Reisensburg 1998: Abstract Süselbeck
Statistical Computing '98 - Schloß Reisensburg

Probleme der Datenanalyse in der Chemo- und Biosensorik

Benno Süselbeck

Universitätsrechenzentrum
Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Die Chemo- und Biosensorik ist ein neueres Forschungsgebiet mit weitreichenden Auswirkungen auf viele Bereiche wie z.B. die Umweltanalytik. Entwickelt werden Sensoren, die in der Lage sind, bestimmte Stoffe zu 'schmecken', d.h. anhand von gemessenen Daten Substanzen zu erkennen.
Ein Meßvorgang durch den Sensor liefert dabei eine Zeitreihe, die von den in der Probe enthaltenen Substanzen und deren Anteilen abhängt. Ziel ist es, Aussagen über die Konzentrationen der Stoffe zu gewinnen. Als Modelle werden in erster Linie Überlagerungen der charakteristischen Kurven verschiedener Stoffe verwendet, die sich als multivariate lineare bzw. nichtlineare Modelle formulieren lassen.
Da derartige Modelle zu viele Parameter enthalten, ist zunächst eine Kalibrierung vorzunehmen. Zu diesem Zweck werden bei einer vorgegebenen Anzahl von Substanzen und bekannten Konzentratkombinationen die Kurvenverläufe geschätzt. Hier kommt es einerseits darauf an, möglichst wenig Kalibrationspunkte einzusetzen, da die Messungen sehr teuer sind, andererseits aber eine hinreichende Genauigkeit zu erzielen. Nach der Kalibration werden nämlich die daraus gewonnen Schätzungen als unabhängige Variable in ein inverses Modell eingestzt, um bei neuen Meßreihen die unbekannten Konzentratkombinationen zu schätzen.
Im ersten Teil des Vortrages wird zunächst die Wirkungsweise eines Biosensors kurz erläutert. Danach wird die oben beschriebene Situation modelliert und verschiedene Lösungen gegenüber gestellt. Dabei ist insbesondere ein Vergleich zwischen Spezialsoftware für chemometrische Probleme und allgemeiner Statistiksoftware interessant.
Ein weiteres Problem bei der Auswertung von Daten, die mit Hilfe von Biosensoren, gewonnen werden, ist die Identifikation von Substanzen anhand bestimmter Eigenschaften der Meßkurven.
Der dritte Teil des Vortrages zeigt ein sogenanntes Mathematica-Notebook zur Darstellung eines Lösungsansatzes. Dabei handelt es sich um ein interaktives Dokument zur gemeinsamen Darstellung von Text (incl. mathematischer Formeln), Daten, Programmen und Grafiken. Der Vorteil einer solchen elektronischen Publikationsform, insbesondere gegenüber der üblichen gedruckten Form, liegt in der Transparenz aller Vorgänge einer Datenanalyse, da alle Abläufe jederzeit nachvollziehbar sind. Sie ist also nicht nur auf die reine Präsentation von Ergebnissen beschränkt. Zum Abschluß soll deshalb diskutiert werden, wie solche Publikationsformen bei vermehrtem Aufkommen elektronischer Zeitschriften zukünftig einzuordnen sind.

Literatur:

  1. Michael Slama, Christine Zaborosch, Dietrich Wienke, Friedrich Spener: Simultaneous Mixture Analysis Using a Dynamic Microbial Sensor Combined with Chemometrics, Analytical Chemistry 1997
  2. Sonja Sekulic et al.: Nonlinear Multivariate Calibration Methods in Analytical Chemistry, Analytical Chemistry Vol 65 1993
  3. Süselbeck, B.: Analyse ternärer Mischungen in der Biosensorik, Arbeitspapier WWU Münster IVZ, 1997
  4. The Uncrambler 6, Users's Guide, Camo AS 1996


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