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1、微微 波波 制制 样样 技技 术术 在在 各各 行行 业业 的的 应应 用用 概要：概要： 传统样品制备技术的缺陷传统样品制备技术的缺陷 微波制样技术的特点和优势微波制样技术的特点和优势 微波制样技术在各行业的应用微波制样技术在各行业的应用 微波消解技术在质检，冶金，环保等的应用微波消解技术在质检，冶金，环保等的应用 微波萃取技术在农业科学，物料生产的应用微波萃取技术在农业科学，物料生产的应用 微波合成技术在材料，生化和有机合成领域的微波合成技术在材料，生化和有机合成领域的 应用应用 传统样品制备技术的缺陷：传统样品制备技术的缺陷： 干法灰化法干法灰化法干法灰化法干法灰化法 样品取样量较大，可
2、批量操作，处理过程无需照样品取样量较大，可批量操作，处理过程无需照 看；看； 不加灰化助剂，一般不能用于测不加灰化助剂，一般不能用于测HgHg，AsAs，SeSe等挥等挥 发性元素发性元素 一些元素易被污染，如一些元素易被污染，如K K，NaNa等等 处理时间长，空白值高，耗电量大，环境污染大处理时间长，空白值高，耗电量大，环境污染大 平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间： 几小时至一天几小时至一天几小时至一天几小时至一天 湿法消解法湿法消解法湿法消解法湿法消解法 批量大批量大 某些元素（某些元素（HgHg、AsAs、SeSe、P P等）易损失等）易损失 试剂用量大，空白值高
3、，劳动强度大，废试剂用量大，空白值高，劳动强度大，废 气量大，造成环境污染，危害健康气量大，造成环境污染，危害健康 平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间：几小时至一天几小时至一天几小时至一天几小时至一天 传统样品制备技术的缺陷：传统样品制备技术的缺陷： 高温熔融法高温熔融法高温熔融法高温熔融法 分解力强；分解力强； 费时，试剂耗量大，空白值高，劳动强度费时，试剂耗量大，空白值高，劳动强度 大，带入碱金属盐；大，带入碱金属盐； 平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间：平均所需时间： 几小时至半天几小时至半天几小时至半天几小时至半天 传统样品制备技术的缺陷传统样品制备技术的缺陷
4、： 传统萃取方法的劣势传统萃取方法的劣势： Soxhlet 萃取，搅拌萃取和超声波萃取： 费时，费试剂，效率低，重现性差， 而且 所用试剂通常有毒，易对环境和操作人员 造成危害。 超临界流体萃取（SFE） 节省试剂和无污染 回收率不高，设备投资大，运行成本高， 难于萃取极性强，分子质量大的物质。 传统样品预处理技术的缺陷传统样品预处理技术的缺陷 （总结）：（总结）： 时间因素时间因素（65%65%70%70%时间用于样品制备）时间用于样品制备） 质量因素质量因素（是否样品提取（是否样品提取/ /分解完全，不损失，分解完全，不损失， 空白低）空白低） 瓶颈因素瓶颈因素 （与现代分析测试仪器不相适
5、应，（与现代分析测试仪器不相适应， 成为分析测试过程中的成为分析测试过程中的“ “瓶颈瓶颈” ”限制）限制） 微波内加热同传统外加热的区别微波内加热同传统外加热的区别 传统外热源通过热对流 对样品溶剂混合物加热 微波能穿透容器使样品溶剂 直接吸收微波能被加热 传统外热源通过热对流 对样品溶剂混合物加热 微波能穿透容器使样品溶剂 直接吸收微波能被加热 溶剂沸点随压力增大而升高溶剂沸点随压力增大而升高 溶剂常压沸点 （） 密封后压 力（MPa） 相应的沸 点（） HCI （37%） 118 0.7 0.8 150 153 HNO3 (70%) 120 0.7 0.8 193 200 HF (40%
