White Paper sobre Antiestática
Cargas Eletrostáticas Durante a Pesagem:
Medidas para a Prevenção de Erros
Geração de carga eletrostática
As amostras carregadas eletrostaticamente podem causar dificuldades de manuseio e erros de medição
na pesagem. A causa disso é uma carga líquida do material de pesagem que, sem medidas adicionais,
não é reduzida ou é reduzida apenas lentamente. Se os recipientes de pesagem estão carregados, as
cargas polares opostas sobre as superfícies metálicas da câmara de pesagem são atraídas por elas.
Esta atração entre o recipiente carregado no prato de pesagem e as cargas sobre a câmara de pesagem
produzem uma força adicional que a balança mede como suposto peso extra. Normalmente, sob tais
influências, as balanças levam um longo tempo para estabilizar e a medição é imprecisa devido à força
perturbadora adicional.
Fig. 1: Cargas eletrostáticas na câmara de pesagem.
Cargas eletrostáticas também podem perturbar o processo de pesagem se a amostra ou a abertura
do recipiente for carregada. Quando isso acontece, o pó pode “saltar” da espátula sobre o recipiente,
causando problemas de precisão.
As separações de carga são causadas, por exemplo, por fricção, quando os recipientes são presos ou
elevados. Elas são causadas por materiais que têm um efeito forte de isolamento como os materiais
plásticos como polipropileno, policarbonato ou poliestireno e também o vidro. Além disso, condições
externas desfavoráveis tais como seca atmosférica, pisos sem proteção antiestática e uso de luvas
de plástico podem contribuir para a formação de separação de carga e, consequentemente, carga
eletrostática. O efeito negativo sobre a precisão e a reprodutibilidade dos valores medidos são geralmente
muito grandes.
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Minimização da carga eletrostática
O que pode ser feito para balancear a carga eletrostática? O modo mais simples é usar materiais condutivos
como aqueles já oferecidos em muitos recipientes plásticos de laboratório. Com esses recipientes, as cargas
perturbadoras drenam a carga que é eliminada através de um prato de pesagem aterrado.
Tab. 1: Resistência elétrica específica (a 20 °C):
Material
Resistência elétrica ρ
(Ω * mm2/m)
Alumínio
0,028
Cobre
0,017
Aço
0,10-0,20
Vidro
1013–1017
Poliestireno (PS)
1014
Paper
1015–1016
PTFE
1016
Polipropileno (PP)
1017
Porcelana
1018
Referências:
http://www.formel-sammlung.de/physik/wertetabellen/elektr_widerstand_elektr_leitfaehigkeit.htm
http://www.materialarchiv.ch
Fig. 2: Funil de pesagem SmartPrep, um exemplo de funil de plástico com propriedades antiestáticas especiais para auxiliar na pesagem.
Infelizmente, os materiais dos recipientes não podem ser aleatoriamente selecionados para muitas das
aplicações. Portanto, o funil também ajuda a assegurar que o usuário não adicione estática devido ao uso de
calçados com isolamento e também à fricção causada pelo manuseio do recipiente com luvas de proteção.
Uma atmosfera muito seca também provoca carga em amostras de pesagem, especialmente no inverno. A
umidade relativa de 50% pode reduzir o problema, no entanto, este fator isolado nem sempre é a solução.
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METTLER TOLEDO
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Medidas para descarregar recipientes
Influências perturbadoras entre cargas diferentes do recipiente e do interior de uma balança podem, na maioria
das vezes, ser eliminadas ao se proteger o recipiente com um cesto de metal. Um cesto de metal funciona
como uma gaiola de Faraday e tem a vantagem de prender o recipiente com segurança em uma determinada
posição.
A METTLER TOLEDO oferece uma variedade de cestos de metal ou ErgoClips. Estes cestos são fáceis de instalar
e estão disponíveis para uma variedade de recipientes laboratoriais padronizados.
Fig. 3: Cesto ErgoClip, pequeno, protegendo das cargas eletrostáticas provenientes do recipiente no interior da balança.
Ideal para tubos de PCR, tubos de ensaio ou tubos para centrífugas.
Já em recipientes maiores, o uso do cesto de metal não é possível devido ao seu peso e à sua dimensão.
Nesse caso, as cargas perturbadoras sobre a superfície do recipiente devem ser neutralizadas. Existem
várias formas de se fazer isso. Em alguns laboratórios, as pistolas antiestáticas piezo-crystal são utilizadas
para criarem íons positivos e negativos quando o gatilho é puxado. Enquanto tais pistolas comercialmente
disponíveis são eficientes na descarga, elas não são adequadas para o uso diário, pois como seu uso é
manual, não há garantia de que as cargas eletrostáticas sejam completamente eliminadas.
Fig. 4: Pistolas antiestáticas para gerar íons carregados positiva ou negativamente.
Deionizadores que operam em alta voltagem são mais adequados porque estão estruturalmente integrados.
Com os chamados sistemas de corona, uma região de alta voltagem com corrente alternada produz íons
em seus eletrodos, isto é, as moléculas de ar são carregadas de forma diferente (por exemplo, o oxigênio
se torna negativo e o nitrogênio positivo). Uma “nuvem” é produzida ao redor dos eletrodos para neutralizar
qualquer carga no recipiente. Pelo fato de que isso somente funciona dentro de um raio específico ao redor dos
eletrodos, ele é mais eficiente lá.
