DE19953387A1 - Verfahren zur Auswertung elektromagnetischer Spektren von Stoffen hinsichtlich ihrer anwendungsspezifischen Wirkung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Auswertung elektromagnetischer Spektren von Stoffen hinsichtlich ihrer anwendungsspezifischen Wirkung mit Methoden der Mustererkennung. Die Erfindung beruht auf der an sich bekannten Aufzeichnung von elektromagnetischen Spektren von (teilweise sehr komplexen) Gemischen aus flüchtigen Stoffen mittels Gaszelle oder im Offenpfad. Hier werden jedoch erfindungsgemäß Maßnahmen mit einbezogen, die beispielsweise eine Bewertung des Gesamteindruckes auf den Menschen oder eine Abschätzung des Gefahrenpotentials ermöglichen. Die prinzipiell bekannten Methoden der Spektroskopie wird z. B. vereinfacht, indem eine jeweilige Referenzprobe als Signalmuster zu Grunde gelegt wird und die eigentliche (im Allgemeinen lang andauernde und sehr viele Proben umfassende) Messung lediglich als Vergleich mit einem vereinfachten Aufwand durchgeführt wird. Bestimmte Signalwerte werden dabei in ein relevantes Muster der Probe übernommen. Dieses Muster wird unter möglicher Einbeziehung weiterer beispielsweise bewertender Faktoren mit Methoden der Statistik oder der Mustererkennung ausgewertet.

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Erkennen von Eigenschaf­ ten von Stoffen auf Grund ihrer flüchtigen und/oder verdamptbaren Anteile oder der Eigenschaf­ ten von flüchtigen Stoffen (z. B. Gasen) selbst.

Es ist bekannt, daß die Spektroskopie mit Hilfe der Änderung elektromagnetischer Strahlung durch den zu untersuchenden Stoff ein wichtiges Verfahren zur Bestimmung von Stoffeigenschaf­ ten in allen Aggregatszuständen ist. Dazu werden eine Vielzahl unterschiedlicher Probenahme­ techniken angewandt. Insbesondere ist die Absorption elektromagnetischer Strahlung durch flüch­ tige Stoffe zur Bestimmung von Konzentrationen dieser flüchtigen Stoffe eine eingeführte Metho­ de.

Es ist weiter bekannt (siehe z. B. Bourrounet B., Talou T., Gaset A.: Exemple de differenciation coniparative de produits odorants par analyse des effluves/chromatographie en phase gazeuse et odorimètre LCA 1000. Odours's J., Special Issue, 1996), daß in jüngster Zeit, insbesonde­ re im Bereich der Qualitätskontrolle von verschiedenen Produkten Multisensor-Geräte, die mit mehreren unspezifischen aber unterschiedlichen Chemo-Sensoren arbeiten, eingesetzt werden. Ebenso wie bei spektroskopischen Methoden werden dabei flüchtige Stoffe selbst oder solche aus flüssigen oder festen Proben untersucht. Desweiteren wurde auf Basis einer Kombination aus Gaschromatographie und Massenspektroskopie gearbeitet (siehe DE 197 13 194 A1). Diese Ge­ räte können zur objektiven und schnellen Messung und Charakterisierung von Stoffeigenschaften eingesetzt werden, da sie unspezifisch auf verschiedene Gase reagieren. Die von den einzelnen Sensoren gelieferten Signale werden dann mit statistischen Methoden oder künstlichen neuronalen Netzwerken auf Signalmuster untersucht, die in Form und Stärke charakteristisch für die Eigen­ schaften des zu untersuchenden Stoffes sind (siehe z. B. Moy L., Collins M.: Elektronische Nasen und Neuronale Netzwerke. Labor Praxis, Journal für Labor und Analytik, vol. 20, Nr. 5, S. 14-18, 1995).

