微量天平是用于称量少量样品的高精度精密分析仪器。为了达到这种高精度,中和静电荷非常重要,尤其是在粉末样品、离心管、烧瓶和烧杯中。
赛多利斯的Cubis® II大量程微量天平的内置除静电器采用4个设计精妙的喷嘴和独特的技术解决方案可实现快速、完全放电。
静电产生的原理
什么是静电？
从科学的角度讲,静电学描述了静止电荷的物理性质。它们可以通过库仑定律进行解释,库仑定律描述了两个静止的带电粒子之间的力(F)。这两个粒子之间的力与其电荷(q1 和q2)的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比(r2,见方程1)。这就是说,电荷越大,力越大,而两个粒子之间的距离越大,产生的力越小。
方程1
作用力取决于电荷的符号。如果它们是不同的,则作用力是负的,此时,两个粒子之间会有吸引力。在相反的情况下,对于两个相同的电荷,则会产生一个正的力,此时,两个粒子间则会互相排斥(图1)。
图1.库仑定律的图解说明
哪些因素促进了静电释放？
静电荷是指由于电子的转移而积聚在物体表面的电荷。这种电子转移会造成物体表面电荷不平衡,从而产生静电。例如,在用手套触摸烧杯时,即使是很轻微的接触也足以通过摩擦转移电子。
图2.空气湿度对静电的产生起着至关重要的作用
静电电荷可以通过各种方式和其他重要因素促进形成(图2)。环境因素,如低湿度和干燥的空气,对增强静电荷积累起着至关重要的作用。
对于静电在称重过程中造成问题的情况,保持空气湿度在50% 以上(最好在60% 以上)至关重要。适当的湿度水平将有助于减轻静电电荷的影响,并提高称重过程的准确性。
称重过程中静电效应是如何发生的？
称重过程中,静电效应可以通过几种方式产生。下表(表1)列出了其中一些方式。
表1.一些(称重过程中)静电来源的清单,以及其起因和后果
称重过程中产生静电荷的一个原因是摩擦起电效应,摩擦起电效应是指当两种不同的材料接触然后分离时发生的电荷转移现象。这种电荷分离会在这两种材料之间产生电势差,从而产生静电,例如人用手套触摸玻璃容器时。这种影响也会发生在硝酸纤维素膜等过滤膜上,或者塑料容器等不同的容器上(如离心管等)。
静电效应对称重结果有哪些影响？
天平的所有称重系统均会受到静电效应的影响,但主要是会对读数精度低于0.1 mg 的天平的称重值产生重大影响。
Cubis® II 天平上的所有表面均导电并与质量—电势有关。带有较多电荷的物体更容易被吸引到天平的上表面,这种吸引力会使天平对带较多电荷的物体显示出较小的重量值。带电荷的小型或短小宽大的物体更容易被天平的下表面吸引,这种吸引力会使天平对带电的小型/ 短小宽大物体显示出更大的重量值。
由于对表面的吸引力不是恒定的力,称重值将在一定时间内向一个方向漂移。因此,称重过程的速度会减慢或导致错误的结果。
Cubis® II 如何在称重过程中防止静电影响
1
非磁性材料
Cubis® II 大量程微量天平的样品支架、称重盘和基板均由钛制成,钛是一种顺磁性过渡金属,因此没有磁性。所有由钛制成的材料均不会对任何带静电的容器或样品产生影响。这样称重系统便不易受到静电的影响,从而实现更快、更准确的称重。
2
防风罩/ 法拉第笼
Cubis® II 大量程微量天平的另一个重要功能是带有导电涂层的防风罩,它将称重室转变为法拉第笼,尽可能地减少或防止静电的影响。这便意味着外部静电荷完全没有可能影响称重系统。
3
除静电器
在称重过程中,防止静电影响的理想方法是使用内置除静电器。
赛多利斯强大可用的除静电器
高性能除静电器
Cubis® II 大量程微量天平配有4 个电离喷嘴(图3 中用黄色标记)。喷嘴这样布置可以确保以有效的方式快速将任何类型的容器或防风罩内的样品放电,无论是过滤膜等小体积物体还是容量瓶等大体积物体。
