Спектрометр MicroNIR™ Pro - это сверхкомпактный, сверхлегкий и доступный по цене БИК-спектрометр, сочетающий в себе высокопрецизионные оптические компоненты Viavi OSP и самые передовые технологии миниатюризации оптической схемы и прибора в целом. Спектрометр MicroNIR™ Pro - это идеальное решение для различных применений, сочетающее в себе хороший показатель цены и качества, а также простоту использования. Благодаря самому компактном размеру и легкой массе из всех коммерчески доступных решений, БИК-спектрометр MicroNIR™ Pro можно легко и напрямую встроить в большинство аппаратов производственных линий, таких как сушилки псевдокипящего слоя, смесители, роликовые уплотнители, таблетировочные машины для контроля за уровнем влажности или наблюдением за окончанием технологической операции. Сверхкомпактный форм-фактор спектрометра также позволяет применять его в полевых криминалистических исследованиях для идентификации взрывчатых и наркотических веществ.
Мобильные и встраиваемые решения для спектрального анализа в ближней ИК-области в настоящее время применяются для качественного и количественного анализа твердых веществ, жидкостей и газов, и идеально подходят для пищевой промышлености и сельского хозяйства, фармацевтической и химической промышенности, а также для экологических исследований. При этом, компактный размер БИК-спектрометра весьма востребован, поскольку именно такие приборы удобно применять в полевых условиях, а также встраивать в промышленные реакторы и машины.
Для изготовления оптического модуля спектрометров MicroNIR применяется запатентованная технология напыления тонкопленочных линейно-перестраиваемых фильтров (LVF). Даные фильтры выступают в роли диспергирующего элемента спектрометра и представляют собой особое тонкое клиновидное одностороннее покрытие. Поскольку длина волны максимума полосы поглощения зависит от толщины покрытия 
светофильтра, клиновидная форма LVF-фильтра позволяет пропускать длины волн света последовательно. Таким образом, все оптические решения компании Viavi представляют собой LVF-фильтры, непосредственно совмещеные с диодно-матричным детектором.
Линейно-перестраиваемый фильтр с диодно-матричным детектором, источники света, вспомогательные оптические компоненты и электроника находятся в едином и очень компактном корпусе, обеспечивая непревзойденную гибкость встраиваемых решений и мобильность при полевых работах.
В зависимости от режима измерения и типа образцов спектрометры MicroNIR TM 1700 ES могут комплектоваться различными аксессуарами:
 |
БИК-спектрометр MicroNIRTM OnSite - это специальная защищенная версия спектрометра MicroNIR™ 1700 ES, изготовленная в соответствии со стандартом безопасности IP65.Этот спектрометр рекомендуется использовать в экспедиционных условиях, а также при работе в складских помещениях и при криминалистических исследованиях - во всех случаях, где необходима надежная защита от влажности и пыли.
Для еще более безопасной эксплуатации рекомендуется использовать этот спектрометр совместно с защищенными по стандарту IP65 планшетными компьютерами или ноутбуками. Специальная мобильная версия программного обеспечения служит для быстрого и точного количественного анализа и идентификации неизвестных веществ.
MicroNIR™ PAT USB и MicroNIR™ PAT USB Extended - это БИК-спектрометры в индустриальном исполнении, предназначенные для установки в промышленное оборудование любого размера. Эти приборы поставляются в защищенном корпусе (в соответствии с IP65), изготовлены из нержавеющей стали марки SS316 для легкой процедуры очистки, и практически не требуют сервисного обслуживания.
 |
БИК-спектрометр MicroNIR™ PAT WE - это самое мобильное решение в области портативных промышленных БИК-анализаторов. Для обеспечения быстрых и точных результатов измерений в компактном алюминиевом корпусе расположен спектрометр (с измерительным портом из нержавеющей стали SS316), литий-ионная батарея питания, WiFi-модуль и акселерометрические датчики. Данный прибор можно установить на подвижные части промышленых аппаратов.
