В этой статье мы разберем проблемы при проверке (поверке, калибровке, валидации, квалификации, периодических проверках работоспособности) инфракрасных (ИК) Фурье спектрометров (FTIR):
- почему не проходит точность шкалы волновых чисел?
- почему не проходит разрешающая способность?
- почему не проходит соотношение сигнал-шум?
- почему не проходит тест нуля (рассеянного света)?
Разберем в первую очередь не проблемы с самим прибором, а то что встречается чаще — ошибки оператора, который проводит проверку. Причины будут располагаться в порядке увеличения вероятности и частоты встречаемости. Начнем с основного теста на точность шкалы волновых чисел.
1. Почему не проходит тест на точность установки волновых чисел?
1.1 Выставлена слишком плохая разрешающая способность
С учетом того, что критерием для точности шкалы волновых чисел является +-1 см-1 от номинала, то самая большое значение в параметре разрешающей способности, которое следует устанавливать, является 4 см-1. Если прибор не проходит на этом значении — надо использовать 2 см-1 и менее до момента пока тест не пройдет. Полученное значение является нормой для работы вашего ИК-спектрометра.
1.2 Выставлено слишком малое значение накоплений
Накопления позволяют компенсировать нестабильность работы прибора путем усреднения получаемых значений. Желательно не выставлять менее 16 усреднений на измерение.
Аподизация, как правило, не дают никакого системного эффекта в точности шкалы волновых чисел.
1.3 Проверка ведется на приставке нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО, ATR), а не приставке пропускания
Проверка точности шкалы волновых чисел должна вестись исключительно на приставке пропускания, даже если вы используете в работе другие приставки. Это кстати причина, почему эта приставка как правило идет по умолчанию в комплекте — она нужна для контроля работоспособности прибора.
Использование для теста точности шкалы волновых чисел распространенной приставки НПВО очень не желательно. Подавляющее большинство ИК спектрометров имеют очень слабую чувствительность на этой приставке и получаемый спектр слабо различим с шумом. Про точность в таких случаях речь не идет. По-хорошему, если вы хотите получить адекватные результаты для проверки на такой приставке, вам нужно использовать стандартную пленку полистирола толщиной 70-90 мкм.
1.4 Программное обеспечение не верно помечает максимумы поглощения
Не редко, программно найденные максимумы пиков не являются максимумами. Максимально приблизите полученный спектр и проверьте вручную полученные числа с визуально наблюдаемыми.
1.5 Не стабилизировался источник излучения
Это банальная причина, но не редко ей пренебрегают, а она реально может быть причиной не прохождения данного теста и других тестов.
1.6 В ИК-спектрометре или его приставках повреждены солевые окна
Окна, которые защищают внутренности прибора от попадания грязи и пыли, сделаны не из стекла или кварца, которые не пропускают ИК излучение, а делаются из различных неорганических солей. Периодически лаборатории желая самостоятельно провести обслуживание спектрометров, влажной тряпкой протирают эти окна, чем создают разводы на этих окнах и пропитывают их водой. Также влага может попасть внутрь приборов.
Обычно эта причина проявляется локально — в повышенной погрешности только в области 3000 см-1 на спектре.
1.7 Используется стандартная пленка полистирола другой толщины, чем у той, для которой установлены критерии
Спектр в некоторой степени зависит от толщины используемой стандартной пленки полистирола. Так, например, фармакопея устанавливает критерии для пленки толщиной около 35 мкм. Использование значительно более толстой пленки смещает пики на несколько десятых волновых чисел, что может выйти в итоге за края допусков.
1.8 Износ источника излучения
Хотя у ИК спектрометров достаточно стабильный источник излучения, но все-таки раз в несколько лет он теряет свою интенсивность и в нем может нарушаться состав спектра. Если все причины были исключены, а прибор ранее хорошо проходил этот тест — замените источник излучения.
Если же у вас новый прибор и он не проходит по критерию — проверьте на другой стандартной пленке полистирола, а если проблема подтвердится — значит проблема в исполнении спектрометра.
2. Почему не проходит тест на разрешающую способность ?
В данном случае под этим тестом понимается либо тест на стандартной пленке полистирола ~35 мкм, где вычисляется разница между максимумами и минимумами при определенных пиках, а также тест, где анализируется полуширина пика углекислого газа.
