|
微波消解通常是指在密閉容器里利用微波快速加熱進行各種樣品的酸溶解（也有敞開容器微波消解的，不予討論）。密閉容器反應(yīng)和微波加熱這兩個特點，決定了其完全、快速、低空白的優(yōu)點，但不可避免地帶來了高壓（可能過壓的隱患）、消化樣品量小的不足。高壓（最高可達100-150bar）、高溫（通常170-220℃）、強酸蒸氣給實驗者帶來了安全方面的心理壓力。現(xiàn)在的商品微波消解系統(tǒng)，一般都有測溫/測壓甚至控溫/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，不光是為選擇微波消解系統(tǒng)，也是為了更安全地使用。 一、過壓泄壓： 能否及時安全泄壓關(guān)系到安全性，是最重要的。一般微波消解系統(tǒng)的控制方式，是在檢測到溫度/壓力達到目標溫度/壓力時停止微波加熱，但實際消化罐內(nèi)的化學反應(yīng)并不一定會立即停止，所以可能造成過壓，必須能夠及時安全泄壓。如果不具備泄壓方式，消化罐的耐壓必須遠大于最大工作壓力，才能保證有足夠的安全系數(shù)。目前，主要幾個進口微波消解制造商生產(chǎn)的微波消解罐都采取了相應(yīng)的措施進行過壓泄壓保護，Anton Parr(奧地利)和Berghof（德國）采用的是敏感鋁箔防爆膜，O.I.（美國）和Questron（加拿大）采用的是塑料防爆膜，Milestone（意大利）的反應(yīng)罐為單一彈簧片自動泄壓型，CEM（美國）采用的是防爆膜和彈片泄壓。 二、測溫/測壓方式： 測溫方式按照與消化罐內(nèi)部接觸與否可分為：接觸式（光纖測溫）與非接觸式（紅外測溫）。兩種方式各有利弊，用戶可從檢測準確性、樣品檢測的均一性、檢測速度等因素分別考察。在測壓方式上，各公司的產(chǎn)品比較一致，均為接觸式測壓。 三、消化容器的材質(zhì)： 一般有氟塑料類TFM、PTFE、PFA和石英。TFM最高使用溫度不低于PTFE，表面光潔度、高溫高壓下的抗?jié)B透性、高溫高壓下的抗形變性均優(yōu)于PTFE。PFA盡管半透明，但其最高使用溫度不如PTFE。因此，TFM是消化容器的首選材質(zhì)。國內(nèi)廠商的消化容器一般為PTFE，一般只能用作中低壓消化容器。 四、組合罐還是一體罐： 組合罐的外殼（護套）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)有復合纖維（CEM專利）、PEEK、高溫陶瓷、Ultem-100（Ultem材料基本已被淘汰）?？蚣苤饕肞FA。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)缺點比較：組合罐比單一材料的一體消解罐耐壓高，內(nèi)插消化罐可以取出更換（代價?。?。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或PFA構(gòu)成，耐酸、使用壽命長。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320-340℃；TFM? PTFE（簡稱TFM）：由PTFE添加不到1％的添加物制成，屬于改性PTFE。熔點320-340℃。除了PTFE的所有優(yōu)點外，還有一些值得注意的特性改進：高溫高壓下形變性更小、滲透性更小、高溫下重壓恢復性更好、很高的表面光潔度；PFA：即全氟代烷氧乙烯，半透明，熔點約308℃，表面光潔度高；石英：很好的熱穩(wěn)定性，熔點很高，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使用，要加護套。 對于最高實用使用溫度，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最高使用溫度為300℃。最高使用溫度一般都是在使用硫酸時才能達到，通常的消解溫度為170-220℃。 三種氟塑料相比，無疑TFM是最佳消化材質(zhì)，所以目前一般進口微波消解系統(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。