实验室微波消解仪的概述以及应用领域

时间：2024-12-11

我们来了解一下微波的特性，从而可以了解什么物质吸收微波?什么物质反射微波?什么物质对微波没有任何影响?
(1)吸收微波的物质
性分子的物质会吸收微波(属损耗因子大的物质)，如：水、酸等。它们的分子具有偶矩(即分子的正负电荷的中心不重合)。性分子在微波场中随着微波的频率而变换取向，来回转动，使分子间相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使温度升高。我们吃的食物，其中都含有水份，水是强性分子，因此能在微波炉中加热。
(2)反射微波的物质
金属材料不吸收微波，只能反射微波。如铜、铁、铝等。用金属(不锈钢板)作微波炉的炉膛，来回反射作用在加热物质上。不能用金属容器放入微波炉中，反射的微波对磁控管有损害。
(3) 穿透微波的物质
绝缘体可以透过微波，它几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、纸张等，它们对微波是透明的，微波可以穿透它们向前传播。这些物质都不会吸收微波的能量，或吸收微波少。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[2]。家用微波炉容器大都是塑料制品。微波密闭消解溶样罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。
工作原理
称取0.2克-1.0克的试样置于消解罐中，加入约2mL的水，加人适量的酸。通常是选用硝酸、盐酸、双氧水等，把罐盖好，放入炉中。当微波通过试样时，性分子随微波频率变换取向，2450MHz的微波，分子每秒钟变换方向2.45×109次，分子来回转动，与周围分子相互碰撞摩擦，分子的总能量增加，使试样温度急剧上升。同时，试液中的带电粒子(离子、水合离子等)在交变的电磁场中，受电场力的作用而来回迁移运动，也会与临近分子撞击，使得试样温度升高。
特性
微波消解仪与普通的电炉加热相比，不仅加热速度快，还具有以下二个特的功能。
(1)体加热功能
电炉加热时，是通过热辐射、对流与热传导传送能量，热是由外向内通过器壁传给试样，通过热传导的方式加热试祥。微波加热是一种直接的体加热的方式，微波可以穿入试液的内部，在试样的不同深度，微波所到之处同时产生热效应，这不仅使加热速，而且均匀。大大缩短了加热的时间，比传统的加热方式既又。如：氧化物或硫化物在微波(2450MHz 、800W)作用下, 在1min内就能被加热到摄氏温度几百度。又如二氧化锰1.5 克在650W微波加热1min可升温到920K，可见升温的速率之快。传统的加热方式(热辐射、传导与对流)中热能的利用部分低，许多热量都发散给周围环境中，而微波加热直接作用到物质内部，因而提高了能量利用率。
(2) 存在过热现象
微波加热还会出现过热现象(即比沸点温度还高)。电炉加热时，热是由外向内通过器壁传导给试样，在器壁表面上很容易形成气泡，因此就不容易出现过热现象，温度保持在沸点上，因为气化要吸收大量的热。而在微波场中，其”供热“方式不同，能量在体系内部直接转化。由于体系内部缺少形成气”泡”的“”，因而，对一些低沸点的试剂，在密闭容器中，就很容易出现过热，可见，密闭溶样罐中的试剂能提供高的温度，有利于试样的消化。
由上讨论可知，加热的快慢和消解的快慢，不仅与微波的功率有关，还与试样的组成、浓度以及所用试剂即酸的种类和用量有关。要把一个试样在短的时间内消解完，应该选择合适的酸、合适的微波功率与时间。
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