Analysenwaage

Eine Analyse ist im Allgemeinen eine detaillierte Untersuchung. Gehört zu dieser Analyse die Ermittlung von Gewichten, wird die verwendete Waage häufig Analysenwaage genannt. Andererseits wird auch für Waagen mit besonders hoher Auflösung die Bezeichnung Analysenwaage verwendet. Für die Auswahl einer Analysenwaage ist ausschlaggebend, für welche Zwecke sie eingesetzt werden soll. Die vorgesehenen Wiegeprozesse und die gewünschte Verarbeitung der Wiegedaten bilden die Grundlage, um die Anforderungen an eine Analysenwaage zu definieren.

Wenn die Analysenwaage permanent für viele Wiegungen direkt nacheinander eingesetzt wird, sollte bei der Auswahl auch auf eine kurze Stabilisierungszeit (Einschwingzeit) geachtet werden. Bei jedem Wiegevorgang muss ja darauf gewartet werden, dass sich der Anzeigewert stabilisiert. An die Aufstellfläche der Analysenwaage sind besondere Anforderungen zu stellen. Je höher die Auflösung der Analysenwaage, desto weniger dürfen die Umgebungsbedingungen schwanken. Das betrifft Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Luftbewegungen und Schwingungen des Untergrunds. Deshalb plant man als Aufstellort für eine hochauflösende Analysewaage einen Platz ohne Zugluft, ohne direkte Sonneneinstrahlung oder Beeinflussung durch Heizkörper oder Lüftungsanlagen und ohne Vibrationen.

Messbereich und Auflösung
Der Messbereich und die Auflösung sind bei Waagen eng miteinander verknüpft. Je feiner die Auflösung, desto geringer ist das Maximalgewicht, mit dem die Waage belastet werden darf. Zunächst sollte geprüft werden, welche Maximal- und Minimallasten mit welcher Auflösung und Genauigkeit zu wiegen sind. Mit diesen Werten kann dann nach der passenden Analysenwaage gesucht werden. Oft ist es nicht möglich oder nicht sinnvoll, alle Anforderungen mit einer einzigen Waage abzudecken. In diesen Fällen werden dann mehrere Waagen mit verschiedenen Messbereichen eingesetzt. Dies kann zum Beispiel für Wiegungen in Apotheken und chemischen Laboren eine Feinwaage mit 220 g Maximallast und 0,1 mg Auflösung bei 0,5 mg Genauigkeit und eine Präzisionswaage mit 2.100 g Maximallast und 0,01 g Auflösung bei 0,03 g Genauigkeit sein. In anderen Bereichen, zum Beispiel beim Wiegen von Gewürzen und Zusatzstoffen in der Lebensmittelproduktion oder in der Industrie beim Zumischen von Farbpigmenten unterscheiden sich die Messbereiche der eingesetzten Waagen stärker.

Abmessungen der Wiegefläche
Die Größe der Wiegefläche muss auf die zu wiegenden Materialien einschließlich der erforderlichen Behälter abgestimmt sein. Je niedriger das Maximalgewicht, desto kleiner ist im Allgemeinen die Wiegeplattform. Die zu wiegenden Materialien bzw. der für die Wiegung benutzte Behälter sollten die Wiegefläche möglichst nicht überragen. Falls dies bei bestimmten Anwendungen unvermeidbar ist, ist darauf zu achten, dass die Wiegefläche gleichmäßig belastet wird. Bei sehr hoch auflösenden Waagen mit Windschutz wird die nutzbare Fläche auch durch den Windschutz begrenzt.

Betriebstemperatur
Die Betriebstemperatur gibt an, in welchem Temperaturbereich die Waage mit der angegebenen Genauigkeit arbeitet. Je detaillierter eine Analysenwaage das Gewicht anzeigen kann, desto schmaler ist der Temperaturbereich in dem sie genau misst. Die angegebenen Betriebstemperaturen sollten unbedingt eingehalten werden. Außerhalb der angegebenen Arbeitstemperatur werden die in den Spezifikationen angegebenen Genauigkeiten nicht erreicht.

