微波消解技術在環境化學分析中的應用探究

摘要：近年來我國在經濟建設方面進行了大力投資，隨之產生的環境污染問題已經成為了當今階段急需加以高度重視的主要內容。環境化學分析就是基于環境污染問題而開展的一門對應學科。環境化學分析學科的應用范圍非常廣泛，是當今環境科學研究和保護的理論依據，對于生態保護和國家的穩定發展能夠起到直接的影響作用。其中微波消解技術實現了將有毒物質的消解變得更加有效、準確且環保。介于這種應用優勢，微波消解技術在環境化學分析中有著非常重要的地位。本文首先對微波消解技術的內涵進行闡述，然后對該技術在環境化學分析中的應用類型與范圍進行了分析與探究，并歸納總結出了當今的微波消解技術在化學環境分析中的應用意義，對其發展前景做出展望。

關鍵詞：微波消解技術 ? 環境化學 ? 應用

環境化學分析的主要內容是對環境介質的存在特點、化學效應以及化學屬性等進行研究分析。在實際研究過程中，樣品多以液體形態居多，所以就必須要對樣品進行一定的預處理，這是對環境樣品進行分析與測定的必要步驟。樣品預處理辦法通常指的是將樣品溶解到可溶性介質當中。像熔融法、溶解法以及燒結法都屬于傳統的溶解試樣方法，一般都是通過對樣品使用強酸強堿或者高溫高壓等手段，這種溶解方式的不足在于過程中會產生一定的環境污染，不僅耗時較長，還容易造成樣品中易揮發性元素的損失[1]。因此，微波消解技術應運而生，這種消解技術對環境樣品的破壞程度很小，不會產生環境污染。

一、微波消解技術的內涵

在環境化學分析當中，微波消解技術多用于對有害物質的消解，通過微波技術可以對不同種類的材料產生不一樣的消解效果，微波消解技術的加熱原理是重新組合微波磁場內的無極分子和有極分子電解質，讓消解材料形成偶極子或者偶極子的組合體，在過程中要利用高頻交變電磁場加快擺動速度，產生一種類似于摩擦加熱的作用效果[2]。微波加熱的方式可以讓加熱效果更加明顯化，極大的縮短加熱時間。我們通過對微波加熱技術的實際應用過程進行歸納總結得出當下的微波加熱技術包括以下幾種特點：

（一）時效性高

微波加熱技術是通過輻射實現的，輻射技術代表著材料能夠很快地被加熱，而且一旦輻射消失，加熱效果也會隨之迅速停止，這就讓微波加熱技術具有了一定的時效性。

（二）穿透性強

微波本身具有超強的穿透能力，微波的穿透能力能夠讓微波向物體的內部結構進行發射，使物體的內部溫度得以迅速的上升，也就是說，微波加熱技術可以實現材料整體的均勻加熱。

（三）具有選擇性

微波加熱技術對不同材料會產生不同的加熱效果，像金屬材質類的物品就會反射微波而難以被加熱[3]。利用微波的這一特性，在工業應用當中可以實現對加熱部分進行準確的劃分，滿足工業加熱的標準要求。

（四）具有環保性

微波加熱技術是通過微波輻射實現的，加熱過程中所需要的能量少，而且沒有污染物排放，對環境樣品的整體加熱效果更加完善，樣品中的元素損失較小。

二、微波消解技術在環境化學分析中的應用范圍

（一）測定化學需氧量

在環境化學分析中包括對水體情況的檢測與評估，微波消解技術能夠實現對化學需氧量的測定，來達到監管水質的功能。我們在用重鉻酸鉀進行測定的過程中，需要使用大量的化學試劑和環境樣品，而且測定完成后等待結果的時間很長，測定成本也非常高。若采用高壓蒸汽消化法進行測定，消化過程也會消耗大量的時間。若通過密閉消解法雖然在時間上非常高效，但密閉空間限制了消化，使得樣品中復雜的構成成分在加熱時產生化學反應，有可能排放出不明氣體，引發消解管道的損壞，存在很大的不確定性[4]。微波消解法就能很好地解決上述問題，微波技術可以加快消解過程，我們結合樣品的組成成分和樣品類別，再融合其他方法可以達到高效消解的功能。在實際應用當中發現，將微波消解技術應用在需氧量的測定實驗中會有顯著的效果。

（二）測定土壤樣品

微波消解技術除了可以測定金屬元素含量，另外還可以測定非金屬元素含量，例如像在土壤樣品中可以利用微波消解技術確認有機碳元素的含量。方法首先是稱取0.25克的土壤樣品，然后先倒入10ml的硝酸，再倒入3ml的氫氟酸，利用微波加熱技術讓液體溫度在三分鐘內上升到150攝氏度，然后再在三分鐘之后通過恒溫加熱液體到155攝氏度，保持這個溫度18分鐘后轉移處理好的樣品到TFI燒杯中，最后加入0.5ml的高氯酸甘酸，完成定容。以上方法可以對耕地的土壤情況進行詳細且精準的測定。

