In de toekomst voer je metingen uit in het veld. Maar hoe organiseer je dan de analytische labs en wat is er nodig om de techniek zo ver te krijgen?

‘In de toekomst stuur je je monster niet langer naar het lab, maar meet je het ter plekke met draagbare apparatuur. Analytisch onderzoek is dan zeker nog nodig, maar de focus verschuift naar het high-end- en handheld-segment’, begint Michel Nielen, verbonden aan het RIKILT en als buitengewoon hoogleraar aan Wageningen University & Research. Volgens Nielen gaat het aantal klassieke labs uit het middensegment dus krimpen.

De miniaturisering van apparatuur zal niemand zijn ontgaan. Allerlei meettechnieken zijn steeds handzamer én makkelijker te bedienen. Daardoor kan niet langer alleen een chemicus in een goed uitgerust lab ermee uit de voeten, maar in de toekomst bijvoorbeeld ook politie, douanepersoneel en voedingsinspecteurs. Wat is het belang? ‘Zo werken we in het Europese project Food­Smart­phone’, vertelt Nielen. ‘Dat wil methodes ontwikkelen waarmee voedselinspecteurs zelf met hun smartphone controles kunnen uitvoeren, en op termijn consumenten. Nu blijkt pas na labanalyse dat er bij 99 % procent van de controles niets aan de hand is. Dat kost veel tijd en geld, en je kunt voedselfraude niet vroeg­tijdig op­sporen.’

Het project kijkt of het anders kan. Als toepassingen ziet Nielen onder meer tests op mycotoxines, pesticides, antibiotica in melk en op allergenen (met het oog op al die verpakkingen waarop staat ‘kan sporen van … bevatten’).

Niet robuust genoeg

De verschuiving in het veld is vooralsnog marginaal, aldus Nielen. ‘Dit soort projecten starten nog te vaak zonder de eindgebruiker. Dan zet een technicus iets in de markt wat niet aansluit op wat de eindgebruiker wenst. Dat proberen we met de FoodSmartphone te veranderen.’

‘Send us your data, not your samples’

‘Evidence-based sensing, zoals we het ook wel noemen, is in onze sector natuurlijk niet nieuw. We zetten al langer in op on­line­metingen’, vertelt Maarten Honing, werkzaam bij DSM Resolve en programmaraadlid van de Topsector Chemie. ‘In de farmaceutische chemie en in toenemende mate ook op Chemelot gebeurt dat nu nog vooral op kwaliteits- en onderhoudsvraagstukken. De inzet is overigens niet altijd evident, zeker niet als je te maken hebt met chemische processen bij hoge druk, temperatuur en hoge concentraties van agressieve stoffen, want daarvoor zijn de meeste technieken nog niet robuust genoeg.’

De trend die Nielen schetst is ook een van de routes die de Topsector Chemie bewandelt, aldus Honing. Hij denkt dat de toename van handheld-metingen niet hetzelfde tempo volgt als de afname van de nood aan centrale labs. ‘Zowel overheid als burgers willen steeds meer en directer kunnen meten. Maar zolang de techniek daarvoor nog niet is ingeburgerd zijn de centrale labs de komende jaren dus des te meer nodig. Pas als we handheld-meters weten door te ontwikkelen, neemt het middensegment met zijn table-top-instrumenten snel af.’

Volgens Arian van Asten, medewerker van het NFI en hoogleraar aan de UvA, voelen veel analytisch chemici zich ongemakkelijk bij de op handen zijnde transitie. ‘Het is niet voor niets de boodschap die TI-COAST aan zijn leden uitdraagt: als je op een lab werkt waar je veel standaardanalyses verricht, wat betekent deze ontwikkeling dan voor jouw toekomst?’ De onderzoeker vindt dat zijn veld achterloopt. ‘Kijk eens hoe de computer en de telefoon zich hebben ontwikkeld tot tablet en smartphone. Door de gebruiksdrempel te verlagen en nieuwe mogelijkheden te ontwikkelen, creëer je juist meerwaarde. Het zou er in ons veld om moeten gaan hoe we een techniek kunnen ontwikkelen waarmee íedereen kan meten.’

