Speicher und ein Relativ- Zeige(r)element enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anzeigen zumindest eines Abschnitts eines anfänglichen Dif ferenzspektrums auf der Anzeige, wobei das anfängliche Dif ferenzspektrum in linearer Beziehung zum Probenspektrum steht,
Auswählen eines Datenpunkts in dem anfänglichen Differenz spektrum mit einer zugeordneten Wellenzahl auf der Anzeige mit dem Relativ-Zeigeelement,
Bewegen des Datenpunkts von einer ursprünglichen Position in eine neue Position auf der Anzeige mit dem Relativ- Zeigeelement,
Subtrahieren der neuen Position von der ursprünglichen Position zur Ermittlung einer vertikalen Versetzung, Teilen der vertikalen Versetzung durch einen Datenpunkt im Bezugsspektrum mit der zugeordneten Wellenzahl zur Ermitt lung eines Skalierungsfaktors für das Bezugsspektrum, Skalieren des Bezugsspektrums mit dem Skalierungsfaktor zur Bildung eines skalierten Bezugsspektrums,
Subtrahieren des skalierten Bezugsspektrums vom Probenspek trum zur Bildung des Differenzspektrums, und
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt des Differenzspek trums auf der Anzeige.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das anfängliche Differenzspektrum dem Probenspektrum gleicht.

14. Verfahren zur graphischen Bildung eines Spektrums aus einem Probenspektrum auf einem Computersystem, wobei das Compu tersystem eine Anzeige und ein graphisches Eingabeelement enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt eines anfänglichen Spektrums auf der Anzeige, wobei das anfängliche Spektrum gleich dem Probenspektrum ist, und
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt des Spektrums auf der Anzeige, wobei das Spektrum eine mathematische Kombina tion aus dem Probenspektrum und einem skalierten Bezugs spektrum ist, wobei das skalierte Bezugsspektrum ein Bezugsspektrum ist, das mit einem skalierten Wert skaliert ist, wobei der skalierte Wert ansprechend auf eine graphi sche Manipulation des anfänglichen Spektrums durch das gra phische Eingabeelement erzeugt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der mathematischen Kombination um eine mathemati sche Subtraktion handelt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der skalierte Wert positiv ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsspektrum Basislinien-Versetzungsdaten enthält.

18. Verfahren zum graphischen Manipulieren eines Differenzspek trums auf einem Computersystem, wobei das Computersystem eine Anzeige und ein graphisches Eingabeelement enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt des Differenzspek trums auf der Anzeige, wobei das Differenzspektrum eine mathematische Differenz zwischen dem Probenspektrum und einem skalierten Bezugsspektrum ist, wobei das skalierte Bezugsspektrum ein mit einem skalierten Wert skaliertes Bezugsspektrum ist,
Bestimmen eines aktualisierten skalierten Werts ansprechend auf eine graphische Manipulation des Differenzspektrums durch das graphische Eingabeelement,
Bilden eines aktualisierten skalierten Bezugsspektrums aus dem Bezugsspektrum ansprechend auf den aktualisierten ska lierten Wert, und
Anzeigen von zumindest einem Abschnitt eines aktualisierten Differenzspektrums auf der Anzeige, wobei das aktualisierte Differenzspektrum die mathematische Differenz zwischen dem Probenspektrum und dem aktualisierten skalierten Bezugs spektrum ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der skalierte Wert Null ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum Infrarot-Spektrumdaten enthält.