Sonderfunktionen
Für viele Einsatzgebiete der Analysenwaage ist es sinnvoll, auf zusätzliche Funktionen zu achten. Zu diesen besonderen Funktionen gehören zum Beispiel die Stückzählung, die Prozentwiegung, die Rezepturwiegung, Kontrollwiegung mit einstellbaren Grenzwerten, Berechnung von Statistikwerten und die Dichtebestimmung. Für einige Laboranwendungen empfiehlt es sich, eine Waage mit Tierwiegefunktion einzusetzen. Diese Funktion bildet bei schwankenden Werten, die durch Bewegungen oder andere Veränderungen des Wiegegutes verursacht werden einen Mittelwert. Besondere Möglichkeiten bieten auch Waagen, die Unterflurwiegungen erlauben oder mit speziellen Zusatzvorrichtungen zur Dichtebestimmung ausgestattet sind. Solche Waagen werden zum Beispiel für Dichtebestimmungen unregelmäßig geformter Teile oder zur Bestimmung des Stärkegehalts von Kartoffeln eingesetzt.

Eine spezielle Form der Analysenwaage ist die Feuchtebestimmerwaage. Mit dieser Kompaktwaage kann der Wassergehalt von Proben nach der Darrmethode bestimmt werden. Dazu wird das Probenmaterial innerhalb einer beheizbaren Kammer platziert. Die Temperatur der Beheizung kann meist in Abhängigkeit vom Probenmaterial gewählt werden. Die Probe wird zunächst feucht gewogen und dann erwärmt damit das enthaltene Wasser verdunstet. Dabei wird das Gewicht ständig erfasst. Die Analysenwaage kann die Beheizung automatisch beenden, wenn kein Gewichtsverlust mehr auftritt. Aus der Differenz zwischen Feuchtgewicht und Trockengewicht ergibt sich der Feuchteanteil. Durch die Trocknung geringer Probenmengen bis zur Gewichtskonstanz direkt in der Analysenwaage werden Feuchteanalysen schneller und einfacher. Gewicht und Abmessungen der Probe sind allerdings durch den kompakten Aufbau der Analysenwaage eingeschränkt.

Schnittstellen
Sollen die mit der Analysenwaage ermittelten Werte gedruckt oder im PC gespeichert und bearbeitet werden, ist es vorteilhaft, eine Analysenwaage mit Schnittstelle zur Datenübertragung zu wählen. Über solche Schnittstellen können Computer oder Etiketten-Drucker direkt an die Analysenwaage angeschlossen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Wiegedaten auf angeschlossene Speichermedien zu übertragen, die später am Computer ausgelesen werden. Ein sehr häufiger Schnittstellentyp bei einer Analysenwaage ist die RS232-Schnittstelle, die häufig zum Anschluss von Druckern oder Scannern genutzt wird und für die es meist auch Adapter zum Anschluss an USB-Ports gibt. Andere Waagen sind bereits mit einer USB-Schnittstelle ausgestattet.

Software
Mit einer passenden Software ist es möglich, die Wiegeergebnisse von einer Analysenwaage mit Datenschnittstelle direkt auf einen Computer zu übertragen. In einer guten Software für Waagen werden die Wiegedaten in der Standardübersicht sowohl numerisch als Tabelle mit Zeit- und Datumsstempel für jede Wiegung und als Grafik angezeigt. Daneben wird auch sofort eine statistische Auswertung angezeigt. Diese Auswertung beinhaltet die Anzahl der Wiegungen, das minimale Gewicht, das maximale Gewicht, die Summe und den Mittelwert aus allen übertragenen Wiegeergebnissen. Zusätzlich wird die Standardabweichung der Werte gezeigt und wenn für die Wiegung Grenzwerte festgelegt waren, auch die Anzahl der guten und schlechten – also innerhalb bzw. außerhalb der Grenzen liegenden Werte. Die Wiegedaten können auch als Textdatei gespeichert werden oder als Tasteneingabesimulation an die aktive Cursorposition in einem anderen Anwenderprogramm oder in ein Dokumentations- oder Auswerteformular auf dem Computer übertragen werden. Besitzt die Analysenwaage eine bidirektionale Schnittstelle, kann die Abfrage der Wiegewerte auch in voreingestellten Zeitintervallen direkt von der Software initialisiert werden.

