22.10.2026

Das Pulver, das Sie eingewogen haben, ist ein anderes als Sie glauben

Bas Millenaar , LabTIE International B.V.

Die Waage ist das Gerät, dem im Labor am meisten vertraut wird. Sie ist kalibriert, sie wird überprüft, und ihr Wert geht ohne weiteres Nachdenken ins Protokoll. Dieses Vertrauen ist berechtigt, soweit es reicht: Die Waage gibt die Masse auf ihrer Wiegeschale korrekt wieder.

Die Waage stimmt, das Pulver verändert sich

Was das Gerät jedoch nicht anzeigen kann, ist, woraus diese Masse besteht. Wenn man einen hygroskopischen Feststoff in einem Raum mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45 Prozent wiegt, besteht ein Teil des auf dem Display angezeigten Wertes aus Wasser, das sich beim Öffnen des Behälters noch nicht darin befand.

Der Messwert ist zwar korrekt, die ihm zugrunde liegende Annahme ist jedoch falsch - und genau das ist die hartnäckigste Art von Messfehler, da er jede Überprüfung des Geräts übersteht.

Der Gradient, den niemand protokolliert

Man kann den Effekt leicht als Rundungsfrage abtun, bis man eine manuell befüllte 96-Well-Platte betrachtet: Das Befüllen dauert Minuten, das Gefäß steht die ganze Zeit offen, und das Material nimmt durchgehend Wasser auf. Die Portion, die in Well A1 eingefüllt wird, und die Portion, mit der Well H12 bestückt wird, sind deshalb nicht dasselbe Material. Gleiche Bezeichnung, gleiche Chargennummer, gleiche Nennmasse, aber unterschiedlicher Wassergehalt.

Diese Abweichung zeigt sich nicht als Fehler. Sie zeigt sich als Gradient über die Platte hinweg, in der Reihenfolge, in der die Wells befüllt wurden. Eine Dosis-Wirkungs-Kurve, die über die Reihen hinweg von niedrig nach hoch verläuft, spiegelt diesen Gradienten wider. Eine Screening-Platte zeigt eine Drift, die der Verdunstung, Randeffekten oder dem Reader zugeschrieben wird.

Der Punkt ist nicht, dass die Abweichung groß ist. Der Punkt ist, dass sie systematisch ist, im Versuchsprotokoll unsichtbar bleibt und im Nachhinein nicht von den Effekten zu unterscheiden ist, denen sie üblicherweise angelastet wird.

Was die Richtlinien abdecken und was nicht

Die beiden Dokumente, nach denen ein Analytiker greift, decken nur Randbereiche des Problems ab, nicht aber die Mitte. Das USP General Chapter <1251> "Weighing on an Analytical Balance" [2] ist vom Gerät her gedacht: Mindesteinwaage, Wiederholbarkeit, Messunsicherheit, die für die Waage erforderlichen Umgebungsbedingungen. Es beschreibt, wozu das Gerät in der Lage ist.

Die Klassifizierung nach dem Arzneibuch erfolgt vom Stoff ausgehend. Das Europäische Arzneibuch ordnet Stoffe nach der Gewichtszunahme ein, die nach 24 Stunden bei 25 Grad Celsius und 80 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit festgestellt wird [3]: leicht hygroskopisch von 0,2 bis 2 Prozent, hygroskopisch von 2 bis 15 Prozent, sehr hygroskopisch über 15 Prozent und deliqueszent, wenn der Stoff so viel Wasser aufnimmt, dass sich eine Flüssigkeit bildet. Daraus lässt sich ableiten, um welchen Stoff es sich handelt.

Keiner der beiden Ansätze beantwortet die Frage, die sich der Anwender stellt: Was geschieht mit diesem Material in den vier Minuten, in denen mein Gefäß offen steht, in einem Raum, dessen Luftfeuchte ich weder regele noch aufzeichne. Für dieses Intervall gibt es kein Kapitel, und in den meisten Laboren auch keine erfassten Werte.

Die physikalischen Grundlagen sind dabei unstrittig. Jeder Feststoff hat eine relative Gleichgewichtsfeuchte, und die Referenzwerte, die die Feuchteskala selbst definieren, wurden 1977 von Greenspan über gesättigten Salzlösungen bestimmt [1]: etwa 11 Prozent für Lithiumchlorid bei 25 °C, etwa 75 Prozent für Natriumchlorid. Eine Arbeitsumgebung bei 45 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit liegt über der Gleichgewichtsfeuchte sehr vieler Materialien, der Gradient bleibt also bestehen und die Wasseraufnahme geht weiter, solange das Proben-Gefäß offen steht.

