Quelltext der Seite Mikrowaage

Als '''Mikrowaagen''' bezeichnet man [[Analysenwaage]]n, deren Teilung bei 0,001&nbsp;[[Gramm|mg]] (1&nbsp;µg) oder kleiner, liegt. Mikrowaagen werden üblicherweise für chemische Analysen, wie beispielsweise in der [[Thermogravimetrie]], verwendet. Der Wägebereich liegt meist bei 3 bis etwa 50 Gramm Last. Spezielle Formen von Mikrowaagen werden in der [[Grundlagenforschung]] zur Messung kleinster Massen verwendet.

'''Ultramikrowaagen''' sind in chemischen und physikalischen Laboren die genauesten Waagen. Die Teilung liegt bei 0,1&nbsp;µg und kleiner. Der Wägebereich beträgt meist nur 2 bis 3 Gramm.

== Funktionsprinzip ==
=== Elektromagnetische Kraftkompensation ===
{{Hauptartikel|Elektromagnetische Kraftkompensation}}

Die meisten im Labor verwendeten Mikrowaagen arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Dabei wird durch eine Spule in einem [[Permanentmagnet]]feld eine Gegenkraft erzeugt, welche der Last der zu messenden Probe auf der Waagschale entspricht. Durch einen [[Lagesensor]] und einen Regelverstärker, der den Spulenstrom steuert, wird das Gleichgewicht gehalten. Über ein Hebelsystem ist es auch möglich, dass mit einer kleineren Gegenkraft eine größere Kraft auf der Waagschale im Gleichgewicht gehalten werden kann. Der Spulenstrom wird gemessen und da er streng proportional zur Kraft ist, kann er zur Gewichtsbestimmung herangezogen werden.<ref>''Funktionsweise der elektromagnetischen Kraftkompensation'', in [https://www.moehwald-unternehmensberatung.de/veroeffentlichungen/technologiedifferenzierung.pdf ''Technologiedifferenzierung – die erfolgreiche Strategie der Sartorius AG''], S. 11 (PDF; 1,1&nbsp;MB)</ref> Da hierbei keine Verformungen auftreten und auch der Spulenwiderstand nicht in die Messung eingeht, sind insbesondere keine alterungs- und temperaturabhängigen Fehler zu erwarten – die Drift hängt lediglich vom Lagesensor und von der elektronischen Signalverarbeitung ab.

==== Magnetschwebewaage ====
Bei Magnetschwebewaagen ist die zu wiegende Probe über eine Magnetschwebekupplung räumlich von der Waage getrennt. Die Probe befindet sich an einem Permanentmagneten, der von einem an der Waage befestigten [[Elektromagnet]]en in der Schwebe gehalten wird. Auf diese Weise wird das Gewicht der Probe berührungsfrei aus einem abgeschlossenen Messraum auf die Mikrowaage übertragen.<ref>Sartorius AG: {{Webarchiv |url=http://www.waagen-kissling.de/newsletter/waegeraum/waegeraum_nr_5.pdf |text=''Wägeraum'' |wayback=20160304092736 |archiv-bot=}} (PDF; 967&nbsp;kB), Nr. 5</ref> Die Magnetschwebewaagen erlauben definierte und auch extreme Messumgebungen.

=== Resonante Mikrowaage (auch Quarzmikrowaage) ===
{{Hauptartikel|Quarzkristall-Mikrowaage}}

Die ''Quarzmikrowaage'' beruht auf der Frequenzänderung eines [[Schwingquarz]]es, wenn sich dessen Masse ändert. Die Resonanzfrequenz-Änderung des Schwingquarzes kann sehr genau bestimmt werden. Die Massebestimmung ist lageunabhängig und unabhängig von der Erdbeschleunigung. Die zu messende Masse kann zum Beispiel aus auf der ggf. hierzu speziell vorbehandelten Oberfläche des Quarzkristalles adsorbierten Substanzen oder aus einer auf ihm abgeschiedenen Beschichtung ([[Schichtdickenmessung]] während dem [[Bedampfen]], dem [[Sputtern|Sputter]]-Abscheidung oder der [[Chemische Gasphasenabscheidung|Chemischen Gasphasenabscheidung]]) bestehen. Es gilt der [[Federpendel]]-Zusammenhang:

: <math> f \approx \sqrt{\frac{1}{m}}</math>

Prinzipiell können neben Quarz auch andere Materialien wie [[Langasit]] (La<sub>3</sub>Ga<sub>5</sub>SiO<sub>14</sub>, „LGS“) und [[Galliumorthophosphat]] (GaPO<sub>4</sub>) verwendet werden. Mit diesem Verfahren können Massen bis kleiner 80 Femtogramm (=8·10<sup>−14</sup>&nbsp;g) gemessen werden.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.chemlin.de/news/sep06/biosensoren.htm |text=chemlin.de ''Biosensor spürt kleinste Teilchen auf'' |wayback=20160304035243 |archiv-bot=}}, vom 4. September 2006</ref>

=== Weitere Messprinzipien ===
Ein weiteres [[Messprinzip]] ist beispielsweise die laserinterferometrische Messung der Verformung einer Quarzglasfeder.

Bis in die 1980er Jahre waren spezielle [[Balkenwaage]]n üblich, bei denen mittels einer mechanischen Hilfsvorrichtung manuell entsprechende Gewichts-Reiter gesetzt werden mussten.

== Literatur ==
* E. Bankmann: ''Die ultramikrogravimetrische Bestimmung von Technetium und Rhenium mit Hilfe der Quarzfaden-Ultramikrowaage.'' In: ''Journal of Analytical Chemistry.'' 223, 1966 S. 63–64.
* H. Mayer, K. Behrndt: ''Eine neue Mikrowaage aus Quarz für Arbeiten im Höchstvakuum.'' In: ''Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei.'' 147, 1957, S. 499–506.
* H. Asbury et al.: ''A simple robust ultramicrobalance.'' In: ''[[Microchimica Acta]].'' 44, 1956, S. 598–618.
* H. R. Jenemann: ''Die Geschichte der Dämpfung an der Laboratoriumswaage.'' In: ''[[Berichte zur Wissenschaftsgeschichte]].'' 20, 2006, S. 235–251.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Laborwaage]]