Sonderzubehör
Analysenwaagen mit hoher Auflösung haben meist einen Windschutz, um Einflüsse durch die Umgebungsluft auf das Wiegeergebnis zu minimieren. Auch Vibrationen und statische oder magnetische Aufladung der Analysenwaage führen zu unerwünschter Beeinflussung der Wiegeergebnisse. Bei sehr hohen Anforderungen an die Wiegegenauigkeit oder bei häufigen Störungen durch Erschütterungen setzt man die Analysenwaage außerdem auf einen Antivibrationstisch. Dieser gut gedämpfte Wägetisch ist exakt nivellierbar und fängt Schwingungen ab.

• Die Aufwärmzeit der Analysenwaage einhalten.
(Siehe Bedienungsanleitung, meist ca. 30 Minuten nach dem Einschalten.)
• Die vorgegebene Umgebungstemperatur beachten und konstant halten.
(Siehe Typenschild oder Bedienungsanleitung der Analysenwaage.)
• Die Temperatur der Wiegeguts an die Temperatur des Wiegeraums angleichen,
damit das Gewicht nicht durch Kondensat aus der Raumluft erhöht wird.
• Die Analysenwaage am Aufstellplatz mit den Stellfüßen ausrichten.
(Die Luftblase der Dosenlibelle muss mittig im markierten Kreis sitzen.)
• Andere Elektrogeräte nicht in direktem Umfeld der Analysenwaage betreiben, um magnetische Störungen zu vermeiden
• Den Windschutz verwenden, um Einflüsse durch Luftbewegungen und Feuchteänderungen auszuschließen
• Auf Rückstände am Wiegegefäß achten, wenn nötig, Handschuhe tragen.
• Das Wiegegut mittig auflegen.
• Die Analysenwaage regelmäßig kalibrieren.

Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die Bezeichnungen Eichen und Kalibrieren und Justieren oft nicht definitionsgemäß verwendet. Sowohl beim Eichen als auch beim Kalibrieren wird die Analysenwaage nicht verändert, sondern lediglich durch Wiegungen mit Gewichten festgelegter Genauigkeitsklassen auf ihre Messtoleranzen geprüft. Beim Kalibrieren wird vom Nutzer oder von nach bestimmten Normen akkreditierten Stellen geprüft, ob die Analysenwaage Gewichtswerte innerhalb der angegebenen Genauigkeit anzeigt. Liegen die Messwerte außerhalb der Messtoleranz, können viele Geräte nachgestellt, also justiert werden. Eichen ist der Begriff für die amtliche Überprüfung und Kennzeichnung von Messgeräten. Um eichfähig zu sein, müssen die Messgeräte bestimmte Anforderungen erfüllen, dürfen nicht manipulierbar sein und müssen besondere Angaben auf dem Typenschild haben. Wird eine Analysenwaage im eichpflichtigen Bereich eingesetzt, muss sie diesen Vorgaben entsprechen und regelmäßig nach einer Frist von zwei Jahren durch Eichbeamte auf die nach dem Eichrecht vorgegebenen Fehlergrenzen überprüft werden.

