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您的位置:首頁(yè)>>技術(shù)文章詳細(xì)信息微波輻射技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
2005/10/20 13:09:00 (瀏覽次數(shù):2005/10/20 13:09:00)
作者:滕州市環(huán)保局 支宗琦 2004年9月13日14:38
支宗琦 (山東滕州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 滕州 277100)
摘要:本文分別介紹了微波萃取、微波消解技術(shù)的原理及特點(diǎn),并展望了微波輻射技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:微波萃取 微波消解 環(huán)境監(jiān)測(cè)
1 引言
微波輻射技術(shù)用于促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)始于1986年Gedye R等在微波爐內(nèi)進(jìn)行的酯化、水解和氧化反應(yīng),而微波輻射技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用潛力直到最近幾年才逐漸被人們注意到。截止到目前,微波輻射技術(shù)已被成功地用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、廢氣治理、污水處理和固體廢棄物處理等各個(gè)環(huán)境工程研究領(lǐng)域,在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究則主要集中在微波萃取和微波消解等樣品預(yù)處理方面。
2 微波萃取
2.1 微波萃取原理
微波萃取的基本原理是利用介質(zhì)吸收微波輻射能程度的差異,通過(guò)選擇不同溶劑和調(diào)節(jié)微波加熱參數(shù),對(duì)物料中目標(biāo)成份進(jìn)行選擇性萃取,從而使試樣中的目標(biāo)物(如有機(jī)污染物)和基體物質(zhì)有效地分離。微波萃取已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于土壤、沉積物和各種有機(jī)體中目標(biāo)物的萃取分離。
2.2 微波萃取特點(diǎn)
1、快速高效
樣品及溶劑中的偶極分子在高頻微波的作用下,以109/s圈的速度變換其正、負(fù)極,產(chǎn)生偶極渦流、離子傳導(dǎo)和高頻率摩擦,從而在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。偶極分子旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的弱氫鍵破裂、離子牽移等加速了溶劑分子對(duì)樣品基體的滲透,待分析成分很快溶劑化,使微波萃取時(shí)間顯著縮短。
2、加熱均勻
微波加熱是透入物料內(nèi)部的能量被物料吸收轉(zhuǎn)換成熱能對(duì)物料加熱,從而形成獨(dú)特的物料受熱方式,整個(gè)物料被加熱,無(wú)溫度梯度,即微波加熱具有均勻性的優(yōu)點(diǎn)。
3、微波加熱具有選擇性
微波對(duì)介電性質(zhì)不同的物料呈現(xiàn)出選擇性的加熱特點(diǎn),介電常數(shù)及介質(zhì)損耗小的物料,對(duì)微波的入射可以說(shuō)是“透明”的。溶質(zhì)和溶劑的極性越大,對(duì)微波能的吸收越大,升溫越快,促進(jìn)了萃取速度。而對(duì)于不吸收微波的非極性溶劑,微波幾乎不起作用。所以,在選擇萃取劑時(shí)一定要考慮到溶劑的極性,以達(dá)到最佳效果。
4、生物效應(yīng)(非熱效應(yīng))
由于大多數(shù)生物體內(nèi)含有極性分子,在微波場(chǎng)的作用下引起強(qiáng)烈的極性震蕩,從而導(dǎo)致細(xì)胞分子間氫鍵松弛,細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)電擊穿破裂,加速了溶劑分子對(duì)基體的滲透和待提取成分的溶劑化。因此,利用微波萃取從生物基體萃取待分析的成分時(shí),可以提高萃取效率。
2.3 微波萃取技術(shù)與其它技術(shù)的比較
任何一種萃取技術(shù)都是為了從基體中快速、高效地分離出待分析成分,但是由于基體的復(fù)雜性及萃取技術(shù)的不同特點(diǎn),常常在選取方法的時(shí)候必須考慮到分析的目的和分析方法的費(fèi)用、操作的繁簡(jiǎn)、時(shí)間的多寡等因素。其它方法如超聲波萃取、超臨界流體萃取和加速溶劑萃取等特性比較見(jiàn)表1。索氏抽提是一種歷史悠久的經(jīng)典萃取方法,該法在對(duì)那些活性物質(zhì)的提取中比較常用,但該法有費(fèi)時(shí)、工作強(qiáng)度大且耗費(fèi)溶劑量大,在濃縮時(shí)易造成環(huán)境污染等不足。
表1 不同萃取方法的比較
索氏提取 超聲波萃取 微波萃取 超監(jiān)界流體萃取 加速溶劑萃取
時(shí)間 24~48h 30~60min 4~20min 30~60min 15min
預(yù)分離 不過(guò)濾 過(guò)濾和溶劑蒸發(fā) 洗脫 不過(guò)濾 不過(guò)濾
溶劑用量 大 大 小 小 大
費(fèi)用 低 低 高 高 高
工作強(qiáng)度 大 大 低 低 低
污染程度 大 大 小 小 小
3微波消解
3.1微波消解的原理
