Ładunki elektrostatyczne i ich wpływ na ważenie

Zrozumienie zjawiska ładunków elektrostatycznych i ich wpływu na próbki oraz naczynka wagowe jest nadzwyczaj istotne dla zapewnienia wysokiej jakości wyników ważenia. W miarę możliwości należy podjąć działania zapobiegawcze w celu zmniejszenia lub wyeliminowania gromadzenia się ładunków elektrostatycznych na próbkach bądź naczynkach wagowych, aby uniknąć błędów, niestabilności lub frustrująco powolnych wyników ważenia.

Co to jest elektryzowanie?

Elektryzowanie to gromadzenie się ładunków elektrycznych na powierzchni nieprzewodzącego materiału.

Jak radzić sobie z naelektryzowanymi próbkami

Nowe osiągnięcia w technologii ważenia umożliwiają wagom analitycznym najnowszej generacji automatyczne wykrywanie ładunków elektrostatycznych podczas ważenia. Wielkość tej siły można zmierzyć i zarejestrować. Za pomocą zintegrowanego modułu jonizatora można wyeliminować ładunki elektrostatyczne, aby uniknąć ich wpływu na wynik ważenia. Ponieważ wykrywanie ładunków przebiega podczas stabilizacji wagi, zajmuje tylko kilka sekund i nie powoduje opóźnienia w uzyskaniu prawidłowego wyniku ważenia.

Korzyści dla użytkownika wagi

StaticDetect™ upraszcza obsługę naładowanych elektrostatycznie próbek lub pojemników, czyniąc proces bardziej efektywnym dla użytkownika wagi, aby zapewnić najwyższą dokładność i najbardziej wiarygodne wyniki ważenia.

Najważniejsze fakty dotyczące ładunków elektrostatycznych

Co powoduje powstawanie ładunków elektrostatycznych?

Ładunki elektrostatyczne tworzone są najczęściej wskutek tarcia podczas takich czynności, jak:

• osuszanie szmatką szklanej zlewki,
• przenoszenie kolby miarowej rękami w rękawiczkach jednorazowych,
• wyjmowanie naczynia laboratoryjnego z opakowania z tworzywa sztucznego,
• napełnianie naczynek wagowych materiałami sypkimi (luzem).

 

Jak rozpoznać obecność ładunków elektrostatycznych?

Do częstych objawów świadczących o obecności ładunków elektrostatycznych należą:

• trudności w ustabilizowaniu wskazań wagi,
• dryft wyników,
• brak powtarzalności wyników pomiaru.
• Niekiedy można też uzyskać stabilny odczyt pomimo obecności wypadkowej siły elektrostatycznej, przez co zauważenie wpływu naelektryzowania jest trudne lub wręcz niemożliwe.

Jaki wpływ może mieć naelektryzowana próbka?

 

• Wskazywana wartość może być mniejsza lub większa od rzeczywistej masy próbki (z uwagi na to, że generowane ładunki mogą być ujemne lub dodatnie i mogą się przyciągać albo odpychać).
• Zaobserwowano błędy rzędu 1–100 mg (są to bardzo istotne wartości przy ważeniu małych próbek).
• Suche sproszkowane substancje są bardzo podatne na elektryzację, przez co trudno je zważyć.

Jak szybko rozpraszają się ładunki elektrostatyczne?

• Ładunki elektrostatyczne z czasem się rozpraszają. Prędkość rozpraszania zależy od przewodności powierzchniowej naładowanego ciała, na którą mają wpływ wilgotność powietrza i zanieczyszczenia na powierzchni.
• Rozpraszanie ładunku może trwać kilka sekund, kilka minut, a w suchej atmosferze (przy wilgotności względnej < 40%) nawet kilka godzin.
• Dobre izolatory elektryczne, takie jak szkło borokrzemianowe lub tworzywa klasy laboratoryjnej, mogą spowolnić proces rozpraszania ładunków.
• Przy wilgotności względnej powietrza wynoszącej 80% szklana kolba nie może się naelektryzować.
• Jednak w przypadku pojemników z PTFE obserwuje się istotne błędy ważenia w ciągu kilku minut – nawet przy wysokiej wilgotności powietrza. 

  

   

 

Jak ograniczyć problem ładunków elektrostatycznych?

