🗂 Обзор семинара: после раскрытия сложного дела о разработке быстрого и точного метода определения содержания масла в образцах сои Шалот Холмс настаивает на проведении семинара прежде, чем они возьмутся за новое задание. Лейтенант Кукурумбо предлагает своим коллегам окунуться в удивительный мир разработки калибровочных моделей для спектроскопии в ближней ИК-области (БИК). Пищевые сыщики увлечены, но смогут ли они выдержать сложность этой темы? Читайте далее и увидите все сами.

После двухдневного марафона по раскрытию дела по определению содержания масел Шалот Холмс принимает решение, что им нужен детективный перерыв, прежде чем приступить к следующему испытанию. Он спрашивает своих коллег, чем бы они хотели заняться в этот период.

Мисс Маппл застенчиво поднимает руку. Она говорит, что была очень впечатлена знаниями Нэнси Биф и Лейтенанта Кукурумбо о методе БИК, с которым она не слишком хорошо знакома. Она говорит, что ей было неприятно быть на вторых ролях в работе по делу о шоколаде, которое сыщики раскрыли с помощью метода БИК, поэтому ещё один семинар об этом методе ей бы действительно очень пригодился.

Поскольку прошлый семинар вела Нэнси Биф, то в этот раз Лейтенант Кукурумбо предлагает организовать своим коллегам дополнительное обучение. Он отправляется готовиться к семинару.

На следующий день коллеги устраиваются поудобнее, чтобы прослушать семинар о том, как разработать калибровочную модель для БИК. Лейтенант Кукурумбо начинает с рассказа о том, что лежит в основе метода ближней инфракрасной спектроскопии. В методе БИК измеряется поглощение света органическими веществами в ближнем инфракрасном диапазоне, которое зависит от химических и физических свойств определяемых структур. Диапазон ближнего инфракрасного излучения лежит в области от 800 до 2500 нм.

Свет в области ближнего инфракрасного диапазона взаимодействует с химическими связями, такими как C-H, O-H, N-H, присутствующими в органических соединениях в составе различных материалов, включая образцы продуктов питания. Тип этих связей и концентрацию содержащих их молекул, определяют по количеству поглощенного или отраженного конкретным образцом БИК-излучения.

Хемометрика или многомерная статистика используется для построения калибровочных моделей, которые позволяют преобразовывать БИК-спектры исследуемых образцов в информативные данные, такие как содержание белка, влаги или жира. Лейтенант Кукурумбо отмечает, что одна из причин, по которой ему нравится метод БИК, заключается в том, что вы можете использовать калибровочные модели БИК на соответствующем БИК-оборудовании для прогнозирования свойств новых образцов, избегая долгих и дорогостоящих традиционных аналитических методов.

Затем он подчеркивает, что

для получения качественных результатов методом БИК-спектроскопии необходима хорошая калибровочная модель.

Он переходит к описанию двух основных этапов по созданию калибровочной модели для БИК:

1. Выборочные измерения:

— лабораторные измерения для получения референсных значений свойств (y);
— спектральные измерения (x).

2. Калибровка.

В данном случае цель заключается в том, чтобы получить прогностическую модель и количественно оценить ее точность.

y = f (x) + ε

где f(x) – функция или модель, которая переводит спектральные данные в исследуемые свойства материала;
где ε – ошибка прогнозов. Последнее значение находят с использованием методов проверки модели.

Лейтенант Кукурумбо делает паузу, чтобы доходчиво объяснить, что физические факторы, такие как тип подготовки образца, размер частиц, влажность и температура, могут влиять на поглощение света в ближнем ИК-диапазоне и на характеристики калибровки БИК-системы.

Крайне важно выполнять последовательную, методичную подготовку и обработку образцов, чтобы гарантировать воспроизводимость результатов анализа и избежать каких-либо искажений в спектрах сканируемых образцов.

Сыщик осматривает комнату вокруг себя. Его коллеги выглядят немного озадаченными, поэтому он отпускает их на кофе-брейк перед тем, как продолжить семинар. Он хочет убедиться, что дает действительно полезные советы по процессу разработки калибровочной модели для БИК.

После того, как сыщики снова расселись поудобнее, Лейтенант Кукурумбо продолжает семинар и дает первый совет.

Выбор калибровочных образцов

По словам Лейтенанта Кукурумбо, одним из наиболее важных аспектов калибровки при создании хорошей калибровочной модели для БИК является использование репрезентативной выборки образцов или калибровочного набора образцов, который охватывает вариабельность анализируемых материалов. Поскольку разные типы образцов имеют различные характеристики, например, образцы мяса в сравнении с образцами зерновых культур, калибровочные модели для БИК необходимо выполнять для каждого типа материала в отдельности.

Какое количество образцов должно войти в калибровочный набор, зависит от распределения и вариабельности свойств конкретного типа образцов. Лейтенант Кукурумбо рекомендует:

Для начала необходимо взять для построения не менее 50-100 образцов, чтобы заложить прочную основу для получения калибровочной модели БИК с приемлемой точностью.

Он заявляет, что существует множество различных подходов к выбору калибровочных образцов, а также предлагает создать выборку на основе их спектральных характеристик, используя специальное программное обеспечение для создания калибровочных моделей с различными алгоритмами, облегчающими выбор калибровочных образцов.

Сыщик переходит ко второму совету.

Справочные значения

После того, как вы определитесь с набором репрезентативных калибровочных образцов, вам следует отправить их в лабораторию для анализа с помощью обычных аналитических методов, чтобы получить «эталонные, референсные значения» интересующих вас характеристик. Лейтенант Кукурумбо предлагает использовать один и тот же эталонный метод для всех образцов при определении конкретного параметра, например, метод Кьельдаля, для определения содержания белка и экстракцию по Сокслету для определения содержания жиров, чтобы избежать значительных погрешностей при получении эталонных значений.

Мисс Маппл поднимает руку и говорит, что эффект от перерыва на кофе-брейк прошел, и она больше не может следить за ходом его мысли. Остальные сыщики соглашаются с ней, они несколько перегружены новой информацией. Лейтенант Кукурумбо отвечает своим коллегам, что это идеальный момент, чтобы приостановить семинар, так как все его советы до сих пор касались процессов, выполняемых в лаборатории, а его следующие советы будут связаны с работой, проводимой с помощью программного обеспечения. Для восприятия этой информации им лучше иметь свежие головы.

Но он все же предлагает своим коллегам посмотреть несколько вебинаров, чтобы увидеть, как метод БИК применяется на практике для анализа продуктов питания, в том числе для измерения соответствующих параметров в образцах порошков для изготовления напитков и palm oil. А также проверить дополнительные онлайн-источники информации о калибровках, например, такой как поиск приложений для БИК.

Шалот Холмс беспокоится, что семинар утомил его команду, но он с облегчением слышит, как они радостно болтают между собой и обсуждают аспекты разработки калибровочной модели для БИК, выходя за дверь. Спонтанно он предлагает пойти посмотреть фильм. Пищевые сыщики с готовностью соглашаются и отправляются в кинотеатр на картину о загадочном убийстве, с собой у них газированные напитки и полные коробки попкорна. Даже Лейтенант Кукурумбо, умеющий ценить правильное использование кукурузных зерен, не отказался от такого предложения.

Продолжение следует…