摘要
实验室有许多因在秤盘、去皮容器和/或被秤样品上施加静电力而导致称量结果错误的示例。在下列段落中，我们会首先简要描述这些静电荷的物理属性及行为以及称量时可导致的错误大小。我们描述的超越系列分析天平如何检测这些力以及如何减小和/或消除这些效应，以获得准确的称量结果。

总结
各种常规实验室操作示例表明，静电力可对待称材料和秤盘施加力，从而严重影响测量结果的准确度。简短地介绍静电物理特点后，将回答下列问题：静电荷如何产生和消散、超越系列分析天平如何检测现状、测量误差有多大以及如何消除这些电荷以获得正确的测量结果。

1. 介绍
以下示例描述了在许多实验室经常发生的情形：
分析天平通常用于将预定量的粉末加入玻璃烧杯，以制备特定浓度的溶液。
例如，将 100ml 的容量瓶放置在秤盘上。一般情况下，烧杯上可能会产生静电荷，因此在称量容器内诱发补充电荷。这会导致产生净引力。
该净引力可将烧杯拉下，使之显得重于实际质量；或者会将其向上推，使之变得更轻。在干燥空气状况下或者空气控制的环境中，例如典型的分析实验室，通常更容易产生电荷，从而导致更大的误差源。如果天平显示稳定的称量值，则用户通过天平去皮和手动粉末加样继续操作，这是个苛刻、相对耗时的步骤。
任一方向的净引力都会使用户加入过多或过少的粉末，从而导致错误的zui终溶液浓度。一个典型的示例是，去皮容器上的电荷在一定时间内缓慢地释放至特定环境内，使用户继续添加过多的粉末，从而导致更大的称量误差。zui终溶液浓度将变得非常高，在某些分析测量条件下可产生明显的效果，导致超差 (OOS) 结果，甚至大量的重新测试工作。
称量少量样品加入大玻璃容器或塑料容器中，这是静电荷显著增加称量结果误差的典型情况。

2. 静电荷的物理效果 - 何时的条件特别关键？
2.1 静电力
库仑定律 [1] 指出电荷施加的相互作用力 FE 表示为：
FE = 1 Q1 Q2 或者简化为 FE = ke Q1 Q2 [1]
4πε0εr r2 r2
其中：ke 是库仑常数
Q 代表两个物体上的单独电荷
r 是物体之间的距离
ε0 & εr 是和相对介电常数

2.2 称量过程中的静电力
天平或待称材料/ 容器上的电荷会产生静电力。天平测量该力的垂直分量，并将其作为相对于质量 Δm 的
质量，由以下等式得出：
FE = g Δ m [2]
其中，g 是万有引力常数。
这样，结合 [1] 和 [2]，并考虑到质量变化（或者对于称量结果的总体影响），等式成为：
Δ m = 1
( ke . Q1 Q2 ) [3]

物体（例如，称量容器）如何产生静电荷？摩擦是产生静电荷的zui常见方式。所有人当然会记得物理课上做的实验：将玻璃棒与布子摩擦会吸引小纸片或吸起您头上的头发。

可导致物体带电的典型的实验室操作包括使用布子擦干玻璃烧杯、佩戴一次性手套接触测量烧杯。即使从塑料袋中取出实验容器或者向该容器填充松散的材料，这也足以产生可测量的静电荷。
静电荷会随着时间的流逝而消散。绝缘体的绝缘性能差则消散的速度很快，反之则很慢。大多数实验容器和杂物由硼硅酸盐玻璃制成，这是非常良好的绝缘体。在生产许多实验室物品时使用的所有塑料都如此。
即使常见的玻璃观察窗（钠硅酸盐玻璃）在干燥条件下也是良好的绝缘体。

2.3 电荷消散
带电体的表面传导性是影响静电荷消散率的重要因素之一：表面传导性越高则静电荷消散速度越快。除了材料的内在属性外，表面传导性还在很大程度上取决于空气湿度和表面污染程度。在冬季空气湿度低于45% 的加热房间操作时需格外谨慎。即使如此，许多塑料在非常潮湿的空气中仍然是*的绝缘体。如果重复称量相同的样品产生不同的结果，或者如果所测得的值发生偏离，这通常意味着静电荷消散。结果，库仑力的垂直分量持续改变，使测量变得困难。

污染、相对湿度和所用材料会影响电荷消散的时间常数。根据条件不同，电荷消散需要花费几秒钟至几分钟时间。在相对湿度为 20% 或更低的干燥受控环境中，待秤材料上的电荷可持续多个小时。
3. 静电力及其对称量准确性的影响
利用称量塑料容器内的样品进行实验显示大约几毫克的测量误差；根据公式 [1]，这归因于库仑力 FE。但是，在某些场合可能会出现zui高 100mg 的误差。因此，在称量小样品时可能会发生严重误差。这一情况通常表现为称量值的漂移，以及无法获得可重复的称量结果。通常采用合适的去静电措施（例如，使用离子发生器或让电荷自然消散）可抵消此扰动。但是在某些情况下（例如，当获得了稳定的称量值并产生净静电荷时）问题很难或者根本注意不到。

