Le cariche elettrostatiche e il loro effetto sulla pesata

La comprensione delle cariche elettrostatiche e dei loro effetti è fondamentale per ottenere risultati di pesata di alta qualità. Ove possibile, è necessario intraprendere azioni preventive per ridurre o eliminare l'accumulo di cariche elettrostatiche in campioni o contenitori di pesata, per evitare errori, instabilità o risultati lenti.

Cos'è una carica elettrostatica?

Una carica elettrostatica è un accumulo di cariche elettriche sulla superficie di un materiale non conduttivo.

Come gestire i campioni statici

I più recenti sviluppi tecnologici consentono alle bilance analitiche di ultima generazione di rilevare automaticamente la presenza di cariche elettrostatiche durante la pesata. L'ampiezza di questa forza può essere misurata e registrata. Sfruttando un modulo ionizzatore integrato, queste cariche elettrostatiche possono essere eliminate per evitare che influiscano sul risultato della pesata. Dato che il ciclo di rilevazione dell'energia statica viene eseguito mentre la bilancia si stabilizza e richiede solo pochi secondi, non provoca ritardi nella produzione del risultato della pesata.

Vantaggi per l'utente della bilancia

StaticDetect™ semplifica la gestione dei campioni e dei contenitori caricati elettrostaticamente, rendendo il processo più efficiente per chi usa la bilancia e garantendo la massima accuratezza e i risultati di pesata più attendibili.

Libro bianco: Cariche elettrostatiche e operazioni di pesata

I campioni e i contenitori caricati elettrostaticamente possono essere difficili da pesare e spesso causano problemi legati alla stabilità della bilancia o alle variazioni delle misure. Questo libro bianco spiega come:

Prevenire l'accumulo delle cariche elettrostatiche

Dissipare le cariche elettrostatiche dopo la loro generazione

Riconoscere l'effetto negativo che le cariche elettrostatiche hanno sulle operazioni di pesata

Scegliere il metodo appropriato per la deionizzazione dei campioni/contenitori

Le bilance analitiche XPR semplificano la gestione dei campioni statici, sfruttando la rilevazione e l'eliminazione automatiche delle influenze elettrostatiche per garantire la massima accuratezza e i risultati di pesata più attendibili.

Scaricate il libro bianco "Cariche elettrostatiche e operazioni di pesata"

Comprendere le cariche elettrostatiche

L’attrito è il modo più comune in cui vengono generate le cariche elettrostatiche, ad esempio:

Asciugatura di un becher di vetro con un panno
Manipolazione di un matraccio con guanti usa e getta
Disimballaggio di un recipiente di laboratorio da una busta di plastica
Riempimento di un recipiente con materiale sciolto (prodotto sfuso)

La presenza di cariche elettrostatiche spesso è riconoscibile da:

Difficoltà di stabilizzazione della bilancia
Deriva delle letture di misura
Non ripetibilità dei risultati di misura
Tuttavia vi sono casi in cui è possibile ottenere una lettura affidabile anche in presenza di una forza elettrostatica netta, il che rende difficile o impossibile identificare gli effetti delle cariche elettrostatiche.

► Scaricate la guida "Test elettrostatico" per stabilire la presenza di cariche elettrostatiche

Il valore ottenuto potrebbe essere maggiore o inferiore rispetto al peso reale (perché le cariche generate possono essere negative o positive e attirarsi o respingersi vicendevolmente)
Sono stati osservati errori di 1 - 100 mg (che sono particolarmente significativi quando si pesano campioni piccoli)
Le polveri secche sono molto sensibili alle cariche elettrostatiche e quindi difficili da pesare.

Le cariche elettrostatiche si dissipano nel tempo. La velocità di dissipazione viene influenzata dalla conducibilità della superficie del corpo caricato, che è a sua volta influenzata dall'umidità dell'aria e dalla contaminazione della superficie.
La dissipazione della carica può richiedere alcuni secondi o minuti, oppure diverse ore in un’atmosfera asciutta (umidità relativa < 40%).
La dissipazione della carica può anche essere più lenta se vengono utilizzati buoni isolanti, come vetro borosilicato o materie plastiche da laboratorio.
Un matraccio in vetro non può caricarsi con l'80% di umidità relativa.
Tuttavia, anche quando l’umidità dell’aria è elevata, i contenitori in PTFE continuano a presentare significativi errori di pesata per diversi minuti.

