DE10026195A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren chemischer Substanzen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren chemischer Substanzen mit den Schritten: DOLLAR A a) Untersuchen einer Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer ersten Untersuchungsmethode und Erfassen eines ersten Satzes charakteristischer Eigenschaften für jede der Referenzsubstanzen, DOLLAR A b) Speichern der ersten Sätze charakteristischer Eigenschaften in einer Referenzdatenbank, DOLLAR A c) Erfassen eines Satzes der charakteristischen Eigenschaften einer zu untersuchenden Substanz mit Hilfe der ersten Untersuchungsmethode, DOLLAR A d) Untersuchen der Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Untersuchungsmethode, um einen zweiten Satz von charakteristischen Eigenschaften für jede der Referenzsubstanzen zu erfassen, der sich von dem ersten Satz charakteristischer Eigenschaften unterscheidet, und Wiederholen der Schritte b und c für die zweite Untersuchungsmethode. DOLLAR A Um ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine noch bessere Unterscheidung verschiedener, wenn auch teilweise sehr ähnlicher Substanzen ermöglicht, werden die folgenden weiteren Schritte vorgeschlagen: DOLLAR A e) Zusammenfassen der ersten und zweiten Sätze von charakteristischen Eigenschaften der Referenzsubstanzen zu einem kombinierten Satz charakteristischer Eigenschaften und Speichern des kombinierten Satzes, DOLLAR A f) Zusammenfassen des entsprechenden kombinierten Satzes von N charakteristischen Eigenschaften für die zu untersuchende ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren chemischer Substanzen mit den folgenden Schritten:

• a) Untersuchen einer Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer ersten Untersuchungsme­ thode und Erfassen eines ersten Satzes charakteristischer Eigenschaften für jede der Referenzsubstanzen,
• b) Speichern der ersten Sätze charakteristischer Eigenschaften in einer Referenzdaten­ bank,
• c) Erfassen eines Satzes der charakteristischen Eigenschaften einer zu untersuchenden Substanz mit Hilfe der ersten Untersuchungsmethode,
• d) Untersuchen der Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer zweiten, von der ersten ver­ schiedenen Untersuchungsmethode, um einen zweiten Satz von charakteristischen Ei­ genschaften für jede der Referenzsubstanzen zu erfassen, der sich von dem ersten Satz charakteristischer Eigenschaften unterscheidet und Wiederholen der Schritte b) und c) bezüglich der zweiten Untersuchungsmethode.

Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung, die zur Durch­ führung eines solchen Verfahrens geeignet ist.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind im Prinzip bereits bekannt. Als Untersuchungsme­ thoden kommen dabei in erster Linie alle spektroskopischen Verfahren, wie z. B. NIR- und IR- Spektroskopie (Spektroskopie im nahen und mittleren Infrarotbereich), Raman-, UV-, NMR-, MS- (Massenspektroskopie), Röntgen-Spektroskopie und Fluorimetrie in Betracht. Die Vorrichtungen weisen entsprechende Spektrometer zur Durchführung der spektroskopischen Untersuchungen auf.

In chemischen Betrieben, die eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer Substanzen herstellen und/oder verwenden, wobei die einzelnen chemischen Substanzen auch in sehr unterschiedli­ cher Form vorliegen können, z. B. fest, flüssig oder gasförmig, grobkörnig, pulverig oder als Blockmaterial, etc., tritt häufig das Problem auf, eine gegebene Substanz genau zu identifizieren. Ein solches Problem kann z. B. dadurch auftreten, daß Beschriftungen von Behältern abfallen, entfernt oder vergessen wurden, daß die Substanzen teilweise verschüttet werden, ohne daß sofort bemerkt wurde, aus welchem Behälter die Substanzen verloren gegangen sind, und schließlich werden entsprechende Untersuchungen auch durchgeführt zur Identitätskontrolle und eventuell Qualitätskontrolle im Prinzip bekannter Substanzen. Dabei gibt es selbstverständlich auch Mischsubstanzen, die jeweils unterschiedliche Anteile verschiedener Grundsubstanzen enthalten. Der konkrete Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) und auch die Tatsache, ob das Material eher pulverförmig oder eher grobkörnig (Morphologie) vorliegt, haben ebenfalls Einfluß auf die im Rahmen einer konkreten Untersuchungsmethode gewonnenen, charakteristi­ schen Eigenschaften, wie z. B. die Form einzelner Banden bzw. Linien und deren Intensität in einem Spektrum. Während bei verschütteten Substanzen und abgefallenen Etiketten das Pro­ blem offensichtlich ist, besteht im übrigen auch permanent die Gefahr, daß z. B. falsche oder fehlerhafte Etiketten verwendet wurden oder eine Verwechslung aufgetreten ist. Im Rahmen eines maximalen Sicherheitsstandards wird daher eine vollständige Kontrolle gefordert (Kontrolle jeder Probe, die weiterverarbeitet wird). D. h. es muß eine sehr viel größere Anzahl Messungen bewältigt werden als bisher üblich. Daher spielt auch die Zeitdauer der Messungen und ihrer Auswertung für die Brauchbarkeit eines Identifikationsverfahrens eine erhebliche Rolle.