Es ist weiter bekannt, daß eine Bewertung des Gesamteindruckes von flüchtigen Stoffen hinsicht­ lich des Geruches mit Hilfe von Personen vorgenommen werden kann. Dieses Verfahren wird Olfaktometrie genannt (siehe z. B. VDI-DIN-Richtlinie 3881).

Dieses Verfahren wird zum Beispiel bei Beschwerden über Geruchsbelastungen in der Nähe von Produktionsanlagen aller Art angewandt. Dazu werden entweder Proben der flüchtigen Stoffe genommen, die erst stark und dann immer weniger stark verdünnt werden, bis sich das Vorhan­ densein eines Geruches erkennen läßt. Die Stärke der Verdünnung ist ein Maß für die Stärke des Geruches. Oder es wird die Ausbreitung des Geruches untersucht, in dem sich die Personen einer Geruchsquelle entgegen der Windrichtung nähern und der Abstand zur Quelle bestimmt wird (sie­ he z. B. VDI-DIN 3940).

Ziel ist eine Bewertung des Geruches von flüchtigen Stoffen bezüglich seiner hedonischen Wir­ kung auf den Menschen und seiner Stärke. Unter hedonischer Wirkung wird dabei eine Einord­ nung und Skalierung in angenehme oder unangenehme Gerüche verstanden.

Ein spezielles Anwendungsgebiet ist die Emission und Immission von als "Gerüchen" bezeichne­ ten Eindrücken auf den Menschen durch Rohstoffe, Produkte und Abfälle aus Bauten und Anla­ gen aller Art, die bisher humansensorisch ("Olfaktometrie") eingeschätzt wurden.

Es ist bekannt (Dollnick H. W. O.: Verfahren zur analytischen und sensorischen Erfassung von Geruchsstoffen in Emissionen. Diss., Fakultät für Brauwesen, Lebensmitteltechnologie und Milchwirtschaft der TU-München, 1988), daß diese Verfahren auf Grund der stark schwankenden und stark unterschiedlichen Sensibilität der menschlichen Nase auf Gerüche mit Unsicherheiten von ± 0,5 im Exponenten behaftet sind. Weiter kann mit diesen Verfahren keine Analyse der ein­ zelnen flüchtigen Stoffe, die zu dem untersuchten Geruch beitragen, vorgenommen werden.

Problemstellung

In der Praxis ist häufig die Aufgabe gestellt, flüchtige Stoffe hinsichtlich ihrer Herkunft, ihrer Zu­ sammensetzung und in ihrer Art und Stärke des Eindruckes auf den Menschen zu beurteilen. Wei­ ter ist die Dauer der Einwirkung auf Menschen von Belang. Nicht als Beschränkung, sondern als reines Beispiel sei hier folgender Fall genannt: Die Anwohner eines Industriegeländes führen Be­ schwerde über Geruchsbelastungen. Zur Beurteilung der Belastung muß ihre Dauer über mehrere Wochen belegt werden, die Stärke des Geruches festgestellt werden und, um Abhilfe schaffen zu können, die Quelle identifiziert werden.

Wird diese Aufgabe mit den bisher verwendeten Instrumentarium der Olfaktometrie bearbeitet; können nahe zusammenliegende mögliche Quellen damit nicht identifiziert werden. Diese diskon­ tinuierliche Meßmethode wirft zudem die Frage nach der Zeit und bei Immissionsmessungen dem Ort der Probenahme auf. Außerdem führt die Verwendung eines Probandenkollektivs zu einem hohen personellen Aufwand und damit zu sehr hohen Kosten.

Es ist zum Beispiel eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine solche Beurteilung ermöglicht und dabei - verglichen mit anderen Verfahren - eine wesentliche Reduzierung des Personalaufwandes und eine wesentliche Steigerung der Objektivität der Meßer­ gebnisse erreicht.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung liegt in der Erfassung von unspezifischen Abbau­ produkten aus Verbrennungsmotoren, die in der Umgebung beispielsweise eines Flughafens oder einer Autobahn zu Gesundheitsgefährdung der Anwohner führen. Hier muß ebenfalls der Gesamt­ eindruck der Luft erfaßt werden.