微波消解的基本原理是利用樣品的微觀粒子在微波場(chǎng)中可產(chǎn)生電子極化(原子核周圍電子的重新排布)、原子極化(分子內(nèi)原子的重新排布)、取向極化(分子永久偶極的重新取向)和表面極化(自由電荷的重新排布)。在這4種極化中,與微波電磁場(chǎng)的振動(dòng)周期(10-9~10-12s)相比,前2種極化要快得多(馳豫時(shí)間分別為10-15~10-16s和10-12~10-13s),所以不會(huì)產(chǎn)生介電加熱,而后2種極化則與之相當(dāng),可以產(chǎn)生介電加熱,即通過(guò)微觀粒子的這種極化過(guò)程,將微波能轉(zhuǎn)化為熱能。
3.2微波消解的特點(diǎn)
1、樣品分解完全
由于分解反應(yīng)是在高溫、高壓的密閉容器里進(jìn)行,在應(yīng)用合理的酸和溶劑,控制最佳壓力和微波加熱時(shí)間的條件下,使樣品在無(wú)污染和無(wú)損失的情況下達(dá)到完全分解。
2、溶樣速度快
由于樣品和溶劑的反應(yīng)是在瞬間吸收微波輻射能量后即產(chǎn)生的,不需傳熱過(guò)程,瞬時(shí)可達(dá)較高的溫度,消除了熱量傳導(dǎo)過(guò)程中能量的損失,因而樣品分解所需時(shí)間比常規(guī)法大大縮短,一般溶樣所需時(shí)間不超過(guò)20分鐘。
3、經(jīng)濟(jì)
密閉消化消除了溶劑的揮發(fā),最大限度地發(fā)揮了溶劑的作用,因此消耗的試劑量少,加熱時(shí)間短,操作簡(jiǎn)便,降低了分析成本和減輕了分析者的勞動(dòng)強(qiáng)度。
4、簡(jiǎn)便
只需把樣品及溶劑放入消解罐內(nèi),調(diào)整好所需要的壓力,設(shè)定好加熱時(shí)間即可進(jìn)行微波消解。
5、污染少
由于樣品消解是在密閉容器里進(jìn)行的,沒(méi)有酸霧的泄漏,消除了對(duì)環(huán)境和人員的污染。
4 小結(jié)
微波輻射技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用起步較晚,但發(fā)展較快。在美國(guó),微波消解正在逐漸成為環(huán)境樣品分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。從1983年起,我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域開(kāi)始涉足微波輻射技術(shù),目前已經(jīng)取得了較為可喜的進(jìn)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,有關(guān)微波技術(shù)的基礎(chǔ)研究必將取得較大突破、微小輻射技術(shù)得到不斷完善,微波輻射技術(shù)也必將在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得更廣泛的應(yīng)用。
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產(chǎn)品名稱:Rdn-950型氡及子體監(jiān)測(cè)儀
產(chǎn)品型號(hào):Rdn-950
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述:Rdn-950型氡及子體監(jiān)測(cè)儀是便攜式空氣氡、土壤氡、氡子體三合一多功能測(cè)氡儀,其采用特殊設(shè)計(jì)的收集衰變室、專用泵取樣氣路系統(tǒng)以及入口過(guò)濾和探測(cè)裝置、純氡探測(cè)裝置。具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、操作方便、自動(dòng)顯示等特點(diǎn)。能實(shí)時(shí)給出氡濃度、氡子體濃度或總α潛能濃度,滿足了目前對(duì)氡測(cè)量與輻射防護(hù)的大部分要求。廣泛應(yīng)用于職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)、環(huán)境檢測(cè)、地下工程、礦山井下、科研、旅游山洞、核設(shè)施場(chǎng)所、伴生鈾礦系以及室內(nèi)環(huán)境氡的測(cè)量,是一種尋找氡來(lái)源的必備裝置。該儀器可即時(shí)給出結(jié)果,操作簡(jiǎn)單,攜帶方便,適合大
產(chǎn)品關(guān)鍵字:氡及子體測(cè)量?jī)x,氡濃度,氡子體濃度與, α潛能濃度,Rdn-950
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產(chǎn)品名稱:REN-3He-N型中子周圍劑量當(dāng)量率探頭
產(chǎn)品型號(hào):REN-3He-N
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述: REN系列智能化輻射探頭均可和REN300、REN300A、REN300B系列主機(jī)配套使用,也可以單獨(dú)配套R(shí)enRiArea輻射區(qū)域監(jiān)測(cè)軟件使用。且具有RS485/RS232的通訊能力。所有探頭均可單獨(dú)外接報(bào)警燈,在超閾值的情況下就地給出聲光報(bào)警。 &nb
產(chǎn)品關(guān)鍵字:中子劑量當(dāng)量率探頭,REN-3He-N型中子劑量當(dāng)量率探頭
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產(chǎn)品名稱:REN300+REN-3He-N型固定式中子、伽瑪報(bào)警儀
