JP2014219358A - Display method of molecular vibration - Google Patents
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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- G01N21/65—Raman scattering
Abstract
Description
本発明は、分子振動をディスプレイ装置等に表示する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for displaying molecular vibrations on a display device or the like.
分光分析法においては、試料に照射した光の透過光、散乱光、蛍光等を検出し、透過光等の検出強度を波長ごとに表示することにより試料に特有のスペクトルが得られるため、試料中に含まれる化合物の種類を同定する方法として、広く用いられている。そして得られたスペクトルの解釈方法や利用方法は様々である。 In the spectroscopic analysis method, transmitted light, scattered light, fluorescence, etc. of the light irradiated on the sample are detected, and the detection intensity of the transmitted light etc. is displayed for each wavelength, so that a spectrum specific to the sample can be obtained. It is widely used as a method for identifying the type of compound contained in. There are various methods for interpreting and using the obtained spectrum.
例えば特許文献１の請求項１には、被測定物のスペクトルデータを取り込むスペクトルデータ取り込み手段と、データ取り込み手段において取り込まれた被測定物のスペクトルデータから時間−波数−吸収強度、温度−波数−吸収強度などの特定変数−波数−吸収強度の三次元グラフを構成して出力するデータ処理手段と、データ処理手段からの出力を表示する表示手段と、表示手段に表示された三次元グラフから、任意のピーク部分、或いは任意のピークに対応する波数を指定して入力することによって、検索波数を指定入力する指定入力手段と、複数の官能基につき、吸収波数領域の情報を記憶した官能基情報記憶手段と、指定入力手段によって指定された検索波数を吸収波数領域にもつ官能基を官能基情報記憶手段から読み出し、該当する官能基名を表示手段に出力する官能基読み出し手段とを備えたスペクトルデータ処理装置が記載されている。 For example, in claim 1 of Patent Document 1, spectral data capturing means for capturing spectral data of a measured object, and time-wave number-absorption intensity, temperature-wave number- from the spectral data of the measured object captured by the data capturing means. From a data processing means for configuring and outputting a three-dimensional graph of specific variables such as absorption intensity-wave number-absorption intensity, a display means for displaying an output from the data processing means, and a three-dimensional graph displayed on the display means, Designation input means for designating and inputting a search wave number by designating and inputting an arbitrary peak portion or a wave number corresponding to an arbitrary peak, and functional group information storing information on the absorption wave number region for a plurality of functional groups Read out from the functional group information storage means the functional group having the search wave number specified by the storage means and the specified input means in the absorption wave number region. Spectral data processing apparatus provided with a functional group reading means for outputting functional group names on the display means is described that.
また、例えば特許文献２の図２には、被測定物のスペクトルピークＡ〜Ｄが表示されている。同図に示す識別表には、設定励起波長λEX1のピークＡは、レーリー散乱光を示すピークであることを示唆する表示を行い、波長λEX1×２のピークＤは、レーリー散乱光の２次光を示すピークであることを示唆する表示を行い、ピークＢは、蛍光またはラマン光を示すピークである可能性を示唆する表示を行い、ピークＣは、蛍光またはラマン光を示すピークである可能性を示唆する表示を行っている。蛍光またはラマン光を示すピークである可能性を示唆したものについては、二次判定を実行するための表示「△印」も行われている。 For example, in FIG. 2 of Patent Document 2, spectrum peaks A to D of the object to be measured are displayed. In the identification table shown in the figure, a display indicating that the peak A of the set excitation wavelength λ EX1 is a peak indicating Rayleigh scattered light is performed, and the peak D of the wavelength λ EX1 × 2 is 2 of Rayleigh scattered light. Display indicating that it is a peak indicating the next light is performed, display indicating that the peak B is a peak indicating fluorescence or Raman light is performed, and peak C is a peak indicating fluorescence or Raman light. The display suggests the possibility. About what suggested the possibility of being the peak which shows fluorescence or Raman light, the display "(DELTA) mark" for performing a secondary determination is also performed.
上述したように、特許文献１にはピークに該当する官能基名を表示する方法が記載され、特許文献２には該当ピークが蛍光によるものか或いはラマン光によるものかを表示する方法が記載されている。以上のように、分光分析法においては得られたスペクトルの解釈方法や利用方法は様々である。本発明は、スペクトルの表示方法に新たな手法を提供することにより分光分析法の実用性と利便性を向上させることを目的とするものである。 As described above, Patent Document 1 describes a method for displaying a functional group name corresponding to a peak, and Patent Document 2 describes a method for displaying whether the corresponding peak is due to fluorescence or Raman light. ing. As described above, in the spectroscopic analysis method, there are various methods for interpreting and using the obtained spectrum. An object of the present invention is to improve the practicality and convenience of a spectroscopic analysis method by providing a new method for displaying a spectrum.
