Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Необходимость такой процедуры кажется вполне очевидной, однако ее очень часто опускают. Коэффициент для перевода пиковой интенсивности шума в среднеквадратичную равен 2,5. Он получается из выбора такой области в гауссовом распределении, чтобы вероятность встречи шумовой точки за ее пределами была «пренебрежимо малой». Если стандартное отклонение гауссова распределения равно <т, то в область +2,5 о вокруг нуля попадают 99% шумовых точек. Таким образом, отношение сигнал/шум определяется по формуле 2,5 А .У = ?9 где А — интенсивность сигнала, а ?9„— пиковая интенсивность шума.
Можно сравнить использованный в этом выражении коэффициент 2,5 с упоминавшимся ранее коэффициентом 2 для вычисления более адекватного отношения сигнала к среднеквадратичному шуму. Если для определения пикового шума взят достаточно большой его участок (допустим, несколько тысяч точек), то коэффициент перехода к среднеквадратичной величине может оказаться немного больше, однако на практике во всех случаях используется 2,5. Различия в отношениях сигнал/шум, меньшие 10%, можно просто игнорировать, поскольку такая точность уже ие нужна. 85 Основные экспериментальные методы Глава 3 Теперь обсудим те стандартные условия, в которых должен регистрироваться спектр тестового образца.
С тем, что проводить обсуждавшисся ранее процедуры действительно необходимо, согласятся, по-видимому, все спектроскописты, даже те, кто иа практике их и не делает. Что же касается стандартных условий, то здесь вообще нет никаких обязательных элементов, не считая того, что это должно быть одно прохождение с импульсом длительностью л/2 (см. гл. 4). В результате остаются произвольными такие параметры, как ширина спектрального диапазона, полоса фильтра и взвешивающая функция для обработки спектра. Поэтому единственное, что можно сделать для сравнения чувствительности спектрометров при их покупке, это настаивать на проведении тестов с совершенно одинаковыми параметрами и в вашем присутствии. Если же мы хотим проверить чувствительность прибора на протонах примерно в тех условиях, в каких он будет использоваться, то можно взять следующие параметры: спектральный диапазон 1О м.д., время выборки 2 — 3 с, полосу фильтра, чуть большую ширины развертки, и умножение на подходящую экспоиенциальную функцию перед преобразованием Фурье.
Стандартный образец для протонно~ о ~еста— 0,1%-ный раствор этилбеизола в дейтерохлороформе. Измерения производятся по центральному пику квартета этильиых протонов (рис. 3.9). Эти линии несколько шире обычных, поскольку на них проявляется связывание с ароматическими протонами, еще недостаточное для полного расщепления. Оптимальным в этом случае будет экспоиеициальное взвешивание с уширеиием линии иа 1 — 1,5 Гц.
Выбор условий регистрации углеродного спектра для теста на чувствительность менее однозначен. В рутинной спектроскопии 'зС используется низкое цифровое разрешение (2 — 3 Гц на точку). Надежное измерение интенсивности пиков при таком цифровом разрешении возможно только с использованием значительного уширения линии, а соответст- Рис. 3.9. Тест на чувствительность в протонном спектре по образцу этилбензола. Высота центрального лика квартета при 2,7 и.
д. сравнивается с ивтенсиввастью участка шума. Отношение сигнал/шум равно 270: 1. вуюший ему фильтр далек от оптимального и может маскировать зависимость чувствительности от разрешения или эффективности развязки. Особенно важен последний аспект, поскольку изменения условий развязки от протонов оказывают существенное впияние на ширину линии. Один из используемых для этой цели образцов (АСТМ) специально предназначен для исключения влияния развязки, а большая есзествениая ширина линии дейтеробензола снижает зависимость чувствительности от формы линии.
Это позволяет определить чувствительность датчика и предусилителя отдельно от остальных компонентов спектрометра. Однако с точки зрения химиков более информативным будет тест иа оби)ую чувствительность. Его проводят на старомодном 10%-иом растворе этилбензола в хлороформе. Измеряется интенсивность самого высоко~ о ароматического сигнала с развязкой от протонов. Регистрировать следует полный спектральный диапазон (скажем, 200 м.
д.), но с достаточно большим временем выборки (порядка 2 — 3 с), чтобы после оптимальной фильтрации получить удовлетворительно оцифрованный спектр. На современных спектрометрах с большой памятью это вполне реально. При использовании широкополосной развязки получаемая 1пирина линии во многом зависит от режима декаплера (методики обсуждаются в гл. 7).
Лучший результат почти всегда удается получить с селективной развязкой от ароматических протонов, но этот метод проведения теста не совсем правильный. Для тестов на чувствительность на других ядрах используются: 1%-ный раствор триметилфосфита в дейтеробензоле для мР (без развязки от протонов); 90%-ный раствор диметилформамида в дейтеродиметилсульфоксиде для '~14 (может применяться с развязкой и без развязки); 0,1%-ный раствор трифторэтанола в дейтероацетоне для '~Р; водопроводная вода для зН и 'тО (без лака).
