微波輻射技術在環境監測中的應用

微波輻射技術在環境監測中的應用

    目前，微波輻射技術在環境監測中的應用研究主要集中在微波萃取和微波消解等樣品預處理方面。

    微波萃取的基本原理是利用介質吸收微波輻射能程度的差異，通過選擇不同溶劑和調節微波加熱參數，對物料中目標成份進行選擇性萃取，從而使試樣中的目標物（如有機污染物）和基體物質有效地分離。微波萃取已經廣泛地應用于土壤、沉積物和各種有機體中目標物的萃取分離。與傳統的萃取方法（索氏萃取、超聲波萃取、超臨界萃取）相比，微波萃取可以提高產品的回收率和純度，明顯降低萃取時間，大大減少有機萃取試劑的用量，提高萃取劑的回收利用率，減少廢物的產生。

    Criado等利用微波輻射技術萃取灰塵中的多氯聯苯，結果表明，用30mL的甲苯二胺在110℃溫度下萃取 10min，多氯聯苯的回收率可達80%以上。Luque-Garcia等將傳統的索氏萃取和微波有機的結合在一起，監測食品中的油，通過兩因素三水平正交實驗優化實驗條件，結果發現，該方法僅需要5min就可以達到傳統的結果，而傳統的索氏萃取法則需要8h，并且前者可以將5%～80%的萃取劑進行回收再利用。

    微波消解的基本原理是利用樣品的微觀粒子在微波場中可產生電子極化（原子核周圍電子的重新排布）、原子極化（分子內原子的重新排布）、取向極化（分子永久偶極的重新取向）和表面極化（自由電荷的重新排布）。在這4種極化中，與微波電磁場的振動周期（10-9～10-12s）相比，前2種極化要快得多（馳豫時間分別為10-15～10-16s和10-12～10-13s），所以不會產生介電加熱，而后2種極化則與之相當，可以產生介電加熱，即通過微觀粒子的這種極化過程，將微波能轉化為熱能。與傳統的消解方法相比，該方法具有加熱速度快、過程易控制、選擇性加熱、可以消解一些難溶性物質等優點。微波消解可分為常壓消解和高壓消解。常壓消解具有消解樣品容量大、安全性能好、樣品容器便宜等優點，但其存在著樣品易被污染、揮發性元素易損失、有時消解不完全等缺點，主要用于有機樣品的消解。高壓消解具有消解時間短、分析結果準確、空白值較低、利于保護操作環境和操作人員的身體健康等優點。

    在美國，微波消解正在逐漸成為環境樣品分析的標準方法。Maher等的研究表明，在測定比較渾濁污水的含氮量時，微波消解和傳統方法得出的結果具有相同的準確度和精密度，微波輻射法只需在95℃下消解40min；而傳統的方法則需先在160℃下消解90min，然后再在360℃下消解120min，微波輻射大大降低了消解溫度，縮短了消解時間。Sandroni等研究了用微波輻射進行消解法測定污泥、土壤和沉積物中的多種金屬的含量，該方法能夠檢測出樣品中的Mg、Ca、Fe和Al以及樣品中微量的Mn、 Ni、 Zn、Pb、 Cr、 Cd、 Cu和V等元素，測量結果與標準方法具有相同的精