Diese und weitere Aufgaben werden mit der Lehre des Patentanspruches 1 und in Weiterbildung gemäß den Unteransprüchen gelöst:

Die Erfindung beruht auf der an sich bekannten Aufzeichnung von elektromagnetischen Spektren von (teilweise sehr komplexen) Gemischen aus flüchtigen Stoffen. Hier werden jedoch erfin­ dungsgemäß Maßnahmen mit einbezogen, die beispielsweise eine Bewertung des Gesamteindru­ ckes auf den Menschen ermöglichen und die die prinzipiell bekannten Methoden der Spektrosko­ pie in einer Art und Weise vereinfacht anwenden lassen, in dem eine jeweilige Referenzprobe der Quelle der flüchtigen Stoffe als Signalmuster zu Grunde gelegt wird und die eigentliche (im all­ gemeinen lang andauernde und sehr viele Proben umfassende) Messung lediglich als Vergleich mit einem vereinfachtem Aufwand durchgeführt wird. Insbesondere wird bei der eigentlichen Mes­ sung des Gesamteindruckes darauf verzichtet, bei der Untersuchung, Auswertung und Bewertung eine Analyse auf die Einzelstoffe der Proben vorzunehmen, und dies ohne Einbuße an Qualität und Allgemeingültigkeit der Bewertung.

Die Erfindung dient beispielsweise dazu, die Eigenschaften der Stoffe objektiv messen zu können, die bisher nur subjektiv vom Menschen direkt beurteilt werden konnten. Das Verfahren dieser Erfindung hat zum Beispiel die Vorteile, daß bei der Untersuchung von Gesamteindrücken durch flüchtige Stoffe keine aufwendigen Messungen mit Personen nötig sind, daß die Meßunsicherheit der subjektiven olfaktometrischen Methoden vermieden wird und daß nicht jede Einzelne Probe zeitaufwendig bis in die Einzelsubstanzen gehend zu untersuchen ist.

Ein weiterer Vorteil dieser Analytikmethode besteht darin, daß sie im wesentlichen in zwei Modi durchgeführt werden kann: Im ersten Modus, hier Gaszellenmodus genannt, wird der zu untersu­ chende Stoff durch oder in eine geeignete Küvette geleitet; die elektromagnetische Strahlung wird vom Strahler ausgehend durch geeignete Fenster durch die Küvette und damit durch den Stoff geleitet, wobei bestimmte Anteile der elektromagnetischen Strahlung absorbiert werden. Die Kü­ vette kann mit Spiegeln versehen sein, um den Strahlweg mehrfach durch das Gas zu führen. Die Strahlung wird dann mit einer geeigneten Detektionseinheit auf Intensitätsverluste bei bestimmten Strahlungsanteilen untersucht. Es ist bekannt, diese Methode in der Analytik flüchtiger oder luft­ getragener Stoffe anzuwenden, z. B. in zahlreichen Bereichen der Umweltanalytik, der Abfallwirt­ schaft, im Umweltmonitoring, bei Emissions- und Imissionsanalysen von Industrieanlagen, der Lebensmittelherstellung und dergleichen mehr.

Im zweiten Modus, hier Offenpfadmodus genannt, wird der elektromagnetische Strahl zwischen Strahler und Empfänger an der offenen Atmosphäre geführt. Die Pfadlänge kann dabei je nach Gerät zwischen wenigen Metern und vielen Kilometern variieren. Es ist bekannt, daß dieser Mo­ dus vor allem in der Umweltanalytik und in der Atmosphärenuntersuchung zur Analyse flüchtiger oder luftgetragener Stoffe Anwendung findet.

Weitere Methoden senden elektromagnetische Strahlung aus und führen die Analyse auf Grund der zurückgestreuten Strahlung durch oder analysieren die Strahlungsemissionen einer heißen Emissi­ onsquelle, z. B. eines Kaminauslasses.

