Предустановленные калибровочные модели в БИК-спектроскопии: мгновенные результаты
8 янв. 2024 г.
Статья
Поделиться статьей
Как предустановленная калибровочная модель (пре-калибровка) способствует быстрой реализации БИК-спектроскопии
Разве не было бы здорово начать анализ одним нажатием кнопки? Поместите образец, закройте крышку и начните измерение – это все, что требуется при наличии пре-калибровки БИК-спектроскопии.
Это четвертая часть нашей серии статей о БИК-спектроскопии. В этой части мы расскажем, в каких случаях БИК можно применять без необходимости разработки каких-либо методов. Это означает, что БИК-анализатор может немедленно приступить к работе для получения точных результатов – с самого первого дня.
Будут рассмотрены следующие темы (нажмите, чтобы перейти к теме):
Преимущество пре-калибровки
В нашей последней части (Как внедрить БИК-спектроскопию в рабочий процесс вашей лаборатории) мы показали, как можно интегрировать недавно полученный БИК-спектрометр в рабочий процесс на реальном примере. Этот процесс изображен на Рисунке 1.
Основная часть работы заключается в создании калибровочного набора. Необходимо измерить приблизительно 40–50 образцов в пределах ожидаемого диапазона параметров с помощью основного метода. При использовании программного обеспечения для БИК-спектроскопии необходимо сопоставить полученные значения с БИК-спектрами, записанными для тех же образцов (Рисунок 1: Шаг 1).
После этого необходимо создать модель прогнозирования, визуально выявив изменения спектра и сопоставив эти изменения со значениями, полученными с помощью основного метода (Рисунок 1: Шаг 2). После проверки программным обеспечением становится доступна прогностическая модель для использования в рутинных измерениях.
Описанный выше процесс требует определенных усилий и занимает значительное количество времени, поскольку во многих случаях сначала необходимо получить и собрать образцы, охватывающие весь диапазон концентраций. Поэтому было бы очень полезно, если бы шаги 1 и 2 можно было пропустить, чтобы прибор БИК-анализатор можно было использовать с первого же дня.
Это не просто выдача желаемого за действительное, а реальность для конкретных применений, связанных с использованием пре-калибровки.
Что такое пре-калибровка?
Пре-калибровка в БИК-спектроскопии представляет собой предустановленные прогностические модели, которые можно использовать немедленно и которые обеспечивают удовлетворительные результаты с самого начала. Эти модели основаны на большом количестве реальных спектров продуктов (от 100 до 600), охватывающих широкий диапазон параметров.
Это означает создание калибровочного набора данных, а также создание и проверку модели прогнозирования (Рисунок 1: Шаги 1 и 2) не требуются. Вместо этого, модель прогнозирования, разработанная до калибровки, может быть использована непосредственно для рутинного анализа неизвестных образцов.
Как работает пре-калибровка?
Каждая пре-калибровка предоставляется в виде цифрового файла, который необходимо импортировать в программное обеспечение БИК-анализатора, например, Meyrohm Vision Air.
- Установите новый БИК-спектрометр (включая ПО Vision Air).
- Создайте метод, содержащий параметры, специфичные для каждого измерения, такие как температура измерения и тип используемого сосуда для образца.
- Импортируйте предварительную калибровку и свяжите ее с методом.
Это всё, что нужно!
Прибор теперь готов обеспечивать надежные результаты для рутинных измерений. Рекомендуется измерить несколько контрольных образцов с известными значениями, чтобы убедиться, что пре-калибровка дает приемлемые результаты.
Оптимизация пре-калибровки
В некоторых случаях результаты, полученные на контрольных образцах с пре-калибровкой, не являются полностью приемлемыми. Причин этому может быть множество, и в целом можно выделить три основных случая:
- Результаты, полученные с использованием контрольных образцов, лишь незначительно отклоняются от ожидаемых значений.
- Результаты приемлемые, но стандартная ошибка несколько завышена.
- Результаты существенно различаются.
Ниже мы рассмотрим каждый из этих случаев и дадим рекомендации.
Случай 1: Результаты, полученные с контрольными образцами, лишь незначительно отклоняются от ожидаемых значений
Если значение, полученное из контрольных образцов, отклоняется лишь незначительно, рекомендуется коррекция смещения наклона. Процесс проиллюстрирован на Рисунке 3.
На верхнем графике видно, что значения, полученные до калибровки, стабильно отклоняются во всем диапазоне. В этой ситуации в ПО Vision Air можно выполнить коррекцию смещения наклона измеренной модели. После этого результаты очень хорошо совпадают (Рисунок 3 – нижний график).