Bekanntermaßen haben unterschiedliche Substanzen auch unterschiedliche Spektren, das heißt Linien (Absorptions- oder Emissionslinien) bei unterschiedlichen Wellenlängen und von unter­ schiedlicher Intensität. Die Mehrzahl von Linien bei ganz bestimmten Wellenlängen (Frequen­ zen) sowie auch deren relative Intensität liefern im allgemeinen einen eindeutigen "Fingerab­ druck" für eine gegebene chemische Substanz.

Die Unterschiede zwischen diesen verschiedenen "Fingerabdrücken" werden allerdings umso geringer, je ähnlicher die betreffenden Substanzen einander sind.

Noch ähnlicher werden sich die Spektren von Substanzen, die sich nur durch ihre Morphologie (Kristallstruktur, äußerer Zustand) unterscheiden, beispielsweise wenn ein- und dieselbe Sub­ stanz entweder als massiver Festkörper, als grobkörniges Material oder als feines Pulver vor­ liegt. In diesen Fällen sind die Spektren zwar im Prinzip identisch, jedoch durch Oberflächenef­ fekte beeinflußt. Moleküle und Atome im Inneren eines Festkörpers haben eine andere äußere Umgebung als an der Oberfläche des Festkörpers, so daß durch diese Unterschiede und durch das deutlich unterschiedliche Oberfläche/Volumen-Verhältnis zwischen z. B. grobkörnigem und feinpulverigem Material die Spektrallinien sich entweder verschieben, breiter werden oder auch relative Intensitäten sich verändern.

Weiterhin können die Substanzen, mit denen in der chemischen Industrie umgegangen wird, auch in Form von Mischungen verschiedener chemischer Komponenten vorliegen, so daß sich die Spektren der einzelnen Komponenten überlagert darstellen, wobei aber die relativen Intensi­ täten vom Mischungsverhältnis abhängen. All diese unterschiedlichen Bedingungen erschweren selbstverständlich eine eindeutige Identifizierung von chemischen Substanzen. Eine einzige spektroskopische Messung reicht daher oftmals nicht aus, um anhand des spektroskopischen Ergebnisses sagen zu können, um welche chemische Substanz aus einer Vielzahl von Substan­ zen es sich handelt, zumindest dann nicht, wenn sich unter den in Frage kommenden Substan­ zen auch solche mit sehr ähnlichen Spektren befinden.

Man hat deshalb in der Vergangenheit bereits versucht, die Aussagekraft spektroskopischer Messungen dadurch zu verbessern, daß man unabhängige Spektralmessungen vorgenommen hat, beispielsweise neben einer Infrarot-Spektroskopie auch eine NMR-Spektroskopie (magneti­ sche Kernresonanz). Oftmals wird neben einer IR-Spektroskopie auch eine Raman- Spektroskopie durchgeführt, da beide Spektren komplementäre Informationen enthalten. Die Raman-Spektroskopie liefert zu einer gegebenen Substanz zusätzliche Spektrallinien, die unab­ hängig von denen der IR-Spektroskopie sind, so daß man dadurch einen zusätzlichen Satz von charakteristischen Merkmalen erhält, die zur weiteren Diskriminierung von anderen chemischen Substanzen beitragen können.

