巖石礦物分析中微波能分解法的運用研究

王 雪

（核工業二四〇研究所，遼寧 沈陽 110135）

在化學分析領域里中的多元素快速分析中，為了制備試液以及試樣分解而采用的傳統加熱方法在試液處理上的效率不夠高，從而影響到原子發射和吸收進行多元素的快速分析。在國外最近幾十年來研發的微波加熱快速分解試樣的技術突破了傳統的試液處理瓶頸，也在我國開始逐漸應用起來。這種新技術最初是在一種敞口系統中進行，通過將微波加熱和熱壓分解的方法相結合，能由于這種方法是讓受熱后的容器內外同時加熱，其對于熱能的利用效率明顯升高，升溫速度快等等，能夠讓試液快速分解，達到較好的多元素快速分析的效果。

1 微波能分解試樣的反應原理

在化學分析的試驗過程中，為了讓分解的試樣各部分能夠一起在同一個時間進行化學反應，就需要加入相應的化學溶劑進行接觸。這是微波加熱與傳統的加熱方法不同的地方，在分解的試樣微粒與加入的溶劑進行充分的混合后，再運用微波加熱的方法在容器的內外部同時進行加熱，就可以使得他們的混合物能夠得到快速和較為充分的溶解。溶劑使得試樣全都分割成了各個細小的微粒，這種高密度迅速升溫使得微粒上聚集的熱量促使微粒劈裂，然后完成化學反應。另外，酸性物質或者水與介電微粒產生化學反應后的巨大溫差產生強烈的熱流傳遞效應，使得微粒的受到攪動，其粒子表層不間斷地暴露在溶液里，也更進一步加快了分解的速度，方便化學反應的進行。綜合來說，微波加熱的方法，可以在內外同時對試樣進行分解，同時還能利用系統內的熱反應促進分解的作用，從而加快了試樣的分解效率。

2 微波能加熱特點

2.1 高頻高溫的加熱特點

在微波能進行加熱的過程中，由于反應爐中物質的內部和外部可以同時進行加熱，這樣就促進了物質的自由運動進而使得反應爐內出現比較大頻率的高溫震蕩的現象，這種高頻高溫的現象為物質的分解提升了很高的速度。

2.2 場強高熱的加熱特點

場強高溫主要是說在利用微波能進行加熱的過程中，由于使用的是電磁爐產生了一定范圍的磁場，由于其反應爐的空間小，而電能較大等等因素，其產生的磁場強度比較高。對于實驗的工作人員在進行此類實驗的時候，應該充分注意好實驗周圍的環境安全，保護好周圍的環境。此外，由于這種高強度的磁場和產生的高熱會可能給人體帶來一定的安全隱患，因此操作人員應該注意做好個人的安全防護措施，以免發生實驗意外的情況。

2.3 具有較強的穿透力

在利用微波熱能進行加熱的時候，主要還是利用物質中的原子和分子所帶電荷不斷的旋轉而產生加熱效果的一種加熱方式，這種加熱方式具有很強的穿透效果，這種穿透效果能夠很深入地作用于巖石礦物質的深層內部，將其相對很徹底地進行分解作用，給相應的后續反應和操作做好鋪墊。

2.4 提供良好的操作環境

傳統的加熱方法需要操作者長期站在高熱巨大的反應爐前進行長時間的工作，工作量、強度高。使用微波熱能加熱的方法，簡化了相關的加熱分解操作步驟，大大地改善了實驗室的工作環境，同時也保障了相關技術工作者的實驗安全。此外，由于其常規的需要具體的操作技術變得簡單起來，使這項加熱工作的難度、強度、工作量等等都得到了相應的減低，因此這項工作的準入門檻也相應地降低了。

3 存在問題與對應的處理方法

3.1 存在的問題

由于微波熱能加熱分解的相關技術還處于一種相對新近加熱分解的技術，在實際應用到實驗和生產操作過程中還是會產生一定的問題。首先，市面上現在銷售的微波爐都是比較方便、廉價的裝置，這種微波爐如果其密閉性不是很好，那么在實驗過程中，其反應產生的各種酸性的物質會泄露出來，造成腐蝕。另外，在加熱過程中如果由于密閉性不好，還會出現微波輻射的危險，同樣也會導致相關操作人員的人身安全受到一定的威脅。

3.2 可行的解決方法

對于上述存在的問題，可以通過研究配置質量相對較好的微波裝置，并且通過制定嚴格的操作流程保證操作人員的實驗安全。比如，在對微波爐的內腔材料可以選用那種防止酸性腐蝕的以及能夠承受快速加熱的冷卻適應能力的諸如硼硅酸鹽材料的玻璃箱、酸霧氣體洗滌器等等作為實驗裝置。在實驗具體操作的過程中，應該注意到反應爐內的熱點不平衡情況，避免在真空環境的操作以影響磁控管的使用壽命。在日常電磁爐的養護方面，可以將一個盛水的燒杯放到反應爐內，利用熱吸收的方法將爐內的溫度保持一定的平衡，確保安全操作。

4 微波熱能加熱在巖石礦物分析中的運用

微波熱能加熱法實際應用到分析巖石礦物質以及沉積物的元素分析中表現出了良好的準確性和可靠性。在實際實驗操作過程中，這種實驗方法所運用到的微波熱能加熱分解方法和操作步驟相較于傳統的加熱分解方法相對簡單，還能夠有效地提高其分解的效率和速率。此外，這種分解技術相對容易學習，降低了技術人員的學習曲線，能夠較為快速廣泛地開展實驗工作。

在對礦泥或者一些濕性的試料的加熱中，微波干燥的方法能夠在較短的時間內進行烘干，而傳統的方法不能夠完成。這是由于傳統的烘干方法諸如電烘箱是由表及里地進行加熱，而微波烘干則是在試樣內外一起進行烘干的，這樣的烘干方式均勻、快速，能夠提高礦物元素分析的效率。

但是同時應該注意到，由于微波熱能加熱分解法的加熱速率相對較快，在操作的過程中應該注意不能夠將樣品加熱到很高的溫度甚或蒸干樣品，否則會導致一些混發型元素的丟失，影響實驗的進行和實驗結果的準確性。

5 微波能在化學分析中的應用前景展望

經過較長時間的發展，微波能在化學分析中的實際應用已經在巖石、礦物、煤炭等等相關工業原料方面取得了一定的成效。但是，在我國國內依然還存在著一些問題，在其研究范圍上發掘的還不夠，在一些較難分解的礦物質、巖石等物質上的應用技術還需要進一步的提高。

將來在化學分析的領域中，微波能還可以在微波等離子、微波化學等等用來促成依稀而化學反應的進行，微波等離子質譜也可以得到應用，利用微波能來產生活性氧化有機物，微波法測定無機硫在煤中的含量等等問題。此外，微波在通訊設備、導航、醫學醫用器材、滅菌、醇化等等問題上還能夠有所進一步的發展，為化學分析以及其他各行各業的發展提供新的思路，打開新的天地。

6 結語

在科學技術高速發展的今天，微波熱能加熱分解以其高頻高溫、場強高溫、穿透性強、操作簡便易學等等優勢在微波能分解應用研究中取得了不俗的成績。但是，在當前國內對于微波熱效能分解、烘干的研究深度應該說還不夠充分，在對于難以分解的材料上的實際應用還有待進一步研究。微波能的利用解決了電能耗和資源浪費的問題，也推動了我國微波能技術的發展。