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

Význam tématu

Signal-to-noise ratio (S/N) byl tradiční metrikou pro srovnání výkonnosti chromatografických systémů kombinovaných s hmotnostní spektrometrií. Snížení šumu v moderních přístrojích s vysokým rozlišením (HRMS) a tandemovou spektrometrií (MS/MS) však vede k situaci, kdy je šum téměř nulový a parametr S/N ztrácí smysluplnou vypovídací hodnotu.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek zkoumá limity použití klasického poměru S/N jako ukazatele mezí detekce u moderních MS systémů a navrhuje alternativní statistický přístup založený na opakovaných injekcích a výpočtu standardní odchylky nebo relativní standardní odchylky (RSD).

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatografické systémy GC/MS a LC/MS
• Hmotnostní spektrometry s vysokým rozlišením (HRMS) a tandemovou funkcí (MS/MS)
• Nízkosumová elektronika a digitální filtr
• Automatizace výpočtu šumu a software integrátor
• Vstřikovací systém s autosamplerem, splitless inlet a manuální Merlin MicroShot Injector

Hlavní výsledky a diskuse

Autor ukázal, že volba segmentu základní linie pro výpočet šumu může vést k až dvacetinásobnému rozdílu v hodnotách S/N. V režimech, kde je šum blízký nule, se S/N stává nekonečným a nereálným. Na příkladu osmi opakovaných injekcí vzorku 200 fg OFN bylo statisticky stanoveno IDL na úrovni ~30 fg (99% interval spolehlivosti), zatímco jednorázový výpočet S/N poskytl mylně IDL ~1 fg. Relativní standardní odchylka (RSD) navíc slouží jako ukazatel počtu detekovaných iontů a lze ji použít pro srovnání citlivosti různých přístrojů.

Přínosy a praktické využití metody

• Univerzální metriku pro všechny režimy MS, včetně režimů s nízkým šumem
• Realističtější odhad mezí detekce (IDL/MDL) založený na statistice
• Možnost srovnání citlivosti přístrojů pomocí RSD
• Lepší validace analytických metod v praxi

Budoucí trendy a možnosti využití

V budoucnu lze očekávat, že výrobci MS začlení statistické výpočty IDL přímo do své dokumentace a software. Tento přístup lze rozšířit i na další analytické detektory a automatizovat v rámci zkušebních protokolů při instalaci přístrojů.

Závěr

Poměr signál/šum již není spolehlivý ukazatel výkonnosti moderních hmotnostních spektrometrů. Statistická metodika založená na opakovaných měřeních a výpočtu RSD poskytuje konzistentní a prakticky použitelný způsob stanovení mezí detekce a kvalifikace přístrojové citlivosti.

Reference

1. European Pharmacopoeia vol. 1; 7th Edition.
2. United States Pharmacopeia, XX Revision, Rok 1988.
3. Japanese Pharmacopoeia, 14th Edition.
4. ASTM Section E 682 – 93, Annual Book of ASTM Standards, Vol.14.01.
5. Handbook of Residue Analytical Methods for Agrochemicals, Vol. I; Lee, P.W. (ed.), John Wiley & Sons, 2003.
6. U.S. EPA Title 40 Part 136 Appendix B – Definition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit, Revision 1.11.
7. IUPAC Technical Report “Uncertainty Estimation and Figures of Merit for Multivariate Calibration”, Pure Appl. Chem. 78(3), 633–661 (2006).
8. Official Journal of the European Communities, Commission Decision 12 August 2002, Implementing Council Directive 96/23/EC.
9. ACS Committee on Environmental Improvement, Anal. Chem. 52, 2242–2249 (1980).
10. Wells G., Prest H., Russ C.W. IV, Agilent Technologies Technical Note 5990-7651EN, “Signal, Noise, and Detection Limits in Mass Spectrometry”.
11. Anderson D.R., Sweeney D.J., Williams T.A., “Statistics”, West Publishing, New York, 1996.
12. Bevington P.R., Robinson D.K., “Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences”, WCB McGraw-Hill, Boston, 2nd Edition, 1992.