ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Статистическая обработка масс-спектров и основные источники погрешностей при их регистрации из "Интерпритация масс-спектров органических соединений " Получаемая при первичной обработке спектрограммы информация может быть представлена в виде совокупности пар чисел массовое число иона т/2 — интенсивность сигнала в условных единицах. Если такая обработка осуществляется вручную, то для разметки щкалы массовых чисел используются реперные пики постоянного фона прибора (чаще всего сигналы следов Н2О с m/z 17 и 18, Ne — с т/г 20, N2 — 28, О2 —32, Аг — 40 и СО2 с т/г 44) или любые другие легко опознаваемые в спектрах сигналы. Измерение интенсивностей сигналов в этом случае проводят с точностью до 0,5—1 мм, одновременно приводя сигналы, записанные с разным усилением, к одной щкале. При использовании ЭВМ шкала массовых чисел калибруется автоматически, но интенсивности пиков также представлены в условных единицах (амплитуды электрических сигналов). Полученная совокупность пар чисел, представленная в нормализованном виде, и является масс-спектром вещества. [c.32] Интенсивности всех пиков /отн обычно выражают в процентах от интенсивности максимального пика спектра. В другом (независимом) способе представления количественных данных по интенсивностям за 100 % принимают их сумму (суммарный ионный ток, обозначаемый символом Ет m 25, а в общем случае — минимальное массовое число, с которого начинают сканирование спектра). Обе формы представления данных не исключают друг друга первый способ характеризуется простотой, наглядностью и удобен при идентификации и структурном анализе веществ по масс-спектрам. Второй способ рациональнее использовать прп характеристике и обсуждении количественных закономерностей фрагментации органических соединений. [c.32] Если за 100 % принять интенсивность максимального пика, то такой спектр легко изобразить графически. Во всех вариантах записи спектров можно опускать малоинформативные слабые пики (менее 1 — 3 %), за исключением некоторых важных пиков с наибольшими массовыми числами в предполагаемой области пика молекулярного иона. Разумная точность записи интенсивностей пиков — две значащие цифры для сигналов с /отн 10 % от максимального пика, а для сигналов меньшей интенсивности допускается указывать одну значащую цифру. Это связано с воспроизводимостью масс-спектров, которая даже на одном и том же приборе не обеспечивает большей точности. Исключение может быть сделано для изотопных пиков, если их интенсивности используют для заключений о составе вещества. [c.32] Если в число этих главных пиков не попадает пик молекулярных ионов, то его указывают дополнительно. В такой форме приведены обширные справочные данные во многих современных атласах и каталогах масс-спектров. Последнее издание восьмипикового каталога (1983 г.) [41] содержит более 60 тыс. спектров. [c.33] Интерпретация масс-спектров и, особенно, их использование для идентификации по литературным данным невозможны или сильно осложняются без количественной оценки воспроизводимости интенсивности пиков. При этом предполагается, что неточности в определении массовых чисел должны быть полностью исключены, так как даже одна ошибка на единицу атомной массы может сделать правильную интерпретацию спектра абсолютно невозможной. [c.33] Поскольку внутренняя энергия молекулярных ионов зависит также от внутренней энергии нейтральных молекул до ионизации, а их распад описывается закономерностями мономолекулярных реакций первого порядка и относится к процессам, протекающим во времени [24], то в число других факторов, влияющих на интенсивности пиков спектров, входят температура системы напуска и источника, ускоряющее напряжение, тип масс-анализатора и конструктивные особенности прибора в целом. [c.35] Процессы термического и каталитического разложения органических соединений в системе напуска немедленно выявляются по отсутствию воспроизводимости спектров и указывают на необходимость снижения температуры анализа, перевода образца в более летучие или более устойчивые производные или использования иной техники ввода вещества в спектрометр. Процессы термического разложения в нагретом источнике ионов при низких давлениях маловероятны, однако с увеличением его температуры интенсивности пиков молекулярных ионов снижаются, а осколочных — возрастают, причем эти эффекты ярче выражены при малых энергиях ионизации. Рис. 2.7 иллюстрирует температурную зависимость интенсивностей пиков молекулярного и главного осколочного ионов в спектре 1-метил-1-изопропилгидразина. Колебания их интенсивностей весьма велики (для молекулярного иона при 12 эВ— более чем в 1,5 раза), однако даже при температуре источника 500°С в спектре не появлялось никаких дополнительных сигналов, свидетельствующих о разложении вещества. [c.35] Температурные режимы работы спектрометра обычно не входят в число табулируемых параметров даже при включении масс-спектров в массивы справочных данных, и влияние отмеченных зависимостей целиком относят к экспериментальной погрешности определения интенсивностей пиков. Из наиболее известных современных атласов и каталогов