-專業文檔，值得下載!-專業文檔，值得珍藏！-微波消解溶樣技術在冶金化學分析中的應用李潔,張穗忠,宋衛良摘要:微波溶樣技術是世界上最先進的樣品預處理技術之一。介紹了微波消解溶樣技術的基本原理、優點及其在冶金化學分析中的應用。關鍵詞:微波消解溶樣技術；樣品預處理；冶金化學分析；應用鋼鐵研究2006年第34卷第2期近年,微波消解技術取得了長足的進步。實驗室微波樣品處理系統具有能幾十至幾百倍地加快化學反應速度,成為現在最重要的實驗室設備。微波消解溶樣技術作為一種新型的試樣預處理技術,已經成為無機元素分析中試樣預處理的理想方法之一。在化工、塑料、催化劑、能源、合金、礦渣、難溶陶瓷、地礦、藥品、生物等領域的分析檢測得到了廣泛的應用。1微波消解溶樣技術的基本原理1.1微波的特性微波是一種電磁波,是頻率在300MHz300GHz的電磁波。為了防止民用微波功率對無線電通訊、廣播、電視和雷達等造成干擾,國際上規定工業、科學研究、醫學及家用等民用微波的頻率為(2450土50)MHz。因此,微波消解儀器所使用的頻率基本上都是2450MHz。(1)金屬材料不吸收微波,只能反射微波。如銅、鐵、鋁等。用金屬(不銹鋼板)作微波爐的爐膛,來回反射作用在加熱物質上。(2)絕緣體可以透過微波,它幾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、紙張等,它們對微波是透明的,微波可以穿透它們向前傳播。這些物質都不會吸收微波的能量,或吸收微波極少。微波密閉消解溶樣罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。(3)極性分子的物質會吸收微波,如:水、酸等。它們的分子具有永久偶極矩(即分子的正負電荷的中心不重合)。極性分子在微波場中隨著微波的頻率而快速變換取向,來回轉動,使分子間相互碰撞摩擦,吸收了微波的能量而使溫度升高。1.2微波消解試樣的原理稱取0.21.0g的試樣置于消解罐中,加入約2mL的水,加人適量的酸,通常是選用硝酸、鹽酸、氟酸、雙氧水等,把罐蓋好,放入爐中。當微波通過試樣時,極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2.45109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,使得試樣溫度升高。這種加熱方式與傳統的電爐加熱方式絕然不同。(1)體加熱。電爐加熱時,是通過熱輻射、對流與熱傳導傳送能量,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。微波加熱是一種直接的體加熱的方式,微波可以穿入試液的內部,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-專業文檔，值得下載!-專業文檔，值得珍藏！-勻。大大縮短了加熱的時間,比傳統的加熱方式既快速又效率高。傳統的加熱方式(熱輻射、傳導與對流)中熱能的利用部分低,許多熱量都發散給周圍環境中。(2)過熱現象。微波加熱還會出現過熱現象(即比沸點溫度還高)。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,因此就不容易出現過熱現象,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”方式完全不同,能量在體系內部直接轉化。由于體系內部缺少形成氣“泡”的“核心”,因而,對一些低沸點的試劑,在密閉容器中,就很容易出現過熱,可見,密閉溶樣罐中的試劑能提供更高的溫度,有利于試樣的消化。(3)攪拌。由于試劑與試樣的極性分子都在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進行。交變的電磁場相當于高速攪拌器,每秒鐘攪拌2.45109次,提高了化學反應的速率,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,能消解許多傳統方法難以消解的樣品。