Besuchen Sie uns zur EXPOPHARM in Düsseldorf

 

 

13. – 16. September 2017 / Halle 5 / Stand 5D10

 

 

 

 

Messgrößen in der Pharmazie

 

 

Apo-Ident

 

 

 

              Integration in Serienmodelle

 

 

            Finder OEM

 

 

 

 

Automatisierte Warenprüfung

 

 

SGS1900

 

 

 

 

 

                Betriebsbereite Lösung

 

 

                Finder

 

 

 

     Überwachung chemischer Bestandteile

 

 

     Finder SD

 

Chemometrische Modelle

Chemometrische Modelle

HiperScan unterstützt Ihre NIRS-Lösung bei der Methodenerstellung und durch geeignete Tools für die Modellierung, Kalibrierung und Validierung. Unsere anwenderfreundliche Software kann in kürzester Zeit vom Logo bis zu den Eingabefeldern auf Ihre gewünschte Anwendung angepasst werden. Das Handling bleibt trotzdem einfach und übersichtlich. So wird Ihre spezielle Lösung geschaffen, die den heutigen Anforderungen moderner betrieblicher Abläufe gerecht wird. Mit der Integration der NIR-Analyse in Ihr Gerät oder Ihre Applikation bieten Sie eine zusätzliche Funktion zur Qualitätssicherung und zur Vermeidung von Out-of-Spec-Produktion für Ihre Kunden.

NIRS und Chemometrie

„Chemometrics is the science of relating measurements made on a chemical system or process to the state of the system via application of mathematical or statistical methods.“ Quelle: International Chemometrics Society (ICS)

Unter Chemometrie versteht man demnach die Auswertung komplexer, chemischer Informationen mittels mathematischer und statistischer Methoden. Im Gegensatz zur MIR-Spektroskopie, bei der aufgrund der scharfen Bandenform (Fingerprint) eine visuelle Auswertung der Spektren möglich ist, erfolgt bei der NIR-Spektroskopie die Auswertung aufgrund der eher breiten und überlagernden Bandenform standardmäßig mittels chemometrischer Methoden. Dabei kommen Werkzeuge der multivariaten Datenanalyse wie Hauptkomponentenanalyse oder multiple lineare Regression zum Einsatz. Das Analysesystem Apo-Ident basiert auf der Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis, PCA).

Ausgangspunkt für die Identifizierung einer Substanz ist ein chemometrischer, d.h. ein statistischer Klassifikator, in dem die Eigenschaften der später zu identifizierenden Substanzen hinterlegt sind. Grundlage für die Erstellung eines Klassifikators bildet eine Sammlung verschiedener Typen von Absorbanzspektren. Die Absorbanz ist ein Maß für die Abschwächung der Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie ergibt sich für eine Proben-Messung in diffuser Reflektion aus dem Quotienten des Intensitätsspektrums der Lichtquelle (Hellspektrum) und des Intensitätsspektrums der zu messenden Probe (NIRS):

Absorbanz Hellspektrum Probenspektrum

Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf verschiedene Geräte zu gewährleisten und eine Probenvorbereitung (z.B. Homogenisierung) zu vermeiden, wird an den vorliegenden Absobanzspektren eine geeignete Datenvorbehandlung durchgeführt. Diese entfernt z.B. Effekte, die durch eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit der Probe zustande kommen. Durch die daraus resultierenden unterschiedlichen Streueigenschaften können Proben mit verschiedener Körnigkeit entsprechend des oben erwähnten Zusammenhangs (Hellspektrum/Probenspektrum) in ihrer scheinbaren Helligkeit variieren. Weiterhin können durch eine Datenvorbehandlung z.B. spektrale Unterschiede durch variierenden Wassergehalt der Probe korrigiert werden. Ergebnis der Datenvorbehandlung ist eine Sammlung korrigierter und in einer definierten Form normierter Absorbanzspektren. Diese werden für eine Hauptkomponentenanalyse herangezogen. Dabei werden die Spektren, bestehend aus einer Vielzahl von Absorbanz-Werten, nach den Vorschriften der Hauptkomponentenanalyse in einen niedrigdimensionalen Raum projiziert. Das Resultat ist eine Serie weniger, abstrakter Zahlenwerte, welche nur noch die relevanten chemischen Eigenschaften der Substanz repräsentieren (Hauptkomponenten). Irrelevante Merkmale, beispielsweise verursacht durch Rauschen oder Umwelteinflüsse, sind in diesem Datensatz nicht mehr enthalten. Aus den in der Hauptkomponentenanalyse erhaltenen Datensätzen wird dann meist iterativ der Klassifikator erstellt, der mit einem unabhängigen Datensatz (zur Zeit für Apo-Ident etwa 60 000 Spektren) validiert wird.
Sowohl die Verwaltung der zu den Absorbanzspektren und Modellen gehörenden Informationen, wie Substanzname, Substanztyp, Proben-ID, Chargennummer, Datenvorbehandlung, Wellenlängenbereich, Bewertungsalgorithmus usw., als auch die Erstellung des Klassifikators selbst ist sehr aufwendig und muss vollständig dokumentiert werden. Bei HiperScan werden die Substanz- und Modell-Informationen in einer eigens  für diesen Zweck entwickelten chemometrischen Informationsdatenbank hinterlegt.

Chemometrische Informationsdatenbank (CID)

Die Chemometrische Informationsdatenbank (CID) bildet Substanzen und verfügbare Chargen ab, die innerhalb eines chemometrischen Klassifikators (z.B. für die Applikation Apo-Ident) verwaltet werden. Sie bildet die Grundlage zur Erstellung chemometrischer Modelle. Die von HiperScan entwickelte CID teilt sich in zwei Bereiche: Substanz-Struktur und Modell-Struktur.

In der Substanz-Struktur laufen alle Informationen (z.B. Name, Chargennummer, Haltbarkeitsdatum, Prüfvorschrift, Zertifikate etc.) über messbare und nicht messbare Substanzen, deren Proben und NIR-Spektren zusammen. Die Datenbank verwaltet im Moment für das Analysesystem Apo-Ident Informationen von über 3400 Substanzen. Die Spektrensammlung wächst ständig an, es werden keine Spektren gelöscht.

Die Modell-Struktur ist die Grundlage zur Erstellung der chemometrischen Modelle. Hier werden die Daten der Substanz-Struktur unter verschiedenen Aspekten verknüpft und mit allen Parametern zur Modellerstellung gespeichert (unter anderem der Wellenlängenbereich, die Datenvorbehandlung, die Bewertungsentwicklung). Der Prozess zur Modellentwicklung ist fließend und wird transparent und lückenlos dokumentiert. Jedes bereits erstellte Modell ist schnell und mit wenig Aufwand reproduzierbar. Die CID verwaltet alle Informationen zur Validierung.

Die Vorteile einer Datenbank liegen in der Sicherheit, weil die Nutzerverwaltung gewährleistet, dass sensible Bereiche geschützt sind und andere Bereiche ohne Einschränkungen bearbeitet werden können. Weiterhin ist die einfache Pflege und Vermeidung von redundanten Daten wichtig. Viele Bearbeiter können gleichzeitig die Daten pflegen, ohne sich gegenseitig zu behindern. Das Prinzip der Datenbank stellt sicher, dass die Daten jederzeit konsistent sind und eine schnelle Zuordnung von Substanzen zu Proben und Spektren möglich ist. Sie bildet die direkte Verbindung zum Modell. Alle Änderungen sind dem jeweiligen Bearbeiter zuzuorden und nachvollziehbar. Die CID ist Basis für eine umfangreiche Validierung der chemometrischen Modelle.