微波消解技術在環境化學分析中的應用分析

周欣 李萍 史曉云

摘要：目前，微波消解技術在環境化學分析中應用廣泛。本文在分析了微波消解技術原理、優勢及特點的基礎上，重點探討了微波消解法在環境化學分析中的應用效果，為該技術的應用和推廣提供參考。

關鍵詞：微波消解技術;環境化學分析;環境監測;應用

中圖分類號：X13 文獻標識碼：A 文章編號：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

環境化學主要是對環境介質進行分析，研究其化學特性、存在的特點，以及產生的效應。環境化學分析，是對環境中的化學物質種類、成分、特點分析、研究和測定。由于樣品的定量分析多是液體，需要對其進行前處理和預處理。這些樣品預處理或前處理常需要將樣品變為可溶性物質，可分解溶解試樣。傳統的燒結法、溶解法、熔融法對樣品會產生一定破壞和污染，其耗時較長。微波消解技術具有較強的穿透能力，催化液體樣品中吸波物質，并進行物化反應，避免揮發性元素損失，操作時間短，也不會產生污染。

1 微波消解技術概述

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，對塑料、玻璃具有很強的穿透性，能夠被水、含水、脂肪等物質吸收，以及金屬反射。與傳統的傳導式加熱不同，微波是在物質內部直接加熱。在微波電磁場中，被消解樣本極性分子在2450MHz高頻磁場中會急速定向排列和轉向，使分子間互相摩擦而產生熱能。在壓力和高溫下消解樣品，激活化學物質，增強氧化劑氧化能力，加速樣品消解。

1.2 微波消解技術優勢

在電磁波、電場以及電流作用下，樣本內部原子、分子會劇烈運動，急速升溫，實現短時間內消解，且不會破壞樣本物質元素。因此，與傳統分解方法相比，微波消解克服了傳統環境監測樣品處理方法的缺陷，具有操作簡單、處理快速、節能環保、空白值低和勞動強度小等優勢，作為一種革新樣品處理技術，與其他消解法相比，有其優勢（見表1）。

1.3 微波加熱特點

（1）時效性。微波消解技術中需要應用到微波介質加熱，存在微波輻射時需要對物料快速加熱，防止因微波輻射消失導致物料失去熱量，影響樣品分析。因此，微波能量轉換具有良好的時效性。（2）穿透性。電磁波具有很強的穿透力，能夠使水分子快速分解，在樣本加熱過程中，整個物體欸不均勻受熱、急速升溫，滿足工業生產和自動化控制需求。（3）選擇性。不是所有材料均適合用微波加熱，因此，利用材料對微波的反饋機理，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。微波內部熱源加熱，材料吸收微波轉化為熱能，無需通過高溫介質實現熱傳導，熱量轉化率高。

2 微波消解技術在環境化學分析中應用

2.1 金屬元素分析

環境樣品監測中，金屬元素研究最多。利用微波消解技術能夠快速消解環境中的樣品。且與其他分析測試方法結合應用，實踐應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監測3個土壤樣和2個放射性河床沉積物，并結合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，相較于標準方法，微波消解法監測金屬元素具有消解速度快、使用試劑少，易定量控制、分析精度高等優勢。

2.2COD分析

化學需氧量作為水質監測的重要標志之一，傳統的COD分析常用重鉻酸鉀法，傳統方法具有耗時長、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/生活廢水和地表水CODcr監測時，不僅用時短，且與其他方法結合，具有準確性高、重復性好等優勢。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果，也消除了汞鹽的污染。高歧等人利用微波消解法監測水樣中的COD，僅在4分鐘內就完成了20個樣品的消解，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，傳統的水質總氮監測采用的是GB11894-89，堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法，操作時間長，且存在安全隱患。與傳統的分析監測方法相比，微波消解法在監測樣品中的非金屬元素效率更高，克服了傳統監測廢水中磷、氮、硫時間長、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個樣品一次即可同時完成，與傳統監測方法相比，效率大為提升。

3 結語

綜上，利用微波特點快速實現對樣品加熱，進行環境化學分析。與傳統消解法相比，微波消解的整體效果更佳，隨著微波消解技術的不斷完善和成熟，其應用的范圍也將更為廣闊，有效保障了環境化學分析的準確性、高效性。

參考文獻

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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，中級工程師，研究方向為環境化學。