公務(wù)員期刊網(wǎng) 論文中心 正文

環(huán)境化學(xué)分析中微波消解技術(shù)的應(yīng)用

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了環(huán)境化學(xué)分析中微波消解技術(shù)的應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

環(huán)境化學(xué)分析中微波消解技術(shù)的應(yīng)用

摘要:本文首先對環(huán)境化學(xué)的概念進(jìn)行分析,然后分別從原理、優(yōu)勢和特點(diǎn)三個方面對微波消解技術(shù)進(jìn)行概述,再對微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用必要性進(jìn)行分析,最后分別從化學(xué)需氧量的測定、金屬元素的測定、土壤樣品的測定、含水率的測定、大氣中硒的測定五個方面詳細(xì)闡述微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用,為環(huán)境化學(xué)行業(yè)的工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞:微波消解技術(shù);環(huán)境化學(xué);應(yīng)用

在環(huán)境化學(xué)中,人們需要分析各種介質(zhì),然后根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同分析其化學(xué)特征存在的差異,最后分析這種環(huán)境介質(zhì)所產(chǎn)生的效應(yīng)。而微波消解技術(shù)利用其穿透能力在短時間內(nèi)即可對所測環(huán)境介質(zhì)的含量完成測量,相比傳統(tǒng)的測量方法更具有優(yōu)勢。傳統(tǒng)的環(huán)境介質(zhì)測量方法有燒結(jié)法、熔融法以及溶解法等,其中,有些會在測量過程中造成對環(huán)境的污染,有些測量時間過長,導(dǎo)致?lián)]發(fā)性元素的測定不夠精準(zhǔn)。所以,環(huán)境化學(xué)中對不同元素的測定可以采用微波消解技術(shù),其既能保證元素測定的精度,又可以防止消解過程中產(chǎn)生污染。

1環(huán)境化學(xué)分析

治理環(huán)境污染時,首先要了解是哪些化學(xué)元素或者物質(zhì)導(dǎo)致的污染,然后才能根據(jù)環(huán)境化學(xué)分析的結(jié)果選擇合適的污染治理方式,最后才能保證環(huán)境中的有害化學(xué)物質(zhì)不斷減少,從而提高生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。環(huán)境化學(xué)分析的結(jié)果越精準(zhǔn),環(huán)境污染治理及保護(hù)工作就越簡單。環(huán)境化學(xué)需要對環(huán)境樣品中的化學(xué)成分進(jìn)行詳細(xì)分析,而分析所有的化學(xué)成分及其含量的目的是對化學(xué)元素及物質(zhì)含量超標(biāo)的環(huán)境進(jìn)行治理。環(huán)境化學(xué)分析一般以試驗的形式對需要測定的元素或者物質(zhì)進(jìn)行分析,一般來說,環(huán)境中的取樣樣品為固態(tài)形式,而固態(tài)樣品并不利于環(huán)境化學(xué)分析人員對其進(jìn)行消解,又不利于試驗人員測定其中的化學(xué)物質(zhì)含量,因此在環(huán)境化學(xué)中必須對樣品進(jìn)行溶解[1]。當(dāng)前,環(huán)境化學(xué)分析一般采用微波消解技術(shù)對其中的化學(xué)成分進(jìn)行分解或者對其含量進(jìn)行測定。微波消解技術(shù)不同于其他物理溶解方法,它憑借自身的頻率令測定環(huán)境樣品中能夠吸收微波的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而直接得到該種化學(xué)物質(zhì)的含量信息,消解該種化學(xué)物質(zhì)。微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中既符合環(huán)保要求,又可以保證試驗測定化學(xué)物質(zhì)的精度,可以說微波消解技術(shù)提高了環(huán)境化學(xué)分析的實際應(yīng)用價值[2]。

2微波消解技術(shù)概述

2.1微波消解技術(shù)原理

微波消解技術(shù)的原理為依靠300~300000MHz頻率的波穿透玻璃和塑料等化學(xué)物質(zhì),然后穿透的微波被水、含水物質(zhì)及脂肪等溶劑吸收或者被金屬反射,最后令吸波的化學(xué)物質(zhì)內(nèi)部加熱消解。微波頻率介于無線光波和紅外輻射之間,該頻率波段的微波會形成高頻磁場,而吸波的化學(xué)物質(zhì)的極性分子會在磁場中快速進(jìn)行排列和轉(zhuǎn)向,分子間的運(yùn)動不斷加快,最終產(chǎn)生摩擦,使化學(xué)物質(zhì)中的熱能增加,而化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)在這種高溫高壓環(huán)境下會快速激活,其氧化能力不斷增加,最終使含有吸波化學(xué)物質(zhì)的樣品消解。傳統(tǒng)的消解方法利用傳導(dǎo)式加熱的方式提高化學(xué)物質(zhì)樣品的溫度,最終達(dá)到消解該樣品的目的,微波消解技術(shù)直接利用其化學(xué)性質(zhì)在內(nèi)部產(chǎn)生熱量,這兩種類別的消解方式原理不同[3]。