6、) 1080.7175 王水1130.7146 密闭微波消解技术密闭微波消解技术 作为原子吸收作为原子吸收AASAAS，原子荧光，原子荧光AFSAFS和等离子体光质谱和等离子体光质谱ICPICP- - AES/MSAES/MS的前处理同传统干湿法相比：的前处理同传统干湿法相比： 速度快，效率高速度快，效率高（平均所需时间：几分钟至半小（平均所需时间：几分钟至半小（平均所需时间：几分钟至半小（平均所需时间：几分钟至半小 时）；时）；时）；时）； 溶剂少，空白低，污染小；溶剂少，空白低，污染小； 元素损失少，回收率高；元素损失少，回收率高； 能溶解常法难以溶解的物质。能溶解常法难以溶解的物质。 密
7、闭微波消解技术的特点：密闭微波消解技术的特点： 传统加热和微波消解时间比较 样品时间t1（h） 微波消解条件 时间t2（min） 生物样品生物样品8 HNO3/HCl， HNO3/HF 1030 地质样品地质样品6 HNO3, HCl 20 氧化铝氧化铝24 HSO4,H3PO4 40 钢铁钢铁1 HCl, HF, HNO3 5 土壤土壤8 HNO3, HF 20 高纯化合 物 高纯化合 物 824 HNO3,HF 12 废水废水6 HNO3 10 微波消解在食品化妆品分析中应用微波消解在食品化妆品分析中应用 粮食，生熟食品，海（水）产品，奶制粮食，生熟食品，海（水）产品，奶制 品中重金属和微
8、量元素的测定；品中重金属和微量元素的测定； 茶叶，酒，饮料，调味品，食用油中的茶叶，酒，饮料，调味品，食用油中的 元素测定；元素测定； 测定饲料中的微量元素；测定饲料中的微量元素； 化妆品中铅、砷、汞、镉等化妆品中铅、砷、汞、镉等 重金属元素的测定。重金属元素的测定。 常见食品化妆品样品消解方法常见食品化妆品样品消解方法 样品样品溶剂溶剂 压力压力 （MPaMPa） 时间时间 （minmin） 大米大米大米大米(0.5g)(0.5g)HNO35ml1.55 黄鱼黄鱼黄鱼黄鱼(0.5g)(0.5g)HNO35ml2.08 茶叶茶叶茶叶茶叶(0.5g)(0.5g)HNO35ml, H2O22ml1
9、.55 奶粉奶粉奶粉奶粉(1.0g)(1.0g)HNO38ml, H2O22ml2.58 睫毛膏睫毛膏睫毛膏睫毛膏(0.3g)(0.3g) HNO34ml, H2O24ml1.58 指甲油指甲油指甲油指甲油(0.5g)(0.5g) HNO35ml, H2O22ml1.56 注意注意: :食品化妆品类样品都需要在加热板上预加热食品化妆品类样品都需要在加热板上预加热 . . 微波消解在冶金分析中应用：微波消解在冶金分析中应用： 钢铁中总铝含量的测定；钢铁中总铝含量的测定； 高碳铁合金，高温合金，酸不溶钛、硼、铝的消解；高碳铁合金，高温合金，酸不溶钛、硼、铝的消解； 低温焊料，非铁基耐热合金，硅酸盐
10、材料；低温焊料，非铁基耐热合金，硅酸盐材料； 各种耐火材料的消解；各种耐火材料的消解； 各种难溶矿石，矿渣和研究天然物料中各种难溶矿石，矿渣和研究天然物料中 不同形态的金属。不同形态的金属。 常见地质冶金样品消解方法常见地质冶金样品消解方法 样品样品溶剂溶剂 压力压力 （MPaMPa） 时间时间 （minmin） 普通钢铁普通钢铁普通钢铁普通钢铁 HNO3（1+3） HCl（1+4），HF 0.55 铁矿石铁矿石铁矿石铁矿石 HCl，H2O2，HF1.515 铬铁矿铬铁矿铬铁矿铬铁矿 H2SO4，H3PO41.015 镁质耐材镁质耐材镁质耐材镁质耐材 HCl, H3PO4, HClO4, 1.