Если вы интересуетесь еще более необычными ядрами, то придумайте свой собственный тестовый образец и предложите его производителям спектрометров. Теперь набор тщательно измеренных отношений сигиат/шум нами уже получен, и остается только правильно его интерпретировать, Заметьте, что во всех упоминавшихся раисе образцах оговаривалась концентрация раствора, а не общее количество вещества. Поэтому при выполнении теста с ампулой диаметром 10 мм мы получим существенно более высокую чувствительность, чем в ампуле диаметром 5 мм. Но означает ли это, что 1О-мм датчик более чувствительный? Конечно, нет. Просто мы использовали большее количество вещества.
В действительности 10-мм датчик скорее всего менее чувствителен (см. далее). Зависимость чувствительности от диаметра ампулы вполне очевидна, но существует еще одно измерение активного объема дачика — аысотии, о которой часто забываюы Усовершенствованные в последние годы конструкции магнитов сделали возможным использование более высоких катушек', это позволило повысить паспортную чувствительность спектрометров, получаемую на стандартных тестовых образцах.
Но увеличение высоты катушки может и не повысить чувствительность, 87 Основные экспериментальные методы 88 Глава 3 отнесенную к общему количеству вещества в образце (в этом случае применение высоких катушек скорее приносит вред). Наибольший интерес представляет величина отношения сигнал/шум, отнесенная к одному .молю веиеества в образце. Для ее расчета необходимо узнать объем активной области датчика, вычислить содержащееся в нем количество вещества, например этилбеизола, и поделить на него полученное отношение сигнал!щум. Под объемом активной области датчика подразумевается внутренняя площадь сечения ампулы, умноженная на ту минимальную высоту стоблика раствора, которая позволяет работать с образцом без искажения формы ленин. Площадь сечения можно узнать из параметров ампулы: обычно 5-мм ампулы имеют внутренний диаметр 4,2 мм, а 10-мм ампулы — 9 мм.
Минимальную высоту стоблика определить гораздо труднее. Если вы не доверяете сведениям производителей спектрометра, то измерьте сами высоту приемной катушки датчика. Минимальный размер столбика должен быть заметно больше высоты катушки, но известно, что он ей пропорционален. Это позволяет более или менее объективно сравнить чувствительность двух спектрометров с разными высотами катушек. И наконец, есть еще одна тонкость, иа которую часто не обращают внимания.
Все тестовые образцы представляют собой растворы ковалентных молекул в органических растворителях невысоких концентраций. Датчики, оптимизированные для работы с такими образцами, могут оказаться совсем неприспособленными для измерений 0,5 М водных растворов неорганических солей, а подобный состав могут иметь многие интересные образны. Если вы собираетесь в дальнейшем с ними работать, то имеет смысл разработать собственный тестовый образец, моделирующий реальные растворы, и тестировать спектрометры с его помощью.
3.4.3. Факторы, влияющие на чувствительность Датчик. Самый важный компонент любого спектрометра ЯМР— это его датчик, т.е. некоторое устройство, в функции которого входит регистрация слабых сигналов ЯМР при минимальном уровне привносимого шума. Уровень шума в значительной степени зависит и от первой ступени приемника (предусилителя). Но конструкции современных пред- усилителей весьма совершенны, поскольку они очень давно используются в радиолокационных приборах.
Разница между предусилителями, выпускаемыми разными фирмами, пе может быть существенной, поскольку нх конструкции взяты из одних н тех же литературных источников. Датчик же, напротив, используется только в спектроскопии ЯМР. К его конструкции предъявляется необычное требование: ои не должен вносить сильных искажений в напряженность магнитного поля возле образца. Соревнование фирм-производителей в области совершенствования конструкции датчиков составляет существенную часть прогресса в спектроскопии ЯМР Естественно, покупатель спектрометра может приобрести датчики только той фирмы, которая произвела и сам прибор, но их выбор обычно довольно широк. Далее мы рассмотрим ряд факторов, которые следует учитывать при выборе датчика для вашего эксперимента.
Прежде всего надо решить, какого он должен быть размера. Размер выражается диаметром ампулы, которую можно вставить в датчик. Обычно это 5, 10 и 15 мм. В последние годы с развитием медицинских и биологических применений ЯМР некоторые фирмы для спектрометров высокого разрешения стали выпускать датчики очень большого диаметра, в которые можно поместить, например, крысу, но все наши предыдущие обсуждения к иим не относятся. Часто химики совершенно неправильно подходят к выбору диаметра датчика, и это имеет свои исторические причины. Традиционно спектры малочувствительных ядер, таких, как 'зС, регистрировались с помощью датчиков большого диаметра. Но нельзя делать выбор на основании только того, что для слабых сигналов лучше использовать большой диаметр датчика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
