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CDS und LIMS Die Software macht’s: Wie CDS und LIMS hohe Produktivität gewährleisten

Autor / Redakteur: Barbara Van Cann* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Das Probenaufkommen in Produktionslaboratorien ist in den vergangenen Jahren immer weiter gestiegen. Moderne analytische Methoden helfen dabei, die große Anzahl an Proben abzuarbeiten. Ein wichtiger Aspekt für den optimalen Ablauf ist der Einsatz leistungsfähiger Software-Systeme. Wir stellen Ihnen Laborszenarien vor und wie Laborsoftware hier für einen reibungslosen Ablauf sorgt.

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Abb.1: Forschungsarbeit im Labor benötigt extrem ausgefeilte Software-Systeme.
Abb.1: Forschungsarbeit im Labor benötigt extrem ausgefeilte Software-Systeme.
(Bild: Thermo Fisher Scientific)

Dr. Karl Burgess, ein Biochemiker an der Universität Glasgow, hat die Massenspektrometrie (MS) vor Kurzem als das „Schweizer Taschenmesser der Analytik“ bezeichnet. Als Forscher im Bereich Metabolomik sprach er darüber, wie MS verwendet wird, um Fortschritte in der Medizin zu ermöglichen. Seine Aussage gilt aber auch für andere Anwendungsgebiete, etwa für Analysen, die in chemischen und petrochemischen Labors durchgeführt werden. Die Massenspektrometrie galt einst als zu komplex oder exakt für alltägliche Anwendungsfälle und war daher nur gut geschultem Personal vorbehalten.

Es geht nicht nur um das Verfahren

Heutzutage ist sie viel gebräuchlicher für Routineanalysen, die von Auftragslaboren für Umweltanalysen und Produktionsbetrieben durchgeführt werden. Wenn MS mit Chromatographie z.B. Gaschromatographie (GC) kombiniert wird, ist die Komplexität der Analyse zwar noch höher, aber auch die Fähigkeit ist größer, Komponenten effektiver und effizienter zu trennen und zu identifizieren.

Die Kombination von GC-MS ermöglicht es, genau zu bestimmen, was sich in der Probe befindet. Dadurch eignet sich GC-MS besonders für Anwendungen der gesamten chemischen und biochemischen Industrie- von der Produktion und Qualitätssicherung/-kontrolle bis hin zur Einhaltung der Richtlinien von Aufsichtsbehörden und Normungsgremien wie beispielsweise ASTM und EPA. Letztere entwickeln weiterhin Methoden, die sich auf GC-MS-Analysen stützen.

Die Verwendung von GC-MS in Routineanwendungen ist heutzutage üblicher, aber sie ist nicht sehr weit verbreitet. In Laboren mit hohem Durchsatz, die rund um die Uhr in Betrieb sind, wird sie eher noch seltener eingesetzt. Verzögerungen sind hier extrem unerwünscht: Für ein Unternehmen, das beispielsweise chemische oder petrochemische Stoffe herstellt und rund um die Uhr in Betrieb ist, ist jede Unterbrechung kostspielig.

Daraus folgt, dass die GC-MS-Analyse durch eine Technologie unterstützt werden muss, die eine schnelle, aber gründliche (und konforme) Analyse und Berichtserstellung ermöglicht. Es geht hier nicht nur um das Verfahren an sich, sondern auch um Termintreue, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Analysen.

Praktische Schritte nach vorn durch Softwarekombination

Der Dauerbetrieb sollte nicht zu reduzierter Qualität oder Produktionseffizienz führen. Deshalb ist hier Software, insbesondere ein Chromatographie-Datensystem (CDS) und ein integriertes Laborinformations- und Management-System (LIMS), von entscheidender Bedeutung. Überprüfen wir nun einige häufige Probleme und Gegebenheiten, auf die ein CDS und LIMS Antworten geben sollen.

