微波通常是指波長在lm-lmm的電磁波，初期主要用于通訊、廣播電視等行業(yè)。20世紀60年代后，人們逐漸將微波加熱技術用在紙類、林木的物理加工過程。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，微波技術己被廣泛應用于包括化學在內(nèi)的許多領域，尤其作為實現(xiàn)綠色化工的手段之一而倍受人們關注。本文就微波加熱機理和微波技術在化學合成、化學分析、食品加工、環(huán)境監(jiān)側與保護等領域的應用作一簡要概述。

1微波加熱機理及特點

1.1微波加熱的機理

    微波是一種高頻率的電磁波，微波加熱意味著將微波的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，轉(zhuǎn)變過程與物質(zhì)中分子等微觀粒子的運動有關。當微波作用到物質(zhì)上時，物質(zhì)中微觀粒子可產(chǎn)生四種類型的介電極化，即電子極化、原子極化、界面極化和偶極轉(zhuǎn)向極化，其中偶極轉(zhuǎn)向極化對物質(zhì)的加熱起主要作用。

    極性電介質(zhì)的分子在無外加電磁場作用時，偶極矩在各個方向的幾率相等，宏觀偶極矩為零。在微波場作用下，物質(zhì)的偶極子將重新取向，使宏觀偶極矩不再為零，形成偶極轉(zhuǎn)向極化。由于微波產(chǎn)生的交變電場以每秒高達數(shù)十億次的超高頻率變向，偶極轉(zhuǎn)向極化跟不上交變電場的變向而滯后，導致材料內(nèi)部功率耗散，一部分微波能因此轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體本身升溫，即所謂的“內(nèi)加熱”。換言之，就是在超高頻微波場的作用下，被加熱物質(zhì)的分子之間相互發(fā)生碰撞、擠壓和摩擦，由此產(chǎn)生深層、快速和均勻的加熱效果。物質(zhì)吸收微波能的程度可用介質(zhì)損耗角正切tg δ來描述，tgδ等于介電常數(shù)e’。與介電損耗因子e’’之比，物質(zhì)吸收微波能的能力隨tg δ的增大增加，因此，任一定的微波場中，物質(zhì)本身的介電仍性決定著微波場對其作用的大小。

    根據(jù)物質(zhì)對微波能的吸收程度，可將各種材料分成導體、絕緣體和介質(zhì)。導體主要為金屬，如銀、銅、鋁等，微波不能進入導體，只能在其表面反射;因此，為減小微波輻射對人體造成的傷害，可用金屬屏蔽微波輻射。絕緣體是指可穿透微波而對微波吸收很少的材料，其tg δ很小，如玻璃、陶瓷、耐熱塑書}、竹木器具等，均可作為微波加熱的容器。介質(zhì)能吸收微波，吸收程度用tg δ大小衡量，大多數(shù)有機化合物、極性無機鹽和含水物質(zhì)都能很好地吸收微波能并使溫度快速升高，這就為以微波技術手段介入有關化學反應或化學分析工作提供了有利條件。

1.2微波加熱的特點

    眾所周知，傳統(tǒng)加熱方法是利用外部熱源通過熱輻射由外到內(nèi)逐漸傳導加熱，為避免溫度梯度過大，加熱速度往往不能太快，更無法對處于同一反應裝置內(nèi)的混合物料的不同組分進行選擇性加熱。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱具有以下特點：

   （1）熱能不經(jīng)容器由外到內(nèi)逐漸傳導，加熱速率快。

   （2）熱效率高，能耗小。

   （3）無熱滯后效應，易實現(xiàn)溫度控制。

   （4）加熱均勻，表里一致，溫度梯度小。

   （5）可以對混合物料中的各個組分進行選擇性加熱，容易實現(xiàn)白動化控制。

   （6）能同時促進吸熱與放熱反應，對化學反應具有催化作用。

   （7）能降低化學反應的溫度。

   （8）能賦予某些高分子材料理想的性能。

2微波技術的應用

2.1在化學合成中的應用

    微波技術在有機合成上的應用始于二十世紀八十年代，當Gedye等人發(fā)現(xiàn)將微波加熱技術應用于有機小分子合成能顯著提高反應速度后，利用微波技術促進有機反應便成為人們關注的焦點。日前涉及微波加熱技術的有機合成反應有烷基化反應、酯化反應、取代與消除反應、磺化反應、烯烴加成反應、縮合反應、重排反應、周環(huán)反應和有機金屬反應等類型。研究表明，微波技術在有機合成上的應用不僅可以加快反應速度，縮短反應時間，而且還具有操作方便、產(chǎn)率高、產(chǎn)品易純化等優(yōu)點。

    在無機化合物的合成方面，微波加熱主要要用于燒結和水熱合成。例如.以硅溶膠、偏鋁酸鈉、溴代十六烷基毗啶氫氧化鈉等為原料，采用傳統(tǒng)的電烘箱加熱方法，在80℃下晶化，72 h才能制得MCM-41分子篩。若在微波加熱條件下進行同樣的反應，由于微波加熱迅速而均勻，晶化時間僅為2h。這不但節(jié)省了時間，降低了能耗，還可控制生成分子篩的晶型和結晶度。許多在工業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義的無機化合物，如碳化物、氮化物、復合氧化物、硅化物、沸石等都可用微波加熱技術進行合成。

