Balança Analítica • Matrix LCMS

As balança analítica é um instrumento de laboratório capaz de medir massa de um corpo. Devemos considerar que massa é a matéria contida em uma determinada região do espaço. E o peso? Peso é: a força com que qualquer massa é atraída (puxada) para o centro de gravidade, pode ser variável com a superfície do planeta e com a distância deste. O peso pode sofrer influências de fatores como velocidade, empuxo, temperatura, magnetismo e eletricidade estática.

Qual o princípio da balança analítica eletrônica?

A funcionalidade de uma balança analítica é medir a massa de um corpo. Nos dias de hoje, a balança mais utilizada é a balança eletrônica, nesse tipo de balança a possibilidade de falha mecânica é muito menor e a sensibilidade a vibração é muito reduzida, quando compara as balanças mecânicas, de um prato ou de dois pratos.

A operação em uma única etapa permite a leitura, em um visor digital, da massa do objeto colocado no prato . A maior parte das balanças possui o recurso da tara, que permite compensar a massa do recipiente, tornando possível a leitura direta da massa do material adicionado.

O princípio usado na balança analítica eletrônica é a aplicação de uma força restauradora eletromagnética ao suporte do prato da balança . O prato fica sobre um cilindro metálico oco, envolto por uma bobina que se ajusta no polo interno de um ímã cilíndrico.

Uma corrente elétrica na bobina cria um campo magnético que suporta ou levita o cilindro, o prato, um braço indicador e o objeto sobre o prato. A corrente é ajustada, de modo que o nível do braço indicador fique na posição nula quando o prato está vazio.

Quando um objeto é colocado no prato da balança, o deslocamento do suporte é compensado. O braço indicador e o próprio prato movem-se para baixo, o que aumenta a quantidade de luz que atinge a fotocélula do indicador de nulidade.

A intensidade da força restauradora é controlada pela corrente que passa pelas bobinas do sistema de compensação eletromagnética, que, por usa vez, é proporcional à massa adicionada.

A corrente da fotocélula é então amplificada e passa a alimentar a bobina, criando assim um campo magnético maior, o que faz o prato voltar à sua posição original.

A corrente necessária para manter o prato e o objeto na posição nula é diretamente proporcional à massa do objeto. Um microprocessador converte a intensidade de corrente em massa, sendo mostrada no visor. As balanças eletrônicas são de vários tipos, com leituras de escala indo desde 0,1 mg (macrobalança) até 0,1 µg (ultra microbalança).

Balança de Laboratório

Nos laboratórios normalmente são utilizados as balanças semi-analíticas (>= 0,001 g) e as analíticas (>= 0,0001 g), balanças semi-micro, micro-balanças e balanças ultra micro.

As balanças para laboratório podem ser divididas em:

Semi- Analítica: 0,001g
Analítica: 0,0001g
Semi-micro: 0,00001g
Micro-balança: 0,000001g
Ultra-micro: 0,0000001g

Políticas de bom uso de balança analítica

Cuidados da Localização da Balança Analítica

Para garantir a confiabilidade e a precisão da sua medida é necessário levar em conta o local onde a balança se encontra, a sala de pesagem precisa ter apenas uma entrada, o mínimo de janelas possível para evitar luz direta e corrente de ar e ser pouco suscetível a choques e vibrações

A bancada onde se encontra a balança precisa estar firmemente apoiada no solo ou fixada na parede, para que transmita o mínimo de vibrações possíveis, ser rígida, não podendo ceder ou vergar durante a pesagem, estar localizada nas posições mais rígidas da construção que são normalmente os cantos das salas e ser anti magnética e protegida das carga eletrostáticas.

Além disso as condições ambientais são muito importantes e recomenda-se:

Manter a temperatura da sala constante
Manter a umidade entre 45 e 60%
Não permitir a incidência de luz solar direta
Não fazer pesagem perto de irradiadores de calor
Evitar fazer a pesagem perto de equipamentos de usam algum tipo de ventilador
Colocar luminárias longe das bancadas, para evitar distúrbios devido a radiação térmica

Cuidados Operacionais com a balança analítica

Sempre verificar o nivelamento da balança
Deixar sempre a balança conectada à tomada e ligada para manter o equilíbrio térmico dos circuitos eletrônicos
Deixar sempre a balança no modo stand by, assim evita a necessidade de um novo tempo de aquecimento chamado também de warm up

Sobre os Frascos de pesagem:

Usar sempre o menor frasco de pesagem possível
Não usar frascos plásticos, quando a umidade estiver abaixo de 30-40%
A temperatura do frasco de pesagem e da amostra a ser pesada devem estar em equilíbrio com a câmara de pesagem.
Nunca tocar os frascos diretamente com os dedos ao colocá-los ou retirá-los da câmara de pesagem.

