Artículo sobre soluciones antiestáticas Cargas electrostáticas durante el pesaje: Medidas para evitar errores Generación de carga electrostática Las muestras cargadas electrostáticamente pueden causar dificultades de manipulación y errores de medición en el pesaje. La causa de este problema es una carga neta de la muestra de pesaje que, sin las medidas adicionales necesarias, no se reduce o lo hace muy lentamente. Si los recipientes de pesaje están cargados, atraerán a las cargas opuestas de las superficies metálicas de la cámara de pesaje. Esta atracción entre el recipiente cargado del receptor de carga y las cargas de la cámara de pesaje producen una fuerza adicional que se refleja en la balanza como un aumento del peso. Normalmente, bajo tales influencias, las balanzas tardan un tiempo considerable en estabilizarse y la medición resulta inexacta debido a la fuerza adicional. Fig. 1: Cargas electrostáticas en la cámara de pesaje. Las cargas electrostáticas también alteran el proceso de pesaje si la muestra o la abertura del contenedor de tara están cargadas. Si esto sucede, puede saltar polvo de la espátula al contenedor de tara, convirtiendo cualquier trabajo de precisión en toda una odisea. La separación de cargas se produce por el contacto, por ejemplo, al agarrar o levantar los contenedores de tara. Este fenómeno lo producen materiales con un potente efecto de aislamiento eléctrico, como materiales plásticos como el polipropileno, el policarbonato o el poliestireno, y también el vidrio. Además, unas condiciones externas desfavorables, como un ambiente seco, suelos con una mala conexión a tierra o el uso de guantes de plástico, pueden contribuir a la formación de separación de cargas y, por ende, a la carga electrostática. El efecto negativo en la exactitud y la reproducibilidad de los valores medidos es con frecuencia enorme.
Minimización de la carga electrostática Qué medidas se pueden tomar para contrarrestar la carga electrostática? La forma más sencilla es usar materiales conductores, como los que ya incluyen muchos recipientes de laboratorio de plástico. Con estos recipientes, las cargas causantes de las alteraciones se filtran por el receptor de carga conectado a tierra y la carga desaparece. Tab. 1: Resistencia eléctrica específica (a 20 C): Material Resistencia eléctrica ρ (Ω * mm 2 /m) Aluminio 0,028 Cobre 0,017 Acero 0,10 0,20 Vidrio 10 13 10 17 Poliestireno (PS) 10 14 Papel 10 15 10 16 Polipropileno (PP) 10 17 Porcelana 10 18 Referencias: http://www.formel-sammlung.de/physik/wertetabellen/elektr_widerstand_elektr_leitfaehigkeit.htm http://www.materialarchiv.ch Fig. 2: Embudo de pesaje SmartPrep, ejemplo de un accesorio de pesaje de plástico con propiedades antiestáticas especiales. Lamentablemente, los materiales para los contenedores de tara no se pueden seleccionar con tanta libertad en la mayoría de los casos. Por tanto, también resulta de ayuda asegurarse de que el usuario no contribuya demasiado a la acumulación de carga electrostática con el uso de calzado con aislamiento, o el contacto o sujeción innecesarios del recipiente con guantes protectores. Un ambiente muy seco también propicia la carga de las muestras de pesaje, especialmente en invierno. Si bien una humedad ambiental relativa superior al 50% puede reducir el problema, a menudo no basta para solucionarlo. 2
Medidas para la descarga de contenedores Las influencias causantes de alteraciones entre las diferentes cargas de un contenedor de tara y el interior de la balanza se pueden eliminar más fácilmente mediante el alojamiento del contenedor de tara en una cesta metálica. La cesta metálica actúa como una jaula de Faraday y tiene la ventaja añadida de que mantiene el contenedor de tara protegido y en una posición fija. ofrece una amplia gama de cestas metálicas de este tipo, llamadas ErgoClips. Son muy fáciles de instalar y las hay disponibles para diversos recipientes de laboratorio estándar. Fig. 3: Cesta ErgoClip