12.04.05 1 Analytica Expo 2005 Хемометрика и контроль производственных процессов (PAT) Алексей Померанцев Институт химической физики РАН им Семенова Российское. - презентация

1 Analytica Expo 2005 Хемометрика и контроль производственных процессов (PAT) Алексей Померанцев Институт химической физики РАН им Семенова Российское хемометрическое общество Международная выставочная компания

2 Analytica Expo 2005 Содержание 1)Что такое хемометрика? 2)Что такое PAT? 3)Что такое SPC и MSPC? 4)Как связаны PAT и MSPC? 5)Причем здесь аналитическая химия?

3 Analytica Expo 2005 Хемометрика - это раздел (аналитической) химии, исполь- зующий математические методы для исследования химичес- ких данных и процессов. D. L. Massart Хемометрика: два определения Дедуктивное 1) Хемометрика – это то, что делают хемометрики. сайт Международного хемометрического общества Индуктивно е 2) Хемометрики – это такие люди, которые все время пьют пиво и воруют идеи у математиков Svante Wold

4 Analytica Expo 2005 Что делает хемометрика? Данные, которые исследует хемометрика по большей части происходят из химии, поэтому хемометрика - это подраздел химии (Analytical chemistry) Хемометрика имеет дело с данными (зачас- тую с очень большими), поэтому хемометрика - это подраздел информатики (Data mining) Методы, которые использует хемометрика ориентированы на формальное моделирование (Soft modeling)

5 Analytica Expo 2005 Почему «хемо-» ? Хемометрика родилась из задачи анализа хими- ческих спектров Спектроскопия – наилучший метод получения информации по ходу процесса (on-line) в режиме реального времени: быстро и без влияния на процесс «Хемо» подчеркивает практическую, а не ста- тистическую значимость применяемых методов

6 Analytica Expo 2005 Почему «-метрика» ? Хемометрические методы легко и плодотворно переносятся в другие области, например, в пси- хологию, биологию, геологию, и т. д. Хемометрика активно эксплуатирует математику статистику, линейную алгебру It is easier to teach a chemist statistics that to teach chemistry to a statistician. (Svante Wold)

7 Analytica Expo 2005 Много переменных и много измерений Одно измерение – спектр (600 точек)Один цикл – 800 спектров (времен) ю... Один массив данных – 200 образцов (циклов)

8 Analytica Expo 2005 Основная задача хемометрики Заменить прямые измерения, которые либо – невозможны дороги длительны на косвенные измерения, которые – доступны дешевы быстры с последующей их обработкой (калибровкой).

9 Analytica Expo 2005 Контроль процессов в реальном времени Главная проблема, с которой сталкивается совре- менная промышленность – это обеспечение пос- тоянно высокого качества конечного продукта в типовом производственном процессе. Принимая во внимание увеличивающуюся глобаль- ную конкуренцию и быстро меняющиеся потребно- сти рынка, эффективный контроль процессов в ре- альном времени становится насущной потребно- стью всех производящих компаний.

10 Analytica Expo 2005 Что такое PAT? Process Analytical Technology (PAT) = Технология (методы) анализа процессов FDA = U.S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration Guidance for Industry PAT A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance Pharmaceutical CGMPs, September 2004

11 Analytica Expo 2005 PAT: Определение бюрократа PAT – это система планирования, анализа и конт- роля критических переменных, характеризующих состояние производственных материалов и про- цессов в реальном времени (т.е. по ходу производ- ства), с целью подтверждения качества произво- димого продукта. Guidance for Industry PAT A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance. Pharmaceutical CGMPs, September 2004

12 Analytica Expo 2005 PAT: Определение хемометрика 1) Современный инструментальный контроль процессов в реальном времени (in-line) 2) Хемометрические методы анализа данных, т.н. многомерный статистический контроль процессов (MSPC) 3) Многочисленные бюрократические формальности, придуманные FDA для оправдания своей полезности 4) Дубинка, придуманная фармацевтическими гигантами для уничтожения мелких конкурентов

13 Analytica Expo 2005 Зачем в PAT нужна хемометрика? Потому, что все больше данных о процессах получают с помощью современных, эффективных аналитических методов Спектроскопия (УФ, ИК, БИК,...) Хроматография (ЖХ, ГХ,...) Гибридные методы (ЖХ/МС, ЖХ/ЯМР,...) Видео образы и гиперспектры (2D, 3D) Акустические измерения и еще многие, многие другие...

14 Analytica Expo 2005 Многомерный статистический контроль процессов (MSPC) Цель: Контроль процесса в реальном времени. Средства: Хемометрический анализ данных. Результат: Стабилизации качества, снижение затрат. MSPC – это анализ реальных исторических данных, характеризующих опыт работы процесса MSPC – это главный инструмент PAT

15 Analytica Expo 2005 Зачем в MSPC нужна хемометрика? Потому, что исторические данные анализируются с помощью хемометрических методов: Анализ главных компонент (PCA) Проекция на латентные структуры (PLS) n-модальный анализ (PARAFAC) Многофакторный анализ изображений (MIA) Блочный и иерархический анализ (BPLS, HPLS) Распознавание структур (SIMCA, D-PLS) и еще многие, многие другие....