Ключевые особенности:
 |
Программное обеспечение MicroNIR™ Pro представляет собой интуитвно-понятный пользовательский интерфейс, адаптированный к современным персональным и мобильным компьютерам, в том числе и снабженных тачскринами. Данное ПО позволяет не только управлять спектрометрами, но и осуществлять разработку методов измерения и построение калибровочных моделей для качественного и количественного анализа. Программное обеспечение полностью соответствует 21 CFR Часть 11, имеет многоуровневую структуру организации доступа и снабжено всеми необходимыми инструментами для хранения большого числа данных и проведения аудита.
 |
 |
Данные, полученные с помощью ПО MicroNIR™ PRO, можно легко импортировать в мощный программный пакет Unscrambler X компании САМО (данный продукт входит в комплект ПО, поставляемого со спектрометрами MicroNIR™) и выполнить пакетную предварительную обработку спектров, а затем построение классификационных и регрессионных хемометрических моделей. Для качественного анализа доступны алгоритмы моделирования РСА, PLS-DA и SVM, а для количественного PLS, PCR и SVM-R.
 |
Одним из методов, получивших широкое распространение в мире для идентификации контрафакта, стал метод спектроскопии ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием (БИК-спектроскопии). Его главными преимуществами являются: скорость анализа, отсутствие или минимальная пробоподготовка (возможность анализа без вскрытия упаковки), получение характеристик как физических, так и химических свойств препарата (идентификация компонентов, определение кристалличности, количественный анализ действующего вещества). Дополнительные различные методы исследования позволяют исследовать образцы разного физического состояния (методы на пропускание, диффузное отражение). Все эти преимущества дают возможность достоверно идентифицировать контрафакт, а так же идентифицировать его производителя. К тому же, БИК-анализаторы благодаря совей конструкции портативны и могут успешно использоваться в мобильных лабораториях.
Изначально БИК-спектрометры использовались для контроля производства лекарственных препаратов на всех уровнях его производства: контроль качества входного сырья, контроль всех производственных процессов (сушка, смешивание) и контроль качества выходной продукции (контроль качества и количественный анализ активных компонентов в готовой продукции). В дальнейшем данный метод получил свое распространение для идентификации контрафакта. С 2000 года были получены и опубликованы результаты проведения идентификации контрафактной продукции на примере лекарств различных производителей. В этих же работах рассматривались различные особенности, влияющие на точность анализа. Основываясь на полученном опыте международные организации по контролю над фальсифицированными препаратами стали внедрять этот метод для идентификации контрафакта как в отдельности, так и в комплексе с другими методами.
Существуют методики, в которых метод БИК используется для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Метод позволяет не только идентифицировать подозрительный образец как наркотик, но и количественно определить содержание действующего вещества.
Это указывает на предпочтение в использование метода Фурье-спектрометра ближней инфракрасной области, как одного из методов для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Для точной идентификации контрафакта, количественного определения активного компонента в препарате, а так же возможность отследить производителя фальсифицированных лекарственных средств либо наркотических препаратов .
На момент приобретения БИК-анализатора НИИЭКЦ при ГУ МВД Украины в Донецкой области, в стране стояла серьезная проблема с производством и распространением трамадола, поэтому первой задачей для БИК было построение методики для идентификации трамадола и его производителя, что позволило бы определить его источник. Впоследствии данный метод был дополнен методикой на решение еще одной задачи - идентификации фальсифицированных лекарственных средств.
Для разработки методов идентификации использовался спектрометр ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием Antaris II производства компании Thermo Fisher Scientific. Внешний вид прибора изображен на рис. 1.4.1.
Рис. 1.4.1. БИК-спектрометр Antaris II.
Конструкция спектрометра позволяет укомплектовать один прибор различными приспособлениями для анализа различных типов образцов.
Спектрометр Antaris II оснащен:
· модулем на пропускания для анализа жидких образцов и пластинок;
· детектором на пропускание для анализа твердых образцов (таблеток, капсул, порошков);
· интегрирующей сферой;
· внешним оптоволоконным зондом.
