新型消解儀在應(yīng)用分析化學(xué)中的運(yùn)用,分析化學(xué)論文

新型消解儀在應(yīng)用分析化學(xué)中的運(yùn)用,分析化學(xué)論文Abstract:Electricfurnace,plateheaterandwaterbathheatingequipmentarecommonlyusedindomesticwetdigestionequipmentincurrent,butnoneofthemaretheidealwetdigestionapparatus.GraphitedigestioninstrumentandmicrowavedigestioninstrumentaretwoofthemostpopularinstrumentsintheUnitedStates,Japan,Europeandotherdevelopedcountriesandregions.Theycomplementeachotherinapplication.Thispaperintroducesthenewmicrowavedigestioninstrumentwiththeexcellentperformanceoftemperatureuniformity,temperatureprecisionandintelligentcontrol,thenewcharacteristicsofinapplicationandintroducestheapplicationeffectofitinpractice.Keyword:Microwavedigestion;aciddigestion;analyticalchemistry;樣品的消解是很多分析工作的前提，對整個分析工作往往會產(chǎn)生決定性的影響。狹義上的消解是指將固體樣品轉(zhuǎn)化成液體樣品的經(jīng)過，廣義上還能夠包括液體樣品從一相轉(zhuǎn)移到另一相的經(jīng)過。消解的原理是用酸液或堿液并在加熱條件下毀壞樣品中的有機(jī)物或復(fù)原性物質(zhì)。根據(jù)分析工作的任務(wù)，在消解經(jīng)過中，常需考慮下面幾個因素：〔1〕消解經(jīng)過中不得使待測組分遭受損失；〔2〕不得引進(jìn)干擾物質(zhì)；〔3〕要安全、快速，不給后續(xù)操作步驟帶來困難；〔4〕消解制得的溶液一定要合適于選定的監(jiān)測方式方法；〔5〕消解的完全性和可重復(fù)性；〔6〕樣品處理時間，消解經(jīng)過的勞動強(qiáng)度、試劑消耗和設(shè)備耗損在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用；〔7〕對具有代表性基體的控制。當(dāng)前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無機(jī)樣品分析測試時，花費(fèi)大量的人力、物力進(jìn)行樣品上機(jī)前的處理，樣品前處理的時間約占整個分析測試時間的70%.為適應(yīng)檢測行業(yè)要求速度快、結(jié)果準(zhǔn)的需求，探索、應(yīng)用一種能夠提高效率的樣品消解方式是非常重要的，因而研發(fā)新一代樣品前處理設(shè)備是提高樣品分析測試效率的關(guān)鍵[1].微波消解儀和石墨消解儀在發(fā)達(dá)國家是兩種流行的新式無機(jī)樣品前處理設(shè)備，它們在實(shí)際應(yīng)用中是互補(bǔ)的關(guān)系。微波消解儀由于樣品處理吞吐量大和更易實(shí)現(xiàn)智能化控制，并且多是采用密閉壓力容器，更易實(shí)現(xiàn)智能化控制，所以用在日常普通樣品處理，而且在易揮發(fā)重金屬樣品前處理、富含油脂樣品處理方面更有優(yōu)勢。本文介紹新型智能微波消解儀的特性，及這些特性在實(shí)際應(yīng)用中帶來的革新，最后介紹儀器在生物樣品、地質(zhì)及環(huán)境樣品、食品樣品、冶金和其他樣品消解的應(yīng)用實(shí)例。