在任何场合，自动检测静电荷对称量结果造成的外部影响使天平操作更加简单、可靠，这已成为称量技术的一大重要突破。

4. 超越系列分析天平如何检测静电荷
内置于天平的同心电极位于接地秤盘的下方。在检测阶段使用振幅为大约 60V、频率为 1.2Hz 的交流
方波。
方波的正半周期在电极上生成正电荷载子。如果待称材料无电荷载子，则不会由于公式 [1] 而产生静电力；
称量单元会测量样品的实际质量。
如果样品的电荷为负，则在带有负电荷的待称材料和电极之间产生瞬间吸引力。称量单元记录该力的垂直分量，导致结果超出实际质量。该案例如图 3a 所示。静电场改变下半周期的符号，因为在电极上生成负电荷载子。此时，待测材料与电极之间相互排斥（图 3b），使测量结果变得低于有效质量。使用相关因子通过两个值之间的差别测定潜在的测量误差（图 4）。图 4 显示说明此关系的测量值。
使用带正电荷的样品时，则力呈反向。

采用锁定或同步检测技术的智能信号处理过程可改进信噪比并抑制干扰。仅以电荷发生器的激励频率进行电荷传感测量。由于选择了*的频率，测量过程仅用数秒时间并且是在通常的天平稳定时间内，因此不会减慢用户的工作。

图 4：测量值显示几十年来实际称量误差之间的良好关联性。这些点代表使用置于秤盘上不同位置、携带不同电荷水平的各种称量容器进行测量。对电荷传感器进行校准，以便实际误差不超出标示误差。

还存在其他检测是否带有静电荷的方法。但是，这些方法的共同缺点是无法评估静电荷影响称量值的程度。
公式 [1] 清楚地说明两个电荷之间的相互作用力还取决于二者的距离； 因此该力在很大程度上取决于其空间接近性。只有这里列出的测量技术方可弥补这一差距。
与其他方法比较，该测量技术对静电干扰也很敏感。

5. 超越系列天平新的“ StaticDetect™” 功能
样品置于秤盘上后，超越系列分析天平自动开始静电检测周期，并在发现待称材料带有电荷时向用户发出警告。用户可选择检测极限值（单位：g）。第 4 节中描述的额外步骤不会延误称量结果的显示。
在测量过程中蓝色状态指示器亮。之后会出现两种可能的结果：

• 状态指示器关闭：称量值正确，不会因静电荷而产生误差。
• 状态显示器开始闪烁：警告静电荷已明显影响到称量结果，显示屏会显示错误程度。需要采取适当的去静电措施（参见第 6 部分）以确保准确性。

6. 避免静电力导致称量误差的措施
1) 防止静电荷积聚：
a) 使用具有导电性或结合非静电处理的材料；
b) 在处理时，（根据摩擦电序）避免不同材料之间相互接触；
c) 使接触面接地；
d) 提 高空气湿度。在冬季加热（干燥）的房间频繁产生静电荷。在空调房间，相应地设置空调装置（ 45-60%
相对湿度）可提供补偿。
2) 减少静电荷产生的力：
a) 将待称材料置于秤盘上的法拉第笼内来屏蔽电荷。例如，使用梅特勒- 托利多经过验证的易巧称量
件去皮容器支架；
b) 使用更小的去皮容器；
c) 将待称材料放到秤盘中央，确保尽可能少的隆起部分超出边缘；
d) 使用轻质的导电衬底增加去皮容器和称量区域表面之间的距离。
3) 消散静电电荷：
a) 使用梅特勒- 托利多的去静电装置电离空气。所有的梅特勒- 托利多去静电装置均使用 交流电 (AC)
离子发生器适用于容器和样品的*放电，无干扰气流。
b) 使用去静电枪，尽管市面上销售产品并非全部有效；
c) 使用放射性来源（钋 -210，微弱的 X 射线源等）电离空气，尽管这些测量需遵守特定国家的规定；
d) 使天平（秤盘）接地。所有配备三针脚电源插头的梅特勒- 托利多天平都自动接地。

结论
自动检测由静电荷导致的扰动可使天平操作更加简单、可靠，这已成为称量技术的一大重要突破。通过将现有的称量单元用于检测，天平不仅可识别待称材料上的静电荷，而且也可通过考虑的几何形状提供有关测量误差大小的详细信息。这可显著提高称量结果的准确性和可靠性。
用户应当采用现有的补救措施抑制待称材料或去皮容器上的静电荷（参考去静电措施白皮书）, 例如，减小物体尺寸和表面电阻、屏蔽电场（使用易巧称量组件）、提高空气的相对湿度或使用专门的电离设备。