Детектор для твердых образцов устанавливается над интегрирующей сферой, что позволяет одновременно проводить анализ образца как на пропускание, что дает характеристику всего образца в целом, так и на интегрирующей сфере методом диффузного отражения, что позволяет характеризовать поверхностную область образца. Внешний зонд используется для анализа методом диффузного отражения образцов в нестандартной упаковке, без вскрытия упаковки, а так же жидких образцов. Все вышеперечисленные методы не требуют пробоподготовки или требуют минимальной подготовки и позволяют получить результат в течение 3 минут, не требуют финансовых затрат на реактивы и расходные материалы, и, главное, являются неразрушающими, что позволяет сохранить образец для дальнейшего подтверждения результатов другим методами .
Спектрометрия в ближней инфракрасной области (БИК спектрометрия, англ. NIR) - метод, основанный на способности веществ поглощать электро-магнитное излучение в диапазоне длин волн от 780 до 2500 нм (от 12500 до 4000 см -1).
Поглощение в БИК-диапазоне связано, как правило, с обертонами основных колебательных частот связей C-H, N-H, O-H и S-H и их комбинациями. Наиболее информативным диапазоном является область от 1700 до 2500нм (от 6000 до 4000 см -1) .
Анализ информации, извлекаемой из БИК-спектров, проводится с применением хемометрических алгоритмов, которые требуют создания первичного массива данных. В рамках применимости метода, БИК-спектрометрия позволяет прямо или косвенно проводить качественную и количественную оценку химических, физических и физико-химических характеристик анализируемого объекта, в том числе оценивать следующие характеристики:
Гидроксильное и йодное число, степень гидроксилирования;
Кристаллическую форму и степень кристалличности;
Полиморфную форму или псевдополиморфную форму;
Степень дисперсности частиц и другие.
БИК-спектрометрия обладает следующими возможностями:
Простота подготовки проб или отсутствие подготовки;
Быстрота измерений;
Неразрушающий характер анализа;
Возможность одновременной оценки нескольких параметров (показателей);
Возможность проведения дистанционного контроля, в том числе в технологических потоках в режиме реального времени.
Приборы. Используют как специализированные БИК-спектрофотометры, так и другие спектрофотометры, способные работать в ближней ИК-области спектра.
БИК-спектрофотометры состоят из:
Источника излучения, например, кварцевой лампы (лампы накаливания) или ее аналога;
Монохроматора (дифракционная решетка, призма, оптико-акустический фильтр) или интерферометра (спектрофотометры с Фурье-преобразованием);
Регистрирующего устройства - детектора (на основе кремния, сульфида свинца, арсенида индия, арсенида индия-галлия, теллурида ртути, кадмия, дейтерированного триглицина сульфата и др.);
Устройства размещения образца и/или дистанционного оптоволоконного датчика.
Для размещения образцов используют стеклянные или кварцевые кюветы, флаконы, стеклянные стаканы, держатели капсул или таблеток и другие приспособления. Спектрофотометры могут быть оснащены кюветным отделением, интегрирующей сферой (интегрирующая сфера представляет собой оптический компонент, состоящий из сферической полости с покрытием из хорошо отражающего материала, сфера предназначена для получения спектров неоднородных образцов), внешними модулями для измерения пропускания сильно рассеивающих образцов, устройствами автоматической подачи образцов, оптоволоконными зондами. Выбор того или иного приспособления для анализа зависит от типа образца и выбранного способа измерения. Поэтому рекомендованы к использованию приборы, реализующие несколько подходов к измерению. Обработка данных и анализ полученных результатов проводится с использованием специального программного обеспечения. Для каждого режима измерения (пропускание, диффузное отражение и их комбинация) должна быть предусмотрена своя методика поверки, включающая проверку правильности установки длин волн и поверку фотометрического шума.
