你真正了解“微波消解”嗎?

發布日期：2020-04-11      瀏覽次數：9372

          微波消解通常是指利用微波加熱封閉容器中的消解液(各種酸、部分堿液以及鹽類)和試樣從而在高溫增壓條件下使各種樣品快速溶解的濕法消化(也有敞開容器微波消解的，不予討論)。密閉容器反應和微波加熱這兩個特點，決定了其*、快速、低空白的優點，但不可避免地帶來了高壓(可能過壓的隱患)、消化樣品量小的不足。高壓(可達100-150bar)、高溫(通常180-240℃)、強酸蒸氣給實驗者帶來了安全方面的心理壓力。現在的商品微波消解系統，一般都有測溫/測壓甚至控溫/控壓技術，因此在安全性上已經有了較大保證。但作為潛在的用戶(或用戶)，還是應該了解一些其特點，不光是為選擇微波消解系統，也是為了更安全地使用，下面羅列的幾點：

　　1、相關原理

　　 二維雙磁控管技術的Multiwave PRO，是世界上獲得ETL和GS雙安全認證的微波設備。

　　2、智能整合

　　一鍵式智能整合: 自動識別反應腔中的反應罐類型、數量和位置，而且自動檢測溫壓控制系統的安裝。隨后，根據樣品的特性和當量，自動檢索應用方法數據庫，自動能量優化數據匹配計算，全過程智能控制無需設定，卻同時實現溫度、壓力、功率調整曲線的全過程顯示，0-40罐多目標跟蹤實時溫度狀況顯示。

　　3、安全泄壓

　　能否及時安全泄壓關系到安全性，是重要的。一般微波消解系統的控制方式，是在檢測到溫度/壓力達到目標溫度/壓力時停止微波加熱，但實際消化罐內的化學反應并不一定會立即停止，所以可能造成過壓，必須能夠及時安全泄壓。如果不具備泄壓方式，消化罐的耐壓必須遠大于大工作壓力，才能保證有足夠的安全系數。目前，主要幾個進口微波消解制造商生產的微波消解罐都采取了相應的措施進行被動泄壓保護，Anton Parr(奧地利)和Berghof(德國)采用的是金屬防爆膜，PreeKem(屹堯)采用的是塑料防爆膜，Milestone(意大利)的反應罐為單一彈簧自動泄壓型，CEM(美國)采用的是防爆膜和彈片泄壓，Sineo(中國)采用防爆膜和爆裂片泄壓。

　　4、測溫方式

　　測溫方式按照與消化罐內部接觸與否可分為：接觸式(光纖測溫)、非接觸式(紅外測溫)和鉑金電阻測溫。三種方式各有利弊，用戶可從檢測準確性、樣品檢測的均一性、檢測速度等因素分別考察。在測壓方式上，分為接觸式測壓和非接觸式測壓。

　　5、容器材質

　　一般有氟塑料類TFM、PTFE、PFA和石英。TFM屬于改性PTFE。熔點320-340℃。除了PTFE的所有優點外，還有一些值得注意的特性改進：高溫高壓下形變性更小、滲透性更小、高溫下重壓恢復性更好、很高的表面光潔度;。PFA盡管半透明，但其zui高使用溫度不如PTFE。因此，TFM是消化容器的主要材質。PTFE消解罐只能做中高壓，而TFM消解罐可以做超高壓微波消解。

　　6、容器選擇

　　組合罐的外殼(護套)和內插消化罐(insert)可以分開。一體罐可能是單一材料制成，但也可能有1種、2種或3種材質構成，但已組合為一體，不能拆開。組合罐一般有外殼、框架(中間層)、內插消化罐組成，也有的組合罐不用中間層。外殼材質有復合纖維(CEM)、PEEK、高溫陶瓷、Ultem-100(Ultem材料基本已被淘汰)。框架主要用PFA和高強度工程塑料。內插消化罐直接與樣品、酸接觸，耐酸、耐溫和高壓性能是首要考慮。

　　兩者優缺點比較：組合罐比單一材料的一體的消解罐耐壓高，內插消化罐可以取出更換(代價小)。但組合罐需要拆裝，外殼耐酸性能總是不如氟塑料，有的外殼高溫下有脆性。一體罐不需要拆裝，但成本較大、厚重、降溫慢。單一材料一體罐只能由TFM或PTFE，耐酸、使用壽命長。氟塑料屬于韌性材料，不易爆裂。