2.1 Выставлено слишком плохое значение разрешающей способности и число накоплений
Та же самая причина, что и для предыдущего теста и то же самое решение. Надо выставлять 4 см-1 или 2 см-1. Обычно этого хватает.
То же с накоплениями — не менее 16 шт.
2.2 Максимумы и минимумы находятся в строго определенных точках спектра пленки полистирола
Про что речь? Обычно для этого теста указывают, что надо найти разницу оптической плотности в максимуме при 2849,5 см-1 и минимуме при 2870 см-1 и аналогично для другой пары волновых чисел. Но при вычислении этой разницы, максимумы и минимумы не находятся идеально точно в этих значениях. Надо найти фактические максимумы и минимумы (например, они окажутся в точках 2849,75 и 2870,60 см-1) рядом в указанных местах спектра и вычислить разницу между значениями оптических плотностей для них. Это очень частая причина у новичков.
2.3 Использована слишком тонкая стандартная пленка полистирола
Наблюдаемся разница оптических плотностей между максимумами и минимумами контрольных пиков в пленке полистирола будет снижаться при уменьшении толщины пленки. Критерии не менее 0,33 Б и 0,08 Б в фармакопее, даны для пленки толщиной около 35 мкм. Использование пленки 30 мкм (0,03 мм) даст неверные результаты. Использование пленки более толстой — более 40 мкм — даст наоборот завышенные не реалистичные показания.
Подходящую по фармакопейным требованиям стандартную пленку полистирола толщиной 35 мкм вы можете приобрести у нас нашего производства >>
3. Почему не проходит тест на соотношение сигнал-шум
3.1 Использована другая приставка
Данный критерий чаще всего установлен для приставки пропускания ИК спектрометров. У приставки НПВО (ATR) как правило соотношение сигнал-шум в разы хуже, чем у приставки пропускания. Поэтому для контроля данного соотношения для приставки НПВО, необходимо устанавливать отдельный критерий.
3.2 Использование иной методики, чем той, для которой было установлено данное соотношение
Количество накоплений очень сильно влияет на данный тест, поэтому нужно понимать для какого количества накоплений установлен данный критерий. Обычно для данного теста необходимо выставлять количество накоплений от 32 до 64.
Диапазон вычисления шума также очень сильно определяет величину шума. Чем больше выбранный интервал в области 2200 см-1, тем с большей вероятностью вы получите бОльший шум при использовании метода pick-to-pick (p2p). P2p — это самый простой и самый грубый метод вычисления шума, когда шум вычисляется как разница между наибольшей и наименьшей значениями точек спектра.
Метод вычисления шума. Чаще всего используется вышеприведенный метод p2p, но могут использоваться также методы 6-sigma, 3-sigma или какой-то более специфичный.
Используемая формула может быть несколько отличаться у разных разработчиков методик. Вроде бы она должна быть одинаковая, но все равно отличается в том числе из-за разного способа вычисления шума.
Это главная причина, почему зачастую при проверке соотношения сигнал-шум для ИК-спектрометра, получаемое значение даже близко не приближается к тем десяткам тысяч, а то и значениям более 100 тысяч, которые пишет у себя производитель в спецификациям. Относитесь к спецификациям производителя достаточно скептически, при установке собственного критерия к соотношения «сигнал-шум».
3.3 Сигнал-шум делается на пленке полистирола
Тест соотношения сигнал-шум делается на воздухе, а не на стандартной пленке полистирола.
3.4 Вышел из строя источник излучения
Соотношения сигнал-шум не является в большинстве случаев действительно важным критерием, т.к. он влияет только на количественные измерения очень малых концентраций, что происходит крайне редко для ИК спектрометрии. Но данный критерий в динамике позволяет отслеживать работоспособность источника излучения и менять его заблаговременно, не дожидаясь, когда выйдут другие характеристики.
4. Не проходит тест нуля (тест рассеянного света)
Здесь все просто: если проблема не связана с большим выставленным значением для разрешающей способности, то это аппаратная проблема или проблема обнуления. Если прибор «из коробки» дает значения более 1 % (спектр пропускания) для контрольных пиков, то это особенность прибора.
Но данный тест не является критичным для большинства назначений, не нормируется в фармакопее и установлен только в методиках OMCL.
Если вдруг вы ищете полностью подходящую для проверки ИК-Фурье спектрометров стандартную пленку полистирола толщиной около 35 мкм, то предлагаем рассмотреть стандартный образец нашего производства >>
