Qualitätsverbesserung im Labor durch Einführung eines LIMS

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1 Mario Karner Qualitätsverbesserung im Labor durch Einführung eines LIMS Projektmitarbeiter: HR Dipl.-Ing. Dr. Reinhard Eder, Mag. Walter Brandes, Ing. Manfred Pastler Wie kann man Messwerte pro Jahr rascher verarbeiten und besser für die Weinwirtschaft nutzen? Wie kann man regelmäßige Arbeitsläufe so gestalten, dass sie möglichst effizient, fehlerfrei und nachvollziehbar ablaufen? Einleitung Im Verlauf eines Jahres werden derzeit in der Abteilung Chemie-Qualitätskontrolle ca Proben untersucht, wobei durchschnittlich zehn Parameter erfasst werden, dies entspricht daher einer Zahl von ca Messwerten. Weiters werden im Zuge von Methodenentwicklungen noch tausende Messungen durchgeführt, die aber weniger direkt zu 196 Wissensbericht 2010

2 Messwerten sondern indirekt zur Methodenentwicklung oder Qualitätssicherung dienen. Zielrichtung dieses Projektes war, eine Verbesserung der Nutzung dieser ungeheuer großen Datenmenge zu erzielen, sodass dieses mit modernen Untersuchungstechniken produzierte Datenmaterial rasch und möglichst gut verständlich der Weinwirtschaft bzw. der Forschung zur Verfügung gestellt werden kann. folgte durch die Normalisierung der Daten, um mehrfach vorkommende bzw. oft wiederholende Werte nur mit dessen Schlüsselwert abzulegen. Ein Aufbau der benötigten Datenstruktur in MS Access mittels Tabellen, Abfragen und VBA-Klassen ermöglicht eine effi ziente Struktur. Die vorhandenen bzw. erforderlichen Ablaufschritte wurden in VBA-Prozeduren transformiert. Die Erstellung der benötigten Eingabemasken mit Ereignis-gesteuerten VBA-Prozeduren bewirkt z.b. durch einen Knopfdruck alle gewünschten Diagramme einer Kalenderwoche im Reifeverlauf erstellen zu lassen. Besonderes Augenmerk galt sowohl der Weiter- und Wiederverwendbarkeit der er stellten Einzelelemente im Gesamtsystem LIMS, als auch der Verwendung in der akkreditierten Prüfstelle. Ergebnisse Abb. 1: Lieb-Zacherl Apparatur zur SO 2 -Bestimmung Material u. Methoden Vorhandene Programme des MS Offi cepakets (Word, Excel, Access) wurden mit VBA-Programmierung erweitert und verwendet. Zur Verteilung der Daten im Chemienetzwerk wurde ein eigenständiges, vom Ver waltungs netz getrenntes, Netz geplant, um der Datensicherheit bei der Verwendung von EDV in Prüfl aboratorien (L18) gerecht zu werden. Die Erfassung der benötigten Grunddaten er- Diese auf den ersten Blick allgemein erscheinende Tätigkeit hat die Arbeitsabläufe im Labor wesentlich vereinfacht und ermöglicht, dass für die Weinbaupraxis, aber auch für die Forschung und die Arbeitssicherheit, rasch wichtige Daten und Ergebnisse verfügbar sind. Daraus resultieren verschiedene praktische Ergebnisse: Erstellung einer Chromatographie-Datenbank Etablierung einer Datenbank auf Basis MS Access/VBA, welche Daten automatisiert aufnimmt und kategorisiert nach frei wählbaren Begriffen ablegt. Der Datenbestand kann geräteübergreifend, übersichtlich und rasch z.b. mittels SPSS ausgewertet werden. Die Geräte GC und GC-MS konnten in diesem Rahmen erfolgreich eingebunden werden. Es wurden ca Daten von drei unterschiedlichen Geräten (2 GC, 1 GC-MS) zufriedenstellend für ein Projekt mit relevanten Informationen eingespielt. Wissensbericht

3 Erstellung einer Chemikaliendatenbank Planung und Erstellung einer Datenbank auf Basis MS Access/VBA, welche neben gebindebezogenen Beständen auch aktuelle R- und S-Sätze sowie Gefahrenklassen anzeigt und bei toxischen Chemikalien mit auffälligem Signal warnt. Inventuren können somit effi zient erfolgen, indem das Bruttogewicht der Gebinde ermittelt wird und in die Datenbank eingetragen wird. Erstellung einer Reifedatenbank Analysen korrekt durchgeführt werden, sondern auch die Ergebnisse rasch und einfach zur Verfügung stehen. Diese beiden Anforderungen konnten durch die Kombination von Laborautomatisierung und selbsterstelltem Laborinformationssystem (LIMS) sehr zufriedenstellend erfüllt werden. Es ist somit gelungen, dass das LFZ Klosterneuburg nun die Ergebnisse der Reifeuntersuchungen als Serviceleistung für die Weinwirtschaft innerhalb von 24 Stunden auf der Homepage für eine breite Öffentlichkeit leicht verständlich und ansprechend präsentieren kann. Abb. 2: Datenverarbeitung bei der amtlichen Weinkost Ein fundamentaler und unumstrittener Grundsatz im Weinbau lautet, dass die Qualität der Trauben einen wesentlichen Einfl uss auf die Weinqualität hat. Eine wertvolle Hilfe um qualitativ hochwertige Trauben ernten zu können, sind periodische Reifeuntersuchungen, wobei es aber nicht nur wichtig ist, dass die richtigen Die Klosterneuburger Reifeuntersuchungen weisen einige Besonderheiten auf; z.b. erfolgen die Untersuchungen am gleichen Standort über einen längeren Zeitraum, sodass wertvolle Informationen über die Dynamik der Reife vorliegen. Weiters handelt es sich um mehrjährige Vergleiche der Ergebnisse, 198 Wissensbericht 2010