11、520 高炉渣高炉渣高炉渣高炉渣 HCl, HClO4, HNO31.01520 铁合金铁合金铁合金铁合金 ( (碳素铬铁碳素铬铁碳素铬铁碳素铬铁) ) H3PO4, HNO3, HF1.015 微波消解在环境试样分析中应用微波消解在环境试样分析中应用 测定环境水样测定环境水样CODCOD 环境水样中总磷，总氮和硒测定环境水样中总磷，总氮和硒测定 土壤和沉积物中有害重金属元素测定土壤和沉积物中有害重金属元素测定 大气颗粒物中金属元素测定（铍、铅、大气颗粒物中金属元素测定（铍、铅、 锰等）锰等） 常见环境样品消解方法常见环境样品消解方法 样品样品溶剂溶剂 压力压力 （MPaMPa） 时间时间 （
12、minmin） 大气颗粒物大气颗粒物大气颗粒物大气颗粒物 （0.25g)0.25g) HNO3（5ml) H2O2(1ml) 1.05 土壤土壤土壤土壤 (0.25g)(0.25g)HNO3 HClO4-HF (4+1+2) 0.5 1.5 3 5 水中总磷水中总磷水中总磷水中总磷 (25ml)(25ml) K2S2O8 (4ml)0.51 水中水中水中水中CODCOD (10ml)(10ml) 重铬酸钾(5ml) 硫酸-硫酸银溶液(20ml) 1.010 (6个样品) 沉积物沉积物沉积物沉积物 (0.5g)(0.5g) HNO3 (4ml), HClO4(1ml) 0.5 1.0 1.5 4
13、 3 2 微波消解在生物医学和药物分析中应用微波消解在生物医学和药物分析中应用 2005版 中药重金属检测样品处理推荐方法 A法 生物组织中微量元素, 血铅测定; 中成药,保健品,营养药物中的微量元素测 定. 微波萃取制样技术微波萃取制样技术 微波萃取的特点微波萃取的特点 快速高效 偶极分子旋转,弱氢键破裂,离子迁移 加热均匀 整个物料被加热，无温度梯度 微波加热的选择性 选择有极性的溶剂 生物效应 细胞分子间氢键松弛，溶剂化 萃取温度的影响 达到常压下使用同样溶剂达不到的 萃取温度。 微波萃取的特点微波萃取的特点 被萃取物自由流向溶剂，受溶剂亲和力 的影响较小 唯一可使所需组分直接从基体浸出
14、的方法 微波萃取同传统萃取的比较微波萃取同传统萃取的比较 索氏萃 取 超声 波 微波 萃取 超临 界 加速 溶剂 时间 2448h3060 min 420 min 3060 min 15min 溶剂 用量 大大小小大 费用 低低高高高 工作 强度 大大低低低 污染 大大小小小 微波萃取同传统萃取的比较微波萃取同传统萃取的比较 有机 化合 物 超声波萃取Soxhlet 萃 取 微波萃取法 平均回收率（%）平均回收率 （%） 平均回收率 （%） 艾氏剂 66.277.987 六六六 70.269.294.4 DDT 108128116 狄氏剂 79.396.485.9 硫丹 68.469.186.
15、8 微波萃取的综合优点微波萃取的综合优点: : 萃取效率高, 重现性好, 节省时间, 节省溶剂, 污染小, 适用范围广, 设备简单, 是一种对环境友好的“绿色技术”。 微波萃取的应用微波萃取的应用（1 1） 在环境试样分析中的应用 土壤及沉积物中有机污染物的萃取 有机氯农药，多环芳烃（PAHs）等 蔬菜中有机磷农药残留的萃取 中山大学化学系中山大学化学系 张展霞，李攻科等教授张展霞，李攻科等教授 微波辅助萃取蔬菜中的有机磷农药微波辅助萃取蔬菜中的有机磷农药微波辅助萃取蔬菜中的有机磷农药微波辅助萃取蔬菜中的有机磷农药 萃取溶剂：二氯甲烷萃取溶剂：二氯甲烷溶剂体积：溶剂体积：25ml25ml 萃取
16、温度：萃取温度：9393萃取时间：萃取时间：6 min6 min 萃取平均回收率萃取平均回收率90%90% 结论：结论：结论：结论： 与传统的机械振荡萃取法（与传统的机械振荡萃取法（MSEMSE）相比，）相比， MSEMSE（溶剂体积（溶剂体积70ml70ml，萃取时间，萃取时间30min30min），）， 两者的萃取效率相当，但微波萃取两者的萃取效率相当，但微波萃取 （MAEMAE）具有）具有省时省溶剂省时省溶剂省时省溶剂省时省溶剂的优点。的优点。 应用实例：应用实例： 微波萃取的应用（微波萃取的应用（2 2） 在天然产物和生物活性成分提取中的应用 天然脂肪，生物碱，皂甙，鞣质，萜类及挥发
