摘要
實驗室有許多因在秤盤、去皮容器和/或被秤樣品上施加靜電力而導致稱量結果錯誤的示例。在下列段落中，我們會首先簡要描述這些靜電荷的物理屬性及行為以及稱量時可導致的錯誤大小。我們描述的超越系列分析天平如何檢測這些力以及如何減小和/或消除這些效應，以獲得的稱量結果。

總結
各種常規(guī)實驗室操作示例表明，靜電力可對待稱材料和秤盤施加力，從而嚴重影響測量結果的度。簡短地介紹靜電物理特點后，將回答下列問題：靜電荷如何產(chǎn)生和消散、超越系列分析天平如何檢測現(xiàn)狀、測量誤差有多大以及如何消除這些電荷以獲得正確的測量結果。

1. 介紹
以下示例描述了在許多實驗室經(jīng)常發(fā)生的情形：
分析天平通常用于將預定量的粉末加入玻璃燒杯，以制備特定濃度的溶液。
例如，將 100ml 的容量瓶放置在秤盤上。一般情況下，燒杯上可能會產(chǎn)生靜電荷，因此在稱量容器內(nèi)誘發(fā)補充電荷。這會導致產(chǎn)生凈引力。
該凈引力可將燒杯拉下，使之顯得重于實際質(zhì)量；或者會將其向上推，使之變得更輕。在干燥空氣狀況下或者空氣控制的環(huán)境中，例如典型的分析實驗室，通常更容易產(chǎn)生電荷，從而導致更大的誤差源。如果天平顯示穩(wěn)定的稱量值，則用戶通過天平去皮和手動粉末加樣繼續(xù)操作，這是個苛刻、相對耗時的步驟。
任一方向的凈引力都會使用戶加入過多或過少的粉末，從而導致錯誤的終溶液濃度。一個典型的示例是，去皮容器上的電荷在一定時間內(nèi)緩慢地釋放至特定環(huán)境內(nèi)，使用戶繼續(xù)添加過多的粉末，從而導致更大的稱量誤差。終溶液濃度將變得非常高，在某些分析測量條件下可產(chǎn)生明顯的效果，導致超差 (OOS) 結果，甚至的重新測試工作。
稱量少量樣品加入大玻璃容器或塑料容器中，這是靜電荷顯著增加稱量結果誤差的典型情況。

2. 靜電荷的物理效果 - 何時的條件特別關鍵？
2.1 靜電力
庫侖定律 [1] 指出電荷施加的相互作用力 FE 表示為：
FE = 1 Q1 Q2 或者簡化為 FE = ke Q1 Q2 [1]
4πε0εr r2 r2
其中：ke 是庫侖常數(shù)
Q 代表兩個物體上的單獨電荷
r 是物體之間的距離
ε0 & εr 是和相對介電常數(shù)

2.2 稱量過程中的靜電力
天平或待稱材料/ 容器上的電荷會產(chǎn)生靜電力。天平測量該力的垂直分量，并將其作為相對于質(zhì)量 Δm 的
質(zhì)量，由以下等式得出：
FE = g Δ m [2]
其中，g 是萬有引力常數(shù)。
這樣，結合 [1] 和 [2]，并考慮到質(zhì)量變化（或者對于稱量結果的總體影響），等式成為：
Δ m = 1
( ke . Q1 Q2 ) [3]

物體（例如，稱量容器）如何產(chǎn)生靜電荷？摩擦是產(chǎn)生靜電荷的常見方式。所有人當然會記得物理課上做的實驗：將玻璃棒與布子摩擦會吸引小紙片或吸起您頭上的頭發(fā)。

可導致物體帶電的典型的實驗室操作包括使用布子擦干玻璃燒杯、佩戴一次性手套接觸測量燒杯。即使從塑料袋中取出實驗容器或者向該容器填充松散的材料，這也足以產(chǎn)生可測量的靜電荷。
靜電荷會隨著時間的流逝而消散。絕緣體的絕緣性能差則消散的速度很快，反之則很慢。大多數(shù)實驗容器和雜物由硼硅酸鹽玻璃制成，這是非常良好的絕緣體。在生產(chǎn)許多實驗室物品時使用的所有塑料都如此。
即使常見的玻璃觀察窗（鈉硅酸鹽玻璃）在干燥條件下也是良好的絕緣體。

2.3 電荷消散
帶電體的表面?zhèn)鲗允怯绊戩o電荷消散率的重要因素之一：表面?zhèn)鲗栽礁邉t靜電荷消散速度越快。除了材料的內(nèi)在屬性外，表面?zhèn)鲗赃€在很大程度上取決于空氣濕度和表面污染程度。在冬季空氣濕度低于45% 的加熱房間操作時需格外謹慎。即使如此，許多塑料在非常潮濕的空氣中仍然是的絕緣體。如果重復稱量相同的樣品產(chǎn)生不同的結果，或者如果所測得的值發(fā)生偏離，這通常意味著靜電荷消散。結果，庫侖力的垂直分量持續(xù)改變，使測量變得困難。

污染、相對濕度和所用材料會影響電荷消散的時間常數(shù)。根據(jù)條件不同，電荷消散需要花費幾秒鐘至幾分鐘時間。在相對濕度為 20% 或更低的干燥受控環(huán)境中，待秤材料上的電荷可持續(xù)多個小時。
3. 靜電力及其對稱量性的影響
利用稱量塑料容器內(nèi)的樣品進行實驗顯示大約幾毫克的測量誤差；根據(jù)公式 [1]，這歸因于庫侖力 FE。但是，在某些場合可能會出現(xiàn)高 100mg 的誤差。因此，在稱量小樣品時可能會發(fā)生嚴重誤差。這一情況通常表現(xiàn)為稱量值的漂移，以及無法獲得可重復的稱量結果。通常采用合適的去靜電措施（例如，使用離子發(fā)生器或讓電荷自然消散）可抵消此擾動。但是在某些情況下（例如，當獲得了穩(wěn)定的稱量值并產(chǎn)生凈靜電荷時）問題很難或者根本注意不到。