Weiter liegen bei spektroskopischen Verfahren die zeitlichen Größenordnungen der Sensoralte­ rung im allgemeinen im Bereich von mehreren Jahren, nicht wie bei Chemo-Sensoren von mehre­ ren Monaten. Vielmehr können, wie das auch aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, die Messungen mit eingeführten und nur wenig (im allgemeinen eine Person) Personal benötigen­ den Meßverfahren durchgeführt werden. Die in einem standardisierten objektiven Verfahren aus­ gewertet werden, das Meßunsicherheiten vermeidet, und der Aufwand der Auswertung gegenüber einer Einzelstoffanalyse wesentlich reduziert werden. Dazu wird das Meßgerät ein- oder mehrere Male mit einer Referenzprobe der in Frage stehenden Quelle flüchtiger Stoffe beaufschlagt, und zwar vorzugsweise aber nicht zwingend mit der gleichen Anordnung, wie sie hinterher zur Mes­ sung des Gesamteindruckes an der zu untersuchenden Quelle eingesetzt wird und zum Beispiel in Abb. 1 beschrieben ist. Diese Referenzprobe kann, wenn bei späteren Messungen ein Ver­ gleich gewünscht ist, auf ihre Einzelstoffe untersucht werden. Dadurch kann zum Beispiel eine Geruchsemission einem bestimmten Emittenten zugeordnet werden. Weiter muß die Referenzpro­ be von Personen olfaktometrisch bewertet werden, wenn nicht nur die Stärke des Geruches, son­ dern auch die hedonische Wirkung von Belang ist. Ebenso könnten aber auch andere Zusatzin­ formationen, wie die Giftigkeit für den Menschen oder die Schädlichkeit für Baumaterialien mit einbezogen werden.

Die Referenzprobe wird bei spektroskopischen Methoden im Allgemeinen als geeigneter Signal­ wert über einer bestimmten Wellenlänge, Wellenzahl oder Frequenz der elektromagnetischen Strahlung aufgezeichnet. Bestimmte Signalwerte, die nach einer Einzelstoffanalyse flüchtigen Stoffen, die zum Gesamteindruck der Referenzprobe beitragen, zugeordnet werden können, wer­ den dabei in ein relevantes Muster der Probe übernommen. Dieses Muster umfaßt n Musterwerte, die zusammen als n-dimensionaler Vektor im n-dimensionalen Raum angesehen werden können. Zwei Muster stimmen überein, wenn Betrag und Richtung des entsprechenden Vektors überein­ stimmen. In der Praxis ist es unwahrscheinlich, daß zwei solcher Mustervektoren exakt überein­ stimmen; deshalb muß je nach Aufgabenstellung ein Toleranzraum berücksichtigt werden, in den die Spitze des Vektors hineinragen muß, um von einer Übereinstimmung zu sprechen. Dieser To­ leranzraum ergibt sich zum Beispiel aus mehreren nur wenig unterschiedlichen Referenzproben der fraglichen Quelle flüchtiger Stoffe; er kann aber - in einer weiteren Variante - auch aus den Anforderungen der Meßaufgabe abgeleitet und bestimmt werden. Dann bedarf es nur einer einzi­ gen Referenzprobe. Das Aufnehmen von Referenzspektren und Zuweisen der Mustervektoren und Toleranzräume kann auch als "Erlernen" des Musters durch die Erfindung bezeichnet werden. Das erlernte Muster kann zusammen mit den Mustern beliebig vieler Referenzproben anderer mögli­ cher Quellen zum Beispiel in einer Datenbank oder einem Katalog gespeichert werden.