Warum die Waage nicht warnen kann

Drei Eigenschaften machen diesen Fehler schwer greifbar. Er ist unsichtbar: Das Pulver ändert weder Farbe noch Rieselverhalten, die Anzeige der Waage ist lediglich etwas höher als eine Minute zuvor. Er ist einseitig: Aufnahme der Luftfeuchte erhöht nur die Masse, der tatsächliche Stoffgehalt einer Portion liegt also immer unter dem angegebenen; und während Fehler, die in beide Richtungen gehen, sich über eine Platte hinweg ausmitteln können, tut dieser das nicht. Drittens ist er zeitabhängig und korreliert damit mit der Position der Probe auf der Platte, sodass Wiederholung ihn nicht abschwächt, sondern reproduziert, da jede Platte in derselben Reihenfolge, auf dieselbe Weise, von derselben Person befüllt wird.

Maßnahmen für eine exakte Durchführung der Messung

Eine genaue Messung dauert nicht länger als einen Nachmittag und braucht keine Geräte, über die das Labor nicht bereits verfügt. Verwenden Sie eine Waage mit einer Ablesegenauigkeit von 0,01 mg, nivelliert und mit geschlossenem Windschutz. Stellen Sie ein kalibriertes Hygrometer und ein Thermometer daneben und protokollieren Sie Temperatur und Luftfeuchte zu Beginn und am Ende jeder Messreihe; diese beiden Zahlen gehören zum Ergebnis und sind keine bloße Hintergrundinformation. Trocknen Sie das Material über Trockenmittel bis zur Massenkonstanz, definiert als zwei Wägungen im Abstand von 30 Minuten, die innerhalb von 0,05 mg übereinstimmen.

Wiegen Sie etwa 200 mg in ein offenes Gefäß fester Geometrie ein und notieren Sie Innendurchmesser und Füllhöhe, da die freie Oberfläche die Geschwindigkeit der Aufnahme von Luftfeuchtigkeit bestimmt. Lassen Sie das Gefäß auf der Waagschale stehen und notieren Sie die Masse alle 30 Sekunden über 30 Minuten, ohne es zu berühren, fünfmal je Material, verteilt über mindestens drei Tage, damit die Schwankung der Raumfeuchte in den Daten enthalten sind und nicht außerhalb der Messung liegen. Führen Sie parallel dazu eine Kontrolle mit nicht-hygroskopischem Material, beispielsweise Glasperlen durch. Diese weisen denselben Auftrieb, dieselbe Drift und dieselben elektrostatischen Effekte auf, enthalten jedoch kein Wasser und dienen somit zur Festlegung der Nulllinie, die von der eigentlichen Messung subtrahiert wird.

Es ergeben sich zwei Werte: Die Steigung der ersten fünf Minuten ist die betrieblich relevante, denn in diesem Zeitfenster findet die eigentliche Wägung statt. Der Gesamtwert nach 30 Minuten lässt sich mit der veröffentlichten Klassifizierung vergleichen.

Eine Beobachtung aus unserem eigenen Labor

Wir haben genau diesen Versuch mit Calciumchlorid durchgeführt, einem deliqueszenten, also zerfließenden, Salz, in einem offenen Gefäß auf einem gewöhnlichen Laborarbeitsplatz. Die Masse stieg in den ersten elf Minuten um etwa 2 Prozent und nach einundvierzig Minuten um etwa 4,75 Prozent, und stieg am Ende der Messung weiter an. Wurde dasselbe Salz hingegen in einem Verfahren dosiert, bei dem das Material in einer geschlossenen Versuchsanordnung blieb, schwankte die Masse während des gesamten Zeitraums nur um wenige Zehntel Prozent (Abbildung 1)

Abb.1: Massenzunahme von Calciumchlorid in einer offenen Versuchsanordnung auf einem Labortisch im Vergleich zu derselben Salzmenge, die in einer geschlossenen Versuchsanordnung dosiert wurde. Die Markierungen stellen Messwerte dar; die Linie beschreibt interpolierte Werte.
Interne Beobachtung, einzelner Durchlauf, Raumluftfeuchtigkeit nicht erfasst.

