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解析GZ-WXJ-II微波閉式消解儀的微波消解原理
點(diǎn)擊次數(shù):560      更新時(shí)間:2023-08-07

消解儀是種常用的樣品前處理設(shè)備,按自動(dòng)化程度可以分為半自動(dòng)消解儀和自動(dòng)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(chǎn)品,應(yīng)用很廣泛。

 

  電熱消解儀原理

 

  電熱消解儀,包括加熱體,加熱體通過(guò)加熱主電路與交流電源連接形成加熱回路,加熱主電路包括依次串接的空氣斷路器、單相橋整流濾波單元和Buck主電路;還包括設(shè)置在加熱體上的溫度傳感器,溫度傳感器通過(guò)濾波放大單元分別與單片機(jī)和PWM控制驅(qū)動(dòng)單元,單片機(jī)與PWM控制驅(qū)動(dòng)單元相連接,PWM控制驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)單元與Buck主電路相連接;PWM控制驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)采樣電阻對(duì)加熱回路中電流采樣;單片機(jī)的輸出端連接有顯示溫度的輸出設(shè)備,輸入端連接有參數(shù)設(shè)定的輸入設(shè)備 。

 

  采用上述結(jié)構(gòu)后的電熱消解儀采用率開關(guān),實(shí)現(xiàn)輸出率的調(diào)節(jié),繼而可以實(shí)現(xiàn)加熱過(guò)程的控制。

 

   微波消解原理

 

  稱取0.2-1.0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HNO3HCI、HF、H2O2等,把罐蓋好,放入爐中。當(dāng)微波通過(guò)試樣時(shí),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(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí),試液中的帶電粒子(離子、水合離子等)在交變的電磁場(chǎng)中,受電場(chǎng)力的作用而來(lái)回遷移運(yùn)動(dòng),也會(huì)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(shí),是通過(guò)熱輻射、對(duì)流與熱傳導(dǎo)傳送能量,熱是由外向內(nèi)通過(guò)器壁傳給試樣,通過(guò)熱傳導(dǎo)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(nèi)。

 

  在試樣的不同深度,微波所到之處同時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng),這不僅使加熱更快速,而且更均勻。大大縮短了加熱的時(shí)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, 。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(dǎo)與對(duì)流)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(zhì)內(nèi),因而提了能量利用率。

 

  2.過(guò)熱現(xiàn)象

 

  微波加熱還會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象(即比沸點(diǎn)溫度還)。電爐加熱時(shí),熱是由外向內(nèi)通過(guò)器壁傳導(dǎo)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(guò)熱現(xiàn)象,溫度保持在沸點(diǎn)上,因?yàn)闅饣沾罅康臒?。而在微波?chǎng)中,其"供熱"方式不同,能量在體系內(nèi)直接轉(zhuǎn)化。由于體系內(nèi)缺少形成氣"""核心",因而, 對(duì)些低沸點(diǎn)的試劑,在密閉容器中,就很容易出現(xiàn)過(guò)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(chǎng)中快速的隨變化的電磁場(chǎng)變換取向,分子間互相碰撞摩擦,相當(dāng)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(xué)反應(yīng)加速行。交變的電磁場(chǎng)相當(dāng)于速攪拌器,每秒鐘攪拌2.45×109 次,提了化學(xué)反應(yīng)的速率,使得消化速度加快。由此綜合,微波加熱快、均勻、過(guò)熱、不斷產(chǎn)生新的接觸表面。有時(shí)還能降低反應(yīng)活化能,改變反應(yīng)動(dòng)力學(xué)狀況,使得微波消解能力增強(qiáng),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(guān),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(guān)。要把個(gè)試樣在短的時(shí)間內(nèi)消解,應(yīng)該選擇合適的酸、合適的微波率與時(shí)間。