（三）測定大氣顆粒物中硒含量

測定大氣顆粒物當中的硒含量，可以使用微波消解法與吸收光譜法聯合進行有關測定，首先要取樣，選取適量的大氣顆粒物，將其放置到微波消解罐中，再加入適量水進行濕潤，分別加入5ml的硝酸、3ml的鹽酸和0.3ml的雙氧水進行混合，利用微波加熱技術控制實驗穩定在對應的溫度環境中，在消解環節結束之后要進行冷卻稀釋，完成定容，展開后續的分析研究。消解實驗完成之后還要進行回收實驗，防止廢棄物污染環境。將微波消解技術應用在大氣顆粒物中的硒含量測定，其效果非常顯著，操作步驟也非常簡單，測量的結果更為精準可靠。

（四）測定含水率

對于含水率的測定可以用微波烘干法或者介電常數進行測量。微波烘干法的主要優點就是可以對樣品進行快速且均勻的烘干，加快實驗進度。這種方法被廣泛的應用在糧食、瓜果蔬菜以及某些化學試劑當中的含水量測定。

（五）其他領域的側定

微波技術對于樣品的作用分兩種，致熱效應和非致熱效應是比較常見的。我們利用微波技術的非致熱效應能夠在環境毒理學領域當中快速的測定出SS-DNA抗體的存在，該技術與免疫單向擴散方法結合使用還能夠快速的測定出免疫球蛋白[5]。我們將抗原抗體分子放置在微波場中，抗原抗體分子會快速的開始移動，結合速度變快，縮短完成反應的時間。

三、微波消解技術的應用意義與發展前景

微波消解技術利用微波的物理特性，能夠快捷高效的完成樣品的加熱過程，是當下對環境展開化學分析的基礎。與傳統的消解方式相比，我們可以發現，微波消解的總體效果更加顯著。如今微波消解技術還處于不斷的完善當中，該技術的適用范圍也在實踐中逐漸擴大。

隨著社會經濟的大力發展，人類對自然環境的改造越來越大，導致環境污染已經開始威脅到人類的生活健康與正常的生產運營，在目前治理環境污染問題時，相關工作者應考慮到各種有害物質不同的化學成分及獨特化學特性，然后在此基礎上展開下一步的治理工作[6]。要注意結合當地的實際情況，引入更為先進的相關實驗儀器，并通過不斷地更新優化測量手段，讓微波消解技術水平得到提高，讓環境化學分析理論真正地為環境控制與治理出力。

微波消解技術在國內雖然僅有十多年的應用經驗，但發展速度很快，目前在分析化學中的干燥、霧化、消解與萃取等領域都有了廣泛的應用。微波技術可以顯著提高工作效率、降低能耗、減少污染物排放、改良工作環境等，另外，還保有可觀的經濟、社會與環境效益。當前的微波消解技術在環境化學分析當中已經顯現出了明顯的超越性和頑強的生命力，具有廣闊的發展前景。

四、結語

目前我國對環境污染問題正在采取大力治理辦法，需要用在環境監測中的環境樣品種類也在持續增加，若還沿用傳統的方法手段處理環境樣品，不僅會耗費大量的時間金錢，而且反而會產生一定的環境污染，不符合當今社會環境友好型的發展需求，因此，微波消解技術因其快速、高效、無污染的技術特點，更能適應當今時代發展需求，所以對該技術的應用需求將會越來越廣泛。但是，目前的微波消解技術還不夠成熟，在實際應用中還會產生一定的問題。因此，要加強對微波溫度控制方面的研究，還應該根據樣品種類區別選擇相應的測定方法，不能盲目模仿，只有通過不斷的測試與完善，才能進一步擴大微波消解技術在環境化學分析中的應用范圍，更好地為環境治理工作出力。

參考文獻：

[1]賀亮.淺談微波消解技術在環境化學分析中的應用[J].化工管理，2019，（09）：111-112.

[2]韋如鳳，鄧藝萍，施羽韓.微波消解技術及其在分析化學中的應用[J].大眾科技，2018，（04）：24-27.

[3]邱永堅.微波消解測定土壤金屬預處理的優化研究[J].環境與發展，2018，（03）：79-80.

[4]遲偉偉，徐蕾.土壤中重金屬樣品的前處理研究現狀[J].廣州化工，2018，（02）：16-18.

[5]王興啟.研究分析環境化學分析中的微波消解技術[J].云南化工，2017，（12）：24-25.

[6]王會磊，孫頔，王琳，等.微波消解儀的基礎知識和應用前景[J].山東化工，2017，（22）：108+110.

（作者簡介：郭永陽，碩士，單位：西北師范大學地理與環境科學學院，研究方向：環境分析。）