微波消解核心技术.doc

微波消解仪的技术核心：关于控温、控压技术：温度控制保证消解的完全性，压力控制保证消解的安全性一. 微波消解配置温度测控系统的必要性：不同的样品具有不同的消解温度，当只有达到这个温度，样品才能被彻底消解完全。例如：完全消解PP/PE/PVC等样品一般要用到220。200能完全消解吗？回答是不能。消解食用油需要多少温度？190以上。植物类样品170以上。所以并不是“温度高一点，低一点”没有关系。而是温度高一点没有关系，低一点却不行。那么为什么以前大家在使用没有温度控制的微波消解仪一样在做样品消解，而且样品也可以被消解掉？那是因为在密闭系统中，对于一个特定样品，在称样量和试剂量已经确定的前提下，温度与压力之间是有一个固定关系式。（注意：样品种类的改变及称样量和试剂量的变化都将直接改变这个温度与压力的关系式）通过微波加热，密闭消解罐罐内温度随即上升，罐内反应物分解产生的气体越来越多，即罐内压力也越来越高。举个例子，例如要消解0.2克PVC，加6mL硝酸2mL盐酸，在没有温度控制的情况下，我只能设定压力，那么我们怎么知道罐内消解温度可以达到220呢？当然不知道，只能自己摸索，1MPa，2MPa.往上升，假设在3MPa条件下，样品被完全消解掉了，那就说明罐内温度已经超过220了。那么我们想先问一个问题：使用的消解罐能够承受多少温度？国内厂家一般都建议用户使用温度不得超过240。220与240只相差20，所以在这种没有温度控制的情况下，很容易超温，损坏消解罐。那也就引出了温度控制的另外一个优点，不会让仪器超温使用，保护消解罐。同样还是这个实例，不同厂家生产的PVC，其中的添加剂不同，不同添加剂与酸的反应不同，产生的气体压力也各不相同，因此消解过程中产生的压力就会不同。也许A厂家的PVC能在3MPa条件下被消解，而B厂家的得在3.5MPa。而如果有了温度控制，那么在220条件下，样品就能够被消解掉，而无需考虑多少压力。当然压力不能超过消解罐的承受值，否则就要爆罐了。所以我们认为温度控制相对于只有压力控制一个手段而言具有如下优点：1. 令实验简单明了，简化实验过程；2. 实验重复性好，不会因为样品的称样量和试剂量改变而改变实验条件；3. 保护消解罐不会超温使用；4. 对于需要较高消解温度的样品，如只有控压，几乎无法实现样品的完全消解。压力控制只是保证仪器使用的安全。为什么进口仪器把控温作为一个标准配置，而控压作为选项？如果消解罐能够承受足够的压力，保证安全的情况下，可以不选择压力控制系统。而控温是保证实验成功的必要条件，必须安装。二. 压力测控技术的比较：当前国内制造厂商使用的三种压力测控技术：理想气体控压方式、水线控压、弹性体控压1. 理想气体控压：用引压管把密闭溶样罐中的高温、高压、强腐蚀的气体直接引至专用压力传感器的感压膜片上，将罐内压力转换成电信号，并通过控制面板上的显示屏直接显示出压力数值，使操作者能实时观察到罐内的压力，并使其保持在设定的数值范围内。这是一种最新的直接测压方式，工作压力高、测压准确度高、操作简便，明显优于其它测压方式。这种测压方式也是CEM和Mileston采用的测压方式。美国90年代末技术。2. 水线控压：是用去离子水注入毛细导管，毛细导管置于溶样杯内。反应中，罐内压力通过毛细导管传递到炉腔外的电子压力传感器上来测定罐内压力，这种方法测压是精确的，但是每次都须清理、更换毛细管中的用水，如果操作不慎可能会产生交叉污染。另外，由于毛细导管强度有限，这类仪器的最高工作压力只有1.4MPa，比较低。美国80年代末技术。3. 弹性体控压：采用位移传感原理对消解罐进行压力监测和控制。所谓“位移传感”，就是测量罐内的“弹性体”在溶样罐内压力作用下产生的压缩变形量，再将变形量转化为电信号，显示出罐内压力。这种测压方法简单，但其问题在于：弹性体的变形量与压力的关系不是线性关系，离散性大，且不很稳定，而显示压力的电路是线性刻度的，所以测压结果不准确。其原因是：弹性体的弹性(压力与压缩量之间的关系)随制造时的配方和工艺而变, 即使是同一批弹性体它们的弹性也各不相同。经过挑选, 即使有少量弹性体的弹性符合要求, 但在高温、高压及酸气环境中又很容易老化变硬，因此其弹性无法保证，难以正确反映罐内压力。这样会误导操作者，即实际罐内压力已经很大，而由于弹性体变硬，变形量却不大，因而显示的压力也就小，实际上往往罐内压力已经超限，而操作人员不能察觉, 结果造成“密闭罐超压爆炸”事故。另外，如放置多罐，由于此种控压方式，控压罐必须放置在炉腔中心位置，则其余消解罐只能放置在周边圆周处，另各罐吸收微波能量不相同，造成控压罐并代表不了其余各罐内压力，因此往往发生爆炸事故。