图3.Cubis® ll 大量程微量天平MCA66,4个电离喷嘴用黄色圈出
最多可节省45% 的时间
设置选项" 开门除静电",可以节省45% 的测量时间。此设置下,一打开防风罩的门即可激活内置的除静电器,这样就可以节省时间,并在天平的周围额外释放电荷。
通过对比实验,方法一将一个带静电的样品放在天平上,然后去皮,测量天平达到稳定状态所需的时间,指示去皮需要的最快时间。方法二通过使用简便的设置,在门打开时激活了内置除静电器。当防风罩关闭时,使用除静电的标准装置重复了此项操作。随后,对这两个时间进行了比较,以证明使用自动除静电器带来的影响。
结果如图4 所示。对于不同的检测容器,可以节省多达45% 的测量时间。
图4.通过使用Cubis® ll MCA66S内置除静电器的自动除静电装置节省时间
使用简便、全新的创新型内置除静电器装置不仅节省了测量时间,还对天平周围区域进行了放电,进一步减少了可能通过样品(如过滤膜)、电子设备、衣服等产生的外部静电。
与其他品牌的天平比较
带静电的样品或容器可能难以称重。例如,使用手套、称量粉末时或低湿度环境中时可能会产生静电,天平读数不稳定和测量值漂移,从而导致称重速度缓慢且结果不准确。
实验的测量方式是,样品,包括一个10 mL 烧杯、一个100 mL 烧杯和一个表面皿,在使用电场仪测量电荷前进行充电。将带电样品放置在称量室中,并启动除静电器。显示值稳定后便立即取出样品并再次测定剩余的电荷。在使用Cubis® II MCA66S 进行测量时,通过开门激活除静电的方式对内置除静电器进行了检测。
表2显示,不同带电样品的电离总是会导致MCA66S 完全放电,这一点可以通过扫描表2 中的QR 码观察到。
表2.内置除静电器的比较
针对外部静电场的检测表明,Cubis® II MCA66S 并未受到影响。以数字表示的最大偏差如表3所示。
表3.外部静电场检测结果
由于四个电离喷嘴和技术解决方案,所以可以实现完全放电,即使在安装内部防风罩的情况下也可以实现。
此外,Cubis® II MCA66S 的所有玻璃部件(导流罩)的导电涂层可防止外部静电的影响。
残留在容器表面的电荷可能导致交叉污染,例如残留的样品,最终会导致实验结果不准确和不可靠。为了防止出现这种问题,赛多利斯Cubis® II 的内置除静电器非常重要,因为它可以确保完全放电(如表2所示)。上述技术解决方案有助于防止和有效消除静电,加快称重过程并消除污染风险。
结论
精准且准确的称重
内置除静电器、涂层防风罩以及除静电器在门打开时启动的设置优势等技术有效地中和了样品和容器表面的静电荷,即使在粉末、离心管和烧杯等带电环境中也能确保得到准确可靠的称重结果。
节省时间
与其他解决方案相比,设置选项的优点是可节省多达45% 的测量时间。这种高效的放电过程消除了电荷测量造成的延迟,从而提高了实验室的生产力。
适应性和多功能性
与大多数其他已上市的解决方案不同,Cubis® II 内置除静电器的功能可以在购买后获得许可,具有快速、简单且经济高效的升级优势,让客户能够适应不断变化的环境或未来可能出现的新挑战。
此功能可确保用户始终能够解决称重工作中不断变化的需求。
防止漂移
使用简便的内置除静电器消除了称重值的漂移,用户在天平的日常使用中可实现快速测量。所以,称重过程快速,测量结果可靠。
防止交叉污染
通过将容器和样品的静电荷全部中和,内置除静电器可防止样品间的交叉污染,这是其他品牌的天平无法达到的。
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