17、油 从豆类中提取生物碱 从天然草类中提取香精挥发油 临床用于萃取人血或血清中的药物 中药中提取有效成份 应用实例：应用实例： 中科院上海有机化学研究所中科院上海有机化学研究所 朱叔韬朱叔韬 研究员研究员 微波辅助萃取茶叶中的茶氨酸和茶多酚微波辅助萃取茶叶中的茶氨酸和茶多酚微波辅助萃取茶叶中的茶氨酸和茶多酚微波辅助萃取茶叶中的茶氨酸和茶多酚 溶剂：纯净水溶剂：纯净水萃取时间：萃取时间：10 min10 min 萃取温度：萃取温度：8585 结论：结论：用微波在用微波在8585下加热下加热10min10min， 其结果同常规沸水浴浸提其结果同常规沸水浴浸提 1 1小时结果相当，大大缩短小时结果相当
18、，大大缩短 时间，节约能源。时间，节约能源。 微波萃取的应用（微波萃取的应用（3 3） 在食品分析和化工分析中的应用 食品中抗生素，调味剂 饲料中维生素A，D，E的添加，及其测定 石油化工中对聚合物及其添加物的过程控 制和质量控制。 应用实例：应用实例： 上海应用技术学院化学系上海应用技术学院化学系 卢立泓，蔡渝老师卢立泓，蔡渝老师 微波萃取鳗鱼中磺胺类药物的微波萃取鳗鱼中磺胺类药物的微波萃取鳗鱼中磺胺类药物的微波萃取鳗鱼中磺胺类药物的HPLCHPLCHPLCHPLC测定方法测定方法测定方法测定方法 萃取溶剂：二氯甲烷萃取溶剂：二氯甲烷溶剂体积：溶剂体积：25ml 25ml 萃取温度：萃取温度
19、：4545萃取时间：萃取时间：5 min5 min 萃取平均回收率萃取平均回收率85%85% 1.1.1.1.磺胺甲基嘧啶磺胺甲基嘧啶磺胺甲基嘧啶磺胺甲基嘧啶 2.2.2.2.磺胺二甲基嘧啶磺胺二甲基嘧啶磺胺二甲基嘧啶磺胺二甲基嘧啶 结论：结论：结论：结论： 微波萃取回收率较高微波萃取回收率较高, , 节省时间、节省试剂节省时间、节省试剂 和污染小和污染小 mi0246810121416 mAU 0 5 10 15 20 25 30 35 MWD1 E, Sig=270,8 Ref=360,100 (04051707.D) 7.636 9.903 应用实例：应用实例：（欧盟（欧盟RoHSRoH
20、S有害物质限制报告）有害物质限制报告） 微波萃取塑料中含溴阻燃剂成份的测定微波萃取塑料中含溴阻燃剂成份的测定 萃取溶剂：萃取溶剂： 甲苯加助溶剂甲苯加助溶剂 萃取时间：萃取时间： 20 20 分钟分钟 萃取回收率萃取回收率90% 90% 后续检测仪器：气相色谱后续检测仪器：气相色谱- -质谱联用仪质谱联用仪 效率相当于索氏萃取效率相当于索氏萃取180180分钟的效果，省时省分钟的效果，省时省 溶剂。溶剂。 微波合成制样技术微波合成制样技术 微波合成技术的特点：微波合成技术的特点： 速度快，效率高，比传统方法快数十至 数千倍； 合成反应充分，产率高； 合成产物纯度高，副产物少； 应用于新材料，化
21、学中间体，催化剂和 药物的合成。 微波合成应用实例：微波合成应用实例： 苯甲酸甲酯（原料：苯甲酸和甲醇 催化剂：浓H2SO4 ） 传统方法传统方法微波加热微波加热微波加热微波加热 （煤油灯加热） 时间 回流 75 min， 蒸馏 5 min 回流回流 15 min15 min 蒸馏蒸馏 5 min 5 min 纯度 92.82%99.94%99.94% 产率 74.26%93.55%93.55% 微波合成在生化领域的应用：微波合成在生化领域的应用： 微波合成多肽氨基酸 微波合成在制药领域运用 国产微波化学仪器的性能特点：国产微波化学仪器的性能特点： 功率功率 温度温度 压力压力 时间时间 容量
22、容量 微波化学仪器的主要控制参数：微波化学仪器的主要控制参数： 功率功率 压力压力 温度温度 时间时间 容量容量 磁 控 管 键 盘 输 入 模 块 CPU 主 系 统 遥 控 输 入 模 块 智 能 故 障 报 警 系 统 微 波 发 射 功 率 调 节 器 LCD 显 示 非接触 式位移 压力传 感器 压力控制 模块 温度控制 模块 温度、压力闭环控制流程图 功率随温度、压力反馈控制功率随温度、压力反馈控制 非脉冲微波连续加热非脉冲微波连续加热 温度和压力的控制：温度和压力的控制： 铂电阻温度控制系统：铂电阻温度控制系统：铂电阻温度控制系统：铂电阻温度控制系统： -直接插入萃取罐，测温精度
