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Consideraciones prácticas en el desarrollo de curvas de calibración para la implementación de modelos de cuantificación en analizador de infrarrojo cercano NIR

La tecnología de Infrarrojo Cercano, NIR por sus siglas en inglés, y en especial su aplicación en equipos portátiles, facilitan el análisis multiparamétrico e instantáneo de diversos analitos en cualquier zona de una planta de producción, plantación, complejo azucarero o zona de pastoreo por mencionar algunos sectores de la industria alimenticia. Estas mediciones, fácilmente obtenidas, son en verdad el resultado de un trabajo riguroso en el que se implementa una curva de calibración en el analizador, curvas que muchos usuarios nuevos en este tipo de tecnología desconocen y aunque se ha realizado un esfuerzo significativo para desarrollar diversas bases de datos, se considera que resulta mejor trabajar con valores que contengan las diversas variaciones poblacionales y aspectos únicos del sitio en el que se desarrolla el modelo.

La curva de calibración permite medir analitos como: proteínas, fibras, grasas, humedad, PH, Viscosidad entre muchos otros en una muestra que es desconocida. Esta “curva” es una representación lineal en la que se tienen los valores del analito de interés de muestras conocidas y se relacionan con la señal usada en el instrumento que se desea calibrar. La elaboración de este gráfico se realiza adquiriendo el espectro con el analizador en diversas muestras en las que se conocen las concentraciones o el analito de interés previamente, este valor es determinado a través del análisis instrumental por otra técnica analítica de referencia o a través de patrones. A continuación, se muestra una curva de calibración desarrollada que representa la concentración de un analito de interés y la longitud de onda asociada para cada una de las diferentes concentraciones.

Un ejemplo práctico es la medición de la concentración de lactosa en la leche, un tipo de azúcar encontrado en este alimento que es usado como una fuente de energía y sirve en varias funciones biológicas, en algunas ocasiones el déficit de algunas personas para asimilar este azúcar en su organismo produce su intolerancia. La concentración de lactosa es variante de acuerdo con factores como la ubicación geográfica de la producción, el tipo de ganado: vacuno, ovino, caprino, entre muchos otros.  La construcción de la curva debe contemplar, entre otras:

  • Representatividad de las muestras que estas sean indicativas de población que se analizará posteriormente
  • Rango: el rango define el intervalo del parámetro medido, para rangos estrechos es posible que no se capten todas las variaciones y que la curve resulte poco precisa. Rangos amplios podrían implicar una disminución de la precisión en los extremos de la curva
  • Método de Análisis: para la obtención de los valores de referencia
  • Evaluación de la curva obtenida: analizar la calidad de tu curva de calibración. Esto incluye verificar la linealidad, la precisión y la exactitud de la curva. Puedes utilizar herramientas estadísticas como el coeficiente de correlación (R^2) para evaluar la bondad del ajuste

Para nuestro ejemplo, con cada una de las muestras adquiridas en el proceso de ordeño se realiza la toma del espectro con el Analizador portátil NIR Visum Palm y estos serán asociados con cada una de las muestras. La obtención de los valores de referencia se realiza con la cuantificación de una técnica analítica mucho más precisa, en este caso por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Estos valores de referencia son asociados también con los espectros adquiridos en el dispositivo que a través de distintos algoritmos y regresiones realiza fácil y automáticamente para el usuario la curva de calibración. A continuación, se muestran los gráficos de dispersión e Histogramas durante el entrenamiento y desarrollo del modelo de cuantificación por el dispositivo.

Aunque describimos este proceso con la medición de lactosa, se pueden elaborar modelos con diferentes analitos de interés para tomar mediciones simultáneas. Con el desarrollo del modelo, el usuario podrá realizar las mediciones instantáneas en sitio para las muestras de interés con el dispositivo NIR que a diferencia de técnicas como la cromatografía HPLC demandan un operario altamente cualificado, preparación robusta de las muestras y tiempo en el desarrollo de la cuantificación.

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