称取0.2g-1.0g样品,置于消解罐中,加入2mI水和适量酸。通常是硝酸、盐酸、氢氟酸、双氧水等。将罐盖上并放入炉中。当微波穿过样品时,分子取向随微波频率快速变化。在2450MHz的微波下,分子以每秒2.45×109次的速度改变方向,分子来回旋转,与周围的分子发生碰撞和摩擦,分子的总能量增加,使样品温度急剧上升。同时,带电粒子(离子、水合离子等。)在电场力的作用下来回移动,同时也与相邻分子发生碰撞,使样品温度升高。这种加热方式完全不同于传统的电炉加热方式。
(1)身体加热。电炉加热时,能量通过热辐射、对流和热传导传递,热量通过炉壁由外向内传递给样品,样品通过热传导加热。微波加热法是一种直接的整体加热法,微波可以穿透到试液内部。
在样品的不同深度,微波同时产生热效应,不仅加热更快,而且更均匀。加热时间大大缩短,比传统加热方式更快更高效。比如在微波(2450MHz,800W)的作用下,可以在1分钟内将氧化物或硫化物加热到几百摄氏度。再比如1.5g的Mn02用650W的微波加热1min就能加热到920K,可见升温速度之快。在传统的加热方式(辐射、传导、对流)中,热能利用率低,大量热量辐射到周围环境,而微波加热直接作用于材料内部,提高了能量利用率。
(2)过热。微波加热也会过热(即高于沸点温度)。电炉加热时,热量通过墙体由外向内传导到样品,墙体表面容易形成气泡,所以不容易发生过热,温度保持在沸点,因为气化会吸收大量的热量。在微波领域,“加热”方式不同,能量直接在系统内部转换。由于体系中缺少形成气泡的“核心”,一些低沸点的试剂在密闭容器中容易过热。可以看出,密闭溶样罐中的试剂可以提供较高的温度,有利于样品的消化。
(3)搅拌。因为在2450MHz的电磁场中,试剂和样品的性分子都随着电磁场的变化而迅速改变取向,分子之间相互碰撞、摩擦,这意味着试剂和样品的表面不断更新,样品的表面不断接触新的试剂,加速了试剂和样品之间的化学反应。交变电磁场相当于一个高速搅拌器,每秒搅拌2.45×109次,提高了化学反应速率,加速了消化。所以微波加热快速、均匀、过热,不断产生新的接触面。有时,它还能降低反应活化能,改变反应动力学,增强微波消解能力,消解许多传统方法难以消解的样品。