微波消解有密闭容器反应和微波加热两个特点,决定了其完全、快速、低空白的优点,但不可避免地带来了高压(可能过压的隐患)、消化样品量小的不足。高压(最高可达100-150bar)、高温(通常180-240℃)、强酸蒸气给实验者带来了安全方面的心理压力。现在的商品微波消解系统,一般都有测温/测压甚至控温/控压技术
测温方式按照与消化罐内部接触与否可分为:接触式(光纤测温)、非接触式(红外测温)和铂金电阻测温。三种方式各有利弊,用户可从检测准确性、样品检测的均一性、检测速度等因素分别考察。在测压方式上,分为接触式测压和非接触式测压。
一般有氟塑料类TFM、PTFE、PFA和石英。TFM属于改性PTFE。熔点320-340℃。除了PTFE的所有优点外,还有一些值得注意的特性改进:高温高压下形变性更小、渗透性更小、高温下重压恢复性更好、很高的表面光洁度;。PFA尽管半透明,但其最高使用温度不如PTFE。因此,TFM是消化容器的首选材质。PTFE消解罐只能做中高压,而TFM消解罐可以做超高压微波消解。
组合罐的外壳(护套)和内插消化罐(insert)可以分开。一体罐可能是单一材料制成,但也可能有1种、2种或3种材质构成,但已组合为一体,不能拆开。组合罐一般有外壳、框架(中间层)、内插消化罐组成,也有的组合罐不用中间层。外壳材质有复合纤维(CEM专利)、PEEK、高温陶瓷、Ultem-100(Ultem材料基本已被淘汰)。框架主要用PFA和高强度工程塑料。内插消化罐直接与样品、酸接触,耐酸、耐温和高压性能是首要考虑。
两者优缺点比较:组合罐比单一材料的一体消解罐耐压高,内插消化罐可以取出更换(代价小)。但组合罐需要拆装,外壳耐酸性能总是不如氟塑料,有的外壳高温下有脆性。一体罐不需要拆装,但成本较大、厚重、降温慢。单一材料一体罐只能由TFM或PTFE,耐酸、使用寿命长。氟塑料属于韧性材料,不易爆裂。
内插消化罐材质,用作内插消化罐(或一体消解罐)的材质一般有4种,PTFE、TFM? PTFE、PFA、石英,前三种都属于氟塑料类型。PTFE:聚四氟乙烯,熔点320-340℃;TFM? PTFE(简称TFM):由PTFE添加不到1%的添加物制成,属于改性PTFE。PFA:即全氟代烷氧乙烯,半透明,熔点约308℃,表面光洁度高;石英:很好的热稳定性,熔点很高,但是在高压下易碎,也不能在使用HF制样的情况下。石英消化罐不能单独使用,要加护套。
对于最高实用使用温度,TFM和PTFE一样为260℃。PFA比前两者低10-20℃。石英的使用温度尽管可以很高,但受到密封件、托架等材料的限制,一般石英消解容器的最高使用温度为300℃。最高使用温度一般都是在使用硫酸时才能达到,通常的消解温度为170-220℃。
三种氟塑料相比,无疑TFM是最佳消化材质,所以目前一般进口微波消解系统高压消解罐的内插消化罐都是TFM材质。PFA、PTFE一般只能用作中低压消解容器。当然,如果一定要求有透明度,就只能用PFA了。
一般有复合纤维材料、PEEK、陶瓷、Ultem-100,其强度均远大于TFM,但耐酸腐蚀性任何材质都无法与TFM、PTFE、PFA等氟塑料相比。
最高温度最高工作温度不可能超过消化容器材质的最高使用温度。因此260℃一般是所有氟塑料消化罐的最高使用温度。虽然有些公司的产品可以达到300℃,但不能同时达到最高压力,300℃下对氟塑料消化容器的使用寿命肯定有影响。石英消化容器的最高工作温度可以很高,但受制于其护套或托架等,所以一般也只能达到300℃。通常,绝大部分微波消解在160-220℃即可完成。
最大压力消化罐内的压力主要决定于样品有机质含量、酸的蒸气压、温度。样品有机质含量越高,消化罐内压力越大。
消解用酸或者碱液
微波消解通常使用硝酸、盐酸、氢氟酸、硫酸和双氧水等。硫酸挥发性最小,最高温度一般均为使用硫酸时才可能达到,但超过210℃后极容易损坏消化罐。有时,针对某些样品(硅铝合金)常使用氢氧化钾或氢氧化钠溶液消化处理。
消解品量不同种类的消化罐最大可消解样品量不同。最大可消解样品量决定于样品有机质含量、酸地种类、设定温度、消化罐体积、消化罐最大工作压力。对微波密闭消解,最大可消解样品量较少始终是所有微波消解系统的相对弱点。
微波炉腔一般分为家用厨房改装型和工业级专业型,都需要防腐蚀涂层,最好是PTFE或PFA涂层。工业级专业炉腔相对更加安全,价格也颇贵一些;改装型微波炉相对便宜,基本性能也可满足。
可用于工业,农业,环保,卫生检验,冶金,地质,医药,化工等部门各种试样的消解;特别适用于用原子光谱如原子吸收仪、ICP-发射光谱仪、原子荧光仪、ICP-质谱仪、以及阳极溶出仪等对各种试样中的微量、痕量及超痕量元素的准确测定。