4 sodass eine Interpretation in Hinblick auf Besonderheiten des aktuellen Weinjahrganges sowie auch die Möglichkeit längerfristiger Veränderungen beim Reifeverlauf ( Schlagwort Klimawandel ) exakt auswertbar sind. Der Nutzen dieser Untersuchungen liegt darin, dass aufbauend auf vorliegende Daten mit Hilfe einfacher Modelle Prognosen für den optimalen Lesetermin getroffen und rasch die Besonderheiten des Jahrganges erkannt werden können. Dass dies von großer weinbaupolitischer Bedeutung ist, zeigte sich besonders deutlich in den Jahren 2003 und 2007, als sich anhand der Reifeuntersuchungen abzeichnete, dass die Säuregehalte in den Mosten niedrig sein würden. Aufbauend auf den Reifedaten konnte das BMLFUW sehr früh bei der EU-Kommission in Brüssel eine Sondergenehmigung für die Säuerung beantragen, die in Folge dessen rechtzeitig vor der Lese genehmigt wurde. Abgesehen von derartigen makropolitischen Auswirkungen hilft die Prognose von Ernteterminen und das frühe Erkennen von Problemen des Jahrganges, wesentlich bei der Planung von Ressourcen wie z.b. für die Bereitstellung von Arbeitskräften und Weinbehandlungsmitteln (z.b. Zucker, RTK, Säure, Art des Hefepräparates, Mostgelatine, Hefenährstoffe). Das Grundpaket der Untersuchungsparameter umfasste das Mostgewicht ( KMW), den Gehalt an titrierbaren Säuren, den Weinsäureund Äpfelsäuregehalt, den Gehalt an primären Aminosäurestickstoff (N-OPA) sowie den ph- Wert. Zusätzlich wurden vereinzelt Parameter gemessen, deren Analyse aufwändiger ist, wie beispielsweise Ammonium, Phenolgehalt (Farb- und Gerbstoffe), Aminosäuren insbesondere Prolin und potentieller Aromagehalt (z.b. Terpengehalt). Die Untersuchungen wurden größtenteils mit einem Analysenautomaten des Typs WineScan der Fa. Foss durchgeführt, der auf dem physikalischen Messprinzip der Fourier Transformierten Infrarotspektroskopie (FTIR) beruht. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte in Form von Tabellen und Graphiken. Erstellung einer Kostdatenbank Planung und Erstellung einer Datenbank auf Basis MS Access/VBA, welche die Abwicklung der amtlichen Kost unterstützt. Der Programmumfang beinhaltet Prüfnummerannahmelogistik, Kostlistenerstellung mit automatisierter Vorsortierung, Aufnahme der Einzelergebnisse jedes Kosters mitsamt den genannten Beanstandungsgründen, Abfertigung der Einzelproben, Faxentwurf für die Übermittlung des Ergebnisses einer Kostsitzung zum BAWB und einer Zentralmaske, die übersichtlich alle beinhalteten Daten nach Kriteriengruppen darstellt. Die gesammelten Daten werden u.a. zur Kosterevaluierung, Proben sam mlung für Forschungsprojekte und Bereitstellung für Kosterschulungs proben verwendet. Ein sehr interessanter Aspekt liegt in der Möglichkeit, nach Proben mit speziellen Fehleransprachen und diversen zusätzlichen Kriterien, wie Sorte, Jahrgang für wissenschaftliche Untersuchungen hinsichtlich Aroma- bzw. Fehlerkomponenten, zu suchen. Abb. 3: FTIR-Gerät Wissensbericht

5 Zusammenfassung Mit Hilfe von selbstprogrammierter Software konnten Datenvernetzungen hergestellt werden, die ein sicheres und effi zienteres Arbeiten im Rahmen der Amtlichen Weinkost, der Forschung, wie auch der Berichterstattung ermöglichen. Nutznießer sind einerseits die externen Kunden, die Ergebnisse von Untersuchungen rasch online zur Verfügung gestellt bekommen, anderseits stellt das LIMS auch eine wesentliche Voraussetzung für das Funktionieren der Prüfstelle, bei steigenden Probenzahlen und geringerer Personalverfügbarkeit, dar. Summary Using self-made programs it was possible to improve the effi ciency, traceability and speed of some important analytical and sensorial tasks of our research, advice and control duties. The development of LIMS is an essential procedure to maintain the performance of the certifi ed laboratory, when the number of samples increases, while the staff stagnates or is reduced. 200 Wissensbericht 2010