Dissipazione delle cariche elettrostatiche

Di seguito si trovano alcuni consigli per l'implementazione di soluzioni pratiche:

1. Prevenire l’accumulo di cariche elettrostatiche

Utilizzare materiali trattati elettricamente conduttivi o antistatici: contenitori in plastica e vetro si caricano velocemente e non sono quindi materiali ideali
Evitare il contatto fra materiali differenti durante la manipolazione
Evitare inutili movimentazioni del contenitore, specialmente quando si indossano guanti protettivi
Aumentare l'umidità dell’aria (valore ottimale: 45-60%)
Assicurarsi che la bilancia e il piatto di pesata siano collegati elettricamente alla massa
Evitare di indossare calzature elettricamente isolanti

2. Ridurre le forze generate dalle cariche elettrostatiche

Per la manipolazione dei contenitori di tara utilizzare un "ErgoClip", che funge da gabbia di Faraday e scherma elettricamente il campione durante la pesata
Utilizzare un contenitore di tara più piccolo
Assicurarsi che il campione sia posizionato centralmente sul piatto di pesata
Utilizzare un tappetino conduttivo

3. Dissipare le cariche elettrostatiche

Utilizzare uno ionizzatore ad alta tensione (interno o esterno) per scaricare i campioni
Utilizzare una fonte radioattiva per ionizzare l'aria

Tuttavia, il modo migliore per controllare le cariche elettrostatiche consiste nel non generarle.

► Per ulteriori informazioni, è possibile scaricare il libro bianco "Cariche elettrostatiche e operazioni di pesata"

StaticDetect™ è un'innovativa funzione brevettata pensata per aiutare chi utilizza le bilance e ha problemi con le cariche elettrostatiche ed è disponibile sulle bilance XPR di METTLER TOLEDO. Prevede la rilevazione automatica della presenza di una carica elettrostatica sul contenitore di tara e/o sul campione mediante l'uso di un sensore. In caso di rilevazione di una carica elettrostatica, viene misurata la portata del suo effetto sul risultato della pesata. Se si supera il limite definito dall'utente viene generato un avviso. Un'icona sul terminale della bilancia indica la presenza di cariche elettrostatiche.

Questa tecnica è immune dalle interferenze elettromagnetiche e funziona su un intervallo ampio.
Può essere impiegata con successo in qualsiasi ambiente di laboratorio, anche in condizioni difficili, come in cappe aspiranti o sistemi di contenimento.
Esistono dei metodi alternativi per la rilevazione delle cariche elettrostatiche di un oggetto, ma nessuno di essi è in grado di stimare l'ENTITÀ dell'influenza delle cariche sul valore di peso riportato.

Il ciclo di rilevazione delle cariche elettrostatiche ha inizio automaticamente non appena il campione viene posizionato sulla bilancia e il paravento si chiude. Dato che il ciclo di rilevazione dell'energia statica viene eseguito insieme alla pesata, solitamente durante la stabilizzazione della bilancia, e richiede solo pochi secondi, non provoca ritardi nella produzione del risultato.

Si integra un elettrodo concentrico sotto il piatto di pesata collegato alla massa e viene applicato un segnale di tensione di CA. La semionda positiva del segnale d'onda quadrato genera cariche positive sull'elettrodo (a). Il semiciclo negativo dell'onda quadrata genera portatori di cariche negative sull’elettrodo negativo (b). La differenza nel risultato di misura fra le due situazioni (a e b) può essere attribuita alla forza elettrostatica (F_E). Questa sarà pari a zero se il campione o il contenitore non sono caricati elettrostaticamente. Con questo metodo il sensore è in grado di determinare il peso reale del campione.

Forza attrattiva - cariche elettrostatiche

(a): una forza attrattiva agisce tra l'oggetto misurato e l'elettrodo. Il componente verticale di questa forza viene aggiunto al peso e influenza il risultato di misura rendendolo superiore a quello effettivo.

Forza repulsiva - cariche elettrostatiche

(b): una forza repulsiva agisce tra l'oggetto misurato e l'elettrodo. Il componente verticale di questa forza viene sottratto dal peso e influenza il risultato di misura rendendolo inferiore a quello effettivo.

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