Auch dies reicht jedoch nicht immer aus, um chemische Substanzen eindeutig zu identifizieren. Wenn auch der Aggregatzustand, die Farbe oder Korngröße der in Frage kommenden Substan­ zen keinen weiteren Aufschluß über die Identität einer Substanz liefern, bleibt letztlich nur noch eine chemische Analyse als letztes, allerdings sehr aufwendiges Mittel, um eine vorliegende Substanz zu identifizieren.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine noch bessere Unterscheidung verschiedener, wenn auch teilweise sehr ähnlicher Substan­ zen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch ge­ löst, daß es zusätzlich die Merkmale aufweist:

• a) Zusammenfassen der ersten und zweiten Sätze von charakteristischen Eigenschaften der Referenzsubstanzen zu einem kombinierten Satz charakteristischer Eigenschaften und Speichern dieses kombinierten Satzes,
• b) Zusammenfassen des entsprechenden kombinierten Satzes von N charakteristischen Eigenschaften für die zu untersuchende Substanz,
• c) Festlegen eines Maßstabes für die Ähnlichkeit zwischen dem kombinierten Satz charak­ teristischer Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz und dem kombinierten Satz charakteristischer Eigenschaften der Referenzsubstanzen,
• d) Vergleichen des Satzes der charakteristischen Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz mit dem kombinierten Satz von charakteristischen Eigenschaften der Refe­ renzsubstanzen und
• e) Identifizieren der zu untersuchenden Substanz mit einer der Referenzsubstanzen, wenn der Ähnlichkeitsgrad zwischen dem kombinierten Satz der charakteristischen Eigen­ schaften der zu untersuchenden Substanz und dem kombinierten Satz von charakteristi­ schen Eigenschaften für genau eine der betreffenden Referenzsubstanzen einen vorge­ gebenen Schwellenwert überschreitet.

Im Unterschied zu dem Stand der Technik, werden also nicht zwei unabhängige Identifizie­ rungsmessungen vorgenommen, indem der Ähnlichkeitsgrad der zu untersuchenden Substanz mit entsprechenden Referenzsubstanzen jeweils unabhängig ermittelt wird und die Ergebnisse dann miteinander kombiniert werden, sondern die Ergebnisse der Messungen werden zu einem einheitlichen Satz charakteristischer Eigenschaften zusammengefaßt und auf der Basis des ein­ heitlichen Satzes erfolgt erst eine Definition der Ähnlichkeit mit entsprechenden, zu einem ein­ heitlichen Satz kombinierten charakteristischen Eigenschaften von Referenzsubstanzen.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Verknüpfung der Sätze charakteristischer Eigen­ schaften vor einem Ähnlichkeits- bzw. Identitätsvergleich mit Referenzsubstanzen zu einer höhe­ ren Treffergenauigkeit führt als die nachträgliche Kombination von Ergebnisse aus getrennten, unabhängigen Messungen. Insbesondere, wenn die gewählten Untersuchungsmethoden auf sehr unterschiedlichen Prinzipien beruhen, kann es allerdings notwendig sein, eine Datenvorbe­ handlung, -transformation oder -reduktion in der Weise durchzuführen, daß die beiden Sätze charakteristischer Eigenschaften überhaupt sinnvoll zu einem gemeinsamen Satz von Eigen­ schaften zusammengeführt werden können. Solche Datenvorbehandlung, -transformation oder - reduktion können beispielsweise erfolgen in Form einer sogenannten Wavelet-Transformation und im einfachsten Fall durch Erstellen eines Binärstrings für das Vorhandensein bzw. Nichtvor­ handensein bestimmter Eigenschaften. Im Fall eines IR- oder Raman-Spektrums kann also ein­ fach das jeweils untersuchte Frequenz- bzw. Wellenlängenintervall in eine Vielzahl kleiner Seg­ mente aufgeteilt werden und das Vorhandensein einer Spektrallinie in einem gegebenen Seg­ ment gilt dann als gegeben, wenn in diesem Segment der gemessene Spektralwert oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt und die Eigenschaft gilt als nicht vorhanden, wenn der Spektralwert unterhalb dieses Grenzwertes liegt. Auf diese Weise erhält man für das gesamte Spektrum einen sogenannten Binärstring. Dies kann im Prinzip völlig unabhängig von der Meß­ methode durchgeführt werden, so daß Raman-Spektren wie NIR-Spektren in gleicher Weise zu Binärstrings führen, die sehr einfach zu einem einheitlichen Binärstring zusammengefaßt werden können. Auch andere spektrale Messungen könnte man in gleicher Weise in Binärstrings um­ wandeln, so daß sehr einfach ein einheitlicher kombinierter Datensatz erzeugt werden kann. Allerdings geht dabei ein Teil der in dem Spektrum an sich vorhandenen Informationen, nämlich insbesondere die relativen Intensitäten zwischen verschiedenen Linien, verloren. Andere Formen der Datenreduktion bzw. -transformation ermöglichen es jedoch, auch den Informationsgehalt der relativen Intensitäten in den einheitlichen Satz charakteristischer Eigenschaften zu überneh­ men. Hierzu kommt insbesondere die Wavelet-Transformation in Frage, die einer abschnittwei­ sen Fourier-Transformation entspricht.

