微量天平

微量天平产品白皮书

一、产品简介

微量天平（Micro Balance）是一种专门用于称量极小质量物体的精密称量仪器，其可读性可达1微克（0.001mg）至0.1mg之间，能够在极小的质量范围内实现极高精度的质量测量。微量天平是分析天平的精度向更小量程延伸的产品分支，当分析天平的分度值达到0.01mg（10微克）级时即进入微量天平的范畴。微量天平主要应用于科学研究、高纯材料分析、痕量元素分析、贵金属微量称量和特种化学制品的精密称量等领域。

示意图：微量天平

微量天平按照其量程和分度值大致可分为两个层级：半微量天平（Semi-micro Balance）——最大称量30至100g，分度值10至0.1mg，是分析天平向微称量方向的高级扩展；微量天平（Micro Balance）——最大称量3至30g，分度值1至10微克，应用在研究部门和更精密的称量需求中。部分超微量天平（Ultra-micro Balance）甚至可以达到最大称量0.1至3g、分度值0.1微克的极致精度。微量天平的结构设计与普通分析天平有显著区别：其精密称量室更加紧凑以减少空气对流干扰，传感器系统采用更高灵敏度的电磁力平衡传感器。由于称量精度极高，微量天平对安装环境条件的要求也极为苛刻，通常需要配备专用的防振平台和环境温度恒定控制系统。

二、产品分类

2.1 半微量天平

半微量天平在性能上介于分析天平和微量天平之间，分度值通常为0.01mg（10微克），最大称量30至100g。在药物研发、环境分析和材料科学中应用广泛——当分析天平0.1mg的分度值不足以满足称量精度要求，但微量天平的量程又太小无法容纳样品时，半微量天平是最好的解决方案。典型应用包括药品杂质标准品的称量、PM2.5滤膜称量、微量化学试剂的精确配制等。

2.2 微量天平

微量天平的分度值达到1至10微克级别，最大称量3至30g。主要应用于高精度科研领域，如纳米材料的合成和表征、微量热重分析前的样品准备、法医毒物分析中的标准品配制等。微量天平的传感器设计更加精密，通常采用专用的高灵敏度EMFC传感器配合多级数字信号处理技术，内部分辨率可达1/5000000以上。称量室采用双层壁结构设计以最大限度减少温度波动影响。

2.3 超微量天平

超微量天平是微量天平中的最高等级，分度值达到0.1微克级别，最大称量通常不超过3g。用于最前沿的科学研究领域，如单分子／单颗粒称量、薄膜厚度精确测量、高纯度标准物质的微克级称量等。超微量天平的技术门槛极高，对制造工艺和环境条件的要求也最为严格。传感器的位移检测分辨率达到纳米级别，整个测量系统采用多点温度补偿和气压补偿技术以消除环境因素的干扰。

三、技术参数

典型规格参数

半微量天平：最大称量30至100g，分度值10至0.1mg，重复性误差不超过正负20至80微克，线性误差不超过正负50至0.2mg，稳定时间约6至15秒。微量天平：最大称量3至10g，分度值1至10微克，重复性不超过正负2至5微克，线性误差不超过正负10至30微克，稳定时间约8至20秒。超微量天平：最大称量0.1至3g，分度值0.1至1微克，重复性不超过正负0.25至1微克，稳定时间约15至30秒。

传感器系统参数

工作原理：增强型电磁力平衡传感器；最小感测位移：纳米级（小于10nm）；伺服控制：数字PID控制（16kHz以上更新速率）；A/D转换：多级24至32位Sigma-Delta型转换器；内部分辨率：1/5000000至1/30000000；温度补偿系数不超过0.00015% F.S./摄氏度。

环境要求（比分析天平更为严格）

理想工作温度：20摄氏度正负1摄氏度（半微量），20摄氏度正负0.5摄氏度（微量）；最大温度变化不超过0.5摄氏度/小时（半微量），不超过0.2摄氏度/小时（微量）；相对湿度：45%至70%RH；称量台：专用超防振独立花岗岩台面加气浮减振系统；环境振动满足VC-C级或更高标准；需要安装在无风条件或配备专用防风罩。

四、功能特点

（1）超高精度称量：微量天平的核心竞争力在于其极致的称量精度。通过采用高灵敏度EMFC传感器、精密位移检测技术和多级数字信号处理算法，微量天平能够在微克级别实现稳定可靠的称量。先进的自动校准系统内置E1或E2级标准砝码，可实现在环境变化时自动进行灵敏度和线性校准，校准结果自动存储并可追溯。

