微量天平是用于稱量少量樣品的高精度精密分析儀器。為了達(dá)到這種高精度，中和靜電荷非常重要，尤其是在粉末樣品、離心管、燒瓶和燒杯中。
賽多利斯的Cubis® II大量程微量天平的內(nèi)置除靜電器采用4個(gè)設(shè)計(jì)精妙的噴嘴和獨(dú)特的技術(shù)解決方案可實(shí)現(xiàn)快速、完全放電。
靜電產(chǎn)生的原理
什么是靜電？
從科學(xué)的角度講，靜電學(xué)描述了靜止電荷的物理性質(zhì)。它們可以通過(guò)庫(kù)侖定律進(jìn)行解釋，庫(kù)侖定律描述了兩個(gè)靜止的帶電粒子之間的力(F)。這兩個(gè)粒子之間的力與其電荷(q1 和q2)的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比(r2，見方程1)。這就是說(shuō)，電荷越大，力越大，而兩個(gè)粒子之間的距離越大，產(chǎn)生的力越小。
方程1
作用力取決于電荷的符號(hào)。如果它們是不同的，則作用力是負(fù)的，此時(shí)，兩個(gè)粒子之間會(huì)有吸引力。在相反的情況下，對(duì)于兩個(gè)相同的電荷，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正的力，此時(shí)，兩個(gè)粒子間則會(huì)互相排斥(圖1)。
圖1. 庫(kù)侖定律的圖解說(shuō)明
哪些因素促進(jìn)了靜電釋放？
靜電荷是指由于電子的轉(zhuǎn)移而積聚在物體表面的電荷。這種電子轉(zhuǎn)移會(huì)造成物體表面電荷不平衡，從而產(chǎn)生靜電。例如，在用手套觸摸燒杯時(shí)，即使是很輕微的接觸也足以通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)移電子。
圖2. 空氣濕度對(duì)靜電的產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用
靜電電荷可以通過(guò)各種方式和其他重要因素促進(jìn)形成(圖2)。環(huán)境因素，如低濕度和干燥的空氣，對(duì)增強(qiáng)靜電荷積累起著至關(guān)重要的作用。
對(duì)于靜電在稱重過(guò)程中造成問(wèn)題的情況，保持空氣濕度在50% 以上(最好在60% 以上)至關(guān)重要。適當(dāng)?shù)臐穸人綄⒂兄跍p輕靜電電荷的影響，并提高稱重過(guò)程的準(zhǔn)確性。
稱重過(guò)程中靜電效應(yīng)是如何發(fā)生的？
稱重過(guò)程中，靜電效應(yīng)可以通過(guò)幾種方式產(chǎn)生。下表(表1)列出了其中一些方式。
表1. 一些(稱重過(guò)程中)靜電來(lái)源的清單，以及其起因和后果
稱重過(guò)程中產(chǎn)生靜電荷的一個(gè)原因是摩擦起電效應(yīng)，摩擦起電效應(yīng)是指當(dāng)兩種不同的材料接觸然后分離時(shí)發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。這種電荷分離會(huì)在這兩種材料之間產(chǎn)生電勢(shì)差，從而產(chǎn)生靜電，例如人用手套觸摸玻璃容器時(shí)。這種影響也會(huì)發(fā)生在硝酸纖維素膜等過(guò)濾膜上，或者塑料容器等不同的容器上(如離心管等)。
靜電效應(yīng)對(duì)稱重結(jié)果有哪些影響？
天平的所有稱重系統(tǒng)均會(huì)受到靜電效應(yīng)的影響，但主要是會(huì)對(duì)讀數(shù)精度低于0.1 mg 的天平的稱重值產(chǎn)生重大影響。
Cubis® II 天平上的所有表面均導(dǎo)電并與質(zhì)量—電勢(shì)有關(guān)。帶有較多電荷的物體更容易被吸引到天平的上表面，這種吸引力會(huì)使天平對(duì)帶較多電荷的物體顯示出較小的重量值。帶電荷的小型或短小寬大的物體更容易被天平的下表面吸引，這種吸引力會(huì)使天平對(duì)帶電的小型/ 短小寬大物體顯示出更大的重量值。
由于對(duì)表面的吸引力不是恒定的力，稱重值將在一定時(shí)間內(nèi)向一個(gè)方向漂移。因此，稱重過(guò)程的速度會(huì)減慢或?qū)е洛e(cuò)誤的結(jié)果。
Cubis® II 如何在稱重過(guò)程中防止靜電影響
1 非磁性材料
Cubis® II 大量程微量天平的樣品支架、稱重盤和基板均由鈦制成，鈦是一種順磁性過(guò)渡金屬，因此沒有磁性。所有由鈦制成的材料均不會(huì)對(duì)任何帶靜電的容器或樣品產(chǎn)生影響。這樣稱重系統(tǒng)便不易受到靜電的影響，從而實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的稱重。
2 防風(fēng)罩/ 法拉第籠
Cubis® II 大量程微量天平的另一個(gè)重要功能是帶有導(dǎo)電涂層的防風(fēng)罩，它將稱重室轉(zhuǎn)變?yōu)榉ɡ诨\，盡可能地減少或防止靜電的影響。這便意味著外部靜電荷完全沒有可能影響稱重系統(tǒng)。
3 除靜電器
在稱重過(guò)程中，防止靜電影響的理想方法是使用內(nèi)置除靜電器。
賽多利斯強(qiáng)大可用的除靜電器
高性能除靜電器
Cubis® II 大量程微量天平配有4 個(gè)電離噴嘴(圖3 中用黃色標(biāo)記)。噴嘴這樣布置可以確保以有效的方式快速將任何類型的容器或防風(fēng)罩內(nèi)的樣品放電，無(wú)論是過(guò)濾膜等小體積物體還是容量瓶等大體積物體。
圖3. Cubis® ll 大量程微量天平MCA66，4個(gè)電離噴嘴用黃色圈出
最多可節(jié)省45% 的時(shí)間
設(shè)置選項(xiàng)“ 開門除靜電”，可以節(jié)省45% 的測(cè)量時(shí)間。此設(shè)置下，一打開防風(fēng)罩的門即可激活內(nèi)置的除靜電器，這樣就可以節(jié)省時(shí)間，并在天平的周圍額外釋放電荷。