Hier sei lediglich kurz zusammengefaßt, daß die nach obigem Vorgehen hergestellte Referenzpro­ be weiter nach einer für spektroskopische Verfahren mit elektromagnetischer Strahlung zur Erfin­ dung gehörenden Methode bearbeitet wird, um für die nachfolgende Reihenuntersuchung von Proben nur eine begrenzte Anzahl von Musterwerten zu einem Mustervektor zusammenzufassen, in anderen Worten, den n-dimensionalen Vektor aller spektroskopischen Signale auf einen m- dimensionalen Vektor zu reduzieren, der nur die für den der Aufgabenstellung entsprechenden Gesamteindruck relevanten Signalwerte enthält, wobei gilt, daß m wesentlich kleiner als n ist. In einem ersten Schritt dieser Methode werden von zumindest einer Referenzprobe alle interessie­ renden Stoffe einzeln auf Vorhandensein und Konzentration untersucht. Dabei können zum Bei­ spiel 30 bis 200 einzelne Stoffe enthalten sein. An sich genügt es, bei diesem Schritt nur eine Re­ ferenzprobe wie angegeben zu untersuchen. Um eine vielleicht zufällig wenig treffende Auswahl dieser Referenzprobe auszuschließen, die vielleicht zu einem qualitativ niedrigerem mit der Erfin­ dung zu erreichendem Ergebnis führen könnte, kann es angebracht sein, in diesem ersten Schritt der Auswertemethode mehrere Referenzproben auf die einzelnen Stoffe zu untersuchen.

Für die in der Praxis angewandten Methoden der Mustererkennung kann eine solche Anzahl von einzelnen flüchtigen Stoffen der Probe zu groß sein, um sie im Rahmen einer Untersuchung von vielen Meßproben zu berücksichtigen. Deshalb können in einem zweiten Schritt der Auswerteme­ thode nur eine begrenzte Anzahl ausgewählter Signalwerte erfaßt und ausgewertet werden. Diese Auswahl kann zum Beispiel mit Hilfe statistischer Methoden oder Neuronaler Netzwerke, wie sie oben schon genannt wurden, geschehen. Weiter kann die Reduktion durch zusammenfas­ sen von Signalbereichen geschehen, in dem über diese Bereiche zum Beispiel integriert oder die mittlere Steigung des Bereiches als Signalwert verwendet wird. Diese reduzierte Anzahl von Sig­ nalen (der auf m << n reduzierte m-dimensionale Mustervektor) dient dann bei der Untersuchung in Frage kommender Quellen als Basis für die Mustererkennungsanalyse von durch flüchtige Stof­ fe verursachten Eindrücken auf den Menschen. Je nach Fragestellung und entsprechend der Ei­ genschaft des Gesamteindruckes, der untersucht werden soll, kann noch eine Gewichtung der einzelnen Signalwerte, z. B. durch einen aus der hedonischen Bewertung erzielten Faktor, vorge­ nommen werden.

Die oben gegebene Empfehlung, die genaue Auswertung bei mehreren Referenzproben vorzu­ nehmen, dient also dazu, eine optimale Auswahl der reduzierten Anzahl von Signalwerten für den weiteren Mustervergleich zu treffen.

