Результат и расчеты исследований в соответствии с местной калибровкой

От спектры НИРс к достоверным данным образца

НИРс или ближняя инфракрасная спектроскопия — это метод физического исследования, при котором используется инфракрасный свет. Компания Агрофинс использует НИРс для анализа образцов грубых кормов, сырья, почвы. Основным сдерживающим фактором этого метода является математическая модель, которая используется для вычисления анализируемых параметров на основе спектров НИРс. Компания Eurofins Agro (Нидерланды) разработала модель, основанную на местных калибровках, которая рассчитывает большое количество параметров с очень высокой степенью достоверности. Принцип этой работы – от спектров к расчётным данным, описан в данной брошюре.

Вторичный метод

Спектра НИРс содержит большое количество информации о содержании органического вещества анализируемого образца. Особенность состоит в том, чтобы расшифровать эту информацию и отразить в виде понятных данных. Ввиду разнообразного композиционного состава разнообразных кормов, например: зерно кукурузы или злаковые травы, шрота и жмыхи, прямое заключение не представляется возможным. По этой причине, методика калибровки используется для каждого параметра отдельно, что означает, что для большого количества образцов, записывается не только спектр НИРс, но и все другие параметры, которые также исследуются в лаборатории обычным классическим методом. Классические методики дают возможность получения значений параметров непосредственно из калибровочных стандартов, поэтому их называют “методами первичного анализа”. НИРс калибруется по результатам первичных классических методов, и носит, соответственно, название “вторичного метода”.

Контрольные образцы

На протяжении многих лет компания Eurofins Agro собрала большое количество калибровочных наборов, содержащих сведения из образцов, которые анализировались как по результатам спектр НИРс, так и по результатам классических методик. Единая база данных содержит отдельные базы данных для всех используемых в мире объемистых кормов,сырья и различных полнорационных кормовых смесей (TMR). Эти наборы данных содержат от 1000 до 20 000 учетных записей (в том числе спектры НИРс и одно или несколько референтных значений), в зависимости от типа материала и значения параметра. Благодаря партнерству с Masterlab, компания Eurofins Agro имеет калибровочные наборы и для сырья. Из-за незначительных изменений продуктов сырья, требуются меньше калибровочных наборов, т. е. примерно от 500 до 1000 учетных записей. Все калибровочные наборы включают в себя данные по урожаям кормовых культур за нескольких лет.

Общемировая или местная калибровка

Совместно с университетом Вайкато (Новая Зеландия), компания Eurofins Agro разработала математические модели перевода информации НИРс в достоверные данные. В отличие от многих имеющихся в продаже глобальных аналитических моделей НИРс, компания Eurofins Agro использует модель, принцип работы которой — местные калибровки.
С одной стороны, общемировая калибровка предусматривает фиксированную модель расчета. Для этого вся имеющаяся информация используется для каждого расчета, чтобы определить значения параметра неизвестного образца.

С другой стороны, местная калибровка, имеющая расчетную модель, которая акцентирует внимание на спектре определенного местного образца. Посредством автоматического поиска этот спектр комбинируется с множеством спектров соответствующего калибровочного набора, который мало чем отличается от измеряемого спектра. Для хорошей местной калибровки, нужны сотни аналогичных спектров НИРс. Затем эти референтные спектры вводятся в расчетную модель вместе с соответствующими первичными аналитическими данными для расчета различных параметров неизвестного образца. Такой подход имеет преимущество в точности расчетных данных, они более аккуратны, даже когда взаимосвязь между спектрами НИРс и классическим анализом не являются линейными (см. рис. 1).

Рисунок 1. Сравнение между международной (слева) и местной (справа) калибровками. Графики показывают, что линия, представляющая местную калибровку более точно соответствует анализируемым точкам.

Отклоняющийся образец

Иногда калибровочный набор содержит недостаточно спектров, схожих со спектром неизвестного образца. В результате, расчет, основанный на местной калибровке, может оказаться неточным. Такое может происходить как с одним параметром, так и с несколькими. В подобной ситуации проводится соответствующий анализ с использованием классических референтных методов. Референтный метод всегда рассматривается как вариант, потому что НИРс является методом неразрушающего анализа. На затраты для клиента он не влияет, но время предоставления результата анализа удлиняется. Если результаты референтного классического анализа находятся в пределах параметра, полученные данные впоследствии добавляются в калибровочный набор. Таким образом, база данных постоянно расширяется и адаптируется для текущего анализа. По сути, модель расчета НИРс компании Eurofins Agro никогда не заканчивается. База данных калибровочных образцов должна отслеживать изменения, которые влияют на тестовые образцы. Например, изменение погодных условий, прогрессивное управление заготовкой кормов, новые методы сбора урожая и новые сорта сельскохозяйственных культур – все они будут постоянно менять композиционный состав калибровочных наборов (см. рис. 2).

Рисунок 2. Примеры результатов исследований, которые влияют на расчет данных от спектра NIRs:

А. калибровочный набор с достаточным количеством образцов однотипных спектров, расчётные данные возможны;
Б. калибровочный набор без достаточного количества образцов однотипных спектров, образец исследуется как на НИРс, так и классическим методом референтных образцов. Полученные данные добавляются в базу данных;
В. Образец «выпал» из калибровочного набора. Образец исследуется как на НИРс, так и классическим методом референтных образцов. Полученные данные добавляются в базу данных.

Стандартное измерение сырой золы

Стандартные модели расчета НИРс могут неправильно посчитать значения параметра, если анализируемые объемистые корма загрязнены почвой. Неорганические вещества, которые присутствуют в почве не подают сигнал НИРс. Следовательно, эти модели могут рассчитать содержание неорганических веществ, или содержание сырой золы, косвенно из спектра НИРс. Это хорошо работает, когда это относится к растительным неорганическим веществам, таких как: силикаты, которые инкапсулированы, то есть заключены в оболочку клеточных стенок растений. И хотя загрязнение почвой незаметно при использовании этого метода, риск загрязнения кормов почвой остается реальным. По этой причине компания Eurofins Agro всегда определяет содержание сырой золы в грубых кормах традиционным классическим методом. Другие параметры, которые определяются с помощью НИРс и на основании измеренного содержания сырой золы, преобразуются в значения в сухом веществе. Таким образом, клиентам предоставляются достоверные результаты анализа грубых кормов, даже при повышенном содержании сырой золы.

«С 1996 года большое количество образцов местных калибровочных образцов из РФ было поисследовано в головной лаборатории Еврофинс Агро. Эта работа не прекращается и сегодня».