本発明の分子振動の表示方法は、化合物に固有のスペクトルを表示装置に表示させる第１ステップと、表示されたスペクトルのピークの一つを選択する第２ステップと、選択されたピークに対応する分子振動における一つまたは複数の原子の振動の向きと振幅を含む情報（以下、「原子振動情報」と記載する場合がある。）を表示装置に表示させる第３ステップを有するものである。好ましくは第３ステップにおいて化合物の分子構造モデルを用いて原子振動情報の表示を行えば、ユーザが分子振動の様子をより直感的に把握しやすくなる。 The molecular vibration display method of the present invention corresponds to a first step of displaying a spectrum unique to a compound on a display device, a second step of selecting one of the peaks of the displayed spectrum, and the selected peak. This includes a third step of displaying information including the vibration direction and amplitude of one or a plurality of atoms in molecular vibration (hereinafter sometimes referred to as “atomic vibration information”) on a display device. Preferably, if atomic vibration information is displayed using the molecular structure model of the compound in the third step, the user can more intuitively understand the state of molecular vibration.
原子振動情報は、分子構造モデルの各原子の配置位置を始点とするベクトルにより表示することができる。或いは、原子振動情報は、分子構造モデルの各原子の振動の様子を動画により表示することもできる。 The atomic vibration information can be displayed as a vector starting from the arrangement position of each atom in the molecular structure model. Alternatively, the atomic vibration information can display the state of vibration of each atom of the molecular structure model as a moving image.
上記表示方法の第３ステップにおいて、振幅が最も大きい一つまたは複数の原子が他の原子とは異なる色で表示することができる。また、振幅が最も大きい一つまたは複数の原子以外の原子は、半透明にて表示することができる。 In the third step of the display method, one or more atoms having the largest amplitude can be displayed in a different color from the other atoms. Further, atoms other than the one or a plurality of atoms having the largest amplitude can be displayed in a translucent manner.
上記スペクトルをラマンスペクトルとし、本発明の表示方法をラマン分光法に応用することができる。 The above spectrum is a Raman spectrum, and the display method of the present invention can be applied to Raman spectroscopy.
上記表示方法の第２ステップでは、前記スペクトルのピーク（極大位置）から所定の距離以下の位置にマウスポインタを置く、またはマウスポインタを置いてクリックすることにより当該ピークが選択されるものであり、マウスポインタの位置から前記所定の距離以内の範囲に２以上のピークが存在する場合には、マウスポインタの位置に最も近いピークが選択される態様とすることができる。 In the second step of the display method, the peak is selected by placing the mouse pointer at a position below a predetermined distance from the peak (maximum position) of the spectrum, or by placing the mouse pointer and clicking. When two or more peaks exist within a range within the predetermined distance from the position of the mouse pointer, the peak closest to the position of the mouse pointer can be selected.
上記表示方法の第１ステップでは、前記スペクトルを波数軸と強度軸を有する２次元グラフで表示し、上記表示方法の第２ステップでは、前記２次元グラフ上に置かれたマウスポインタの位置またはマウスポインタを置いてクリックした位置との間の波数軸方向距離が最も近いピークを選択する態様とすることができる。 In the first step of the display method, the spectrum is displayed in a two-dimensional graph having a wave number axis and an intensity axis, and in the second step of the display method, the position of a mouse pointer placed on the two-dimensional graph or the mouse is displayed. It can be set as the aspect which selects the peak with the shortest distance in the wave number axis direction from the position where the pointer is placed and clicked.
上記表示方法の第１ステップにおいて表示されるスペクトルは、スペクトル強度のピーク値と当該ピーク値に対応する波数の値で構成される離散的なスペクトルデータ関数と、第１ピーク関数（例えばローレンツ関数（スペクトルの広がりを示すもの））とをたたみ込み積分したものとする態様を好ましく実施することができる。 The spectrum displayed in the first step of the display method includes a discrete spectrum data function composed of a peak value of spectrum intensity and a wave number value corresponding to the peak value, and a first peak function (for example, Lorentz function ( It is possible to preferably implement an embodiment in which the spectrum is broadened and integrated.
上記表示方法の第１ステップにおいて表示されるスペクトルは、スペクトル強度のピーク値と当該ピーク値に対応する波数の値で構成される離散的なスペクトルデータ関数と、第１ピーク関数（例えばローレンツ関数（スペクトルの広がりを示すもの））と第２ピーク関数（例えばガウス関数（装置関数を示すもの））とをたたみ込み積分したものとする態様を好ましく実施することができる。 The spectrum displayed in the first step of the display method includes a discrete spectrum data function composed of a peak value of spectrum intensity and a wave number value corresponding to the peak value, and a first peak function (for example, Lorentz function ( It is possible to preferably implement an embodiment in which a convolution of a spectrum peak) and a second peak function (for example, a Gaussian function (a device function)) is performed.
また、本発明のスペクトルの表示方法は、化合物に固有のスペクトルであって計算機によって算出された計算スペクトルと、実測により得られた実測スペクトルとを同一の表示装置に重ねて表示させるものである。 In addition, the spectrum display method of the present invention is a method in which a calculated spectrum calculated by a computer and a measured spectrum obtained by actual measurement are superimposed on the same display device.