Die Untersuchungen an den eigentlichen Proben aus den Quellen z. B. eines Geruches können dann auf Basis der erlernten Muster, die aus einer reduzierten Anzahl von Signalwerten bestehen, mit Hilfe von objektiven spektroskopischen Meßtechniken durchgeführt werden, wobei sich der Aufwand der Auswertung durch die reduzierte Anzahl von Signalwerten ebenso reduziert. Kann für eine bestimmte Quelle flüchtiger Stoffe schon auf die in einer Datenbank abgespeicherten Muster einer Referenzquelle zurückgegriffen werden, reduziert sich der Aufwand für die Messung noch einmal beträchtlich, da auf den Vorgang des Muster-Erlernens verzichtet werden kann. Die ausgewählten Signalwerte des Spektrums entsprechen einem hochdimensionalen Sensor- Array, das mit Hilfe bekannter Mustererkennungsverfahren (zum Beispiel Diskriminanzanalyse, Neuronale Netze) verarbeitet werden kann. Die Leistung eines Sensor-Arrays ist abhängig von der optimalen Kombination der Sensoren. Bei den o. g. Multisensor-Arrays mit festgelegter Sen­ sorkombination kann eine Optimierung der Musteranalyse durch Änderung der Sensorkombinati­ on nur durch den Austausch von Sensoren erzielt werden. Demgegenüber zeichnet sich das erfin­ dungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß eine Anpassung an die zu bewertende Probe keine Mo­ difikationen an dem eigentlichen Meßgerät nötig macht. Die optimale Anpassung erfolgt in der Auswertesoftware durch die Berücksichtigung der beim Erlernen erhaltenen Informationen über die Zusammensetzung der einen oder mehreren Referenzproben im Hinblick auf den zu untersu­ chenden Gesamteindruck, zum Beispiel eben des Geruches, auf den Menschen. Die Art, Anzahl und Gewichtung der Signalwerte, und damit der "Sensoren", die für eine optimale Untersuchung der Probe notwendig sind, kann daher flexibel an das jeweilige Klassifikationsproblem angepaßt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Standardisierbarkeit und Übertragbarkeit der gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren gespeicherten Signalwerte von Referenzproben auf ähnliche Geräte. Diese Geräte müssen nur im gleichen Bereich der elektromagnetischen Strahlung mit einer glei­ chen Auflösung der Wellenlängen-, Wellenzahl- oder Frequenzskala arbeiten. Unabhängig von der Art der zur Messung verwendeten Anordnung ist die Vergleichbarkeit der Ergebnisse dann ge­ währleistet, da in allen Fällen gleiche Meßgrößen, nämlich die Signalwerte entsprechend des vor­ gegebenen Erlernens, als Basis für die Musteranalyse herangezogen werden. Eine derartige Über­ tragbarkeit ist bei den oben genannten Multisensor-Arrays nur bedingt möglich, da, wie oben schon geschildert, die Sensoren in ihrem Verhalten schlecht reproduzierbar sind und sich damit die Signalwerte von Gerät zu Gerät unterscheiden.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich in wenig Zeit- und personalaufwendiger Weise für insbesondere eine Vielzahl zu untersuchender Proben beispielsweise der Gesamteindruck auf den Menschen objektiv feststellen.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 Flußbild des Vorgehens bei einer Messung mit Multisensor-Arrays

Fig. 2 Flußbild des Vorgehens bei einer Bewertung des Gesamteindruckes einer Probe flüchtiger Stoffe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren

Fig. 3 Beispiel einer Anordnung zum Erlernen (a) und Messen (b) von Gesamteindrücken aus flüchtigen Stoffen einer Emissionsquelle

Das Vorgehen bei einer solchen Messung mit einem Multisensor-Array (MSA) ist in einem Fluß­ bild in Fig. 1 dargestellt; im Gegensatz dazu zeigt Fig. 2 ein Flußbild der Messung mit spektro­ skopischen Methoden. Auf der linken Seite von Fig. 1 ist in rechteckigen Kästchen der Vorgang des Erlernens von Mustern dargestellt. Eine oder mehrere Referenzproben (1), die für die An­ wendung spezifisch sind, werden dem MSA (3) vorgelegt, das daraus ein Signalmuster (4) bildet. Mit Methoden der Mustererkennung oder Neuronalen Netzwerken werden daraus Gruppen gebil­ det (5). Auf der rechten Seite von Fig. 1 ist in trapezförmigen Kästchen das Vorgehen bei einer Messung dargestellt: Die unbekannte Probe (2) wird wieder der MSA (3) vorgelegt und aus der Messung ein Signalmuster (4) gebildet. Diese Signalmuster werden unter (6) den bei (5) gebilde­ ten Gruppen zugeordnet und so "erkannt" (7).

