微波消解技术在环境化学分析中的应用分析

周欣 李萍 史晓云

摘要：目前，微波消解技术在环境化学分析中应用广泛。本文在分析了微波消解技术原理、优势及特点的基础上，重点探讨了微波消解法在环境化学分析中的应用效果，为该技术的应用和推广提供参考。

关键词：微波消解技术;环境化学分析;环境监测;应用

中图分类号：X13 文献标识码：A 文章编号：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

环境化学主要是对环境介质进行分析，研究其化学特性、存在的特点，以及产生的效应。环境化学分析，是对环境中的化学物质种类、成分、特点分析、研究和测定。由于样品的定量分析多是液体，需要对其进行前处理和预处理。这些样品预处理或前处理常需要将样品变为可溶性物质，可分解溶解试样。传统的烧结法、溶解法、熔融法对样品会产生一定破坏和污染，其耗时较长。微波消解技术具有较强的穿透能力，催化液体样品中吸波物质，并进行物化反应，避免挥发性元素损失，操作时间短，也不会产生污染。

1 微波消解技术概述

1.1 微波消解原理

微波的频率在300MHz-300GHz，位于红外辐射与无线光波之间，对塑料、玻璃具有很强的穿透性，能够被水、含水、脂肪等物质吸收，以及金属反射。与传统的传导式加热不同，微波是在物质内部直接加热。在微波电磁场中，被消解样本极性分子在2450MHz高频磁场中会急速定向排列和转向，使分子间互相摩擦而产生热能。在压力和高温下消解样品，激活化学物质，增强氧化剂氧化能力，加速样品消解。

1.2 微波消解技术优势

在电磁波、电场以及电流作用下，样本内部原子、分子会剧烈运动，急速升温，实现短时间内消解，且不会破坏样本物质元素。因此，与传统分解方法相比，微波消解克服了传统环境监测样品处理方法的缺陷，具有操作简单、处理快速、节能环保、空白值低和劳动强度小等优势，作为一种革新样品处理技术，与其他消解法相比，有其优势（见表1）。

1.3 微波加热特点

（1）时效性。微波消解技术中需要应用到微波介质加热，存在微波辐射时需要对物料快速加热，防止因微波辐射消失导致物料失去热量，影响样品分析。因此，微波能量转换具有良好的时效性。（2）穿透性。电磁波具有很强的穿透力，能够使水分子快速分解，在样本加热过程中，整个物体欸不均匀受热、急速升温，满足工业生产和自动化控制需求。（3）选择性。不是所有材料均适合用微波加热，因此，利用材料对微波的反馈机理，可将样本材料分为微波反射型、透明型、吸收型和部分微波吸收型。（4）高效性。微波内部热源加热，材料吸收微波转化为热能，无需通过高温介质实现热传导，热量转化率高。

2 微波消解技术在环境化学分析中应用

2.1 金属元素分析

环境样品监测中，金属元素研究最多。利用微波消解技术能够快速消解环境中的样品。且与其他分析测试方法结合应用，实践应用中能够快速表征稀土元素、氧化钙，以及Cu、Cr、Cd、Hg等金属元素含量。张继龙等人利用微波消解技术监测3个土壤样和2个放射性河床沉积物，并结合TOPO萃取、液体荧光法分析土壤样和河床沉积物中的铀的含量，相较于标准方法，微波消解法监测金属元素具有消解速度快、使用试剂少，易定量控制、分析精度高等优势。

2.2COD分析

化学需氧量作为水质监测的重要标志之一，传统的COD分析常用重铬酸钾法，传统方法具有耗时长、消耗样品和试剂多等不足;密闭消解法存在汞盐污染、消解管易爆裂等。选用微波消解法，在工业/生活废水和地表水CODcr监测时，不仅用时短，且与其他方法结合，具有准确性高、重复性好等优势。如，傅大放等人在没有添加Ag2SO4催化剂和HgSO4的掩蔽剂的条件下，利用微波封消解法测定CODcr，得到与回流法相似结果，也消除了汞盐的污染。高歧等人利用微波消解法监测水样中的COD，仅在4分钟内就完成了20个样品的消解，分析效率显著提升。

2.3 非金属元素分析

非金属元素的分析研究主要为硫、氮、磷，传统的水质总氮监测采用的是GB11894-89，碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法，操作时间长，且存在安全隐患。与传统的分析监测方法相比，微波消解法在监测样品中的非金属元素效率更高，克服了传统监测废水中磷、氮、硫时间长、操作繁琐，以及难以大批量测定等不足。如，高岐等人，利用微波加热-压力法，30个样品一次即可同时完成，与传统监测方法相比，效率大为提升。

3 结语

综上，利用微波特点快速实现对样品加热，进行环境化学分析。与传统消解法相比，微波消解的整体效果更佳，随着微波消解技术的不断完善和成熟，其应用的范围也将更为广阔，有效保障了环境化学分析的准确性、高效性。

参考文献

[1]傅大放，皱路易，皱棕柏.不加催化剂和掩蔽剂的微波消解法测定CODcr[J].中国环境科学，1998，18（2）：154-157.

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[3]张继龙，王林博，张小枝等.土壤样品的微波消解及其痕量铀的分析[J].核化学与放射化学，2003，25（4）：223-227.

[4]高岐，张海燕.微波加热-密闭消解快速光度法测定土壤中的硫含量[J].化學通报，1997（11）：43-45.

收稿日期：2019-03-20

作者简介：周欣（1987-），女，汉族，硕士研究生，中级工程师，研究方向为环境化学。