微波消解儀技術(shù)概述及工作原理

微波消解儀技術(shù)概述及工作原理

微波是一種頻率為300MHZ~300GHZ，波長在1mm~1m 之間的電磁波，微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為反射、穿透、吸收三個(gè)特性。這種電磁波具有可見光的性質(zhì)，沿直線傳播。遇到金屬材料時(shí)如銅、鐵、鋁等會(huì)像鏡子反射。因此，微波腔體均采用金屬；遇到絕緣體如玻璃、陶瓷、塑料（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、石英、紙張等會(huì)像光透過玻璃一樣順利穿透它們向前傳播。在遇到有極性分子電介質(zhì)如含有水分的蛋白質(zhì)、脂肪等介質(zhì)，微波不能透過，而會(huì)被大量吸收能量，并將吸收的電磁能量變?yōu)闊崮堋Ｎ镔|(zhì)吸收微波的強(qiáng)弱實(shí)質(zhì)上與該物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有關(guān)，即損耗因子越大，吸收微波的能力越強(qiáng)。

    微波是由磁控管產(chǎn)生的，它是個(gè)微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生２４５０MHz的超短電磁波，即以每秒鐘振動(dòng)頻率為24.5億次的速率不斷改變分子極性方向，使分子產(chǎn)生高速的碰撞及摩擦，劇烈的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量的熱能。被加熱的介質(zhì)一般可分為無極性分子電介質(zhì)和有極性分子電介質(zhì)。有極性分子在沒有外加電場時(shí)不顯示極性。如果將這種介質(zhì)放在外加電場中，每個(gè)極性分子會(huì)沿著電場力的方向形成有序排列，并在電介質(zhì)表面會(huì)感應(yīng)出相反的電荷，這一過程稱為極化。外加電場越強(qiáng)，極化作用也越強(qiáng)。當(dāng)外加電場改變方向時(shí)，極性分子也隨之以相反的方向形成有序排列。

　　若外加的是交變電場和磁場，極性分子將被反復(fù)交變磁化，交變電場的頻率越高，極性分子反復(fù)轉(zhuǎn)向的極化也就越快。此時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能增大，也就是熱量增加，食物的溫度也隨之升高，從而實(shí)現(xiàn)了電磁能向熱能的轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的食物加熱時(shí)，熱量總是從食物外部逐漸進(jìn)入食物內(nèi)部的。而用微波加熱，則是直接深入食物內(nèi)部，以內(nèi)加熱的方式加熱，所以它的加熱速度比其它加熱方式快4至10倍，熱效率高達(dá)80%以上。
 
    微波的應(yīng)用，除了人們熟悉的微波通信之外，還涉及到電視，廣播，通訊，醫(yī)藥衛(wèi)生，公路建設(shè)、航空航天、環(huán)境保護(hù)、能量傳送和人們的日常生活等各個(gè)方面。在工業(yè)領(lǐng)域，微波能已開始用于材料合成、材料燒結(jié)、有機(jī)物處理、廢物利用、殺菌消毒等。微波能在這些領(lǐng)域都的優(yōu)點(diǎn)。幾十年來，微波已發(fā)展成為一門比較成熟的學(xué)科，在雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、電子等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
 
    進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，微波能技術(shù)又開始高速步入化工、新材料、微電子等高新科技領(lǐng)域，并日益顯示出其應(yīng)用潛力。近些年來，科學(xué)家們通過大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，微波能大大加快許多高分子化合物的合成反應(yīng)；大大加速某些化合物的分解反應(yīng)；微波輔助的溶液萃取較之傳統(tǒng)的萃取方法可大大縮短時(shí)間并獲得更多有用成分等等，針對這些現(xiàn)象所開展的大量機(jī)理性和實(shí)驗(yàn)研究已形成了一門新的交叉科學(xué)--微波化學(xué)。它是目前國內(nèi)外發(fā)展快的一個(gè)交叉學(xué)科領(lǐng)域之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
 
    微波消解技術(shù)是利用微波的穿透性和激活反應(yīng)能力加熱密閉容器內(nèi)的試劑和樣品，可使制樣容器內(nèi)壓力增加,反應(yīng)溫度提高，從而大大提高了反應(yīng)速率,縮短樣品制備的時(shí)間。并且可控制反應(yīng)條件,使制樣精度更高.減少對環(huán)境的污染和改善實(shí)驗(yàn)人員的工作環(huán)境。傳統(tǒng)方法采用多孔消化器或消煮爐制備方法,樣品的消化時(shí)間通常需要數(shù)小時(shí)以上。即使選用較的傳統(tǒng)消化器，內(nèi)配尾氣吸收裝置，也很難避免消化中尾氣泄漏而產(chǎn)生很嗆人的氣味。采用微波消解系統(tǒng)制樣，消化時(shí)間只需數(shù)鐘，消化中因消化罐密閉，不會(huì)產(chǎn)生尾氣泄漏，且不需有毒催化劑及升溫劑。密閉消化避免了因尾氣揮發(fā)而使樣品損失的情況。微波消解系統(tǒng)制樣可用于原子吸收(AA)，等離子光譜(ICP)，等離子光譜與質(zhì)譜聯(lián)機(jī)(ICP-MS)，氣相色譜(GC)，氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)，及其它儀器的樣品制備。
 
    目前，市場上的微波消解儀以密閉式為主，密閉式微波消解儀通過顯著提高反應(yīng)速度從而, 快捷地完成樣品消解, 而且操作具備的靈活性。通常密閉式微波消解儀能同時(shí)裝載及運(yùn)轉(zhuǎn)多個(gè)高壓閉合消解罐，并提供快速、自動(dòng)的方法來消解甚至是難溶的樣品。在高溫，封閉容器中進(jìn)行酸消解，不僅大大減少了樣品處理時(shí)間，而且實(shí)現(xiàn)了少的酸用量、低的背景值及完整的回收率等傳統(tǒng)樣品處理方式的優(yōu)點(diǎn)。