Sobre o prato de pesagem:

Colocar o frasco de pesagem sempre no centro do prato de pesagem.
Remover o frasco de pesagem do prato de pesagem tão logo termine a operação de pesagem.

Sobre a leitura:

Verificar se o mostrador indica exatamente zero ao iniciar a operação. Tare a balança, se for preciso.
Ler o resultado da operação tão logo o detector automático de estabilidade desapareça do mostrador.

Sobre a calibração:

Calibrar a balança regularmente, principalmente se ela estiver sendo operada pela primeira vez, se tiver sido mudada de local, após qualquer nivelamento e após grandes variações de temperatura ou de pressão atmosférica.

Sobre a manutenção preventiva:

Manter sempre a câmara de pesagem e o prato de pesagem limpos.
Usar somente frascos de pesagem limpos e secos.

Erros comuns encontrados no uso da balança de laboratório

Variação de Temperatura: O mostrador varia constantemente em uma direção

Uma corrente de ar é provocada quando existe diferença de temperatura entre a amostra e o ambiente da câmara de pesagem e essas correntes de ar geram forças sobre o prato de passagem fazendo a amostra parecer mais leve (chamada flutuação dinâmica). Este efeito só desaparece quando o equilíbrio térmico for estabelecido. Além disso, o filme de umidade que cobre qualquer amostra, e que varia com a temperatura, é encoberto pela flutuação dinâmica. Isto faz com que um objeto frio pareça mais pesado ou um objeto mais quente mais leve.

Medidas corretivas:

Nunca pesar amostras retiradas diretamente de estufas, muflas, ou refrigeradores, deixar sempre estabelecer equilíbrio térmico antes.
Deixar sempre a amostra atingir a temperatura do laboratório ou da câmara de pesagem.
Procurar sempre manusear os frascos de pesagens ou as amostras com pinças. Se não for possível, usar uma tira de papel, mas sempre evitar tocar com a mão.
Não tocar a câmara de pesagem com as mãos.
Usar frascos de pesagem com a menor área possível.

Variação de massa: O mostrador indica leituras que aumentam ou diminuem, continua e lentamente.

Isso ocorre devido ao ganho de massa, quando uma amostra possui propriedades higroscópicas (ganho de umidade atmosférica) ou perda de massa por evaporação de água ou de substâncias voláteis.

Medidas corretivas:

Usar frascos de pesagem limpos e secos e manter o prato de pesagem sempre livre de poeira, contaminantes ou gotas de líquidos.
Usar frascos de pesagem com gargalo estreito.
Usar tampas ou rolhas nos frascos de pesagem.

Efeito Eletrostático: O mostrador da balança fica instável e indica massas diferentes a cada pesagem da mesma amostra. A reprodutibilidade dos resultados fica comprometida.

Isso acontece quando o frasco de pesagem está carregado eletrostaticamente. Estas cargas formam-se por fricção ou durante o transporte dos materiais, especialmente os pós e grânulos.

Se o ar estiver seco (umidade relativa menor que 40%) estas cargas eletrostáticas ficam retidas ou são dispersadas lentamente.

Os erros de pesagem acontecem por forças de atração eletrostáticas que atuam entre a amostra e o ambiente. Se a amostra e o ambiente estiverem sob o efeito de cargas elétricas de mesmo sinal [+ ou -] ocorrem repulsões, enquanto que sob o efeito de cargas opostas [+ e -], observam-se atrações.

Medidas corretivas:

Aumentar a umidade atmosférica com o uso de um umidificador ou por ajustes apropriados no sistema de ar condicionado (umidade relativa ideal: 45-60%).
Descarregar as forças eletrostáticas, colocando o frasco de pesagem em um recipiente de metal, antes da pesagem.
Conectar a balança a um “terra” eficiente.

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REFERENCIAS:

AFONSO, J. C. Evolução da balança analítica, Quím. Nova, Vol. 27. Nº 6, 1021-1027, 2004.

ANDRADE, J. C. de; CUSTÓDIO, R. O uso da balança analítica. Revista Chemkeys, Campinas, SP, n. 3, p. 1–3, 2018. DOI: 10.20396/chemkeys.v0i3.9664.