Стандартизація NIR-аналізаторів: Виклики та рішення для досягнення консистентності

У попередній статті "10 ключових викликів багато-приладових NIR-мереж та їх вирішення для забезпечення консистентності" ми обговорили складнощі, з якими стикаються користувачі для отримання однаковості даних ІЧ аналізу на різних підприємствах. Йшлося про дрейф приладів, варіативність зразків та труднощі з об'єднанням даних. Тепер настав час перейти від викликів до конкретних рішень, які допоможуть стандартизувати вашу мережу ваших NIR-спектрометрів і досягти точності та надійності даних.

1. Уніфікація процесів: створюємо єдині протоколи для ІЧ аналізаторів

Ключ до успіху: розробка Стандартної операційної процедури (СОП).

Уніфіковані протоколи пробопідготовки (очищення, кількість, методика розмолу), кількість вимірювань та процес обробки даних — основа для гармонізації роботи всіх приладів.

Приклад реалізації:

• Розробіть інструкції для підготовки зразків (наприклад, однакові температурні умови для всіх зразків; однакова наважка проби; тип млина для розмолу; час розмолу).
• Залучайте персонал до створення СОП — це сприятиме дотриманню стандартів.
• Проведіть навчання і переконайтеся, що кожен працівник знає, як діяти за протоколом.

Ситуація з практики: у виробництві сухого молока стандартизація СОП допомагає забезпечити стабільність вимірювань вологості на різних майданчиках.

2. Гармонізація роботи приладів: крос-валідація

Регулярна крос-валідація дозволяє порівнювати показники різних ІЧ-аналізаторів і виявляти відхилення.

Кроки впровадження:

• Використовуйте Сертифіковані стандартні матеріали (еталони) для перевірки (наприклад зразки виробництва ТОВ УКРАГРОТЕСТ, які сертифіковані за стандартом ISO17034).
• Або Визначте "золотий стандарт" серед ваших приладів - це може бути мастер-прилад (найточніший, технічно просунутий, еталонний).
• Порівнюйте показники, аналізуючи Root Mean Square Error (Середнє квадратичне відхилення середнього арифметичного) та Коефіцієнт детермінації (R²).
• Проводьте періодичні перевірки, використовуючи еталони (наприклад, щоквартально).

Приклад: у виробництві кормів для тварин цей підхід дозволяє забезпечити узгодженість даних про вологість і протеїни на різних локаціях.

3. Запобігання дрейфу: моніторинг та профілактика

Дрейф — це неминуча проблема для всіх ІЧ-спектрометрів, яка з’являється з часом. Він виникає через зміну температури, вологості або зношення обладнання, що може вплинути на точність роботи приладу. Якщо не контролювати цю проблему, дані можуть стати неточними. Однак регулярне технічне обслуговування та калібрування допоможуть значно зменшити її вплив. Для цього важливо постійно стежити за станом приладів та вчасно вносити коригування.

Розуміння дрейфу

Дрейф виникає природно з часом і може бути викликаний різними факторами, включаючи коливання температури, умови навколишнього середовища та поступовий знос обладнання. Це повільне зниження точності може призводити до непослідовності в даних, що, якщо не виправляти, може спричинити значні помилки в аналізі.

Системи моніторингу

Щоб уникнути дрейфу, необхідно впровадити регулярний графік калібрування та обслуговування. Системи моніторингу, які автоматично відстежують статус калібрування, а також системи моніторингу температури та вологості середовища в лабораторії можуть оперативно попереджати операторів про потенційні проблеми, що дозволяє швидко реагувати.

Протоколи планового обслуговування

Встановіть регулярний графік технічного обслуговування, що включає рутинне калібрування. Наприклад, організація щоквартального калібрування NIR-аналізаторів може допомогти запобігти помилкам, пов’язаним із дрейфом, які особливо критичні в таких галузях, як фармацевтичне виробництво, де навіть незначні відхилення у концентрації інгредієнтів можуть мати серйозні наслідки.

Реальний кейс: у виробництві м’ясної продукції, як-от сосиски чи шинка, дрейф ІЧ-спектрометрів може вплинути на точність визначення вологи та жиру, тому регулярні перевірки є критично важливими.