1、新型微波消解儀特性微波消解儀采用密閉聚丙烯罐、聚碳酯瓶和聚四氟乙烯的溶樣器。聚丙烯罐、聚碳酯瓶和聚四氟乙烯具有優(yōu)良導(dǎo)熱性、適宜的熱容量和可加工性，可對樣品進(jìn)行環(huán)繞立體均勻加熱，樣品各部位受熱均勻，最大程度上防止了熱量的散失，消除了同一樣品不同部位的溫度差。新型智能微波消解儀由于采用了高級雙溫度傳感器設(shè)計(jì)和先進(jìn)控溫技術(shù)，因此其溫度精度可到達(dá)0.2℃。由于采用了當(dāng)代智能化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多步處理、斜坡升溫、任意加熱時間設(shè)置，進(jìn)而使無人值守批量處理成為現(xiàn)實(shí)。經(jīng)歷體驗(yàn)證的成熟消解方式方法可隨時存儲和調(diào)用、實(shí)時顯示溫度曲線等功能也給用戶帶來使用上的方便。新型智能微波消解儀、石墨消解儀與傳統(tǒng)的電爐、平板加熱器、水浴加熱設(shè)備相比在加熱均勻性、溫度精度、工作溫度范圍、穿插污染、抗腐蝕性等方面均具有優(yōu)勢，但在多步處理、樣品吞吐量、安全性、智能化等方面新型智能微波消解儀比石墨消解儀更勝一籌，所以更合適在日常的普通樣品消解中應(yīng)用。微波消解的工作原理是樣品與酸的混合物在微波產(chǎn)生的交變磁場作用下，內(nèi)部分子間產(chǎn)生劇烈的振動和碰撞。微波消解儀具有良好的溫度均勻性，消解通道間溫度極差2℃，儀器溫度精度達(dá)0.2℃，新型智能微波消解儀具備了過溫保衛(wèi)、電流過流保衛(wèi)功能，采用智能控制器實(shí)現(xiàn)了多步處理，能夠根據(jù)需要設(shè)置無人值守程序，提高效率，節(jié)省人力和成本。微波消解儀與其它消解設(shè)備的特性比照如表1所示。2、微波消解儀優(yōu)點(diǎn)和功能特點(diǎn)微波消解儀優(yōu)點(diǎn)：〔1〕加熱均勻：加熱體選用導(dǎo)熱性能優(yōu)越的聚丙烯罐、聚碳酯瓶和聚四氟乙烯溶樣罐等，保證各個消解孔間的溫度均勻性，孔間溫差小于3.0℃?！?〕控溫精到準(zhǔn)確：PID參數(shù)自檢，可調(diào)節(jié)加熱速率，控溫精度0.1℃，單孔溫度波動度2.0℃。〔3〕程序控制：大屏幕LCD智能程序控溫，實(shí)現(xiàn)程序升溫并控制加熱保持時間，完成加熱程序后自動停止加熱?？稍O(shè)定多個升溫程序?！?〕節(jié)能高效：采用獨(dú)特的加熱保溫方式，比同類產(chǎn)品節(jié)能30%以上?？赏瑫r進(jìn)行多達(dá)40個樣品的處理，大大提高工作效率。〔5〕多層PTFE鍍層完全保衛(wèi)：66升不銹鋼爐腔導(dǎo)熱材料，外表無懼強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，連接部件采用防腐材料，機(jī)箱作防腐噴塑處理，可抵抗惡劣的腐蝕環(huán)境?！?〕溫度修正：采用紅外溫度傳感器，它安裝在爐腔低部，通過管低部的小孔測定溫度，溫度探頭精到準(zhǔn)確檢測溫度變化，并可修正顯示樣品反響溫度，實(shí)現(xiàn)所見即所測〔溫度控制儀面板顯示溫度為實(shí)際樣品反響溫度〕.微波消解儀功能特點(diǎn)：〔1〕加熱方式：所有的消解管都有獨(dú)特、專利的性能，如自封緣式密封、空氣冷卻和無線傳感系統(tǒng)；高純度石英玻璃和微波穿透陶瓷具有極佳的耐溫和耐壓能力；高精度PTFE-TFM或PFA內(nèi)襯管，這種復(fù)合材料設(shè)計(jì)使內(nèi)襯管具有無與倫比的外形穩(wěn)定性和使用壽命，實(shí)現(xiàn)整體均勻受熱，最大程度上防止了熱量的散失?！?〕爐內(nèi)平均溫差較小，保證樣品消解效果一致性，熱傳導(dǎo)效率高?！?〕控制方式：智能化微處理器，可編輯多個消化程序，可設(shè)置溫度和時間梯度?！?〕控溫方式：程序控制，曲線升溫及直線升溫?！?〕顯示系統(tǒng)：大屏幕液晶顯示屏?！?