2.2微波消解技術(shù)優(yōu)勢

微波消解技術(shù)一般可以應(yīng)用在消解化學(xué)元素銥(Ir)、銠(Rh)、鉑(Pt)、鋨(Os)、鈀(Pd)的試驗中,而其他消解技術(shù)也有各自擅長的方向,例如,烘箱消解技術(shù)可以應(yīng)用在消解化學(xué)元素鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh)的試驗中。本研究對微波消解法和其他消解法的消解時間進(jìn)行對比,所得結(jié)果如表1所示。由表1可知,微波消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫消解化學(xué)元素Ir時,所用時間分別為1.64h和2.14h,而其他消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫消解化學(xué)元素Ir,所用時間分別為144h和144h,兩者所需時間相差近幾十倍;微波消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫消解化學(xué)元素Rh,所用時間分別為2.00h和1.48h,而其他消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫消解化學(xué)元素Rh,所用時間分別為144h和144h,二者所需時間仍然相差幾十倍;微波消解法使用試劑鹽酸+硝酸分別消解化學(xué)元素Pt和Os,所用時間分別為1h和1h,而其他消解法使用試劑鹽酸+硝酸分別消解化學(xué)元素Pt和Os,所用時間分別為2h和2h,二者所需時間仍然相差1倍;微波消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫分別消解催化劑和Pt/Pd/Rh,所用時間分別為1.66h和1.66h,而烘箱消解法使用試劑鹽酸+硝酸以及鹽酸+過氧化氫分別消解催化劑和Pt/Pd/Rh,所用時間分別為16h和24h,二者之間相差最小仍然有十?dāng)?shù)倍。因此,微波消解法相比烘箱消解法及其他消解法來說在消解化學(xué)元素Ir、Rh、Pt、Os、Pd的試驗中所使用的時間更少[4]。

3微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中應(yīng)用的必要性

微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用可以迅速完成對消解目標(biāo)的加熱,最終完成消解的同時只產(chǎn)生二氧化碳物質(zhì),對周圍環(huán)境中的有害物質(zhì)消解凈化的同時不會造成二次污染,所以微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用是必需的。微波消解技術(shù)的效率更高、效果更加顯著,該技術(shù)應(yīng)該廣泛應(yīng)用于環(huán)境化學(xué)分析中。同時,環(huán)境化學(xué)分析可以利用微波消解技術(shù)的時效性、整體性、選擇性、高效性、安全性等特點(diǎn),對環(huán)境中的化學(xué)元素和物質(zhì)進(jìn)行測定,進(jìn)一步拓展微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用范圍[5]。

4微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的具體應(yīng)用

4.1化學(xué)需氧量的測定

重鉻酸鉀法可以用于測定化學(xué)需氧量,但是該方法需要使用大量樣品才能得到準(zhǔn)確的測定數(shù)據(jù),而且測定過程中低聲和樣品回流都需要一定的時間,測定化學(xué)需氧量的總體時間過長,所以重鉻酸鉀法不夠?qū)嵱?。高壓蒸汽消化法測定化學(xué)需氧量的時間比重鉻酸鉀法短,但是測定過程中容易產(chǎn)生二次污染,消解過程中產(chǎn)生大量氣體導(dǎo)致壓強(qiáng)超負(fù)荷,最終導(dǎo)致管路爆炸現(xiàn)象頻發(fā),所以高壓蒸汽消化法也不夠?qū)嵱谩N⒉ㄏ饧夹g(shù)直接在短時間內(nèi)對水體樣品的化學(xué)需氧量進(jìn)行多次測定,最后取其平均值即可快速得到試驗結(jié)果,整個過程既不需要使用大量水體樣品,也不會對環(huán)境造成二次污染,所以微波消解法可以廣泛應(yīng)用于化學(xué)需氧量測定中。但是,微波消解技術(shù)同樣存在一定缺點(diǎn),該方法在化學(xué)需氧量測定中的應(yīng)用需要投入較高研究成本,若水體樣品較小,則同樣會導(dǎo)致試驗結(jié)果出現(xiàn)誤差,因為試驗水體樣品體積小會造成微波吸收量降低。

