微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術在環境監測中的(de)應(ying)用(yong)

　　摘(zhai)要(yao)：本(ben)文(wen)分別(bie)介紹(shao)了(le)微(wei)波萃(cui)取、微(wei)波消(xiao)解技(ji)術的(de)原(yuan)理(li)及(ji)特(te)點，並(bing)展(zhan)望(wang)了微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術在環境監測中的(de)應(ying)用(yong)前景。
　　
　　關鍵(jian)詞(ci)：微(wei)波萃(cui)取微(wei)波消(xiao)解環境監測
　　
　　1引言
　　
　　微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術用(yong)於促(cu)進化學(xue)反應(ying)始(shi)於(yu)1986年(nian)GedyeR等(deng)在微(wei)波爐(lu)內(nei)進行的(de)酯(zhi)化、水(shui)解(jie)和氧(yang)化反應(ying)，而微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術在環境工程(cheng)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)潛力(li)直(zhi)到zui近幾(ji)年才(cai)逐(zhu)漸被(bei)人們註意到。截止到目前(qian)，微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術已(yi)被(bei)成(cheng)功(gong)地(di)用(yong)於環境監測、廢(fei)氣治理(li)、汙(wu)水(shui)處(chu)理(li)和固體廢(fei)棄(qi)物(wu)處(chu)理(li)等(deng)各(ge)個環境工程(cheng)研(yan)究(jiu)領域，在環境監測中的(de)應(ying)用(yong)研究(jiu)則主要集(ji)中(zhong)在微(wei)波萃(cui)取和微(wei)波消(xiao)解等(deng)樣品預(yu)處(chu)理(li)方(fang)面(mian)。
　　
　　2微(wei)波萃(cui)取
　　
　　2.1微(wei)波萃(cui)取原理(li)
　　
　　微(wei)波萃(cui)取的(de)基本原理(li)是(shi)利(li)用(yong)介質(zhi)吸收(shou)微(wei)波輻(fu)射(she)能(neng)程(cheng)度的(de)差(cha)異，通過選擇(ze)不(bu)同(tong)溶(rong)劑和調(tiao)節微(wei)波加(jia)熱(re)參(can)數(shu)，對(dui)物(wu)料(liao)中(zhong)目標(biao)成(cheng)份進行選擇(ze)性萃(cui)取，從而使試(shi)樣中(zhong)的(de)目(mu)標(biao)物(wu)（如有(you)機(ji)汙染(ran)物(wu)）和基體物(wu)質有(you)效(xiao)地(di)分(fen)離。微(wei)波萃(cui)取已(yi)經廣(guang)泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於土(tu)壤、沈(chen)積(ji)物(wu)和各(ge)種(zhong)有機(ji)體中目(mu)標(biao)物(wu)的(de)萃(cui)取分離。
　　
　　2.2微(wei)波萃(cui)取特點
　　
　　1、快(kuai)速(su)
　　
　　樣品及溶(rong)劑中的(de)偶(ou)極分子(zi)在高(gao)頻微(wei)波的(de)作用(yong)下，以(yi)109/s圈(quan)的(de)速(su)度變換(huan)其正、負(fu)極，產生(sheng)偶(ou)極渦流、離子(zi)傳(chuan)導(dao)和高頻率摩擦，從而在短(duan)時(shi)間內(nei)產生(sheng)大(da)量的(de)熱(re)量(liang)。偶極分子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)導致的(de)弱(ruo)氫鍵(jian)破裂、離子(zi)牽移(yi)等(deng)加速(su)了溶(rong)劑分子(zi)對(dui)樣品基體的(de)滲透(tou)，待分(fen)析成(cheng)分很(hen)快(kuai)溶(rong)劑化，使(shi)微(wei)波萃(cui)取時(shi)間顯著縮短。
　　
　　2、加(jia)熱(re)均(jun)勻(yun)
　　
　　微(wei)波加(jia)熱(re)是(shi)透(tou)入物(wu)料(liao)內(nei)部的(de)能(neng)量(liang)被(bei)物(wu)料(liao)吸收(shou)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)熱(re)能(neng)對(dui)物(wu)料(liao)加(jia)熱(re)，從(cong)而形(xing)成(cheng)*的(de)物(wu)料(liao)受(shou)熱(re)方(fang)式，整個物(wu)料(liao)被(bei)加熱(re)，無溫度梯度，即微(wei)波加(jia)熱(re)具有均(jun)勻(yun)性的(de)優點。
