解析微波消解儀的概述以及應用領域

稱取0.2克-1.0克的試樣置于消解罐中，加入約2mI的水，加入適量的酸。通常是選用HNO3、HCI、HF、H2O2等，把罐蓋好，放入爐中。當微波通過試樣時，極性分子隨微波頻率快速變換取向，2450MHz的微波，分子每秒鐘變換方向2.45×109次，分子來回轉(zhuǎn)動，與周圍分子相互碰撞摩擦，分子的總能量增加，使試樣溫度急劇上升。
　　概述
　　為了防止民用微波功率對無線電通訊、廣播、電視和雷達等造成干擾，上規(guī)定工業(yè)、科學研究、醫(yī)學及家用等民用微波的頻率為2450MHz。因此，上通用的微波消解儀所使用的頻率基本上都是2450MHz，工業(yè)用微波消解儀和家庭用微波爐基本都是在這個赫茲范圍之內(nèi)。
　　，我們來了解一下微波的特性，從而可以了解什么物質(zhì)吸收微波?什么物質(zhì)反射微波?什么物質(zhì)對微波沒有任何影響?
　　(1)吸收微波的物質(zhì)?
　　極性分子的物質(zhì)會吸收微波(屬損耗因子大的物質(zhì))，如：水、酸等。它們的分子具有偶極矩(即分子的正負電荷的中心不重合)。極性分子在微波場中隨著微波的頻率而快速變換取向，來回轉(zhuǎn)動，使分子間相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使溫度升高。我們吃的食物，其中都含有水份，水是強極性分子，因此能在微波爐中加熱。
　　(2)反射微波的物質(zhì)
　　金屬材料不吸收微波，只能反射微波。如銅、鐵、鋁等。用金屬(不銹鋼板)作微波爐的爐膛，來回反射作用在加熱物質(zhì)上。不能用金屬容器放入微波爐中，反射的微波對磁控管有損害。
　　(3) 穿透微波的物質(zhì)
　　絕緣體可以透過微波，它幾乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷、塑料(聚乙烯、聚苯乙烯)、聚四氟乙烯、石英、紙張等，它們對微波是透明的，微波可以穿透它們向前傳播。這些物質(zhì)都不會吸收微波的能量，或吸收微波極少。物質(zhì)吸收微波的強弱實質(zhì)上與該物質(zhì)的復介電常數(shù)有關，即損耗因子越大，吸收微波的能力越強[2]。家用微波爐容器大都是塑料制品。微波密閉消解溶樣罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。
　　工作原理
　　稱取0.2克-1.0克的試樣置于消解罐中，加入約2mL的水，加人適量的酸。通常是選用硝酸、鹽酸、雙氧水等，把罐蓋好，放入爐中。當微波通過試樣時，極性分子隨微波頻率快速變換取向，2450MHz的微波，分子每秒鐘變換方向2.45×109次，分子來回轉(zhuǎn)動，與周圍分子相互碰撞摩擦，分子的總能量增加，使試樣溫度急劇上升。同時，試液中的帶電粒子(離子、水合離子等)在交變的電磁場中，受電場力的作用而來回遷移運動，也會與臨近分子撞擊，使得試樣溫度升高。
　　特性
　　微波消解儀與普通的電爐加熱相比，不僅加熱速度快，還具有以下二個*的功能。
　　(1)體加熱功能
　　電爐加熱時，是通過熱輻射、對流與熱傳導傳送能量，熱是由外向內(nèi)通過器壁傳給試樣，通過熱傳導的方式加熱試祥。微波加熱是一種直接的體加熱的方式，微波可以穿入試液的內(nèi)部，在試樣的不同深度，微波所到之處同時產(chǎn)生熱效應，這不僅使加熱更快速，而且更均勻。大大縮短了加熱的時間，比傳統(tǒng)的加熱方式既快速又效率高。如：氧化物或硫化物在微波(2450MHz 、800W)作用下, 在1min內(nèi)就能被加熱到攝氏溫度幾百度。又如二氧化錳1.5 克在650W微波加熱1min可升溫到920K，可見升溫的速率之快。傳統(tǒng)的加熱方式(熱輻射、傳導與對流)中熱能的利用部分低，許多熱量都發(fā)散給周圍環(huán)境中，而微波加熱直接作用到物質(zhì)內(nèi)部，因而提高了能量利用率。
　　(2) 存在過熱現(xiàn)象
　　微波加熱還會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象(即比沸點溫度還高)。電爐加熱時，熱是由外向內(nèi)通過器壁傳導給試樣，在器壁表面上很容易形成氣泡，因此就不容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，溫度保持在沸點上，因為氣化要吸收大量的熱。而在微波場中，其”供熱“方式不同，能量在體系內(nèi)部直接轉(zhuǎn)化。由于體系內(nèi)部缺少形成氣”泡”的“核心”，因而， 對一些低沸點的試劑，在密閉容器中，就很容易出現(xiàn)過熱，可見，密閉溶樣罐中的試劑能提供更高的溫度，有利于試樣的消化。
　　由上討論可知，加熱的快慢和消解的快慢，不僅與微波的功率有關，還與試樣的組成、濃度以及所用試劑即酸的種類和用量有關。要把一個試樣在短的時間內(nèi)消解完，應該選擇合適的酸、合適的微波功率與時間。
　　如何選擇比較適合的微波消解儀呢?
　　先要根據(jù)測試樣品的類型，確認選擇哪種微波消解儀?按照微波消解儀的耐受壓力范圍，一般分為超高壓、高壓、中壓微波消解儀。一般難消解的樣品，如塑料、涂料等，要選擇超高壓微波消解儀，否則會出現(xiàn)消解不或者損壞儀器的現(xiàn)象。
　　第二根據(jù)每批處理的樣品數(shù)量選擇，批處理1-6個、1-8個、1-12個、1-20個、1-40個。價格也從5萬-25萬。目前高通量20位以上的微波消解儀已經(jīng)普遍認可。
　　第三按溫度監(jiān)測控制方式，分主控罐模式和全罐溫度監(jiān)控模式，目前高通量的微波消解儀多采用全罐監(jiān)控模式，只有部分批處理量在10個以下的微波消解儀采用主控罐模式。
　　應用領域
　　微波消解儀主要用于重金屬元素及有害元素檢測，如鉻、鎘、汞、砷、鉛等。
　　主要應用領域有：
　　(1)環(huán)境，包括大氣、土壤、水等。
　　(2)食品，包括乳制品、糧油、飲料、茶葉等。
　　(3)其他領域，如涂料、塑料、玩具等。