本発明は、選択されたピークに対応する分子振動における一つまたは複数の原子の振動の向きと振幅を含む情報（原子振動情報）を表示装置に表示させるステップを含む方法であるため、この方法のユーザが該当ピークに対応する分子振動を直感的かつ視覚的に把握しやすくなり、分光分析におけるマッチング評価を適切に行うことができるようになるものである。 Since the present invention is a method including the step of displaying on a display device information (atomic vibration information) including the vibration direction and amplitude of one or more atoms in the molecular vibration corresponding to the selected peak. This makes it easier for the user to grasp the molecular vibration corresponding to the corresponding peak intuitively and visually, and makes it possible to appropriately perform matching evaluation in spectroscopic analysis.
以下、本発明の実施形態にかかる分子振動の表示方法をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the molecular vibration display method according to the embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited by the following embodiment, and is within a range that can be adapted to the purpose described above and below. It is of course possible to carry out the invention with appropriate modifications, all of which are included in the technical scope of the present invention.
（１）分子振動の表示方法を実行するための装置およびプログラム
図１は本発明にかかる分子振動の表示を実現するためのプログラム構成の例を示すブロック図であり、図２は図１のプログラム構成を実現するためのハードウェアの構成の例を示すブロック図である。まず先に、図２を中心としてハードウェアの構成を説明する。
(1) Apparatus and program for executing molecular vibration display method FIG. 1 is a block diagram showing an example of a program configuration for realizing display of molecular vibration according to the present invention, and FIG. 2 is a program of FIG. It is a block diagram which shows the example of the structure of the hardware for implement | achieving a structure. First, the hardware configuration will be described with reference to FIG.
図２において、ハードウェア２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ２３、入力装置２４、表示装置２５、外部記憶装置２６、記録媒体駆動装置２７、及び通信装置２８を含むパーソナルコンピュータ等で構成することができる。 In FIG. 2, the hardware 20 is a personal computer including a CPU 21, a ROM (Read Only Memory) 22, a RAM 23, an input device 24, a display device 25, an external storage device 26, a recording medium drive device 27, and a communication device 28. Can be configured.
図２において、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１が、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３又は外部記憶装置２６に格納されているプログラムを実行することによって、図１の計算部１に含まれるプログラム構成、即ちスペクトル計算部２、たたみ込み積分部４、表示指令部５、及び可視情報生成部６が機能的に実現され、本発明の実施形態にかかる分子振動の表示を行うことができる。スペクトル蓄積部３としては、ハードディスク等の外部記憶装置２６を使用することができる。 In FIG. 2, a CPU (Central Processing Unit) 21 executes a program stored in a RAM (Random Access Memory) 23 or an external storage device 26, whereby a program configuration included in the calculation unit 1 in FIG. That is, the spectrum calculation unit 2, the convolution integration unit 4, the display command unit 5, and the visible information generation unit 6 are functionally realized, and the molecular vibration according to the embodiment of the present invention can be displayed. As the spectrum storage unit 3, an external storage device 26 such as a hard disk can be used.
入力装置２４は、操作者から各種指令及びデータを入力するために用いられる、キーボードやマウス等のインターフェイス機器である。ＲＯＭ２２にはハードウェア２０の基本的な起動動作を司るプログラムが記憶されている。ハードディスク等の外部記憶装置２６は、分子振動を表示するためのプログラム（以下、「分子振動表示プログラム」と記載する）が記録されており、当該プログラムは必要に応じてＲＡＭ２３にロードされる。記録媒体駆動装置２７は、必要に応じ、分子振動表示プログラムをハードウェア２０の外部から外部記憶装置２６にインストールする際に用いる。記録媒体駆動装置２７は、例えばＣＤ（コンパクトディスク）ドライブ又はＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）ドライブであり、ＣＤやＤＶＤ等のディスクである記録媒体２９に対してデータの記録／再生を行うことができる。記録媒体２９には分子振動表示プログラムが記録されている。なお記録媒体２９を用いなくても、インターネットを経由して分子振動表示プログラムを外部記憶装置２６にインストールすることもできる。 The input device 24 is an interface device such as a keyboard and a mouse used for inputting various commands and data from an operator. The ROM 22 stores a program that controls the basic startup operation of the hardware 20. The external storage device 26 such as a hard disk stores a program for displaying molecular vibrations (hereinafter referred to as “molecular vibration display program”), and the program is loaded into the RAM 23 as necessary. The recording medium drive device 27 is used when installing a molecular vibration display program in the external storage device 26 from outside the hardware 20 as necessary. The recording medium driving device 27 is, for example, a CD (compact disc) drive or a DVD (digital versatile disc) drive, and can record / reproduce data on / from a recording medium 29 that is a disc such as a CD or a DVD. In the recording medium 29, a molecular vibration display program is recorded. Even if the recording medium 29 is not used, the molecular vibration display program can be installed in the external storage device 26 via the Internet.
ＣＰＵ２１は、外部記憶装置２６に記憶された分子振動表示プログラムをＲＡＭ２３上で実行する。表示装置２５は、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬ表示装置であり、各種文字や静止画及び動画等を表示するものである。通信装置２８は、例えばルータやモデム等であり、ハードウェア２０は通信装置２８を介してインターネットに接続されている。 The CPU 21 executes the molecular vibration display program stored in the external storage device 26 on the RAM 23. The display device 25 is, for example, a liquid crystal display panel or an organic EL display device, and displays various characters, still images, moving images, and the like. The communication device 28 is, for example, a router or a modem, and the hardware 20 is connected to the Internet via the communication device 28.