De reactie uit het veld is nu juist vaak om in een foutieve meting de bevestiging te zien dat alleen chemische experts dergelijke analyses kunnen uitvoeren, aldus Van Asten. Om er stellig achteraan te zeggen: ‘Mijn verhaal is dat zoiets juist een drive zou moeten zijn om de apparatuur te verbeteren.’

Platform

Hoe maak je apparatuur die wél aansluit op gebruikers die geen wetenschapper zijn? Populair is het opzetstukje voor een smartphone, waarmee een volwaardig meetinstrument ontstaat. Een voorbeeld is het iSPEX-project, waardoor elke Neder­lander met een smartphone fijnstof kan meten. Aan enthousiasme vanuit de doelgroep – en die is breed: milieu, gezondheid, forensisch, voeding, procestech, drugs, … – is volgens betrokkenen geen gebrek. Cruciaal zijn hanteerbaarheid en kwaliteit, en verder snelheid, wireless support en het kostenplaatje. Nielen: ‘Het moet zo simpel zijn dat een inspecteur die een boerderij moet controleren beschikt over een app ‘kip’ en een hulpstuk ‘kip’. Om welke meting het gaat, hoeft hij helemaal niet in detail te weten.’

Net als Honing denkt Nielen dat het een logische stap is om een blanco en een positieve controle in te bouwen in het apparaat om de kwaliteit te waarborgen. En een app kijkt zelf naar de spreiding van de meting. ‘Daar is geen rocket science voor nodig’, zegt Nielen. ‘Bij twijfel kun je het monster alsnog naar het lab sturen. Een andere optie is om ruwe data in near-real time naar een externe server te sturen, bijvoorbeeld voor remote accreditatie.’

Van Asten gaat nog een stap verder. ‘Ik pleit voor een apparaat dat enkel meet en zijn data verstuurt naar een centraal lab. Daar beschik je over meer dataopslagruimte en rekenvermogen, en kun je overzien of een apparaat goed werkt. Indien nodig kun je preventief onderhoud op afstand plegen. Ook kunnen experts de analyse in detail bestuderen als de meting buiten de kwaliteitskaders valt. Zo’n platform­aanpak is in tegenstelling tot de handheld-ontwikkeling nog niet zo bekend, maar wel innovatief. Send us your data, not your samples, is het nieuwe moto binnen het NFI.’

‘Dat is precies waar onze rol naartoe gaat’, haakt Nielen in. ‘In de toekomst ontwikkelen kwaliteitslabs met hun hoogwaardige apparatuur de tools om in het veld te kunnen meten; onder meer de markers die je onderbrengt in de handheld-apparatuur. Uit meetdata kunnen nieuwe patronen rollen, die vragen om nieuw onderzoek dat bij de kwaliteitslabs komt te liggen. Die feedbackloop leidt tot nieuwe methodes.’

Kansen

De nieuwe high-endlabs zorgen tevens voor een verschuiving in eisen aan personeel. Honing schetst: ‘Nu al zie je dat onderzoekslaboratoria op de Chemelot Bright­lands campus voor meer dan 25 % draaien op promovendi en hbo’ers met tien à twintig jaar werkervaring, liefst opgeleid in meerdere analytische technieken. En er komt alleen maar meer vraag naar hoger opgeleiden, dus zal er ook meer gevraagd gaan worden van hbo’ers.’

Om de stap te kunnen zetten, moet je volgens Honing de apparatuur robuust maken. ‘Hoe maak je die instrumentatie? En kun je de techniek per applicatie afstemmen? Volgens mij kunnen we hierin als veld tegen 2030 een grote stap hebben gezet.’ Hoe zien Nielen en Van Asten hun kansen? ‘Ik vind deze ontwikkeling erg inspirerend voor mijn eigen onderzoek’, vertelt Nielen.

Van Asten ziet in de toekomst eenzelfde rol weggelegd voor het RIKILT als voor het NFI. ‘We zullen niet langer standaardanalyses doen, maar juist zo’n platform aanbieden. Dan worden we een high-endlab dat nieuwe technologieën genereert en lastige vragen oplost. Die rol maakt je tot een onmisbare schakel in de keten waarin je als analytisch chemicus acteert.’