масс-спектров [26,27,41—43] только атласы [42,43] содержат данные по температурам системы напуска и источника ионов. [c.35] Дополнительные искажения спектров возникают, если принцип действия масс-анализаторов предполагает неодинаковое время нахождения в них ионов с разными массами. В наибольшей степени эффект дискриминации ионов по массам проявляется в квадрупольных масс-анализаторах [45]. При этом относительные интенсивности пиков тяжелых ионов (с т/2 уже более 100) уменьшаются по сравнению со спектрами, записанными при магнитной развертке. Различные предложенные способы компенсации этого эффекта [27,46,47] не позволяют полностью устранить этот источник погрешностей масс-спектров. [c.36] В хромато-масс-спектрометрии оказываются существенными два дополнительных источника погрешностей. Прежде всего — это непостоянство концентрации анализируемого соединения в источнике ионов, обусловленное сканированием спектра в момент выхода из колонки хроматографического пика, особенно проявляющееся при использовании капиллярных колонок. Другой фактор — это появление в спектре дополнительных сигналов за счет фона хроматографической колонки. Способы устранения этих погрешностей предполагают увеличение скорости записи спектров, применение колонок с наиболее термостабильными неподвижными фазами и непрерывный контроль и вычитание из спектров фоновых сигналов, которые возможны только при оснащении хромато-масс-спектрометра ЭВМ. [c.36] Погрешности интенсивностей пиков, обусловленные приборными факторами и условиями записи спектров, необходимо учитывать при любом способе их интерпретации. Для оценки надежности получаемых масс-спектрометрических данных необходима их статистическая обработка. [c.36] Стандартные отклонения 5/ характеризуют выборку экспериментальных данных, т. е. фактически разброс интенсивностей пиков за счет приборных факторов и условий съемки спектров. Их значения мало меняются при увеличении п, начиная с п 10. Доверительные интервалы относятся к средним значениям измеряемых величин и при увеличении п уменьшаются. [c.37] Помимо абсолютных характеристик колебаний интенсивностей пиков (2.4) полезны выраженные в процентах от конкретных значений 7 относительные величины относительные стандартные отклонения (коэффициенты вариации) 5//7 или б/ = Д//7. [c.37] Подобная статистическая обработка может быть проведена как для относительных интенсивностей, так и для значений, выраженных в процентах суммарного ионного тока. Поскольку сами эти шкалы представления интенсивностей неравнозначны, то и информация, извлекаемая из статистически обработанных данных, неодинакова. Наибольший интерес па стадии предварительного анализа масс-спектров представляет сопоставление статистических характеристик интенсивностей в обеих системах, что в некоторых случаях позволяет выявить природу основных источников наблюдаемых погрешностей спектров. [c.37] Если значение К 100, то можно считать, что спектр записан в идеальных условиях и характеризуется хорошей воспроизводимостью всех сигналов. Когда 100 С 300, то это указывает на какие-то неучтенные источники погрешностей регистрации, но в целом спектр удовлетворительный . Если 300 / 500, то запись спектра целесообразно повторить, устранив, по возможности, главные причины искажений пиков, хотя этот случай достаточно типичен при исследовании следов органических соединений. Если же К 500, то полный масс-спектр следует отнести к неудовлетворительным, и можно ограничиться рассмотрением лишь отдельных менее всего искалсенных сигналов. [c.37] Таким образом, наличие в спектре единичных пиков с большими погрешностями интенсивностей указывает на их перекрывание с пиками фона прибора. Так, в спектре тетрагидрофурана (см. рис. 2.5), полученном усреднением четырех спектрограмм, записанных в ходе хрома-то-масс-спектрометрического анализа, относительные погрешности интенсивностей всех пиков с /о 1% составляют 1-—15%, что соответствует хорошей воспроизводимости полученных данных. Исключение составляет пик с т/г 44 (7отн = 12 %), для которого б/отн = 180 %. Такая погрешность обусловлена неучтенным фоном прибора (примесью СОг в газе-носителе), за счет которого данный сигнал оказывается невоспроизводимо завышенным. Параметр К для рассматриваемого спектра равен 133, а без пика с т/г 44—110. Следует подчеркнуть, что значения К 100 типичны для большинства спектров, записанных на хромато-масс-спектрометрах, и обусловлены некоторыми искажениями спектров при их сканировании в момент выхода хроматографических пиков. [c.38] Снижение погрешностей интенсивностей отдельных пиков (как в рассмотренном примере) может быть достигнуто регистрацией и вычитанием фона, однако эта операция не всегда возможна и целесообразна. [c.38] Таким образом, статистическую обработку масс-спектрометрической информации следует рассматривать как необходимую стадию анализа спектров, позволяющую оценить их воспроизводимость и выявить наличие примесей в анализируемом веществе без рассмотрения закономерностей его фрагментации. Такая обработка легко осуществляется с помощью даже простейших ЭВМ с оперативной памятью 4—8 К. [c.40] Вернуться к основной статье