你真正了解“微波消解”嗎?

發(fā)布日期：2020-04-11      瀏覽次數(shù)：9763

          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(yīng)和微波加熱這兩個(gè)特點(diǎn)，決定了其*、快速、低空白的優(yōu)點(diǎn)，但不可避免地帶來(lái)了高壓(可能過(guò)壓的隱患)、消化樣品量小的不足。高壓(可達(dá)100-150bar)、高溫(通常180-240℃)、強(qiáng)酸蒸氣給實(shí)驗(yàn)者帶來(lái)了安全方面的心理壓力?，F(xiàn)在的商品微波消解系統(tǒng)，一般都有測(cè)溫/測(cè)壓甚至控溫/控壓技術(shù)，因此在安全性上已經(jīng)有了較大保證。但作為潛在的用戶(或用戶)，還是應(yīng)該了解一些其特點(diǎn)，不光是為選擇微波消解系統(tǒng)，也是為了更安全地使用，下面羅列的幾點(diǎn)：

　　1、相關(guān)原理

　　 二維雙磁控管技術(shù)的Multiwave PRO，是世界上獲得ETL和GS雙安全認(rèn)證的微波設(shè)備。

　　2、智能整合

　　一鍵式智能整合: 自動(dòng)識(shí)別反應(yīng)腔中的反應(yīng)罐類型、數(shù)量和位置，而且自動(dòng)檢測(cè)溫壓控制系統(tǒng)的安裝。隨后，根據(jù)樣品的特性和當(dāng)量，自動(dòng)檢索應(yīng)用方法數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)能量?jī)?yōu)化數(shù)據(jù)匹配計(jì)算，全過(guò)程智能控制無(wú)需設(shè)定，卻同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、功率調(diào)整曲線的全過(guò)程顯示，0-40罐多目標(biāo)跟蹤實(shí)時(shí)溫度狀況顯示。

　　3、安全泄壓

　　能否及時(shí)安全泄壓關(guān)系到安全性，是重要的。一般微波消解系統(tǒng)的控制方式，是在檢測(cè)到溫度/壓力達(dá)到目標(biāo)溫度/壓力時(shí)停止微波加熱，但實(shí)際消化罐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)并不一定會(huì)立即停止，所以可能造成過(guò)壓，必須能夠及時(shí)安全泄壓。如果不具備泄壓方式，消化罐的耐壓必須遠(yuǎn)大于大工作壓力，才能保證有足夠的安全系數(shù)。目前，主要幾個(gè)進(jìn)口微波消解制造商生產(chǎn)的微波消解罐都采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行被動(dòng)泄壓保護(hù)，Anton Parr(奧地利)和Berghof(德國(guó))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(yīng)罐為單一彈簧自動(dòng)泄壓型，CEM(美國(guó))采用的是防爆膜和彈片泄壓，Sineo(中國(guó))采用防爆膜和爆裂片泄壓。

　　4、測(cè)溫方式

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

　　5、容器材質(zhì)

　　一般有氟塑料類TFM、PTFE、PFA和石英。TFM屬于改性PTFE。熔點(diǎn)320-340℃。除了PTFE的所有優(yōu)點(diǎn)外，還有一些值得注意的特性改進(jìn)：高溫高壓下形變性更小、滲透性更小、高溫下重壓恢復(fù)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(zhì)。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(hù)套)和內(nèi)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(zhì)構(gòu)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(nèi)插消化罐組成，也有的組合罐不用中間層。外殼材質(zhì)有復(fù)合纖維(CEM)、PEEK、高溫陶瓷、Ultem-100(Ultem材料基本已被淘汰)?？蚣苤饕肞FA和高強(qiáng)度工程塑料。內(nèi)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(yōu)缺點(diǎn)比較：組合罐比單一材料的一體的消解罐耐壓高，內(nèi)插消化罐可以取出更換(代價(jià)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(zhǎng)。氟塑料屬于韌性材料，不易爆裂。

　　內(nèi)插消化罐材質(zhì)，用作內(nèi)插消化罐(或一體的消解罐)的材質(zhì)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(diǎn)320-340℃;TFM™ PTFE(簡(jiǎn)稱TFM)：由PTFE添加不到1%的添加物制成，屬于改性PTFE。熔點(diǎn)320-340℃。除了PTFE的所有優(yōu)點(diǎn)外，還有一些值得注意的特性改進(jìn)：高溫高壓下形變性更小、滲透性更小、高溫下重壓恢復(fù)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(diǎn)約308℃，表面光潔度高;石英：很好的熱穩(wěn)定性，熔點(diǎn)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(dú)使用，要加護(hù)套。

　　對(duì)于zui高實(shí)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(shí)才能達(dá)到，通常的消解溫度為170-220℃。

　　三種氟塑料相比，無(wú)疑TFM是上佳消化材質(zhì)，所以目前一般進(jìn)口微波消解系統(tǒng)高壓消解罐的內(nèi)插消化罐都是TFM材質(zhì)。PFA、PTFE一般只能用作中低壓消解容器。當(dāng)然，如果一定要求有透明度，就只能用PFA了。

　　7、護(hù)套材質(zhì)

　　一般有復(fù)合纖維材料、PEEK、陶瓷、Ultem-100，其強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于TFM，但耐酸腐蝕性任何材質(zhì)都無(wú)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(guò)消化容器材質(zhì)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(chǎn)品可以達(dá)到300℃，但不能同時(shí)達(dá)到zui高壓力，300℃下對(duì)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(hù)套或托架等，所以一般也只能達(dá)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(nèi)的壓力主要決定于樣品有機(jī)質(zhì)含量、酸的蒸氣壓、溫度。樣品有機(jī)質(zhì)含量越高，消化罐內(nèi)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(fā)性小，溫度一般均為使用硫酸時(shí)才可能達(dá)到，但超過(guò)210℃后極容易損壞消化罐。有時(shí)，針對(duì)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(jī)質(zhì)含量、酸地種類、設(shè)定溫度、消化罐體積、消化罐大工作壓力。對(duì)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(tǒng)的相對(duì)弱點(diǎn)。

　　9、耗材節(jié)約

　　筆者在使用CEM MARS5的微波后發(fā)現(xiàn)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(duì)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(qū)1000多臺(tái)，假如都用的很頻繁，平均每臺(tái)可以節(jié)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(guó)進(jìn)口的，可以節(jié)約不少外匯。

　　10、行業(yè)應(yīng)用

　　醫(yī)藥行業(yè)元素分析方法轉(zhuǎn)換的成本是巨大的、包括儀器采購(gòu)，微波消解方法和ICP方法開發(fā)、檢測(cè)項(xiàng)目確定、培訓(xùn)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(biāo)是讓技術(shù)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(guò)程。CEM公司分析化學(xué)產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理Jason Keith說(shuō)：“CEM廣泛豐富的內(nèi)置培訓(xùn)教程和預(yù)編程方法可幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

　　可用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，環(huán)保，衛(wèi)生檢驗(yàn)，冶金，地質(zhì)，醫(yī)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(fā)射光譜儀、原子熒光儀、ICP-質(zhì)譜儀、以及陽(yáng)極溶出儀等對(duì)各種試樣中的微量、痕量及超痕量元素的準(zhǔn)確測(cè)定。APL奧譜勒公司的微波消解儀器廣泛應(yīng)用在這些領(lǐng)域!