PROFILEN Kemometri skal kunne bruges af alle Et af de ultimative mål for Rasmus Bro er at gøre kemometri let at bruge for almindelige kemikere. Han arbejder bl.a. med multivejsteknikker, der giver en kemisk profilering uden brug af kemi. I dag er mange af hans kemometriske resultater implementeret i kommercielt software Af Katrine Meyn, km@techmedia.dk Rasmus Bro 1994: Kemiingeniør, DTU 1994: Adjunkt, KVL 1996: Udgiver den første danske lærebog i kemometri 1996: Lektor, KVL 1998: Ph.d. med udmærkelse (Cum Laude), University of Amsterdam 1999: Research associate professor, KVL 2000: Modtager 3rd Elsevier Chemometrics Award 2001: Modtager en pris for bedste artikel i IEEE Transactions on Signal Processing, der omhandler telekommunikation. 2002: Forskningsprofessor, Mejeri- og Levnedsmiddelinstituttet, KVL 2004: I november modtager han 2004 Eastern Analytical Symposiums pris Læs mere om arbejdet med kemometri på www.models.kvl.dk For Rasmus Bro var der ingen tvivl om, hvordan hans arbejdsliv skulle forløbe - han skulle arbejde med analytisk kemi og medikoteknik på Radiometer, og han lagde hele sin uddannelse an efter det mål. Han læste sågar et par år på lægestudiet for at være ekstra velforberedt. Så det hele var timet og tilrettelagt. Altså lige indtil den dag, hvor han hørte om kemometri Han var på sidste år af sit studium, da Carsten Ridder holdt en ½ times forelæsning om kemometri. Det blev et fagligt vendepunkt for ham. - Jeg har altid godt kunnet lide matematik, men havde»indset«, at det ikke kunne bruges til noget. Carstens forelæsning viste mig, at det var forkert, og at faget rent faktisk er meget velegnet til at løse reelle problemer, og efter den halve time vidste jeg, at jeg ville arbejde med kemometri, fortæller han. Kemometri på KVL Lars Munck havde et par år tidligere startet en kemometrigruppe på KVL, og her fik Rasmus Bro i 1994 job som adjunkt. Gruppen bestod af tre mand, og visionen var at opbygge dansk kemi, 85, nr. 9, 2004 10 en gruppe på tyve mand og en instrumentpark, der dækkede alle gængse spektroskopiske teknikker. I dag består gruppen af ca. 40 personer, der råder over de ønskede instrumenter. Kemometri er et fag med fremtid, fortæller Rasmus Bro og fortsætter: - Og behovet bliver stadig større. I dag får du et hav af informationer fra dine instrumenter, og det er vigtigt at have metoder, der kan håndtere disse. Efter en lidt kaotisk start på det nye job hans første opgave var kapillarelektroforese, hvilket slet ikke interesserede ham - har han arbejdet med kemometri og udvikling af kemometri. - Jeg er virkelig dykket ned i kemometrien, og fordi man her på stedet (KVL) arbejder med levnedsmidler, har vi meget tæt kontakt til fødevareindustrien. Der er næsten altid en industriel partner involveret i vores projekter. Det er en utrolig spændende kombination mellem løsning af påtrængende industrielle problemer og grundvidenskabelig forskning, og den gør at jeg trives rigtig godt i min hverdag. Kemometri bruges mange steder I traditionel analytisk kemi opnås selektivitet ved fysisk adskillelse. Det står i modsætning til de fleste kemometriske applikationer, hvor alle data registreres, hvorved der fås et fingeraftryk af prøven. Derefter klarer matematikken selektiviteten. Det betyder, at man kan måle direkte på prøven uden prøveforberedelse. Det bruges f.eks. i kornindustrien, hvor man vha. en NIR-sonde på ½ minut får de nødvendige oplysninger. Dermed undgås den traditionelle proteinanalyse, hvilket sparer tid, penge og kemikalier. Et muligt fremtidigt eksempel på praktisk brug af kemometri er måling af dioxinindhold i fiskemel. Fiskemelsindustrien er underlagt restriktive krav mht. dioxinanalyser. De traditionelle analytiske analyser koster mange tusind kroner, og da grænseværdien ligger meget tæt på det naturlige niveau, er det et stort problem, at niveauet ikke kan måles kontinuert. Nu har Marc Bassompierre, KVL vist, at man vha. kemometri kan udføre analysen for nogle få kroner. Analysen er hurtig, og man kan få svaret i løbet af nogle minutter. Metoden er endnu ikke implementeret, men giver håb om, at industrien nu kan styre produktionen mere optimalt. Multivariate metoder er vigtige - I kemometrien benyttes ofte multivariate teknikker, der giver nye muligheder uden at eliminere de eksisterende. De kan løse