〕分體式環(huán)保經(jīng)過的廢氣回收裝置，通過NaOH中和消除實(shí)驗(yàn)經(jīng)過中產(chǎn)生的酸性氣體?！?〕廢氣回收裝置憑借強(qiáng)有力的原裝進(jìn)口泵到達(dá)非常高的抽吸性能?！?〕整機(jī)具有過壓、過流、過熱等多重保衛(wèi)?！?〕可實(shí)現(xiàn)歷史信息查詢功能?！?0〕儀器整體采用防腐蝕技術(shù)處理?！?1〕舒適的自由升降功能及超溫報(bào)警?！?2〕系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定方式自動調(diào)節(jié)功率。微波消解儀的其他特點(diǎn)：〔1〕高純聚丙烯罐、聚碳酯瓶和聚四氟乙烯溶樣罐，溫度均勻性好，批量樣品處理，大幅節(jié)省人工成本和用酸量，愈加經(jīng)濟(jì)；〔2〕大屏幕液晶顯示屏控制技術(shù)，操作人員遠(yuǎn)離有害氣體和熱源，保障員工的健康與安全；〔3〕多步程序，智能控溫，實(shí)現(xiàn)無人值守自動消解；〔4〕成熟消解程序可無限制存儲和調(diào)用，保證實(shí)驗(yàn)一致性；〔5〕率先采用真彩觸摸屏操作，直觀易用，對實(shí)驗(yàn)人員要求低。3、微波消解儀的應(yīng)用領(lǐng)域微波消解技術(shù)現(xiàn)已成為樣品消解不可少的手段之一，早先主要針對微量金屬元素如Pb、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Zn、As、Hg、Se等采用AAS、AFS、ICP-MS、ICP-AES等光譜分析方式方法，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域：田小利等[3]研究選用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解體系，用電熱板和石墨消解儀對土壤樣品進(jìn)行消解處理，結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜法〔ICP-OES〕-標(biāo)準(zhǔn)參加法對土壤樣品中的銅進(jìn)行分析；耿勇超等[4]研究使用智能石墨消解對土壤樣品進(jìn)行前處理，ICP-MS測定土壤中的V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Pb等10種金屬元素含量；農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域：王枚博等[5]研究方式方法樣品經(jīng)石墨加熱預(yù)消解，采用微波消解法前處理，并采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定乳粉中的總砷、總汞、鉛和鎘含量；李攻科等[6]用微波輔助衍生化GC-MS法測定食用油中的脂肪酸。4、微波消解方面的應(yīng)用實(shí)例4.1儀器和試劑儀器：MultiwavePRO微波消解儀，聚乙烯消解管，回流蓋；日立Z3000原子吸收光譜儀；吉天AFS-920原子熒光光譜儀；ICPQ質(zhì)譜儀。試劑：HNO3〔AR〕,HClO4〔AR〕,HF〔AR〕,H2O2〔30%〕,硫脲〔AR〕,抗壞血酸〔AR〕,硼氫化鉀〔AR〕,Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ti、Li元素標(biāo)準(zhǔn)液，超純水；ICP-MS儀器調(diào)諧液。4.2樣品預(yù)處理4.2.1環(huán)境樣品-土壤〔1〕風(fēng)干〔烘干〕:在風(fēng)干室將土樣放置于盛樣用器皿中，除去土壤中混雜的磚瓦石塊、石灰結(jié)核、動植物殘?bào)w等，攤成2cm~3cm的薄層，經(jīng)常翻動。半干狀態(tài)時，用木棍壓碎或用兩個木鏟搓碎土樣，置陰涼處自然風(fēng)干。