Temperatursensoren kalibrieren: Was Sie wissen müssen

In diesem Artikel erfahren Sie, weshalb die Kalibrierung von Temperatursensoren in der pharmazeutischen Industrie notwendig ist. Ausserdem finden Sie hier wertvolle Tipps für Audits sowie Informationen zur Zertifizierung und Akkreditierung.

Was bedeutet Temperaturkalibrierung?

Die Kalibrierung ist ein Test, bei dem ein Referenzgerät und ein zu prüfendes Gerät miteinander verglichen werden.

Genauigkeit und Messunsicherheit des Referenzgeräts sind bekannt und durch Kalibrierung auf das nationale physikalische Labor rückverfolgbar. Das zu prüfende Gerät wird während des Kalibrierungsvorgangs mehrfach auf seine Genauigkeit innerhalb einer vordefinierten Toleranz überprüft. Liegt es innerhalb der Toleranz, ist die Kalibrierung erfolgreich. Normalerweise wird die Kalibrierung über mehr als einen Temperaturwert durchgeführt, um die Linearität zu gewährleisten.

Standardarbeitsanweisungen (SOP) für die Kalibrierung können nach der Norm ISO 17025 akkreditiert werden. Regelmässige Audits und unternehmensinterne Tests werden durchgeführt, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Bei der Temperaturkalibrierung geht es um den zuverlässigen, reproduzierbaren und dokumentierten Vergleich eines zu prüfenden Sensors oder Datenloggers mit einem Referenzgerät. Das Referenzgerät ist präzise und wird regelmässig in einem akkreditierten Labor überprüft.

Die Sensorkalibrierung erfolgt an definierten Messpunkten. Zunächst sorgt ein Gerät oder eine Maschine mit Hilfe eines kleinen Bades oder eines Trockenblocks für stabile Bedingungen. Anschliessend gleicht sich die Hardware für ein bestimmtes Zeitintervall, in der Regel dreissig Minuten, an dieselbe Temperatur an. Im Anschluss vergleichen Techniker die von den geprüften Geräten angezeigten Temperaturen mit der Referenz. Stimmen die Messwerte nicht überein, besteht die übliche Massnahme darin, das zu prüfende Gerät so einzustellen, dass die Anzeige korrekt ist. Sobald es innerhalb der Spezifikationen liegt, wird das Ergebnis in einem Kalibrierzertifikat dokumentiert.

Weshalb Temperaturkalibrierung aus regulatorischer Sicht notwendig ist

In der Tat verlangen die Vorschriften den Einsatz kalibrierter Thermometer und Datenlogger innerhalb einer GDP-Umgebungen, die Verpackung, Lagerung und Versand von pharmazeutischen Produkten umfasst. Darüber hinaus fordern die meisten GDP-Leitfäden, beispielsweise der U.S. Food & Drug Administration (FDA), der EU und der WHO, kalibrierte Sensoren. Einige Auslegungen bestehen sogar auf einer ISO 17025-Kalibrierung für jede einzelne Kühlkettensendung.

Häufig fordern FDA-Auditoren Kalibrierzertifikate und Referenzdokumente an. Beispielsweise könnte die Erstellung einer Datenkopie eines bestimmten Temperaturdatenloggers verlangt werden, der vor zwei Jahren für eine Produktfreigabe verwendet wurde. Ein Auditor könnte auch das damals gültige Kalibrierzertifikat für eben diesen Datenlogger verlangen. Idealerweise sollten digitale Kopien von Zertifikaten von überall aus und jederzeit über das Internet abrufbar sein. Es ist daher ratsam, die Dateien sicher in einer zuverlässigen Cloud-Datenbank zu speichern.

Die Schweizerische Akkreditierungsstelle (SAS) und der Swiss Calibration Service (SCS) sind die zuständigen nationalen Behörden in der Schweiz. In Deutschland ist die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DaaKs) die einzige Akkreditierungsstelle für die Kalibrierung und Prüfung von Sensoren.

In Grossbritannien ist der United Kingdom Accreditation Service (UKAS) die zuständige Akkreditierungsstelle. Ihre Experten beurteilen Organisationen, die Kalibrier-, Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsdienste anbieten.

Im Gegensatz dazu ist das U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST) jetzt Teil des Handelsministeriums. Seine Aufgabe ist es, eine hervorragende Messinfrastruktur zur Unterstützung der wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

Weshalb Temperaturkalibrierung aus technischer Sicht notwendig ist

Das Herzstück eines Datenloggers ist ein Sensor mit definiertem Messbereich und bestimmten Genauigkeitsgrad. Vor der Installation muss die Genauigkeit des Sensors bestätigt, das Gerät kalibriert und der Vorgang dokumentiert werden.

Einige Fühler und Messgeräte unterliegen einer Drift, d. h. sie verändern sich im Laufe der Zeit. Es empfiehlt sich, die Kalibrierung nach einem Jahr zu wiederholen, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit des Sensors noch innerhalb der Spezifikation liegt.

Was bedeutet In-Process-Kalibrierung?

