NMRチャートシミュレーターを作った
NMRの測定点が少ない場合にどのようなチャートになるのかを試してみたいと友人に言われたので、作製しました。
仕様
測定点数、ピークを表示する位置、分裂幅、を指定すると、NMRチャートのようなチャートを生成します。
ipywidgetsを利用しているため、Jupyter Notebook環境(Google Colaboratry)が必要です。
ソースコード
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from ipywidgets import interact, FloatSlider, FloatLogSlider
def make_NMR_chart(range_max, N, peaktops):
"""
Generate an NMR (Nuclear Magnetic Resonance) chart.
Parameters:
- range_max (float): The maximum range of the NMR chart.
- N (int): The number of data points in the NMR chart.
- peaktops (list): A list of peak frequencies for the NMR chart.
Returns:
- freq (ndarray): The frequency values of the NMR chart.
- signal_positive (ndarray): The positive part of the NMR signal.
"""
mesuring_time = N / range_max / 2
t = np.linspace(0, mesuring_time, N, endpoint=False)
signal = np.zeros(N)
for peak in peaktops:
signal += np.cos(2 * np.pi * peak * t)
signal *= np.exp(-0.4 * t)
# Add Gaussian noise (noise intensity is specified by the second argument)
signal += np.random.normal(0, 0.01, N)
signal_positive = np.real(np.fft.fft(signal))[:N//2]
freq = np.fft.fftfreq(N, 1 / range_max / 2)[:N//2]
return freq, signal_positive - np.min(signal_positive) / np.max(signal_positive)
def plot_NMR_chart( N, peakshift, J1, J2):
N = int(N)
peaktops = np.array([(-J1-J2)/2,(-J1+J2)/2,(J1-J2)/2,(J1+J2)/2] ) + peakshift
x, y = make_NMR_chart(10, N, peaktops)
plt.plot(x, y)
plt.show()
interact(plot_NMR_chart,
N=FloatLogSlider(value=2048, min=5, max=14, base = 2, step=1),
peakshift=FloatSlider(value=5, min=4, max=6, step=0.1),
J1=FloatSlider(value=0, min=0, max=2, step=0.01),
J2=FloatSlider(value=0, min=0, max=2, step=0.01),)感想
1%のガウシアンノイズを載せているので、チャートはそれっぽい感じになっているかと思います。
実際のNMRに比べると、測定範囲は少ないのに測定点が非常に多いので、測定点数を少なくしておくことが重要そうです。
ギャラリー
ピークトップと谷の間に測定点がないため、最低限の測定点しかないことになる。
ノイズが少し強めに出ている。ピーク形状はシフトを移動させてもそれほど変化しない。