Результаты MilkoScan Mars и MilkoScan FT3 могут одинаково хорошо согласовываться с референсным методом, но заметно различаться при повторном измерении одной пробы. Для лаборатории это означает разный разброс результатов, который приходится учитывать при контроле качества и решении о повторном анализе.
Обе модели компании FOSS используют инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (FTIR), но различаются производительностью и ассортиментом анализируемых продуктов. Mars — компактный анализатор для сравнительно стандартных задач молочной лаборатории; FT3 обладает более развитой системой подачи проб, контроля измерительных условий и работы с калибровками. При этом преимущество FT3 по повторяемости не означает, что каждое его измерение обязательно ближе к результату референсного метода.
Разница начинается с подачи пробы
В основе FTIR-анализа лежит поглощение инфракрасного излучения компонентами молока. Прибор регистрирует спектр пробы в измерительной кювете, а калибровочная модель связывает его особенности с содержанием жира, белка, лактозы и других показателей. Поэтому качество результата зависит не только от спектрометра. Важно, насколько однородная проба попадает в кювету, сохраняются ли температура и условия измерения, нет ли пузырьков воздуха и остатков предыдущего образца.
Mars занимает примерно четверть массы FT3 — 10,5 против 43 кг — и анализирует молоко приблизительно за минуту. FT3 выполняет такой анализ примерно за 30 секунд. Различается и путь пробы: у Mars используется поршневой насос, у FT3 — двухпоршневая шприцевая система с контролем давления. Оба работают без обычного механического гомогенизатора, однако это не отменяет необходимости правильно перемешивать пробу. Дополнительные настройки FT3 особенно существенны при работе с вязкими и неоднородными молочными продуктами.
| Характеристика | MilkoScan Mars | MilkoScan FT3 |
|---|---|---|
| Анализируемые продукты | Молоко, сливки, сыворотка | Молоко, сливки, сыворотка, йогурты, десерты, смеси для мороженого, концентраты, ретентаты, растительные напитки — при наличии соответствующих калибровок |
| Габариты и масса | 345 × 280 × 285 мм; 10,5 кг | 750 × 450 × 408 мм; 43 кг |
| Продолжительность анализа молока и объём пробы | Около 1 мин; 6 мл | Около 30 с; менее 8 мл |
| Управление | Встроенный цветной сенсорный экран | Компьютер с ПО Nova и дополнительный экран на приборе |
| Прогрев после включения | Продолжительность не указана в использованной документации | Около 2 ч по учебным материалам |
| Забор пробы и растворов | Одна пипетка | Три пипетки с подогревом — для пробы, нулевого и моющего растворов |
| Проточная система | Поршневой насос со стеклянным цилиндром диаметром 7 мм; необходима однородная проба | Двухпоршневая шприцевая система M1/M2, датчики давления до 30 бар, клапан противодавления, обнаружение засоров |
| Подогрев пробы | Блок подогрева | Преднагреватель и подогрев трёх пипеток |
| Температурный режим оптики | Радиатор и вентилятор; параметры термостабилизации в использованной документации не раскрыты | Термобокс с нагревателем и несколько вентиляторов |
| Влажность и защита оптики | Отдельный осушитель не указан в каталоге сменных узлов; допустимая влажность помещения — менее 80 % | Автоматическая сушка интерферометра; в учебных материалах указана влажность помещения до 93 % |
| Фильтры и кювета | Встроенный фильтр; толщина измерительного слоя не указана | Моющиеся фильтры 24 и 34 мкм; измерительный слой 50 мкм; еженедельная замена фильтров не требуется |
| Установка нуля, стандартизация и очистка | Автоматические установка нуля, промывка и стандартизация; периодичность не уточнена | Автоматические установка нуля и стандартизация каждые 2 ч; декальцинация по сигналу прибора |
| Самодиагностика | Датчики уровня реагентов и жидкости; индикация состояния | Контроль спектра при установке нуля, включая воздух, отложения, влагу и износ кюветы; в учебных материалах описаны 10 проверок, идентификационные чипы узлов и более 100 подсказок |
| Настройки для разных продуктов | Коррекция наклона и смещения калибровки | Настройки вязкости, учёт частиц, предварительная промывка пробой, режим обработки при низком давлении, разбавление при жирности свыше 15 %, средства настройки калибровок |
| Скрининг фальсификации | Поиск спектральных отклонений коровьего молока; целевые модели для мочевины, сахарозы, формальдегида, соды и нитрата калия | Поиск спектральных отклонений и целевые модели; в учебных материалах для меламина приведён ориентир около 75 ppm, зависящий от модели и условий |
| Данные и сеть | Экспорт CSV через USB; FossConnect | Интеграция с LIMS, FossManager, объединение приборов с общими поправками калибровок |
| Дополнительные измерения | Не указаны в использованной документации | Электропроводность — дополнительный модуль |
Mars управляется со встроенного экрана; для FT3 предусмотрены дополнительные настройки пробоподготовки, диагностика и средства объединения приборов в лабораторную сеть. Не все функции Mars подробно описаны в доступной документации, поэтому отсутствие упоминания не следует трактовать как отсутствие самой функции.
