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Regel-Designer

Die funktionellen Gruppen einer chemischen Verbindung verursachen einen oder mehrere zusammenhängende Peaks an bestimmten Positionen in einem IR- oder Raman-Spektrum. Der Analytiker durchsucht die gemessenen IR- oder Raman-Spektren nach markanten Banden. Die zugewiesenen Peaks müssen anschlieߟend einem vermuteten oder bekannten Molekül zugeordnet werden. Eine detaillierte Einführung finden Sie im Kapitel "Übersicht IR-Raman-Analyse".

Die Hauptaufgabe des Regel-Designers liegt in der Aufstellung neuer Interpretations-Regeln und Verwaltung der Regeln nach spektroskopischen Gesichtspunkten. Die Interpretations-Regeln repräsentieren das kodierte Wissen eines erfahrenen Spektroskopikers.

Im Regel-Designer werden Regeln aufgestellt, geändert, gelöscht, kopiert, eingefügt und verwaltet. Der Dialog sieht folgendermassŸen aus:

Baumansicht der Interpretations-Regeln

Die Baumansicht der Interpretations-Regeln (in der linken Hälfte des Fensters) zeigt die Organisationsstruktur der Regeln innerhalb des Regel-Datenbank. Die Regeln können hierarchisch nach folgenden Klassen organisiert werden:

Substanzklasse

Die Substanzklasse ist eine organisatorische Instanz in der die speziellen Eigenschaften einer Gruppe von Substanzen (z.B. Alkohole oder aromatische Hydroxy-Verbindungen) zusammengefügt sind.

Unterklasse

Die Unterklasse ist eine organisatorische Instanz wie die Substanzklasse selbst. In manchen Fällen ist eine Substanzklasse zu allgemein und muss in diverse Unterklassen aufgespalten werden. Zum Beispiel ist die Substanzklasse der aromatischen Hydroxy-Verbindungen in die Unterklassen aromatische Alkohole und Phenol aufgeteilt.

Funktionelle Gruppe

Jede Substanzklasse oder Unterklasse enthält eine Zahl an funktionellen Gruppen, die den Fragmenten in den Molekülen entsprechen. Die funktionellen Gruppen sind für die in den IR- oder Raman-Spektren auftretenden charakteristischen Banden verantwortlich.

Interpretations-Regel

Jeder Bande wird durch eine Interpretations-Regel repräsentiert. Eine Regel ist die kleinste verfügbare Einheit in der Regeldatenbank. Die Eigenschaften der Banden wurden mit verschiedenen Parametern quantifiziert und diese Parameter beschreiben die Form und Charakteristiken der Bande.

Navigation in der Baumansicht des Regel-Designers

Folgende Funktionen sind in der Baumansicht verfügbar:

Erweitern oder Verbergen eines Zweiges

Die Zweige der Baumansicht können durch eine Klick mit der linken Maustaste auf die Symbole oder erweitert oder verborgen werden.

Auswahl eines Zweiges

Bei der Auswahl eines funktionellen Gruppenzweiges wird automatisch die Regel-Tabelle und die Molekülansicht aktualisiert.
Wird eine Substanzklasse oder Unterklasse gewählt, werden die Ansichten und Tabellen gelöscht.

Auswahl mehrerer Zweige

Mehrere Zweige können durch Halten der Strg-Taste bei der Auswahl selektiert werden. Diese Funktion ist nützlich zum Kopieren und Einfügen mehrerer funktioneller Gruppen.

Einfügen einer neuen funktionellen Gruppe, Substanzklasse oder Unterklasse

Eine neues Objekt (Substanzklasse, Unterklasse oder funktionelle Gruppe) kann sehr einfach in den Baum eingefügt werden.

  1. Wählen Sie den Zweig in den das neue Objekt eingefügt werden soll.

  2. Drücken Sie die Taste Einfg um eine Stufe unter dem selektierten Zweig einzufügen.

  3. Geben Sie einen Namen für das neue Objekt ein und drücken Sie die RETURN-Taste um abzuschlieߟen.

Zweig entfernen

Ein Objekt kann leicht entfernt werden.