11 dansk kemi, 85, nr. 9, 2004
PROFILEN problemer, der ikke kan håndteres univariat, og de kan måle interferenser direkte, siger Rasmus Bro. - Netop disse egenskaber gør multivariate teknikker spændende at arbejde med. Ud over at spare tid, penge og kemikalier kan brugen af kemometri med det samme vise, om en prøve hører til eller falder uden for (outlier). Som hovedregel kan man altid forvente, at data har fejl (prøvefejl, instrumentfejl e.l.). Den mulighed er i praksis altafgørende, og det udnyttes bl.a. inden for procesovervågning. Når processen kører normalt tages et fingeraftryk, hvor der indsamles repræsentative procesdata. Fremover fungerer disse data som reference og ved et unormalt signal ved man, at processen er løbet løbsk, forklarer han. Multivejsanalyse matematisk kromatografi - Jeg har især kastet min kærlighed på kemometriske multivejsmodeller også kaldet matematisk kromatografi. Metoden er specielt velegnet til alle former for spektroskopi, sensorik, nogle former for procesdata og telekommunikation. - Hvis der er god tid, kan man sagtens forklare de kemometriske principper. Men en person, der ikke primært er interesseret i kemometrien, og som bare vil anvende den (det er oftest tilfældet), har ofte en naturlig skepsis over for faget, fordi det er svært at forstå og gennemskue. Det er ærgerligt, siger Rasmus Bro. Det problem kan løses med multivejsteknikker. Og ud over de personlige faglige udfordringer er det en vægtig grund for Rasmus Bro til at forske i disse. Med multivejsdata kan man En ny bog»multi-way Analysis«skrevet af Rasmus Bro er på vej fra forlaget Wiley. Multivejsanalyse handler om data, der er arrangeret i kasser i stedet for tabeller. lave en direkte kemisk model. Det betyder, at selv om matematikken bag er frygtelig kompliceret (Tensoranalyse), så ender det med modeller, der relaterer direkte til kemien. Der kommer rene spektre eller koncentrationer ud, og man kan som kemiker diskutere direkte med kemometrikeren i vurderingen af modellen. - Hvis jeg skal prøve at forklare princippet bag multivejsteknikker simpelt, så antag f.eks. at man har målt en prøve vha. flere sensorer. Hver sensor måler prøven adskillige gange over tid. Den tidsmæssige udvikling af signalerne fra en prøve kan da arrangeres i en tabel/matrix. Et andet eksempel er fluorescensspektroskopi, hvor hver prøves emissionsspektrum bestemmes ved flere excitationsbølgelængder. Kromatografisk analyse (HPLC) med spektrometrisk detektion er et andet eksempel. Målingerne fra en prøve giver i sig selv en tabel/matrix, og når man arbejder med flere prøver, får man en kasse af data, hvor hvert lag svarer til målingerne af en prøve. Det kaldes en trevejsstruktur. Fluorescensspektroskopiske målinger kan give trevejsdata. - I 1995 startede vi et samarbejdsprojekt med Danisco Sugar, Fluorescenslandskab af aminosyreblanding. De tre toppe svarer til tre aminosyrer, men toppene lapper ind over hinanden. De tre toppe kan adskilles matematisk vha. multivejsanalyse. der netop gik på at bruge fluorescens til procesovervågning. Vha. multivejsteknikker karakteriserede vi processen. Det var nemt og overskueligt vha. matematisk kromatografi at adskille og identificere de kemiske komponenter. Det var første gang, vi i praksis prøvede at få en kemisk profilering uden at bruge kemi, siger Rasmus Bro. Fremtidig tillid til kemometri - I dag bruger mange kemikere