Die In-Process-Kalibrierung ist eine schnelle und relativ kostengünstige Kalibriermethode, die üblicherweise vor Ort oder mit Thermometern durchgeführt wird. Allerdings ist sie in der Regel nicht so genau wie ein vollständiges Kalibrierverfahren unter stabilisierten Bedingungen.

Beim In-Process-Ansatz werden die Messwerte der zu prüfenden Geräte mit denen von Referenzgeräten verglichen. Diese Vergleiche finden, wie der Name schon sagt, nur bei der jeweils vorherrschenden Prozesstemperatur statt.

Doch auch wenn das theoretische Risiko eines Fehlers höher ist als bei dem umfassenderen Kalibrierverfahren, sind die In-Process-Ergebnisse in der Regel ausreichend genau.

Was verursacht Drifts?

Mit zunehmendem Alter der Komponenten verändert sich, abhängig vom Sensortyp, vom verwendeten Messprinzip und vom Grad des physikalischen Schutzes, die Drift-Gefahr. Dennoch sind geeignete hochwertige Sensoren in der Regel über viele Jahre hinweg stabil, unabhängig davon, ob sie an festen Standorten oder in mobilen Anwendungen eingesetzt werden.

Im Gegensatz dazu hängt das Drift-Risiko bei Feuchtesensoren von der Art der Verwendung und der Sensortechnologie ab. Generell gilt:

• Verwenden Sie kapazitive Feuchtesensoren für den Einsatz bei Raumtemperatur und in Transportfahrzeugen.

• Verwenden Sie Elektrolytfeuchtesensoren für hochpräzise oder anspruchsvolle Anwendungen, beispielsweise in Reinräumen, Wärmeschränken und Inkubatoren.

Ein PT100-Fühler, der dauerhaft bei seiner beständigsten Umgebungstemperatur von +150 °C betrieben wird, darf innerhalb von 1000 Stunden eine maximale Abweichung von 0,03 % aufweisen. Bei der höchstmöglichen Temperatur und im schlimmsten anzunehmenden Szenario wird die Kalibriergenauigkeit daher innerhalb von 41 Tagen nur maximal 0,045 °C abweichen (maximal 0,4 °C pro 365 Tage). In den meisten Fällen liegt dies noch innerhalb der Toleranz des jährlichen Wartungsintervalls. Bedenkt man, dass die typischen Umgebungs-, Kühl- und Gefrierbedingungen viel weniger beständig sind, verringert sich die Abweichung der Genauigkeit erheblich.

Präzision durch Design

Durch die Kalibrierung an sich werden die Sensoren nicht genauer. Deren Genauigkeit ist vielmehr konstruktiv gegeben. Im ersten Schritt kombinieren die Hersteller robuste kalibrierte Sensoren mit einem kompatiblen Algorithmus. Im zweiten Schritt führen Techniker Stichprobentests durch, um zu prüfen, ob das daraus resultierende Messgerät genau ist und die Spezifikation bzw. die Spezifikationen erfüllt.

Häufig wird für neue Geräte ein Validierungszertifikat zusammen mit dem Werkskalibrierschein ausgestellt.

Notwendigkeit der Nachkalibrierung

Aus technischer Sicht mag eine wiederholte Kalibrierung dieser Sensoren also unnötig erscheinen. Das Drift-Risiko ist minimal, und die Sensoren sind in der Regel über lange Zeiträume stabil. Warum also müssen sie jedes Jahr ersetzt oder neu kalibriert werden?

Die Antwort lautet: aufgrund der Tatsache, dass GxP-Leitlinien wie die der FDA, der EU und der WHO auf kalibrierte Sensoren verweisen. Während einige Publikationen einen allgemeinen Verweis enthalten, bestehen andere auf einer regelmässigen Kalibrierung – in der Regel jährlich.

Darüber hinaus bestehen einige Auditoren auf einer äusserst restriktiven Auslegung der Vorschriften, wonach für den Transport nur nach ISO/IEC 17025 kalibrierte Einwegsensoren eingesetzt werden dürfen. Glücklicherweise wählen die meisten Audits einen risikobasierten Ansatz, bei dem der Messbereich der Applikation und der Sensoren berücksichtigt wird.

Kalibrierung von Temperatursensoren

Während der Produktion werden die Messwerte der Temperatursensoren als As-Found-Kalibrierung dokumentiert. Anschliessend stellen die Mitarbeiter die Sensoren so ein, dass sie den erwarteten Wert anzeigen. Sie wiederholen den Test und protokollieren die Ergebnisse. Dies bezeichnet man als As-Left-Kalibrierung.

Widerstandsthermometer in digitalen Sensoren haben eine geringe Drift, so dass sie in der Regel nicht weiter justiert werden müssen. Wenn die Sensormesswerte jedoch ausserhalb der Toleranz liegen, ist das Gerät wahrscheinlich beschädigt und muss ersetzt werden.

