微波消解的原理

1、微波消解的原理1.什么是微波微波是一種電磁波，是頻率在300MHz 300GHz的電磁波，即波長在100cm至1mm范圍內(nèi)的電 磁波，也就是說波長在遠紅外線與無線電波之間。微波波段中，波長在 1- 25cm 的波段專門用于 霄達，其余部分用于電訊傳輸。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，國際上規(guī)定工業(yè)、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)及家用等民用微波的頻率為2450 土 50MHz。因此，微波消解儀器所使用的頻率基本上都是 2450MHz , 家用微波爐也如此。2 微波的特性（1） 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

2、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。（2） 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(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 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。（3）極性分子的物質(zhì)會吸收微波（屬損耗因子嚐奈錨剩紓核岬取 K波的頻率塹姆腫泳哂杏瀾門技？即分子的正負電荷的中心不重合）。極性分

3、子在微波場中隨著微 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。 下面，我們可以進一步理 解微波消解試樣的原理。3.微波消解試樣的原理稱取0. 2克-1.0克的試樣置于消解罐中，加入約 2nd的水，加人適量的酸。通 常是選用HN03、HCI、HF、H202 等，把罐蓋好，放入爐中。當(dāng)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 X 10次，分子來回轉(zhuǎn) 動，與周圍分子相互碰 撞摩擦，分子的總能量增力口，使試樣溫度急劇上升。同時

4、，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。這種加熱方式與傳統(tǒng)的電爐加熱方式絕然不 同。1 ）體加熱。電爐加熱時，是通過熱輻射、對流與熱傳導(dǎo)傳送能量，熱是由外向內(nèi)通過器壁傳給試樣，通過熱傳導(dǎo)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(yīng)，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。女2 氧化 物或硫化 物在微波（2450MHz、00W ）作用下，在 lmin 內(nèi)就能被加熱到攝氏幾百度又如

5、 Mn02 1.5 克在 650W微波加熱lmin可升溫到920K,可見升溫的速率非常之快。傳統(tǒng)的加熱方式 (熱輻射、傳導(dǎo)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) 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(dǎo)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，英“供熱”方式完 全不同，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

6、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。(3) 攪拌。由于試劑與試樣的極性分子都在 2450MHz 電磁場中快速的隨變化 的電磁場 變換取 向，分子間互相碰撞摩擦， 相當(dāng)于試劑與試樣的表面都在不斷更新， 試樣表面不 斷接觸新的試劑， 促使試劑與試樣的化學(xué)反應(yīng)加速進行。交變的電磁場相當(dāng)于高速攪拌 器，每秒鐘攪拌 2. 45 X 10 次，提高了化學(xué)反應(yīng)的速率，使得消化速度加快。由此綜 合，微波加熱快、均勻、過熱、不斷產(chǎn) 生新的接觸表面。有時還能降低反應(yīng)活化能，改變 反應(yīng)動力學(xué)狀況，使得微波消解能力增強，能 消解許多傳統(tǒng)方法難以消解的樣品。由上