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Labor 4.0 Analytical Intelligence im LC-MS-System

Autor / Redakteur: Julian Elm* / Dr. Ilka Ottleben

Das Probenaufkommen in Laboren nimmt stetig zu und damit auch der Wunsch nach Produktivitätssteigerung. Leistung und Bedienbarkeit von Geräten und Software sowie die Erfahrung der Nutzer beeinflussen maßgeblich die Zuverlässigkeit der Ergebnisse und den Zustand der Systeme. So spielen neben der Automatisierung vieler Prozesse unterstützende Funktionalitäten eine große Rolle.

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Abb. 1: Ablauf eines Auto-Startup mit der LC-40
Abb. 1: Ablauf eines Auto-Startup mit der LC-40
(Bild: Shimadzu Deutschland)

Kopplungstechniken liegen im Trend. So wie heute moderne Probengeber die Abarbeitung einer möglichst großen Probenzahl automatisieren, so finden sich auch in der High-End-Analytik, etwa der LC-MS, neue Kopplungstechniken. Die LC-MS-Analytik hat sich im Lebensmittel-, Umwelt- oder im klinischen Bereich vielfach zu einem Goldstandard entwickelt. Das Verfahren ist präzise, schnell und eignet sich zur vielseitigen Spurenanalytik.

Direkt gekoppelte Automaten zur Probenvorbereitung sind auf dem Markt noch rar gesät. Gerade aber diese Techniken ermöglichen auch eher unerfahrenem Laborpersonal, komplizierte Systeme zu steuern. Ein Beispiel hierfür ist das Clam-2030-System von Shimadzu. Es arbeitet automatisiert Blut- oder Urinproben auf. Direkt mit der anschließenden LC-MS-Analyse zu einem einzigen System verbunden, erleichtert dieses System die Analyse und steigert die Effizienz. Zudem senkt die Automatisierung das Risiko von Schwankungen oder Fehlern, wie sie bei manuellen Operationen vorkommen und steigert die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Daten.

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Trotz der bisherigen Möglichkeiten der Automatisierung sind nach wie vor Fachwissen und Erfahrungen gefragt sowie ein gutes Verständnis für die Prinzipien der analytischen Techniken und Systeme. So können erfahrene Analytiker beispielsweise potenzielle Risiken im Voraus erkennen oder im Laufe der Datenanalyse versteckte Probleme in den Messdaten ausmachen und entsprechend gegensteuern. Allerdings erfordert das Aneignen von Wissen und Fähigkeiten sehr viel Zeit und Erfahrung. Aus diesem Grund bedient selten eher unerfahrenes bzw. noch lernendes Laborpersonal komplexe Analysegeräte, wie HPLC- oder MS-Systeme. Hochmoderne, neue Funktionen bieten hier jedoch zunehmend Unterstützung. Sie lassen sich unter dem Begriff Analytical Intelligence zusammenfassen. Darunter versteht man das direkte Zusammenspiel von Instrument und Software, die einen erfahrenen Bediener simulieren, der die Qualität der Bedingungen und Ergebnisse automatisch feststellt, den Anwendern Feedback gibt und häufige Probleme löst.

Analytical Intelligence zur Lösung einer Problematik

So liegt der Optimierungsbedarf bei komplexerer Analytik nicht allein in der Analysenzeit und einem höheren Probendurchsatz. Das wichtigere Ziel ist die Generierung von richtigen und zuverlässigen Ergebnissen – jederzeit und unabhängig von den Kenntnissen und Fähigkeiten des Anwenders. Genau da ist die Analytical Intelligence eine große Hilfe.

Das neuartige Konzept steht für das Zusammenspiel von System- sowie Software-Lösungen, und bietet unterschiedliche Optionen und Möglichkeiten. So werden mithilfe der Software erfahrene Analytiker simuliert, die vielfältige Hilfestellungen geben, wie die Beurteilung von Resultaten und Parameterkon­trollen. Sie assistieren dem Laborpersonal, wodurch sich mögliche Probleme schneller erkennen und lösen lassen. Dadurch werden Unterschiede in Gerätekenntnissen oder Erfahrungen kompensiert und die Zuverlässigkeit der Daten erheblich erhöht. Ein typischer Arbeitsablauf in der HPLC/MS birgt mehrere Risiken, die kontinuierliche Analysen unterbrechen oder die Zuverlässigkeit der Daten beeinträchtigen können. Welche Unsicherheiten sind das und wie werden sie durch die Analytical Intelligence minimiert?

Startup und Methoden smart optimieren

Ein abrupter Start des Lösemittelflusses an einem LC-System kann durch Druckschwankungen die HPLC-Säule beschädigen. Das lässt sich mit einer Auto-Startup-Funktion vermeiden, etwa wie sie die neue Nexera-HPLC-Serie von Shimadzu bietet. Diese Funktion ermöglicht einen kontrollierten Systemstart – zu Wunschdatum und -uhrzeit. Dann beginnt die Flowpilot-Funktion mit der Equilibrierung der Säule und erhöht die Flussrate der mobilen Phase bei steigender Säulentemperatur. Das heißt, das System ersetzt automatisch die manuellen Eingriffe von erfahrenen Analytikern, um Säulenschäden zu vermeiden, und übernimmt selbstständig die Vorbereitung des Systems.

Neben der Equilibrierung ist die Methodenoptimierung bedeutend, da die Entwicklung und Optimierung einer individuell angepassten LC-MS-Methode sehr zeitaufwändig ist. Sowohl die Optimierung der Spannungseinstellungen innerhalb des Massenspektrometers als auch die Anpassung von Quellenparametern sind hierfür essenziell. Viele der hier nötigen Anpassungsschritte können neuartige intelligente Funktionen automatisiert durchführen.

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