Почему повторные измерения отличаются
Если дважды измерить одну и ту же пробу, результаты не будут полностью совпадать. Для белка коровьего молока в опубликованных сравнительных испытаниях стандартное отклонение повторяемости составило 0,123 г/л у Mars и 0,051 г/л у FT3 — различие в 2,4 раза. По жиру разница значительно меньше: 0,076 против 0,064 г/л. При определении сухого вещества относительный разброс составил 0,20 % у Mars и 0,07 % у FT3.
Это важно различать с точностью по отношению к референсному методу. Повторяемость показывает, насколько близки результаты измерений одной пробы в одинаковых условиях. Сопоставление с референсным методом отвечает на другой вопрос: насколько результаты анализатора согласуются с лабораторным методом определения конкретного компонента. При таком сопоставлении влияют не только свойства спектрометра, но и калибровка, состав исследованных проб и неопределённость самого референсного метода.
При сравнении результатов с референсными методами картина получается менее однозначной. В испытаниях FT3 показал несколько меньший разброс относительно референсных значений по жиру коровьего молока и по ряду показателей овечьего молока и сливок. Но по белку коровьего молока значения практически одинаковы, а по жиру овечьего молока меньший разброс оказался у Mars. Поэтому на основании одной лишь повторяемости нельзя утверждать, что FT3 точнее определяет каждый компонент любого продукта.
| Продукт и показатель | FT3, Sy,x | Mars, Sy,x |
|---|---|---|
| Коровье молоко: жир, г/л | 0,304 | 0,362 |
| Коровье молоко: белок, г/л | 0,092 | 0,081 |
| Коровье молоко: сухое вещество, г/100 г | 0,031 | 0,034 |
| Овечье молоко: жир, г/л | 0,463 | 0,400 |
| Овечье молоко: белок, г/л | 0,207 | 0,259 |
| Овечье молоко: сухое вещество, г/100 г | 0,033 | 0,048 |
| Сыворотка: жир, г/100 г | 0,006 | 0,004 |
| Сыворотка: общий азот, г/100 г | 0,033 | 0,033 |
| Сыворотка: сухое вещество, г/100 г | 0,023 | 0,025 |
| Сливки: жир, г/100 г | 0,183 | 0,215 |
| Сливки: сухое вещество, г/100 г | 0,104 | 0,148 |
| Ретентат: общий азот, г/100 г | 0,015 | Не исследовали |
| Ретентат: сухое вещество, г/100 г | 0,039 | Не исследовали |
В таблице показано остаточное стандартное отклонение регрессии Sy,x при сопоставлении с референсными методами: в частности, с методом Гербера для жира коровьего молока, методом Кьельдаля для общего азота и высушиванием для сухого вещества. Меньшая величина означает меньший разброс относительно линии регрессии, но сама по себе не описывает систематическое смещение.
Оба прибора укладываются в заявленные производителем пределы для основных показателей. При этом спецификация FT3 предусматривает меньший допустимый разброс повторных измерений, чем спецификация Mars. Это не преимущество, обнаруженное лишь в отдельном опыте: различие заложено в заявленных метрологических характеристиках моделей.
| Коровье молоко: показатель, % | Mars: спецификация FOSS | Mars: Cecalait | FT3: спецификация FOSS | FT3: Cecalait |
|---|---|---|---|---|
| Повторяемость: жир | ≤ 0,5 | 0,19 | < 0,25 | 0,16 |
| Повторяемость: белок | ≤ 0,5 | 0,38 | < 0,25 | 0,16 |
| Повторяемость: сухое вещество | ≤ 0,5 | 0,20 | < 0,20 | 0,07 |
| Точность: жир | ≤ 1,2 | 0,92 | < 0,8, типичное значение | 0,77 |
| Точность: белок | ≤ 1,2 | 0,25 | < 0,8, типичное значение | 0,28 |
| Точность: сухое вещество | ≤ 1,2 | 0,27 | < 0,8, типичное значение | 0,24 |
Значения приведены в процентах: для повторяемости — относительное стандартное отклонение, для сопоставления с референсными методами — относительное остаточное стандартное отклонение регрессии. Для FT3 в документации также указан гарантированный предел точности менее 1,0 %; 0,8 % — типичное значение. Результаты относятся к исследованным пробам.
Особое значение повторяемость приобретает там, где состав молока связан с оплатой сырья. В условиях повторяемости два результата определения белка одной пробы примерно в 95 % случаев должны различаться не более чем на 0,34 г/л для Mars и 0,14 г/л для FT3. Эти пределы не равны погрешности отдельного анализа и сами по себе не позволяют рассчитать частоту претензий при приёмке, но показывают, насколько разный разброс следует учитывать в правилах повторного измерения.