  1. Wählen Sie das zu löschende Objekt.

  2. Drücken Sie die Taste Entf.

  3. Bestätigen Sie die Rückfrage mit Ja.

Zweig umbenennen

Ein Objekt kann wie folgt umbenannt werden:

  1. Wählen Sie das umzubenennende Objekt.

  2. Drücken Sie die Taste F2.

  3. Geben Sie einen neuen Namen in den hervorgehobenen Zweig ein und drücken Sie die RETURN-Taste um abzuschlieߟen.

  4. Drücken Sie die Taste ESC um die Aktion abzubrechen.

Kopieren und Einfügen von funktionellen Gruppen

Funktionelle Gruppen können innerhalb der Baumansicht kopiert und in eine andere Substanzklasse oder Unterklasse eingefügt werden.

  1. Wählen Sie eine oder mehrere zu kopierende funktionelle Gruppen.

  2. Drücken die Tastenkombination Strg-C um diese in die Zwischenablage zu kopieren.

  3. Wählen Sie eine Ziel-Substanzklasse oder Ziel-Unterklasse in der Baumansicht.

  4. Drücken Sie die Tastenkombination Strg-V um die funktionellen Gruppen einzufügen.

Tabelle der Interpretations-Regeln

Jede funktionelle Gruppe wird durch einen Satz an Regeln charakterisiert, die unten rechts im Dialog in einer Tabelle angezeigt werden. Die Tabelle enthält folgende Eigenschaften:

Name der Schwingung

Benutzerdefinierter Name für die betreffende Bande. Beschreibt die Art der Schwingung wie z.B. O-H stretch or O-H bend.

Anfangs-Wellenzahl

Die Wellenzahl für den Anfang des Intervalls in dem die Bande im Spektrum erwartet wird. Werte müssen in 1/cm Einheiten eingegeben werden.

End-Wellenzahl

Die Wellenzahl für das Ende des Intervalls in dem die Bande im Spektrum erwartet wird. Werte müssen in 1/cm Einheiten eingegeben werden.
 

Das Intervall wird in der Spektrenanalyse verwendet...

Der Spektrenbereich der durch die Anfangs- und End-Wellenzahl festgelegt wird, wird zur Banden Erkennung während der Spektrenanalyse verwendet. Eine manuelle Feinabstimmung kann im Dialog Einstellungen vorgenommen werden. Falls der Bereich nicht eindeutig definiert ist, sollte dort eine allgemeine Abweichung definiert werden bevor die Spektrenanalyse durchgeführt wird.

Schwellwert

Der Schwellwert beschreibt die zu erwartende Intensität einer Bande. Die Intensität wird in den unten aufgeführten Kategorien relativ zu allen Peaks im analysierten Spektrum angegeben. Folgenden Kategorien stehen zur Verfügung:

  • Sehr schwach

  • Schwach

  • Mittel

  • Stark

  • Sehr Stark

  • Variabel
    Bezeichnet eine sehr stark von der chemischen Umgebung abhängige Intensität und diese kann zwischen sehr schwach und sehr stark schwanken.

Der Schwellwert wird in der Spektrenanalyse verwendet...

Der Schwellwert wird zur Banden Erkennung während der Spektrenanalyse verwendet. Eine manuelle Feinabstimmung kann im Dialog Einstellungen vorgenommen werden. Der Schwellwert sollte genau eingestellt sein, bevor eine Spektrenanalyse durchgeführt wird.

