消解儀是種常用的樣品前處理設備,按自動化程度可以分為半自動消解儀和自動消解儀;按照原理可以分為電熱消解儀和微波消解儀,目前都有成熟的產品,應用很廣泛。
微波消解原理
稱取0.2克-1.0克的試樣置于消解罐中,加入約2mI的水,加人適量的酸。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,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。這種加熱方式與傳統(tǒng)的電爐加熱方式然不同。
(1)體加熱。電爐加熱時,是通過熱輻射、對與熱傳導傳送能量,熱是由外向內通過器壁傳給試樣,通過熱傳導的方式加熱試祥。微波加熱是種直接的體加熱的方式,微波可以穿入試液的內,
在試樣的不同深度,微波所到之處同時產生熱效應,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。如:氧化物或硫化物在微波(2450MHz 、800W)作用下, 在1min內就能被加熱到攝氏幾百度。又如Mn02 1.5 克在650W微波加熱1min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、傳導與對)中熱能的利用分低,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內,因而提了能量利用率。
(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
)。電爐加熱時,熱是由外向內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,能量在體系內直接轉化。由于體系內缺少形成氣"泡"的"核心",因而, 對些低沸點的試劑,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的溫度,有利于試樣的消化。
(3)攪拌。由于試劑與試樣的性分子都在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反應加速行。交變的電磁場相當于速攪拌器,每秒鐘攪拌2.45×109 次,提了化學反應的速率,使得消化速度加快。由此綜合,微波加熱快、均勻、過熱、不斷產生新的接觸表面。有時還能降低反應活化能,改變反應動力學狀況,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。
由上討論可知,加熱的快慢和消解的快慢,不僅與微波的率有關,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。要把個試樣在短的時間內消解,應該選擇合適的酸、合適的微波率與時間。
應用域
可以應用到消解、萃取、蛋白質水解等多種分析化學的樣品前處理作中,另外微波有機合成也以其的應用優(yōu)勢將取代傳統(tǒng)的合成方法。諸如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譜聯(lián)用儀液相色譜儀,氣相色譜儀等分析儀器的樣品制備,越來越多的實驗室采用了微波樣品處理系統(tǒng)來替代耗時、費力、污染嚴重的方法。
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