Fig. 2 zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäß ausgeführten Verfahrens. Auf der linken Seite ist wieder das Vorgehen beim Erlernen von Signalmustern gezeigt. Das Erlernen ist einmal für einen bestimmten Typ einer zu untersuchenden Quelle für alle nachfolgenden Untersuchungen durchzuführen. Dazu wird mindestens eine Referenzprobe (Punkt (1)) mit Hilfe einer spektrosko­ pischen Messung (4) auf ihre Signalwerte untersucht. Sollen die Inhaltsstoffe der Probe qualitativ und quantitativ bekannt sein, und sollen spätere Proben von zu untersuchenden Quellen zum Bei­ spiel an Hand ihrer Inhaltsstoffe untersucht werden, muß eine Analyse gemäß Punkt (5) vorge­ nommen werden. Sollen spätere Proben nicht nur auf die Stärke des Gesamteindruckes, sondern auch auf ihre hedonische Wirkung hin untersucht werden, muß eine Bewertung der Referenzprobe gemäß Punkt (3) vorgenommen werden. Danach kann gemäß Punkt (6) eine Auswahl der Signal­ werte, die zur Auswertung zukünftiger Proben herangezogen werden sollen, getroffen werden. Dazu gehören auch die hedonischen Angaben. Für spätere Meßaufgaben können die Signalwerte in einer Datenbank (9) gespeichert werden.

Auf der rechten Seite ist eine einzelne Beprobung einer zu untersuchenden Quelle flüchtiger Stof­ fe zusammengefaßt. Dazu wird gemäß Punkt (2) das elektromagnetische Spektrum (4) eines von der Quelle kommenden Gemisches flüchtiger Stoffe aufgezeichnet. Dieses wird nun gemäß Punkt (6) auf die Signalwerte untersucht, die beim Erlernen ausgewählt wurden. Gleichzeitig können sie gemäß Punkt (5) auf ihre Einzelstoffe untersucht werden. Dies stellt schon das erste Ergebnis der Messung dar. Gemäß Punkt (8) werden diese Auswertungen nun mit den Gruppen der Referenz­ proben aus (7) verglichen. Danach kann gemäß Punkt (10) eine Bewertung des Gesamteindruckes abgegeben werden.

Fig. 3 zeigt als Beispiel - nicht als Einschränkung - eine Anordnung zur Bestimmung von Eigen­ schaften, die durch flüchtige Stoffe verursacht werden. Dabei wird von einer oder mehreren Emis­ sionsquellen flüchtiger Stoffe, deren Eigenschaften untersucht werden sollen, eine oder mehrere Referenzprobe(n) genommen. Dies geschieht in Schritt (a) von Fig. 2, indem die Probe direkt von der Emissionsquelle in geeigneter Weise durch eine Küvette geleitet wird. Es wird also im oben erwähnten Gaszellenmodus gearbeitet. Diese Küvette verfügt über Fenster, durch die die Strah­ lung der Strahlungsquelle durch die Probe geleitet werden kann. Die Probe absorbiert bestimmte Strahlungsanteile, die charakteristisch für ihre flüchtigen Inhaltsstoffe sind. Danach tritt die Strah­ lung in das Spektrometer ein, worin sie in geeigneter Weise durch einen Monochromator geleitet wird. Dieser selektiert bestimmte Strahlungsanteile und ermöglicht so eine Aufzeichnung des Sig­ nals am Detektor in Abhängigkeit vom gewählten Strahlungsanteil. Dies kann kontinuierlich, z. B. durch eine geeignete Anordnung von Gittern oder ein Michelson-Interferometer geschehen, oder durch verschiedene optische Filter oder Kombinationen aus diesen erreicht werden. Die so erhal­ tenen Daten werden schließlich von einem Computer aufgezeichnet und können jetzt zum einen auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden, zum andern können Mustervektoren gebildet und auf ihre relevanten Anteile reduziert werden, wie das oben beschrieben ist. Außerdem können der Referenzprobe in diesem Schritt weitere Attribute, z. B. seine hedonische Wirkung, zugeordnet werden. Schließlich kann das Spektrum zusammen mit seinen Eigenschafen in einer Datenbank abgespeichert werden. In Schritt (b) von Fig wird nun im Offenpfadmodus gearbeitet. Bestimmte Anteile der von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlung werden von flüchtigen Stoffen ab­ sorbiert, die aus der zu untersuchenden Emissionsquelle kommen. Diese Strahlungsanteile werden wie oben beschrieben vom Spektrometer detektiert und vom Computer aufgezeichnet. Gleichzei­ tig werden die Mustervektoren gebildet und mit den in Schritt (a) erlernten Vektoren verglichen. Als Ergebnis kann die Probe einer bestimmten Klasse von Emissionsquellen zugeordnet und der Gesamteindruck und dessen Stärke angegeben werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Auswertung elektromagnetischer Spektren von Stoffen hinsichtlich ihrer anwen­ dungsspeziflschen Wirkung mit Methoden der Mustererkennung, gekennzeichnet durch die Schritte,

