| Zastosowanie metod analiz opartych na technice FT-NIR w przemyśle paszowym |
 |
 |
 |
| Hodowca Drobiu | |
| Wpisany przez Mariusz Kolbuszewski specjalista ds. spektroskopii DONSERV | |
 Zasada pomiarów spektrofotometrem w zakresie bliskiej podczerwieni
  Tutaj należy wspomnieć o jednej niedogodności technik spektroskopowych – urządzenie należy najpierw skalibrować. Kalibracja aparatury NIR polega na zebraniu widm próbek o parametrach określonych metodą referencyjną, przypisaniu im odpowiednich wartości. Dalszym etapem kalibracji jest wykonanie obróbki matematycznej widm w celu ustalenia korelacji widma z wprowadzonymi danymi. Taką kalibrację, czyli matematyczny model naszego widma zawierający informacje o parametrach możemy wykonać samodzielnie. Tutaj mogę polecić bardzo przyjazne dla użytkownika oprogramowanie NIRCal firmy Buchi lub też zakup gotowej kalibracji. Dlaczego jednak w niektórych przypadkach warto kupować gotową kalibrację, skoro można ją opracować samemu? Otóż dokładność naszej metody NIR, podobnie jak każdej metody opierającej się na kalibracji, ściśle zależy od dokładności i precyzji wykonania badań metodami referencyjnymi. Im dokładniejsze i precyzyjniejsze wyniki wykorzystamy jako podstawę kalibracji, tym nasze późniejsze wyniki będą lepsze. Gotowe kalibracje przygotowują wyspecjalizowane firmy posiadające akredytację oraz wieloletnie doświadczenie, np. INGOT – gwarantując wysoką jakość. Zastosowanie takiej kalibracji daje nam pewność poprawności naszych wyników. Wraz z taką kalibracją otrzymujemy certyfikat o jej dokładności, zakresie pracy i możliwych błędach. Aby jednak zastosować gotowe kalibracje, aparat musi zapewniać odpowiednią powtarzalność wyników pomiędzy różnymi egzemplarzami, aby umożliwić przeniesienie kalibracji opracowanej na innym egzemplarzu – system N500 umożliwia bezproblemowe przenoszenie opracowanych kalibracji, widm i aplikacji. Jak wygląda taka kalibracja? W tym celu zaprezentuję jedną z aplikacji systemu N-500 firmy Buchi, oznaczanie zawartości białka, tłuszczu, skrobi, popiołu oraz włókien w kukurydzy pastewnej.  Analizie poddano 200 próbek, przy czym do kalibracji poszczególnych parametrów wykorzystano różne liczby próbek ze względu na badania metodami referencyjnymi. Każdą próbkę zhomogenizowano a następnie zebrano jej widmo systemem NIR. Po analizie metodą NIR ta sama próbka została poddana analizie metodami referencyjnymi na poszczególne parametry. Po otrzymaniu wyników metod referencyjnych zostały one przypisane do zebranych widm. Tak przygotowane widma wraz z parametrami je określającymi posłużyły do wykonania modelu matematycznego – kalibracji naszej kukurydzy. Aby  zapewnić najwyższą wiarygodność wyników oprogramowanie NIRCal dzieli widma na 2 grupy. Pierwszą grupę widm i około 2/3 wszystkich próbek oprogramowanie wykorzystuje do budowy modelu kalibracji i pozostałe widma zostaja wykorzystane jako grupa walidacyjna – służą do kontroli dokładności otrzymanej kalibracji. Przedstawione wykresy obrazują dokładność kalibracji dla różnych parametrów. Na każdym z nich na osi 0X umieszczone są rzeczywiste wartości parametru (czyli te otrzymane metodą referencyjną), na osi 0Y mamy obliczone wartości parametrów. Widzimy, że dla tłuszczu przebadano łącznie 51 próbek. 