JPH0679060B2 - 混合物の組成分析におけるデータ処理方法 - Google Patents

混合物の組成分析におけるデータ処理方法

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JPH0679060B2 JP1011566A JP1156689A JPH0679060B2 JP H0679060 B2 JPH0679060 B2 JP H0679060B2 JP 1011566 A JP1011566 A JP 1011566A JP 1156689 A JP1156689 A JP 1156689A JP H0679060 B2 JPH0679060 B2 JP H0679060B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的; (産業上の利用分野) この発明は、試料化合物の標準データを検索して化学シ
フト値に対するピーク強度値を呈示する13C-NMRスペク
トルの測定から、混合物を成分化合物に同定分析するシ
ステムによる混合物の組成分析における標準データ若し
くは測定データの処理方法に関する。
(従来の技術) 通常、混合物を組成分析するには、その各成分が分離可
能な場合、カラムクロマトグラフィ,ガスクロマトグラ
フィ,高速液体クロマトグラフィ等によって行なわれ
る。しかし、各成分の分離が困難な対象や構造が大きく
異なる物質を同時分析する場合には、それらの適用が不
能である為に他の方法に依らねばならない。
そこで、最近は磁気共鳴を利用した物質構造の分析に有
効な核磁気共鳴(NMR)や、電子常磁性共鳴(ESR)等の
研究・開発が各分野に進展している。これらは、磁気モ
ーメントを持つ粒子のエネルギー準位が静磁界中におい
て分離しているとき、その分離間隔に対応する振動数
(周波数)を有した振動磁界や電磁波との間で共鳴を生
ずる原理によるものである。しかし、検知レベルの性質
上、磁気センサとしてより一般的に使用されるのは核磁
気共鳴であり、その他はもっと微視的な原子レベルの磁
気量を標準化するために用いられている。
ここで、核磁気共鳴が化学的分析に適用された13C-NMR
1H-NMRの装置に関して、第5図のフーリエ変換用核磁
気共鳴(FT−NMR)装置に基づいて説明する。このFT−N
MR装置は、先ず可変型の同期信号cを得る為に、高周波
発振器1からの周波数信号aとパルス発生器3からの所
定周期の矩形パルス信号bとをゲート2で同期化する。
CPU9は高周波発振器1及びパルス発生器3の周波数を可
変制御しており、同期信号cは電力増幅器4により増幅
同期信号dとなって試料Wに送伝される。試料Wは、磁
極N及びSによる静磁界中に13Cや1Hを天然存在比に含
有する溶化状態で設定されており、所定の周波数を含む
増幅信号dを受けて共鳴を生ずることにより、その共鳴
信号d′が検出器5へ放出伝送されるようになってい
る。
尚、検出器5では予め例えば試料化合物に対する化学シ
フト値と、13Cや1Hを含有した核磁気共鳴によるピーク
強度の分布からその構造パラメータを得る為のスペクト
ル領域毎の積分値の関係である試料物質に固有な核磁気
共鳴のスペクトルとの情報を得ておき、CPU9との間で試
料Wを13C-NMRスペクトルや1H-NMRスペクトルの測定と
して検索同定を行なうように構成することが可能になっ
ている。しかし、1H-NMRを用いた場合はスペクトル線が
複雑となってしまい、化合物や混合物の組成分析には適
用し難い。一方、13C-NMRを用いた場合は、例えば有機
化合物中の1つの炭素に対して、1本のスペクトル線が
対応するので解析し易く、化合物や混合物の組成分析と
して有効である為、ここでは13C-NMRに留意する。
更に、検出器5によって検出された共鳴波形eは微小で
あるため、増幅器6によって増幅して増幅共鳴波形と
し、フィルタ7を通してノイズ成分を除去した後、検出
共鳴波形gを得ている。又、CPU9によって演算処理する
都合から、検出共鳴波形gがデジタル検出共鳴波形hと
して伝送されるように、A/D変換器8で量子化する。こ
うしてCPU9にデジタル検出共鳴波形hが入力され得るよ
うになるが、元のアナログ信号である検出共鳴波形gを
復元する為、D/A変換器10を通す前にフーリエ変換(F
T)が行なわれる。このフーリエ変換(FT)は、試料W
13C-NMRスペクトルを得る為に、CPU9がデジタル検出
共鳴波形hに関する時間関数の連続的な周波数成分を化
学シフト値が対応された核磁気共鳴のスペルトルから求
める基本処理である。こうして、D/A変換器10からは所
定周波数信号aに基づく試料Wの検出共鳴波形gが、そ
の共鳴周波数を含むスペクトル線に基づく化学シフト値
のピーク強度信号として検出され、これをディスプレイ
