什么是微波
微波是一種電磁波,是頻率在300MHz—300GHz的,即波長(zhǎng)在100cm至1mm范圍內(nèi)的電磁波,也就是說(shuō)波長(zhǎng)在遠(yuǎn)紅外線與無(wú)線電波之間.微波波段中,波長(zhǎng)在1-25cm 的波段專門(mén)用于雷達(dá),其余部分用于電訊傳輸.為了防止民用微波功率對(duì)無(wú)線電通訊、廣播、電視和雷達(dá)等造成干擾,國(guó)際上規(guī)定工業(yè)、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)及家用等民用微波的頻率為2450 土5OMHz.因此,微波消解儀器所使用的頻率基本上都是2450MHz,家用微波爐也如此.安東帕HVT微波消解罐原理安東帕multiwave pro-16位
微波的特性
(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(lái)回反射作用在加熱物質(zhì)上.不能用金屬容器放入微波爐中,反射的微波對(duì)磁控管有損害.(安東帕微波消解罐)
(2) 絕緣體可以透過(guò)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(duì)微波是透明的,微波可以穿透它們向前傳播.這些物質(zhì)都不會(huì)吸收微波的能量,或吸收微波極少.物質(zhì)吸收微波的強(qiáng)弱實(shí)質(zhì)上與該物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有關(guān),即損耗因子越大,吸收微波的能力越強(qiáng)[2].家用微波爐容器大都是塑料制品.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(zhì)會(huì)吸收微波(屬損耗因子大的物質(zhì)),如:水、酸等.它們的分子具有***偶極矩(即分子的正負(fù)電荷的中心不重合).極性分子在微波場(chǎng)中隨著微波的頻率而快速變換取向,來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng),使分子間相互碰撞摩擦,吸收了微波的能量而使溫度升高.我們吃的食物,其中都含有水份,水是強(qiáng)極性分子,因此能在微波爐中加熱.下面,我們可以進(jìn)一步理解微波消解試樣的原理.(安東帕微波消解罐)
微波消解試樣的原理
原理
稱取克-克的試樣置于消解罐中安東帕HVT50微波消解罐原理安東帕multiwave pro-16位,加入約2mI的水,加入適量的酸.通常是選用HNO3、HCI、HF、H2O2等,把罐蓋好,放入爐中.當(dāng)微波通過(guò)試樣時(shí),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×109次,分子來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng),與周?chē)肿酉嗷ヅ鲎材Σ?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,使得試樣溫度升高.這種加熱方式與傳統(tǒng)的電爐加熱方式絕然不同.
特性
(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.微波加熱是一種直接的體加熱的方式,微波可以穿入試液的內(nèi)部,
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高.如:氧化物或硫化物在微波(2450MHz 、800W)作用下, 在1min內(nèi)就能被加熱到攝氏幾百度.又如Mn02 克在650W微波加熱1min可升溫到920K,可見(jiàn)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)中熱能的利用部分低,許多熱量都發(fā)散給周?chē)h(huán)境中,而微波加熱直接作用到物質(zhì)內(nèi)部,因而提高了能量利用率.
(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)溫度還高).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?而在微波場(chǎng)中,其"供熱"方式完全不同,能量在體系內(nèi)部直接轉(zhuǎn)化.由于體系內(nèi)部缺少形成氣"泡"的"核心",因而, 對(duì)一些低沸點(diǎn)的試劑,在密閉容器中,就很容易出現(xiàn)過(guò)熱,可見(jiàn),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(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)加速進(jìn)行.交變的電磁場(chǎng)相當(dāng)于高速攪拌器,每秒鐘攪拌×109 次,提高了化學(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.
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