　　內插消化罐材質，用作內插消化罐(或一體的消解罐)的材質一般有4種，PTFE、TFM™ PTFE、PFA、石英，前三種都屬于氟塑料類型。PTFE：聚四氟乙烯，熔點320-340℃;TFM™ PTFE(簡稱TFM)：由PTFE添加不到1%的添加物制成，屬于改性PTFE。熔點320-340℃。除了PTFE的所有優點外，還有一些值得注意的特性改進：高溫高壓下形變性更小、滲透性更小、高溫下重壓恢復性更好、很高的表面光潔度;PFA：即全氟代烷氧乙烯，半透明，熔點約308℃，表面光潔度高;石英：很好的熱穩定性，熔點很高，但是在高壓下易碎，也不能在使用HF制樣的情況下。石英消化罐不能單獨使用，要加護套。

　　對于zui高實用使用溫度，TFM和PTFE一樣為260℃。PFA比前兩者低10-20℃。石英的使用溫度盡管可以很高，但受到密封件、托架等材料的限制，一般石英消解容器的zui高使用溫度為300℃。zui高使用溫度一般都是在使用硫酸時才能達到，通常的消解溫度為170-220℃。

　　三種氟塑料相比，無疑TFM是上佳消化材質，所以目前一般進口微波消解系統高壓消解罐的內插消化罐都是TFM材質。PFA、PTFE一般只能用作中低壓消解容器。當然，如果一定要求有透明度，就只能用PFA了。

　　7、護套材質

　　一般有復合纖維材料、PEEK、陶瓷、Ultem-100，其強度均遠大于TFM，但耐酸腐蝕性任何材質都無法與TFM、PTFE、PFA等氟塑料相比。

　　8、消化罐

　zui高溫度  zui高工作溫度不可能超過消化容器材質的zui高使用溫度。因此260℃一般是所有氟塑料消化罐的zui高使用溫度。雖然有些公司的產品可以達到300℃，但不能同時達到zui高壓力，300℃下對氟塑料消化容器的使用壽命肯定有影響。石英消化容器的zui高工作溫度可以很高，但受制于其護套或托架等，所以一般也只能達到300℃。通常，絕大部分微波消解在160-220℃即可完成。

　　大壓力 消化罐內的壓力主要決定于樣品有機質含量、酸的蒸氣壓、溫度。樣品有機質含量越高，消化罐內壓力越大。

　　消解用酸或者堿液 微波消解通常使用硝酸、鹽酸、硫酸和雙氧水等。硫酸揮發性小，溫度一般均為使用硫酸時才可能達到，但超過210℃后極容易損壞消化罐。有時，針對某些樣品(硅鋁合金)常使用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液消化處理。

　　消解品量 不同種類的消化罐大可消解樣品量不同。大可消解樣品量決定于樣品有機質含量、酸地種類、設定溫度、消化罐體積、消化罐大工作壓力。對微波密閉消解，大可消解樣品量較少始終是所有微波消解系統的相對弱點。

　　9、耗材節約

　　筆者在使用CEM MARS5的微波后發現只要將外套上下端都套上半透明的那種套子就可以減少酸和壓力對它的磨損，在大量使用的情況下可以減少損耗3/4。CEM在華南區1000多臺，假如都用的很頻繁，平均每臺可以節約5000元左右的外套損耗，將近可以省下500W，這些外套全是美國進口的，可以節約不少外匯。

　　10、行業應用

　　醫藥行業元素分析方法轉換的成本是巨大的、包括儀器采購，微波消解方法和ICP方法開發、檢測項目確定、培訓和文檔等。某些樣品消解很容易，但像一些包含生物分子的原料樣品就不那么容易了。CEM 公司的目標是讓技術員走到微波消解儀前、安全快速的組裝消解罐、添加適量的樣品和酸試劑、并置入微波消解儀腔體中完成消解全過程。CEM公司分析化學產品線產品經理Jason Keith說：“CEM廣泛豐富的內置培訓教程和預編程方法可幫助實現這一目標。”

　　可用于工業，農業，環保，衛生檢驗，冶金，地質，醫藥，化工等部門各種試樣的消解;特別適用于用原子光譜如原子吸收儀、ICP-發射光譜儀、原子熒光儀、ICP-質譜儀、以及陽極溶出儀等對各種試樣中的微量、痕量及超痕量元素的準確測定。APL奧譜勒公司的微波消解儀器廣泛應用在這些領域!