Проверка правильности установки длин волн. Для проверки правильности установки длин волн регистрируют спектр стандартного образца, имеющего характеристические максимумы и минимумы поглощения и сравнивают полученные значения длин волн с заявленными характеристиками. Для режимов пропускания и отражения для определения правильности установки длин волн наиболее распространено в качестве стандартных образцов использовать оксиды редкоземельных элементов, пары воды в атмосфере, метиленхлорид и другие. В приборах с Фурье-преобразованием шкала волновых чисел линейна во всем рабочем диапазоне и для проверки точности установки достаточно использования одного стандартного образца с контролем заявленных характеристик по одной полосе поглощения. Приборы других типов могут иметь нелинейный характер шкалы волновых чисел и требуют проверки заявленных метрологических характеристик не менее чем по трем пикам (один или несколько стандартных образцов) с охватом всего рабочего диапазона. Погрешность при установке длин волн должна быть не более ±1нм (или эквивалентная ему величина волнового числа) в диапазоне длин волн до 1900 нм и не более ±1,5 нм для диапазона длин волн?1900 нм.
Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ
Инфракрасная спектроскопия и ее практическое применение в фармацевтическом анализе
Инфракрасная спектроскопия- раздел молекулярной оптической спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения в инфракрасной области, т.е...
Исследование строения органических соединений с помощью физических методов
Исследование строения органических соединений с помощью физических методов
Инфракрасная спектроскопия (ИК - спектроскопия) используется в различных областях науки, и в каждой из них придается этому термину различный смысл. Для химика-аналитика это удобный метод решения многих задач...
Исследование строения органических соединений с помощью физических методов
Спектроскопическими методами анализа называются методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением. Одним из важнейших понятий, используемых в спектроскопии, является понятие спектра...
Исследование строения органических соединений с помощью физических методов
Как известно, основное назначение ИК спектрофотометров заключается в получении колебательного спектра исследуемого соединения. К концу 20 века были разработаны различные конструкции спектральных приборов. ИК спектрофотометры...
Исследование строения органических соединений с помощью физических методов
Ядро 12С магнитно неактивно (спиновое число равно 0). Однако ядро 13С, как и протон, имеет спин Ѕ. Поскольку природное содержание изотопа 13С составляет только 1.1%, а чувствительность ядра 13С (большое значение времени релаксации) составляет лишь 1...
Магнитопласты
Для изучения инфракрасных спектров образцов применяли метод ИК-спектроскопии с препарированием твердых объектов - прессование с КВг. с использованием спектрофотометра «Specord» М-80 в области 400 - 4000 см-1...
Разработка методики определения флавоноидов в лекарственном растительном сырье
В целом для флавоноидов характерно поглощение в УФ-видимой области спектра (210-600 нм). Спектр поглощения флавоноидного соединения содержит, как правило, две полосы: одна из них в низковолновой (210-290 нм) части - полоса II...
Структура и деформационно-прочностные свойства изопренового каучука
Спектроскопия - это наука о взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, которое даёт информацию о самом веществе, атомах и молекулах, составляющих вещество, о его строении и свойствах...
Сульфидные катализаторы гидроочистки
Рентгеновское излучение может взаимодействовать с веществом за счет упругих и неупругих процессов. Упругое (без потери энергии)...
Термоспектральный метод исследования продуктов испарения эпоксидного полимера
Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия) является одним из самых распространенных методов молекулярной спектроскопии. Длины волн инфракрасного излучения лежат в диапазоне от 10 да 10000 . Впервые инфракрасные лучи были обнаружены в 1800г. У...
Технология производства эпоксидных смол
Благодаря своим уникальным свойствам эпоксидные смолы нашли широкое применение в промышленности...
Химия элементов IБ группы
В 1737 г. немецкий ученый И. Шульце впервые обнаружил светочувствительность нитрата серебра...
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ
C пектрометрия в ближней ОФС.1.2.1.1.0001.15
инфракрасной области Вводится впервые
Спектрометрия в ближней инфракрасной (БИК) области – метод, основанный на способности веществ поглощать электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 780 до 2500 нм (от 12500 до 4000 см-1).
Поглощение в БИК диапазоне связано, как правило, с обертонами основных колебательных частот связей C–H, N–H, O–H и S–H и их комбинациями. Наиболее информативным диапазоном является область от 1700 до 2500 нм (от 6000 до 4000 см -1).
