Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Дополнительные проблемы возникают при использовании широкополосной развязки от протонов при наблюдении гетероядер. Так как развязка насыщает протонные переходы, то она может сопровождаться появлением ЯЭО (гл. 5), который значительно изменяет интенсивности сигналов независимо от эффектов насыщения. Например, максимальный ЯЭО на ядре "С составляет 2007ь (эта величина выражает усиление сигнала, т. е. интенсивность сигнала с ЯЭО может быть в 3 раза больше, чем без него). Эффект такой величины довольно часто реализуется иа протоиированных углеродах, в то время как интенсивность сигналов четвертичиых углеродов может увеличиваться лишь слегка или вовсе не увеличиваться. В результате, сколько бы усилий мы ии тратили на предотвращение насыщения, все количественные измерения теряют смысл.
К счастью, ЯЭО ие возникает моментально при включении декаплера, для его создания требуется время, сравнимое с Т, ядра 'зС, поэтому мы можем подавить ЯЭО, выключая декаплер между прохождениями на достаточно большое время (эксперимент с обратной прерываемой развязкой, рис. 7.12). Под словами «досгаточно большое время» подразумевается промежуток, большой по сравнению с Т, ядра 'эС. В любом случае мы ие должны повторять импульсы чаще, чем через 5Т„а продолжительность времени выборки едва ли составит такую Глава 7 242 'н-аепаппер и арберпп 2 ре еецпп 7.6.3. Регистрация спектра и. Рнс.
7.12. Схема экспернмтпа с обратной прерываемой развязкой. величину, поэтому использование обратной прерываемой развязки не вызывает никаких за>рудненнй. Релаксациопные реагенты помимо сокрашения Т, способствуют н подавлепи>о ЯЭО, поэтому при использовании широкополосной развязки нх применение еще более желательно. Важно помнить, что при отсутствии ЯЭО и низкой частоте повторения прохождений, неизбежных в количественных >с>ероядерных экспериментах, реальное отношение сигнал,>шум можсг оказаться значительно ниже величины, ожидавшейся для данной концентрации образца. Это очень осложняв> эксперимент, поскольку высокое отношение сигнал,,'шум, как мы вскоре увидим, необходимое условие для точных количественных измерений.
Обеспечив пропорциональп<ю > ь сигналов относительному количеству создающих их ядер, мы тем самым проделали только одну часть количественного анализа Некорректные выполнение оцифровки данных, производящееся в фурье-спекгрометрах, и выбор областей оцифрованного спектра внося> дополнительные ошибки н величины интенсивностей. Точность интегрирования зависит также н от отношения сшнал)шум, что кажется вполне очевидным, но на практике мы часто об этом забываем. И наконец, сами величины интвгра.,>вв часто вьплядят случайными. Этот вопрос подробно оосуждался в связи с намерением ЯЭО Г16], н здесь мы только подытожим основные выводы. Мы не должны забывать, ч>о обычный сигнал спек>ра ЯМР довольно узок н может Г>ьпь представленным всего лишь парой точек. Величины интегралов обычно вычисляются по правилу трапеции, поэтому при недостаточной оцифровке мы получим неточные величины.
Более точный способ оценки плошади под сн>налом состоит в итерационной подгонке теоретической линии к точкам экспериментально> о спектра. цо мы ос>ановимся только на простом численном инте>рнровании как на самом распространенном мс>оде.
Однако требования к оцифровке пс так высоки, Если на ширину линии на полувысоте приходится более трех точек, то возникающие нз-за этого ошибки состава.> нс более 1%. Реальная ширина линии в протонном ЯМР может изначально сос>являть 0,5 Гц и увелнчнва>ься прн оптимальной фильтрации до 1,0 Гц, поэтому цифрового разрешения 0.2 Гц на точку должно Дополнительные сведения об экспериментальных методах 243 вполне хватать. Эза вслнчнпа чуть меньше цифрового разрешения в спектрах с полным диапазоном (обычно 0,3 0,4 Гц), но все же она легко достижима. Недостаточная оцифровка гораздо чаше используется при наблюдении гвтероядер, поэтому прн выполнении количественного эксперимента необходимо илн увеличить число точек в спектре, илн уширнгь линии с помоп1ью подходящей взвешивающей функции.
