1 Porównanie globalnej kalibracji NIR typu ANN firmy FOSS z

1 Porównanie globalnej kalibracji NIR typu ANN firmy FOSS z

Porównanie globalnej kalibracji NIR
typu ANN firmy FOSS z metodami
referencyjnymi:
Pięcioletnie badanie ogólnoeuropejskie
Tomas Nilsson, FOSS
Wstęp
Pięcioletnie badanie międzylaboratoryjne prowadzone w Europejskich sieciach zbożowych wykazuje niespotykaną
dokładność i stabilność globalnej kalibracji ANN firmy FOSS dla analizatora Infratec™1241 dla pszenicy i jęczmienia.
Po 25 latach zbierania danych kalibracyjnych odzwierciedlających zmienność sezonową i geograficzną, kalibracja
osiągnęła unikalny status podstawy zbożowej wymiany handlowej. Jest ona obecnie normą Europejską pomiaru
zawartości białka i wilgotności w całym ziarnie pszenicy i jęczmienia i charakteryzuje się paradoksalnie lepszymi
wskaźnikami od metod referencyjnych.
Zakres badania międzylaboratoryjnego
Doroczne badania międzylaboratoryjne Europejskiej Sieci Zbożowej (ESZ) są przez firmę FOSS organizowane od
ponad piętnastu lat. Od samego początku przyświecał im cel harmonizacji procedur w lokalnych i regionalnych
sieciach zbożowych, badania różnic metodycznych sieciowych laboratoriów referencyjnych, ustalania niezbędnych
poprawek kalibracyjnych oraz informowania członków sieci. Znaczenie tego badania międzylaboratoryjnego wzrosło
w 2006 dzięki usprawnieniu przepływu informacji do członków, a także dzięki wdrożeniu dorocznej standaryzowanej
weryfikacji kalibracji ANN zgodnie z EN ISO 12099. Weryfikacja ta opiera się na próbkach z plonów zebranych w
różnych krajach z wykorzystaniem metod referencyjnych stosowanych w różnych krajach. W edycjach badania
międzylaboratoryjnego podczas ostatnich pięciu lat w weryfikacjach skutecznie uczestniczyły 24 organizacje z 17
krajów. Wyniki publikowano w raportach i prezentowano na dorocznych spotkaniach ESZ (patrz tabela 1).
Tabela 1: Ostatnie 5 spotkań ESZ
Spotkanie
Miasto
Państwo
13
Budapeszt
Węgry
14
Berlin
Niemcy
15
Praga
Republika Czeska
16
Dijon
Francja
17
Kraków
Polska
Uczestnicy badania otrzymują po ok. dziesięć
próbek pszenicy i jęczmienia pochodzących z
różnych krajów. Próbki wyjściowe odpowiedniej
wielkości poddawano czyszczeniu, mieszaniu w
celu ujednorodnienia, rozdziałowi na odpowiednią
liczbę próbek końcowych. Następnie były one
równocześnie rozsyłane do uczestników badania w
celu ich analizy. Uczestnicy raportują wyniki
oznaczania białka i wilgotności w próbkach za pomocą analizatora Infratec z lokalnymi kalibracjami oraz metodami
referencyjnymi. Przesyłają także widma NIR próbek, co pozwala na symulację wyników badania próbek analizatorem
Infratec z kalibracjami ANN „Master” firmy FOSS. Dorocznie w badaniu uczestniczy od 10-20 laboratoriów
referencyjnych sieci zbożowych, dając solidny zestaw wyników do oceny i wyciągania wniosków.
Rok
2007
2008
2009
2010
2011
Wyniki
Wyniki z 2011 zebrano w tabeli 2. W szczególności warto zauważyć, że odtwarzalność metody FOSS ANN jest
lepsza niż metody referencyjnej dla białka i prawie identyczna dla wilgotności.
Tabela 2: Wyniki badania międzylaboratoryjnego ESZ 2011
Wszystkie próbki
Met. Ref.
Lokalne
“Master”
(plon 2010)
kalibracjea)
ANN FOSS
1
2
Parametr
Zakres zmienności (%)
Średnia (%)
Odchylenie od średniej
1
11,87
3
4
Met. Ref.
Lokalne
kalibracjea)
“Master”
ANN FOSS
5
6
7
Białko
Wilgotność
8,3 – 15,3
11,92
0,05
12,2 - 15,0
13,69
-0,18
11,88
0,01
13,87
13,74
-0,13
Pięcioletnie międzylaboratoryjne badanie ogólnoeuropejskie - Biała Księga FOSS Analytical
SD odtwarzalności
0,21
0,21
0,12
0,11
0,15
RSD odtwarzalności (%)
1,9
1,9
1,1
0,8
1,1
aLokalnie korygowane kalibracje ANN firmy FOSS aktualnie stosowane w sieciach zbożowych.