Zu dieser Zahl sind drei Dinge anzumerken. Calciumchlorid stellt einen Extremfall dar und ist kein typisches Pulver: Seine relative Gleichgewichtsfeuchte liegt bei 25 °C im Bereich von 30 Prozent, sodass es bei einer Raumfeuchte von 40 bis 50 Prozent niemals ein Gleichgewicht erreichen kann, da die Feuchtigkeitsaufnahme immer weiter voranschreitet. Ein schwach hygroskopisches Material würde nur einen Bruchteil davon aufweisen. Zweitens handelt es sich um einen einzelnen Versuch und nicht um einen validierten Vergleich. Und drittens wurde die Raumfeuchte während dieses Versuchs nicht erfasst - genau dies charakterisiert das Problem: die beschriebene Messung beachtet nicht die empfohlene Vorgehensweise.

Was die Abbildung verdeutlicht, ist die Struktur des Problems: Die Kurve ist am Anfang am steilsten, also in dem Zeitraum, in dem tatsächlich eingewogen wird, und sie flacht innerhalb der Zeit des Befüllens einer Platte nicht ab.

Wie man ein genaues Ergebnis erhält

Abb.2: Die Wägeplatzsituation während einer Messreihe:
offenes Gefäß auf der Schale,
Hygrometer zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit.

Verkürzen Sie die Zeit, in der das Gefäß offen steht, und messen Sie den tatsächlichen Zeitbedarf, statt ihn zu schätzen. Führen Sie zusätzlich eine Differenzwägung aus einem geschlossenen Gefäß durch. Wiegen Sie die hygroskopischen Stoffe einer Messreihe unmittelbar nacheinander ein, damit die Expositionszeit über die Befüllung der Platte konstant bleibt und nicht im Verlauf zunimmt.

Protokollieren Sie die Raumfeuchte vor jeder Wägung. Und wo dieselbe Portion über eine Platte hinweg wiederholt wird, eliminiert jeder Dosierschritt, der in Sekunden statt in Minuten abgeschlossen ist, den Großteil der Exposition von selbst (Abbildung 2). Nichts davon beseitigt den Effekt. Es macht ihn klein, konstant und dokumentierbar, und mehr braucht eine Methode nicht.

Abb.3: Der LabTIE Dispenser ermöglicht die
schnelle und genaue Befüllung einer 96-Well-Platte

Der LabTIE Dispenser dosiert nach Volumen und nicht nach Masse. Eine Platte mit Vertiefungen mit festem Volumen wird aus dem Pulverbehälter befüllt, ein Abstreifer gleicht die Füllmenge ab, und dann zieht man den Schieber. Dadurch öffnen sich die Löcher, und alle 96 Portionen fallen in einer einzigen Bewegung in die Vertiefungen (Abbildung 3).

Ein sehr genaues Ergebnis, solange das Pulver homogen ist. Das Volumen der Vertiefungen bestimmt die Dosis, so wie eine Pipettenspitze das Flüssigkeitsvolumen bestimmt; eine andere Dosis bedeutet also eine andere Platte.

Wo das keine Rolle spielt - und wo doch

Bei nicht hygroskopischen Materialien, und das sind die meisten, spielt es keine Rolle, ebenso wenig bei großen Einwaagemengen mit großzügig bemessener Toleranz oder in einem Wägeraum, dessen Luftfeuchtigkeit tatsächlich und nicht nur theoretisch geregelt wird. Das Problem verschwindet gänzlich, wenn die Arbeit mit einer Lösung statt mit einem Feststoff durchgeführt werden kann.

Es spielt in einem alltäglichen, immer wiederkehrenden Fall jedoch eine große Rolle: eine von Hand befüllte 96-Well-Platte in einer gewöhnlichen Laborumgebung, befüllt von Anwendern, die sich darauf verlassen, dass die Waage auf 0,01 mg genau wiegt, und daher verständlicherweise zu dem Schluss kommen, dass das Wiegen der Schritt sei, um den sie sich keine Sorgen machen müssen.

Quellen

1. Greenspan, L. (1977). Humidity fixed points of binary saturated aqueous solutions. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 81A(1), 89 bis 96.
   
2. United States Pharmacopeia, General Chapter <1251>, Weighing on an Analytical Balance.
   
3. European Pharmacopoeia (Ph. Eur.) Europäisches Arzneibuch, allgemeiner Text zum Abschnitt Eigenschaften, Einteilung der Hygroskopizität nach 24 Stunden bei 25 Grad Celsius und 80 Prozent relativer Luftfeuchte

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