• a) von wenigstens einer ausgewählten Referenzprobe wird ein elektromagnetisches Spektrum aufgenommen,
• b) der Informationsgehalt des Spektrums wird so reduziert, daß ein Mustervektor mit zugehöri­ gern Toleranzraum gebildet wird,
• c) von den weiteren, eigentlich zu untersuchenden Proben werden elektromagnetische Spektren auf gleiche Art und Weise aufgenommen, diese Spektren werden nur auf die vorher reduzierten Spektren hin ausgelesen,
• d) die reduzierten Spektren werden mit Hilfe von Musteranalyse-Methoden mit denen der Refe­ renzprobe verglichen
• e) auf Grund dieses Vergleiches wird die Erkennung einer bestimmten Probeneigenschaft angege­ ben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elektromagnetische Spektrosko­ pie im Bereich des infraroten, ultravioletten oder sichtbaren Lichtes erfolgt.

3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß über nach anwen­ dungsspezifischen Gesichtspunkten ausgewählte Signalwerte (z. B. Intensitäten Absorbanzen Transmissionen) integriert, multipliziert oder abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß ein anwendungs­ spezifischer Faktor, der z. B. die Geruchsintensität, oder das Gesundheitsgefährdungspotential oder die Korrosivität der in den Spektralbereichen gemessenen Substanzen mit in die Auswer­ tung einbezogen wird.

5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß diese Be­ reiche eine unterschiedliche oder gleiche Gewichtung haben.

6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß nur eine einzige Referenzprobe herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das Bil­ den eines reduzierten Spektrums auf Grund einer repräsentativen Stichprobe von Referenzpro­ ben in statistisch ausreichender Anzahl mit Hilfe statistischer Mittel geschieht.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Referenzprobe vor­ zugsweise mit Hilfe einer Gaszelle gebildet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß eine nach Anspruch 8 gebildete Referenzprobe vorzugsweise mit Messungen offenen Pfa­ den (Offenpfadmessungen) verglichen wird.

10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß für das wiederholte Vergleichen von Quellen flüchtiger Stoffe das Referenzmuster als Standard, z. B. in einer Datenbank, hinterlegt wird.

11. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Untersuchung von einer oder mehreren Referenzproben eine hedonische Bewertung der Refe­ renzprobe vorgenommen wird und auch bei der Auswertung der nachfolgenden eigentlichen Untersuchung von Gesamteindrücken durch Quellen flüchtiger Stoffe eine hedonische Bewer­ tung erfolt.

12. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß bei der spektroskopischen Untersuchung von einer oder mehreren Referenzproben auch eine Untersu­ chung auf alle Einzelstoffe erfolgt und bei der Auswertung der nachfolgenden eigentlichen Un­ tersuchung von Gesamteindrücken durch Quellen flüchtiger Stoffe eine Identifizierung der Quelle an Hand der Einzelstoffe erfolgt.