Следующий фактор, который мы должны рассмотреть, это ширина диапазона интегрирования. С точки зрения идеальной лоренцсвой линии ответ очень прост: для получения 99% точности следует бра>ь интеграл в диапазоне 20 ширин линий в обе стороны от сигнала, т. е. как минимум 20 Гц по обе стороны липин для предыдущего примера. Однако на практике прн этом возникает ряд проблем. Каждая линия будет иметь боковые полосы от вращения н, возможно, "С-сателлиты, для того чтобы сравнение различных нн>с>ралов имело смысл, они должны или всегда включаться в диапазон ин>е>рнровапия, нли всегда исключаться из него. Боковые полосы перво> о порядка, вероятнее всего, будут попадать внутрь 20-Гц диапазона, поэтому нх имеет смысл включать.
К боковым полосам более высоких порядков и сагеллитам следует подходи>ь более осторожно. Лучше нх, конечно, включи>ь, но если рядом находятся другие сигналы, крылья или са>еллн>ы которых попадают в диапазон интегрирования, то цх лучше исключить. Важно быть в курсе таких проблем н в каждом конкретном случае находить способ для нх решения. Процесс оцифровки спек>ра и способ вычисления интегралов находятся полностью под нашим кон>ролем, поэтому систематические ошибки, производимые этими операциями, можно уменьшить до приемлемого уровня.
Но остаются еще случайныс ошибки, обусловленные шумом в спектре, которые можно уменьшить только тремя способамн — спела > ь образец более концентрированным, купи > ь спек > ромстр с более сильным магии>ом илн провести более длительное накопление. Первые два способа обычно оказываются неприемлемыми, и мы можем только увеличивать время накопления до получения подходящего отношения сигнал>шум. Однако в эзом случае отношение сигнал)шум растет пропорционально квадратному корню ня числа прохождений, поэтому ла этот процесс ие имеет смысла >ратнгь более нескольких часов Шумовая ошибка в величинах инте>ранов зависит не только от отношения сигнал>шум, но и от способа оцифровки спектра. Выше мы показали, что правильный выбор некоторых параметров снижает сигтвнитичегкие ошибки до 1%.
Аналогично можно показа>ь, что измеряемая вслнчнпа интеграла совпадает с его истинным .шачснием с точносз ыо + 1% и вероятностью 99% при отношении сн> нал)шум для интегрируемого пика около 250: 1 (определение величины см. в >л. 3). Такая чувствительность получается без особых усилий прн наблюдении протонов, но для друтих ядер она может оказаться очень >рудпо достижимой. В качестве примера на рис 7.13 приведен пик с отношением сн>нал>шум около 250:!.
Глава 7 Дополнительные сведения об экспериментальных методах 245 Ряс. 7.13. Ввд резонансной линии при отношении сигнал/шум, равном 250:1. гоо гоо о -гоо -гоо г« 7.6.4. Другие аппаратурные трудности Систематические ошибки в измерении интегралов могут возникать по целому ряду других аппаратурных причин. Одна из важнейших-зто невозможность точной настройки фазы на сигнал поглощения в полном диапазоне спектра, полученного преобразованием Фурье. Пики, включающие дисперснониую составляющую, будут, очевидно, иметь меньшую интенсивность, поскольку интеграл дисперснонного сигнала равен нулю. Само по себе это явление не вносит большой ошибки, поскольку снижение интенсивности не настолько велико, чтобы заметно повлиять на отношение сигнал/шум.
Ошибки возникают из-за различия фазовых сдвигов сигналов, поэтому наиболее важна именно частотно-зависимая часть коррекции фазы. В спектре с хорошим отношением сигнал!шум при помощи обычной двухпараметровой коррекции (гл 4) можно визуально настроить фазу с точностью до нескольких градусов, но только яри выло»ненни предположения о линейной зависимости фазы от частоты. Если же это предположение не выполняется, то перед интегрированием фазу каждого сигнала нужно настраивать отдельно. Изменение фазы сигнала на 5 приводит к изменению интеграла на 1%. Прн очень прецизионных измерениях можно пользоваться специальными процедурами, позволяющими настроить фазу с высокой точностью [17], однако они нужны только на том уровне точности, когда обычное числовое интегрирование уже не подходит, и требуются итерационные процедуры обработки полной формы линии.
Еше один источник обычных ошибок интегрирования — это состояние базовой линии спектра. По целому ряду аппаратурных причин даже прн полном отсутствии шума базовая линия спектра (т.е. интенсивность точек в тех местах, где нет сигналов) не будет не только нулевой, но даже Рнс. 7.14. Искажение базовой линии довольно часто наблюдается тогда, когда в спектрах присутствует относительно широкий н интенсивный пик. Левый спектр был получен при включении приемника в середине задержки между импульсом и выборкой, правый-при использовании схемы, описанной в тексте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
