Marktübersicht: Laborwaagen Die richtige Waage finden – Wie schwer kann das sein?

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Ohne eine gute Waage läuft im Labor nahezu nichts. Doch was zeichnet eine moderne Laborwaage aus? Woher rühren die unterschiedlichen Genauigkeiten? Und welche Anwenderfehler sorgen auch bei der besten Waage für falsche Ergebnisse? In unserer Marktübersicht Laborwaagen finden Sie Antworten und Anregungen für Ihre nächste Bestellung.

Waagen gehören zur Standardeinrichtung jedes Labors – vom Einwiegen der Reagenzien bis zum Bestimmen der Reaktionsausbeute. Dabei zeigen moderne Laborwaagen nicht einfach nur das Probengewicht an, sondern können Anwender mit zahlreichen Zusatzfeatures bei der Laborarbeit unterstützen.

Ein typisches Beispiel sind eingespeicherte Messroutinen, mit denen standardisierte Wägeprozesse schneller und sicherer durchgeführt werden können. So lassen sich in vielen Waagen Standardarbeits­anweisungen einprogrammieren. Diese führen den Benutzer Schritt für Schritt durch den Workflow und erleichtern so vor allem neuen Angestellten die Arbeit. Gleichzeitig erlauben viele moderne Waagen, automatisch das Wiegeprotokoll zu speichern und zu Dokumentationszwecken an ein verbundenes elek­tronisches Laborbuch zu senden. Weil Daten nicht mehr manuell erfasst und übertragen werden müssen, sichert dies Datenintegrität und Rückverfolgbarkeit und eliminiert die Gefahr von Übertragungsfehlern bei händischen Notizen.

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Grundsätzlich sollte eine gute Laborwaage präzise und zuverlässig funktionieren und vor allem den spezifischen Prozess- und Qualitätsanforderungen des Anwenders entsprechen. Ablesbarkeit und Reproduzierbarkeit bis in den unteren Mikrogrammbereich sind bei Analysewaagen mit EMK-Messtechnik problemlos möglich. Die meisten Standard-Laborarbeiten lassen sich aber auch mit einer Präzisionswaage durchführen, die üblicherweise Ablesbarkeiten zwischen 0,001 und 1 g aufweist und auch größere Lasten über 500 g wiegen kann.

Messprinzip

Ältere elektronische Laborwaagen funktionieren mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS). Der DMS hat einen elektrischen Widerstand, der sich bei kleinsten Verformungen des Streifens ändert. Diese Widerstandsänderung kann in eine Gewichtskraft umgerechnet werden, wobei eine Auflösung in der Größenordnung von 0,1 g erreicht wird. Temperaturunterschiede bewirken allerdings ebenfalls eine Widerstandsänderung, sodass die Waagen nur in einem möglichst kleinen Temperaturbereich verlässliche Werte liefern (z.B. zwischen 10 und 30 °C). Eine aktive Temperaturkontrolle hilft bei neueren Modellen, dass auch bei schwankenden Umgebungstemperaturen stets ein stabiles Messergebnis erzielt wird.

Moderne Analysewaagen arbeiten meist mit elektromagnetischer Kraftkompensation (EMK). Diese Technik beruht auf drei Elementen: Einem hochsensiblen Wägearm, einem optischen Sensor und einer elektromagnetischen Steuerungseinheit. Durch die Masse einer Probe wird der Wägearm ausgelenkt. Der optische Sensor erfasst selbst kleinste Auslenkungen und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit. In dieser wird nun durch Stromfluss eine elektroma­gnetische Kraft erzeugt, mit deren Hilfe der Wägearm wieder in seine Ruhelage positioniert wird, d.h. die Gewichtskraft der Probe wird gerade ausgeglichen. Die dafür nötige Stromstärke ist proportional zur Gewichtskraft der Probe und kann deshalb ins Probengewicht umgerechnet werden. Mit EMK ist eine Genauigkeit im Bereich von 0,1 mg möglich – also rund 1000 Mal präziser als Waagen nach DMS-Prinzip.

Besondere Features

Neben den allgemeinen technischen Verbesserungen in Präzision, Minimallast und Antistatik-Einrichtungen sind auch speziellere Features entwickelt worden. So bietet z.B. Mettler Toledo die nach eigenen Angaben erste Milligrammwaage ohne Windschutz an. Hier soll eine speziell designte Waagschale die Auswirkung von Luftströmen auf das Mess­ergebnis minimieren. Bei Gravitech findet man eigens entwickelte Laborwaagen, die eine Probe gleichzeitig Wiegen und Rühren sowie Heizen können. Damit lassen sich etwa gravimetrische Titrationen mit hoher Präzision durchführen. Grundsätzlich gilt: Jede Art von Zusatzfeature kostet auch zusätzliches Geld. Man sollte also abwägen, welche Funktionen die eigene Arbeit wirklich sinnvoll unterstützen und die Ausgabe wert sind.

Typische Fehler

Trotz präziser Messtechnik schleichen sich immer wieder typische Fehler beim Wiegen ein. So kommt es beim Auswiegen sehr kleiner Probenmengen mitunter zum Unterschreiten der Minimaleinwaage: Eine Waage mit einer Ablesbarkeit von 1 mg hat nicht automatisch eine Minimallast von 1 mg. Auch Umwelteinflüsse wie Temperaturänderungen, Luftzüge oder Vibrationen können sich auf das Wägeergebnis auswirken. Dies lässt sich aber durch einen gut gewählten Aufstellungsort der Waage größtenteils umgehen. Einer der größten Fehler ist das Wiegen mit einer nicht nivellierten Waage. Während ältere Modelle noch per Hand und eingebauter Libelle richtig ausgerichtet werden müssen, erledigen moderne Wagen die Nivellierung heute automatisch mittels eingebauter Motoren an den Waagefüßen.

Was wenigen bewusst ist: auch der geographische Standort kann das Wägeergebnis beeinflussen. Durch die unterschiedliche Erdbeschleunigung (G-Wert) an verschiedenen Standorten ergibt sich etwa ohne entsprechende Kalibrierung ein Unterschied von 42 mg pro 100 g, wenn man mit derselben Waage in München oder in Düsseldorf wiegt. Interne Kalibrierautomatiken sorgen heutzutage aber dafür, dass diese Unterschiede mitberücksichtigt werden.

Zukunftsaussichten

Welche weiteren Entwicklungen sind in Zukunft zu erwarten? Vor allem im Bereich der Digitalisierung wird es Fortschritte geben. Zwar ist es heute bereits möglich, auch Laborwaagen in ein LIMS einzubinden, doch die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten ist mitunter noch schwierig. In Zukunft wird sich der Datenaustausch zwischen der Waage und anderen Laborgeräten zunehmend einfach gestalten, automatisierte Abläufe werden verstärkt in den Arbeitsalltag eingebunden und die Anwenderunterstützung durch gespeicherte Benutzerprofile wird einfacher. So werden Dokumentationsarbeiten beim Wiegen nach und nach von der Technik übernommen und die Zeit im Labor wird für andere Aufgaben nutzbar. Was es heute schon gibt, finden Sie in der Marktübersicht Laborwaagen. Die Unternehmen hatten die Möglichkeit, zwei Geräte aus ihrem Portfolio vorzustellen. Die Übersicht beruht auf Selbstauskünften der teilnehmenden Firmen und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie finden auch eine interaktive Tabelle der Marktübersicht, in der Sie die Einträge filtern und nach Stichworten durchsuchen können.

* C. Lüttmann, Redaktion LABORPRAXIS, Christian.Luettmann@vogel.de

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