　　
　　3、微(wei)波加(jia)熱(re)具有選擇(ze)性
　　
　　微(wei)波對(dui)介電(dian)性質不(bu)同(tong)的(de)物(wu)料(liao)呈(cheng)現(xian)出選擇(ze)性的(de)加(jia)熱(re)特(te)點，介電(dian)常數及(ji)介質(zhi)損耗(hao)小的(de)物(wu)料(liao)，對(dui)微(wei)波的(de)入(ru)射(she)可(ke)以說是“透(tou)明(ming)”的(de)。溶(rong)質和溶(rong)劑的(de)極性越大，對(dui)微(wei)波能(neng)的(de)吸收(shou)越大，升溫越快(kuai)，促進了萃(cui)取速(su)度。而對(dui)於不(bu)吸收(shou)微(wei)波的(de)非(fei)極性溶(rong)劑，微(wei)波幾(ji)乎不(bu)起(qi)作用(yong)。所以(yi)，在選擇(ze)萃(cui)取劑時(shi)壹(yi)定要考慮到溶(rong)劑的(de)極性，以(yi)達(da)到*效(xiao)果。
　　
　　4、生(sheng)物(wu)效(xiao)應(ying)（非(fei)熱(re)效(xiao)應(ying)）
　　
　　由於(yu)大(da)多(duo)數(shu)生(sheng)物(wu)體內(nei)含(han)有(you)極性分(fen)子(zi)，在微(wei)波場(chang)的(de)作用(yong)下引(yin)起(qi)強(qiang)烈的(de)極性震(zhen)蕩，從(cong)而導致細(xi)胞(bao)分(fen)子(zi)間氫鍵(jian)松(song)弛(chi)，細(xi)胞(bao)膜結構(gou)電(dian)擊(ji)穿破裂，加速(su)了溶(rong)劑分子(zi)對(dui)基體的(de)滲透(tou)和待提(ti)取成(cheng)分的(de)溶(rong)劑化。因(yin)此(ci)，利(li)用(yong)微(wei)波萃(cui)取從生(sheng)物(wu)基體萃(cui)取待分(fen)析的(de)成(cheng)分時(shi)，可(ke)以提高萃(cui)取效(xiao)率(lv)。
　　
　　2.3微(wei)波萃(cui)取技術與其它(ta)技術的(de)比(bi)較(jiao)
　　
　　任何(he)壹(yi)種(zhong)萃(cui)取技術都(dou)是為了從基體中快(kuai)速(su)、地(di)分(fen)離出待分(fen)析成(cheng)分，但(dan)是(shi)由於(yu)基體的(de)復(fu)雜性(xing)及(ji)萃(cui)取技術的(de)不(bu)同(tong)特(te)點，常常在選取方(fang)法(fa)的(de)時(shi)候必(bi)須考慮到分析(xi)的(de)目(mu)的(de)和分析方(fang)法(fa)的(de)費用(yong)、操(cao)作的(de)繁(fan)簡、時(shi)間的(de)多(duo)寡(gua)等(deng)因素(su)。其它(ta)方(fang)法(fa)如超(chao)聲(sheng)波萃(cui)取、超(chao)臨界流(liu)體萃(cui)取和加速(su)溶(rong)劑萃(cui)取等(deng)特性(xing)比較(jiao)見表(biao)1。索(suo)氏抽提(ti)是壹(yi)種(zhong)歷史(shi)悠(you)久的(de)經(jing)典萃(cui)取方(fang)法(fa)，該(gai)法在對(dui)那些(xie)活性(xing)物(wu)質的(de)提(ti)取中(zhong)比(bi)較(jiao)常用(yong)，但該(gai)法有(you)費時(shi)、工作強(qiang)度大且(qie)耗(hao)費溶(rong)劑量大，在濃縮時(shi)易造(zao)成(cheng)環境汙染(ran)等(deng)不(bu)足。
　　
　　表(biao)1不(bu)同(tong)萃(cui)取方(fang)法(fa)的(de)比(bi)較(jiao)
　　
　　索(suo)氏提(ti)取(qu)超(chao)聲(sheng)波萃(cui)取微(wei)波萃(cui)取超(chao)監(jian)界流(liu)體萃(cui)取加速(su)溶(rong)劑萃(cui)取
　　
　　時(shi)間24～48h30～60min4～20min30～60min15min
　　
　　預(yu)分離不(bu)過濾(lv)過濾(lv)和溶(rong)劑蒸發洗(xi)脫(tuo)不(bu)過濾(lv)不(bu)過濾(lv)
　　
　　溶(rong)劑用(yong)量大(da)大(da)小小大
　　
　　費用(yong)低低高(gao)高高
　　
　　工(gong)作強(qiang)度大大低低低
　　
　　汙(wu)染(ran)程(cheng)度大大小小小
　　
　　3微(wei)波消(xiao)解
　　
　　3.1微(wei)波消(xiao)解的(de)原(yuan)理(li)
　　