4. Фільтрація аномалій: виявлення аутлайєрів

*Аутлаєр — статистичне спостережння, яке виходить далеко за рамки переважної більшості значень у наборі даних. 
Важливість виявлення викидів: Викиди можуть з'являтися через незвичайні зразки (наприклад: незрілі зелені, пошкоджені через сушку) або дрібні помилки в підготовці проби. Якщо їх не виявити, вони можуть сильно вплинути на калібрування, спричинивши неточні результати й помилкові рішення.

Аномальні дані можуть суттєво спотворити результати. Методи аналізу, як Відстань Махаланобіса або Ме́тод головни́х компоне́нтів (PCA), допомагають виявити та усунути ці відхилення.

Погане зерно не допускається – виявлення викидів у виробництві борошна: у виробництві борошна аномальні показники білка можуть призвести до дефекту кінцевого продукту.

Вміст вологи та рівень білка у борошні повинні ретельно контролюватися, щоб забезпечити якість випікання. Відхилення в даних, наприклад, занадто високий або низький рівень білка, можуть призвести до помилок у продукції, якщо їх не врахувати.

Приклад дій:

• Застосування PCA: Використовуйте метод PCA (аналіз головних компонент) для виявлення аномалій у даних про рівень білка, отриманих за допомогою ІЧ-аналізаторів. Якщо показник відхиляється від норми, позначайте його як викид.
• Встановлення меж: Задайте чіткі межі допустимих відхилень. Наприклад, якщо рівень білка у пшеничному борошні зазвичай близько 12%, позначайте будь-які значення, які відхиляються більше ніж на 2%.
• Коригуючі дії: Перевірте позначені викиди й вирішіть, чи слід їх виключити або дослідити далі. Якщо вони вказують на помилки інструмента, проведіть калібрування ІЧ-аналізатора або скоригуйте підготовку зразків.

5. Постійне вдосконалення: впровадження нових технологій

Пристосування до змін: Світ NIR-спектроскопії постійно змінюється — з’являються нові технології та методи, нові калібрування та нові прилади. Важливо регулярно переглядати ваші стандартизаційні протоколи, щоб не лише йти в ногу, але й випереджати зміни в цій галузі.

Інтеграція нових технологій: Наприклад, використання інструментів калібрування з підтримкою штучного інтелекту може автоматизувати багато етапів процесу стандартизації, зменшуючи навантаження на персонал і мінімізуючи ризик людських помилок. Також хмарні платформи дають змогу ділитися моделями калібрування та даними між різними об’єктами, підвищуючи рівень співпраці та забезпечуючи використання єдиних стандартів усіма учасниками процесу.

Зворотний зв'язок: Створення механізмів зворотного зв’язку, де оператори можуть повідомляти про проблеми або пропонувати вдосконалення на основі свого досвіду, допомагає постійно покращувати процеси. Це сприяє безперервному вдосконаленню та залученню команди до процесу забезпечення якості.

Приклад із галузі: Безперервне вдосконалення у державних і дослідницьких лабораторіях
У дослідницьких лабораторіях, де точність має вирішальне значення, важливо слідкувати за новітніми технологіями NIR для забезпечення надійних результатів проєктів.

Як це зробити:

• Калібрування на основі ШІ: Впровадьте інструменти з підтримкою штучного інтелекту, які автоматично калібрують NIR-інструменти, спираючись на історичні тенденції даних (метод розробки калібрування AAN). Це знижує потребу в ручному калібруванні та мінімізує помилки.
• Регулярне оновлення ПЗ та калібрувань продуктів: Використовуйте останні версії програмного забезпечення для покращення точності NIR-спектрометрів, а також тримайте звязок з вашим постачальником для своєвчасного оновленя готових калібрувань продуктів. Забезпечте навчання команди для ефективного використання оновлень.

Наприклад, сільськогосподарська організація може інтегрувати ШІ в свою NIR-мережу, щоб автоматично виявляти аномалії під час пікових сезонів збору врожаю. Це гарантує точність і надійність даних протягом усього року. Впроваджуючи новітні технології та безперервно вдосконалюючись, ви створюєте динамічну мережу NIR, здатну адаптуватися до змін у бізнесі.

6. Культура контролю якості: залучайте всіх

Контроль якості — це відповідальність кожного співробітника. Регулярне навчання, прозора документація та заохочення персоналу допоможуть створити атмосферу, де якість — пріоритет.