4.2金屬元素的測定

金屬元素的測定同樣是微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的重要應(yīng)用,環(huán)境污染中有很大一部分都是重金屬污染類型,重金屬污染是由工業(yè)生產(chǎn)或者生活中排放的銅、汞、鉻等重元素超標(biāo)導(dǎo)致的,而微波消解技術(shù)則可以對重元素含量進(jìn)行測定,從而判斷環(huán)境污染等級,最終為選擇合適的污染處理方法提供數(shù)據(jù)參考。除此之外,微波消解技術(shù)還可以測定稀有金屬元素和氧化鈣等物質(zhì)的含量。測定試驗中,首先要對樣品進(jìn)行脫水,然后將樣品的脫水泥餅放入六連體微波爐消解罐,同時往消解罐中加入一定量的水,最后向樣品中添加適量的硝酸和氫氟酸試劑,待微波加熱冷卻后進(jìn)行蒸餾處理,再定容即可得到所測金屬元素的含量。

4.3土壤樣品的測定

土壤樣品測定與金屬元素的測定相對,金屬元素測定的是金屬含量,而土壤樣品測定的是非金屬含量,所以土壤樣品測定也是微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的重要應(yīng)用。土壤樣品使用微波消解技術(shù)對碳元素進(jìn)行測定,首先對土壤進(jìn)行取樣,如果土壤樣品的質(zhì)量取0.25g,則需要使用反應(yīng)容器保存樣品,先加入10mL硝酸,再加入3mL氫氟酸,然后使用微波消解技術(shù)加熱樣品液體3min,使樣品液體溫度升高到150℃,保持恒溫狀態(tài)3min后再次加熱液體使其溫度達(dá)到155℃并持續(xù)恒溫狀態(tài)20min,最后使用0.5mL高氯酸苷酸進(jìn)行定容即可得到土壤樣品中的有機(jī)碳元素含量。除了有機(jī)碳元素之外,微波消解技術(shù)還可以對土壤樣品中硫、氮和磷等非金屬元素的含量進(jìn)行測定。

4.4含水率的測定

很多試驗需要進(jìn)行含水率的測定,微波消解技術(shù)測定試驗樣品含水率的效率非常高,而且測定結(jié)果相對準(zhǔn)確,因此該技術(shù)被廣泛使用在很多行業(yè)的含水率測定試驗中。除了含水率測定之外,濕度檢測試驗也是微波消解技術(shù)經(jīng)常使用的試驗之一,因為濕度檢測試驗與含水率測定試驗類似,都是通過微波消解技術(shù)將試驗樣品中的水分迅速烘干,最后對樣品進(jìn)行稱重,將前后質(zhì)量進(jìn)行對比即可得到試驗樣品的含水量或濕度。糧食、水果、蔬菜等食品行業(yè)經(jīng)常需要對農(nóng)產(chǎn)品的含水率進(jìn)行測定,其他方法測定比較復(fù)雜,而且對試驗樣品的破壞程度比較大,各種因素導(dǎo)致最終含水率測定結(jié)果出現(xiàn)較大誤差,所以最佳的含水率測定方式是微波消解技術(shù)。

4.5大氣中硒的測定

大氣中硒元素含量的測定是非常重要的,人體需要攝取一定量的硒元素維持正常的生命。一旦人體攝取的硒元素不足,就會產(chǎn)生各種疾?。幌喾?,人體攝入過量的硒元素,同樣會導(dǎo)致身體出現(xiàn)疾病。所以,如何保證人們攝取適量的硒元素是重要問題。大氣中的硒元素會被植物吸收,這部分硒元素屬于植物活性硒,農(nóng)作物同樣如此,糧食作物是人類攝取硒元素的主要方式,因此大氣中硒元素的測定關(guān)乎人的生命健康。測定硒元素時,首先需要對大氣顆粒物樣品進(jìn)行潤濕,然后分別加入硝酸、鹽酸以及雙氧水溶解,再使用微波消解技術(shù)進(jìn)行加熱,消解完成后進(jìn)行稀釋定容,最后即可得到大氣中硒元素的含量。

5結(jié)論

微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中可以起到重要作用,隨著環(huán)境保護(hù)和污染治理的深入推進(jìn),微波消解技術(shù)的使用越來越廣泛,越來越多的化學(xué)元素及物質(zhì)含量測定都可以選擇使用微波消解技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

1李嬌麗,趙斌.微波消解溶樣技術(shù)在冶金化學(xué)分析中的應(yīng)用探究[J].冶金與材料,2019,39(4):38.

2周欣,李萍,史曉云.微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2019,31(5):75-76.

3賀亮.淺談微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用[J].化工管理,2019,(9):111-112.

4張書榮,雷鵬.微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用探究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2019,(1):94.

5任歡.微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用探究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2018,38(10):191-192.

作者:李媛媛 紀(jì)軼 單位:山東省淄博生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心