39 z  nich posłużyło do opracowania kalibracji, a 21 zostało przypisanych do zestawu kontrolnego. Na podstawie tych próbek obliczamy błąd metody podany na każdym wykresie jako BIAS dla widm walidacyjnych. Błąd ten powinien być najbliższy zeru. Błąd dla zawartości tłuszczu naszej kalibracji wynosi 0,012. Należy przy tym pamiętać, że norma na określenie zawartości tłuszczu podaje maksymalną dopuszczalną różnicę dla 2 powtórzeń tej samej próbki na poziomie 0,3%. Tak więc wynik otrzymany metodą NIR ma większą powtarzalność niż jest wymagana dla metody klasycznej. Podobne wyniki otrzymano dla pozostałych badanych parametrów. Po opracowaniu wszystkich kalibracji dołączane są one do metody pomiarowej i w trakcie 1 analizy otrzymujemy wartości wszystkich parametrów, a sama analiza trwa zaledwie kilkanaście sekund. Porównanie metody referencyjnej z metodą FT-NIR Najłatwiej wykazać zalety nowego systemu analiz konfrontując procedurę pomiarową oraz wyniki z metodą referencyjną. Na początek przeanalizujmy niezbędny sprzęt do przeprowadzenia pomiarów.  Dla metody opartej na spektrometrii bliskiej podczerwieni musimy posiadać nasz spektrometr. Dla systemu NIR N-500 wymagany jest jedynie komputer z odpowiednim (również w zestawie) urządzeniem, homogenizator i szkło laboratoryjne w postaci kilkunastu szalek Petriego. Tym zestawem możemy zbadać próbki pod katem wszystkich interesujących nas parametrów. Najczęściej są to: ▶ Wilgotność/sucha masa ▶ Zawartość popiołu ▶ Zawartość białka ▶ Zawartość tłuszczu ▶ Zawartość włókien (przy równoczesnym ich rozdzieleniu na frakcje) ▶ Zawartość cukrów (przy ich równoczesnym rozdziale na poszczególne frakcje) ▶ pH ▶ Strawność Analiza metodą NIR pozwala otrzymać te wszystkie parametry podczas jednej analizy w czasie do 30 sekund. W dodatku analizę może przeprowadzić każdy pracownik po wstępnym przeszkoleniu. Oznaczenie tych wszystkich parametrów metodami referencyjnymi wymaga przynajmniej kilku dni pracy i zaangażowania odpowiednio większej grupy osób posiadających odpowiednie doświadczenie. Nie należy tutaj również zapominać o niezbędnych do analiz odczynnikach chemicznych, często niebezpiecznych dla pracownika. Ponadto, jeżeli próbkę wysyłamy do analizy do innego laboratorium wydłuża się czas pomiędzy pobraniem próbki do badania, a możliwością zastosowania w praktyce otrzymanej informacji. Poprzez zastosowanie techniki NIR na etapie produkcji i stosowania pasz można uzyskać wymierne korzyści finansowe. Po pierwsze ograniczamy koszty badań surowców/paszy. Wyniki badań otrzymujemy na bieżąco, co pozwala nam na modyfikację składu i dawkowania paszy, przy utrzymaniu optymalnego poziomu. Eliminujemy często groźne odczynniki chemiczne z naszego zakładu. Ponadto stosując zaawansowany system, taki jak np. NIRFlex N-500 firmy Buchi, redukujemy również koszty pracy – taki system może być obsługiwany przez każdą osobę po krótkim szkoleniu. Jedynie w trakcie opracowywania kalibracji wymagana jest głębsza wiedza, ale nawet w tym przypadku oprogramowanie NIRCal prowadzi użytkownika wykorzystując inteligentne narzędzia kreatorów kalibracji.
Wszystkie osoby zainteresowane wykorzystaniem tej techniki zapraszamy do kontaktu z wyłącznym przedstawicielem firmy BUCHI - znaną na polskim rynku firmą DONSERV.
|
W dość dużym uproszczeniu działanie aparatury NIR można przedstawić na poniższym schemacie. 