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微波消解仪技术概述及工作原理
2016-04-05 [6254]

    微波是一种频率为300MHZ~300GHZ,波长在1mm~1m 之间的电磁波,微波的基本性质通常呈现为反射、穿透、吸收三个特性。这种电磁波具有可见光的性质,沿直线传播。遇到金属材料时如铜、铁、铝等会像镜子反射。因此,微波腔体均采用金属;遇到绝缘体如玻璃、陶瓷、塑料(聚乙烯、聚苯乙烯)、聚四氟乙烯、石英、纸张等会像光透过玻璃一样顺利穿透它们向前传播。在遇到有极性分子电介质如含有水分的蛋白质、脂肪等介质,微波不能透过,而会被大量吸收能量,并将吸收的电磁能量变为热能。物质吸收微波的强弱实质上与该物质的复介电常数有关,即损耗因子越大,吸收微波的能力越强。

 

    微波是由磁控管产生的,它是个微波发生器,它能产生2450MHz的超短电磁波,即以每秒钟振动频率为24.5亿次的速率不断改变分子极性方向,使分子产生高速的碰撞及摩擦,剧烈的运动产生了大量的热能。被加热的介质一般可分为无极性分子电介质和有极性分子电介质。有极性分子在没有外加电场时不显示极性。如果将这种介质放在外加电场中,每个极性分子会沿着电场力的方向形成有序排列,并在电介质表面会感应出相反的电荷,这一过程称为极化。外加电场越强,极化作用也越强。当外加电场改变方向时,极性分子也随之以相反的方向形成有序排列。


  若外加的是交变电场和磁场,极性分子将被反复交变磁化,交变电场的频率越高,极性分子反复转向的极化也就越快。此时,分子热运动的动能增大,也就是热量增加,食物的温度也随之升高,从而实现了电磁能向热能的转换。传统的食物加热时,热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波加热,则是直接深入食物内部,以内加热的方式加热,所以它的加热速度比其它加热方式快4至10倍,热效率高达80%以上。

 

    微波的应用,除了人们十分熟悉的微波通信之外,还涉及到电视,广播,通讯,医药卫生,公路建设、航空航天、环境保护、能量传送和人们的日常生活等各个方面。在工业领域,微波能已开始用于材料合成、材料烧结、有机物处理、废物利用、杀菌消毒等。微波能在这些领域都有其独特的优点。几十年来,微波已发展成为一门比较成熟的学科,在雷达、通讯、导航、电子等许多领域得到了广泛的应用。

 

    进入二十世纪九十年代,微波能技术又开始高速步入化工、新材料、微电子等高新科技领域,并日益显示出其应用潜力和独特的优越性。近些年来,科学家们通过大量实验研究发现,微波能大大加快许多高分子化合物的合成反应;大大加速某些化合物的分解反应;微波辅助的溶液萃取较之传统的萃取方法可大大缩短时间并获得更多有用成分等等,针对这些现象所开展的大量机理性和实验研究已形成了一门新的交叉科学--微波化学。它是目前国内外发展zui快的一个交叉学科领域之一,具有十分广阔的发展前景。

 

    微波消解技术是利用微波的穿透性和激活反应能力加热密闭容器内的试剂和样品,可使制样容器内压力增加,反应温度提高,从而大大提高了反应速率,缩短样品制备的时间。并且可控制反应条件,使制样精度更高.减少对环境的污染和改善实验人员的工作环境。传统方法采用多孔消化器或消煮炉制备方法,样品的消化时间通常需要数小时以上。即使选用较先进的传统消化器,内配尾气吸收装置,也很难避免消化中尾气泄漏而产生很呛人的气味。采用微波消解系统制样,消化时间只需数十分钟,消化中因消化罐完全密闭,不会产生尾气泄漏,且不需有毒催化剂及升温剂。密闭消化避免了因尾气挥发而使样品损失的情况。微波消解系统制样可用于原子吸收(AA),等离子光谱(ICP),等离子光谱与质谱联机(ICP-MS),气相色谱(GC),气质联用(GC-MS),及其它仪器的样品制备。

 

    目前,市场上的微波消解仪以密闭式为主,密闭式微波消解仪通过显著提高反应速度从而, 快捷地完成样品消解, 而且操作具备一定的灵活性。通常密闭式微波消解仪能同时装载及运转多个高压闭合消解罐,并提供快速、自动的方法来消解甚至是非常难溶的样品。在高温,封闭容器中进行酸消解,不仅大大减少了样品处理时间,而且实现了zui少的酸用量、zui低的背景值及完整的回收率等传统样品处理方式无法比拟的优点。