專利名稱：一種微波用于有機碳測定時樣品前的處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波化學領域，尤其是關于微波用于有機碳測定時樣品前處理的方法和裝置。
背景技術：
微波是一種頻率在O. 3 300 GHz、波長在O.1 IOOcm之間的電磁波。把微波能作為一種能量加以利用，通過在物料內(nèi)部的能量耗散選擇性加熱物料，具有加熱均勻、熱效率高、升溫和停止加熱迅速以及可以改善材料性能等傳統(tǒng)加熱方式無法比擬的優(yōu)點，在提高生產(chǎn)效率和改善生產(chǎn)條件等方面具有明顯優(yōu)勢，因而在化學、冶金及材料等諸多領域得到了廣泛的應用。作為一種快速升溫的方法，微波加熱在分析化學領域已經(jīng)得到廣泛的應用。然而，目前的應用主要集中在微波密閉加熱濕法消解樣品上面。而將微波作為各種樣品中的總有機碳測定時前處理方法，目前還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種微波用于有機碳測定時樣品前處理方法，其特征在于使用微波輻射直接或間接加熱吸波介質(zhì)，當采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時，吸波介質(zhì)為硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化猛、氧化鎳、三氧化鶴、硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅或鐵氧體化合物不含碳的吸波材料；當采用吸波材料間接進行加熱時，吸波介質(zhì)為碳、碳化硅、硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化猛、氧化鎳、三氧化鶴、二硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅或鐵氧體化合物吸波材料；其中吸波材料與測定樣品的重量比為2:1到100 :0. 001 ;吸波材料粒度為30到400目；優(yōu)選吸波材料粒度在40到120目之間。本發(fā)明所述的處理方法，其中采用直接加熱時，是將含有機碳樣品與吸波材料共同放置于一石英或陶瓷坩堝中使樣品與吸波材料直接接觸，當利用微波輻射吸波材料時，樣品在吸波材料表面別加熱并與氧化劑或氧氣進行反應生成二氧化碳。本發(fā)明所述的處理方法，其中采用間接接加熱時，是將含有機碳樣品放置于一石英或陶瓷反應管底部，該反應管外部放置吸收微波波材料，當利用微波輻射吸波材料時，反應管被加熱使管內(nèi)樣品中的有機碳受熱并與氧化劑或氧氣進行反應生成二氧化碳。本發(fā)明采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時優(yōu)選吸波材料與測定樣品的重量份數(shù)比為2:1到100 :0. 001 ;(吸波材料用量為5-100克，最佳用量為10-30克)；當采用吸波材料間接進行加熱時吸波材料與測定樣品的重量份數(shù)比為5:1到100 :0. 001 (吸波材料用量為10-300克，最佳用量為10-100克)。本發(fā)明更加詳細的制備方法如下
直接加熱和間接加熱。(一)、直接加熱方式
在本方式中，是將一定重量(5-100克，最佳用量10-30克)、一定粒度(30-400目，最佳40-80目)的吸波材料如硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、三氧化鎢、硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅、鐵氧體化合物等不含碳的吸波材料放 入石英或陶瓷坩堝中(或底部封閉的管)，然后將待測樣品也放入在該坩堝(或底部封閉的 管)中直接與吸波材料接觸。將該坩堝(或底部封閉的管)放入微波腔中進行微波輻射加熱。 為了使樣品中有機碳測定準確，吸波材料應不含碳或含碳量很低，這就需要吸波材料在合 成時盡量不引入含碳物質(zhì)。當吸波材料含有少量碳時，應在使用前通過老化空燒的辦法將 該吸波材料中的碳燒掉。
在這種直接加熱方式中，仍分為兩種方式(I)當使用石英或陶瓷坩堝時，該坩堝裝有吸波材料和樣品后，放入到另一個透波的石 英或陶瓷容器中，該容器連接有載氣入口管和載氣出口管，使吸波材料受微波輻射升溫并 使樣品有機碳氧化為二氧化碳后被載氣載入儀器進行測定。為使樣品中有機碳更快的燃燒 轉(zhuǎn)化為二氧化碳并被載氣及時帶出去檢測，石英或陶瓷坩堝中裝有的吸波材料表面上的樣 品應能與載氣充分接觸。為達到這一目的，要求在吸波材料吸波后使溫度迅速上升到最大 溫度的前提下，盡量用小體積的坩堝裝吸波材料，或使用在坩堝壁上帶有透氣孔的坩堝。這 樣會使樣品中有機碳很容易被氧化成二氧化碳并被載氣及時帶走送到檢測器去檢測。
(2)當使用石英或陶瓷管裝吸波材料和樣品時，此時石英或陶瓷管應該足夠長，能 使管伸出微波爐外面并能直接與載氣入口和出口相連接。
