CN102998166A

CN102998166A - 一种微波用于有机碳测定时样品前的处理方法

Info

Publication number: CN102998166A
Application number: CN2012104899027A
Authority: CN
Inventors: 段旭川
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种微波用于有机碳测定时样品前处理方法。其特征为：当采用吸波材料直接接触样品进行加热时，吸波介质为硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等不含碳的吸波材料；当采用吸波材料间接进行加热时，吸波介质为碳、碳化硅、硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、二硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等吸波材料。本方法具有升温速度快，反应充分等优点，适合各种有机碳样品测定前的处理。

Description

一种微波用于有机碳测定时样品前的处理方法

技术领域

本发明属于微波化学领域，尤其是关于微波用于有机碳测定时样品前处理的方法和装置。

背景技术

微波是一种频率在0.3～300 GHz、波长在0.1～100cm 之间的电磁波。把微波能作为一种能量加以利用，通过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均匀、热效率高、升温和停止加热迅速以及可以改善材料性能等传统加热方式无法比拟的优点，在提高生产效率和改善生产条件等方面具有明显优势，因而在化学、冶金及材料等诸多领域得到了广泛的应用。作为一种快速升温的方法，微波加热在分析化学领域已经得到广泛的应用。然而，目前的应用主要集中在微波密闭加热湿法消解样品上面。而将微波作为各种样品中的总有机碳测定时前处理方法，目前还未见报道。

发明内容

本发明公开了一种微波用于有机碳测定时样品前处理方法，其特征在于使用微波辐射直接或间接加热吸波介质，当采用吸波材料直接接触样品进行加热时，吸波介质为硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜或铁氧体化合物不含碳的吸波材料；当采用吸波材料间接进行加热时，吸波介质为碳、碳化硅、硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、二硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜或铁氧体化合物吸波材料；其中吸波材料与测定样品的重量比为2:1到100：0.001；吸波材料粒度为30到400目；优选吸波材料粒度在40到120目之间。

本发明所述的处理方法，其中采用直接加热时，是将含有机碳样品与吸波材料共同放置于一石英或陶瓷坩埚中使样品与吸波材料直接接触，当利用微波辐射吸波材料时，样品在吸波材料表面别加热并与氧化剂或氧气进行反应生成二氧化碳。

本发明所述的处理方法，其中采用间接接加热时，是将含有机碳样品放置于一石英或陶瓷反应管底部，该反应管外部放置吸收微波波材料，当利用微波辐射吸波材料时，反应管被加热使管内样品中的有机碳受热并与氧化剂或氧气进行反应生成二氧化碳。

本发明采用吸波材料直接接触样品进行加热时优选吸波材料与测定样品的重量份数比为2:1到100：0.001；（吸波材料用量为5-100克，最佳用量为10-30克）；当采用吸波材料间接进行加热时吸波材料与测定样品的重量份数比为5:1到100：0.001（吸波材料用量为10-300克，最佳用量为10-100克）。本发明更加详细的制备方法如下：

直接加热和间接加热。

（一）、直接加热方式

在本方式中，是将一定重量（5-100克，最佳用量10-30克）、一定粒度(30-400目，最佳40-80目)的吸波材料如硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等不含碳的吸波材料放入石英或陶瓷坩埚中（或底部封闭的管），然后将待测样品也放入在该坩埚（或底部封闭的管）中直接与吸波材料接触。将该坩埚（或底部封闭的管）放入微波腔中进行微波辐射加热。为了使样品中有机碳测定准确，吸波材料应不含碳或含碳量很低，这就需要吸波材料在合成时尽量不引入含碳物质。当吸波材料含有少量碳时，应在使用前通过老化空烧的办法将该吸波材料中的碳烧掉。

在这种直接加热方式中，仍分为两种方式：

（1）当使用石英或陶瓷坩埚时，该坩埚装有吸波材料和样品后，放入到另一个透波的石英或陶瓷容器中，该容器连接有载气入口管和载气出口管，使吸波材料受微波辐射升温并使样品有机碳氧化为二氧化碳后被载气载入仪器进行测定。为使样品中有机碳更快的燃烧转化为二氧化碳并被载气及时带出去检测，石英或陶瓷坩埚中装有的吸波材料表面上的样品应能与载气充分接触。为达到这一目的，要求在吸波材料吸波后使温度迅速上升到最大温度的前提下，尽量用小体积的坩埚装吸波材料，或使用在坩埚壁上带有透气孔的坩埚。这样会使样品中有机碳很容易被氧化成二氧化碳并被载气及时带走送到检测器去检测。

