🗂 Обзор семинара: пищевые сыщики присоединяются ко второй части семинара Лейтенанта Кукурумбо, посвященного калибровочным моделям для БИК. На второй день он предлагает своим коллегам полезную информацию по использованию программного обеспечения для работы с калибровками, в том числе советы по предварительной спектральной обработке, и о том, как калибровать и проверять модели для БИК. Довольны ли сыщики его подготовкой к этому семинару? Чтобы узнать подробности, читайте далее.

На улице идет сильный дождь, пятеро частных сыщиков заходят в офис и отряхивают свои мокрые зонтики. Затем они наливают себе по чашке кофе или чая, теперь они готовы продолжить их семинар по созданию калибровочной модели для БИК-анализа.

Лейтенант Кукурумбо появляется на пороге одетый в кукурузно-желтый плащ, покрытый крупными каплями дождя, с двумя тяжелыми сумками в каждой руке. Он говорит, что это небольшой сюрприз после окончания семинара. Это воодушевляет его коллег, и они садятся на свои места. Лейтенант Кукурумбо готовится к продолжению семинара, чтобы дать свои профессиональные рекомендации по калибровке БИК-модели.

Как только он обсох, то сразу же приступил к работе. Лейтенант Кукурумбо напоминает своим коллегам, что они рассмотрели два основных этапа по созданию калибровочной модели для БИК. Он также успел дать свои рекомендации по выбору калибровочных образцов и измерению эталонных значений при использовании метода БИК.

Сыщик объявляет, что настало время для третьего совета.

Предварительная спектральная обработка

Предварительная спектральная обработка обычно применяется перед калибровкой для улучшения качества спектров БИК за счет устранения эффектов базовой линии и рассеяния, возникающих из-за физических характеристик образца, лабораторной среды и шума прибора.

Например, обработку с коррекцией рассеяния используют для редактирования мультипликативных сдвигов базовой линии (рисунок ниже): это означает, что пики сохраняют относительное положение, но пропорционально увеличиваются по мере увеличения поглощения на более длинных волнах. Этот эффект обычно вызван более крупными размерами частиц и светорассеянием.

Использование первой и второй производных также является часто применяемым способом корректировки перекрывающихся пиков БИК и больших сдвигов базовой линии.

Сыщик переходит к четвертому совету.

Как провести калибровку модели для БИК-анализа

Лейтенант Кукурумбо объясняет, что он рассматривает калибровку как процесс получения надежной модели для БИК, позволяющей преобразовать спектральные данные в значимую для пользователя информацию. Это может быть количественное определение содержания тех или иных компонентов в образце, а также и качественный анализ, необходимый для идентификации определенных веществ или разделения продуктов на разные категории.

Сыщик предлагает использовать метод многомерной регрессии, например, регрессии частично наименьших квадратов (PLS), для калибровки модели, разработанной для БИК-спектрометра.

Лейтенант Кукурумбо добавляет, что PLS модели калибруются с целью сведения к минимуму погрешности модели при максимальной точности. Точность и правильность калибровочных моделей для БИК оцениваются с помощью среднеквадратичной ошибки (MSE) и коэффициента детерминации (R2) соответственно. Значения MSE и R2 можно оценить с использованием метода проверки.

Лейтенант Кукурумбо переходит к своему последнему совету.

Проверка калибровочной модели для БИК-анализа

Проверка калибровочной модели для БИК необходима для того, чтобы убедиться в качестве калибровок, выполненных с помощью этой модели. Для этого Лейтенант Кукурумбо рекомендует использовать небольшую группу образцов того же типа, что и набор калибровочных образцов, но не вошедших в этот набор. Для этих образцов должны быть установлены соответствующие референсные значения, полученные с помощью тех же лабораторных методов, которые использовались и для получения референсных значений калибровочного набора. Затем проводится анализ проверочных образцов с помощью калибровочной модели для БИК и прогнозируются соответствующие аналитические значения для этих образцов. Полученные таким образом данные сравнивают с эталонными значениями проверочных образцов, т.е. со значениями соответствующего параметра, полученными с помощью лабораторного анализа.

Чем лучше совпадение данных, тем выше прогностическая эффективность модели. Для оценки этой прогностической эффективности используются MSE и R2.

Хорошие модели должны демонстрировать низкие значения MSE (близкие к 0) и значения R2, близкие к 1.

Лейтенант Кукурумбо быстро добавляет, что прогностическую эффективность моделей также можно оценить с помощью перекрестной проверки, в этом случае калибровочный набор будет разделен на несколько подмножеств. Количество подмножеств выбирается по умолчанию программным обеспечением для БИК или вручную оператором. По одному каждое из этих подмножеств исключается для проверки и калибровки, последовательные исключения оставшихся подмножеств проводят до тех пор, пока каждая группа не будет использована как для калибровки, так и для проверки. Средняя ошибка и R2 оцениваются как среднее арифметическое из соответствующих значений, оцениваемых в каждой итерации. Этот тип проверки особенно полезен в случаях, когда количество образцов ограничено.

Лейтенант Кукурумбо осматривает комнату вокруг себя и замечает, что его коллеги слегка ошеломлены. Он решает подвести итоги и просто резюмировать то, что они рассмотрели на двухдневном семинаре по созданию калибровочных моделей для БИК.

Разработка калибровочной модели для БИК-анализа необходима для преобразования поглощения БИК-излучения в информативные данные. Для разработки эффективной калибровки:

• выберите правильный прибор для работы в БИК-диапазоне, подходящий для реализации ваших задач;
• поддерживайте как можно более стабильную и чистую рабочую среду;
• обрабатывайте и подбирайте образцы соответствующим образом;
• используйте качественные референсные значения;
• сделайте выборку для калибровочного набора образцов того же типа, что и образцы, которые планируется регулярно анализировать;
• возьмите от 50 до 100 калибровочных образцов для начальной калибровки;
• применяйте спектральную предварительную обработку для улучшения калибровки;
• проверьте прогностическую эффективность БИК-модели.

Сыщик подчеркивает, что его коллеги также могут посещать дополнительные тренинги по калибровке или даже просто посвященные общим знаниям вебинары по БИК (NIR) для дальнейшего развития своих навыков.

Лейтенант Кукурумбо объявляет об окончании семинара по созданию калибровочной модели для БИК. Его коллеги, включая Мисс Маппл, вздохнули с облегчением. Тема была сложной, но им удалось её изучить. Теперь они, конечно, с нетерпением ждут сюрприза, который спрятан в двух тяжелых сумках. Лейтенант Кукурумбо достает несколько тарелок с фантастическими сортами швейцарского сыра, поскольку, по его словам, сыр является одним из наиболее подходящих образцов для анализа с помощью БИК. К сыру он подает виноград, груши, крекеры и, конечно же, несколько бутылок вина. Это был действительно веселый вечер для пищевых сыщиков 🧀🍷.