微波消解应用的发展
随着硬件的不断改进,微波消解的应用也在不断发展。最初的微波消解装置只能处理一些简单的含氧化合物,样品基体主要是土壤和一些沉淀物。随着消解罐温度和压力的不断提升,现在微波消解可以消解那些含碳量高的样品,如植物样品和生物样品。在有机样品消解过程中,会产生大量不能溶解的气体如CO2气体,这些气体连同试剂产生的蒸汽压会在反应罐中产生很大压力。因为微波消解罐的热量流动方式和其它耐温加热装置不同,所以在相同温度下微波分解样品产生的总压比其他加热装置分解样品所产生的总压要低。这就意味着同样的样品可以在比常规密闭加热罐温度更高和压力更低的条件下被消化。然而尽管如此,微波消解罐的耐压问题还是限制了样品量以及样品消解温度的最大化。
目前的技术已经发展到可以在200℃左右消解0.5g大有机样品。以此类推,非有机样品的消解温度则可以达到比200℃更高,样品量更大,因为它们分解时产生的压力要比有机样品所产生的小。微波技术应用到此类非有机样品的前处理中可以说是此类样品分析的一个革命性突破。以前, 此类样品的前处理一般是通过热熔化,此时样品基体可能会给仪器带来问题。而现在,因为温度可以达到200℃以上,就可以使用更多合适的试剂,比如酸。像硝酸在80-100℃也就是高于它的沸点时它的氧化性会显著提高。因此有些有机样品只用硝酸消解就能达到以前高温用硫酸或者高氯酸时的程度。最后,经过冷却后,矿物样品再在黏度比较低,溶解性好以及基体效应比较低的试剂基体中进行稀释,然后就可以用于分析了。
高温非有机样品消解的进展
历史上,二氧化铪和铬铁矿样品通常使用热熔化方式进行元素分析前样品处理,样品和一些腐蚀性的固体材料,通常是碱性的氢氧化物一起在白金坩埚中用加热器加热到极限温度进行熔化,这是为后续的溶解进行的必要的熔化(图1)。随着高温微波消解罐以及温度反馈控制系统的发展,混合矿物样品和化矿可以用矿物酸在温度可再现条件下在20-45分钟内被消解掉。而如果要使这些样品完全溶解,则可以根据化学计量组成再添加其它氧化剂或溶剂。这个程序可以成功的分解样品,但需要注意的是在这个程序后有一些重要的元素可能会沉淀到其它组分中或者变为固体。