kemometrien, og det er et af de ultimative mål for mig at få endnu flere til at bruge og værdsætte den. Den er generelt anvendeligt og kan løse praktiske problemer på en effektiv måde. Nye anvendelsesområder er bioinformatik, genomics, proteomics. Rasmus Bro er en travl og alsidig mand, og der ligger mange meget forskellige opgaver og venter: I 2000 grundlægges Medicometrics ApS bl.a. sammen med Lars Nørgaard. Firmaets mål er, vha. fluorescensspektroskopi kombineret med kemometrisk dataanalyse, at udvikle produkter til diagnostik og screening. Rasmus Bro arbejder selvstændigt som konsulent, når firmaer skal have hjælp til at implementere kemometriske løsninger. Sammen med Novo Nordisk, Arla, Lundbeck, Chr. Hansen og Novozymes har Rasmus Bros gruppe dannet et konsortium. Et af konsortiets formål er at udbrede kemometriske teknikker. Der afholdes specialistkurser og generelle kurser for industrien og deres medarbejdere. Også for at udbrede forståelsen for kemometri arbejder han med at visualisere, hvordan metoderne virker. Folk står ofte af på nogle dumme småting, når de forsøger at forstå konceptet. Hvordan kom han fra den figur til den figur? I visualiseringerne vises alle trin, så man hele tiden kan sige, hov det forstod jeg ikke, men der var forklaringen på det osv. Rent grundvidenskabeligt er der mange mål at arbejde mod. De næste år arbejder Rasmus Bro bl.a. på at udvikle en decideret fluorescensmodel. En anden vigtig del er arbejdet med kemometrisoftware til analyseinstrumenter. Her forbedres algoritmer, og antallet af valg, man skal tage som bruger, minimeres. En del af Rasmus Bros forskningsresultater er allerede implementeret i kommercielt kemometrisoftware. dansk kemi, 85, nr. 9, 2004 12
Endelig skriver Rasmus Bro videnskabelige artikler og har et bredt internationalt samarbejde, der samlet set er basis for alt det, han laver. - Hvis man arbejder på KVL, er det fordi man kan lide at kommunikere. Jeg kan lide det grundvidenskabelige arbejde, men også det tætte samarbejde med industrien. Jeg kunne ikke leve uden det ene eller det andet. Naturligvis er hovedkernen for mig min grundforskning, men den ville ikke fungere uden alle de inputs, jeg får fra de mange andre engagementer jeg har, slutter han. Myrers bekæmpelse af skadedyr kemisk krigsførelse uden ofre Forskere ved Aarhus Universitet baner vejen for udvikling af en miljøvenlig skadedyrsbekæmpelse hos planter ved hjælp af duftstoffer fra myrer. I samspillet mellem myrer og planter er det velkendt, at myrerne beskytter deres værtsplanter mod skadedyr, som f.eks. planteædende insekter. Man har dog hidtil troet, at denne beskyttelse skyldes, at myrerne går direkte til angreb på de planteædende insekter. Nye forskningsresultater tyder på, at kemiske duftstoffer, som myrerne spreder ud over deres værtsplanter, har en afskrækkende virkning på skadedyrene. Duftstofferne hører til gruppen af feromoner, som også mennesker udsender. Resultaterne viser, at når et planteædende skadedyr, som en bille, bliver tilbudt blade med og uden myrernes duftstoffer, foretrækker de tydeligt at gnave og opholde sig på blade uden duftstoffer. Opdagelsen vil på længere sigt kunne få stor betydning for udvikling af en mere miljøvenlig skadedyrsbekæmpelse. Hvis det kan lykkes at fremstille myreduftstofferne industrielt, kan de anvendes som et ugiftigt alternativ til eksisterende pesticider. Derudover har myrernes feromoner en holdbarhed på måneder - til forskel fra mange andre feromoner som f.eks. dem der er medspillere i den seksuelle stimulation Her ses den aggressive asiatiske vævermyre, der er god til at bekæmpe skadedyr. Dens duftstoffer er nok til at skræmme andre insekter væk. mellem mennesker. Den lange holdbarhed er med til at give forøget håb om den praktiske anvendelse i skadedyrsbekæmpelse f.eks. i plantager. 13 dansk kemi, 85, nr. 9, 2004