Для спектрометрии в БИК области характерны простота подготовки проб или отсутствие пробоподготовки, быстрота измерений, неразрушающий характер анализа (без вскрытия упаковки лекарственного препарата), одновременная оценка нескольких параметров (показателей), проведение дистанционного контроля, в том числе в технологических потоках в режиме реального времени.
БИК-спектрометрия позволяет прямо или косвенно проводить качественную и количественную оценку химических, физических и физико-химических характеристик анализируемого объекта, в том числе:
– гидроксильное и йодное число, степень гидроксилирования;
– кристаллическую форму и степень кристалличности;
– полиморфную форму или псевдополиморфную форму;
– дисперсность частиц и другие.
Анализ информации, извлекаемой из БИК-спектров, проводится с применением хемометрических алгоритмов.
БИК-спектрометры состоят из:
Спектрометры могут быть оснащены кюветным отделением, интегрирующей сферой (интегрирующая сфера представляет собой оптический компонент, состоящий из сферической полости с покрытием из хорошо отражающего материала, сфера предназначена для получения спектров отражения неоднородных образцов), внешними модулями для измерения пропускания сильно рассеивающих образцов, устройствами автоматической подачи образцов, оптоволоконными зондами и т.д. Выбор того или иного приспособления для анализа зависит от типа образца и выбранного способа измерения.
Для размещения образцов используют стеклянные или кварцевые кюветы, флаконы, стеклянные стаканы, держатели капсул или таблеток и другие приспособления.
Обработка данных и анализ полученных результатов проводится с использованием специального программного обеспечения.
Для каждого режима измерения (пропускание, диффузное отражение и их комбинация) должна быть предусмотрена своя методика проверки, включающая проверку точности и воспроизводимости волновой шкалы, линейности, стабильности откликов и фотометрического шума.
Проверка точности волновой шкалы. Для проверки точности волновой шкалы регистрируют спектр стандарта, имеющего характеристические максимумы и минимумы поглощения, и сравнивают полученные значения длин волн с заявленными характеристиками. В качестве стандартов используют оксиды редкоземельных элементов, пары воды в атмосфере, метиленхлорид и другие.
В приборах с Фурье-преобразованием шкала волновых чисел линейна во всем рабочем диапазоне, и для проверки точности волновой шкалы достаточно использовать один стандарт с контролем заявленных характеристик по одной полосе поглощения. Приборы других типов могут иметь нелинейный характер шкалы волновых чисел и требуют проверки заявленных метрологических характеристик не менее чем по трем пикам (один или несколько стандартов) с охватом всего рабочего диапазона.
Погрешность при установке длин волн должна быть не более ± 1 нм (или эквивалентная ему величина волнового числа) в диапазоне длин волн до 1900 нм и не более ± 1,5 нм для диапазона длин волн ≥ 1900 нм.
Воспроизводимость установки длины волны должна соответствовать требованиям завода-изготовителя или требованиям нормативных документов, действующих на территории Российской Федерации.
Проверка фотометрической линейности и стабильности откликов. Для проверки фотометрической линейности регистрируют БИК-спектры стандартов с известными значениями пропускания или отражения и строят графическую зависимость полученных значений пропускания или отражения от известных значений. Результатом построения такой зависимости должна являться прямая линия с отсечением (0,00 ± 0,05) и тангенсом угла наклона прямой (1,00 ± 0,05).
Для проверки фотометрической линейности в режиме отражения в качестве стандартов используются полимеры, допированные углеродом, или аналоги. Если прибор используется для измерения образцов с поглощением 1,0 и менее, то достаточно использовать 4 стандарта в диапазоне значений отражения от 10 до 90 %, например, 10, 20, 40 и 80% с соответствующими значениями поглощения 1,0; 0,7; 0,4 и 0,1. При измерении образца с поглощением выше 1,0 к указанному набору стандартов добавляют стандарт отражения 2 и/или 5 %.
Для проверки фотометрической линейности в режиме пропускания в качестве стандартов используют 3 фильтра со значениями пропускания в области от 10 до 90 % и линию 100 % пропускания, т.е. регистрируют спектр пропускания пустого канала.
