微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用分析

周欣 李萍 史曉云

摘要：目前，微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中應(yīng)用廣泛。本文在分析了微波消解技術(shù)原理、優(yōu)勢及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了微波消解法在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用效果，為該技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：微波消解技術(shù);環(huán)境化學(xué)分析;環(huán)境監(jiān)測;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）05-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.044

Abstract： At present， microwave digestion technology is widely used in environmental chemical analysis. Based on the analysis of the principle， advantages and characteristics of microwave digestion technology， this paper focuses on the application effect of microwave digestion method in environmental chemical analysis， and provides reference for the application and promotion of this technology.

Keywords： Microwave digestion technology; Environmental chemical analysis; Environmental monitoring; Application

環(huán)境化學(xué)主要是對(duì)環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行分析，研究其化學(xué)特性、存在的特點(diǎn)，以及產(chǎn)生的效應(yīng)。環(huán)境化學(xué)分析，是對(duì)環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)種類、成分、特點(diǎn)分析、研究和測定。由于樣品的定量分析多是液體，需要對(duì)其進(jìn)行前處理和預(yù)處理。這些樣品預(yù)處理或前處理常需要將樣品變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)，可分解溶解試樣。傳統(tǒng)的燒結(jié)法、溶解法、熔融法對(duì)樣品會(huì)產(chǎn)生一定破壞和污染，其耗時(shí)較長。微波消解技術(shù)具有較強(qiáng)的穿透能力，催化液體樣品中吸波物質(zhì)，并進(jìn)行物化反應(yīng)，避免揮發(fā)性元素?fù)p失，操作時(shí)間短，也不會(huì)產(chǎn)生污染。

1 微波消解技術(shù)概述

1.1 微波消解原理

微波的頻率在300MHz-300GHz，位于紅外輻射與無線光波之間，對(duì)塑料、玻璃具有很強(qiáng)的穿透性，能夠被水、含水、脂肪等物質(zhì)吸收，以及金屬反射。與傳統(tǒng)的傳導(dǎo)式加熱不同，微波是在物質(zhì)內(nèi)部直接加熱。在微波電磁場中，被消解樣本極性分子在2450MHz高頻磁場中會(huì)急速定向排列和轉(zhuǎn)向，使分子間互相摩擦而產(chǎn)生熱能。在壓力和高溫下消解樣品，激活化學(xué)物質(zhì)，增強(qiáng)氧化劑氧化能力，加速樣品消解。

1.2 微波消解技術(shù)優(yōu)勢

在電磁波、電場以及電流作用下，樣本內(nèi)部原子、分子會(huì)劇烈運(yùn)動(dòng)，急速升溫，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)消解，且不會(huì)破壞樣本物質(zhì)元素。因此，與傳統(tǒng)分解方法相比，微波消解克服了傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測樣品處理方法的缺陷，具有操作簡單、處理快速、節(jié)能環(huán)保、空白值低和勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)勢，作為一種革新樣品處理技術(shù)，與其他消解法相比，有其優(yōu)勢（見表1）。

1.3 微波加熱特點(diǎn)

（1）時(shí)效性。微波消解技術(shù)中需要應(yīng)用到微波介質(zhì)加熱，存在微波輻射時(shí)需要對(duì)物料快速加熱，防止因微波輻射消失導(dǎo)致物料失去熱量，影響樣品分析。因此，微波能量轉(zhuǎn)換具有良好的時(shí)效性。（2）穿透性。電磁波具有很強(qiáng)的穿透力，能夠使水分子快速分解，在樣本加熱過程中，整個(gè)物體欸不均勻受熱、急速升溫，滿足工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化控制需求。（3）選擇性。不是所有材料均適合用微波加熱，因此，利用材料對(duì)微波的反饋機(jī)理，可將樣本材料分為微波反射型、透明型、吸收型和部分微波吸收型。（4）高效性。微波內(nèi)部熱源加熱，材料吸收微波轉(zhuǎn)化為熱能，無需通過高溫介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)，熱量轉(zhuǎn)化率高。

2 微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中應(yīng)用

2.1 金屬元素分析

環(huán)境樣品監(jiān)測中，金屬元素研究最多。利用微波消解技術(shù)能夠快速消解環(huán)境中的樣品。且與其他分析測試方法結(jié)合應(yīng)用，實(shí)踐應(yīng)用中能夠快速表征稀土元素、氧化鈣，以及Cu、Cr、Cd、Hg等金屬元素含量。張繼龍等人利用微波消解技術(shù)監(jiān)測3個(gè)土壤樣和2個(gè)放射性河床沉積物，并結(jié)合TOPO萃取、液體熒光法分析土壤樣和河床沉積物中的鈾的含量，相較于標(biāo)準(zhǔn)方法，微波消解法監(jiān)測金屬元素具有消解速度快、使用試劑少，易定量控制、分析精度高等優(yōu)勢。

2.2COD分析

化學(xué)需氧量作為水質(zhì)監(jiān)測的重要標(biāo)志之一，傳統(tǒng)的COD分析常用重鉻酸鉀法，傳統(tǒng)方法具有耗時(shí)長、消耗樣品和試劑多等不足;密閉消解法存在汞鹽污染、消解管易爆裂等。選用微波消解法，在工業(yè)/生活廢水和地表水CODcr監(jiān)測時(shí)，不僅用時(shí)短，且與其他方法結(jié)合，具有準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好等優(yōu)勢。如，傅大放等人在沒有添加Ag2SO4催化劑和HgSO4的掩蔽劑的條件下，利用微波封消解法測定CODcr，得到與回流法相似結(jié)果，也消除了汞鹽的污染。高歧等人利用微波消解法監(jiān)測水樣中的COD，僅在4分鐘內(nèi)就完成了20個(gè)樣品的消解，分析效率顯著提升。

2.3 非金屬元素分析

非金屬元素的分析研究主要為硫、氮、磷，傳統(tǒng)的水質(zhì)總氮監(jiān)測采用的是GB11894-89，堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法，操作時(shí)間長，且存在安全隱患。與傳統(tǒng)的分析監(jiān)測方法相比，微波消解法在監(jiān)測樣品中的非金屬元素效率更高，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測廢水中磷、氮、硫時(shí)間長、操作繁瑣，以及難以大批量測定等不足。如，高岐等人，利用微波加熱-壓力法，30個(gè)樣品一次即可同時(shí)完成，與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，效率大為提升。

3 結(jié)語

綜上，利用微波特點(diǎn)快速實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品加熱，進(jìn)行環(huán)境化學(xué)分析。與傳統(tǒng)消解法相比，微波消解的整體效果更佳，隨著微波消解技術(shù)的不斷完善和成熟，其應(yīng)用的范圍也將更為廣闊，有效保障了環(huán)境化學(xué)分析的準(zhǔn)確性、高效性。

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收稿日期：2019-03-20

作者簡介：周欣（1987-），女，漢族，碩士研究生，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境化學(xué)。