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METTLER TOLEDO
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A METTLER TOLEDO oferece uma variedade de deionizadores de alta voltagem que podem ser integrados à
balança ou posicionados pela porta da balança. Quando os recipientes passam pela câmara de pesagem eles
se movem para além do eletrodo e são descarregados Dependendo do tamanho de cada recipiente, eletrodos
de ponto ou eletrodos em U são usados, sendo que este último produz uma nuvem maior. ­Tais sistemas são
caracterizados por uma vida útil longa nas operações de rotina.
Fig. 5: Balança analítica Excellence Plus XP205 com kit antiestático universal. O tamanho do eletrodo em U posicionado na frente da
porta da balança é ideal para descarregar todos os tipos de amostras e recipientes. O kit universal antiestático pode ser usado com todos
os tipos de balança.
Fig. 6: Microbalança Excellence Plus XP2U com kit microantiestático. O eletrodo pequeno em U é ideal para descarregar pequenas
amostras e contentores de tara.
Fig. 7: Balança analítica Excellence Plus XP205 com kit antiestático integrado. Com o kit antiestático integrável para a XP analítica
e para as microbalanças, o processo de descarga é sincronizado com a abertura automática da porta, isto é, o eletrodo de ponto é
automaticamente ligado quando a porta é aberta e desligado quando a porta é fechada.
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Entretanto, o uso de deionizadores também tem seus limites. Ao trabalhar em atmosferas controladas, o
receptor de carga geralmente perde oxigênio e, portanto, não pode ser descarregado. Faixas de polônio,
amerício ou outros materiais fracos em radiação alfa têm-se mostrado eficientes em tais atmosferas. A radiação
de partícula radioativa é apropriada para eliminar cargas perturbadoras em atmosferas difíceis, entretanto,
o período de vida útil do radiador é tão curto que ele deve ser substituído após um ano e adequadamente
descartado como lixo radioativo.
O uso simultâneo de deionizadores e ventiladores não é recomendado. O risco de agitação ou sopro de
amostras tóxicas na bancada de trabalho não pode ser descartado. Ventiladores também perturbam os
resultados da medição por provocarem períodos de estabilização mais curtos e resultados menos precisos.
Medidas para descarregar amostras
Problemas semelhantes àqueles com recipientes também ocorrem com substâncias de teste. Apenas as
substâncias em pó nos recipientes plásticos podem ser carregadas e mostram o salto típico da espátula para
outras superfícies. Neste caso, deionizadores de alta voltagem se mostraram muito eficazes.
Fig. 8: “Salto” do pó durante operação de pesagem acionada por cargas eletrostáticas.
Amostras em pó no interior de garrafas ou aberturas de recipientes podem ser impedidas de saltarem
elevando-se o tempo gasto pelo recipiente nas proximidades do eletrodo deionizador de alta voltagem.
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Eliminação de carga em casos difíceis
Quando materiais com grande efeito de isolamento são usados ou pesados em condições insatisfatórias
(pisos isolados, secura atmosférica, uso de luvas de proteção), é possível reduzir cargas por meio de uma
leve fricção, como soltar ou segurar levemente o recipiente. Em tais casos, podem-se exigir outras medidas
além das que já foram mencionadas. Uma faixa de aterramento entre a espátula e a superfície aterrada pode
ser útil. Às vezes, até mesmo embrulhar o recipiente com uma folha de alumínio não revestido é o suficiente
para eliminar efeitos perturbadores. Se esse procedimento não funcionar, um deionizador multieletrodo de alta
voltagem, tal como um eletrodo em U da METTLER TOLEDO, deve ser usado. Além disso, a amostra deve ser
mantida por mais tempo na região do eletrodo, até 20 segundos, para garantir a descarga.
Fig. 9: Descarga da amostra durante a dosagem manual na microbalança. O eletrodo pequeno em U é ideal para descarregar pequenas
amostras e recipientes.
A descarga sob fluxo de ar, em câmaras de segurança em que as partículas carregadas são rapidamente
afastadas do fluxo de ar, é um procedimento difícil e cansativo. O posicionamento da amostra ou do recipiente
entre os eletrodos na direção do fluxo de ar e a ampliação do período de descarga ajudam neste caso.
Fig. 10: Câmaras para pesagem segura com balança analítica Excellence Plus.
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Resumo
Cargas eletrostáticas causam problemas no manuseio de amostras, além de resultados imprecisos de
pesagem e maior tempo de pesagem. Medidas eficazes foram discutidas e devem ser implantadas na
sequência seguinte, classificadas por esforço e custo, até que o problema seja eliminado:
• A balança e o prato de pesagem devem estar sempre aterrados.
• Utilização de recipientes laboratoriais com materiais condutivos, como funis de pesagem SmartPrep.
• Proteção do contentor de tara com cesto de metal (gaiola de Faraday), tais como os ErgoClips.
• Utilização de um deionizador de alta voltagem. Com pequenos recipientes e poucas quantidades de
amostra, um eletrodo de ponto integrado será o suficiente, com recipientes maiores, o uso de um eletrodo
em U é mais adequado.
• Para recipientes com materiais que têm um forte efeito de isolamento, o tempo no eletrodo ionizador
aumenta.
• Evitar fricção desnecessária do recipiente, especialmente ao usar luvas de proteção. ­Utilização de pinças
de pesagem quando possível.
• Utilização de uma faixa de polônio ou material semelhante com exceção do oxigênio.
• Se possível, mantenha a umidade relativa acima de 50%.
• Em caso de padrões repetitivos, não use calçados isolados eletronicamente (ou use sapatos e pulseiras
antiestáticos).
• Não coloque recipientes na borda do prato de pesagem.
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