Для проверки стабильности отклика периодически проводят измерение стандарта с неизмененными физическими и химическими свойствами. Измерение фона должно проводиться с помощью одного и того же внутреннего или внешнего стандарта. Отклонение фотометрического отклика не должно превышать ± 2 %.
Проверка фотометрического шума. Для оценки фотометрического шума при измерении пропускания записывают линию 100 % по воздуху; при измерении отражения регистрируют линию 100 % с применением подходящих стандартов с отражением не менее 99 %. При этом под линией 100 % подразумевается измерение, при котором стандарт является измеряемым образцом и фоном одновременно. При высоких значениях поглощения проводят оценку фотометрического шума с применением стандартов со значениями пропускания или отражения около 10 %.
Фотометрический шум должен соответствовать требованиям, указанным в спецификации производителя.
БИК-спектр представляет собой зависимость соответствующей фотометрической величины [оптической плотности (А ), коэффициента пропускания (Т ), коэффициента отражения (R ) и производных величин] от длины волны или частоты излучения. При измерениях в БИК области реализуются следующие способы:
– измерение пропускания (или поглощения) при прохождении излучения через образец;
– измерение излучения, отраженного или рассеянного от образца;
– комбинация вышеуказанных способов.
Измерения всегда проводят относительно фона.
Измерение пропускания. Пропускание является мерой снижения интенсивности излучения при прохождении через образец. Этот принцип реализован в большинстве используемых спектрометров, и результат может быть представлен непосредственно в единицах пропускания (T ) и/или оптической плотности (A ).
I 0 – интенсивность падающего света;
I – интенсивность света, прошедшего через образец;
Способ применим для твердых и жидких проб, в том числе для дисперсных систем.
Специальной подготовки проб при измерении пропускания, как правило, не требуется. Для измерения спектра жидких образцов используют флаконы или кюветы с подходящей длиной оптического пути (обычно 0,5 – 22 мм), а также оптоволоконные зонды со специальной насадкой.
Диффузное отражение. В методе диффузного отражения измеряют коэффициент отражения (R ), представляющий отношение интенсивности света, отраженного от образца (I ), к интенсивности света, отраженного от фона (I r ):
или обратную логарифмическую величину этого отношения (А R ):
В качестве фона используют поверхность с высокой величиной R : пластины из золота, перфторированных насыщенных полимеров, керамические пластины и другие подходящие материалы.
Способ используется для анализа твердых образцов с применением интегрирующей сферы или оптоволоконных зондов, работающих в режиме отражения. В последнем случае для воспроизводимости получаемых результатов необходимо обеспечить стабильность условий проведения измерений, в частности относительную неподвижность зонда, степень соприкосновения датчика с образцом и другие условия.
Пропускание – отражение . Данный способ является комбинацией пропускания и отражения благодаря специальной конструкции кювет и датчиков, в которых излучение дважды проходит через образец, что позволяет анализировать образцы с низкой поглощающей и рассеивающей способностью.
В качестве фотометрической величины используют коэффициент двойного пропускания (Т *):
I T – интенсивность излучения после двойного пропускания, без образца;
I – интенсивность пропущенного и отраженного излучения, измеренная с образцом;
и величину, аналогичную оптической плотности (А *):
В качестве фона используют спектр воздуха или среды сравнения.
Способ применим для жидких, в том числе негомогенных проб.
Для регистрации спектра исследуемый образец помещают в кювету с зеркалом или другим диффузным отражателем. Возможно использование оптоволоконного зонда со специальной насадкой, который погружают в образец.
Температура образца. Температура образца может влиять как на его пропускание, так и на его отражение. Контроль температуры важен при анализе термически лабильных объектов, в случае которых разница в несколько градусов может приводить к существенным спектральным изменениям, в том числе твердых образцов, содержащих воду, дисперсных систем, аморфных объектов и прочее.
Влага и остаточные количества растворителей. Наличие воды и остаточных количеств растворителей может оказать влияние на характер спектра и результаты анализа. Необходимость и условия высушивания должны быть указаны в фармакопейных статьях.