2微波消解溶樣技術在樣品前處理方法中的優點(1)樣品分解完全。由于分解反應是在高溫、高壓的密閉容器里進行,在應用合理的酸和溶劑,控制最佳壓力和微波加熱時間的條件下,使樣品在無污染和無損失的情況下達到完全分解。(2)溶樣速度快。由于樣品和溶劑的反應是在瞬間吸收微波輻射能量后即產生的,不需傳熱過程,瞬時可達較高的溫度,消除了熱量傳導過程中能量的損失,因而樣品分解所需時間比常規法大大縮短,一般溶樣所需時間不超過20min。(3)分析空白值低。樣品處理是在密閉條件下避免了環境對樣品的污染；因為密閉消解酸不會揮發損失,只使用了極少量的酸,大大降低了分析空白值,減少了試劑帶入的雜質元素的干擾,空白值明顯減少了。(4)安全。樣品分解在密閉容器中進行,同時還有溫度控制和壓力控制,避免了操作過程中的危險。(5)經濟。密閉消化消除了溶劑的揮發,最大限度地發揮了溶劑的作用,因此消耗的試劑量少,加熱時間短,操作簡便,降低了分析成本和減輕了分析工作者的勞動強度。(6)簡便。只需把樣品及溶劑放入消解罐內,調整好所需要的壓力,設定好加熱時間即可進行微波消解。(7)污染少。由于樣品消解是在密閉容器里進行的,沒有酸霧的泄漏,消除了對環境和人員的污染。3微波消解溶樣技術在冶金分析中的應用微波溶樣技術是世界上最先進的樣品預處理技術之一,它結合高壓消解和微波快速加熱兩方面的性能,與傳統的溶樣方法相比,具有樣品消解快、試劑耗用量少、空白值低、避免揮-專業文檔，值得下載!-專業文檔，值得珍藏！-發損失和回收完全等突出優點,在冶金化學分析領域已越來越受到廣泛關注。寶鋼、鞍鋼、武鋼、馬鋼等冶金行業的大型企業均引進了微波消解儀器,并將微波消解技術應用于冶金化學分析檢測。微波消解技術在冶金化學分析中的具體應用在以下幾個方面。3.1在冶金金屬樣品中的應用要加快金屬樣品的溶解,微波消解是非常有效的方法。因為在樣品表面形成防酸層時,溶解可能會停止,而微波明顯地避免了反應鈍化。鋼鐵是含有不同量的碳、錳、鎳、鉻和其他元素的鐵基合金,用微波消解溶解都沒有困難,并可容易和安全的進行溶解。由于鋼鐵材料的品種繁多,沒有一個對各種類型的鋼鐵樣品都合適的微波消解溶樣方法。以高碳鉻鐵為例:(1)稱取0.2g樣品置于80mL的高壓罐中,加少量水潤濕；(2)加入3mL高氯酸(質量分數為70%),2mL磷酸(質量分數85%),2mL氟酸(質量分數40%)(3)微波消解時間20min,10min溫度達到220,在200220之間保存10min。(4)冷卻后,移入容量瓶中用去離子水稀釋至刻度。3.2在冶金產品微、痕量分析中的應用隨著新產品、新鋼種的開發和利用,對鋼中微、痕量元素的分析也越來越受到重視。微、痕量分析的要求是空白低、背景低。微波消解樣品預處理技術是微、痕量分析時樣品處理的首選方式。在高溫、封閉容器中進行酸消解,不僅大大減少了樣品處理時間,而且實現了最少的酸用量、最低的背景值及完整的回收率等傳統樣品處理方式無法比擬的優點。以測量鋼鐵樣品中的痕量鈣為例:鋼鐵樣品中的含鈣量一般都很低。而在自然界,鈣普遍存在,水中、試劑中、燒杯中都含有一定的鈣,采用傳統方法處理時,測量的空白值較高,測量結果不穩定,很難準確測量樣品中的痕量鈣。采用微波消解技術預處理樣品,鈣的空白很低,接近于水的空白。(1)稱取0.2g樣品置于80mL的高壓罐中,加少量水潤濕；(2)加入5mL王水(試劑均為優級純)；(3)微波消解時間15min,5min溫度達到200,在180200之間保存10min；(4)冷卻后,移入容量瓶中用去離子水稀釋至刻度。3.3在冶金原材料分析中的應用冶金原材料中因含有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等成分難于溶解,傳統的預處理方法是酸溶再堿熔或堿熔,往往花費大量的時間和藥品,而用微波消解時只消耗少量的酸,時間一般30min左右。鉻鐵礦是眾所周知的難溶試樣,傳統濕法溶解往往溶解不完全,測試精度無法保證,采用微波消解技術時加入硫磷混酸和少量助