(二)間接加熱方式在本方式中，是將一定重量(吸波材料用量為10-300克，最佳用量為10-100克)、一定 粒度(30到400目；優(yōu)選吸波材料粒度在40到120)的吸波材料如碳、碳化硅、硅鐵、三氧化 二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化猛、氧化鎳、三氧化鶴、二硫化鑰、黃 銅礦、硫化亞銅、鐵氧體化合物等吸波材料制作成一個帶有凹槽的成型裝置。該凹槽正好能 插入裝有樣品的石英管或陶瓷管，凹槽的深度至少能使管底部的樣品全部充分的被吸波材 料所加熱。裝有樣品的石英或陶瓷管中有載氣入口和載氣出口，使樣品有機碳氧化為二氧 化碳后能被載氣載入儀器進行測定。對上面兩種加熱方式。
要使樣品中的有機碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳并被帶到檢測裝置被檢測，應使用載氣，它 們包括氮氣、氬氣、氧氣或除去二氧化碳后的空氣，其流速為10-400. 00毫升/分鐘。當使用 氮氣或IS氣載氣時，應在載氣中添加O. 1-90%的氧氣或在樣品中加入大于樣品重量O. 01% 的含氧的氧化劑如過氧化氫等。
在兩種方式中使用的吸波材料粒度為30到400目，最好在40到120目之間。采 用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時，吸波材料用量為5-100克，最佳用量為10-30克；當 采用吸波材料間接進行加熱時，吸波材料用量為10-300克，最佳用量為10-100克。
使用吸波介質(zhì)，在微波輻射下直接或間接加熱有機碳樣品，使樣品中有機碳在高 溫下與氧氣或其它氧化劑反應生成二氧化碳，并被載氣載到吸收液或儀器進行后續(xù)測定。 其特征為當采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時，吸波介質(zhì)為硅鐵、三氧化二鎳、三氧 化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化猛、氧化鎳、三氧化鶴、硫化鑰、黃銅礦、硫化亞 銅、鐵氧體化合物等不含碳的吸波材料；當采用吸波材料間接進行加熱時，吸波介質(zhì)為碳、 碳化硅、硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、三 氧化鶴、二硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅、鐵氧體化合物等吸波材料。
本發(fā)明公開的微波用于有機碳測定時樣品前的處理方法與現(xiàn)有技術相比所具有的特點在于
(O 本方法具有升溫速度快，反應充分等優(yōu)點，適合各種有機碳樣品測定。(2)本方法裝置簡單，可以通過將家用微波爐進行簡單改造而實現(xiàn)本方法測定。(3)本方法非常容易操作，沒有復雜的裝置，實用性很強。(4)由于微波加熱效率高，所以本方法很節(jié)能。


圖1表示吸波材料直接接觸樣品進行加熱示意圖，該反應裝置位于微波加熱腔的頂部中心位置。將反應裝置放在該位置，使裝取樣品或吸波材料時更容易操作，同時該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。圖2表示表示吸波材料間接加熱樣品示意圖，該反應裝置位于微波加熱腔的頂部中心位置。將反應裝置放在該位置，使裝取樣品或向外取反應管時更容易操作，同時該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。圖3表示表示吸波材料直接接觸樣品進行加熱示意圖，該反應裝置位于微波加熱腔的底部中心位置。將反應裝置放在該位置，使裝取樣品或吸波材料時更容易操作，同時該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。圖4表示圖1表示吸波材料間接加熱樣品示意圖,該反應裝置位于微波加熱腔的底部中心位置。將反應裝置放在該位置，使裝取樣品或向外取反應管時更容易操作，同時該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。圖5表示吸波材料直接加熱樣品示意圖，該反應裝置是一個橫穿于微波腔中部(上面或下面中部)的一個石英或陶瓷管。此時是將樣品和吸波材料放在一個石英或陶瓷坩堝或長舟中，然后將坩堝或長舟放在管中央位置，該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。圖6表示吸波材料間接加熱樣品示意圖，該反應裝置是一個橫穿于微波腔的一個石英或陶瓷管。此時是將吸波材料放在石英或陶瓷管外部進行間接加熱，然后將只裝有樣品的坩堝或長舟放在管中央位置，該位置也是微波聚焦加熱最佳位置。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。實施例1
按圖1所示，將重10克、40目的不含碳的三氧化二鎳吸波材料放入20毫升石英或陶瓷坩堝中，然后將待測土壤樣品O. 2克也放入在該坩堝中。將該坩堝放入一個密閉的可透微波輻射的適合石英容器底部，該容器上部連接有載氣入口，下部連接載氣出口。載氣為流速為100毫升/分鐘的高純氮氣和20毫升/分鐘的純氧氣混合氣體。當使用功率為800W的微波爐輻射裝置時，吸波材料在2分鐘溫度升到1100°C，土壤樣品中有機碳氧化為二氧化碳后被載氣載入無色散紅外光譜儀中測定，測定結(jié)果與商品化的電阻爐總有機碳測定儀結(jié)果相吻合。實施例2