    此外，微波加熱技術對粘度大、導熱性差的高分子化合物的合成與加工，對天然高分子材料的改性和固化也有良好的支持作用。

2.2在化學分析中的應用

    微波在化學中應用最廣泛的領域是分析化學，除用于微波等離子體(MWP)原子光譜分析所包含的MWP原子發(fā)射光譜分析(MWPAES), MWP原子吸收光譜分析(MWPAAS>. MWP原子熒光光譜分析(MWPAFS)和MWP原子質(zhì)譜分析(MWPMS)外，還可用于溶樣、苯取、脫附、測濕、干燥、分離富集、熱霧化、顯色和形態(tài)分析等。

    在樣品特別是固體樣本分析過程中，最耗時、最費力的工作往往是樣品的溶解。與傳統(tǒng)熱溶解樣品方法相比，微波加熱溶樣最突出的特點就是快速、節(jié)能。日前已建立的微波溶樣方法涉及的樣品包括化學、生物、藥物、食品以及眾多的合成材料。

    微波萃取主要用于對固體樣品的萃取，將樣品粉碎后加入溶劑，隨后施加微波在常壓、高壓或流動條件下進行萃取。與傳統(tǒng)萃取法相比，微波萃取有快速、回收率高、能耗小、溶劑用量少等優(yōu)點。由于避免了因長時間加熱而引起的熱分解，微波萃取法有利于極性和熱不穩(wěn)定化合物的萃取。

    微波加熱干燥是用微波加熱除去樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)。微波加熱干燥用于重量法可測定水中固體或懸浮體?？焖伲?jié)能同樣是微波加熱干燥法測定水分的突出特點。

食品保鮮通常離不開防腐劑，然而防腐劑的食用會對人體健康產(chǎn)生不良影響。實踐表明，微波殺菌的顯著效果能確保食品不添加任何防腐劑而延長保鮮期。與其它生物體一樣，細菌也是由水、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)組成，其中水是極性分子，在微波超高頻產(chǎn)生的交變電場的作用下被進一步極化，井隨微波場極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團急劇旋轉(zhuǎn)、振動和升溫，進而導致蛋自質(zhì)分子變性。在微波輻射下食品升溫的過程中，細菌和酵母菌等微生物將在短時間內(nèi)被殺死，而食品的色、香、味和營養(yǎng)成分并未受損?？梢?，微波技術對食品殺菌和保鮮具有重要價值。日前，瑞典、德國、丹麥和意人利等國使用微波對切片面包殺菌、防霉、保鮮已達到工業(yè)化生產(chǎn)程度，我國的一些食品生產(chǎn)企業(yè)也開始將微波殺菌技術應少目到部分食品的加工、運輸、貯藏及銷售中。

2.4在環(huán)境監(jiān)測與保護中的應用

      環(huán)境監(jiān)測工作離不開對樣品的消解。在環(huán)境監(jiān)測中，幾乎所有的分析測試方法均要求將樣品制各成溶液，樣品消解步驟直接影響到待測樣品分析測試的檢出限和準確度。本文有關微波在化學分析中的應用部分已經(jīng)就微波消解的特點作了簡單介紹，由于該方法能加快樣品消解速度并減少痕量元素的損失，對環(huán)境的二次污染義小，故在環(huán)境監(jiān)測領域己作為準方法廣泛應用于樣品分析的預處理。

當今世界能源危機日益嚴峻，為提高能源利用率，改善環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，我們必須重新審視傳統(tǒng)的工作與生活方式。微波環(huán)保技術是微波處理技術與環(huán)境資源回收利用技術的新興交叉技術，其快速、高效、環(huán)境資源回收率高、省時節(jié)能和成本低等優(yōu)點都符合現(xiàn)代環(huán)保要求，相關技術已應用在廢棄物的處理與回收、消除水土污染、處理廢電路板并回收貴金屬、處理煙氣中的二氧化硫和制備環(huán)保材料等。

2.5在醫(yī)學上的應用

    微波所產(chǎn)生的高強度電磁場會改變生物組織內(nèi)電荷與分子的運轉(zhuǎn)規(guī)律，改變細胞電位和細胞膜通透性，破壞微生物化學成分及結構，進而導致細胞死亡。低溫短時的微波福射對霉菌、放線菌、酵母菌較敏感，對其它細菌亦有很強的殺滅作用。文獻資料表明，該方法用于口腔內(nèi)疾病治療具有復診次數(shù)少、充填療效好、不產(chǎn)生機體免疫損害以及副反應小等優(yōu)點。

    此外，微波技術在藥物合成、病理診斷、標本前期處理以及染色、免疫組織化學反應、電鏡標本制備和陳舊性標本的再利用等方面亦有不俗的表現(xiàn)。

3結語

    微波技術因其顯著特點，在化學、醫(yī)學、食品加工、環(huán)境監(jiān)測與保護等領域的研究與應用具有無窮魅力。微波技術的發(fā)展前景，就是要突破傳統(tǒng)內(nèi)容，與更多的學科相結合，創(chuàng)建一系列新的研究方向，充分發(fā)揮其快速、高效和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，為保護和合理利用自然資源服務。

    東莞市齊協(xié)微波設備有限公司是一家致力于研究工業(yè)微波設備應用，設計工業(yè)微波設備的專業(yè)廠家，歡迎各行業(yè)的用戶前來考察，洽談。

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