（２）分子振動を表示するための各ステップ
図３は本実施の形態にかかる分子振動の表示方法を示すフローチャートである。図３において、まず、化合物に固有のスペクトルが表示される（第１ステップ：Ｓ１）。次に、そのスペクトルにおいてユーザによりピークの一つが選択される（第２ステップ：Ｓ２）。続いて、選択されたピークに対応する分子振動における一つ又は複数の原子の振動の向きと振幅を含む情報（原子振動情報）が表示される（第３ステップ：Ｓ３）。以下、各ステップの詳細について説明する。
(2) Steps for Displaying Molecular Vibration FIG. 3 is a flowchart showing a molecular vibration display method according to this embodiment. In FIG. 3, first, a spectrum unique to the compound is displayed (first step: S1). Next, one of the peaks in the spectrum is selected by the user (second step: S2). Subsequently, information (atomic vibration information) including the vibration direction and amplitude of one or a plurality of atoms in the molecular vibration corresponding to the selected peak is displayed (third step: S3). Details of each step will be described below.
（２−１）第１ステップ：スペクトル表示ステップ
まず、表示装置２５にラマンスペクトルや赤外吸収スペクトルなど、化合物に固有のスペクトルを表示させる。図４は、表示装置２５に表示させるスペクトルの一例である。ここでは、計算によって得られたラマンスペクトルを示している。図４の横軸は波数を示しており、縦軸はラマンスペクトルの相対的な強度を示している。
(2-1) First Step: Spectrum Display Step First, a spectrum unique to a compound such as a Raman spectrum or an infrared absorption spectrum is displayed on the display device 25. FIG. 4 is an example of a spectrum displayed on the display device 25. Here, the Raman spectrum obtained by calculation is shown. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the wave number, and the vertical axis indicates the relative intensity of the Raman spectrum.
ラマンスペクトルデータは、図１に示すようにスペクトル計算部２によって算出し、その結果をスペクトル蓄積部３の第１計算結果蓄積領域３ａに蓄積しておくことができる。計算部２における計算方法としては第一原理計算など、公知の手法を用いることができる。なお第一原理計算とは一般に量子力学の原理に基づいて、基本物理量（時間、長さ、質量、電流、温度、質量等の他の物理量だけでは導けない量）から目的の物性量を理論的に計算することをいう。 The Raman spectrum data can be calculated by the spectrum calculation unit 2 as shown in FIG. 1 and the result can be stored in the first calculation result storage region 3 a of the spectrum storage unit 3. As a calculation method in the calculation unit 2, a known method such as a first principle calculation can be used. In general, first-principles calculations are based on the principles of quantum mechanics, and theoretically calculate the desired physical properties from basic physical quantities (quantities that cannot be derived from other physical quantities such as time, length, mass, current, temperature, and mass). It means to calculate.
第１計算結果蓄積領域３ａに蓄積されているラマンスペクトルデータを図４のように表示装置２５にて表示することも可能である。しかし、図４からわかるように計算によって得られたラマンスペクトルは、実測によって得られるスペクトルとは異なり離散的であるため、ラマン分光法による物質の同定作業を行うユーザにとっては、図４をラマンスペクトルとしては把握しにくい。 The Raman spectrum data stored in the first calculation result storage region 3a can be displayed on the display device 25 as shown in FIG. However, as can be seen from FIG. 4, the Raman spectrum obtained by calculation is discrete, unlike the spectrum obtained by actual measurement, and therefore, for a user who performs identification work of a substance by Raman spectroscopy, FIG. As it is difficult to grasp.
そこで、連続的なラマンスペクトルを擬似的に表示するために、第１計算結果蓄積領域３ａに蓄積されている離散的なラマンスペクトルデータ関数とラマンスペクトルの広がりを示す第１ピーク関数をたたみ込み積分（コンボリューション積分）することによって現実のラマンスペクトルの形状に近づけることができる。本発明においてピーク関数とは、所定区間内で最大ピークを有する関数であって、前記所定区間内に他のピークを有する場合であっても、当該他のピークの極大値は前記最大ピークの極大値の１／２以下であるものをいうものとする。前記第１ピーク関数としては例えば、ローレンツ関数、ガウス関数、フォークト関数、あるいは、これらの関数を近似した関数を用いることができる。また、上記第１ピーク関数をたたみ込み積分することに加え、特定のラマン分光装置の装置関数である第２ピーク関数をさらにたたみ込み積分することによって、実際に観測されるラマンスペクトルの形状に一層近づけることができる。第２ピーク関数としては特定のラマン分光装置の装置関数を実測したもの（ラマン散乱光のスペクトル線に比べて、線幅の細い、水銀ランプ、ネオンランプなどの発光スペクトルの測定結果を装置関数として用いることができる）あるいは装置関数を近似したガウス関数を用いることができる。 Therefore, in order to display a continuous Raman spectrum in a pseudo manner, a convolution integral is performed on the discrete Raman spectrum data function stored in the first calculation result storage area 3a and the first peak function indicating the spread of the Raman spectrum. By (convolution integration), it is possible to approximate the shape of an actual Raman spectrum. In the present invention, the peak function is a function having a maximum peak within a predetermined interval, and even if the peak has another peak within the predetermined interval, the maximum value of the other peak is the maximum of the maximum peak. It shall mean that whose value is 1/2 or less. As the first peak function, for example, a Lorentz function, a Gaussian function, a Forked function, or a function approximating these functions can be used. In addition to the convolution integration of the first peak function, the shape of the actually observed Raman spectrum is further increased by further convolution integration of the second peak function, which is the device function of a specific Raman spectroscopic device. You can get closer. As the second peak function, an actual measurement of the device function of a specific Raman spectroscopic device (the measurement result of the emission spectrum of a mercury lamp, neon lamp, etc., which has a narrower line width compared to the spectrum line of Raman scattered light) Or a Gaussian function approximating the device function can be used.