12で表示しながらレコーダ11で記録することによって、
試料Wが成分として有する各化合物に固有なピーク強度
の分布が化学シフト値に従属されるようになる。
このようなFT−NMR装置により、化合物の共鳴スペクト
ル分析結果に化学シフト値を導入した13C-NMRスペクト
ルの測定が容易な現在においては、既に有機化合物は勿
論、一部の混合物に対しても予め標準データを作成して
おくことにより、コンピュータ(CPU9)を用いてその標
準データに基づく検索から組成分析する方法が実施され
ている。
(発明が解決しようとする課題) 上述のような予め作成された標準データに基づいて混合
物の組成分析を行なう場合、必然的にデータベースの質
が問題になる。
一般に、測定試料に対するNMRスペクトルの測定におい
ては、測定試料の各原子核の結合状態や磁気モーメント
の配列状態、或いは環境条件の影響等によって共鳴吸収
線の様子が変動する。例えば試料化合物や試料混合物に
対して13C-NMRスペクトルを測定する場合、化学シフト
値に関しては各成分物質に固有性が認められるのである
が、それらに対する測定データや標準データのピーク強
度は不安定であり、これを改善して簡易化が行ない得る
ような組成分析用のデータ処理方法の出現が望まれてい
た。
この発明はかかる事情よりなされたものであり、この発
明の目的は、13C-NMRスペクトルの測定に呈示される化
学シフト値に対するピーク強度の分布に留意し、これを
所定規則に従って処理してスペクトルデータの波形を整
形して標準データを作成したり、測定試料に対する測定
データとすることにより、13C-NMRスペクトルに基づく
組成分析が確実に行ない得るようなデータ処理方法を提
供することにある。
発明の構成; (課題を解決するための手段) この発明は、試料化合物の13C-NMRスペクトルを測定し
て標準データを作成し、試料混合物に対する前記13C-NM
Rスペクトルの測定から前記標準データに基づいて前記
試料混合物を検索同定するシステムによる混合物の組成
分析におけるデータ処理方法に関するもので、この発明
の上記目的は、前記13C-NMRスペクトルの測定が呈示す
る化学シフト値に対するピーク強度の分布に対し、前記
化学シフト値の所定間隔を単位とする第1間隔と、この
第1間隔よりも狭い第2間隔とを設定し、前記ピーク強
度の分布の近隣相互間隔が前記第1間隔以上の場合には
無処理とし、前記第2間隔以上で前記第1間隔未満の場
合には加算処理し、前記第2間隔未満の場合には最大ピ
ーク強度以外を削除処理するようにして前記ピーク強度
の分布の全部を前記第1間隔以上の単一ピーク強度と
し、前記各処理後の化学シフトを用いて前記標準データ
を作成すると共に、前記試料混合物に対する前記13C-NM
Rスペクトルの測定データとすることによって達成され
る。
(作用) この発明は、試料化合物や試料混合物に対する13C-NMR
スペクトルの測定結果から組成分析を確実に行ない得る
ように、標準データ若しくは測定データに対し前処理的
なデータ処理を施して上記各データを簡易化するもので
ある。即ち、13C-NMRスペクトルの測定に呈示される化
学シフト値に対するピーク強度の分布のうち、近接した
ピークをデータ処理の対象にするもので、これには所定
化学シフト値間隔に相当する少なくとも大小2種の第1
間隔及び第2間隔を設定する。そして、先ず、第1間隔
に基づいてピーク強度の分布における近接ピークを選定
し、データ処理上の対象を得ることにより、第1間隔及
び第2間隔の区画から生ずる3種の信号にそれぞれ所定
規則に従って無処理,加算処理,削除処理を対応させ、
更に各処理後の各ピーク強度に関するデータ間隔が全て
第1間隔以上となるようにしている。
このようにして、標準データに前処理を施すことによ
り、試料化合物や試料混合物に対する13C-NMRスペクト
ルの測定処理が容易になり、ひいては組成分析の高精度
化が図れる。
(実施例) この発明については、以下に実施例を挙げて詳細に説明
する。
第1図はこの発明の一例として、標準データ作成時若し
くは試料に対する検索時に、13C-NMRスペクトルの測定
における化学シフト値に対するデータ処理を示すフロー
チャートである。
この発明では、試料化合物の実測化学シフト値に対して
データ処理を加えるために、先ずその化学シフト値の所
定間隔を単位として設定する。例えば所定間隔を2つに
して、第1間隔L1を0.10[ppm]、第2間隔L2を0.05[p
pm]に定めるものとする。このような、2つの設定間隔
からは3通りの化学シフト値区分が成立することにな
り、この発明では化学シフト値の3区分に従って所定の
データ処理(無処理を含めて)を行なうようにし、ピー
ク強度の分布の画一化を図っている。しかし、上記間隔
の設定値は測定条件や測定機材によって若干異なる為、