Случай 2: Результаты приемлемые, но погрешность несколько завышена
В большинстве случаев такое поведение наблюдается, если диапазон пре-калибровки значительно превышает диапазон, представляющий интерес для аналитика.
Рассмотрим, например, измерение значения в нижней части общего диапазона. Ошибка предварительной калибровки рассчитывается по всему диапазону, и поэтому влияние средней ошибки (SECV = стандартная ошибка перекрестной проверки) значительно больше на значения в нижней части диапазона по сравнению со значениями в середине всего диапазона. Это подтверждается следующим примером: Рисунок 4 и Таблица 1.
Таблица 1. Показатели качества для различных областей пре-калибровки (Рис. 4). Обратите внимание на значительно меньший коэффициент вариации SECV для диапазона 0–36 по сравнению с коэффициентом вариации SECV для всего диапазона 0–200.
| Диапазон | Р2 | СЕК | СЕКВ |
| 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 |
В данном случае рекомендуется удалить определенные диапазоны пре-калибровки, оставив только интересующий диапазон.
Из таблицы чевидно, что коэффициент вариации SECV для всего диапазона (0–200) значительно выше, чем коэффициент вариации SECV для меньшего диапазона (0–36). Это означает, что при удалении из пре-калибровки образцов, соответствующих более высоким диапазонам (оставляя только диапазон 0–36), в результате модифицированная пре-калибровка дает более низкое значение SECV.
Случай 3: Результаты существенно различаются
Причин неудовлетворительной точности прогнозирования может быть несколько. Мы обсудим две.
В первом примере рассмотрим возможность того, что предоставленные для анализа образцы являются коммерческой тайной. Например, некоторые производители выпускают уникальные запатентованные полиолы. Эти запатентованные вещества не входят в стандартный набор спектральных образцов, используемых для пре-калибровки. Таким образом, пре-калибровка не обеспечивает приемлемых результатов для таких запатентованных образцов.
Другой пример показан на Рисунке 5. Можно заметить, что значения, полученные основным методом (синие точки), значительно отличаются от значений, полученных с помощью модели пре- калибровки.
Это реальный пример из практики клиента, где поначалу результаты измерений нас несколько озадачили, но причина стала ясна после разговора с клиентом. Они решили измерить основные параметры (гидроксильное число) с помощью ручного титрования, а не, как рекомендуется, с автоматическим титратором Metrohm.
Следовательно, причиной неудовлетворительной работы является – низкая точность ручного титрования . Это не имеет никакого отношения к качеству пре-калибровки, а относится к контрольным образцам.
Для получения более подробной информации о ручном титровании ознакомьтесь с нашей статьей в блоге ниже, в которой описаны основные источники ошибок:
Пре-калибровка для БИК-спектрометров от Metrohm
Компания Metrohm предлагает ряд вариантов пре-калибровки для самых разнообразных областей применения. Они перечислены в Таблице 2 вместе с наиболее важными параметрами пре-калибровки. Нажмите на ссылки, чтобы получить более подробную информацию.
Таблица 2. Обзор доступных пре-калибровок для программного обеспечения Metrohm Vision Air.
| Пре-калибровка | Избранные важные параметры |
| Полиолы | Гидроксильное число (ASTM D6342) |
| Бензин | RON, MON, антидетонационный индекс, ароматические углеводороды, бензол, олефины |
| Дизель | Цетановое число, плотность, температура вспышки |
| Реактивное топливо | Цетановое число, индекс, плотность, ароматические углеводороды |
| Пальмовое масло | Йодное число, свободные жирные кислоты, влажность |
| Целлюлозно-бумажная промышленность | Число Каппа, плотность, параметры прочности |
| Полиэтилен (ПЭ) | Плотность, характеристическая вязкость |
| Полипропилен (ПП) | Скорость потока расплава |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | Вязкость, кислотное число и другие параметры |
| Полиамид (ПА 6) | Вязкость, NH2 и концевые группы COOH |
| Каннабис | Содержание ТГК, КБД и КБГ; влажность |
| Анализ кала | Содержание жира, калорий и азота; влажность |
Заключение
Пре-калибровка представляет собой прогностические модели, основанные на большом количестве реальных спектров продукции. Это позволяет пользователям пропустить начальный этап разработки модели и начать использовать инструмент с первого дня, экономя время и деньги.