Для FT3 также установлены требования к согласованности результатов разных экземпляров (менее 0,5 % в относительном выражении) и к переносу остатков предыдущей пробы (менее 0,5 %). Первый показатель важен для лабораторий с несколькими приборами, второй — при последовательном анализе неодинаковых проб. Сопоставимых численных характеристик Mars в доступных материалах нет.
Что происходит между пробой и спектром
Вода, жир и белок по-разному формируют инфракрасный спектр молока. Поглощение воды особенно существенно в тех областях, где анализатор определяет белок по полосам пептидных связей. Поэтому изменение условий измерения или состава пробы способно по-разному отразиться на отдельных показателях. Однако связывать больший разброс Mars по белку исключительно с влагой в оптическом тракте было бы неправильно: опубликованное сравнение не позволяет выделить действие каждого узла.
У FT3 предусмотрены автоматическая сушка интерферометра, температурный контроль и регулярная стандартизация. Эти решения направлены на поддержание постоянных условий получения спектра. По документации Mars известны элементы охлаждения и автоматические процедуры обслуживания измерительной системы, но подробности стабилизации оптического тракта раскрыты не в той же степени. Разница в составе доступных каталогов не позволяет заключить, что в Mars отсутствует тот или иной защитный механизм.
Не меньшее значение имеет поведение самой пробы. Крупные жировые шарики и пузырьки воздуха рассеивают излучение, а неоднородное молоко может давать различия между последовательными заборами. Для Mars производитель особо оговаривает необходимость однородной пробы. FT3 располагает дополнительными настройками подачи и обработки, в том числе для продуктов разной вязкости. Но эти возможности не освобождают лабораторию от правильного перемешивания, температурной подготовки и очистки проточной системы.
Загрязнение кюветы, неполная промывка и остатки предыдущего образца тоже меняют спектр. FT3 контролирует ряд таких состояний автоматически, что облегчает поиск причины нестабильных результатов. Это эксплуатационное отличие можно подтвердить устройством прибора; приписать ему конкретную долю разницы в повторяемости без отдельного исследования нельзя. Практически важен сам подход: при неожиданном разбросе результатов сначала оценивают качество пробы и состояние измерительного тракта, а не сразу меняют калибровку.
Калибровка определяет границы применения
Более широкий перечень продуктов в характеристиках FT3 связан не только с конструкцией, но и с набором калибровок. Одна и та же оптическая система не становится универсальной от того, что способен регистрировать спектр разных продуктов. Для каждого типа сырья необходимо установить связь спектральных данных с содержанием определяемого компонента и проверить, насколько модель работает на реальных пробах.
Хороший пример — заводская калибровка Mars для молока, описанная в FOSS AN 5361. При её разработке использовали 1193 пробы; содержание белка в наборе составляло 2,35–6,48 %, жира достигало примерно 10,7 %, сухого вещества — 21,7 %. Это диапазоны калибровочных данных, а не предельные физические возможности спектрометра. Для молока разных видов предусмотрены соответствующие настройки калибровки.
В опубликованных результатах анализа 133 проб молока и молозива буйволиц на Mars для молозива приведено содержание белка 12,96 %. Оно значительно выше максимального содержания белка в наборе AN 5361. Без сведений о применённой калибровке и её проверке для молозива такое измерение нельзя автоматически считать сопоставимым по достоверности с анализом обычного молока. Для обычного молока в этой работе значения белка 3,6–4,2 % и жира 4,7–5,5 % находятся внутри названных диапазонов.
Ограничения бывают и другими. Калибровка лактозы может реагировать на вклад других сахаров, поэтому анализатор, уверенно работающий с обычным молоком, не обязательно пригоден для определения остаточной лактозы в низколактозных продуктах. Это вопрос селективности калибровки, а не скорости измерения. FT3 предусматривает модели для йогуртов, десертов, концентратов и растительных напитков, но для нестандартного состава их пригодность также требует подтверждения.
Обе модели могут использоваться для проверки молока на возможную фальсификацию — по признакам известных добавок или по отклонению спектра от характерного для нормального продукта. Второй способ позволяет отобрать подозрительные пробы для дополнительного исследования, но не определяет природу обнаруженной примеси. Возможности такого контроля зависят от конкретных калибровок: заявленные пределы обнаружения нельзя переносить с одной модели прибора на другую.
Для лаборатории, которая в основном исследует стандартное молочное сырьё, Mars позволяет решать повседневные задачи при меньших размерах прибора и более простой организации рабочего места. Для большого потока проб, широкой номенклатуры молочных продуктов и нескольких лабораторных площадок преимущества FT3 связаны с производительностью, настройками подачи, диагностикой и согласованностью результатов разных экземпляров. Но выбор между ними определяется не только паспортной точностью: ошибку в подготовке образца или неподходящую калибровку не компенсирует даже более сложный анализатор.
Источники численных данных: технические характеристики и материалы FOSS; отчёты ACTALIA Cecalait о MilkoScan Mars и FT3 (2020); FOSS AN 5361; Bondoc и соавт. (2021). Полный перечень источников и методические примечания приведены отдельно.