Толщина образца определяет степень пропускания. С увеличением толщины слоя наблюдается увеличение поглощения. Поэтому при сравнительных измерениях пропускания толщина образца должна быть одинаковой или учитываться. При измерении отражения толщина слоя не имеет принципиального значения, но нужно учитывать, что толщина слоя должна быть сопоставимой с глубиной проникновения луча в образец. В случае недостаточной толщины за образцом ставится дополнительный рефлектирующий материал, например штамп с золотым покрытием.
Оптические свойства образца. При анализе твердых образцов необходимо обеспечивать максимально возможную однородность пробы, так как различия в плотности или размерах частиц сказываются на характере спектра. Спектры физически, химически или оптически гетерогенных образцов следует регистрировать либо с увеличенным размером пучка света, либо используя устройства, вращающие образцы во время измерений. При этом желательно проводить измерения каждого образца несколько раз с последующим усреднением спектров.
Полиморфизм. Разница в кристаллической структуре (полиморфизм) оказывает влияние на спектр, что позволяет отличать друг от друга кристаллические или аморфные формы на основании их БИК-спектров. При проведении анализа необходимо учитывать кристаллическую структуру (модификацию) эталонного спектра, используемого в методе анализа.
Возраст образцов. Свойства образцов могут изменяться во времени, и эти изменения могут обуславливать спектральные различия для одних и тех же образцов. Данные изменения должны быть учтены при построении калибровочных моделей, как для целей идентификации, так и для целей количественного анализа.
Качественный анализ (квалификация и идентификация) в БИК-спектрометрии основан на схожести спектров одного и того же вещества.
Для проведения качественного анализа первоначально создают библиотеку стандартных спектров, подбирают оптимальную математическую модель для обработки спектров и реализации алгоритмов их сравнения. Далее проводят валидацию библиотеки в совокупности с выбранной математической моделью (см. раздел «Валидация качественных методов»). Качественный анализ проводят путем сравнения спектра испытуемого образца со спектрами в библиотеке (см. раздел «Анализ данных»).
Библиотека представляет совокупности спектров, содержащих характеристическую информацию о каждом объекте анализа. Для каждой совокупности спектров при помощи соответствующих методов и алгоритмов определяют оптимальные параметры идентификации. Заданные установки действительны для всей библиотеки. Для близких объектов, неразличимых при заданных установках, создаются подбиблиотеки, в которых могут быть использованы другие методы предварительной обработки спектров и алгоритмы анализа. Количество спектров в библиотеке не ограничивается.
В библиотеку включают спектры веществ, соответствующих предъявляемым требованиям, качество которых подтверждено фармакопейными или другими аттестованными методами.
Для учета возможных вариаций свойств каждого вида анализируемых объектов регистрируют спектры нескольких серий (партий). Регистрацию спектров проводят в схожих условиях измерений и выполняют одинаковую предварительную обработку. Выбранная предварительная обработка включенных в библиотеку спектров сохраняется неизменной при последующих измерениях.
Рекомендуется проводить предварительную обработку спектров с целью повышения информативности получаемых результатов и уменьшения влияния спектральных вариаций. Обработка первичных данных может включать вычисление первой или второй производной, нормализацию, мультипликативную коррекцию рассеивания и другие методы или их комбинации. При выборе методов предварительной обработки спектров следует учитывать, что они могут привести к потере информации или появлению ошибок-артефактов.
Сравнение спектров испытуемых образцов при качественном анализе проводится с индивидуальными или усредненными спектрами в библиотеке, в том числе с помощью различных математических методов.
Библиотека может использоваться для построения алгоритмов классификации. Возможно использование разных алгоритмов, например, метода главных компонент (МГК), комбинированного с кластерным анализом, метода SIMCA (soft independent modeling of class analogy – независимого моделирования аналогий классов), а также других алгоритмов, как включенных в математическое обеспечение БИК-спектрометров, так и разработанных третьей стороной. Надежность используемого метода должна быть проверена. Например, коэффициент корреляции, сумма квадратов отклонений, расстояния внутри модели и прочие показатели должны быть согласованы с уровнем принятия решений, представленным в процедуре валидации.
Метод анализа должен быть валидирован.