所以为了安全起见，每次实验，只能放置一个消解罐。德国80年代初技术。理想气体控压水线控压弹性体控压测压精度高高低测压准确度高高低测压线性度（范围）大小大消耗品无无有使用方便性方便繁琐方便制造成本高低低技术推出时间美国90年代末美国80年代末德国80年代初关于消化容器的材质：一. 外罐：目前国内微波消解生产商主要采用二种材料：PEEK和PSF1. 本公司采用玻纤增强聚醚醚酮（PEEK）材质：PEEK具有高耐热性（纤维增强后其热变形温度为300）、耐热水性（可在200260蒸汽中使用）、耐疲劳及耐蠕变性（是热塑性塑料中最高的）、耐腐蚀性（除浓硫酸及浓硝酸外无溶剂能侵蚀它）、耐辐射及阻燃性、机械强度及电绝缘性好等特点。目前全球仍然只有英国帝国化学公司（ICI公司）才能制造。每吨售价达100-120万元。2. 聚砜PSF：是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨、高强度，其范围为100150，长期使用温度为160，短期使用温度为 190。国产每吨售价15万元。 性能PEEKPSF长期使用温度260160短期使用温度300190力学性能优优冷却速度（散热性能）快慢售价高低对于微波消解来说，经常使用温度都在180-220，聚砜材料根本无法满足长期使用，因此用户不光后期更换费用高，而且如果不能及时发现罐裂，还存在爆炸危险！二. 内罐TFM（改性聚四氟乙烯）和PTFE（聚四氟乙烯）TFM最高使用温度不低于PTFE，表面光洁度、高温高压下的抗渗透性、高温高压下的抗形变性均优于PTFE。TFM是消化容器的首选材质。聚醚醚酮（PEEK）的介绍 聚醚醚酮属于聚醚酮类塑料中的主要品种，在这个聚合物的重复单元中有两个醚键和酮基与苯环交互连构成线型大分子，故命名为聚醚醚酮，简称PEEK，PEEK是一种耐高温的结晶型热塑性工程塑料。其合成方法主要有两种，一种是通过酚盐与卤代芳烃进行亲核取代反应；另一种是通过芳香酰氯或酸与芳烃进行亲电取代反映。聚芳醚酮由于分子链中含有刚性的苯环结构，因此结晶温度很高。PEEK是芳杂环聚合物中却是较晚获得商品化的一个品种。英国帝国化学公司（ICI公司）的Victrex PEEK在1978年才投放市场。虽然各公司研究开发了许多聚醚酮品种，其中最主要的品种仍然是聚醚醚酮。聚醚醚酮（PEEK）的特性与应用一. 特性PEEK具有高耐热性（纤维增强后其热变形温度为300）、耐热水性（可在200260蒸汽中使用）、耐疲劳及耐蠕变性（是热塑性塑料中最高的）、耐腐蚀性（除浓硫酸及浓硝酸外无溶剂能侵蚀它）、耐辐射及阻燃性、机械强度及电绝缘性好等特点。二. 应用PEEK发展的历史仅为十几年，目前开始在电子电器、机械、运输及宇航等领域受到重视与应用。在电子电器行业中主要应用于电线、磁导线包覆、高温接线柱、接线板及挠性印刷电路板等。短纤维增强的PEEK可以制作轴承保持器、凸轮、飞机操纵杆等。PEEK还可以制成长纤维增强的复合材料，英国ICI公司已经推出商品化的PEEK树脂基的复合增强材料，用于制作直升飞机的尾翼等结构件。PEEK可以挤出成型的特点，可以挤出高强度的单丝，具有优良的耐化学药品性、耐热性，适于制造化工设备中的过滤器部件；挤出的高强度膜经硫酸磺化后，可以用作离子膜，PEEK吹塑成型的容器，可以用来装运核反应堆的废料，这种容器耐腐蚀、耐辐射、质轻而安全可靠。PEEK阻燃性好，不加阻燃剂可达到V-1或V-0级，而且燃烧时发烟少，毒气少。综合PEEK的耐高温、耐腐蚀、电绝缘性能及机械强度高、耐辐射及阻燃等优异性能，它又是宇航领域应用的新材料。聚醚醚酮（PEEK）的成型加工PEEK由于其结晶性而必须熔融温度以上的温度进行加工，与其他结晶聚合物一样可以对其进行模压、注塑、挤出成型及粉末喷涂和熔融纺丝等。对于PEEK在剪切速率为1000s-1时，在370400之间其熔体粘度为480350pa s,有很好的加工性能。关于变频：目前国内厂家推出的“连续微波输出技术”均来自于松下公司于2002年推出的其应用于家用微波炉的“变频技术”（参见附录资料），通过改变电源频率来控制输出功率的大小，变频电路可以将50Hz的固定频率任意转换成20000-45000Hz的高频率，因此得到不同的、连续的功率输出。本公司于2002年推出的WX-3000型微波消解仪既开始采用此技术，但是此技术缺点在于：1. 并非真正的输出连续微波，如应用于家用微波炉没有问题，但作为专业微波化学设备上应用，仍称为连续输出，则有违实事求是的精神；2. 如在400W功率以下仍然采用此技术，则磁控管寿命大大减少，所以松下公司在400W以下的