23、高；直接插入萃取罐，测温精度高； 可靠的屏蔽装置消除任何电磁干扰可靠的屏蔽装置消除任何电磁干扰 和自热效应；即插即拔，操作简单。和自热效应；即插即拔，操作简单。 非接触式电感调频控压：非接触式电感调频控压：非接触式电感调频控压：非接触式电感调频控压： -无需任何管线组装和拆卸，无需任何管线组装和拆卸， 反应罐密闭和开启操作轻松简便，反应罐密闭和开启操作轻松简便， 反应罐在炉腔外冷却，炉腔利用率高。反应罐在炉腔外冷却，炉腔利用率高。 温度、压力曲线实时显示温度、压力曲线实时显示 消解消解/ /萃取罐的密闭、泄压和防爆萃取罐的密闭、泄压和防爆 自密闭自密闭自密闭自密闭泄压孔泄压孔泄压孔泄压孔防爆膜
24、防爆膜防爆膜防爆膜 多道国家专利的安全保护装置多道国家专利的安全保护装置 反应温度和压力的准确测控反应温度和压力的准确测控反应温度和压力的准确测控反应温度和压力的准确测控 功率随温压自动变频控制功率随温压自动变频控制功率随温压自动变频控制功率随温压自动变频控制 微机自动报警提示微机自动报警提示微机自动报警提示微机自动报警提示 ( (温度过高温度过高温度过高温度过高, , 罐体异常罐体异常罐体异常罐体异常) ) 安全泄压孔安全泄压孔安全泄压孔安全泄压孔, , 安全爆裂膜安全爆裂膜安全爆裂膜安全爆裂膜, , 安全防护罩安全防护罩安全防护罩安全防护罩 各种规格的密闭反应容器各种规格的密闭反应容器 S
25、GSG- -7070微波消解微波消解/ /萃取罐萃取罐SESE- -6060微波萃取罐微波萃取罐 DVDV- -600600六联体消解六联体消解/ /萃取罐萃取罐 常压微波合成常压微波合成/ /萃取仪萃取仪 取代传统的有机合成和溶剂萃取代传统的有机合成和溶剂萃 取，升温快，加热均匀，微波取，升温快，加热均匀，微波 非热效应，萃取回收率和合成非热效应，萃取回收率和合成 产率高。产率高。 反应过程中可滴加补液，冷凝反应过程中可滴加补液，冷凝 回流和搅拌；回流和搅拌； 操作安全简单，随时观察反应操作安全简单，随时观察反应 情况情况 适用于各种有机物的合成和提适用于各种有机物的合成和提 取。取。 常压
26、微波萃取常压微波萃取/ /合成仪性能：合成仪性能： 微波功率随温度自动反馈控制微波功率随温度自动反馈控制 非脉冲微波连续加热非脉冲微波连续加热 反应过程通过彩色液晶显示器反应过程通过彩色液晶显示器 实时观察，实时观察，及时掌握反应情况，及时掌握反应情况， 探索最佳反应条件。探索最佳反应条件。 常压微波萃取常压微波萃取/ /合成仪性能：合成仪性能： 非接触式红外温度测控非接触式红外温度测控 机械和电磁两种搅拌方式机械和电磁两种搅拌方式 微波化学的多种解决方案微波化学的多种解决方案 MDSMDS- -6 6 非脉冲式温压非脉冲式温压 双控微波消解双控微波消解/ /萃取仪萃取仪 MASMAS- -I
27、 I 常压微波辅助常压微波辅助 合成合成/ /萃取反应仪萃取反应仪 MDSMDS- -2003F2003F 非脉冲式压控微波消解仪非脉冲式压控微波消解仪 ECHECH- -II II微机控温加热板微机控温加热板 车载式样品快速处理仪车载式样品快速处理仪 微波尿碘快速消解仪微波尿碘快速消解仪 微波辅助合成装置微波辅助合成装置 国产微波化学产品的优势：国产微波化学产品的优势： 操作简单，反应罐的密闭和解除不需任何工具；操作简单，反应罐的密闭和解除不需任何工具； 冷却速度快，效率高；界面中文，使用维护容易掌握。冷却速度快，效率高；界面中文，使用维护容易掌握。 性价比高，配件便宜，维修及时，并提供产品
28、性价比高，配件便宜，维修及时，并提供产品 升级服务；升级服务； 强大的售前和售后服务支持，汇编总结各种行业的微强大的售前和售后服务支持，汇编总结各种行业的微 波消解方法，解决用户的实际问题。波消解方法，解决用户的实际问题。 支持民族工业，赶超世界水平。支持民族工业，赶超世界水平。 期末考题讲解 4. 简述完成下列分析检测所需要的样品前 处理方法及其原理。（1）采用GC-ECD定 量测定高级氧化水处理工艺后水中醛、酮 氧化产物；（2）采用TOC对城市污水中 各种有机污染物按照分子量大小进行分段 定量测定；（3）采用GC-MS定性检测污 水中多种半挥发性微量有机污染物；（4） 采用色谱质谱联用法测定污泥中微量有毒 有害有机污染物；（5）采用GC-MS测定 水源水中多种挥发性嗅味污染物。