Waagen werden in fast allen Arbeitsabläufen im Laborumfeld eingesetzt – von der Vorbereitung von Reagenzien und Standardlösungen bis hin zur Kalibrierung und Justierung von mechanischen Pipetten. Hochpräzises Wägen ist zwar nicht unbedingt für sämtliche Arbeitsabläufe im Labor notwendig, doch in Bereichen wie Pharma, Forschung und Entwicklung, Qualitätssicherung und Analytik sind besonders leistungsfähige Waagen unerlässlich.

Beim hochgenauen Wägevorgang sind Geduld und Gründlichkeit gefragt. Selbst dann können aber mehrere Variablen die Leistungsfähigkeit einer hochpräzisen Waage beeinträchtigen, wie beispielsweise der Aufstellort im Labor und die Wägeumgebung selbst. Deshalb muss eine Waage in der Lage sein, genaue Wägeergebnisse unter den individuellen Bedingungen eines Labors zu liefern.

Laborwaage an Laborumfeld anpassen

Gleichgültig, in welcher Laborumgebung eine Laborwaage eingesetzt wird, ob im Pharma-Labor oder in Universitäts- oder anderen Forschungslaboren, können die Anforderungen an diese Waage sehr unterschiedlich sein. Laboratorien können bestimmten Einschränkungen bei der Wahl des Waagen-Standortes unterliegen, z. B. aufgrund von Platzmangel, oder sie verfügen über eigene Vorschriften zum Wägen und zur Probenvorbereitung. In allen Fällen müssen Laborwaagen jedoch immer zuverlässige und wiederholbare Wägeergebnisse unter den jeweils ganz spezifischen Labor-Bedingungen erzielen.

Eine flexible, modulare Auswahl bei der Zusammenstellung von Hardware, Software, Applikationsprogrammen und Zubehörteilen für jede Waage, die im Labor zum Einsatz kommt, ermöglicht Forschern, ihren spezifischen Bedürfnissen und ihrem individuellen Laborumfeld Rechnung zu tragen. Dadurch können sie ihre Forschungskosten minimieren sowie die Rentabilität ihrer Geräteinvestition maximieren. Bei den meisten Waagen sind technische Ausstattung und Daten fest vorgegeben. Ein Beispiel für eine „anpassungsfähige“ Waage ist die Cubis^® II-Waage: Über eine Auswahl an modularen Komponenten, inklusive Hardware, Software, Anwendungen und Zubehörteilen haben Anwender die Möglichkeit, die Waage komplett zu individualisieren und dadurch schnellere, effizientere Arbeitsabläufe sowie verbesserte Protokollanwendungen zu realisieren.

Spezifische Modularität

Die Modularität der Cubis II-Waage beginnt mit der Hardware: 45 Wägemodule, zwei Bedienoberflächen und sieben Windschutz-Typen stehen zur Auswahl. Je nach individuellen Applikationsanforderungen ist das Wägemodul in der Bauart als Ultramikro-, Mikro-, Semimikro-, Analysen-, Präzisions- oder Hochlastmodell erhältlich. Zwei unterschiedliche Bedieneinheiten ermöglichen die Steuerung der Waage per Touchscreen. Die wichtigsten Wägeanwendungen beinhalten sie über serienmäßige Softwareprogramme. Die Bedieneinheit mit erweiterter Funktionalität kann Aufgaben mit integrierten, individuellen Applikationen ausführen. Je nach Themenkomplex sind diese sogenannten QApps in entsprechenden Softwarepaketen gebündelt. Zum Beispiel enthält das Pharma-Software-Paket einzelne, maßgeschneiderte Anwendungen zur Unterstützung bei der Einhaltung regulatorischer Anforderungen, die im Pharmabereich äußerst wichtig sind. Die QApps sind klar strukturierte und kompakte Softwarelösungen, die sich einfach prüfen und validieren lassen. Bei speziellen Anforderungen, wie etwa sehr spezifischen Arbeitsanweisungen oder -abläufen, können Entwickler der Herstellerfirma Sartorius diese QApps darüber hinaus an individuelle Wünsche anpassen.

Zur Erhöhung der Produktivität, Effizienz und Datenintegrität im Labor ermöglicht die moderne Bedienoberfläche zudem die Kommunikation über Standard-Internetprotokolle. Diese standardisierte Kommunikationstechnologie schließt manuelle Übertragungsfehler aus und verbessert die Datenqualität und -integrität durch die direkte Kommunikation mit externen Softwaresystemen wie z. B. LIMS oder ELN.

Aufstellort der Waage und Auswirkung der Umgebung

Im idealen Fall werden Waagen an einem ruhigen, temperaturgesteuerten und luftzugfreien Ort aufgestellt. Je hochauflösender die Waage ist, desto sorgfältiger muss der Aufstellort im Labor ausgewählt werden. Aufgrund eines begrenzten Platzangebots, das in sehr vielen Laboren herrscht, können Messinstrumente zuweilen nur dort aufgestellt werden, wo gerade freier Platz vorhanden ist. Daher kommen Waagen oftmals auch an weniger geeigneten Orten zum Einsatz. Hochauflösende Waagen sollten auch an solchen nicht-idealen Aufstellorten einwandfrei arbeiten und den Anwender „informieren“, wann und wie die Aufstellbedingungen die Wägeergebnisse beeinflussen.

