Analysendaten

Gerätequalifizierung am Beispiel elektronischer Waagen

Wie die Gerätequalifizierung die Eignung eines Analysengeräts belegt und worauf es beim Aufstellen einer elektronischen Waage ankommt.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die Gerätequalifizierung ist der dokumentierte Nachweis, dass ein Gerät für seinen vorgesehenen Einsatz geeignet ist.
  • Sie umfasst vier Stufen: DQ (Auswahl), IQ (Installation), OQ (Funktion) und PQ (Leistung im Routinebetrieb).
  • Die Gerätekalibrierung vergleicht die Anzeige mit rückführbaren Normalen, die Verfahrenskalibrierung verknüpft Signal und Gehalt eines ganzen Verfahrens.
  • Bei der elektromagnetischen Kraftkompensation hält ein Spulenstrom die Schale in Nulllage, dieser Strom ist proportional zur Gewichtskraft.
  • Waagen mit elektromagnetischer Kraftkompensation müssen geerdet sein, damit elektrostatische Ladungen die Anzeige nicht verfälschen.

Worum es geht

Ein Messergebnis ist nur so verlässlich wie das Gerät, das es liefert. Die Gerätequalifizierung belegt diese Eignung, und die Analysenwaage ist das Standardbeispiel, denn fast jede Gehaltsbestimmung beginnt mit einer Wägung.

Qualifizierung und Kalibrierung von Geräten

Die Gerätequalifizierung ist der dokumentierte Nachweis, dass ein Gerät passend ausgewählt, korrekt installiert und für seinen Einsatz geeignet ist. Sie begleitet das Gerät von der Beschaffung bis in den Alltag. Sie läuft in vier Stufen ab:

  • Designqualifizierung (DQ): Anforderungen festlegen und ein Gerät auswählen, etwa Höchstlast und Ablesbarkeit einer Waage.
  • Installationsqualifizierung (IQ): Lieferung, Standort und Anschlüsse prüfen.
  • Funktionsqualifizierung (OQ): zeigen, dass alle Funktionen die Spezifikation erfüllen, etwa mit Prüfgewichten.
  • Leistungsqualifizierung (PQ): belegen, dass das Gerät im Routinebetrieb zuverlässig arbeitet.

Ablaufdiagramm mit vier Pfeilfeldern: Designqualifizierung, Installationsqualifizierung, Funktionsqualifizierung, Leistungsqualifizierung.

Die vier Stufen der Gerätequalifizierung von der Auswahl bis zum Routinebetrieb.

Davon zu trennen ist die Frage, was kalibriert wird. Die Gerätekalibrierung vergleicht die Anzeige eines Geräts mit rückführbaren Normalen, bei der Waage mit zertifizierten Gewichtstücken. Die Verfahrenskalibrierung verknüpft dagegen das Signal eines ganzen Analysenverfahrens mit dem Gehalt des Analyten. Sie gehört zur Kalibrierung mit Standards.

Elektronische Waagen

Analysenwaagen arbeiten meist nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Die Last drückt die Waagschale nach unten. Ein optischer Lagesensor meldet die Auslenkung an einen Regelkreis. Dieser schickt Strom durch eine Spule im Feld eines Permanentmagneten. Die entstehende Kraft hebt die Schale zurück in die Nulllage. Der nötige Strom ist proportional zur Gewichtskraft, die Elektronik rechnet ihn in eine Masse um. Man kann sich das wie eine Hand vorstellen, die eine Schale exakt auf Höhe hält und dabei spürt, wie fest sie drücken muss.

Schema einer Wägezelle mit Waagschale, Lagesensor, Spule im Magnetfeld und Regelelektronik, die den Kompensationsstrom zur Anzeige weiterleitet.

Elektromagnetische Kraftkompensation: Der Spulenstrom, der die Schale in Nulllage hält, ist proportional zur Gewichtskraft.

Weil die Waage eine Kraft misst, verfälscht jede Störkraft das Ergebnis. Daher müssen Waagen mit elektromagnetischer Kraftkompensation geerdet sein. Elektrostatische Ladungen an Probe, Gefäß oder Gehäuse üben sonst zusätzliche Kräfte auf die Schale aus. Auch die empfindliche Regelelektronik reagiert auf elektrische Störfelder. Die Erdung leitet solche Ladungen ab.

Weitere Anforderungen an den Aufstellort:

  • erschütterungsfreier, stabiler Wägetisch
  • kein Luftzug, keine direkte Sonne, konstante Temperatur
  • waagerechte Ausrichtung mit der Libelle
  • Justierung am Aufstellort, weil die Fallbeschleunigung ortsabhängig ist

Die Wägetechnik selbst behandelt die Gravimetrie.

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Aussage 1

Bei der elektromagnetischen Kraftkompensation ist der Spulenstrom, der die Waagschale in Nulllage hält, proportional zur Gewichtskraft der Last.

Der Regelkreis erzeugt genau so viel Kompensationskraft wie nötig. Der dafür erforderliche Strom ist ein Maß für die Gewichtskraft.

Aussage 2

Eine Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation darf ohne Erdung betrieben werden, weil ihr Messprinzip unempfindlich gegenüber elektrischen Ladungen ist.

Solche Waagen müssen geerdet sein. Elektrostatische Ladungen erzeugen zusätzliche Kräfte auf die Schale und stören die Regelelektronik.

Aussage 3

Die Installationsqualifizierung belegt, dass ein Gerät unter realen Bedingungen im Routinebetrieb zuverlässig arbeitet.

Das leistet die Leistungsqualifizierung (PQ). Die Installationsqualifizierung (IQ) prüft Lieferung, Standort und Anschlüsse.

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