Automatische Spektrensuche

Die automatische Spektrensuche (engl. library search) ist die Standardmethode um entweder ähnliche Spektren zu finden, oder eine bestimmte Substanz zu identifizieren. Praktisch alle Spektrometerhersteller bieten mit den Geräten eine entsprechende Spektrensuche an, wobei die Qualität der angebotenen Suchalgorithmen sehr stark schwankt.

Die grundlegende Idee zur Spektrensuche beruht auf der Annahme dass ähnliche Spektren von ähnlichen Verbindungen stammen, wobei die Ähnlichkeit von Clerc et al. [Clerc 1988] in diesem Zusammenhang wie folgt definiert wurde: "identical in many aspects relevant in the current context". Daraus lässt sich folgende Strategie zur Spekrensuche ableiten: Man berechne aus einem Spektrum eine ausreichend große Zahl an spektralen Merkmalen und vergleiche diese mit den Merkmalen der Spektren in der Datenbank. Der Vergleich der Merkmale kann im Prinzip mit beliebigen Funktionen durchgeführt werden und muss letztendlich zu einer einzigen Zahl führen, dem Ähnlichkeitsmaß. Die Vergleichsspektren werden nach der Suche entsprechend ihrem Ähnlichkeitsmaß sortiert und als Liste (die sog. "Hitliste") dem Benutzer präsentiert. Aus der Hitliste bekommt man nun Hinweise auf die vermutliche Struktur der analysierten Substanz.

Bei der Spektrensuche sind zwei Fälle zu unterscheiden: (1) die normale Vorwärtssuche und (2) die inverse Suche (engl. reverse search). Während bei der Vorwärtssuche das interessierende Spektrum in einer Datenbank von meist mehr als 100000 Spektren gesucht wird, werden bei der inversen Suche die Datenbankspektren (oder ein Teil davon) im unbekannten Spektrum gesucht. Die häufigste Anwendung einer inversen Suche ist die automatische Auswertung von GC/MS-Aufnahmen einer bekannten und strukturell eng begrenzten Probenserie (z.B. Barbiturate im Blutserum). Hier kann man durch eine kleine spezialisierte Datenbank (z.B. mit allen verfügbaren Barbituratspektren) mit einer inversen Suche schnell alle interessierenden Substanzen im GC/MS finden.

Clerc et. al. 1988