  • Schichtarbeit: Die Hersteller arbeiten im Mehrschichtbetrieb, was bedeutet, dass mehrere Benutzer Analyseinstrumente bedienen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Inkonsistenzen, insbesondere bei Benutzern, die weniger gut geschult sind. Mit einem CDS, das zusammen mit einem LIMS arbeitet, ist es möglich, leicht nachvollziehbare Arbeitsabläufe zu entwickeln und zu implementieren. Ein nahtlos integriertes System gewährleistet Konsistenz und reduziert die Wahrscheinlichkeit deutlich, dass ein Benutzerfehler die Produktion verlangsamt oder im Extremfall unterbricht.
  • Netzwerkausfälle: Der Ausfall von Netzwerken darf die Produktion nicht unterbrechen. Ein CDS kann sicherstellen, dass Gerätebediener ihre Arbeit fortsetzen und sicher sein können, dass die generierten Daten gespeichert werden und bei Bedarf für die Entscheidungsfindung zur Verfügung stehen.
  • Geräteausfallzeiten: Schlecht gewartete oder falsch kalibrierte Geräte können kostspielig werden. Diese Verspätung schlecht gewarteten oder falsch kalibrierten Instrumenten zuzuschreiben, ist nicht akzeptabel. Ein integriertes CDS/LIMS soll jene mühsame Überwachung von Geräten durchführen, die für die Mitarbeiter zu aufwändig ist. Die Instrumentenqualifizierung und die Wartungspläne sind in das CDS integriert und stellen Hilfsmittel zur Verfügung, an denen die abgelaufene Zeit abgelesen werden kann und die die Benutzer im Voraus auf mögliche wartungsbedingte Ausfallzeiten hinweisen. Verschleißintensive Teile können sogar genauer überwacht werden.
  • Analytische Anomalien: Die Bedingungen ändern sich von Durchlauf zu Durchlauf, und Benutzer machen gelegentlich auch Fehler. Das sollte jedoch nicht erst am Ende eines Analyse-Durchlaufes festgestellt werden. Das System muss in der Lage sein, automatisierte und bedienerlose Entscheidungen während des Betriebs basierend auf tatsächlichen chromatographischen Ergebnissen zu treffen. Dadurch können Hersteller analytische Anomalien dynamischer überwachen und verwalten.
  • Schnelle Entscheidungsfindung: Daten werden möglicherweise schnell und in bestimmten Formaten benötigt, und Verzögerungen bei der Darstellung und Lieferung von Daten können genauso kostspielig sein wie Geräteausfallzeiten. Ein CDS mit einem eingebauten Berichterstattungsmodul kann alle Berechnungen innerhalb der Software durchführen, wodurch eine zeitaufwändige und fehleranfällige Übertragung der Daten in externe Tabellen verhindert wird. Durch die gleichzeitige Nutzung mit einem LIMS wird sichergestellt, dass die CDS-Daten jederzeit für eine schnelle Entscheidungsfindung bereitstehen.

CDS führt beide Techniken zusammen

Benutzern von Gaschromatographen kommen solche Probleme und Gegebenheiten sicherlich bekannt vor. Sie werden noch vergrößert, wenn die beiden Techniken GC und MS kombiniert werden. Massenspektrometer verfügen häufig über eine
eigene Software, die abgekoppelt von Gaschromatographen jedoch zu eigenen Problemen bei der Produktion führen kann.

Dies macht den Betrieb definitiv komplexer. Andererseits kann ein CDS, das für die Exaktheit einer Produktionsumgebung entwickelt wurde, diese Begrenzungen überwinden, indem es beide Techniken in einer ganzheitlichen Sichtweise zusammenführt.

Fazit: Konsequenter Einsatz des „Schweizer Taschenmesser“

Ein Schweizer Taschenmesser bietet viele Vorteile, aber wie jedes Werkzeug muss es richtig verwendet werden. Dies gilt auch für GC-MS, die ein großes Potenzial in einer Umgebung mit hoher Produktion hat, allerdings nur, wenn die Bediener effektiv angeleitet und unterstützt werden. Ein CDS, das in ein LIMS integriert ist, bietet genau diese Vorteile.

Es ist eine benutzerfreundliche Client-Server-Software, die GC-MS effektiv und effizient zusammenführen kann, wobei nur ein System installiert, validiert und erlernt werden muss. Alle Daten werden zentral, sicher und konform gespeichert, wodurch Hersteller die Produktion ohne die ständige Sorge steigern können, dass ihre analytischen Möglichkeiten nicht mit der Sicherstellung der Qualitätskontrolle und der Produktionseffizienz mithalten können.

* B. Van Cann: Thermo Fisher Scientific, 4817 BL Breda/Niederlande

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