さらに、ユーザが装置関数を適宜変形して使用できるように、装置関数を入力できる構成とすることが好ましい。例えば、装置関数として、ガウス関数を用いることを選択し、その半値全幅を変更できるようにユーザが設定できる定数を設けることができる。これにより、ユーザが所有する装置で測定した結果に近いスペクトルを表示することができる。 Furthermore, it is preferable that the device function can be input so that the user can appropriately modify the device function. For example, it is possible to select a Gaussian function as a device function and provide a constant that can be set by the user so that the full width at half maximum can be changed. Thereby, the spectrum close | similar to the result measured with the apparatus which a user owns can be displayed.
なお、上記第１ピーク関数の説明において記載したラマンスペクトルの広がりは、エネルギー準位の寿命、分子の衝突、物質の温度などの条件に起因して生じるものである。 The broadening of the Raman spectrum described in the description of the first peak function is caused by conditions such as the energy level lifetime, molecular collision, and the temperature of the substance.
他方、測定装置に起因するラマンスペクトルの広がりは、該装置により決まるガウス関数に依存するものであり、試料から放射された電磁波が測定装置に辿り着くまでの間に受けるスペクトルの広がりを示すものである。 On the other hand, the broadening of the Raman spectrum caused by the measuring device depends on the Gaussian function determined by the device, and shows the broadening of the spectrum received before the electromagnetic wave radiated from the sample reaches the measuring device. is there.
上記のたたみ込み積分は、図１のたたみ込み積分部４において実現される。たたみ込み積分部４では、半値全幅を例えば８ｃｍ−１としたローレンツ関数及びガウス関数を用いてたたみ込み積分を行うことができるが、想定するラマン分光装置によっては、適宜ガウス関数の半値全幅を変更することができる。たたみ込み積分が完了した連続的なラマンスペクトルデータは、第２計算結果蓄積領域３ｂに蓄積される。 The above convolution integration is realized in the convolution integration unit 4 of FIG. The convolution integration unit 4 can perform convolution integration using a Lorentz function and a Gaussian function with a full width at half maximum of, for example, 8 cm −1. can do. The continuous Raman spectrum data for which the convolution integration has been completed is stored in the second calculation result storage region 3b.
表示指令部５は、第１計算結果蓄積領域３ａに蓄積されたラマンスペクトルデータや第２計算結果蓄積領域３ｂに蓄積されたラマンスペクトルデータを、表示装置２５に表示させるための信号処理機能を有するものである。 The display command unit 5 has a signal processing function for causing the display device 25 to display the Raman spectrum data accumulated in the first calculation result accumulation region 3a and the Raman spectrum data accumulated in the second calculation result accumulation region 3b. Is.
以下、上述の第一原理計算からたたみ込み積分までの計算について式を用いて説明する。第一原理計算によってラマンスペクトルを計算すると、表１のように複数の振動数及び強度の組み［Ｋｉ，Ｉｉ］が得られる。 Hereinafter, calculations from the above-described first principle calculation to convolution integration will be described using equations. When the Raman spectrum is calculated by the first principle calculation, a plurality of combinations of frequencies and intensities [K i , I i ] are obtained as shown in Table 1.
ここで、ローレンツ関数（下記式（１））を用いてスペクトルをグラフ表示する場合、表示するグラフをｙ＝ｆ（ｘ）とすると、下記式（２）のように表される。なお下記式（２）は、ｘ軸方向にＫｉだけずらしたローレンツ関数に強度Ｉｉを乗じたものを、ピークの数だけ足し合わせたものである。 Here, when the spectrum is displayed in a graph using the Lorentz function (the following equation (1)), if the graph to be displayed is y = f (x), it is expressed as the following equation (2). The following equation (2) is obtained by adding the intensity I i to the Lorentz function shifted by K i in the x-axis direction and adding the number of peaks.
上式（２）をたたみ込み積分の形式で表示すると、下記式（３）となる。なお、該たたみ込み積分の結果をグラフ化すると後述の図５のようになる。 When the above equation (2) is displayed in the form of convolution integral, the following equation (3) is obtained. The result of the convolution integration is graphed as shown in FIG.