上記数値に限定されるものではなく、あくまで一例に過
ぎないものである。
次に、試料化合物の実測化学シフト値に関する13C-NMR
スペクトルの測定によるピーク強度の各ピーク値に対
し、各ピーク間隔が第1間隔L1内であるか否かの判定を
行ない(ステップS1)、第1間隔L1以上であればピーク
間が広く、ノイズ等であることはないとしてそのまま無
処理とする。また、当該ピーク間隔が第1間隔L1内であ
れば引き続いて第2間隔L2内であるか否かを判定する
(ステップS2)。この判定でピーク間隔が第2間隔L2内
と判定されれば、非常に狭い間にピーク強度が複数有る
ことになるので、そのうちのピーク強度が最大のものを
残して他のピークは削除処理して単一波形とする(ステ
ップS3)。更に、ピーク間隔が第2間隔L2内ではない場
合、つまり第2間隔L2以上で第1間隔L1未満のとき、各
ピーク強度を加算処理して単一波形とする(ステップS
4)。
以上のようにして処理されたデータに対して、この発明
では更に各処理後のピーク間隔が第1間隔L1内であるか
否かを再判定し(ステップS5)、第1間隔L1内となって
いる場合は上記ステップS2にリターンし、第1間隔L1内
となっている場合は当該ピークデータを入力用化学シフ
ト値とする(ステップS6)。
そして、13C-NMRスペクトルの測定データのピーク強度
の分布に対して、上記方法による各処理波形を示すのが
第2図(A)〜(C)である。各図中には設定された第
1間隔L1及び第2間隔L2が化学シフト値に対応して示さ
れており、ピーク間隔が同図(A)ではΔx1、同図
(B)ではΔx2、同図(C)ではΔx3の場合について、
それぞれこの発明の無処理、加算処理、削除処理の様子
を各処理の前後について示している。尚、第2図(A)
〜(C)からは各ピーク強度の分布に関する共鳴振動数
を示すスペクトル線S[Hz]に照合される各ピーク強度
の化学シフト値X[ppm]が、各処理後には同図(A)
の場合を除き、スペクトル線S′[Hz]に対する単一ピ
ークの化学シフト値X′[ppm]として変更されている
様子が判る。
第2図(A)の例では、ピーク間隔Δx1が第1間隔L1に
比べて大きいので(Δx1≧L1)、この場合は無処理であ
り、化学シフト値X及びX′の変更も無く、表示される
スペクトル線S及びS′も同一である。しかし、同図
(B)の例では、ピーク間隔Δx2が第1間隔L1よりも小
さく第2間隔L2よりも大きいので(L2≦Δx2<L1)、こ
の場合は各ピークを加算して単一の波形とするが、各ピ
ークに呈示されていた化学シフト値Xは、その平均値と
してX′に示されるように変更されることになる。従っ
て、スペクトル線Sもこれに伴ってS′から照合値を得
るようにすれば良い。更に、第2図(C)の例では、ピ
ーク間隔Δx3が第2間隔L2よりも小さいので(Δx2<L
2)、この場合は各ピークから最大ピークを残して他を
削除し、各々に示されていた化学シフト値からは最大ピ
ークだけを残してX′に示されるような値に変更し、や
はりスペクトル線Sもこれに伴ってS′から照合値を得
るようにすれば良い。
このように、試料化合物に対する13C-NMRスペクトルで
測定されたピーク強度の分布に対して、この発明の各処
理はピーク数を有意義に減らしており、データ処理上の
簡易化を行ない得るようにする。しかし、この簡易化の
完全性を得るには、上記各処理を経た後のピーク間隔
が、第1間隔L1内であるか否かを再度判定する必要があ
る(ステップS5)。これは、一旦化学シフト値の変更さ
れた各ピーク間隔が、変更後に第1間隔L1内となってし
まう可能性があるからであり、その場合は初めの第1間
隔L1内であるか否かの判定(ステップS1)の後にリター
ンするようにしてループさせる。これにより、ピーク強
度の全分布に対し、近隣相互のピーク間隔を全て第1間
隔L1以上とすることができる。
こうして得られた変更化学シフト値を入力用化学シフト
値とすると共に、それに伴うスペクトルデータの照合値
を得ることによって標準データを修正して全過程が終了
する。又、同様にして、多種の試料化合物に対してもこ
のような処理を行なえば標準データが簡易化され、構造
の異なる複雑な化合物から成る試料混合物に対しても、
成分化合物の検索同定を行ない得るような試料化合物の
標準データの作成が可能になる。又、上述では標準デー
タに対するデータ処理の例を説明したが、実際の検索測
定データに対しても同様に処理することにより、上記簡
易化された標準データが活かされるようになる。
尚、この発明に設定する化学シフト値の所定間隔である
第1間隔L1は、13C-NMRスペクトルの測定システムにお
ける試料混合物に対する成分同定を誤差無く行ない得る
ような臨界値の近傍に、又第2間隔L2は、検索装置の分