pequeña, protege de las cargas electrostáticas del contenedor de tara y el interior de la balanza. Perfecta para tubos de ensayo, tubos de centrífuga o tubos para PCR. Cuando los contenedores de tara son de gran tamaño, a menudo no es posible usar cestas metálicas debido al peso y las dimensiones. En este caso, es necesario neutralizar las cargas causantes de las alteraciones en la superficie del recipiente. Existen varias formas de hacerlo: En algunos laboratorios se emplean pistolas antiestáticas de piezocristal para crear iones positivos y negativos al pulsar el gatillo. Estas pistolas disponibles en el mercado resultan eficaces para la descarga. Sin embargo, no son adecuadas para el uso diario, ya que la pistola ha de sujetarse en la mano durante el proceso de pesaje y, además, no hay garantías de que las cargas electrostáticas desaparezcan por completo. Fig. 4: Pistolas antiestáticas para la generación de iones con carga positiva y negativa Los desionizadores que funcionan con alta tensión son más adecuados, dada su integración estructural. Con estos sistemas (denominados "corona"), un campo de alta tensión de corriente alterna produce iones con carga positiva y negativa en sus electrodos, o lo que es lo mismo, moléculas de aire con carga diferente (p. ej., el oxígeno pasa a tener carga negativa y el nitrógeno positiva). Se produce una "nube" de moléculas de aire cargadas alrededor de los electrodos para neutralizar cualquier carga presente en el recipiente. Si bien este método solo funciona dentro de un radio específico alrededor de los electrodos, es más eficaz ahí. 3
ofrece una amplia gama de desionizadores de alta tensión que pueden integrarse en la balanza o colocarse junto a la puerta de la misma. Cuando los recipientes pasan a la cámara de pesaje, atraviesan el electrodo y, por tanto, se descargan. Dependiendo del tamaño del recipiente, se usan electrodos de punto o electrodos universales (estos últimos para producir una nube de mayor tamaño). Estos sistemas se caracterizan por una larga duración en funcionamiento rutinario. Fig. 5: Balanza analítica Excellence Plus XP205 con kit antiestático universal. El tamaño del electrodo universal colocado delante de la puerta de la balanza es perfecto para la descarga de todo tipo de muestras y contenedores de tara. El kit antiestático universal se puede usar con todo tipo de balanzas. Fig. 6: Microbalanza Excellence Plus XP2U con kit antiestático. El electrodo universal pequeño es perfecto para la descarga de muestras y contenedores de tara de tamaño reducido. Fig. 7: Balanza analítica Excellence Plus XP205 con kit antiestático integrado. Con el kit antiestático integrado para balanzas analíticas y microbalanzas XP, el proceso de descarga se sincroniza con la apertura automática de la puerta; es decir, el electrodo de punto se activa automáticamente cuando la puerta se abre y se desactiva cuando la puerta se cierra. 4
El uso de desionizadores de alta tensión también presenta limitaciones. Cuando se trabaja en atmósferas controladas, el receptor de carga no suele tener oxígeno y, por tanto, puede no descargarse. Las tiras de polonio, americio u otros materiales de baja radiación alfa han demostrado su eficacia en dichas atmósferas. La radiación de partículas radiactivas es adecuada para eliminar las cargas causantes de las alteraciones en atmósferas difíciles. Si embargo, la duración media del radiador es tan corta que debe sustituirse cada año y desecharse debidamente como residuo radiactivo. Por lo general, se desaconsejan los desionizadores que se usan en combinación con un ventilador. No se puede descartar el riesgo agitación y dispersión de muestras tóxicas por el espacio de trabajo. Los ventiladores también alteran el resultado de la medición debido a unos tiempos de estabilización más lentos y a unos resultados menos precisos. Medidas para la descarga de muestras Con las sustancias de prueba se producen problemas similares a los de los contenedores