微波消解儀的工作原理及應(yīng)用

        消解儀是一種常用的樣品前處理設(shè)備，根據(jù)自動(dòng)化程度可分為半自動(dòng)消解儀和自動(dòng)消解儀；按原理可分為電熱消解儀和微波消解儀。
         1.什么是微波爐？微波是電磁波的一種，是頻率為300MHz-300GHz的電磁波，即波長(zhǎng)在100cm到1mm范圍內(nèi)的電磁波，即波長(zhǎng)介于遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電波之間.在微波頻段，1-25cm波長(zhǎng)的頻段zhuan供小達(dá)使用，其余用于電信傳輸。為防止民用微波功率對(duì)無(wú)線(xiàn)電通信、廣播、電視、雷達(dá)等造成干擾，工業(yè)、科研、醫(yī)藥、家庭用民用微波頻率為2450±50MHz。因此，微波消解設(shè)備使用的頻率基本都是245OMHz，家用微波爐也是如此。
         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）作為微波爐的爐膛，在加熱材料上來(lái)回反射。金屬容器不能放在微波爐中，因?yàn)榉瓷涞奈⒉〞?huì)損壞磁控管。
         (2)絕緣體能傳輸微波，幾乎不吸收微波能量。如玻璃、陶瓷、塑料（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、石英、紙等，它們對(duì)微波是透明的，微波可以穿透它們并向前傳播。這些物質(zhì)都沒(méi)有吸收微波的能量，或者幾乎沒(méi)有吸收微波。物質(zhì)吸收微波的強(qiáng)弱本質(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)[2]。大多數(shù)家用微波爐容器由塑料制成。微波密閉消解樣品溶解罐所用材料有聚四氟乙烯、工程塑料等。
         (3)具有極性分子的物質(zhì)會(huì)吸收微波（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(fù)電荷中心不重疊）。在微波場(chǎng)中，極性分子隨著微波的頻率迅速改變?nèi)∠?，?lái)回旋轉(zhuǎn)，使分子相互碰撞摩擦，吸收微波能量使溫度升高。我們吃的食物中含有水分，而水是強(qiáng)極性分子，所以可以用微波爐加熱。下面，我們可以進(jìn)一步了解樣品微波消解的原理。
         3、微波消解儀工作原理
        稱(chēng)取 0.2g-1.0g 樣品并置于消解中在水箱中加入約2ml的水并加入適量的酸。通常使用HNO3、HCI、HF、H2O2等，將罐蓋好，放入爐內(nèi)。當(dāng)微波通過(guò)樣品時(shí)，極性分子會(huì)隨著微波頻率迅速改變其取向。在 2450MHz 的微波下，分子每秒改變方向 2.45×109 次。樣品溫度急劇上升。同時(shí)，試液中的帶電粒子（離子、水合離子等）在交變電磁場(chǎng)中電場(chǎng)力的作用下來(lái)回運(yùn)動(dòng)，也會(huì)與鄰近的分子發(fā)生碰撞，引起樣品溫度升高。這種加熱方式與傳統(tǒng)的電爐加熱方式*不同。
        微波加熱是一種直接的身體加熱方法。微波可以穿透測(cè)試溶液的內(nèi)部。在樣品的不同深度，微波無(wú)論走到哪里都會(huì)同時(shí)產(chǎn)生熱量。這不僅使加熱更快，而且更均勻。加熱時(shí)間大大縮短，比傳統(tǒng)加熱方式更快更高效。例如，氧化物或硫化物在微波（2450MHz，800W）的作用下，可以在1分鐘內(nèi)加熱到數(shù)百攝氏度。又如1.5克MnO2在650W微波中加熱1分鐘即可加熱到920K，可見(jiàn)加熱速度非常快。傳統(tǒng)的加熱方式（輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流）熱能利用率低，大量熱量散發(fā)到周?chē)h(huán)境中，而微波加熱直接作用于材料內(nèi)部，從而提高了能量利用率。
        消化儀的應(yīng)用
        用于消化、提取、蛋白質(zhì)水解等分析化學(xué)的樣品前處理工作。此外，微波有機(jī)合成將以其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)取代傳統(tǒng)的合成方法。原子吸收光譜儀、原子熒光光譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、高效液相色譜儀、氣相色譜儀等分析儀器的樣品制備，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室采用微波樣品處理系統(tǒng)來(lái)代替時(shí)間-消耗、費(fèi)力和污染的方法。