在任何場合，自動檢測靜電荷對稱量結果造成的外部影響使天平操作更加簡單、可靠，這已成為稱量技術的一大重要突破。

4. 超越系列分析天平如何檢測靜電荷
內(nèi)置于天平的同心電極位于接地秤盤的下方。在檢測階段使用振幅為大約 60V、頻率為 1.2Hz 的交流
方波。
方波的正半周期在電極上生成正電荷載子。如果待稱材料無電荷載子，則不會由于公式 [1] 而產(chǎn)生靜電力；
稱量單元會測量樣品的實際質(zhì)量。
如果樣品的電荷為負，則在帶有負電荷的待稱材料和電極之間產(chǎn)生瞬間吸引力。稱量單元記錄該力的垂直分量，導致結果超出實際質(zhì)量。該案例如圖 3a 所示。靜電場改變下半周期的符號，因為在電極上生成負電荷載子。此時，待測材料與電極之間相互排斥（圖 3b），使測量結果變得低于有效質(zhì)量。使用相關因子通過兩個值之間的差別測定潛在的測量誤差（圖 4）。圖 4 顯示說明此關系的測量值。
使用帶正電荷的樣品時，則力呈反向。

采用鎖定或同步檢測技術的智能信號處理過程可改進信噪比并抑制干擾。僅以電荷發(fā)生器的激勵頻率進行電荷傳感測量。由于選擇了*的頻率，測量過程僅用數(shù)秒時間并且是在通常的天平穩(wěn)定時間內(nèi)，因此不會減慢用戶的工作。

圖 4：測量值顯示幾十年來實際稱量誤差之間的良好關聯(lián)性。這些點代表使用置于秤盤上不同位置、攜帶不同電荷水平的各種稱量容器進行測量。對電荷傳感器進行校準，以便實際誤差不超出標示誤差。

還存在其他檢測是否帶有靜電荷的方法。但是，這些方法的共同缺點是無法評估靜電荷影響稱量值的程度。
公式 [1] 清楚地說明兩個電荷之間的相互作用力還取決于二者的距離； 因此該力在很大程度上取決于其空間接近性。只有這里列出的測量技術方可彌補這一差距。
與其他方法比較，該測量技術對靜電干擾也很敏感。

5. 超越系列天平新的“ StaticDetect?" 功能
樣品置于秤盤上后，超越系列分析天平自動開始靜電檢測周期，并在發(fā)現(xiàn)待稱材料帶有電荷時向用戶發(fā)出警告。用戶可選擇檢測極限值（單位：g）。第 4 節(jié)中描述的額外步驟不會延誤稱量結果的顯示。
在測量過程中藍色狀態(tài)指示器亮。之后會出現(xiàn)兩種可能的結果：

? 狀態(tài)指示器關閉：稱量值正確，不會因靜電荷而產(chǎn)生誤差。
? 狀態(tài)顯示器開始閃爍：警告靜電荷已明顯影響到稱量結果，顯示屏會顯示錯誤程度。需要采取適當?shù)娜レo電措施（參見第 6 部分）以確保性。

6. 避免靜電力導致稱量誤差的措施
1) 防止靜電荷積聚：
a) 使用具有導電性或結合非靜電處理的材料；
b) 在處理時，（根據(jù)摩擦電序）避免不同材料之間相互接觸；
c) 使接觸面接地；
d) 提 高空氣濕度。在冬季加熱（干燥）的房間頻繁產(chǎn)生靜電荷。在空調(diào)房間，相應地設置空調(diào)裝置（ 45-60%
相對濕度）可提供補償。
2) 減少靜電荷產(chǎn)生的力：
a) 將待稱材料置于秤盤上的法拉第籠內(nèi)來屏蔽電荷。例如，使用梅特勒- 托利多經(jīng)過驗證的易巧稱量
件去皮容器支架；
b) 使用更小的去皮容器；
c) 將待稱材料放到秤盤中央，確保盡可能少的隆起部分超出邊緣；
d) 使用輕質(zhì)的導電襯底增加去皮容器和稱量區(qū)域表面之間的距離。
3) 消散靜電電荷：
a) 使用梅特勒- 托利多的去靜電裝置電離空氣。所有的梅特勒- 托利多去靜電裝置均使用 交流電 (AC)
離子發(fā)生器適用于容器和樣品的*放電，無干擾氣流。
b) 使用去靜電槍，盡管市面上銷售產(chǎn)品并非全部有效；
c) 使用放射性來源（釙 -210，微弱的 X 射線源等）電離空氣，盡管這些測量需遵守特定國家的規(guī)定；
d) 使天平（秤盤）接地。所有配備三針腳電源插頭的梅特勒- 托利多天平都自動接地。

結論
自動檢測由靜電荷導致的擾動可使天平操作更加簡單、可靠，這已成為稱量技術的一大重要突破。通過將現(xiàn)有的稱量單元用于檢測，天平不僅可識別待稱材料上的靜電荷，而且也可通過考慮的幾何形狀提供有關測量誤差大小的詳細信息。這可顯著提高稱量結果的性和可靠性。
用戶應當采用現(xiàn)有的補救措施抑制待稱材料或去皮容器上的靜電荷（參考去靜電措施白皮書）, 例如，減小物體尺寸和表面電阻、屏蔽電場（使用易巧稱量組件）、提高空氣的相對濕度或使用專門的電離設備。