Why use Signal-To-Noise as a Measure of MS Performance When it is Often Meaningless?

Význam tématu

Moderní hmotnostní spektrometry dosahují tak nízké úrovně šumu, že tradiční měření poměru signál/šum (S/N) ztratilo schopnost spolehlivě odhadnout detekční limity. Tam, kde je pozadí prakticky nulové, má S/N tendenci narůstat bez reálné změny citlivosti, což komplikuje porovnávání přístrojů a stanovování optimálních podmínek pro stopovou analýzu.

Cíle a přehled studie

Autoři analyzují nedostatky S/N jako univerzálního kritéria výkonu MS systémů a navrhují přechod k statistickým metodám založeným na opakovaných injekcích standardů. Poukazují na mechanizmy zkreslení S/N (výběr nejklidnější oblasti baseline, pod-samplování úzkých peaků) a demonstrují výhody kvantifikace detekčního limitu prostřednictvím směrodatné odchylky (STD) a relativní STD (RSD) replikovaných měření.

Použitá metodika a instrumentace

Pro stanovení detekčního limitu (IDL) a metoda detection limitu (MDL) autoři doporučují:

• Opakované (min. 7–10) injekce analytického standardu blízko očekávaného detekčního limitu.
• Výpočet průměrné plochy chromatografického signálu a její STD.
• Určení IDL podle vzorce IDL = ta·STD, kde ta je Studentovo kritérium pro zvolenou spolehlivost (např. 99 %).
• Alternativně přepočet na jednotky analyta pomocí RSD = STD/průměr.

Instrumentace zahrnuje GC/MS a LC/MS systémy včetně režimů vysokého rozlišení (HRMS) a tandemového MS (MS/MS), které redukují chemický šum. Kritickou úlohu hraje kvalita injekčního systému (autosampler, manuální injektory) pro minimalizaci odchylek.

Hlavní výsledky a diskuse

Ukázalo se, že IDL odvozený ze S/N se může lišit až 20násobně podle toho, kde software odstíní šum. Naopak statistická metoda poskytuje konzistentní a validní odhad detekční schopnosti i v režimu ultra nízkého šumu, kdy je S/N v podstatě nekonečné. Dále autoři demonstrují, jak RSD koreluje s počtem detekovaných iontů a nabízí srovnání citlivosti mezi přístroji bez vlivu výběru šumové oblasti.

Přínosy a praktické využití metody

Štandardizace výkonu MS systémů pomocí RSD založené na replikovaných injekcích přináší:

• Objektivní porovnání přístrojů napříč různými provozními režimy.
• Spolehlivý odhad IDL a MDL bez ovlivnění nulovým nebo velmi nízkým baseline šumem.
• Možnost poskytnout uživatelům realistická data o citlivosti a přesnosti měření.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se, že výrobci zařadí statistická kritéria do standardní dokumentace k injektážním a detekčním sebodůměrům MS systémů. Lze rozšířit metodiku i pro složité matice a pro další detekční techniky kombinované s MS. Rovněž se předpokládá vývoj automatizovaných nástrojů pro rychlý výpočet RSD a IDL přímo v softwaru instrumentů.

Závěr

S/N z jednoho měření zůstává vhodným orientačním parametrem, ale pro robustní a univerzální stanovení detekčního limitu v moderní MS analytice je výhodnější a statisticky validní používat replikované injekce a vyhodnocení pomocí STD/RSD a Studentova kritéria.

Reference

1. European Pharmacopoeia, 7th Edition.
2. United States Pharmacopeia XX Revision, USP.
3. Japanese Pharmacopoeia, 14th Edition.
4. ASTM E682–93, Annual Book of ASTM Standards.
5. Corley J. W.: Best Practices in Establishing Detection and Quantification Limits for Pesticide Residues in Foods, Wiley, 2003.
6. U.S. EPA Methods for the Analysis of Pollutants, Appendix B to Part 136.
7. IUPAC Technical Report on Uncertainty Estimation for Multivariate Calibration, Pure Appl. Chem. 78(3):633–661, 2006.
8. Commission Decision 2002/657/EC, Official Journal of the European Communities.