Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Причина этого станет понятна, если задуматься, каким образом высота сигнала дейтерия связана с происходящими в магнитном поле изменениями. Сигнал пока — это просто синглетная линия дейтерневого спектра, принадлежащая обычно растворителю. Однородность магнитного поля не оказывает влияния на площадь под этой линией, но влияет на ее формр. Таким образом, при сужении линии, чтобы сохранить постоянной площадь, должна увеличиваться ее высота, которая как раз и отражает уровень пока. Теперь мы без труда можем вообразить такую ситуацию, когда линия становится выше, но при этом не приближается к идеальной лоренцевой форме. Например, так может произойти при сужении верхней части линии с сохранением широкого основания. Можно сказать, что амплитуда пока отражает в основном изменения ширины линии (в том числе и упомянутого типа), а для более строгой оценки формы линии требуются иные критерии.
Многие спектрометры обладают возможностью вывода на дисплей сигнала спада свободной индукции (ССИ) в масштабе реального времени после выполнения каждого прохождения. Эта возможность очень полезна при шиммировании. ССИ обладает двумя информативными характеристиками — протяженностью и формой. Протяженность ССИ дает информациго о дей .вительной ширине линии, как н амплитуда сигнала стабилизации. Информация о форме липни содержится в огибающей ССИ (экспонеицнальная она нлн нет).
Конечно, такая оценка весьма субъективна, но с накоплением опыта она становится более надежной, чем оценка по амплитуде сигнала стабилизации. На рнс. 3.7 показаны формы ССИ до и после настройки шнммов. ССИ в форме простой затухающей экспоненты наблюдается только на образцах, где доминирует одна мощная синглетная линия (в нашем случае линия хлороформа в тестовом образце). У реальных образцов ССИ имеет огибаюшую более сложной модулированной формы. Настройка однородности поля по ССИ требует несколько иного стиля работы с градиентами, поскольку информация о происшедших изменениях становится доступна только после завершения прохождения. Лучше всего иметь возможность одновременно наблюдать ССИ и уровень пока, чтобы одновременно получать и более быструю и более медленную, но точную информацию. Удивительно, что эта простая и полезная возможность не всегда предусмотрена даже на современных спектрометрах.
Глава 3 Осноеыые экспериментальные методы 81 80 6 75 Рые. 3.7. Правильная (А) и неправильная (Б) формы СПИ, наблюдаемые при шыммиро»анни. Настройка разрешения без лака. Иногда появляется необходимость регистрации спектров без лака. Например, это бывает прн наблюдении спектров самого дейтерия или прн невозможности использовать дейтери ованный растворитель. Вместо сигнала дейтерия в канале пока р р можно использовать сигнал другого ядра. главным образом фтора, но на сверхпроводящих магнитах вполне можно настроить разрешение и без лака.
Но в этом случае вам придется затратить побольше времени (до нескольких часов). При этом настройку нужно будет производить по ССИ. Еще одну сложыость создают «примеси» напряженности поля (градиент Х») в градиентах 2~ ы г.л. В отсутствие стабилизации изменения напряженности поля при подстройке градиентов ве корректирунэтся автоматически. Проявлением этого служат причудливые изменения формы ССИ, особенно если градиенты были смещены в течение одного прохождения. На ыих просто ые следует обращать снимания.
Важнее другое: поле может сдвинуться настолько сильно, что выбранное вами «спектральное окно» переместится совсем в дру5ое место, поэтому, и ежде чем запустить продолжительное накопление и уиги на обед, Р проверьте, виден ли интересующий вас участок спектра. 3.4. Достижение максимальной чувствительности 3.4.1, Введение Название «Достижение максимальной чувствительности» вполне можно отнести к большей части этой книги, поскольку проблема чувствительности была и остается одной из самых важных в спектроскопии ЯМР.
В этом разделе будет рассмотрена в основном аппаратуриая сторона вопроса о чувствительности, т.е. проблема правильного подбора компонентов спектрометра и нх настройки. Выбор параметров эксперимента, таких, как длительность импульса и задержки, которые также очень важны, будет обсуждаться в гл. 7.
Существенное влияние на чувствительность оказывает форма линии, поскольку площадь сигнала ЯМР, пропорциональная его мощности, постоянна. Таким образом уширение пика приводит к снижению его высоты. Поэтому все сказанное ранее о настройке разрешения очень важно для получения максимальной чувствительности. 3.4.2.
Критерии чувствительности Чувствительность спектрометров ЯМР— одыа из важнейших областей конкуренции фирм — производителей приборов. Казалось бы, именно поэтому должны были появиться стандартные методики для ее определения. К сожалению, этого не произошло. Вместо стандартных методик мы вынуждены использовать запутанный список тестовых данных, на основании которых большиыство фирм-производителей приходит к выводу о высокой чувствительности своих приборов. В последние годы, когда практически все фирмы добились на этом пути реального прогресса, такие претензии стали особенно эыергичными. И все же на практике можно вполне честно сравнить два спектрометра, если иметь ясное представление о проводимых измерениях.
