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Como as pré-calibrações ajudam na implementação rápida da espectroscopia no infravermelho próximo
Não seria bom começar sua análise com o apertar de um botão? Insira a amostra, feche a tampa e inicie a medição - isso é tudo o que é necessário com as pré-calibrações de espectroscopia NIR.
Esta é a quarta parte de nossa série sobre espectroscopia NIR. Nesta parte, descrevemos os casos em que a espectroscopia NIR pode ser implementada diretamente em seu laboratório sem a necessidade de desenvolvimento de métodos. Isso significa que, para essas aplicações, seu instrumento estará imediatamente operacional para fornecer resultados precisos - desde o primeiro dia.
Os tópicos a seguir serão abordados (clique para ir para o tópico):
A vantagem das pré-calibrações
Em nosso último artigo (Como implementar a espectroscopia NIR no fluxo de trabalho do seu laboratório), mostramos como integrar um espectrômetro NIR recém-recebido no fluxo de trabalho do seu laboratório com um exemplo de aplicação real. Esse processo está representado na Figura 1.
A maior parte do trabalho consiste em criar um conjunto de calibração. Você precisa medir aproximadamente 40-50 amostras em toda a faixa de parâmetros esperada com um método primário. Usando um software NIR, é preciso vincular os valores resultantes aos espectros NIR que foram registrados para as mesmas amostras (Figura 1: Etapa 1).
Depois disso, é necessário criar um modelo de previsão identificando visualmente as alterações espectrais e correlacionando essas alterações aos valores obtidos com o método primário (Figura 1: Etapa 2). Após a validação pelo software, um modelo de previsão estará disponível para uso em medições de rotina.
O processo descrito acima exige algum esforço e tem duração significativa porque, em muitos casos, as amostras que abrangem a faixa de concentração precisam primeiro ser produzidas e coletadas. Portanto, seria muito vantajoso se as etapas 1 e 2 pudessem ser omitidas para que o instrumento NIR pudesse ser usado imediatamente desde o primeiro dia.
Isso não é apenas um desejo, mas a realidade para aplicações específicas com o uso de pré-calibrações.
O que são pré-calibrações?
As pré-calibrações em espectroscopia NIR são modelos de previsão que podem ser usados imediatamente e fornecem resultados satisfatórios desde o início. Esses modelos são baseados em um grande número de espectros de produtos reais (entre 100 e 600) que abrangem uma ampla faixa de parâmetros.
Isso significa que a criação do conjunto de calibração e a criação e validação do modelo de previsão (Figura 1: Etapas 1 e 2) não são necessárias. Em vez disso, o modelo de previsão de pré-calibração pode ser usado diretamente para a análise de rotina de amostras desconhecidas, conforme ilustrado na Figura 2.
Como funcionam as pré-calibrações?
Cada pré-calibração é fornecida como um arquivo digital que deve ser importado para o software NIR, como o software Vision Air da Metrohm.
- Instale o novo instrumento NIR (incluindo o software Vision Air).
- Crie um método que contenha configurações específicas de medição, como a temperatura de medição e o tipo de recipiente de amostra usado.
- Importe a pré-calibração e vincule-a ao método.
Isso é tudo o que é necessário!
O instrumento agora está pronto para fornecer resultados confiáveis para medições de rotina. É aconselhável medir algumas amostras de controle de valores conhecidos para confirmar que a pré-calibração fornece resultados aceitáveis.
Otimização da pré-calibração
Em alguns casos, os resultados obtidos em amostras de controle com a pré-calibração não são totalmente aceitáveis. Pode haver vários motivos para isso e, em geral, três casos diferentes são distinguidos:
- Os resultados obtidos com as amostras de controle se desviam apenas ligeiramente dos valores esperados.
- Os resultados são aceitáveis, mas o erro padrão é um pouco maior.
- Os resultados se desviam significativamente.
Examinaremos cada um desses casos a seguir e forneceremos recomendações.
Caso 1: Os resultados obtidos com as amostras de controle se desviam apenas ligeiramente dos valores esperados
Se o valor obtido das amostras de controle se desviar apenas ligeiramente, uma correção de viés de inclinação é a solução recomendada. O processo é ilustrado na Figura 3.
No diagrama superior, você vê que os valores da pré-calibração se desviam consistentemente em toda a faixa. Nessa situação, é possível realizar uma correção de slope-bias no modelo medido no software Vision Air. Depois de fazer isso, os resultados se ajustam muito bem (Figura 3 - parte inferior).