上式（３）において、δ（ｘ）はディラックのデルタ関数を表し、「＊＊」はたたみ込み積分の記号である。また、上式（３）におけるＩｉδ（ｘ−Ｋｉ）がスペクトルデータ関数に相当する。図５は、第１計算結果蓄積領域３ａに蓄積された離散的なラマンスペクトルデータに対してローレンツ関数をたたみ込み積分して取得した連続的なラマンスペクトルを示すものである。図５に示されるように、ラマンスペクトルの各ピークの波形が連続的に広がっており、ユーザはこれがラマンスペクトルであると認識しやすくなる。 In the above equation (3), δ (x) represents a Dirac delta function, and “**” is a symbol of convolution integration. Further, I i δ (x−K i ) in the above equation (3) corresponds to a spectral data function. FIG. 5 shows a continuous Raman spectrum obtained by convolving and integrating a Lorentz function with respect to discrete Raman spectrum data accumulated in the first calculation result accumulation region 3a. As shown in FIG. 5, the waveform of each peak of the Raman spectrum continuously spreads, and the user can easily recognize that this is a Raman spectrum.
なお、装置関数を考慮する場合には、ガウス関数Ｇ（ｘ）をさらにたたみ込んだ下記式（４）をプロットしグラフ化することもできる。 In the case of considering the device function, the following equation (4) further convoluted with the Gaussian function G (x) can be plotted and graphed.
（２−２）第２ステップ：ピーク選択ステップ
本実施の形態においてユーザに対して表示しようとする分子振動は、ラマンスペクトルの各ピークの波数に対して固有のものである。したがって、本実施の形態における分子振動の表示方法は、いずれの分子振動を表示するかを特定するためのステップとして、上述の第１ステップにおいて表示されたスペクトルのピークの一つをユーザが選択できる第２ステップを有する。以下、選択の一例について図６を用いて説明する。図６はラマンスペクトルのピーク値がユーザによって選択される様子を示す説明図である。
(2-2) Second Step: Peak Selection Step The molecular vibration to be displayed to the user in this embodiment is unique to the wave number of each peak of the Raman spectrum. Therefore, in the molecular vibration display method according to the present embodiment, the user can select one of the peaks of the spectrum displayed in the first step described above as a step for specifying which molecular vibration to display. It has a second step. Hereinafter, an example of selection will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing how the peak value of the Raman spectrum is selected by the user.
図６に示すように、表示装置２５である液晶表示パネルには、図５のラマンスペクトルデータが表示された状態で、ユーザは、マウスポインタＰＴを用いて表示されたラマンスペクトルの所望のピークを選択することができる。 As shown in FIG. 6, the liquid crystal display panel, which is the display device 25, displays the desired peak of the Raman spectrum displayed using the mouse pointer PT while the Raman spectrum data of FIG. 5 is displayed. You can choose.
なおピーク同士が混み合っている場合は、ユーザが意図しないピークが誤って選択されないよう、ピークの選択に一定の条件を設けることが望ましい。例えば、ユーザはラマンスペクトルのピークの頂点から所定の距離以下の位置にマウスポインタＰＴを置くことにより、または、マウスポインタＰＴを置いてクリックすることにより該ピークを選択状態とすることができる。なお、マウスポインタＰＴの位置から上記所定の距離以内の範囲に２以上のピーク頂点が存在する場合には、マウスポインタＰＴの位置に最も近い頂点を含むピークが選択されるようにすることができる。 When the peaks are crowded, it is desirable to set a certain condition for peak selection so that peaks not intended by the user are not selected by mistake. For example, the user can select a peak by placing the mouse pointer PT at a position below a predetermined distance from the peak of the Raman spectrum, or by placing the mouse pointer PT and clicking. When two or more peak vertices exist within the predetermined distance from the position of the mouse pointer PT, the peak including the vertex closest to the position of the mouse pointer PT can be selected. .
また、上記液晶表示パネルにおけるラマンスペクトルのピークの選択方法として以下のようにしてもよい。図７において、ユーザがマウスポインタＰＴを置いてクリックすると、該マウスポインタＰＴの位置を基準とした波数軸方向において隣り合う２つのピークの各々と該マウスポインタＰＴとの波数軸方向距離ａ，ｂのうち、小さい値となる側のピークが選択される。図７の例では、ａ＜ｂであるので、マウスポインタＰＴの左側のピークＳＰが選択されることとなる。 Further, as a method for selecting the peak of the Raman spectrum in the liquid crystal display panel, the following method may be used. In FIG. 7, when the user places the mouse pointer PT and clicks, the distance a, b between the two adjacent peaks in the wavenumber axis direction with respect to the position of the mouse pointer PT and the mouse pointer PT. Among them, the peak having the smaller value is selected. In the example of FIG. 7, since a <b, the peak SP on the left side of the mouse pointer PT is selected.
（２−３）第３ステップ：分子振動表示ステップ
本実施の形態においてユーザに対して表示しようとしている分子振動は、分子に含まれる一つまたは複数の原子の振動を含むものであり、表示装置にはこれらの原子の振動の向きと振幅を含む情報（原子振動情報）が表示される。表示装置には、上述の第２ステップにおいて選択されたピークの波数に対して固有の分子振動（原子振動情報を含む）が表示されるため、ユーザが該当ピークに対応する分子振動を直感的かつ視覚的に把握しやすくなり、分光分析におけるマッチング評価を適切に行うことができるようになるものである。
(2-3) Third Step: Molecular Vibration Display Step The molecular vibration to be displayed to the user in the present embodiment includes vibrations of one or a plurality of atoms included in the molecule. Displays information (atomic vibration information) including the vibration direction and amplitude of these atoms. Since the display device displays a molecular vibration (including atomic vibration information) specific to the wave number of the peak selected in the second step described above, the user can intuitively determine the molecular vibration corresponding to the peak. It becomes easy to grasp visually, and matching evaluation in spectroscopic analysis can be performed appropriately.