析分解能の近傍になるように設定するのが望ましい。
又、標準データの簡易化によるデータベースの質への影
響に関しては、データ解析上に格段の向上を与える合理
化にはなっても、検索原理の本質的な変容を来す程の危
惧にはならない。更に、上述では間隔L1及びL2の2種で
データ処理を行なうようにしているが、もっと多くの間
隔を設定してデータ処理することも可能である。
最後に、この発明の加算処理及び削除処理のために設け
た化学シフト値の所定間隔の設定に関する背景を、同一
混合物に対して行なった13C-NMRスペクトルの測定結果
によって解析された成分化合物の組成比を例として、そ
れぞれ第3図及び第4図に示して説明する。各図から明
らかなように、この混合物は同じ5種の化合物から生成
されたものであり、13C-NMRスペクトルの測定に呈示さ
れるピーク強度の分布に対して、その化学シフト値[pp
m]の所定間隔を可変させて、この場合は成分化合物の
組成比に関するデータ上の参照試行を図っている。
第3図及び第4図はそれぞれこの発明の第1間隔L1及び
第2間隔L2の設定背景を説明するものに相当し、又それ
ぞれの結果が加算処理と削除処理によって、同じ混合物
に対する13C-NMRスペクトルの測定によるピーク強度の
分布へ施す各間隔設定値に関する適性度を意味してい
る。
即ち、第3図からは第2間隔L2以上でかつ第1間隔L1未
満の場合に施す加算処理の設定が適当であることが、第
4図からは第2間隔L2未満の場合に削除処理した方がデ
ータ処理上に好都合であることが判明する。
尚、各図に設けた総和欄は、厳密には何れも一定値を示
すものであるが、13C-NMRスペクトルの測定のような間
接測定方法から提供されるデータからの解析としては、
この値に重要性は無く、評価として設けた各々の成分化
合物の示す組成比と、その論理値との照合の方にこそ意
味があり、評価判定の良否はその点に留意している。
発明の効果; 以上のようにこの発明によれば、13C-NMRスペクトルの
測定に関する標準データや測定データの処理に際し、ピ
ーク強度の分布に対して微視的な画一処理を施すことに
より、簡易化されたデータ処理を可能にする方法を実現
している。これは標準データや測定データの質の向上と
合理化を図ることにもなり、13C-NMRスペクトルの測定
が構造の異なる化合物から成る試料混合物に対しても高
速で正確な検索同定が行ない得るような、成分化合物に
関するデータ処理方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一例として、13C-NMRスペクトルの
測定に必要な標準データに入力する化学シフト値に対す
るデータ処理を示すフローチャート、第2図(A)〜
(C)はそれぞれピーク強度の分布に関する近隣相互間
隔に対するこの発明の処理を説明するための図、第3図
及び第4図はそれぞれこの発明の処理設定の背景を説明
するために、同一混合物に対する13C-NMRスペクトルの
測定に基づく組成比の解析結果を示す図、第5図はフー
リエ変換用核磁気共鳴の装置を示す図である。 1……高周波発振器、2……ゲート、3……パルス発生
器、4……電力増幅器、5……検出器、6……増幅器、
7……フィルタ、8……A/D変換器、9……CPU、10……
D/A変換器、11……レコーダ、12……ディスプレイ、X,
X′……化学シフト値、S,S′……スペクトル線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料化合物の13C-NMRスペクトルを測定し
    て標準データを作成し、試料混合物に対する前記13C-NM
    Rスペクトルの測定から前記標準データに基づいて前記
    試料混合物を検索同定するシステムによる混合物の組成
    分析におけるデータ処理方法において、前記13C-NMRス
    ペクトルの測定が呈示する化学シフト値に対するピーク
    強度の分布に対し、前記化学シフト値の所定間隔を単位
    とする第1間隔と、この第1間隔よりも狭い第2間隔と
    を設定し、前記ピーク強度の分布の近隣相互間隔が前記
    第1間隔以上の場合には無処理とし、前記第2間隔以上
    で前記第1間隔未満の場合には加算処理し、前記第2間
    隔未満の場合には最大ピーク強度以外を削除処理するよ
    うにして前記ピーク強度の分布の全部を前記第1間隔以
    上の単一ピーク強度とし、前記各処理後の化学シフト値
    を用いて前記標準データを作成すると共に、前記試料混
    合物に対する前記13C-NMRスペクトルの測定データとす
    るようにしたことを特徴とする混合物の組成分析におけ
    るデータ処理方法。
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