Für die Kalibrierung von Feuchtesensoren gelten ähnliche Verfahren und Begrifflichkeiten. Feuchtesensoren weisen jedoch ein höheres Drift-Risiko auf, insbesondere wenn sie in sehr feuchten oder sehr trockenen Umgebungen eingesetzt werden. Daher werden sie in der Regel im Rahmen einer Nachkalibrierung angepasst. Die erste Kalibrierung – die As-Found-Kalibrierung – dokumentiert den Zustand, bevor der Sensor um die gemessene Abweichung angepasst wurde. Nach der Justierung wird die so genannte As-Left-Kalibrierung durchgeführt, um zu prüfen, ob die Anpassung erfolgreich war. Im Gegensatz dazu ist ein Temperatursensor, der ausserhalb der Toleranz liegt, wahrscheinlich zu stark verschmutzt und/oder physisch beschädigt. Daher wird er normalerweise ausgetauscht.

Bei welchen Temperaturwerten sollten Kühlketten-Datenlogger kalibriert werden?

In den Vorschriften sind die Anzahl der Messpunkte und deren Werte nicht festgelegt. Es ist jedoch empfehlenswert, Datenlogger bei drei Temperaturwerten zu kalibrieren - es sei denn, es gibt überzeugende Argumente und eindeutige Hinweise darauf, dass weniger Punkte ausreichen.

Die Sensoren müssen innerhalb der spezifizierten Betriebszustände stabil sein. Daher sollten die Kalibrierungspunkte den vorgesehenen Bereich abdecken. So würden beispielsweise die Werte -30 °C, 0 °C und 50 °C die typischen Umgebungen für Tiefkühlung, Kühlung und Raumtemperatur korrekt abdecken.

Es ist jedoch durchaus vertretbar, elektronische Einweg-Indikatoren und preisgünstige Indikatoren nur bei einer Temperatur zu kalibrieren.

Was ist die ISO 17025?

Für Kalibrierungen greift die Norm ISO 17025. Darüber hinaus müssen Labore, die Zertifikate im Namen der zuständigen nationalen Behörde ausstellen wollen, von dieser wie oben beschrieben akkreditiert sein.

Worin besteht der Unterschied zwischen Werkskalibrierungen und ISO 17025-Kalibrierungen?

Obwohl sich beide ähneln, weist die ISO 17025 zwei zusätzliche Kriterien auf. Erstens ist eine Freigabe im Vier-Augen-Prinzip (kein Zwei-Augen-Prinzip) erforderlich, d. h. es wird eine zweite Person benötigt, die prüft und gegenzeichnet. Zweitens ist das gesamte Verfahren nicht nur gemäss GAMP 5 validiert, sondern auch von nationalen Akkreditierungsstellen zugelassen.

Obwohl die Prozesse, die verwendeten Geräte und die angewandten Toleranzparameter die gleichen sind, bevorzugen Auditoren häufig ISO/IEC 17025-Zertifikate. Nicht zuletzt, weil das Verfahren von einer offiziellen Aufsichtsbehörde genehmigt wurde.

Vorsicht bei Zertifikaten von Drittanbietern

Manche Anbieter verwenden zwar das Wort Kalibrierung, ihre Verfahren entsprechen jedoch nicht immer den anerkannten Anforderungen.

Betrachten wir drei Bespiele:

• Ein neues Chargen-Monitoringsystem funktioniert korrekt, speichert jedoch nicht alle Testergebnisse der einzelnen Sensoren. Mitarbeiter nehmen eine Probe und prüfen sie. Nach der Freigabe der Probe gibt das Unternehmen die gesamte Charge mit einem Zertifikat frei. Dieser Vorgang entspricht einer Validierung, nicht jedoch einer Kalibrierung.

• Techniker prüfen einen Sensor mit einem Referenzgerät, dokumentieren das Ergebnis aber nicht. Stattdessen geben sie dem Kunden eine Kopie des Zertifikats für das Referenzgerät. Dieses Fehlverhalten stellt eine unzulässige In-Process-Kalibrierung dar.

• In einem Ofen mit bekannten Betriebstoleranzen werden verschiedene Geräte auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt. Gegen Ende des Prozesses prüfen Techniker, ob alle Geräte innerhalb der Toleranz funktionieren. Ist dies der Fall, stellen sie ein Zertifikat darüber aus, ohne jedoch die bei jedem Gerät gemessenen Abweichungen exakt zu dokumentieren. Dieses Zertifikat belegt die Prüfung und Validierung, jedoch nicht die Kalibrierung.

Fazit

In diesem Artikel haben Sie die Grundlagen der Sensorkalibrierung und ihre Bedeutung im pharmazeutischen Sektor kennengelernt. Sind Sie ein Entscheidungsträger aus dem Bereich Logistik, Lagerhaltung oder Qualitätsmanagement und möchten Sie Ihre Anforderungen an Temperatur-Monitoring und Kalibrierung besprechen? Dann kontaktieren Sie uns gerne. ELPRO ist ein weltweit führender Anbieter von Hardware für das Umgebungsmonitoring, intelligenten Softwarelösungen und GxP-Services.