de tara. Las sustancias pulverulentas recién secadas en contenedores de plástico pueden cargarse y presentar los típicos saltos de la espátula a otras superficies. También en este caso, los desionizadores de alta tensión aplicados por donde pasan las espátulas cargadas con la muestra han demostrado su eficacia. Fig. 8: Polvo saltando durante la operación de pesaje debido a las cargas electrostáticas. Se puede evitar que las muestras en polvo del interior de cuellos de botella o aberturas de recipientes salten mediante el aumento del tiempo de exposición del recipiente al electrodo del desionizador de alta tensión. 5
Eliminación de la carga en situaciones difíciles Cuando se usan materiales con un potente efecto de aislamiento eléctrico o cuando el pesaje se realiza en muy malas condiciones (suelos con aislamiento, ambiente seco, uso de guantes protectores), es posible que se produzcan cargas incluso con el contacto más leve, por ejemplo, al colocar o sujetar ligeramente el contenedor. En tales casos, puede ser necesario tomar medidas adicionales a las ya mencionadas. El uso de una trenza de tierra entre la espátula y la superficie con conexión de tierra puede resultar útil. En algunos casos, incluso la simple envoltura del contenedor con papel de aluminio no recubierto ayuda a eliminar los efectos causantes de las alteraciones. Si esta medida no funciona, deberá usarse un desionizador de alta tensión multielectrodo, como un electrodo universal de. Además, la muestra deberá permanecer en el área del electrodo durante más tiempo para garantizar la descarga (hasta 20 segundos). Fig. 9: Descarga de la muestra durante la dosificación manual en una microbalanza. El electrodo universal pequeño es perfecto para la descarga de muestras y contenedores de tara de tamaño reducido. La descarga bajo una corriente de aire, como en cabinas de seguridad en las que las partículas de aire cargadas se apartan rápidamente de la corriente de aire, es una tarea difícil y agotadora. En este caso resulta de ayuda colocar la muestra o el contenedor entre los electrodos en la dirección de la corriente de aire y prolongar el tiempo de descarga. Fig. 10: Cabina de pesaje de seguridad con balanza analítica Excellence Plus. 6
Resumen Las cargas electrostáticas causan problemas con la manipulación de las muestras, resultados de pesaje inexactos y tiempos de pesaje más prolongados. En este sentido, se han analizado varias medidas eficaces que deberán aplicarse en el siguiente orden (clasificado por esfuerzo y coste) hasta eliminar el problema: La balanza y el receptor de carga deben tener siempre una conexión a tierra. Deben usarse recipientes de laboratorio con materiales conductores, como los embudos de pesaje SmartPrep. El contenedor de tara debe alojarse en una cesta metálica (jaula de Faraday), como ErgoClips. Debe usarse un desionizador de alta tensión. En el caso de recipientes y cantidades de muestra de tamaño reducido, será suficiente un electrodo de punto; en el caso de recipientes de mayor tamaño, es más adecuado usar un electrodo universal. En el caso de recipientes de un material con un potente efecto de aislamiento, debe aumentarse el tiempo de exposición al electrodo del desionizador. Debe evitarse el contacto innecesario con el recipiente, especialmente si se llevan guantes protectores. Si es posible, deben usarse pinzas de pesaje. Debe usarse una tira de polonio o un material similar a excepción del oxígeno. Si es posible, debe mantenerse una humedad ambiental relativa superior al 50%. En situaciones difíciles, no se debe usar calzado con aislamiento eléctrico (use calzado o trenzas de tierra). No se deben colocar los recipientes en el borde de un receptor de carga. www.mt.com/lab-antistatic Para más información Mettler Toledo AG CH-8606 Greifensee, Switzerland Teléfono: +41-44-944 22 11 Fax: +41-44-944 30 60 Sujeto a modificaciones técnicas 08/2013 Mettler-Toledo AG Impreso en Suiza 30097143 Global MarCom Switzerland