Oto kilka zaleceń dotyczących praktycznych rozwiązań, które można wdrożyć:

Aby zapobiegać gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych

 

 

• Używaj materiałów przewodzących prąd elektryczny lub antystatycznych – plastikowe i szklane naczynia szybko się elektryzują, więc nie są to idealne materiały.
• Zapobiegaj stykaniu się materiałów o różnych właściwościach podczas ich przenoszenia.
• Unikaj niepotrzebnego manipulowania naczynkiem wagowych – zwłaszcza podczas noszenia rękawic ochronnych.
• Zwiększ wilgotność powietrza (optymalny poziom to 45–60%).
• Upewnij się, że waga i szalka wagowa są uziemione elektrycznie.
• Unikaj noszenia obuwia izolowanego elektrycznie.

 

Aby zmniejszyć oddziaływanie sił elektrostatycznych

 

• Używaj uchwytu „ErgoClip" do trzymania naczynek wagowych. Uchwyt działa jak klatka Faradaya i izoluje próbkę podczas ważenia.
• Użyj mniejszego naczynka wagowego.
• Upewnij się, że próbki są dokładnie wyśrodkowane na szalce.
• Używaj przewodzącej podkładki.

 

 

 

 

 

Aby rozproszyć ładunki elektrostatyczne

 

 

 

• Używaj wysokonapięciowego jonizatora (wewnętrznego lub zewnętrznego) w celu rozładowania próbek.
• Używaj źródła promieniotwórczego w celu jonizacji powietrza.
• Jednak najlepszym sposobem ograniczenia ładunków elektrostatycznych jest przede wszystkim unikanie ich generowania.

 

 

 

 

 

 

Co to jest StaticDetect™ – automatyczne wykrywanie ładunków elektrostatycznych ?

 

StaticDetect™ to opatentowana innowacja opracowana z myślą o użytkownikach wag, którzy borykają się z problemem ładunków elektrostatycznych. Funkcja StaticDetect™ jest dostępną w wagach XPR METTLER TOLEDO. Polega na automatycznym wykrywaniu obecności ładunku elektrostatycznego na naczynku wagowym i/lub próbce za pomocą czujnika. Jeśli wykryty zostanie ładunek elektrostatyczny, mierzona jest wielkość wpływu tego ładunku na wynik ważenia. W przypadku przekroczenia zdefiniowanej przez użytkownika granicy tolerancji pojawia się ostrzeżenie. Ikona na ekranie terminala wagowego wskazuje obecność ładunków elektrostatycznych.

• Metoda ta jest niewrażliwa na zakłócenia elektromagnetyczne i ma duży zasięg.
• Działa z powodzeniem w każdym środowisku laboratoryjnym, nawet w trudnych warunkach, takich jak wyciągi laboratoryjne lub systemy powstrzymujące rozprzestrzenianie się wyziewów.
• Istnieją też inne sposoby wykrywania ładunku elektrostatycznego, ale żaden z nich nie pozwala na określenie STOPNIA, w jakim ładunek wpływa na wskazywaną wartość masy.

 

Jak długo trwa proces Static Detect™?

Cykl wykrywania ładunków elektrostatycznych jest inicjowany automatycznie w chwili umieszczenia próbki na wadze i zamknięcia drzwiczek. Ponieważ cykl wykrywania jest wykonywany jednocześnie z ważeniem i zajmuje tylko kilka sekund, zazwyczaj w czasie stabilizowania się wagi, nie powoduje to opóźnienia w uzyskaniu wyniku ważenia.

Jak działa StaticDetect™?

Pod uziemioną szalką wbudowana jest elektroda koncentryczna i przykładany jest do niej sygnał prądu zmiennego. Dodatnia półfala sygnału napięcia generuje ładunki dodatnie na elektrodzie (a). Ujemna półfala sygnału napięcia generuje ujemne nośniki ładunku na elektrodzie ujemnej (b). Różnica wyników pomiaru uzyskanych w obu tych sytuacjach (a i b) wynika z działania sił elektrostatycznych (FE ). Jeśli próbka lub naczynko nie są naładowane elektrostatycznie, wynosić ona będzie zero. Na podstawie tej metody czujnik może określić rzeczywistą masę próbki.

 

(a): Siła przyciągania działa pomiędzy ważonym obiektem a elektrodą. Składowa pionowa tej siły jest dodawana do masy i wpływa na wynik pomiaru przez wskazanie wyniku większego niż rzeczywisty.

 

(b): Siła odpychania działa pomiędzy ważonym obiektem a elektrodą. Składowa pionowa tej siły jest odejmowana od masy, tym samym wpływając na wynik pomiaru przez wskazanie wyniku mniejszego niż rzeczywisty.