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      微波消解技術及其在分析化學中的應用

      發布時間:2020-11-04 09:28所屬分類:化學加入收藏

      【摘 要】微波技術具有取樣時間短、選擇性好、回收率高等優勢,還可以實現自動控制,所以被廣泛應用于設備研究機制討論等領域。微波消解技術是基

        【摘 要】微波技術具有取樣時間短、選擇性好、回收率高等優勢,還可以實現自動控制,所以被廣泛應用于設備研究機制討論等領域。微波消解技術是基于微波技術發展演變而來。通過利用微波消解能夠快速準確地判斷樣品質量,還能夠提高消解速度,減少消解污染的問題。本文針對微波消解技術的主要機制進行分析,明確微波消解技術在化學分析中的實際應用,從而有效推動分析化學的快速發展,為未來微波技術發展作出重要的參考。

        【關鍵詞】微波消解技術;分析化學;應用策略

      化工學報

        引言

        微波主要是指2450Hz頻率微波輻射,在液體中具有較強的穿透力,還能夠促進液體快速吸收,材料物理,產生化學反應和物理反應,微波的熱效應來源于非常快速旋轉的熱力學函數,隨著科學技術的發展,對于微波的控制水平也在不斷提高。在環境監測領域中,通過運用微波消解技術能夠在密閉的空間促進樣品的消解效率,有效減少樣品的揮發,確保分析化學的整體質量全面增強。

        1.微波的加熱原理與特點

        1.1微波加熱原理

        在對物品加熱時,最常見的包括兩種,一種是通過對流傳導輻射的方式,對材料進行加工,這種加工的方式效率非常低,需要等待時間長,另一種則是利用微波加熱,分子以及非極性分子電介質微波電磁場,會形成一個偶極子,隨著高頻交變磁場的快速振動,分子會重新排列組合,并且克服干燥運動和分子的互相作用,產生出快速摩擦放出熱量。微波加熱時冷源加熱與傳統的加熱方式有著本質區別。

        1.2微波加熱的主要特點

        微波加熱具有時效性、整體性、選擇性、高效性、安全性等特點,在微波加熱時,如果微波存在輻射,很快就能夠使物體快速獲得熱量。微波輻射消失加熱也會立即停止,使物料的表面瞬間失去熱量,這也能夠體現出物料加熱對時效性的要求。通過利用微波加熱的方式能夠有效打破傳統加熱耗時耗力的特點。利用高能量的微波,能夠快速穿透物體表面,同時還可以激發物體內部的電磁能量,快速分解形成水分子。在整個加熱的過程中,加熱對象能夠快速變熱,在短時間內傳遞,物體內部加熱效果更加均勻,從而有效滿足工業產業自動化控制發展要求。在微波加熱時,必須要對加熱材料進行嚴格控制,因為材料具有借鑒特征,所以并不是所有材料都能夠通過微波進行加熱,對微波的反饋信息存在顯著差異,根據材料對微波的反饋效果,能夠通過微波反射和微波透明進行分析,實現微波吸收以及部分微波吸收等不同類別。由于熱損和高溫介質占據較多的成分,利用微波加熱和微波吸收變換,可以直接反射微波,因此加熱設備的熱損占總能耗的比例很低。微波的能量效率因微波內部加熱方式的不同而不同,多數微波加熱能源也能轉換成熱量。與傳統的電加熱相比,微波能有效地降低能源消耗,一般加熱燃燒大量的礦物燃料,產生有毒有害的溫室氣體,微波加熱主要利用電能,因此對環境污染很小。微波的非熱效應能夠通過微波輻射物體的方式,確保物體快速活化或抑制,所以微波加熱能夠有效減少對營養的破壞。

        2.微波消解技術在分析化學中的具體應用

        2.1微波消解技術在環境監測中的應用

        微波消解技術具有低能耗低污染的特點,所以在環保領域中能夠發揮重要作用。微波消解技術,是關閉或打開容器的重要測試方法,通過利用分子間相互發生快速碰撞,產生劇烈反應,形成大量氣體,在密閉的溶解罐中形成高壓,使樣品能夠在高溫高壓環境下快速消解。例如在對化學需氧量測定時,通過利用微波消解的方式能夠對水質進行準確監測,因為在利用重鉻酸鉀法檢測水質樣品時,往往會需要更多的樣品以及試劑,整個檢測過程耗時耗力,不包括滴定時間樣品,必須至少保持兩個小時。在環境監測時,通過利用金屬元素的測定,能夠提高環境樣品消解效率,利用微波與其他的分析測試方法相比較而言,能夠對金屬元素、稀土元素和鈣元素進行快速測定。利用微波消解技術還能夠對非金屬元素進行準確測定。但是與鉻酸鉀氧化法相比較而言,微波消解技術對土壤有機碳含量檢測,并沒有突出優勢。

        2.2含水率和其他指標的測試

        利用微波加熱干燥和介電常數測量等方法,可快速測定水分含量,可測定水果、蔬菜、谷物等化學物質的濕度,而且能有效地判斷樣品的總體情況,對于致熱效應和非熱效應的測定,可采用微波快速測定環境毒理學,單向擴散法。

        微波消解技術主要是將樣品封裝在可被微波滲透的高壓密封滅火容器中,以達到使用2450Hz頻率微波輻射處理樣品的目的。 快速溶解樣品,比現有樣品快5-100倍。大大減少所用樣品和試劑的量。封閉作業,可減少揮發和交叉污染。 結果再現性增強; 改善工作環境,保護員工免受酸中毒。滅火后,滅火容器(滅菌箱)容易清洗。可以改變溫度和壓力。 為確定植物溶劑中Pb和Cd,采用了石墨爐原子吸收光譜法,確定植物醫藥材料的冷原子吸收光譜光度計方法。 李強等人用密封PTFE樣品溶解器和家用微波爐用HNO3-H2O2-HF對土壤及沉淀物樣品進行了分析。 Li Gongke等人研究了微波加熱的方法, 整個消解過程只用了兩分鐘,與傳統方法相比,實驗運行時間大大縮短,特別適用于大量試樣的測定。

        3.結語

        隨著現代工業的不斷發展,對食品安全、環境質量檢測的要求越來越高,微波消解作為一項全新的技術,隨著微波技術的迅速發展,其應用領域也越來越廣泛,但在微波消解過程中,最主要的還是要實現微波檢測儀器和手段的通用化、智能化。

        參考文獻

        [1]賀亮.淺談微波消解技術在環境化學分析中的應用[J]. 化工管理. 2019(09).

        [2]任歡.微波消解技術在環境化學分析中的應用探究[J]. 中國石油和化工標準與質量. 2018(10).

        [3]王興啟.研究分析環境化學分析中的微波消解技術[J]. 云南化工. 2017(12).

        作者:程麟棋、丁皓雪

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