按圖1所示，將重15克、60目的不含碳的三氧化二鈷吸波材料放入30毫升石英比色管中，然后將待測土壤樣品O. 2克也放入在該比色管中。此比色管上部用塞子塞緊，塞子上面帶有載氣入口和載氣出口，并使載氣入口管伸入到比色管深處緊貼近吸波材料的位置。載氣為流速為50毫升/分鐘的高純氮氣和10毫升/分鐘的純氧氣混合氣體。比色管在微波爐上中部插入微波爐并使含吸波材料的比色管部分完全暴露在微波爐內(nèi)部中。當使用功率為800W的微波爐輻射裝置時，吸波材料在2分鐘溫度升到1250°C，土壤樣品中有機碳氧化為二氧化碳后被載氣載入無色散紅外光譜儀中測定，測定結(jié)果與商品化的電阻爐總有機碳測定儀結(jié)果相吻合。
實施例3按圖2所示，將重量20克、粒度50目的硅鐵吸波材料制作成一個中心帶有凹槽的成型裝置。該凹槽正好能插入裝有樣品的石英管(直徑I厘米)，凹槽的深度2厘米能使管底部的樣品全部充分的被吸波材料所加熱。裝有樣品的石英或陶瓷管中有載氣入口和載氣出口。 載氣為流速為30毫升/分鐘的高純氮氣和10毫升/分鐘的純氧氣混合氣體。當使用功率為800W的微波爐輻射裝置時，吸波材料在2分鐘溫度升到120°C，石英管里的水樣中的有機碳氧化為二氧化碳后被載氣載入無色散紅外光譜儀中測定，測定結(jié)果與商品化的電阻爐總有機碳測定儀結(jié)果相吻合。
實施例4下面是使用常規(guī)的管式爐加熱和本發(fā)明的微波加熱測定有機碳時對比數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種微波用于有機碳測定時樣品的前處理方法，其特征在于使用微波輻射直接或間接加熱吸波介質(zhì)，當采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時，吸波介質(zhì)為硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化猛、氧化鎳、三氧化鶴、硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅或鐵氧體化合物不含碳的吸波材料；當采用吸波材料間接進行加熱時，吸波介質(zhì)為碳、碳化硅、硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鑰、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、三氧化鎢、二硫化鑰、黃銅礦、硫化亞銅或鐵氧體化合物吸波材料；其中吸波材料與測定樣品的重量比為2:1到100 :0. 001 ;吸波材料粒度為30到400目；在流速為10-400. 00毫升/分鐘的載氣中添加O. 1-100%的氧氣或在樣品中加入大于樣品重量O. 01%的含氧的氧化劑如過氧化氫、高錳酸鉀、鉻酸鉀或重鉻酸鉀；所述的載氣為氮氣、氬氣、氧氣或除去二氧化碳后的空氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理方法，其中采用直接加熱時，是將含有機碳樣品與吸波材料共同放置于一石英或陶瓷坩堝(或底部封閉的透微波管)中使樣品與吸波材料直接接觸，當利用微波輻射吸波材料時，樣品在吸波材料表面被直接加熱并與氧化劑或氧氣進行反應生成二氧化碳。
3.根據(jù)權利要求1所述的處理方法，其中采用間接接加熱時，是將含有機碳樣品放置于一石英或陶瓷反應管底部，該反應管外部放置吸收微波波材料，當利用微波輻射吸波材料時，反應管被加熱使管內(nèi)樣品中的有機碳被間接加熱并與氧化劑或氧氣進行反應生成二氧化碳。
4.根據(jù)權利要求1-3所述的處理方法，其中吸波材料粒度在40到80目之間。
5.根據(jù)權利要求1-3所述的處理方法，其中采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時吸波材料與測定樣品的重量份數(shù)比為2:1到100 :0. 001 ;吸波材料用量為5-100克；當采用吸波材料間接進行加熱時吸波材料與測定樣品的重量份數(shù)比為5:1到100 :0. 001，吸波材料用量為10-300克。
6.根據(jù)權利要求5所述的處理方法，其中采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時吸波材料用量為10-30克；當采用吸波材料間接進行加熱時吸波材料用量為10-100克。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波用于有機碳測定時樣品前處理方法。其特征為當采用吸波材料直接接觸樣品進行加熱時，吸波介質(zhì)為硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鉬、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、三氧化鎢、硫化鉬、黃銅礦、硫化亞銅、鐵氧體化合物等不含碳的吸波材料；當采用吸波材料間接進行加熱時，吸波介質(zhì)為碳、碳化硅、硅鐵、三氧化二鎳、三氧化二鈷、硫化鉬、硫化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、三氧化鎢、二硫化鉬、黃銅礦、硫化亞銅、鐵氧體化合物等吸波材料。本方法具有升溫速度快，反應充分等優(yōu)點，適合各種有機碳樣品測定前的處理。
文檔編號G01N1/44GK102998166SQ20121048990
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者段旭川 申請人:天津師范大學