Валидация метода призвана продемонстрировать его пригодность для целей анализа.
Валидация метода проводится на проверочном наборе объектов, не участвовавших в построении метода, и предполагает проверку специфичности, чувствительности и устойчивости (робастности).
Чувствительность показывает, какая часть объектов проверочного набора, схожих с объектами библиотеки, правильно распознается как «свои».
Специфичность показывает, какая часть объектов проверочного набора, отличных от библиотечных, правильно распознается как «чужие».
Особое внимание уделяется результатам классификации объектов, спектры которых визуально схожи со спектрами объектов библиотеки, но отличаются от них по композиции или химической структуре. Такие образцы должны правильно определяться как «чужие».
Устойчивость показывает, что незначительные изменения условий (например, температура, влажность воздуха, вибрации, температура образца, степень уплотнения материала, глубина погружения зонда, толщина слоя и т.д.) не влияют на результаты и надежность идентификации или квалификации.
При разработке модели устанавливается зависимость изменения интенсивности поглощения или отражения в спектре образцов от изменения свойств и/или состава веществ. При этом регистрируют спектры образцов с известными значениями их состава и/или их свойств, подтвержденных аттестованными методами. Так как хемометрические алгоритмы не допускают экстраполяций, необходимо, чтобы область калибровочных концентраций была не менее ожидаемого диапазона анализируемых концентраций или других количественных характеристик. Калибровочные образцы должны быть по возможности равномерно распределены внутри диапазона рабочих концентраций.
Регистрацию спектров проводят при соблюдении параметров эксперимента, факторов, влияющих на результаты измерений и первичной обработки, которые предварительно оптимизированы для всех анализируемых объектов и сохраняются постоянными при последующих измерениях.
Калибровочную модель оптимизируют при помощи подходящего способа предварительной обработки спектров, выбора спектральной области и математического алгоритма.
Проводят так же, как описано в разделе «Качественный анализ».
Анализ данных. Для построения калибровочной модели может использоваться любой обоснованный математический алгоритм. Так как в области БИК диапазона наблюдается сильное перекрывание полос поглощения, количественный анализ проводят преимущественно хемометрическими алгоритмами, например такими, как метод проекций на латентные структуры (ПЛС, англ. PLS), метод регрессии на главные компоненты (РГК, англ. PCR) и другими.
Валидация модели калибровки предполагает демонстрацию ее пригодности для решения поставленной цели. При этом должны быть определены следующие валидационные характеристики: специфичность (селективность), линейность, рабочий диапазон концентраций (аналитическая область), правильность, прецизионность и устойчивость (робастность).
При построении калибровочных моделей с помощью хемометрических методов анализа качество калибровки оценивается по среднеквадратичному остатку калибровки (RMSEC ) и среднеквадратичному остатку прогноза (RMSEP ).
Для сравнения результатов калибровки, построенной по БИК-спектрам, с результатами, полученными по аттестованной методике, могут быть использованы альтернативные статистические методы (парный t -тест, оценка смещения и др.).
При анализе БИК методом следует учитывать, корректировать и обоснованно исключать резко выделяющиеся результаты.
Все выбросы подлежат анализу и, в случае их информативной важности или подтверждения правильности с помощью аттестованной методики, они могут быть включены в модель.
Прошедший валидацию и признанный пригодным для применения метод качественного или количественного анализа нуждается в периодической повторной валидации или ревалидации. При выявлении отклонений необходимо провести корректировку метода.
БИК метод повторно валидируют, если:
При переносе моделей качественного и количественного анализа с одного прибора на другой должны учитываться спектральные характеристики используемых спектрометров (разрешение, диапазон волновых чисел и др.). Под процедурами переноса моделей понимаются различные хемометрические алгоритмы (математические и статистические). После переноса на другой прибор для подтверждения работоспособности модели её необходимо ревалидировать.
Хранение данных осуществляется в электронном виде в соответствии с требованиями программного обеспечения. При этом необходимо сохранять исходные спектры, не подвергшиеся математической обработке, с целью их возможного дальнейшего использования при оптимизации библиотек или методов.