產(chǎn)品型號(hào):REN300加REN-3He-N型
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述:本報(bào)警儀由REN300在線輻射安全報(bào)警儀和REN-3He-N中子探頭和REN-NaI30伽瑪探頭組成。該輻射報(bào)警裝置是采用特殊設(shè)計(jì)的前置放大電路,具有靈敏度高、操作方便、自動(dòng)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和超閾值報(bào)警等特點(diǎn),能實(shí)時(shí)給出x射線、γ射線、中子射線的輻射劑量率?紤]到現(xiàn)場(chǎng)操作、應(yīng)急快速響應(yīng)的需要,主機(jī)安裝在輻射現(xiàn)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與就地報(bào)警,通過(guò)RS485通訊實(shí)現(xiàn)總控制室自動(dòng)監(jiān)控?筛鶕(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求,選配RenRiArea輻射區(qū)域監(jiān)測(cè)軟件,該軟件可連續(xù)存儲(chǔ)30個(gè)探頭5年以上的歷史數(shù)據(jù),提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和圖譜
產(chǎn)品關(guān)鍵字:固定式中子伽瑪報(bào)警裝置,REN300+REN-3He-N型固定式中子、伽瑪報(bào)警裝置
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產(chǎn)品名稱:REN200B型X-γ個(gè)人劑量報(bào)警儀
產(chǎn)品型號(hào):REN200B
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述:REN200B型X、γ輻射個(gè)人劑量當(dāng)量HP(10)監(jiān)測(cè)儀(簡(jiǎn)稱:個(gè)人劑量報(bào)警儀)內(nèi)置高量程蓋格計(jì)數(shù)管為探測(cè)器,主要用來(lái)監(jiān)測(cè)各種放射性工作場(chǎng)所的X、γ以及硬β射線的輻射,具有較寬的測(cè)量范圍。能顯示工作場(chǎng)所的劑量當(dāng)量率和累積劑量,更換電池時(shí),日期及累積數(shù)據(jù)能永久保存。可選配RenRiPersonal個(gè)人劑量管理軟件,該軟件可存儲(chǔ)多個(gè)人的歷史數(shù)據(jù),能記錄日累積、月累積、年累積、輻照時(shí)長(zhǎng)、計(jì)算平均劑量率、扣除或不扣除本底輻射,且以文字和圖譜的方式展現(xiàn)數(shù)據(jù)。廣泛應(yīng)用于核電站、加速器、鋼鐵、化工、同位素應(yīng)用
產(chǎn)品關(guān)鍵字:X-γ個(gè)人劑量報(bào)警儀,REN200B,個(gè)人劑量報(bào)警儀,個(gè)人劑量管理軟件
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產(chǎn)品名稱:Rdn-980型氡析出率測(cè)量?jī)x
產(chǎn)品型號(hào):Rdn-980
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述: Rdn-980型氡析出率測(cè)量?jī)x是一種便攜式表面氡析出率儀,該產(chǎn)品能“實(shí)時(shí)”“快速”測(cè)量介質(zhì)表面氡析出水平和空氣中氡濃度,可用于地下工程、礦山井下、旅游山洞、教學(xué)、科研、核設(shè)施場(chǎng)所、尾礦庫(kù)以及建材、土壤、地面等表面氡析出率與氡濃度測(cè)量,是一種尋找氡的來(lái)源和氡治理的必備裝置。它適合于GB50325《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(2006年版)要求的土壤表面氡析出率測(cè)定與空氣氡濃度測(cè)量,也可在建筑施工或裝修前就石材、水泥、涂料等建筑材料進(jìn)行放射性檢測(cè)與識(shí)別,指導(dǎo)選用優(yōu)質(zhì)建材與環(huán)境氡治
產(chǎn)品關(guān)鍵字:氡析出率測(cè)量?jī)x,氡析出率測(cè)量?jī)x,表面氡析出率儀 ,氡析出率儀
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產(chǎn)品名稱:REN-Li-GN型中子、X、γ輻射周圍劑量當(dāng)量率探頭
產(chǎn)品型號(hào):REN-Li-GN
產(chǎn)品價(jià)格:請(qǐng)咨詢 >> 021-69515711
產(chǎn)品描述: REN系列智能化輻射探頭均可和REN300、REN300A、REN300B系列主機(jī)配套使用,也可以單獨(dú)配套R(shí)enRiArea輻射區(qū)域監(jiān)測(cè)軟件使用。且具有RS485/RS232的通訊能力。所有探頭均可單獨(dú)外接報(bào)警燈,在超閾值的情況下就地給出聲光報(bào)警。 技術(shù)參數(shù)< 1、測(cè)量類型:中子射線; X、γ射線2、探測(cè)器: 半導(dǎo)體復(fù)合鋰玻璃探測(cè)器3、測(cè)量范圍:中子劑量率:0.1μSv/h ~100mSv/h &n
產(chǎn)品關(guān)鍵字:中子、X、γ輻射探頭,REN-Li-GN型中子、X、γ輻射周圍劑量當(dāng)量率探頭