Чутливість

Великим недоліком спектроскопії ЯМР у порівнянні з іншими аналітичними методами є її порівняно невелика чутливість. Незважаючи на те, що цей недолік компенсується рядом незаперечних переваг, він може виявитися причиною невдач багатьох експериментів. Тому поставитися до нього треба з особливою увагою. Термін «чутливість» визначає мінімальну кількість зразка, яку можна виявити за стандартних умов. Однак, у ЯМР таке розуміння чутливості використовується рідко. Найчастіше під чутливістю розуміють співвідношення сигнал/шум для стандартного зразка. Тест чутливості приладу полягає у вимірюванні висоти піків стандарту та величини шуму і обчислення співвідношення між ними. Для того, щоб піки сигналів при цьому мали оптимальну форму лінії, перед цим тестом проводять оптимізацію і тестування форми лінії (див. вище). Далі, після відповідного повторного шимування, проводять власне тест чутливості. Як правило, цей тест здійснюють для зразка з обертанням. Звісно, що для тестування потрібне попереднє підстроювання датчика й тривалості 90^о імпульсу. Визначення висоти шуму є ключовим питанням для одержання відтворюваних результатів. Зараз «ручний» метод визначення рівня шуму все частіше замінюється автоматичними підпрограмами. У традиційному методі висота піка Р порівнюється з подвоєною величиною рівня середньоквадратичного шуму, N_rms. Хоча цей параметр неможливо знайти безпосередньо зі спектра, його можна обчислити з пікового шуму, N_pp. N_rms = N_pp/5. Тому відношення сигнал/шум знаходиться зі співвідношення:

S/N = 2,5P/ N_pp (2.13)

Вимірювання пікового шуму (різниці амплітуд викидів нульової лінії) повинно бути зробленим для всього спектрального діапазону, однак на практиці діапазон вибирається оператором. При цьому часто діапазон вибирається таким, щоб у нього не попадали спонтанні інтенсивні викиди та провали, які можуть зустрітися при розгляді шуму при великому підсиленні. Автоматизовані методи визначення чутливості виключають такий вплив оператора, однак кожна фірма розробляє свій алгоритм обчислень, що утруднює порівняння результатів, які отримані на різних приладах. Однак при рутинній роботі головне - це незмінність методики визначення чутливості, оскільки тут важливо порівнювати отримані результати з тими, які раніше були знайдені на цьому ж приладі.

Тест чутливості на протонах проводиться для 0,1% розчину етилбензолу в дейтерохлороформі. Як і у всіх тестах чутливості, застосовується одиничний 90^о імпульс. Спінова система при цьому повинна перебувати в стані теплової рівноваги (релаксаційний проміжок у цьому випадку повинен бути не меншим за 60 с). Спектр обробляється за допомогою узгодженої фільтрації, що відповідає ширині ліній квартету метиленової групи близько 1 Гц. Уширення даного сигналу, пов'язане з далекою ССВ із протонами ароматичного замісника. За традицією рівень шуму вимірюють у діапазоні між 3 і 5 м.ч. Приклад тесту чутливості для спектрометра на 400 МГц наведений на Рис. 2.33.

Рис. 2.33.Тест чутливості для протонних спектрів - 0.1 % розчину етилбензолу записаний на спектрометрі 400 МГц, що оснащений двоканальним датчиком 'H{¹³C} з оберненою схемою детектування

Тест чутливості на ядрах вуглецю може бути проведений у двох варіантах - з декаплінгом на протонах і без нього. У результаті виходять цілком різні дані про чутливість, тому треба чітко знати, який саме варіант мається на увазі. Якщо другий варіант дозволяє знайти абсолютну чутливість приладу, то перший з них дає картину, більш близьку до реальних вимірювань. У цьому випадку оцінюється також ефективність роботи декаплеру. В обох випадках спектр вимірюється за нестандартних умов високого цифрового розділення, які потрібні для правильної передачі форми сигналу. Час збору даних при цьому становить близько 4 с. У версії тестів без розв'язки від протонів знову використовується зразок ASTM (40% діоксан у дейтеробензолі), однак у цьому випадку вимірюється висота триплету дейтеробензолу. Спектр згладжується відповідно до ширини сигналу, що дорівнює 3,5 Гц, а висота шуму вимірюється в діапазоні від 80 до 120 м.ч. У версії з розв'язкою від протонів використовується зразок, що містить 10% етилбензолу в дейтерохлороформі. У тесті використовується широкосмуговий декаплінг, що забезпечується композитними імпульсами послідовності WALTZ-16 (див. далі). Параметр експоненціальної мультиплікації вибирається близьким до 0,3 Гц, шум вимірюється в наведеному вище діапазоні, для вимірювання інтенсивності вибирається найвищий сигнал ароматики. Для одержання оптимальних результатів тесту попередньо слід зробити підстроювання протонної котушки датчика та імпульсів декаплера. Тестові зразки для найпоширеніших магнітних ядер наведені в табл. 2.5.

Таблиця 2.5.Стандартні зразки для тесту чутливості на найважливіших ядрах

Ядро Зразок для тесту чутливості Умови запису

¹H 0.1 % етилбензол в CDC1₃

¹³C 10% етилбензол в CDCI₃ Широкосмуговий протонний декаплінг

¹³C 40% діоксан в C₆D₆ (ASTM) Без декаплінгу,

³¹P 0.0485 M трифенілфосфат

в d_6-ацетоні Без декаплінгу

¹⁹F 0.05% трифтортолуол в CDCI₃ Без декаплінгу

¹⁵N 90% формамід в d₆-DMSO Обернений імпульсний декаплінг

²⁹Si 85% гексаметилдисилоксан

в d_6-бензолі Без декаплінгу