（2）当使用石英或陶瓷管装吸波材料和样品时，此时石英或陶瓷管应该足够长，能使管伸出微波炉外面并能直接与载气入口和出口相连接。

（二）间接加热方式

在本方式中，是将一定重量（吸波材料用量为10-300克，最佳用量为10-100克）、一定粒度（30到400目；优选吸波材料粒度在40到120）的吸波材料如碳、碳化硅、硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、二硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等吸波材料制作成一个带有凹槽的成型装置。该凹槽正好能插入装有样品的石英管或陶瓷管，凹槽的深度至少能使管底部的样品全部充分的被吸波材料所加热。装有样品的石英或陶瓷管中有载气入口和载气出口，使样品有机碳氧化为二氧化碳后能被载气载入仪器进行测定。对上面两种加热方式。

要使样品中的有机碳转化为二氧化碳并被带到检测装置被检测，应使用载气，它们包括氮气、氩气、氧气或除去二氧化碳后的空气，其流速为10-400.00毫升/分钟。当使用氮气或氩气载气时，应在载气中添加0.1-90%的氧气或在样品中加入大于样品重量0.01%的含氧的氧化剂如过氧化氢等。

在两种方式中使用的吸波材料粒度为30到400目，最好在40到120目之间。采用吸波材料直接接触样品进行加热时，吸波材料用量为5-100克，最佳用量为10-30克；当采用吸波材料间接进行加热时，吸波材料用量为10-300克，最佳用量为10-100克。

使用吸波介质，在微波辐射下直接或间接加热有机碳样品，使样品中有机碳在高温下与氧气或其它氧化剂反应生成二氧化碳，并被载气载到吸收液或仪器进行后续测定。其特征为：当采用吸波材料直接接触样品进行加热时，吸波介质为硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等不含碳的吸波材料；当采用吸波材料间接进行加热时，吸波介质为碳、碳化硅、硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、二硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜、铁氧体化合物等吸波材料。

本发明公开的微波用于有机碳测定时样品前的处理方法与现有技术相比所具有的特点在于：

（1）本方法具有升温速度快，反应充分等优点，适合各种有机碳样品测定。

(2) 本方法装置简单，可以通过将家用微波炉进行简单改造而实现本方法测定。

(3) 本方法非常容易操作，没有复杂的装置，实用性很强。

（4）由于微波加热效率高，所以本方法很节能。

附图说明：

图1表示吸波材料直接接触样品进行加热示意图，该反应装置位于微波加热腔的顶部中心位置。将反应装置放在该位置，使装取样品或吸波材料时更容易操作，同时该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

图2表示表示吸波材料间接加热样品示意图，该反应装置位于微波加热腔的顶部中心位置。将反应装置放在该位置，使装取样品或向外取反应管时更容易操作，同时该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

图3表示表示吸波材料直接接触样品进行加热示意图，该反应装置位于微波加热腔的底部中心位置。将反应装置放在该位置，使装取样品或吸波材料时更容易操作，同时该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

图4表示图1表示吸波材料间接加热样品示意图，该反应装置位于微波加热腔的底部中心位置。将反应装置放在该位置，使装取样品或向外取反应管时更容易操作，同时该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

图5表示吸波材料直接加热样品示意图，该反应装置是一个横穿于微波腔中部（上面或下面中部）的一个石英或陶瓷管。此时是将样品和吸波材料放在一个石英或陶瓷坩埚或长舟中，然后将坩埚或长舟放在管中央位置，该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

图6表示吸波材料间接加热样品示意图，该反应装置是一个横穿于微波腔的一个石英或陶瓷管。此时是将吸波材料放在石英或陶瓷管外部进行间接加热，然后将只装有样品的坩埚或长舟放在管中央位置，该位置也是微波聚焦加热最佳位置。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1

按图1所示，将重10克、40目的不含碳的三氧化二镍吸波材料放入20毫升石英或陶瓷坩埚中，然后将待测土壤样品0.2克也放入在该坩埚中。将该坩埚放入一个密闭的可透微波辐射的适合石英容器底部，该容器上部连接有载气入口，下部连接载气出口。载气为流速为100毫升/分钟的高纯氮气和20毫升/分钟的纯氧气混合气体。当使用功率为800W的微波炉辐射装置时，吸波材料在2分钟温度升到1100℃，土壤样品中有机碳氧化为二氧化碳后被载气载入无色散红外光谱仪中测定,测定结果与商品化的电阻炉总有机碳测定仪结果相吻合。