Реалізація:

Документація та дотримання стандартних операційних процедур (СОП):
Кожен працівник має розуміти важливість дотримання СОП. Правильна документація процесів, калібрувань і перевірок забезпечує прозорість і відстежуваність — ключові складові якості. Добре задокументовані процеси допомагають швидко виявляти відхилення й оперативно вирішувати проблеми, не допускаючи їхнього посилення.

Постійний зворотний зв’язок і вдосконалення:
Заохочуйте працівників надавати відгуки щодо роботи NIR-спектрометрів. Впровадьте механізм зворотного зв’язку, де команда може пропонувати зміни, повідомляти про невідповідності чи виклики в реальному часі. Спільна мета постійного вдосконалення залучає кожного співробітника до успіху системи.

Приклад із галузі: Контроль якості в виробництві морозива
У виробництві морозива жирність продукту має строго контролюватися для забезпечення стабільної якості. Процеси QA гарантують, що кожна партія зберігає кремову текстуру та приємний смак без відхилень у жирності.

Як забезпечити якість:

1. Тренінги:
   Організуйте регулярні навчання з контролю якості для роботи з NIR-інструментами. Роз’яснюйте, як ці прилади забезпечують точне вимірювання жирності. Заохочуйте працівників помічати й повідомляти про будь-які відхилення в показниках.

2. Документація:
   Ведіть детальні журнали калібрувань, вимірювань і обслуговування NIR-приладів. Використовуйте ці записи для аудитів і моніторингу якості.

3. QA-команди:
   Створіть окремі команди контролю якості, які регулярно перевіряють дані з NIR-інструментів і стежать за дотриманням стандартних процедур.

Результат:
Залучаючи команду до процесу стандартизації, ви досягаєте колективної відповідальності за точність і надійність NIR-мережі. У середовищі, де всі уважно стежать за якістю, навіть найменші відхилення можуть бути вчасно виявлені та усунуті до того, як вони вплинуть на кінцевий продукт.

7. Співпраця з експертами галузі: нові можливості

Партнерство з лідерами індустрії допоможе уникнути помилок і залишатися попереду конкурентів.

Інструменти співпраці:

• Участь у галузевих конференціях, форумах, виставках. 

• Консультаційні послуги:
  Іноді, навіть з найкращими внутрішніми процесами, складнощі мульти-інструментальних NIR-мереж вимагають зовнішньої допомоги. Наймання консультанта для оцінки ваших NIR-операцій та надання експертних порад може значно покращити ваші зусилля зі стандартизації. Компанії, такі як ПП ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС, пропонують спеціалізовані консультаційні послуги для оцінки ваших конкретних потреб, калібрування інструментів і навіть розробки індивідуальних рішень для гармонізації роботи вашої NIR-мережі на кількох локаціях.

  Приклад:
  Якщо ви працюєте з NIR-спектрометрами в фармацевтичній компанії і вам потрібно забезпечити відповідність суворим регуляторним стандартам, консультант, який спеціалізується на NIR-технологіях і регуляторних вимогах (таких як FDA або GMP), може допомогти спростити ваші процеси. Залучаючи зовнішніх експертів, ви можете удосконалити свою стратегію стандартизації, виявити нові можливості для підвищення ефективності та забезпечити відповідність або перевищення галузевих стандартів.

  Йти в ногу з часом:
  Співпраця з експертами — це не тільки виправлення поточних проблем, а й підготовка вашої NIR-мережі до майбутнього. З швидким темпом технологічних змін робота з лідерами думок у галузі дає доступ до інформації про майбутні тенденції та нові рішення. Це може включати використання штучного інтелекту для корекції відхилень у реальному часі або використання хмарних платформ для глобального обміну даними. Експерти можуть надати стратегічні інсайти, які допоможуть вам залишатися конкурентоспроможними.

Приклад з галузі: у виробництві рослинного м’яса консультування зі спеціалістами допомогло стандартизувати контроль білків та вологості для стабільної якості кінцевого продукту.
Зі швидким зростанням індустрії рослинного м'яса, забезпечення відповідності рівням білка та вологи споживчим стандартам є критично важливим. Співпраця з експертами у сфері ІЧ аналізу може допомогти виробникам покращити якість їх продукції та забезпечити сталість між партіями.

Приклад дій:

• Консультаційні послуги: Працюйте з експертами з організацій, таких як NIR Spectroscopy Society, для оцінки ваших поточних протоколів стандартизації NIR. Шукайте індивідуальні поради щодо оптимізації виробництва рослинного м'яса за допомогою технології NIR.

