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密闭微波样品消解原理及常识
刘伟阎军武刚
The Knowledge of Hermetic Microwave Digestion
4样品制备目标和原则
现在，在生物有机物样品及矿物岩石、矿石、矿渣和玻璃等痕量元素分析中，常常是从待分析物的溶样开始，绝大多数都要进行化学预处理，要把固体制成溶液，需要分解和破坏样品基体。一般使用原子吸收或发射光谱分析元素时，若样品为水溶液时，通常都可以达到极佳的分析结果。非水溶液也可以分析，但是样品溶液中，高浓度的有机化合物对某元素会引起严重的分析干扰问题。绝大部分的样品都无法直接进行固体分析，因此必须先转变成溶液型态。在分析前先经过消化处理，大多情况下都可产生较精确的分析结果。以下为样品消解前处理所应考虑的前提:
4.1确定样品消解是否必要
1）.没有样品消解能否分析？
2）.通过消解样品能否改善分析？
4.2理想样品制备的进行步骤
1）.将固体和液体样品转化成液体溶液，以避免在测定中阻塞仪器液体传输及雾化系统。
2）.破坏所有的有机物质使它不会干扰火焰燃烧或增加背景讯号。
3）.把感兴趣的分析物以可检测的浓度保留在溶液中。
4）.不加任何元素或化合物干扰离子。
5）.调整样品的粘度和颗粒百分比到分析的最佳条件。
4.3采用微波消解手段的十大理由
1）与加热板消化比较时，消化可快4－100倍完成。
2）通常采用的2450MHz的微波，只能导致分子（粒子）运动，不引起分子结构变化，从而不会改变消解反应的方向。
3）微波直接向样品释放能量（热是副产物），避免了传统方式(热传导、热对流）中能量的损失，提高了能量的使用效率。
4）大多数传统试剂在微波消解中仍然可以使用，因此对大多数的反应操作者无须改变试剂的种类。且用于消化的酸类不会因为其活性成分的蒸发而降低或失去强度。
5）样品的消解可以进行的更精确、彻底。在许多消化程序中可避免过氯酸的使用，如HNO 3在微波消化期间，基于消化瓶内压力的缘故，会产生较高的温度而得到较好的消化结果，以取代过氯酸的使用。
6）密闭微波消解可通过提高温度／压力协助反应，使反应物在特定温度下发生快速分解，减少分解所需的时间，提高工作效率，对传统方法这是不可能的。
7）挥发元素如：As，Hg等可被保留在消化溶液中，防止挥发造成结果的偏差和对环境的污染。同时也使操作人员避免接触酸雾和有害的气体，如氢氟酸。
8）由于微波消解试剂用量少且密闭，可消除由于空气传播的微粒或渗出现象而导致的样品污染。因此有较低的空白值。
9）最先进的微波消解仪器能够通过磁控管的自动调节，定量的控制微波能量的传递，以此控制分解条件并实现对反应的自动控制。避免了人为操作产生的错误和误差。
10）通过温压控制可以保证消解的质量，保证反应一致的平行性和重复性。
5酸与样品分解
消解的目的是希望酸能分解样品基体同所感兴趣的金属离子形成可溶盐。硝酸及过氯酸等氧化性的酸类，是最常用来破坏有机物质与分解金属化合物的试剂。有机物质氧化成
CO2,H 2O,及NOX。金属、金属盐类，及氧化物则可使用氧化性酸液配合盐酸、氢氟酸、或硫酸，加以溶解。由于这些酸类都是液体或气体，在原子光谱分析时会迅速挥发，因而可大幅降低可能发生的背景干扰问题。硝酸、盐酸及高氯酸被广泛用于化学分析的样品制备中，传统上使用的大多数无机酸都是良好的微波吸收体，当微波能被直接加到密闭透射微波的塑料容器中的酸时，受到许多必须加以估计的复杂因素所制约。
如何选用单一酸或混合酸，这要看其分解基体的效果如何。在开口和密闭容器中常选用混酸，每种酸都有有效分解某一特定基体中个别组分的能力，其中辅助酸不仅能作消解试剂，且把溶解过程中与另一种酸形成的络合元素盐有效地溶解掉。例如，单用氢氟酸并不适合于植物样品的分解。然而，如果有含硅组分存在，则常把氢氟酸加入到硝酸中以便使那些和硅以不同形式结合在一起的痕量元素释放出来。这种酸的组合必须根据样品基体的化学性质加以选定。
为了选择适当的酸以保证样品完全溶解，了解样品基体和其中主要的元素及化合物是非常重要的。必须在试图用密闭容器进行消解之前就做出估价。碳酸盐和硫化物常形成气态产物，因此在样品容器密封以前直到反应沉淀池中起泡，应被允许存在。必须考虑的因素是：
5.1酸和容器间的化学作用
氢氟酸不应用于玻璃和石英容器。
5.2酸沸点和容器熔点的矛盾
高沸点（339℃）的硫酸能熔化大多数塑料制品，包括特氟隆PFA。
5.3酸在微波场中的稳定性、蒸气压。
5.4混酸组合使用时，酸之间的相互作用。
5.5挥发性
在盐酸中- As,Se,Sb,Sn,Ge,Te,Hg的氯化物；在其它酸中- Cr,V,Mo,Mn,Bi,Tl的氯化物；在稀酸中- B,P，Pb,Se,Sb,As,Te,Hg的氢化物。
5.6溶解性
溶解度常数，(伴随)氟化物沉淀
酸和混合酸HNO3,HCl,HF,H2SO4,H3PO4,H3BO3
酸类及混酸在大气压力下的沸点
酸类浓度% (重量百分比) 沸点℃
盐酸37 110
氢氟酸49 108
硝酸70 120
王水（HNO3=HCL,1:3v/v）112
硫酸98.3 338
磷酸* 85 150
硝酸、盐酸及氢氟酸有相对较低的沸点，因而伴随有高的分压。磷酸、硫酸及氟硼酸在相近温度下则有较低的分压和较高的沸点。取每组酸中的一种并加以组合便可利用它们的性质获得一种分压比沸点较低的酸还要小的混酸。
6微波消解酸选择的一般准则
酸或混合酸评注可消解的样品类型
HNO3 广泛用于酸消解。能氧化侵蚀
金属和有机物质。Au,Pt,Nb,Ta和Zr不