实施例2

按图1所示，将重15克、60目的不含碳的三氧化二钴吸波材料放入30毫升石英比色管中，然后将待测土壤样品0.2克也放入在该比色管中。此比色管上部用塞子塞紧，塞子上面带有载气入口和载气出口，并使载气入口管伸入到比色管深处紧贴近吸波材料的位置。载气为流速为50毫升/分钟的高纯氮气和10毫升/分钟的纯氧气混合气体。比色管在微波炉上中部插入微波炉并使含吸波材料的比色管部分完全暴露在微波炉内部中。当使用功率为800W的微波炉辐射装置时，吸波材料在2分钟温度升到1250℃，土壤样品中有机碳氧化为二氧化碳后被载气载入无色散红外光谱仪中测定,测定结果与商品化的电阻炉总有机碳测定仪结果相吻合。

实施例3

按图2所示，将重量20克、粒度50目的硅铁吸波材料制作成一个中心带有凹槽的成型装置。该凹槽正好能插入装有样品的石英管（直径1厘米），凹槽的深度2厘米能使管底部的样品全部充分的被吸波材料所加热。装有样品的石英或陶瓷管中有载气入口和载气出口。载气为流速为30毫升/分钟的高纯氮气和10毫升/分钟的纯氧气混合气体。当使用功率为800W的微波炉辐射装置时，吸波材料在2分钟温度升到120℃，石英管里的水样中的有机碳氧化为二氧化碳后被载气载入无色散红外光谱仪中测定,测定结果与商品化的电阻炉总有机碳测定仪结果相吻合。

实施例4

下面是使用常规的管式炉加热和本发明的微波加热测定有机碳时对比数据：

	升温时间（1200℃）	耗电（度）	实验操作难易	设备价格（元）	标样测定结果误差
						管式炉加热法	1小时	1.0	复杂，需要磁舟	2000	5%
微波加热法	3分钟	0.04	简单，只需常规坩埚	300	0.3

从上面结果可以看出，使用微波方法在设备投资、节能、测定速度及准确度方面较目前的管式炉加热都有很好的优势。

Claims

1.一种微波用于有机碳测定时样品的前处理方法，其特征在于使用微波辐射直接或间接加热吸波介质，当采用吸波材料直接接触样品进行加热时，吸波介质为硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜或铁氧体化合物不含碳的吸波材料；当采用吸波材料间接进行加热时，吸波介质为碳、碳化硅、硅铁、三氧化二镍、三氧化二钴、硫化钼、硫化铁、四氧化三铁、二氧化锰、氧化镍、三氧化钨、二硫化钼、黄铜矿、硫化亚铜或铁氧体化合物吸波材料；其中吸波材料与测定样品的重量比为2:1到100：0.001；吸波材料粒度为30到400目；

在流速为10-400.00毫升/分钟的载气中添加0.1-100%的氧气或在样品中加入大于样品重量0.01%的含氧的氧化剂如过氧化氢、高锰酸钾、铬酸钾或重铬酸钾;所述的载气为氮气、氩气、氧气或除去二氧化碳后的空气。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其中采用直接加热时，是将含有机碳样品与吸波材料共同放置于一石英或陶瓷坩埚（或底部封闭的透微波管）中使样品与吸波材料直接接触，当利用微波辐射吸波材料时，样品在吸波材料表面被直接加热并与氧化剂或氧气进行反应生成二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其中采用间接接加热时，是将含有机碳样品放置于一石英或陶瓷反应管底部，该反应管外部放置吸收微波波材料，当利用微波辐射吸波材料时，反应管被加热使管内样品中的有机碳被间接加热并与氧化剂或氧气进行反应生成二氧化碳。

4. 根据权利要求1-3所述的处理方法，其中吸波材料粒度在40到80目之间。

5.根据权利要求1-3所述的处理方法，其中采用吸波材料直接接触样品进行加热时吸波材料与测定样品的重量份数比为2:1到100：0.001；吸波材料用量为5-100克；当采用吸波材料间接进行加热时吸波材料与测定样品的重量份数比为5:1到100：0.001，吸波材料用量为10-300克。

6.根据权利要求5所述的处理方法，其中采用吸波材料直接接触样品进行加热时吸波材料用量为10-30克；当采用吸波材料间接进行加热时吸波材料用量为10-100克。