Fast alle physikalischen Variablen, wie z. B. Vibrationen, Luftströmung, Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchte und elektrostatische Aufladungen, können die Messgenauigkeit hochauflösender Waagen beeinträchtigen. Um höchste Wägegenauigkeit und Präzision – unabhängig vom Aufstellort im Labor – zu erzielen, wurde die Laborwaagenserie Cubis^® mit intelligenten Designs und Funktionen zur Überwachung der Umgebungseinflüsse sowie des Arbeitsstatus der Waage per Dashboard ausgestattet. Die Cubis® II-Waage kann wahlweise mit einem Klimamodul zur aktiven Überwachung der Temperatur, des Luftdrucks und der relativen Luftfeuchte ausgestattet werden. Der Anwender ist so über eine mögliche Beeinflussung der Wägeresultate durch diese Variablen informiert.

Innovative Windschutz-Technologie

Hochpräzise Waagen „merken“ Luftzüge und -bewegungen. Das Design eines Windschutzes dient der Abschirmung des Wägegutes vor den Einflüssen der Luftströmung und der elektrostatischen Aufladungen. Auch die beim Erwärmen von Behältern entstehenden Aufwinde bzw. beim Abkühlen von diesen Behältnissen produzierten Abwinde können zu Messfehlern beim Wägen führen. Die aufgrund elektrostatischer Aufladungen ausgeübte mechanische Kraft ist auch an einem permanenten Driften der Wägewerte bei Analysenwaagen und, mit steigendem Einfluss, an Mikro- und Ultramikrowaagen erkennbar. Statische Elektrizität ist die Ursache unstabiler Gewichtsmessungen. Für das Entstehen elektrostatischer Ladungen gibt es vielfältige Quellen: Wägebehälter können sich elektrostatisch aufladen, insbesondere jene, die aus Glas oder Kunststoff bestehen, begünstigen dieses Phänomen. Auch der Bediener einer Waage kann elektrostatische Ladungen produzieren, z. B. durch Reibung der Sohlen auf dem Fußbodenbelag. Auch das Wägegut kann sich oft durch Reibung der pulverartigen Probenpartikel bei niedriger Luftfeuchte aufladen. Dies gilt auch für die Aufstellfläche der Waage.

Zur Neutralisation elektrostatischer Aufladungen können z. B. externe Luftionisatoren genutzt werden, um diese Ladungen von der Umgebungsluft der Waage abzuleiten. Der im Windschutz der Cubis II-Waagen integrierte Ionisator leitet elektrostatische Aufladungen an der Probe und dem Wägegefäß ab, und die Windschutze besitzen darüber hinaus eine leitfähige Beschichtung als zusätzlichen Schutz vor elektrostatischer Aufladung, die insbesondere von Anwendern selbst übertragen werden kann.

Automatische, motorische Nivellierfunktion

Ein weiterer Faktor, der genaue Messergebnisse beeinträchtigen kann, ist die korrekte Nivellierung der Waage. Moderne Waagen arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Dabei wird die unbekannte Masse aus der linearen, durch die unbekannte Masse ausgeübte Kraft gegen die justierbare und bekannte lineare Kraft berechnet, die ein Elektromagnet an einer bestimmten räumlichen Position ausübt. Weil diese bestimmte räumliche Position präzise definiert sein muss, ist eine genaue Nivellierung der Waage erforderlich, da bereits eine nur geringfügige Neigung einen systematischen Messfehler zur Folge haben kann.

Waagen sind meistens mit einer Libelle sowie mit Funktionen ausgestattet, mit deren Hilfe die Nivellierung anhand einstellbarer Aufstellfüße korrigiert wird. Die Positionsänderung einer Waage auf dem Wägetisch, z. B. zur Reinigung, oder schon das geringe Schwanken einer Hochhaus-Etage reicht bereits aus, um die Waage geringfügig in Schieflage zu bringen, welche eine exakte und oftmals mühselige Nivellierung der Waage erfordert. Erleichtert werden diese Vorbereitungen bei der Cubis II-Waage durch ihre schnelle und einfache, motorische Funktion zur automatischen Nivellierung.

Zusammenfassung

Für anspruchsvolle Wägeprozesse sollte eine Waage an den Aufstellort bestens angepasst werden können und Umgebungsbedingungen anzeigen können, damit der Anwender diese unmittelbar berücksichtigen kann. Zu diesem Zweck enthält die Cubis II-Waage ein umfangreiches Paket an komplett anpassbarer Hardware, Software und Netzwerkkonnektivität, die sich an individuelle Ansprüche und Compliance-Anforderungen eines Labors adaptieren lassen. Mit ihren flexiblen, modularen Konfigurationsmöglichkeiten trägt der Einsatz dieser Laborwaage dazu bei, die Effizienz im Labor zu maximieren und die Wägeergebnisse zu optimieren.

AUTORIN
Lori M. King, Ph.D.
Essen BioScience, Inc. (eine Gesellschaft von Sartorius), Michigan, USA