Caso 2: Os resultados são aceitáveis, mas o erro é um pouco maior
Na maioria dos casos, esse comportamento é observado se o intervalo da pré-calibração for muito maior do que o intervalo no qual o analista está interessado.
Considere, por exemplo, a medição de um valor na extremidade inferior do intervalo geral. O erro da pré-calibração é calculado em todo o intervalo e, portanto, o impacto do erro médio (SECV = erro padrão da validação cruzada) é muito maior nos valores da extremidade inferior em comparação com os valores no meio do intervalo completo. Isso é exemplificado na Figura 4 e na Tabela 1.
Tabela 1. Números de mérito para as diferentes regiões da pré-calibração da Figura 4. Observe o SECV muito menor para a faixa de 0-36 em comparação com o SECV para a faixa completa de 0-200.
| Faixa | R2 | SEC | SECV |
| 0–200 | 0.996 | 3.8 | 3.9 |
| 0–36 | 0.994 | 0.77 | 0.81 |
| 32–109 | 0.986 | 3.3 | 3.8 |
| 91–200 | 0.977 | 3.6 | 3.7 |
A ação recomendada nesse caso é remover determinados intervalos da pré-calibração, deixando apenas o intervalo de interesse.
Na Tabela 1, fica claro que o SECV para toda a faixa (0-200) é muito maior do que o SECV da faixa menor (0-36). Isso significa que, ao remover as amostras correspondentes aos intervalos mais altos da pré-calibração (deixando apenas o intervalo de 0-36), a pré-calibração modificada resultante fornece um SECV mais baixo.
Caso 3: Os resultados se desviam significativamente
Pode haver vários motivos por trás de um desempenho de previsão insatisfatório. Discutiremos dois motivos.
No primeiro exemplo, considere a possibilidade de que as amostras fornecidas para análise sejam proprietárias. Por exemplo, alguns fabricantes produzem polióis exclusivos e patenteados. Essas substâncias exclusivas não estão incluídas na coleção padrão de espectros de amostra na pré-calibração. Assim, a pré-calibração não fornece resultados aceitáveis para essas amostras proprietárias.
Outro exemplo é mostrado na Figura 5. Pode-se observar que os valores do método primário (pontos de dados azuis) se desviam significativamente dos valores obtidos do modelo de pré-calibração.
Esse exemplo foi extraído de um caso real de um cliente que observamos. No início, ficamos um pouco confusos ao verificar os resultados da medição, mas o motivo ficou claro depois de conversar com nosso cliente. Eles haviam escolhido medir os valores primários (número de hidroxila) por meio de titulação manual e não, como recomendado, com um titulador automático da Metrohm.
Portanto, o motivo do desempenho insatisfatório é a baixa precisão da titulação manual das amostras de controle e não tem nada a ver com a qualidade da pré-calibração.
Para obter mais informações sobre a titulação manual, leia nossa postagem no blog abaixo sobre as principais fontes de erro:
Pré-calibrações de espectroscopia NIR da Metrohm
A Metrohm oferece uma seleção de pré-calibrações para uma grande variedade de aplicações. Elas estão listadas na Tabela 2, juntamente com os parâmetros mais importantes da pré-calibração. Clique nos links para obter mais informações.
Tabela 2. Visão geral das pré-calibrações disponíveis para o software Vision Air da Metrohm.
| Pré-calibração | Parâmetros importantes selecionados |
| Polímeros | Número de hidroxila (ASTM D6342) |
| Gasolina | RON, MON, índice antidetonante, aromáticos, benzeno, olefinas |
| Diesel | Índice de cetano, densidade, ponto de fulgor |
| Combustível de aviação | Cetano, índice, densidade, aromáticos |
| Óleo de palma | Valor de iodo, ácidos graxos livres, umidade |
| Papel e celulose | Número Kappa, densidade, parâmetros de resistência |
| Polietileno (PE) | Densidade, viscosidade intrínseca |
| Polipropileno (PP) | Taxa de fluxo de fusão |
| Tereftalato de polietileno (PET) | Viscosidade intrínseca, número de acidez e outros |
| Poliamida (PA 6) | Viscosidade intrínseca, grupos terminais NH2 e COOH |
| Cannabis | Teor de THC, CBD e CBG; umidade |
| Análise de fezes | Teor de gordura, calorias e nitrogênio; umidade |
Conclusão
As pré-calibrações são modelos de previsão baseados em um grande número de espectros de produtos reais. Elas permitem que os usuários pulem a parte inicial de desenvolvimento do modelo e possibilitam o uso do instrumento desde o primeiro dia, economizando tempo e dinheiro.