Priorität

Die Priorität beschreibt die relative Bedeutung der Bande. In manchen Fällen können Banden, aufgrund der chemischen Umgebung oder anderen experimentellen Bedingungen, nur sehr schwach oder nur gelegentlich auftreten. Die Bedeutung der Bande kann anhand der Erfahrung des Analytikers in folgende Kategorien aufgeteilt werden:

  • Sehr niedrig  (grün)

  • Niedrig (grün)

  • Mittel (grün)

  • Hoch (grün)

  • Sehr hoch (grün)

  • Ausgeschlossen (rot)
    Diese Option besitzt eine besondere Bedeutung und setzt andere Interpretationsregeln der funktionellen Gruppe auğer Kraft, falls die Bedingung erfüllt wird. Mit dieser Option kann eine bestimmte Bande aus einer funktionellen Gruppe ausgeschlossen werden.

Beispiel:

Eine Carbonsäure zeigt ein starkes Signal bei ca. 1690 1/cm (Carbonylgruppe) und ein starkes Signal bei ca. 3500 1/cm (OH-Gruppe). In der Definition der funktionellen Gruppe der Alkohole wird auf keinen Fall eine Carbonylbande erwartet, wohl aber eine OH-Bande. Folglich sollte die Carbonylbande in der Definition der funktionellen Gruppe der Alkohole ausgeschlossen werden. In diesem Fall wird dann die funktionelle Gruppe bei der Analyse ignoriert.

  • Erforderlich (gelb)
    Diese Option hat die gegenteilige Bedeutung der Kategorie ausgeschlossen und setzt andere Regeln der funktionellen Gruppe auğer Kraft falls die Bedingung erfüllt wird. Eine bestimmter Spektrenbereich kann als absolut erforderlich für eine funktionelle Gruppe definiert werden. Es muss mindestens ein Peak in diesem Bereich vorliegen damit die Bedingung erfüllt wird.

    Beispiel:


    Betrachtet man das obige Beispiel, dann sollte bei einem fehlenden starken Signal bei ca. 1690 1/cm keine Carbonylgruppe vorliegen, obwohl anderen Banden eventuell die Regeln der funktionellen Gruppe erfüllen. In diesem Fall sollte diese funktionelle Gruppe bei der Analyse ignoriert werden.

Einfärbung der Spektrenbereiche

Die Banden werden farblich hervorgehoben, um deren Priorität auf einen Blick erkennen zu können:

  • Grüne Farbe
    Alle erwartetenden Banden werden grün hinterlegt. Der Grad der Transparenz zeigt die Priorität an. Deckende Farbe bedeutet hohe Priorität und je durchsichtiger die Farbe wird, desto geringer ist der Priorität der entsprechenden Banden.

  • Gelbe Farbe
    Alle erforderlichen Banden werden gelb hinterlegt.

  • Rote Farbe
    Alle ausgeschlossenen Banden werden rot hinterlegt.

Molekülfragment Ansicht

Im Spektrenfenster des Dialogs werden die aktuellen funktionellen Gruppen als Molekülfragment dargestellt. Das Fragment wird in einer Molekülansicht dargestellt. Einzelheiten finden Sie im Abschnitt "Funktionen der Molekülansicht".

Molekül in eine funktionelle Gruppe einfügen oder ersetzen

Ein oder mehrere Molekülfragmente können in eine funktionelle Gruppe eingefügt werden. Das Molekülfragment muss zuvor in einer entsprechenden Anwendung gezeichnet werden und als Datei im *.mol Format vorliegen. Folgende Methoden stehen zur Verfügung um ein Molekül in eine funktionelle Gruppe einzufügen:

  • Transferieren Sie eine *.mol Datei aus dem Windows Explorer per Drag&Drop in die Spektrenansicht im oberen Teil des Dialogs.

  • Menübefehl Molekül zur funktionellen Gruppe hinzufügen

    1. Wählen Sie Molekül zur funktionellen Gruppe hinzufügen im Menü Regeln..

    2. Wählen Sie eine *.mol Datei im Dateiauswahl-Dialog.

    3. Klicken Sie auf ֖ffnen um das Molekül einzufügen.

Wie erstellt man Moleküle die in funktionellen Gruppen verwendet werden können?