Darüber hinaus ist es auch möglich, einzelne Abschnitte der Spektren bzw. einzelne Datenwerte oder -bereiche mit unterschiedlichen Wichtungen zu versehen, da Messungen in bestimmten Bereichen womöglich präziser sind als in anderen Bereichen oder da z. B. generell eine Meßme­ thode eine bessere Unterscheidungskraft für eine gegebene chemische Substanz hat als eine andere. Eine solche Achtung kann gegebenenfalls in Abhängigkeit von den erhaltenen Meßwerten bzw. deren Qualität auch automatisch erfolgen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Definition der Ähnlichkeit zweier chemischer Substanzen durch Zuordnen des Satzes von N charakteristischen Eigenschaften zu einem N-dimensionalen Vektor vorgenommen, wobei die Ähnlichkeit durch die Berechnung des Abstandes zwischen zwei entsprechenden Vektoren gegeben ist, die aus zwei zu vergleichen­ den Sätzen charakteristischer Eigenschaften abgeleitet wurden.

Eine Identität wird dann festgestellt, wenn die beiden Vektoren (Vektorspitzen) innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbereiches liegen.

Ein solcher Abstandsbereich wird sinnvollerweise anhand der Referenzsubstanzen in der Weise ermittelt, daß mehrere Muster ein- und derselben Referenzsubstanz mehrfach gemessen wer den und aus diesen verschiedenen Messungen jeweils entsprechende Sätze von charakteristi­ schen Eigenschaften erzeugt werden, die z. B. in Vektoren in einem N-dimensionalen Vektor­ raum umgewandelt werden können. Auf diese Weise ergibt sich eine gewisse Varianz bei der Messung ein- und derselben Substanz. Gegebenenfalls können die Messungen an derselben Substanz auch in unterschiedlichen Morphologien, also z. B. in pulveriger oder grobkörniger Form erfolgen und entweder in die Varianz einbezogen werden oder aber zur Diskriminierung zwischen Pulver und grobkörnigen Materialien getrennten Ähnlichkeitsbereichen zugeordnet werden. Dies setzt selbstverständlich voraus, daß die Varianz von Referenzsubstanzen dersel­ ben Gruppe (derselben Morphologie) nicht größer ist als der Abstand der Mittelwerte der beiden durch die Morphologie unterschiedenen Gruppen von Referenzsubstanzen ist.

Grundsätzlich hat sich aber bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung herausge­ stellt, daß bei einer Erhöhung der Datenbasis, das heißt bei einer Vergrößerung der Zahl N der charakteristischen Eigenschaften und damit einer entsprechenden Erweiterung des Vektorrau­ mes die zu einer gegebenen Referenzsubstanz gemessene Varianz (bei Messungen verschie­ dener Proben ein- und derselben Substanz) weniger stark zunimmt als die Abstände der Mittel­ werte unterschiedlicher, und insbesondere nur geringfügig unterschiedlicher Referenzsubstan­ zen. Die vorherige Kombination und Vereinheitlichung der Datensätze liefert auf diesem Weg über die Statistik einen gewissen "Synergieeffekt".