16 Analytica Expo 2005 Пример данных о процессе … … Реализации процесса s1, s2,...,s54 Ключевые переменные процесса (датчики) X1, X2,..., X17

17 Analytica Expo 2005 Карты Шухарта (1927)

18 Analytica Expo 2005 Одномерная область контроля Контроль с помощью SPC X1 X2 Многомерная область контроля t t t t t t t t t t t t t t X2X1

19 Analytica Expo 2005 PC1 PC2 Контроль с помощью MSPC X2 X1X1 X3X3 Мера Т 2 Хотеллинга (расстояние внутри модели) Ошибка моделирования (расстояние до модели)

20 Analytica Expo 2005 Причем здесь аналитическая химия? Analysis, греч., разложение 1)Определение состава вещества (качественный А., количественный А.) 2)Метод научного исследования путем рассмотрения отдельных частей, сторон, и т.п. Analytical Chemistry Chemistry Analytical Chemistry Analysis, греч., разложение 1)Определение состава вещества (качественный А., количественный А.) 2)Метод научного исследования путем рассмотрения отдельных частей, сторон, и т.п. Analytical Analytical Chemistry Analysis, греч., разложение 1)Определение состава вещества (качественный А., количественный А.) 2)Метод научного исследования путем рассмотрения отдельных частей, сторон, и т.п.

21 Analytica Expo 2005 Программа конференции 12:00-12:30А. Померанцев (ИХФ РАН, Москва) Хемометрика и контроль производственных процессов 12:30-14:00Р. Бреретон (Университет Бристоля, Великобритания) Введение в хемометрику 14:00-14:30Обед 14:30-16:00Р. Бреретон (Университет Бристоля, Великобритания) PAT - Технология (методы) анализа процессов 16:00-16:15Перерыв 16:15-16:45А. Богомолов (EMBL, Гамбург), П. Берзигияров (InterProgma, Черноголовка) Математическое и программное обеспечение для аналитического контроля производственных процессов (MSPC/PAT): 16:45-17:45В. Вершинин (Омский ГУ) Метрологические оценки неопределенности в качественном анализе 17:45-18:00О. Родионова (ИХФ РАН, Москва) Заключительное слово

22 Analytica Expo 2005 Ричард Бреретон Профессор университета Бристоля, Великобритания Глава Центра по Хемометрике Около 80 статей в журналах Analyst, Chemom. Intell. Lab. Syst., J. Chromatography, Analytica Chimica Acta, J.Chemometrics, Talanta и др. С 1999 по 2003 автор более 100 статей по хемометрике в электронном журнале The Alchemist, на сайте ChemWeb. Автор самой популярной за последнее время книги – «Хемометрика: Анализ данных в лаборатории и на химическом предприятии» Область научных интересов: хемометрика, судебная экспертиза, контроль процессов, хроматография и спектроскопия, химия полимеров, кинетика и т.д.

23 Analytica Expo 2005 Андрей Богомолов Кандидат хим. наук Более 30 публикаций в журналах Analytica Chimica Acta., Кинетика и катализ, Жур. физической химии и др Разработчик математического и программного обеспечения для аналитической химии, руководитель проектов международной компании ACD. Соавтор патента США в области алгоритмов обработки аналитических данных Член Российского хемометрического общества Область научных интересов: программное обеспечение для аналитической химии, хемометрика, численные методы, спектроскопия, химическая кинетика

24 Analytica Expo 2005 Вячеслав Вершинин Профессор Омского государственного университета Заведующий кафедрой аналитической химии, доктор хим. наук Около 150 статей в журналах Журнал аналитической химии, Известия вузов, Журнал прикладной спектроскопии, и др. Автор 6 монографий Соавтор 8 патентов и авторских свидетельств Член Совета по аналитической химии РАН Область научных интересов: математические и компьютерные методы в аналитической химии, люминесцентные методы, методика химического образования

25 Analytica Expo 2005 Оксана Родионова Старший научный сотрудник Института химической физики РАН Кандидат физ-мат. наук Более 40 статей в журналах Chemom. Intell. Lab. Syst., J.Chemometrics, Ж. вычил. матем. и матем. физ., J Appl Polym Sci., ЖЭТФ, Кинетика и катализ, и др Редактор перевода книги «Анализ многомерных данных» Кима Эсбенсена Секретарь Российского хемометрического общества Одна из основателей и организаторов Зимних симпозиумов по хемометрике в России Область научных интересов: хемометрика, численные методы, математическая физика.

26 Analytica Expo 2005 Fifth Winter Symposium on Chemometrics Самара Школа Симпозиум Kim Esbensen Paul Geladi Agnar Höskuldsson Roma Tauler Beata Walczak

27 Analytica Expo 2005 Участники WSC-4 в Звездном городке