Die Moleküle der funktionellen Gruppen im Regel-Designer benötigen eine bestimmte Form, da der Algorithmus zur Validierung von Spektrum und Molekül das Molekül selbst auf vorhandene funktionelle Gruppen untersucht. Die Moleküle in der Definition jeder funktionellen Gruppe werden mit den zur Validierung vorliegenden Molekülen verglichen. Der Vergleichsalgorithmus benötigt spezielle Definitionen für generische Gruppen und Superatome.

Einzelheiten finden Sie im Kapitel "Moleküldesign für funktionelle Gruppen".

Spektrenansicht mit Platzhaltern für die Interpretationsregeln

Die Spektrenansicht zeigt die Position der Regeln innerhalb des sichtbaren Spektrenbereichs als farbige Rechtecke. Die Farbe ermöglicht Rückschlüsse auf die Priorität der jeweiligen Spektrenregion.

Einzelheiten finden Sie im Abschnitt "Funktionen der Spektrenanzeige".

Positionen der Klassifizierungsregeln in einem Beispielspektrum zeigen...

In manchen Fällen kann es nötig sein, die Positionen der Klassifizierungsregeln für funktionelle Gruppen mit einem Spektrum zu überlagern. Zu diesem Zweck kann ein Spektrum direkt aus einer Datei (*.spc) im MS-Windows Explorer per Drag&Drop in die Spektrenansicht transferiert werden.

Modifikation der funktionellen Gruppen

Ein Standardsatz an Interpretationsregeln in der entsprechenden Hierarchie wird zusammen mit der Software installiert. Zur Anpassung des Regelwerks an persönliche Anforderungen können funktionellen Gruppen oder Moleküle modifiziert, hinzugefügt oder entfernt werden. Zu diesem Zweck sind folgende Optionen verfügbar:

Ąnderungen wirken sich sofort auf die Ergebnisse aus!

Eine Modifikation des Regelwerks verursacht eine sofortige Ąnderung/Anpassung der Ergebnisse. Bitte gehen Sie bei der Ąnderung des Regelwerks vorsichtig vor.

 

Ąnderungen werden automatisch gespeichert!

Durchgeführte Modifikationen werden beim Beenden des Regel-Designer gespeichert. Der Benutzer wird zur Bestätigung der Ąnderungen aufgefordert.

Neue Regel zu einer funktionellen Gruppe hinzufügen

  1. Eine neue Regel kann durch einen Klick mit der linken Maustaste in die leere Zeile (neben dem * Symbol) der Regeltabelle eingefügt werden:

  1. Es wird automatisch eine neue Zeile eingefügt und mit (Null)-Werten gefüllt:

  1. Geben Sie in jede Spalte gültige Werte oder wählen Sie einen Wert aus einer Dropdown-Box (falls vorhanden).

  2. Durch Drücken der RETURN-Taste oder durch Klicken der linken Maustaste wird die aktuelle Zeile verlassen und die Interpretations-Regel automatisch aktualisiert.

Regel einer funktionellen Gruppe bearbeiten

  1. Eine Regel kann durch einen Klick mit der linken Maustaste in das gewünschte Feld modifiziert werden.

  2. Geben Sie gültige Werte in das Feld ein oder wählen Sie einen Wert aus einer Dropdown-Box (falls vorhanden).

  3. Verlassen Sie das Feld mit der RETURN-Taste oder durch einen Klick mit der linken Maustaste auf eine weiteres Feld. Die Interpretationsregel wird automatisch aktualisiert.

Regel einer funktionellen Gruppe löschen

  1. Positionieren Sie den Mauszeiger in dem dunkelblauen Bereich auf der linken Seite der Regeltabelle.

  2. Klicken Sie mit der linken Maustaste um eine Zeile in der Tabelle auszuwählen.

  3. Drücken Sie die Entf-Taste um die Zeile zu löschen.

  4. Bestätigen Sie die Rückfrage mit dem Ja Button.