通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，方法一將一個(gè)帶靜電的樣品放在天平上，然后去皮，測(cè)量天平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間，指示去皮需要的最快時(shí)間。方法二通過(guò)使用簡(jiǎn)便的設(shè)置，在門打開時(shí)激活了內(nèi)置除靜電器。當(dāng)防風(fēng)罩關(guān)閉時(shí)，使用除靜電的標(biāo)準(zhǔn)裝置重復(fù)了此項(xiàng)操作。隨后，對(duì)這兩個(gè)時(shí)間進(jìn)行了比較，以證明使用自動(dòng)除靜電器帶來(lái)的影響。
結(jié)果如圖4 所示。對(duì)于不同的檢測(cè)容器，可以節(jié)省多達(dá)45% 的測(cè)量時(shí)間。
圖4. 通過(guò)使用Cubis® ll MCA66S內(nèi)置除靜電器的自動(dòng)除靜電裝置節(jié)省時(shí)間
使用簡(jiǎn)便、全新的創(chuàng)新型內(nèi)置除靜電器裝置不僅節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，還對(duì)天平周圍區(qū)域進(jìn)行了放電，進(jìn)一步減少了可能通過(guò)樣品(如過(guò)濾膜)、電子設(shè)備、衣服等產(chǎn)生的外部靜電。
與其他品牌的天平比較
帶靜電的樣品或容器可能難以稱重。例如，使用手套、稱量粉末時(shí)或低濕度環(huán)境中時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生靜電，天平讀數(shù)不穩(wěn)定和測(cè)量值漂移，從而導(dǎo)致稱重速度緩慢且結(jié)果不準(zhǔn)確。
實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方式是，樣品，包括一個(gè)10 mL 燒杯、一個(gè)100 mL 燒杯和一個(gè)表面皿，在使用電場(chǎng)儀測(cè)量電荷前進(jìn)行充電。將帶電樣品放置在稱量室中，并啟動(dòng)除靜電器。顯示值穩(wěn)定后便立即取出樣品并再次測(cè)定剩余的電荷。在使用Cubis® II MCA66S 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，通過(guò)開門激活除靜電的方式對(duì)內(nèi)置除靜電器進(jìn)行了檢測(cè)。
表2顯示，不同帶電樣品的電離總是會(huì)導(dǎo)致MCA66S 完全放電，這一點(diǎn)可以通過(guò)掃描表2 中的QR 碼觀察到。
表2. 內(nèi)置除靜電器的比較
針對(duì)外部靜電場(chǎng)的檢測(cè)表明，Cubis® II MCA66S 并未受到影響。以數(shù)字表示的最大偏差如表3所示。
表3. 外部靜電場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果
由于四個(gè)電離噴嘴和技術(shù)解決方案，所以可以實(shí)現(xiàn)完全放電，即使在安裝內(nèi)部防風(fēng)罩的情況下也可以實(shí)現(xiàn)。
此外，Cubis® II MCA66S 的所有玻璃部件(導(dǎo)流罩)的導(dǎo)電涂層可防止外部靜電的影響。
殘留在容器表面的電荷可能導(dǎo)致交叉污染，例如殘留的樣品，最終會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確和不可靠。為了防止出現(xiàn)這種問(wèn)題，賽多利斯Cubis® II 的內(nèi)置除靜電器非常重要，因?yàn)樗梢源_保完全放電(如表2所示)。上述技術(shù)解決方案有助于防止和有效消除靜電，加快稱重過(guò)程并消除污染風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)論
精準(zhǔn)且準(zhǔn)確的稱重
內(nèi)置除靜電器、涂層防風(fēng)罩以及除靜電器在門打開時(shí)啟動(dòng)的設(shè)置優(yōu)勢(shì)等技術(shù)有效地中和了樣品和容器表面的靜電荷，即使在粉末、離心管和燒杯等帶電環(huán)境中也能確保得到準(zhǔn)確可靠的稱重結(jié)果。
節(jié)省時(shí)間
與其他解決方案相比，設(shè)置選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省多達(dá)45% 的測(cè)量時(shí)間。這種高效的放電過(guò)程消除了電荷測(cè)量造成的延遲，從而提高了實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)力。
適應(yīng)性和多功能性
與大多數(shù)其他已上市的解決方案不同，Cubis® II 內(nèi)置除靜電器的功能可以在購(gòu)買后獲得許可，具有快速、簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的升級(jí)優(yōu)勢(shì)，讓客戶能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境或未來(lái)可能出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)。
此功能可確保用戶始終能夠解決稱重工作中不斷變化的需求。
防止漂移
使用簡(jiǎn)便的內(nèi)置除靜電器消除了稱重值的漂移，用戶在天平的日常使用中可實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。所以，稱重過(guò)程快速，測(cè)量結(jié)果可靠。
防止交叉污染
通過(guò)將容器和樣品的靜電荷全部中和，內(nèi)置除靜電器可防止樣品間的交叉污染，這是其他品牌的天平無(wú)法達(dá)到的。
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