（2）抗干扰设计：微量天平采用多项先进的抗干扰设计技术：静电消除系统——内置离子风机消除样品和容器上的静电（静电是微称量中最主要的误差源之一）；温度稳定系统——称量室采用双层壁结构和热隔离设计；抗振动技术——传感器基座的多级减振设计和数字滤波算法有效抑制低频振动干扰；气流屏蔽——紧凑型称量室设计减少空气对流引起的称量波动。

（3）全自动校准系统：内置标准砝码采用无接触式电机驱动，在校准过程中砝码被自动放置在传感器上完成校准。自动校准在以下条件触发：每日首次开机自动校准；设定时间间隔自动触发；环境温度变化大于1摄氏度时自动触发。校准类型包括灵敏度校准、线性校准和温度校准。

（4）精准应用模式：差量称量模式——先在称量舟中称取过量样品，再称量残留物，通过两次称量的差值精确计算转移量（适用于微量样品的精确配制）。滤膜称量模式——为环境监测中大气颗粒物滤膜称量提供专业的重量数据获取流程。统计质量控制模式——实现批量样品的统计称量和过程控制数据的自动采集和分析。

五、适用范围

（1）药物研发与质量控制：活性药物成分（API）的微量称量，特别是在创新药研发早期阶段仅有毫克级样品可用时；药物杂质标准品的称量（杂质含量为ppm级别需要精确到微克的称量来配制标准溶液）；缓控释制剂体外溶出度试验中的微量样品称量。

（2）环境监测与分析：大气环境监测中PM2.5和PM10颗粒物滤膜称量是微量天平的典型应用场景。根据环保标准要求，PM2.5滤膜称量需要在恒温恒湿条件下使用分度值0.01mg或更高的微量天平进行，滤膜采集颗粒前后的质量差通常在0.1mg至数毫克之间。

（3）材料科学与纳米技术：新型纳米材料的合成和表征需要微量天平进行精确的原料配比和产物称量。碳纳米管薄膜和复合材料在沉积前后的微量质量变化测量、催化剂活性的微量热重分析前的样品精确称量都依赖于微量天平。

（4）法医鉴定与刑侦分析：微量天平在法医毒物分析中用于微量毒物和药物的标准品称量配制，在微量物证鉴定中用于微量纤维、油漆碎片和玻璃微珠等痕量物证样品的称量记录。

六、使用注意事项与维护

操作规程：微量天平应始终处于通电状态（即使非工作时间也保持待机）以使传感器内部温度恒定。取放样品时应使用专用微量样品勺和镊子。称量微量粉末状样品时建议使用小型称量舟和防静电装置。称量室的门应轻开轻关避免频繁操作造成气流扰动。每次称量后及时清洁称量盘和称量室防止粉末残留造成交叉影响。

安装条件：必须安装在恒温恒湿的超净实验室中，安装位置的温度波动应控制在正负0.5摄氏度/小时以内。必须采用专业的气浮减振防振台隔离振动。不得安装在靠近门窗和空调通风口的地方，不得阳光直射，远离人员和设备频繁走动的区域。环境振动指标推荐达到VC-C级或更优标准。

日常维护：每日使用前检查天平水平状态并进行内部校准检查。每半个月进行一次重复性测试。每月清洁传感器防尘罩并检查限位保护装置。每季度进行全面系统性能验证（含灵敏度、线性和偏载全项测试）。每年由厂家授权人员或法定计量机构进行彻底检修和系统检定。

示意图：微量天平

规格参数

参数项目	半微量天平	微量天平	超微量天平
最大称量	30g ~ 100g	3g ~ 30g	0.1g ~ 3g
可读性	0.01mg（10μg）	1μg ~ 10μg	0.1μg
重复性（≤）	±0.02mg	±1μg ~ ±5μg	±0.1μg
线性误差（≤）	±0.03mg	±2μg ~ ±10μg	±0.2μg
稳定时间	≤8秒	≤10秒	≤15秒
传感器技术	电磁力平衡（EMFC）	电磁力平衡（EMFC）	电磁力平衡（EMFC）
防风罩	玻璃三面防风罩	全密封玻璃防风罩	全密封超紧凑防风罩
校准	内部/外部校准	内部自动校准	内部自动校准
典型应用	药品杂质称量/PM2.5滤膜称量	痕量元素分析/高纯材料称量	纳米材料/单微粒称量