Wenn eine Unterscheidung (z. B. unterschiedlicher Morphologie einer chemischen Substanz) auf diesem Wege dennoch nicht möglich ist, werden die verschiedenen Referenzsubstanzen sinn­ vollerweise zu einer Identifikationsgruppe zusammengefaßt. Bei der Identifizierung einer konkret zu untersuchenden Substanz, die derselben Identifikationsgruppe zugeordnet wird, kann deren Zuordnung zu einer bestimmten Referenzsubstanz dann gegebenenfalls noch durch zusätzliche Sichtung vorgenommen werden, da sich z. B. grobkörniges und pulveriges Material leicht unter­ scheiden lassen, so daß dann die Zuordnung letztlich doch eindeutig erfolgen kann.

Vor der Erstellung des Satzes charakteristischer Eigenschaften können die Rohdaten der Mes­ sung gegebenenfalls auch noch aufbereitet werden. Z. B. kann oder muß unter Umständen die Korrektur um ein Basis- bzw. Untergrundsignal vorgenommen werden. Dies kann z. B. durch Subtraktion eines Leerkanals oder durch Bilden der ersten oder zweiten Ableitung eines gemes­ senen Spektrums erfolgen. Durch Bilden der ersten Ableitung wird ein konstantes Untergrundsi­ gnal entfernt. Durch Bilden der zweiten Ableitung wird ein Untergrundsignal entfernt, welches über den Spektralbereich hinweg monoton variiert, während die übrigen, aussagekräftigen Struk­ turen des Spektrums im wesentlichen erhalten bleiben.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die Ähnlichkeit zwischen einer zu untersuchenden Substanz und den zugehörigen Referenzsub­ stanzen auf einer Anzeigeeinrichtung visuell, z. B. auf einem zweidimensionalen Tableau, ange­ zeigt wird.

Die Erfindung wird nunmehr erläutert anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehöri­ gen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 die NIR-Spektren dreier chemisch eng verwandter Natriumsalze,

Fig. 2 die Raman-Spektren der Natriumsalze aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Wavelet-Transformation der NIR-Spektren aus Fig. 1, sowie einen vergrö­ ßerten Ausschnitt hieraus,

Fig. 4 die Wavelet-Transformierte des Raman-Spektrums nach Fig. 2,

Fig. 5 die drei Spektren aus Fig. 1 nach einer Binärcodierung,

Fig. 6 die drei Spektren aus Fig. 2 getrennt nach einer Binärcodierung und

Fig. 7 die Kombination der binär codierten Spektren nach den Fig. 1 und 2.

In Fig. 1 erkennt man die NIR-Spektren der Natriumsalze von Pentansulfonsäure (A), Hexan­ sulfonsäure (B) und Heptansulfonsäure (C). Ein Teilbereich der Spektren ist rechts in Fig. 1 vergrößert dargestellt, um die geringfügigen Unterschiede zwischen diesen drei Spektren A, B und C sichtbar zu machen. Dabei ist zu beachten, daß eine vertikale Verschiebung der Spektren oder eine Multiplikation der Spektren mit festen Faktoren normalerweise nicht zur Unterschei­ dung der Spektren beiträgt, da nur die Lage der einzelnen Linien und bestenfalls ihre relativen Intensitäten ein halbwegs verläßlicher Anhaltspunkt für die Identität einer Substanz sind. Demzu­ folge bedeutet die Verschiebung der Linie A gegenüber den Linien B, C kein hinreichendes Un­ terscheidungskriterium.

Wie man sieht, sind die verschiedenen Linien A, B, C einander außerordentlich ähnlich. Dies gilt ebenso für die in Fig. 2 dargestellten Raman-Spektren. Auch hier sind erst in einer rechts dar­ gestellten Ausschnittsvergrößerung an einer Stelle marginale Unterschiede zu erkennen.

