Весы аналитические

Весы аналитические - это специальные весы, предназначенные для особо точного определения массы образца. Обычно, аналитические весы имеют дискретность (разрешающую способность) взвешивания 0,1 мг (0,0001 г), верхний предел взвешивания (Max) - до 220 г (иногда - 320 г) и обладают I специальным классом точности по ГОСТ OIML R 76-1-2011. Аналитические весы широко применяются в химическом анализе, физико-химических исследованиях, фармацевтике и биотехнологии.

История аналитических весов

Аналитические весы в современном виде были созданы Флоренцем Сарториусом в середине XIX века, хотя первые прототипы высокоточных весов появилились еще в XVIII веке - они использовались отдельными учеными для личного пользования и не были серийными экземплярами. В 1870 году была создана компания Sartorius, а к 1895 году было построено около 3000 короткоплечих аналитических весов с ветрозащитной витриной и системой демпфирования.

До второй половины XX века аналитические весы представляли собой двухчашечные весы с механически сложным устройством, требующим особого ухода. В СССР распространение получили двухчашечные весы моделей АДВ-200, ВА-200 и ВЛР-200.

В 1945 году швейцарский инженер Эрхард Меттлер Рук предложил одночашечные весы, работавшие по принципу замещения, схожему с таковым у двухчашечных весов. Гири (или, как они назывались ранее, разновесы) помещались для уравновешивания не вручную оператором, а при помощи специального устройства, встроенного в весы. Это позволило существенно сократить взвешивания - до 1-2 минут. Одночашечные весы полностью вытеснили классические двухчашечные к 1970-м годам.

В 1956 году в США была запатентована система взвешивания на принципе электромагнитной компенсации. Вместо гирь и разновесов для уравновешивания чаши использовалась электромагнитная катушка, через которую пропускается определенный ток, сила которого зависит от взвешиваемой массы. Первый серийный образец весов на таком датчике был выпущен компанией Mettler Instruments (ныне - Mettler Toledo) в 1971 году. К середине 1980-х годов электронные весы были выпущены такими лидерами весового рынка, как Sartorius и Shimadzu. Электронные аналитические весы позволили снизить время одного измерения до нескольких десятков секунд.

К началу XXI века электронные весы стали более компактными и энергоэффективными. Улучшалась и технология производства датчиков электромагнитной компенсации - благодаря современным технологиям металлообработки датчики стали выполняться по моноблочному принципу, то есть иметь как можно меньшее количество деталей. Это повысило надежность и срок службы весов. Время измерения также улучшилось - в среднем, до 2-5 секунд для весов с дискретностью 0,1 мг. К 2026 году весы стали включать в себя дополнительный функционал - передача данных на другие устройства по современным протоколам связи, интеграция в лабораторные системы данных LIMS, соответствие требованиям к целостности данных ALCOA+ и журнал Audit Trail, встроенные ионизаторы для избавления от статического заряда на поверхности посуды и образцов.

Таким образом, за полтора столетия аналитические весы, несмотря на радикальные изменения в устройстве и функциях, остались основополагающим инструментом для лабораторий, где от точности взвешивания зависит результат важного эксперимента.

Применение аналитических весов

Аналитические весы широко используются для:

• Точного взвешивания для анализа или синтеза.
• Приготовления эталонных растворов, точных смесей и т.п.
• Контроля качества в фармацевтическом производстве (взвешивание капсул или таблеток с препаратом, проверка дозировок).
• Определения плотности материалов при помощи устройств для гидростатического взвешивания.
• Научных работ в материаловедении, химии, физике, биологии и других областях.

Устройство и принцип действия аналитических весов

Современные аналитические весы снабжены ветрозащитной витриной (или экраном) со сдвижными дверцами для устранения влияния воздушных потоков на грузоприемную платформу. Дверцы ветрозащитной витрины могут иметь устройство перекрестного доступа, в таком случае, левая или правая дверца открываются с противоположной стороны, упрощая работу с весами.

Некоторые модели весов снабжаются механизированной системой открытия ветрозащиты, а также специальными сенсорами, которые срабатывают при приближении руки или другого предмета; эти сенсоры можно запрограммировать не только на открытие дверей ветрозащиты, но и на выполнение других действий, например, на тарирование или обнуление весов. Это позволяет оператору не прикасаться к клавиатуре, что минимизирует вибрационное воздействие и устраняет риск контаминации весов (например, при работе с биологическими образцами или высокотоксичными и коррозионно-активными веществами).

Для исключения ошибки, связанной с воздействием электростатического заряда на чашу весов, аналитические весы могут снабжаться встроенным ионизатором весовой камеры. Аналитические весы высокого сегмента снабжаются также специальным разделителем объема весовой камеры для снижения влияния тепловых потоков внутри камеры на чашу весов.

Как правило, аналитические весы строятся на датчике электромагнитной компенсации. Чаша весов удерживается в одном положении при помощи электромагнитной катушки, через которую протекает электрический ток. Чаша весов под действием груза опускается, но при увеличении силы тока, протекающего через катушку, чаша возвращается в исходное положение. Величина силы тока, необходимого для возврата чаши весов в первоначальное положение, напрямую зависит от нагрузки, приложенной к чаше весов.

Такой датчик позволяет достичь высокой точности взвешивания, высокой чувствительности и скорости отклика. Современные весовые датчики выполняются по принципу моноблока, то есть, имеют минимальное количество присоединяемых деталей, что увеличивает срок службы весов и их надежность.

Для корректной работы аналитических весов необходима регулярная калибровка (или юстировка). Калибровка может проводится в полностью ручном режиме, при помощи калибровочных гирь, а также автоматически, с помощью встроенной в аналитические весы гири. Ручная калибровка требует от оператора высокого навыка, однако, может быть более точной, чем автоматическая. Автоматическая калибровка, в свою очередь, исключает возможную ошибку оператора, а также постоянно поддерживает весы в состоянии готовности.

Некоторые модели аналитических весов

• Sarorius Cubis II от компании Sartorius - это премиальная модульная система весов от старейшего весового завода в Европе. Аналитические весы Cubis II отличаются высочайшим уровнем метрологических характеристик, благодаря чему они применяются в метрологических лабораториях в качестве эталонных. Кроме того, Cubis II имеют удобный сенсорный экран с широким набором функций.
• Весы серии Vibra HT от японского производителя Shinko Denshi - это популярный выбор многих лабораторий. Весы HT оснащены датчиком Tuning Fork, уникальным датчиком, основанном на изменении частоты колебаний камертона при увеличении его натяжения. Аналитические весы HT имеют все необходимые для различных лабораторий функции.
• Госметр ВЛА - это линейка аналитических весов старейшего российского весового завода. Весы ВЛА отличаются от других аналитических весов наличием датчиков дистанционного доступа и системой автоматического открытия дверей, что упрощает работу с весами в биологических и химических лабораториях.