以下、第３ステップのより好ましい形態について図面を用いて具体的に説明する。第２ステップによって液晶表示パネル上で一つのピークが選択されると、図１における可視情報生成部６は、選択されたピークに対応する分子振動における原子の振動の向きと振幅を含む情報（例えばベクトル（矢印）や動画）を作成する。さらに表示指令部５は、可視情報生成部６により得られた情報を表示装置２５に表示させる。 Hereinafter, a more preferable form of the third step will be specifically described with reference to the drawings. When one peak is selected on the liquid crystal display panel in the second step, the visible information generating unit 6 in FIG. 1 displays information including the direction and amplitude of atomic vibrations in the molecular vibration corresponding to the selected peak (for example, Create vectors (arrows and videos). Further, the display command unit 5 causes the display device 25 to display information obtained by the visible information generation unit 6.
図８は表示装置２５に表示される分子構造モデルを示す図である。図８に示すように、表示された分子構造モデルにおいて各原子の振動が例えば動画により表される。これにより、ユーザは分子の振動モードを直感的に把握しやすくなる。また各原子の視覚的区別のため、例えば、振幅が最も大きい原子ａｔ１を、他の原子とは異なる色（図８では灰色）で表示することができる。振幅が最も大きい原子ａｔ１が複数存在する場合も同じである。また、振幅が最も大きい原子ａｔ１以外の各原子ａｔ２，ａｔ３については、それぞれ例えば半透明、白色等で表示することができる。なお、図８では便宜上原子ａｔ２の表示色を黒色として表示し、原子ａｔ３を外形線のみで表している。なお、本発明において、「異なる色」とは、彩度、明度、及び色相の少なくとも一つが異なる色を指すものとする。 FIG. 8 is a diagram showing a molecular structure model displayed on the display device 25. As shown in FIG. 8, the vibration of each atom in the displayed molecular structure model is represented by a moving image, for example. This makes it easy for the user to intuitively grasp the vibration mode of the molecule. Further, for visual distinction of each atom, for example, the atom at1 having the largest amplitude can be displayed in a color different from other atoms (gray in FIG. 8). The same applies when there are a plurality of atoms at1 having the largest amplitude. Further, the atoms at2 and at3 other than the atom at1 having the largest amplitude can be displayed in, for example, translucent or white. In FIG. 8, for convenience, the display color of the atom at2 is displayed as black, and the atom at3 is represented only by the outline. In the present invention, “different colors” refer to colors that differ in at least one of saturation, brightness, and hue.
上記のように、分子構造モデルを動画により示す方法のほか、各原子ａｔ１，ａｔ２，ａｔ３の振動ベクトル（振動の向き及び振幅）は、各原子の配置位置を始点とするベクトルｖｔ１，ｖｔ２，ｖｔ３を用いて表示することもできる。 As described above, in addition to the method of showing the molecular structure model as a moving image, vibration vectors (vibration directions and amplitudes) of the atoms at1, at2, and at3 are vectors vt1, vt2, and vt3 starting from the arrangement positions of the atoms. Can also be displayed.
以上の通り、本発明によれば、ユーザにより選択されたピークに対応する分子振動における一つまたは複数の原子の振動の向きと振幅を含む情報（原子振動情報）を表示装置に表示させるステップを含む方法であるため、本発明の表示方法のユーザは、ピークと分子振動との対応関係を視覚的に把握しやすくなる。また、原子振動情報を表示する際に、分子構造モデルを用いて表示することによって、ユーザは分子振動の状態を直感的に理解しやすくなる。 As described above, according to the present invention, the step of causing the display device to display information (atomic vibration information) including the vibration direction and amplitude of one or more atoms in the molecular vibration corresponding to the peak selected by the user. Therefore, it is easy for the user of the display method of the present invention to visually grasp the correspondence between the peak and the molecular vibration. In addition, when displaying atomic vibration information, by using a molecular structure model, the user can easily understand the state of molecular vibration intuitively.
（３）その他
図９に示すように、計算により算出された計算スペクトル（点線）と、ラマン分光装置で測定された実測スペクトル（実線）とを同一の表示装置の同じグラフ上に重ねて表示することにより両者を視覚的に比較することができ、それによって物質の同定作業が容易になる。より詳細には、図９（ａ）は、計算スペクトルとして離散的なラマンスペクトルデータ（式（１））を表示したものであり、図９（ｂ）は、計算スペクトルとして上記式（４）を表示したものであり、（ｃ）は、計算スペクトルとして下記式（６）を表示したものである。
(3) Others As shown in FIG. 9, the calculated spectrum (dotted line) calculated by calculation and the actually measured spectrum (solid line) measured by the Raman spectroscopic device are displayed on the same graph of the same display device. Thus, the two can be visually compared, thereby facilitating identification of the substance. More specifically, FIG. 9A shows discrete Raman spectrum data (formula (1)) as a calculated spectrum, and FIG. 9B shows the above formula (4) as a calculated spectrum. (C) shows the following equation (6) as a calculated spectrum.