在北方枯燥地區(qū)，可參照(土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范DZ/T0295-2021〕中8.1.1.2方式方法風(fēng)干土壤。土壤樣品可以以采用土壤樣品烘干機(jī)烘干，溫度控制在35℃5℃?！?〕粗磨：在制樣室將風(fēng)干的樣品倒在有機(jī)玻璃板上，用木錘碾壓，用木棒或有機(jī)玻璃棒再次壓碎，揀出雜質(zhì)，細(xì)小已斷的植物須根，可采用靜電吸附的方式方法去除。將全部土樣手工研磨后混勻，過孔徑2mm尼龍篩，去除2mm以上的砂?！踩羯傲：枯^多，應(yīng)計(jì)算它占整個土樣的百分?jǐn)?shù)〕,大于2mm的土團(tuán)要反復(fù)研磨、過篩，直至全部通過。過篩后的樣品充分?jǐn)嚢?、混合直至均勻?！?〕細(xì)磨：用瑪瑙球磨機(jī)〔或手工〕研磨到土樣全部通過孔徑1mm〔14目〕的尼龍篩，四分法棄取，保存足夠量的土樣、稱重、裝瓶備分析用；剩余樣品繼續(xù)研磨至全部通過孔徑0.15mm〔100目〕尼龍篩，四分法棄取，裝瓶備分析用。4.2.2食品樣品本實(shí)驗(yàn)適用于糧食、豆類、蔬菜、水果、魚類、肉類及蛋類等食品，奶油、黃油、沙拉、全脂奶粉、蜂蜜等高脂高糖類的樣品不使用本方式方法。對于糧食、豆類去雜質(zhì)后，磨碎，過20目篩，儲于塑料瓶中，保存?zhèn)溆?；對于蔬菜、水果、魚類、肉類及蛋類等水分含量高的鮮樣用食品加工機(jī)或勻漿機(jī)打成勻漿，儲于塑料瓶中，保存?zhèn)溆谩?.2.3疾控樣品尿液、血液、頭發(fā)可直接加酸處理。4.3消解經(jīng)過分析樣品的消解程序如表2所示。4.4儀器條件所用儀器的工作條件如表3所示。4.5分析測試結(jié)果分析測試結(jié)果如表4所示。由表4能夠看出，土壤GBW07408、圓白菜GBW10014、大米GBW10010、人發(fā)GBW09101B的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值的不確定范圍內(nèi)。平行樣品間各元素標(biāo)準(zhǔn)偏差小，消耗酸溶劑少，空白值低，講明新型微波消解系統(tǒng)的均勻穩(wěn)定性，可為環(huán)境、食品、質(zhì)控、疾控等方面檢測無機(jī)前處理提供有效的保障?？梢娫谛滦臀⒉ㄏ庀到y(tǒng)上使用本消解方式方法具有良好的回收率表現(xiàn)。5、結(jié)束語新型微波消解儀在實(shí)際樣品前處理應(yīng)用中具有良好的回收率和測量準(zhǔn)確度表現(xiàn)，和傳統(tǒng)的消解設(shè)備相比在加熱均勻性、溫度精度、工作溫度范圍、穿插污染、抗腐蝕性等方面均具有優(yōu)勢；和其他消解儀相比在多步處理、樣品吞吐量、安全性、智能化等方面具有優(yōu)勢。新型微波消解儀實(shí)現(xiàn)了大批量樣品同時處理功能，且不同樣品處理通道之間、不同處理批次之間、不同操作人員處理之間具有良好的消解一致性，因此在日常的普通樣品消解中具有廣闊的應(yīng)用前景。電爐、平板加熱器、浴式加熱器由于消解容器、酸霧、蒸汽、爆沸飛濺等容易造成穿插污染等問題，新型智能微波消解儀穿插污染小、回收率高，在日常大量普通樣品的消解應(yīng)用中優(yōu)勢明顯。隨著社會的發(fā)展，人們愈加關(guān)注節(jié)能、有效的高新技術(shù)，人們對食品分析的靈敏度、精致細(xì)密度、微量、痕量、價態(tài)、形態(tài)及多元素分析提出了更高層次要求，微波消解技術(shù)在化學(xué)分析中的應(yīng)用，在很大程度上知足了全社會對各行業(yè)的發(fā)展的需求，微波消解廣泛應(yīng)用在不同類型的檢測領(lǐng)域。以下為參考文獻(xiàn)[1]劉日威，張冠文。新型石墨消解儀控制系統(tǒng)[J].當(dāng)代科學(xué)儀器，2018〔6〕:6-10.[2]周天澤，鄒洪。原子光譜樣品處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.[3