2021-09-06

Sicherheit der Massemessung in der pharmazeutischen Industrie. Metrologische Grundprüfungen (Teil I)

Heutzutage werden viele Geräte intuitiv bedient, ohne dass man ihre Funktionsweise tiefgründig analysieren muss. Die Waage scheint ein einfaches Wägeinstrument zu sein, aber der recht einfache Wägevorgang hängt bei der manuellen Bedienung von vielen Faktoren ab, die die Genauigkeit der Analyse erheblich beeinflussen können. Die Massemessung ist aufgrund unvollkommener Wägeeinrichtungen und Messmethoden prinzipiell ungenau. Zufriedenstellende Ergebnisse hängen von der mechanischen Konstruktion, den Umgebungsbedingungen und den verwendeten Messmethoden ab. All dies ist besonders wichtig in der pharmazeutischen Industrie, wo die Wägegenauigkeit eine Grundlage für die Qualität von Medikamenten und für Einsparungen im Forschungs- und Technologieprozess ist.

Vor-Ort-Installation

Die Installation der Waage ist ein Prozess, in dessen Verlauf die Optimierung des Waagenbetriebs und der Parameter der Umgebungsbedingungen erfolgt. Die Optimierung erfolgt mit dem Ziel, zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, nämlich solche, die innerhalb der Toleranzgrenzen liegen. Diese Grenzen müssen im Hinblick auf die realen Anforderungen der realisierten Prozesse festgelegt werden. Bei der Wahl des Standortes einer Waage, insbesondere einer Mikrowaage, sind einige Überlegungen anzustellen:

reduzierter oder eliminierter Luftstrom,
starre Konstruktion des Wägetisches,
Basis für die Waage muss stabil sein, eher bodengestützt als wandbefestigt,
der Arbeitsplatz darf nicht in der Nähe von Verkehrswegen und Verkehrsflächen stehen,
Die Aufstellung in der Nähe von Fenstern und sonnigen Bereichen wird abgelehnt.

Waagenbetrieb und Umgebungsbedingungen

Unter Umgebungsbedingungen versteht man beim Waagenbetrieb die Faktoren, die sich auf die Arbeitsumgebung beziehen, das sind:

Temperatur,
Feuchtigkeit,
die Luftströmungsgeschwindigkeit,
Vibrationen,
unausgeglichene elektrostatische Ladungen im Bereich der Waage und der Probe.

In der Praxis sind nur wenige Anwender in der Lage, die Dynamik der Veränderung der Umgebungsbedingungen aufzuzeichnen. Für den typischen Laborbetrieb ist eine solche Aufzeichnung nicht erforderlich, jedoch werden Systeme zur automatischen Überwachung der Arbeitsbedingungen heutzutage immer häufiger eingesetzt. Radwag hat mit dem THB-Sensor eine Lösung im Programm, die automatisch Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Luftdichte und Bodenschwingungen erfasst. Die Messergebnisse können beobachtet werden:

auf einer Waagenanzeige,
online über eine Website,
über die Anwendung THB Single oder THB Multi (Windows-System),
über eine Android-Systemanwendung (mobil).

Leider ist es nicht einfach zu beurteilen, inwieweit die Dynamik der Veränderung der Umgebungsbedingungen das Wägeergebnis beeinflusst. Die einfachste Bewertung der Waage betrifft die Messgenauigkeit, sie erfolgt durch die Bestimmung der Standardabweichung. Wenn man den Wert der Standardabweichung kennt, kann man sich fragen, ob es möglich ist, ein noch niedrigeres Ergebnis zu erzielen oder nicht. Es muss klar gesagt werden, dass angemessene Arbeitsbedingungen für die elektronische Waage auch ein Effekt der Verwendung zusätzlicher konstruktiver Lösungen (Wägetisch, Kammer, Halter, Ionisator) sein können, die zur Infrastruktur des Wägeraums beitragen.

Justierung

Wie bereits erwähnt wurde, gibt es keine perfekten Messungen. Das liegt an der Unvollkommenheit der Messgeräte und der verwendeten Methoden. Eine Methode ist ein bewährtes Verfahren zur Vorbereitung der Messgeräte und der Messleistung. Es handelt sich um ein zugelassenes Verfahren (verifiziert im Hinblick auf Norm- und Branchenvorschriften), das ein präzises Ergebnis gewährleistet, sofern alle Empfehlungen befolgt werden, wobei die Kompetenz des Personals und die korrekte Bedienung der Geräte vorausgesetzt werden.

Bei elektronischen Waagen hängt die Messgenauigkeit der Masse von der richtigen Abhängigkeit zwischen der Waagenlast (Justiermasse) und der beobachteten Anzeige ab. Die Justierung zielt auf die Korrektur der Waagenanzeige ab, wobei die Korrektur durch den Vergleich des Messergebnisses, das beim Wiegen eines sogenannten Justiergewichtes erzielt wird, mit dem zertifizierten Wert dieses Gewichtes erfolgt. Nach abgeschlossener Justierung wird beim Beladen der Waagschale mit einem Gewicht von 200 g der Wert 200,0000 g angezeigt. Siehe Abbildung 5.

Bei professionellen Geräten, wie z.B. der Mikrowaage MYA 2.4Y.F PLUS, erfolgt die Justierung mit einem internen Justiergewicht (Abbildung 6).

Der Ausgleichsmechanismus überwacht Temperaturänderungen und Zeitablauf online, so dass der Ausgleichsvorgang automatisch erfolgt. Eine solche Lösung wird in den meisten elektronischen Waagen der Firma Radwag eingesetzt. Das in Abbildung 5 dargestellte Diagramm zeigt deutlich, dass das potenzielle Problem der Anzeigegenauigkeit erheblich ist, wenn die Probenmasse in den Bereich zwischen ½ Max ÷ Max fällt. Bei kleinen Proben mit geringem Gewicht ist die Wiederholbarkeit der Anzeige ein viel entscheidenderer Parameter. Die Anforderungen an die Wiederholbarkeit von Anzeigen sind in der OIML R-76 (gesetzliches Messwesen) und in der United States Pharmacopoeia, Section 41 (Balances), 1251 (Weighing on an Analytical Balance), schließlich auch in der European Pharmacopeia, Section 2.1.7 (Balances for analytical purposes) genau festgelegt.

Die Reproduzierbarkeit der Waagenanzeige ist ein beständiges Merkmal einer Waage, da sie durch die Konstruktion des Gerätes und die Methode der Messsignalumwandlung bestimmt wird, wobei das Ergebnis der Reproduzierbarkeit sowohl von den Prüfbedingungen als auch von den Fähigkeiten des Bedieners abhängt. Aus diesem Grund ist es in der pharmazeutischen Industrie notwendig, nicht nur den technischen Zustand der Waage, sondern auch die Kompetenzen des Personals zu überwachen. Ein solcher Ansatz ermöglicht es, das mit der Massenmessung verbundene Risiko zu minimieren; es ist ratsam, die Bereiche mit potenziell erhöhtem Risiko zu spezifizieren. Die am wenigsten komplizierte Methode der Risikobewertung ist die Ursache-Wirkungs-Analyse (Abbildung 7), die für den Wägeprozess durchgeführt wird.

Im Wissen um die Bedeutung dieser Fragen für die Sicherheit der Produktion in der pharmazeutischen Industrie bietet Radwag technische Unterstützung in Form von Personalschulungen an. Eine Online- und persönliche Zusammenarbeit ist im Rahmen der Anforderungen und der durchgeführten Untersuchungen möglich.