В ИОХ РАН разработали алгоритмы для поиска следов палладия в сложных смесях

В лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН разработали систему автоматического поиска палладийсодержащих ионов в масс-спектрах. Она не только определяет присутствие металла в образце, но и указывает, какие сигналы ему соответствуют.

Зачем искать следы палладия

Палладий широко используют в органическом катализе, но он также может присутствовать в лабораторных и природных образцах как примесь. Даже следовые количества металла способны изменить ход химической реакции. Если исследователи не заметят такую примесь, они могут неверно объяснить полученные результаты.

Как система распознает палладий

Анализ проходит в два этапа. Сначала графовый алгоритм разбивает масс-спектр на группы пиков, соответствующих отдельным ионам. Затем сверточная нейросеть оценивает вероятность присутствия палладия в каждой группе.

При мониторинге реакций система позволяет отслеживать, как со временем меняются состав и интенсивность сигналов палладийсодержащих частиц. Эти данные помогают изучать механизмы химических превращений.

Что показали испытания

Для обучения моделей использовали около 50 тысяч теоретически рассчитанных паттернов, а для тестирования — 471 экспериментальный масс-спектр с ручной разметкой. Значения метрики ROC AUC для распознавания палладия достигали 0,995.

По данным исследователей, метод позволил обнаруживать соединения палладия при концентрациях вплоть до 10⁻⁸ моль/л. Систему проверили в гомогенном и гетерогенном катализе, при регистрации положительных и отрицательных ионов. Она работала как с отдельными спектрами, так и при непрерывном мониторинге реакций.

Автор проекта, аспирант Сколтеха и сотрудник ИОХ РАН Павел Гуревич сообщил, что система уже применяется в лаборатории: помогает анализировать сложные каталитические системы, находить следовые примеси металлов и изучать механизмы реакций.

Исследователи считают, что архитектуру системы можно адаптировать для выявления других металлов. Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России.