Dabei sind z. B. auch die Banden im Raman-Spektrum zwischen 2900 und 3000 cm^-1 zur Aus­ wertung wenig geeignet, da sie sehr intensiv sind, so daß bei der Erfassung die Grenzen des Detektors erreicht werden. Im Bereich zwischen 100 und 500 cm^-1 ist im Prinzip eine Differenzie­ rung der Spektren möglich, jedoch sind die Unterschiede auch hier sehr gering und für eine ein­ deutige Identifizierung innerhalb einer Gruppe von z. B. ca. 1000 Substanzen nicht ausreichend. Eine direkte Kombination beider Spektren ist nicht möglich, da sich die absoluten Intensitäten der Spektren deutlich unterscheiden.

Der einfachste Weg, die beiden Spektren miteinander zu kombinieren und die kombinierten Spektren auszuwerten liegt z. B. in einer Binärcodierung. Eine solche Binärcodierung wurde sowohl für das NIR-Spektrum aus Fig. 1 als auch für das Raman-Spektrum aus Fig. 2 durch­ geführt. Die Ergebnisse der Binärcodierung sind in den Fig. 5 bzw. 6 wiedergegeben. Wegen der Ähnlichkeit der Ausgangsspektren sind selbstverständlich auch die binär codierten Spektren einander immer noch sehr ähnlich. Sie haben jedoch den Vorteil, daß sie unmittelbar miteinan­ der kombiniert werden können, d. h., daß die binär codierten Spektren der Fig. 5 und 6 ohne weiteres in einem gemeinsamen Spektrum dargestellt werden können, wie dies in Fig. 7 ge­ schehen ist. Hierdurch können NIR- und Raman-Spektren gemeinsam ausgewertet werden, wobei sich aus statistischen Gründen eine höhere Signifikanz für eventuell erhaltene Diskriminie­ rungsergebnisse ergibt.

In den Fig. 3 und 4 sind Wavelet-Transformierte des NIR-Spektrums nach Fig. 1 bzw. des Raman-Spektrums nach Fig. 2 dargestellt. Auch in diesem Fall sieht man, daß die Unterschie­ de in den Transformierten relativ gering sind.

Die beiden Transformierten gemäß Fig. 3 und Fig. 4 können jedoch wiederum unmittelbar kombiniert werden und in Kombination miteinander ausgewertet werden, so daß sich hierdurch wiederum eine verbesserte Unterscheidungsmöglichkeit ergibt, auch wenn jedes der Spektren für sich möglicherweise diese Unterscheidung noch nicht eindeutig liefert.

Claims (19)

1. Verfahren zum Identifizieren chemischer Substanzen mit den folgenden Schritten:

• a) Untersuchen einer Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer ersten Untersu­ chungsmethode und Erfassen eines ersten Satzes charakteristischer Eigenschaf­ ten für jede der Referenzsubstanzen.
• b) Speichern der ersten Sätze charakteristischer Eigenschaften in einer Referenzda­ tenbank,
• c) Erfassen eines Satzes der charakteristischen Eigenschaften einer zu untersu­ chenden Substanz mit Hilfe der ersten Untersuchungsmethode
• d) Untersuchen der Gruppe von Referenzsubstanzen mit einer zweiten, von der er­ sten verschiedenen Untersuchungsmethode, um einen zweiten Satz von charak­ teristischen Eigenschaften für jede der Referenzsubstanzen zu erfassen, der sich von dem ersten Satz charakteristischen Eigenschaften unterscheidet, und wieder­ holen der Schritte b und c für die zweite Untersuchungsmethode

gekennzeichnet durch die Merkmale:

• a) Zusammenfassen der ersten und zweiten Sätze von charakteristischen Eigen­ schaften der Referenzsubstanzen zu einem kombinierten Satz charakteristischer Eigenschaften und Speichern des kombinierten Satzes
• b) Zusammenfassen des entsprechenden kombinierten Satzes von N charakteristi­ schen Eigenschaften für die zu untersuchende Substanz,
• c) Festlegen eines Maßstabes für die Ähnlichkeit zwischen dem kombinierten Satz charakteristischer Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz und dem kom­ binierten Satz charakteristischer Eigenschaften der Referenzsubstanzen
• d) Vergleichen des Satzes der charakteristischen Eigenschaften der zu untersuchen­ den Substanz mit dem kombinierten Satz von charakteristischen Eigenschaften der Referenzsubstanzen
• e) Identifzieren der zu untersuchenden Substanz mit einer der Referenzsubstanzen, wenn der Ähnlichkeitsgrad zwischen dem kombinierten Satz der charakteristischen Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz und dem kombinierten Satz von charakteristischen Eigenschaften für genau eine der betreffenden Referenzsub­ stanzen einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Zuordnen mehrerer Refe­ renzsubstanzen zu einer Identifikationsgruppe, wenn der Ähnlichkeitsgrad zwischen dem kombinierten Satz der charakteristischen Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz und dem kombinierten Satz von charakteristischen Eigenschaften gleich­ zeitig für diese mehreren Referenzsubstanzen den vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenredukti­ on für den ersten und/oder zweiten Satz charakteristischer Eigenschaften sowohl für die Referenzsubstanzen als auch für die zu untersuchenden Substanzen vorge­ nommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenreduktion in Form einer Wavelet-Transformation erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenreduktion durch Erstellung eines Binärstrings für das Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein der charakteristischen Eigenschaften erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten oder zweiten Untersuchungsmethoden NIR-Spektroskopie ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten oder zweiten Untersuchungsmethoden Raman-Spektroskopie ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erstellung von Datensätzen und/oder den Vergleich verschiedener Datensätze eine unterschiedliche Wichtung unterschiedlicher Bereiche eines NIR- und/oder Raman- Spektrums erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die De­ finition von Ähnlichkeit/Abstandsbegriffen durch Zuordnen des Satzes mit einer Ge­ samtzahl von N charakteristischen Eigenschaften zu einem N-dimensionalen Vektor und Berechnung des Abstandes zwischen zwei aus zu vergleichenden Sätzen cha­ rakteristischer Eigenschaften abgeleiteten Vektoren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mehrfaches Erfassen des kombinierten Satzes charakteristischer Eigenschaften chemisch und/oder physikalisch gleicher Referenzsubstanzen und Berechnen und Erfassen der sich aus den voneinander abweichenden Ergebnissen ergebenden Varianz.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Festlegen ei­ nes Ähnlichkeitsbereichs in der Weise, daß er um einen Faktor zwischen 1 und 3 größer als die gemessene Varianz ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Festlegen ei­ nes Ähnlichkeitsbereichs in der Weise, daß jede der untersuchten chemisch und/oder physikalisch gleichen Referenzsubstanzen innerhalb des Ähnlichkeitsbe­ reichs liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Zusammen­ fassen mehrerer Referenzsubstanzen zu einer Identifikationsgruppe, wenn die Mit­ telwerte kombinierter Sätze charakteristischer Eigenschaften für diese mehreren Re­ ferenzsubstanzen jeweils in den Ähnlichkeitsbereich einer anderen Referenzsub­ stanz aus derselben Gruppe fallen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Datenkorrektur um ein Basissignal.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissignal durch Bilden der ersten und/oder zweiten Ableitung berücksichtigt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erfassen der Sätze charakteristischer Eigenschaften für eine Vielzahl von potentiell zu untersuchenden Substanzen und durch Vergleich mit allen oder einem Teil der Referenzdatensätze eine Bewertung der Diskriminierungsfähigkeit und/oder Sensibi­ lität des Verfahrens erfolgt, wobei im Falle einer zu niedrigen Diskriminierungsfähig­ keit die Ähnlichkeitskriterien verschärft und im Falle einer zu niedrigen Sensibilität die Ähnlichkeitsanforderungen abgesenkt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ähnlichkeit zwischen einer zu untersuchenden Substanz und den Referenzsubstan­ zen auf einer Anzeigeeinrichtung visuell dargestellt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Substanzen ebenso wie die Referenzsubstanzen Feststoffe sind.

19. Vorrichtung zum Identifizieren chemischer Substanzen mit:

• - Einem NIR-Spektrometer
• - einem Raman-Spektrometer
• - mindestens einem Meßraum mit Einrichtungen zur Aufnahme von NIR und Raman-Spektren
• - einem Speicher zum Erfassen und Abspeichern der Spektraldaten, die je­ weils einer Substanz zugeordnet sind.
• - einem Mikroprozessor und
• - einem gespeicherten Auswertungsprogramm zum Durchführen eines Verfah­ rens nach einem der Ansprüche 1-18.