図９（ｂ）の場合、すなわち、上記式（４）に示したように離散的なスペクトルデータ関数Ｌ（ｘ）と、第１ピーク関数と第２ピーク関数とをたたみ込み積分した関数ｙを計算スペクトルとして表示する場合、第２ピーク関数として、実測スペクトルを測定するのに用いたラマン分光装置の装置関数（あるいは装置関数と同程度の半値全幅（±１０％以内が好ましい）をもったガウス関数）を用いることで、計算スペクトルと実測スペクトルのピークの半値全幅を同程度に揃えることができ、両者の比較がいっそう容易になる。 In the case of FIG. 9B, that is, a function y obtained by convolving and integrating the discrete spectral data function L (x), the first peak function, and the second peak function as shown in the above equation (4). When displayed as a calculated spectrum, the Gaussian having the device function of the Raman spectroscopic device used to measure the measured spectrum (or the full width at half maximum (preferably within ± 10%) of the device function) as the second peak function. Function), the full width at half maximum of the peak of the calculated spectrum and the actually measured spectrum can be made equal, and the comparison between the two becomes easier.
なお、計算スペクトルと実測スペクトルでは波数軸のスケール（縮尺）が一致しない場合があるため、計算スペクトルの波数軸のスケールを修正して表示することが望ましい。具体的には、スケール修正前の計算スペクトルを下記式（５）とすると、スケールを修正した後の式は、下記式（６）となる。なお、式（５）の右辺は式（３）あるいは式（４）の右辺を用いることができるが、ここでは式（４）の右辺を用いた。 In addition, since the scale (scale) of the wavenumber axis may not match between the calculated spectrum and the actually measured spectrum, it is desirable that the wavenumber axis scale of the calculated spectrum is corrected and displayed. Specifically, when the calculated spectrum before the scale correction is represented by the following formula (5), the formula after the scale is corrected is represented by the following formula (6). In addition, although the right side of Formula (3) or Formula (4) can be used for the right side of Formula (5), the right side of Formula (4) was used here.
ここでｔはスケーリングファクター（縮尺因子）である。スケーリングファクターはユーザが入力できるようにするか、あるいは、計算によって、計算スペクトルと実測スペクトルの重なりが最も大きくなるように最適化して求めることもできる。式（６）を表示した図９（ｃ）を見て分かるように、計算スペクトルと実測スペクトルは、一致度が高い状態で得られる。 Here, t is a scaling factor (scale factor). The scaling factor can be input by the user, or can be obtained by optimization so as to maximize the overlap between the calculated spectrum and the actually measured spectrum. As can be seen from FIG. 9C displaying the equation (6), the calculated spectrum and the actually measured spectrum are obtained with a high degree of coincidence.
以上、本発明の実施形態ではラマンスペクトルを用いた例について説明したが、スペクトルはラマンスペクトルに限定されるものではなく、赤外吸収スペクトル等の他のスペクトルを用いて分子振動表示を行うことも勿論可能である。 As described above, the embodiment using the Raman spectrum has been described in the embodiment of the present invention. However, the spectrum is not limited to the Raman spectrum, and molecular vibration display may be performed using another spectrum such as an infrared absorption spectrum. Of course it is possible.
１ 計算部
２ スペクトル計算部
３ スペクトル蓄積部
３ａ 第１計算結果蓄積領域
３ｂ 第２計算結果蓄積領域
４ たたみ込み積分部
５ 表示指令部
６ 可視情報生成部
２４ 入力装置
２５ 表示装置
ａｔ１，ａｔ２，ａｔ３ 原子
ＰＴ マウスポインタ
ｖｔ１，ｖｔ２，ｖｔ３ ベクトル
Ｓ１ 第１ステップ
Ｓ２ 第２ステップ
Ｓ３ 第３ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Calculation part 2 Spectrum calculation part 3 Spectrum storage part 3a 1st calculation result storage area 3b 2nd calculation result storage area 4 Convolution integration part 5 Display command part 6 Visible information generation part 24 Input device 25 Display apparatus at1, at2, at3 Atom PT mouse pointer vt1, vt2, vt3 vector S1 first step S2 second step S3 third step
Claims (12)
化合物に固有のスペクトルを表示装置に表示させる第１ステップと、
表示されたスペクトルのピークの一つを選択する第２ステップと、
選択されたピークに対応する分子振動における一つまたは複数の原子の振動の向きと振幅を含む情報（以下、「原子振動情報」と記載する）を表示装置に表示させる第３ステップを有することを特徴とする分子振動の表示方法。 A display method of molecular vibrations,
A first step of causing a display device to display a spectrum unique to the compound;
A second step of selecting one of the peaks of the displayed spectrum;
Including a third step of displaying information including the direction and amplitude of vibration of one or more atoms in the molecular vibration corresponding to the selected peak (hereinafter referred to as “atomic vibration information”) on a display device. A characteristic molecular vibration display method.
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