Gemäß Mess- und Eichverordnung müssen Waagen für bestimmte Anwendungen geeicht sein.
Das betrifft unter anderem:
1. die Analysenwaage die im geschäftlichen oder amtlichen Verkehr verwendet wird.
2. die Analysenwaage mit der die Masse bestimmt wird bei
a) der Herstellung von Arzneimitteln in Apotheken auf Grund ärztlicher Verschreibung oder
b) Analysen in medizinischen und pharmazeutischen Laboratorien.
3. die Analysenwaage zum Wiegen von Patienten zur ärztlichen Überwachung, Untersuchung und Behandlung.

Die Eichpflicht betrifft damit auch jede Analysenwaage, mit der Produkte wie z.B. Tee oder Gewürze zum Verkauf abgewogen werden und jede Analysenwaage, mit der Gebühren, Zölle oder Strafmaße gewichtsabhängig ermittelt werden.

Vor der Entscheidung für eine Analysenwaage sind Genauigkeit und Auflösung in Abhängigkeit von der Verwendung festzulegen. Hier eine Übersicht über Genauigkeitsklassen und Eichwerte:

Eichwerte (e) kleiner als 1 Milligramm sind nicht möglich. Die Auflösung (d) der Analysenwaage kann gleich dem Eichwert sein, aber bei Feinwaagen auch das 10-fache oder 100-fache betragen.

Die amtliche Mindestlast (Min) einer Analysenwaage ist die eichtechnische Untergrenze des Wägebereiches und nicht zu verwechseln mit der Minimaleinwaage. Unter der Minimaleinwaage oder Mindesteinwaage versteht man die kleinste Masse, die mit einer Analysenwaage bei vorgegebener Genauigkeit (z. B. 1%-Genauigkeit bei Arzneistoffen) gewogen werden kann.

Für die Arzneimittelherstellung kann man eine geeichte Analysenwaage der Genauigkeitsklasse I oder II nutzen. Die Deutsche Apothekerzeitung [DAZ 39/2016] gibt für die Auswahl der Auflösung der Analysenwaage folgende Beispiele:

a) Abzuwiegen sind 10,0 g Arzneistoff. Die geforderte Genauigkeit 1 % entspricht 0,1 Gramm. Der Arzneistoff kann mit einer Analysenwaage mit der Auflösung 0,1 g eingewogen werden.

b) Die abzuwiegende Arzneistoffmasse beträgt 0,05 g, die 1%ige Genauigkeit 0,0005 g. Hier ist eine Analysenwaage zu verwenden, die 0,5 mg Schritte anzeigen kann.

Die Wiegeergebnisse der Analysenwaage hängen wegen der ortsspezifischen Erdanziehung auch von der geografischen Lage des Aufstellortes ab. Dazu heißt es in einem Fachaufsatz der Physikalisch- Technischen Bundesanstalt Braunschweig: „Vor allem moderne elektronische Waagen ... reagieren empfindlich auf Gravitationsänderungen in Abhängigkeit von der geographischen Breite φ und der Höhe über dem Meeresspiegel h. Sowohl Präzisionswaagen ... als auch Handelswaagen, ... müssen daher an ihrem Gebrauchsort justiert werden.“ Bei festgelegter Gravitationszone kann die Analysenwaage auch beim Hersteller endgültig justiert und innerhalb der festgelegten Zone verwendet werden.

Analysewaagen der Genauigkeitsklasse 1 verfügen stets über eine interne Justierfunktion die die Analysewaage nutzerunabhängig genau auf die jeweiligen Standortbedingungen justiert. Eine Analysewaage der Genauigkeitsklasse II kann entweder über eine interne Justierautomatik oder extern, d.h. durch Aufsetzen geprüfter externer Gewichte justiert werden. Ist die Analysenwaage ungeeicht, kann der Nutzer die Justierung durchführen. Eine geeichte Analysenwaage darf nur von autorisierten Personen (Eichbeamte oder nach § 54 der Mess- und Eichverordnung zugelassene Instandsetzer) justiert werden.