• Конференції та вебінари: Беріть участь у галузевих заходах, тренінгах, навчаннях від дистриб'юторів в Україні, щоб дізнатися про новітні технології NIR. Спілкуйтеся з лідерами галузі, обмінюючись досвідом та кращими практиками.

• Впровадження нових тенденцій: Впроваджуйте новітні тенденції, такі як системи моніторингу в реальному часі для відстеження рівня білка та вологи в рослинному м'ясі протягом всього виробничого процесу.

Спілкування з експертами галузі — чи то через консультації, чи участь у професійних конференціях, чи навіть особистий візит до виробника чи дистриб'ютора — може підняти процес стандартизації NIR на новий рівень. Завдяки підтримці зв'язків з ширшою спільнотою, ваша організація залишатиметься на передовій інновацій та кращих практик, забезпечуючи, щоб ваша NIR-мережа постійно надавала надійні, високоякісні дані.

Висновок

У цій статті були викладені основні стратегії для ефективної стандартизації вашої мережі NIR спектрометрів. Створюючи загальні протоколи, проводячи регулярні дослідження для перехресної валідації, відстежуючи дрифт, впроваджуючи методи виявлення викидів, підтримуючи культуру забезпечення якості, співпрацюючи з галузевими експертами та приймаючи постійні вдосконалення, ви зможете забезпечити сталі та надійні результати на всіх ваших приладах.

Впровадження цих стратегій стане основою для потужної NIR-мережі, яка забезпечить високоякісні дані, сприятиме обґрунтованому прийняттю рішень та мінімізує ризик дорогих помилок.

У наступному матеріалі ми детальніше розглянемо конкретні протоколи стандартизації та практичні приклади для подальшого покращення точності та надійності ваших вимірювань NIR.

Посилання на джерела

Ця стаття написана Віталієм Кіркпатріком, українцем, експертом з NIR-спектроскопії та менеджером з продажу галузі в компанії FOSS North America. У своєму блозі LinkedIn Віталій надає корисні поради, які на наш погляд стануть корисні для користувачів ІЧ аналізаторів в Україні. 

Переклад статті та її адаптація на українську мову дозволені Віталієм Кіркпатріком особисто інженеру NIR-спектроскопії Скороходу Кирилу для розміщення в блозі компанії ПП "ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС".
Посилання на оригінал:
https://www.linkedin.com/pulse/2-nir-spectrometer-standardization-key-strategies-vitaly-kirkpatrick-seiuc/?trackingId=rjI94F%2FEQECU7L2MYahB1w%3D%3D

Коментар ПП "ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС"

ПП ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС є ексклюзивним дистрибьютором ІЧ аналізаторів серії SupNIR-2700, виробництва компанії Focused Photonics Inc.

Компанія ПП ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС є ексклюзивним Ддистриб'ютором ІЧ аналізаторів серії SupNIR-2700, виробництва компанії Focused Photonics Inc.
Аналізатори серії SupNIR-2700 були розроблені у 2014 році, що робить достатньо свіжим приладом та в одночас протестованим у світі та підприємствами Україні. На кінець 2024 року, в Україні працює майже 200 аналізаторів SupNIR.

Аналізатори серії SupNIR-2700 містять найсучасніші компоненти та технології:

• Повноскануючий монохроматор ґратчастого типу з довжиною хвилі 1000-2500нм для моделі SupNIR-2750,  з високою точністью встановлення та повторення довжини хвилі;
• Фотодетектор InGaAs (Арсенід-Галія-Індій)
• термоелектричне охолодження.

Аналізатор побудований із розрахунку простого та зручного використання без дрейфу щонайменш 5 років, а також з можливістю самостійної заміни джерела світла (лампи) користувачем без необхідності відправки аналізатора в сервісний центр.

Аналізатори мають калібрування продуктів розроблені виробником більше ніж для 70 готових продуктів методом PLS чи AAN (з використанням ШІ для калібрувань з кількостю референтних зразків більше 3000шт), а також калібрування постійно покращуються інженерами ПП ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС зразками вирощеними в Україні.

ПП "ТЕХНОТЕСТ ПЛЮС" підтримує 1 рік заводської гарантії на аналізатори SupNIR-2700, а також надає 2 роки безоплатного обслуговування.