В этом разделе будет дан обзор проблемы чувствительности с точки зрения пользователя прибора, для которого важна совокупность всех его характеристик. Именно на это и рассчитаны приводимые здесь тесты. В последнее время производители спектрометров навязывают пользователям такие тесты, которые позволяют исключить дополнительные факторы, влияющие на тестируемый параметр.
Например, в тесте АЯТМ (смесь 60»г» дейтеробензола и 40»4 диоксана) для определения чувствительности на ядрах углерода эффективность развязки от протонов и в некоторой степени качество настройки градиентов не влияют на измерения. Это очень удобно в том случае, если вы †производите спектрометра и хотите измерить его собственную аппаратурыую чувствительность. Но химиков значительно больше интересует чувствительность прибора в реальных экспериментах, где перечисленные выше факторы весьма важны.
Вопрос формулируется нми, например, так: можно ли зарегистрировать углеродный спектр 2 мг вещества. Прежде всего надо ясно понимать, что измеряемая величина чувствительности или отношение сигнал7шум — это статистический параметр. Мы сравниваем интенсивность пика, полученного в стандартных условиях, с уровнем шума, представляющего собой случайную величину. Нельзя интерпретировать статистические данные, проделав несколько измерений и выбрав из них лучшее; вместо этого следует вычислить среднюю величину. Неправильная интерпретация данных часто служит источником появления подозрительных величин чувствительности. Но, как мы увидим далее, существуют и более тонкие способы подтасовки данных. Одним из важнейших источников путаницы оказывается наличие двух понятий чувствительности: чувствительность при постоянной концентрации образца, измеряемая в большинстве тестов, и чувствительность при постоянном количестве образца,наиболее интересная для 88 Глава 3 Основные экспериментальные методы химиков.
Прежде чем начать с иимн разбираться, мы обсудим практические вопросы измерения отношения сигнал/шум. Как уже говорилось, для измерения отношения сигнал!шум надо зарегистрировать в определенных условиях спектр стандартного образца и вычислить отношение высоты некоторого сигнала к уровню шума. Но что же такое уровень шума? Если в шуме положительные и отрицательные значения встречаются одинаково часто (предполагается гауссово распределение вокруг пуля), то его амплитуда, усредненная по достаточно большому числу точек, будет нулевой. Поэтому интерес представляет среднеквадратичная амплитуда шума, или, что то же самое, стандартное отклонение амплитуды от нуля.
Его можно получить, усреднив квадраты интенсивностей множества шумовых точек и взяв из них квадратный корень. Далее полученную величину нужно умножить иа 2, поскольку шумовые точки находятся по обе стороны от нуля; поэтому при использовании вычисленной среднеквадратичной величины всегда проверяйте, было ли проведено это умножение. К сожалению, из-за необходимости привлечения компьютера такой расчет выполняется довольно редко. Это еще один случай, где мы находимся в плену исторического прецедента, поскольку все современные спектрометры оборудованы компьютерами, способными легко проделать необходимые вычисления, а процедуры определения чувствтельности остаются неизменными со времен стационарных спектрометров.
Вместо этого среднеквадратичная величина получается умножением пиковой интенсивности ьиума на некоторый преобразующий фактор. Это сразу вносит дополнительную неопределенность, так как при действительно случайной природе шума понятие пиковой интенсивности вообще не имеет смысла: просмотрев дополнительный участок шума, всегда можно найти еще более интенсивный шумовой пнк. На практике для получения разумных и сравнительно точных величин очень важно выработать некоторый осмысленный подход. Для правильного измерения разности интенсивностей самой положительной и самой отрицательной шумовых точек необходимо иметь хорошее представление шума, т.е.
использовать достаточно большое количество точек (достаточно широкий участок спектра, не содержащий сигналов). Здесь возникает непреодолимое стремление к занижению оценки шума, особенно если вы потратили несколько часов на настройку прибора специально для этого теста. Точки с максимальными амплитудами будут встречаться довольно редко, и между ними и тем, что кажется основной частью шума, образуется большой пробел (рис.
3.8). Нужно быть твердым как сталь, чтобы не назвать эти пики случайными, не относящимися к шуму выбросами. Настоящие аппаратурные выбросы можно легко опознать и исключить из рассмотрения. Для этого нужно повторить эксперимент несколько раз и посмотреть, окажется ли подозрительный пик случайным (шумовым), или ои обязательно присутствует в каждом спектре. Измерение шума производится обычно по вычерченному на бумаге ирр Рнс. 3.8.
Правильное измерение пиковой интенсивности шума нужно действи- тельно проводить по максимальным пикам. спектру с помощью линейки. Проследите за тем, чтобы ие внести на этом этапе дополнительных ошибок. Специфической особенностью плоттеров служит то, что чем быстрее они чертят спектр, тем в большей степени срезают углы; поэтому, если есть возможность изменения скорости, следует выбрать минимальную. Иногда для точных измерений бывает необходимо отдельно вычертить дополнительно усиленный участок шума. Не имеет смысла вычислять отношение 20-см сигнала к шуму высотой в несколько миллиметров. Усильте его настолько, чтобы он тоже стал высотой в несколько сантиметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