當然，如果一定要求有透明度，就只能用PFA了。 五、護套材質(zhì)： 一般有PEEK、陶瓷、Ultem-100，其強度均遠大于TFM，但耐酸腐蝕性任何材質(zhì)都無法與TFM、PTFE、PFA等氟塑料相比。 六、消化罐最高工作溫度： 最高工作溫度不可能超過消化容器材質(zhì)的最高使用溫度。因此260℃一般是所有氟塑料消化罐的最高使用溫度。雖然有些公司的產(chǎn)品可以達到300℃，但不能同時達到最高壓力，300℃下對氟塑料消化容器的使用壽命肯定有影響。石英消化容器的最高工作溫度可以很高，但受制于其護套或托架等，所以一般也只能達到300℃。通常，絕大部分微波消解在170－220℃即可完成。 七、最大工作壓力： 消化罐內(nèi)的壓力主要決定于樣品有機質(zhì)含量、酸的蒸氣壓、溫度。樣品有機質(zhì)含量越高，消化罐內(nèi)壓力越大。通常使用硝酸、鹽酸、氫氟酸、硫酸。硫酸揮發(fā)性最小，最高溫度一般均為使用硫酸時才可能達到。 八、最大可消解樣品量： 不同種類的消化罐最大可消解樣品量不同。最大可消解樣品量決定于樣品有機質(zhì)含量、酸的種類、設(shè)定溫度、消化罐體積、消化罐最大工作壓力。對微波密閉消解，最大可消解樣品量較少始終是所有微波消解系統(tǒng)的相對弱點。 九、微波爐： 分為家用廚房改裝型和專業(yè)型，都需要防腐蝕涂層，最好是PTFE或PFA涂層 廠家一般可能回避（或者含糊、糊弄）的幾個實用問題 1、最大可消解樣品量（以純有機質(zhì)樣品計） 可消解樣品量小是目前所有微波（密閉）消解系統(tǒng)的不足之處。如果一般要消解2－5g高有機質(zhì)含量（干物質(zhì)）樣品才能滿足你的測定要求，建議你沒有必要考慮微波消解了。通?！?00ml、100bar”的消化罐可以消解1g高有機質(zhì)含量樣品（干物質(zhì)）。有的微波消解系統(tǒng)，能夠釋放高出的壓力并自動重新密封，這樣似乎可以消解較多樣品，但對一些難消解樣品由于壓力不夠很難徹底消化。 2、最高工作溫度和最大工作壓力能否同時達到？ 有些廠家把材料的極限溫度說成最高工作溫度，其實除了石英罐以外，最佳材質(zhì)TFM的實用最高溫度也就是260℃。PTFE 260℃。PFA 250℃。 最高工作溫度一般只有在使用不常用的硫酸（不易揮發(fā)）時才能達到，意義不大。通常的消解一般不超過220℃。 最大工作壓力一般在使用易揮發(fā)酸（或酸用量過大）、高有機質(zhì)含量樣品（稱量較多）、有些樣品反應(yīng)過快時達到。 通常幾乎不可能同時達到最高工作溫度和最大工作壓力，實際工作中一般也不需要同時達到。 相比起來各廠家消化罐的最高工作溫度相差無幾（不可能差別大），不同消化罐的最大工作壓力差別很大。同樣容積下最大工作壓力大的消化罐可消解樣品量大，消化效果也更好，這在消解高有機質(zhì)含量樣品時尤其明顯。 3、冷卻時間 微波消解系統(tǒng)的工作時間一般不超過30分鐘，有的甚至10－15分鐘就夠了，但冷卻時間往往長于消解時間。如果消解結(jié)束立即取出，放入水中冷卻，一般沒有30分鐘恐怕也不能打開，尤其在消解高有機質(zhì)含量樣品時冷卻時間更要延長。對微波不吸收、穿透的特性使樣品加熱很快，消解罐的溫度來自樣品溶液的傳導，TFM、PTFE、PFA都是熱的不良導體，因此消解罐降溫很慢，即使放入水中也不可能快速冷卻。 4、趕酸問題 大部分情況下消解后的溶液如果直接轉(zhuǎn)移定容酸度一般太大（如果加了HF，要加掩蔽劑或只能趕盡），需要趕酸，廠家一般會推薦酸蒸發(fā)附件。但酸蒸發(fā)附件也有無法解決的問題：首選，一般需要冷卻后才能接上酸蒸發(fā)附件進行微波加熱蒸發(fā)，同樣要等待冷卻；其次，酸蒸發(fā)的結(jié)果是消化罐中溶液越來越少，也就是微波爐負載可能太少，這與微波爐需要一定負載不能空燒是違背的，也就是說酸蒸發(fā)不可能蒸干或近干；再次，無法控制最終體積，這對有些要求酸度一致的測定很不利。 簡單實用的辦法還是將微波消解后的溶液轉(zhuǎn)移到敞開器皿中進行蒸發(fā)趕酸。 |
|
|
來自： 紫影隨風_ > 《Accumulate（積累）》
