微波制样技术在理化检验中的应用

微波制样技术在理化检验中的应用

四川省凉山彝族自治州疾病预防控制中心谌立和理化检验过程中涉及的检验内容多是对化学、生物类物质进行检验,至今在检验方案上仍在研究高效率、高准确度的方案,微波制样技术以其低能耗、高效率的特点,在现阶段得到大规模应用。

微波属于无线电波,频率在300MHz至300GHz之间,具有穿透性、反射性和吸收性,但是微波穿越玻璃、塑料等物质时,几乎不会被吸收。微波的产生是因直流电或者50Hz交流电通过特殊元件产生,元件可以是半导体,也可以是电真空。微波在生活中的应用极为广泛,常见的就是微波炉,微波炉的应用是源于微波的热效应,加热物质过程中,物质水分子通过自旋运动散发热量,从而达到加热食物的目的。微波还有大量热效应、非热效应、杀菌的机理,在理化检验上得到大规模使用。

近年来,检验结果的准确度愈发受到重视,微波技术的应用也愈发广泛。微波技术在理化检验领域的使用,源于微波技术的大量优点,可以通过干燥、溶样、萃取等方式完成对物品的检验。

样品的干燥是以加热的方式去除样品中含有的水等挥发物质,成分或复杂或单一,主要是水分。微波干燥的第一种应用方式是完成称量前除水,样品的在检查之前多数经过长期存放,存放环境会改变样品本身质量。长期存储过程中物品会吸收空气内水分,称重得出的结果并非真实质量,必然附加了吸收水分的质量,因此为了减少检验结果误差,需要先完成干燥过程,确保沉重质量的精准度。第二种应用方式是完成物品烘干测湿,微波烘干测湿的优点明显,特别是快速这一特点,使其得到大规模应用。烘干时间短,可以很快得出检验结果,避免了长时间的等待,目前在检测婴儿食用的奶粉和化学试剂过程中,多是采用微波干燥完成烘干测湿。

传统的干燥方式是使用火和电对物品进行加热,实现去除物品水分的目的,但是这种方式有明显缺点。传统加热操作时间较长,由于火、电加热是通过外界热量渗透,从而实现内部热量的上升,这种方式前期加热时间长,后续容器的冷却也需要消耗大量时间,成本消耗相对较高。微波技术的应用完善了传统方式的中存在的缺陷,升温加热在物体内部完成,速度快,通过机器造作能在瞬间关闭加热源,短时间实现降温冷却,消耗成本较低,效益显著提高。

微波溶样是构建在微波场作用的基础上的,溶样过程中,物品与酸性溶液混合,吸收微波传导出的能量,溶液自身反应加速,促使样品表层的覆盖物质不断更新,最终实现样品的全部溶解。

传统的溶样方式在相对开阔的环境中完成,采用湿式消解方法,该方法属于化学实验室常用方法,针对一般学习具有一定效果,但是应用在精确检验中就有明显的不足。传统的溶样,能量通过对流、传导等方式进行传递,传递过程中损耗较大,不能实现对能量的高效应用;过程中不可避免会使用大大量试剂,开阔的试验环境也会导致样品的损耗,不能高效应用,而且过程中污染样品的可能性极高;效率低也是不可忽视,传统方案依循实验室方法,物质消解耗时长,分析速率相对较低,而且针对某些难溶物质还需要辅助高温、高压,极大程度导致了资源的浪费。

微波技术则规避了传统方式中的问题。微波溶样在相对密闭的环境中完成,热量的传导在空间内完成,几乎不会向外溢出,利用率明显提高。溶样过程中不需要添加大量试剂催化,有效提高了物品使用率,降低了消耗,没有其他物质掺杂,样品纯净度相对较高。该方式操作简单,时间大幅度缩短,而且难溶物质在微波的催化下,也可以实现分解,分析效率显著升高。

微波溶样可以利用方式极多,各种方式的应用优点极多。常压消化法应用于原始样品数量较多且便宜易得得情况下,但是这一方法极易污染样品,消解效果基本不能达到预期。高压消解法的应用使用密闭容器,符合常规微波溶样的应用,封闭环境中效率较高,对外界污染少,应用较为广泛。连续流动微波消解法是在样品检测分阶段的基础上构建的,过程可以实现自动化,流动中热量散发,提高安全性,也能提高物品利用率。熔融和灰化是针对极难溶物质,通过升温加热,促进物品溶解,微波仪器升温快,能源消耗少。

微波萃取利用微波具有的催化效果,主要是依靠微波的热效应完成,通过微波升温加热,促进萃取的效率,加速整个萃取流程。微波萃取的方式可以参照微波溶样采用的方式,多是应用高压萃取。萃取针对固体或半固体,萃取前充分研磨物品,尽量扩大接触面积,过程中要严格控制温度与时间,避免萃取过程中出现意外。

微波萃取要注重溶剂的选择,除了能够溶解待测物之外,必须具备接受微波加热的能力,可以选取极性溶剂满足这一需求。溶剂在萃取过程中产生的干扰要尽量少,避免影响检验结果。现今常用的溶剂多是醇、烷类物质,使用的仪器也逐渐进步,出现了专供简则使用的微波仪器。

微波技术以其高效、准确的特点,在理化检验中的应用是必然的。传统的方式效率低,消耗大,而且检验结果准确度不高,被微波技术取代是可想而知的。随着技术进步,相信微波技术的应用领域将更加广泛。

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