微波消解和微波萃取的效率受多种因素的影响。采用微波消解和微波萃取的方法处理样品时，要同时考虑到样品的种类、萃取溶剂、萃取温度、微波消解和萃取的功率和时间等多种因素的影响。

一、消解和萃取溶剂的影响

在元素总量分析中，一般是利用强酸(盐酸、硝酸、硫酸和王水)或强氧化剂如双氧水、酸性溴化钾-溴酸钾作消解介质对待测样品进行消解。而在有机金属化合物的形态分析中，为了避免酸对化合物的破坏作用，一般是采用较稀的酸和有机溶剂(异辛烷、苯、丙酮和甲醇)进行萃取。

在线消解全血样品时，选择稀盐酸和稀硝酸作萃取溶剂。酸的浓度稍高，在消解管内会产生大量的泡沫，影响液体在管内的流动方式，会降低分析的重复性。在消解生物组织如肾、肝脏、鱼以及污水淤泥时，只用硝酸就足以将目标分析物萃取出来。但在萃取鱼组织中的硒时，只用硝酸不能将其定量萃取，只有加入双氧水和硫酸后才能将硒定量萃取出来，可能的原因在于双氧水和硫酸的加入使酸混合物具有较高的沸点和较强的氧化能力，而且硒化合物易挥发，在氧化条件下，能将硒化合物最大程度地保存在酸混合物中。一般情况下，萃取样品基体中的硒不采用盐酸作萃取溶剂，因为硒在盐酸介质中易挥发。

在分析特定的元素如钙和硫时，应避免使用硫酸，以防生成难溶的硫酸钙和硫元素测定的不准确性。在某些情况下，萃取溶剂的体积影响萃取效率。如沉积物中甲基汞的萃取效率与萃取溶剂中盐酸的体积有关。

利用微波辅助萃取技术处理样品时所选择的萃取溶剂一般情况下和传统的萃取方法选择的萃取溶剂相同，“相似相溶”的原理在微波辅助萃取中仍然适用。但微波萃取中所用的萃取溶剂应具有适当的介电常数(ε')来吸收微波能并将其转化为热能。Ganzler等的研究成果表明萃取溶剂的电导率和介电常数大时，在微波萃取中可显著提高萃取率。然而，在有些情况下，萃取溶剂的选择还应考虑到所萃取物质的稳定性，防止快速加热引起的化合物降解。Xiong等比较了不同萃取溶剂在相同的加热条件下压力升高的速度，其结果是：甲醇＞丙酮＞水》二氯甲烷，而正己烷的压力几乎没有变化，压力升高的速度和溶剂吸收微波的能力有关，所以溶剂吸收微波的能力大小与上述顺序相同。常用纯溶剂在室温下的介电常数和分散因子列于表6-4。

表6-4 常用纯溶剂在室温下的介电常数和分散因子(tatnδ)

二、消解和萃取温度的影响

消解和萃取温度是保证萃取效率的重要因素，高的消解和萃取温度通常情况下会提高萃取效率。例如，密闭系统中多环芳烃类化合物在室温下的萃取效率只有52％，在115℃的萃取效率可达到75％;酚类化合物在130℃萃取能得到较好的回收率；而二凑类化合物在密闭系统中的温度达到80～120℃时可得到较好的回收率。但高的萃取温度可能会使多种化合物同时萃取出来，降低萃取的选择性，对待测化合物造成干扰，所以萃取温度的选择应同时兼顾高的萃取效率和高的萃取选择性。提高萃取温度可能还会导致所萃取的化合物降解，例如，有机氯杀虫剂二氯萘醌在115℃降解。一般来说，萃取温度的设置应在萃取溶剂的沸点附近以使萃取溶剂充分搅动起来增大萃取效率。

在敞口微波装置中，消解和萃取的温度是根据所选择的酸和有机溶剂的种类决定的。难消解的样品一般加入高沸点强氧化性的酸如硫酸使样品彻底消解。

在密闭微波装置中，消解和萃取温度可由温度传感器得到，通过与温度传感器相连的计算机可以设置消解的温度。1986年，Kingston和Jassie提出了密闭系统中微波消解功率-消解时间-消解温度-样品质量之间的关系式，可以估算消解容器内的温度。

式中，P为样品的吸收功率，W;K=4.184J·cal^-1; Cp为试剂的比热容，cal·g-1℃·℃^-1；m为样品的质量，g;△T为微波加热的最终温度与初始温度之差，℃；t为消解时间，s。这一关系式的提出对设计微波消解样品的方案有很大的指导作用。元素总量的测定可以在密闭系统中采用较高的温度加速消解过程，但有机金属化合物的形态分析和易挥发化合物的分析必须严格控制微波消解的温度，以保持化合物的初始形态，提高萃取回收率。

三、消解和萃取功率及时间的影响

在密闭微波装置中，萃取功率的选择应与所萃取的样品的数目有关，因为大部分的密闭微波装置可同时处理12个样品。研究发现，在密闭微波装置中，微波功率和微波辐射时间的增加会导致多环芳烃类化合物(PAHs)的萃取效率降低，其原因在于微波功率和微波辐射时间的增加会导致密闭容器中的温度升高，从而导致PAHs的热降解。在敞口微波装置中，将萃取功率从 30W提高到90W对二氯甲烷萃取土壤和沉积物中的多环芳烃类化合物不会提高萃取效率；而萃取污泥沉积物中的多氯联苯类化合物时也发现了同样的现象。

研究发现，在萃取功率足够高的情况下，萃取时间对萃取效果的影响不大。所以选择较高的萃取功率在尽可能短的时间内将待测样品消解完全，可以防止因消解时间过长引起的消解容器内的压力升高，避免可能发生的爆炸危险。对于有机金属化合物的形态分析，应在不破坏化合物初始形态的条件下选择萃取功率和萃取时间。对于难萃取的样品，循环多次进行微波辐射可将化合物定量地萃取出来，且不破坏化合物的存在形态。对于不同的元素，萃取功率也会有不同的影响。例如，镁的萃取与萃取功率无关，而铁的萃取与萃取功率密切相关。

四、样品基体的影响

水具有较高的介电常数，能强烈吸收微波而使样品快速加热，所以样品中水的存在在某种程度上能促进微波萃取的进程。例如，异辛烷只能吸收少量微波，但水的存在能促进样品吸收微波；甲苯定量萃取沉积物中的含氯杀虫剂也必须在10％水的存在下进行；用甲醇和丙酮-正己烷萃取土壤中的三嗪类化合物时，土壤的湿度对回收率没有影响，但用二氯甲烷萃取时，土壤中水的存在能极大地提高回收率。Letellier和Budzinski的研究表明，样品基体的湿度对多环芳烃回收率的影响与样品基体的组成和样品颗粒的大小有关：对于大颗粒样品，水的加入可提高多环芳烃的回收率；对干极细颗粒的样品，水的加入对其回收率没有影响。

此外，样品中存在的能够吸收微波的物质，如含铁物质或木炭会发弧光对萃取造成干扰。

样品颗粒的大小对消解程度也有很大影响。样品颗粒越小，消解效率越高。为使样品具有代表性，通常情况下，样品颗粒一般小于150目。

在元素定量分析中，元素的萃取回收率与样品的种类有很大关系。在消解果树叶子时，铁的回收率较低归因于叶子中硅锰矿的存在；而钡的低回收率则与叶子中的含硫化合物有很大关系，含硫化合物转变成硫酸盐进而使钡沉淀。

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文章来源：《环境样品前处理技术》

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