Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Другие методы извлечения. Часть 1

Теперь поговорим о микроволновых технологиях для экстракции. Микроволновая область электромагнитного спектра лежит между ИК-излучением и радиочастотами и простирается от длины волн от 1 см до 1 м (частоты от 30 ГГц до 300 МГц соответственно). Длины волн от 1 см до 25 см широко используются для радиолокационных передач, а оставшийся диапазон длин волн – для телекоммуникаций. Во избежание помех основные частоты, выделяемые для промышленного использования (в бытовых и промышленных микроволновых нагревателях), составляют 12,2 см (2,45 ГГц) или 33,3 см (900 МГц). Бытовые микроволновые печи обычно генерируют до 8 кВт непрерывной мощности на частоте 2,45 ГГц, в конечном итоге до 100 кВт на частоте 900 МГц. Микроволновый генератор или магнетрон преобразует электрическую энергию постоянного тока в микроволны. Устройство состоит по существу из цилиндрического диода в осевом магнитном поле с кольцом полостей, которые становятся резонансными или возбуждаются таким образом, что делает его источником колебаний микроволновой энергии. Микроволны могут использоваться как для изучения молекулярных характеристик и свойств, так и для усиления химических реакций, включая разделение образцов. Микроволновая спектроскопия обычно определяется как абсорбционная спектроскопия высокого разрешения молекулярных вращательных переходов в газовой фазе.

Микроволновая спектроскопия наблюдает переходы между квантованными вращательными подуровнями данного колебательного состояния в основном электронном состоянии свободных молекул. Спектры молекулярного вращательного резонанса (MRR) измеряются в диапазоне от 3 до 1000 ГГц (от λ = 10 см до λ = 0,3 мм). Диапазон между 8 и 40 ГГц особенно важен, потому что вращательные переходы с низкими квантовыми числами обычно обнаруживаются там для молекул с малыми и средними молекулярными массами. Благодаря своим резким полосам микроволновая спектроскопия обеспечивает превосходную технику снятия отпечатков пальцев для молекул в газовой фазе. МРТ-спектроскопия особенно подходит для высокоточного определения молекулярных структур. В жидкостях и твердых телах, где молекулы обычно не могут свободно вращаться независимо, спектры слишком широки, чтобы их можно было наблюдать. Именно для этих фаз релевантные эффекты нагревания диэлектрических потерь в микроволновой печи актуальны и их следует отличать от спектроскопических эффектов. Эффект микроволнового диэлектрического нагрева использует способность некоторых жидкостей и твердых веществ преобразовывать электромагнитную энергию в тепло и тем самым стимулировать химические реакции. Энергия, вовлеченная в микроволновую очистку, превышает энергию микроволновой спектроскопии.

Простые тепловые эффекты могут объяснить все микроволновые ускоренные органические реакции. Были рассмотрены применения эффектов микроволнового диэлектрического нагрева к синтетическим проблемам в химии. Использование микроволн для нагрева химических реакторов резко возросло за последнее десятилетие. Микроволновая техника широко применяется для обработки полимерных материалов, например, в микроволновой печи. Микроволновая обработка является развивающейся технологией. Особенно важно различать системы микроволнового нагрева с открытым сосудом и с закрытым сосудом (под давлением). В микроволновых системах как с открытым, так и с закрытым сосудом используется прямое поглощение микроволнового излучения через, по существу, материалы, прозрачные для микроволновых печей (PTFE, PC). Основные области применения микроволнового излучения: пробоподготовка, ускорение до предварительной концентрации аналитических образцов в микроволновом поле, анализ выделенного газа под воздействием микроволнового излучения, термодесорбция твердых ловушек микроволновой энергией, микроволновый термический анализ. Термодесорбция твердых ловушек микроволновой энергией непригодна для термолабильных соединений. При микроволновом термическом анализе (твердый) образец нагревается непосредственно посредством взаимодействия микроволн с образцом, обеспечивая более равномерный нагрев и снижение температурных градиентов по сравнению с нагревом в электрических печах.

При прохождении воздуха над нагретым в микроволновой печи летучим образцом выделяемые газы могут быть собраны. При приготовлении образцов в микроволновой печи можно выделить следующие процессы: микроволновая сушка, микроволновое расщепление / (кислотное) растворение (от атмосферного до высокого давления) для элементного анализа, микроволновое озоление и экстракция растворителем в микроволновой печи (например, такие методы, как MAE, Soxwave и MAP). Ле Блан уже описал ускоренное микроволновое растворение полимеров. Микроволновая энергия также использовалась для содействия одностадийному извлечению из образцов и отбору проб в свободном пространстве для разработки простого, быстрого и не содержащего растворителей процесса. Толчком к таким разработкам является дальнейшее снижение трудоемкого процесса растворения образцов в микроволновой печи путем использования системы потока, что увеличивает пропускную способность образца и облегчает автоматизацию. Микроволновое растворение образцов в режиме онлайн также сочеталось с таким методом, как ICP-AES / MS. Микроволновые технологии также используются для микроволновой плазменной спектрометрии (MIPAES и MIP-MS). Далее мы рассмотрим относительно новую технику экстракции полимерных добавок с помощью микроволн.