0,12
0,9
Z tabeli 2 widać, że wyniki uzyskane za pomocą analizatorów Infratec, w oparciu o lokalnie korygowane kalibracje
ANN (kolumny 3 i 6) odstają od wyników analiz metodami referencyjnymi (kolumny 2 i 5) bardziej niż wyniki
uzyskane za pomocą globalnych kalibracji ANN firmy FOSS („Master”) (kolumny 4 i 7) zarówno dla wartości średniej
jak i odtwarzalności. Sugeruje to odstawanie wyników uzyskanych za pomocą metod referencyjnych w niektórych
krajach od wartości średniej dla metod referencyjnych i w konsekwencji stosowne korygowanie lokalnych kalibracji.
W niektórych przypadkach były to inne wersje kalibracji lub kalibracje opracowane wyłącznie dla jednego typu zboża.
Wartości uzyskane za pomocą globalnych kalibracji ANN firmy FOSS („Master”) (kolumny 4 i 7) wskazują, że
uśredniając odporność i dokładność tych kalibracji najlepiej można utrzymać nie konfigurując ich do określonego
typu zboża i nie wprowadzając poprawek na krajowe metody referencyjne. W kwintesencji główne zadanie tego
badania międzylaboratoryjnego polega na harmonizacji metod referencyjnych i sprawdzaniu czy poprawek
wymagają lokalne kalibracje czy metody referencyjne.
Kalibracja globalna ANN firmy FOSS „Master” oparta jest na dużej bazie danych opisującej szerokie zakresy
zmienności białka i wilgotności oraz zmienności: geograficzną, odmianową aparaturową i temperaturową. Włączenie
całej tej zmienności do zestawu kalibracyjnego modelu ANN czyni kalibrację bardzo odporną na sytuację, gdy
analizie poddawana jest próbka mało podobna do próbek kalibracyjnych. Opis zestawu kalibracyjnego modelu
WB003034 przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3: Liczba próbek (N) kalibracyjnych
i zakresy zmienności dla WB003034.
Parametr
N
Min(%)
Wilgotność
10 572
6,2
Białko (s.m.)
30 092
6,7
Kalibrację poddano walidacji zgodnie z wymogami
EN ISO 12099 stosując niezależne zestawy
sprawdzające (NZS) próbek pszenicy i jęczmienia,
pochodzące z różnych części świata, klas, odmian,
warunków dojrzewania. W celu uzyskania
zoptymalizowanej kalibracji ANN wykorzystano
ponad 50 NZS z 14 krajów. Celem było zmaksymalizowanie dokładności, uzyskanie najlepszej możliwej
odtwarzalności i przenośności pomiędzy analizatorami jak również zminimalizowanie, w największym stopniu,
wpływu zmienności temperatury analizowanego zboża na te wyróżniki. Ocenę statystyczną kalibracji przedstawiono
w tabeli 4.
Max(%)
30,0
23,7
Tabela 4: Walidacja dokładności kalibracji WB003034 za pomocą połączonego zestawu
sprawdzającego.
Parametr
Zboże
N
Dokładność
Min (%)
Max(%)
RSQ
Wilgotność
Wszystkie 4 600
0,24
7,8
29,9
0,99
Białko (s.m.) Wszystkie 11 822
0,27
6,9
24,0
0,99
Wilgotność
Jęczmień
2251
0,22
8,6
27,9
0,99
Białko (s.m.)
Jęczmień
3963
0,30
7,3
17,7
0,97
Wilgotność
Pszenica
2349
0,25
7,8
29,9
0,99
Białko (s.m.)
Pszenica
7857
0,27
6,8
24,0
0,99
N: Liczba próbek w niezależnym zestawie sprawdzającym (NZS).
Dokładność: Ogólna dokładność wyrażona, jako SEP składnika (% w/w).
Min: Wartość minimalna w NZS.
Max: Wartość maksymalna w NZS
RSQ: Współczynnik korelacji liniowej między wartościami przewidzianymi przez kalibrację ANN i wynikami analiz referencyjnych.
Należy zwrócić uwagę, że podane w tabeli 4 wartości dokładności i korelacji zależą od dokładności wartości
referencyjnych. Wartości przewidziane tym modelem nie są skorygowane w żaden sposób na obciążenie.
2
Pięcioletnie międzylaboratoryjne badanie ogólnoeuropejskie - Biała Księga FOSS Analytical
Ogółem, połączony NZS składał się z 4600 próbek dla wilgotności i 11822 dla białka. Przy wykorzystaniu tak dużych
zestawów sprawdzających trudno uniknąć wpływu odtwarzalności pomiędzy laboratoriami referencyjnymi na skutek
niekontrolowanych różnic metodycznych. Pojedyncze NZS wykorzystujące dane referencyjne jednego laboratorium
dają o wiele lepsze wyniki walidacji niż wypada to średnio dla połączonego NZS. W przykładzie podanym w tabeli 5
wszystkie wartości referencyjne pochodzą z jednego laboratorium.
