White Paper sobre Antiestática

Transcrição

1 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.

2 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 * mm 2 /m) Alumínio 0,028 Cobre 0,017 Aço 0,10-0,20 Vidro Poliestireno (PS) Paper PTFE Polipropileno (PP) Porcelana Referências: 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. 2

3 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 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. 3

4 A 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. 4

5 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. 5

6 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, 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. 6

7 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. Para mais informações Mettler-Toledo Ind. e Com. Ltda. Av. Tamboré, 418 Tamboré Tel.: (11) Fax: (11) Sujeito a mudanças técnicas 08/2013 Mettler-Toledo AG Impresso na Suíça Global MarCom Switzerland