　　微(wei)波消(xiao)解的(de)基本原理(li)是(shi)利(li)用(yong)樣品的(de)微(wei)觀(guan)粒子(zi)在微(wei)波場(chang)中(zhong)可(ke)產生(sheng)電(dian)子(zi)極化（原(yuan)子(zi)核(he)周(zhou)圍電(dian)子(zi)的(de)重(zhong)新(xin)排(pai)布）、原子(zi)極化（分(fen)子(zi)內(nei)原子(zi)的(de)重(zhong)新(xin)排(pai)布）、取向(xiang)極化（分(fen)子(zi)*偶(ou)極的(de)重(zhong)新(xin)取(qu)向(xiang)）和表面極化（自由電(dian)荷的(de)重(zhong)新(xin)排(pai)布）。在這4種極化中(zhong)，與微(wei)波電(dian)磁(ci)場的(de)振(zhen)動(dong)周(zhou)期(qi)（10-9～10-12s）相比，前(qian)2種極化要(yao)快(kuai)得多(duo)（馳豫(yu)時(shi)間分別(bie)為10-15～10-16s和10-12～10-13s），所以不(bu)會產(chan)生(sheng)介電(dian)加熱(re)，而後(hou)2種(zhong)極化則與之(zhi)相當(dang)，可(ke)以產生(sheng)介電(dian)加熱(re)，即通過微(wei)觀(guan)粒子(zi)的(de)這種極化過程(cheng)，將(jiang)微(wei)波能(neng)轉(zhuan)化為熱(re)能(neng)。
　　
　　3.2微(wei)波消(xiao)解的(de)特(te)點
　　
　　1、樣品分解(jie)*
　　
　　由於(yu)分(fen)解(jie)反應(ying)是(shi)在高(gao)溫、高壓(ya)的(de)密(mi)閉容(rong)器裏(li)進行，在應(ying)用(yong)合理(li)的(de)酸(suan)和溶(rong)劑，控制*壓(ya)力和微(wei)波加(jia)熱(re)時(shi)間的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，使樣(yang)品在無汙(wu)染(ran)和無損失的(de)情(qing)況(kuang)下達(da)到*分解(jie)。
　　
　　2、溶(rong)樣速(su)度快(kuai)
　　
　　由於(yu)樣(yang)品和溶(rong)劑的(de)反應(ying)是(shi)在瞬(shun)間吸收(shou)微(wei)波輻(fu)射(she)能(neng)量(liang)後(hou)即產生(sheng)的(de)，不(bu)需(xu)傳(chuan)熱(re)過程(cheng)，瞬(shun)時(shi)可(ke)達較(jiao)高的(de)溫度，消(xiao)除(chu)了熱(re)量(liang)傳導過程(cheng)中(zhong)能(neng)量(liang)的(de)損失，因而樣品分解(jie)所需(xu)時(shi)間比常(chang)規法大大(da)縮短，壹(yi)般(ban)溶(rong)樣所(suo)需時(shi)間不(bu)超(chao)過20分(fen)鐘(zhong)。
　　
　　3、經(jing)濟
　　
　　密閉(bi)消(xiao)化消(xiao)除(chu)了溶(rong)劑的(de)揮(hui)發(fa)，zui大限度地(di)發(fa)揮(hui)了(le)溶(rong)劑的(de)作用(yong)，因此(ci)消(xiao)耗(hao)的(de)試(shi)劑量少，加(jia)熱(re)時(shi)間短，操(cao)作簡(jian)便，降(jiang)低了(le)分析成(cheng)本和減(jian)輕(qing)了分(fen)析者(zhe)的(de)勞(lao)動(dong)強度。
　　
　　4、簡便
　　
　　只需(xu)把(ba)樣品及溶(rong)劑放入消(xiao)解罐內(nei)，調(tiao)整(zheng)好(hao)所需要(yao)的(de)壓(ya)力，設定好(hao)加熱(re)時(shi)間即可(ke)進行微(wei)波消(xiao)解。
　　
　　5、汙(wu)染(ran)少(shao)
　　
　　由於(yu)樣(yang)品消(xiao)解是(shi)在密(mi)閉容(rong)器裏(li)進行的(de)，沒(mei)有酸(suan)霧(wu)的(de)泄漏，消(xiao)除(chu)了對(dui)環境和人員的(de)汙(wu)染(ran)。
　　
　　4小結
　　
　　微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術在環境監測中的(de)應(ying)用(yong)起步較(jiao)晚，但發(fa)展(zhan)較(jiao)快(kuai)。在美(mei)國，微(wei)波消(xiao)解正在逐(zhu)漸成(cheng)為環境樣品分析(xi)的(de)標(biao)準(zhun)方(fang)法(fa)。從1983年起，我(wo)國環境監測領域開始(shi)涉足微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術，目(mu)前(qian)已(yi)經取(qu)得(de)了(le)較(jiao)為可(ke)喜的(de)進展(zhan)。隨(sui)著(zhe)科(ke)學(xue)技術的(de)進步，有(you)關微(wei)波技(ji)術的(de)基礎研(yan)究(jiu)必將(jiang)取(qu)得(de)較(jiao)大突(tu)破、微(wei)小輻(fu)射(she)技(ji)術得(de)到不(bu)斷完(wan)善(shan)，微(wei)波輻(fu)射(she)技(ji)術也必將(jiang)在環境監測中起(qi)重(zhong)大作用(yong)。