Tabela 5: Walidacja dokładności kalibracji WB003034 za pomocą jednego zestawu
sprawdzającego (pszenica, plon 2007, 1 kraj, 1 laboratorium referencyjne).
Parametr
N
Dokładność
Min(%)
Max(%)
RSQ
Wilgotność
75
0,14
1,12
23,70
0.999
Białko (s.m.)
67
0,16
9,70
16,30
0.991
Dyskusja
Odporność kalibracji ANN przejawia się głównie w jej stabilności długookresowej. Na rycinie 1 zilustrowano
stabilność przewidywań białka kalibracją ANN w okresie ostatnich pięciu lat. Analogiczny wykres stabilności dla
wilgotności przedstawiono na rycinie 2.
Stabilność przewidywań białka
odchylenie % białka
0,6
0,4
0,2
0
1
2
3
4
5
-0,2
-0,4
-0,6
Plon 2006-2010
Rycina 1. Średnie odchylenia zawartości białka przewidywanych analizatorem Infratec od najlepszych szacunków
wartości prawdziwych (ang. best estimate true values), za ostatnie pięć lat. Kolor różowy = globalna kalibracja ANN
firmy FOSS i kolor granatowy = lokalne kalibracje ANN.
Stabilność przewidywań wilgotność
odchylenie % wilgotności
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
1
2
3
4
5
-0,4
-0,6
Plon 2006-2010
Rycina 2. Średnie odchylenia zawartości wilgotności przewidywanych analizatorem Infratec od najlepszych
szacunków wartości prawdziwych (ang. best estimate true values), za ostatnie pięć lat. Kolor różowy = globalna
kalibracja ANN firmy FOSS i kolor granatowy = lokalne kalibracje ANN.
3
Pięcioletnie międzylaboratoryjne badanie ogólnoeuropejskie - Biała Księga FOSS Analytical
Powodu niezwykłej stabilności upatrywać należy w dwóch elementach technologii ANN: wielkości kalibracyjnej bazy
danych wyjaśniających wszelką możliwą zmienność i specyfice regresji ANN pozwalającej modelować tę zmienność
w optymalny sposób.
Jak pokazano wcześniej, wyniki przewidywane lokalnymi kalibracjami bardziej odstają od wartości referencyjnych niż
wyniki przewidywane za pomocą globalnej kalibracji ANN firmy FOSS. Widać to odpowiednio na rycinach 1 i 2.
Poprawki na obciążenie mogą być wprowadzane do lokalnych kalibracji jedynie wtedy, gdy laboratorium referencyjne
jest zharmonizowane z innymi uczestniczącymi laboratoriami.
Wnioski
Wysoka dokładność kalibracji zbożowych ANN firmy FOSS została wykazana na podstawie wyników pięcioletniego,
europejskiego badania międzylaboratoryjnego. Wynika to w szczególności z części przeprowadzonej w roku 2011, w
której oznaczano białko i wilgotność w całym ziarnie, w dwunastu próbkach pszenicy i dziewięciu jęczmienia ze
zbioru 2010. Model kalibracyjny firmy FOSS WB003034 został użyty do równoczesnego oznaczenia zawartości
białka i wilgotności w pszenicy i jęczmieniu. Wyniki zebrane w tabeli 2 wskazują, że kalibracja ANN firmy FOSS
może być stosowana bez straty dokładności.
Kalibracja firmy FOSS WB003034 jest ustanowiona jako europejska metoda normatywna równoczesnego
oznaczania zawartości białka i wilgotności w całym ziarnie pszenicy i jęczmienia. Jest to szczegółowo opisane w
normie EN 15948:2012.
Dedykowane rozwiązanie analityczne analizator Infratec™1241 wraz z kalibracją ANN WB003034 jest obecnie
optymalnym rozwiązaniem oznaczania białka i wilgotności w całym ziarnie pszenicy i jęczmienia. Stabilność kalibracji
stwarza szerokie możliwości jej stosowania w wiarygodnej analizie zbóż w przyszłości.
Bibliografia
1.
EN ISO 12099:2010, Pasze, ziarno zbóż i produkty przemiału. Wytyczne stosowania spektrometrii bliskiej
podczerwieni (ISO 12099:2010).
EN 15948:2012, Ziarno zbóż – Oznaczanie wilgotności i zawartości białka – Metoda z zastosowaniem
techniki pomiarowej spektroskopii transmisyjnej w bliskiej podczerwieni w całym ziarnie.
2.
4
Pięcioletnie międzylaboratoryjne badanie ogólnoeuropejskie - Biała Księga FOSS Analytical