微波在有机合成中的应用十篇

微波在有机合成中的应用篇1

关键词微波技术辐射化学反应机理

自从Gedye[1]和Giguere[2]报道了利用微波辐射技术（MicrowaveIrradiationTechnology，简称MIT）促进有机化学反应的研究，才使得微波辐射技术真正应用于化学反应中，成为用于加速化学反应的一项重要技术；同时也成为不同于传统加热方法而应用于化学领域中的一项新兴的有机合成技术。利用微波使化学物质进行反应，其反应速度较传统加热方法快十倍乃至千倍。这种化学反应的加速是一种催化过程，完全不同于那些通常使用特定的化学物质作催化剂的过程。

微波辐射技术用于有机合成以其反应速度快、操作方便、产率高、产品易纯化等特点而发展很快，成为继热、光、电、声、磁效应以后开发的一种新型合成技术[3]。随着微波合成技术的不断提高，对传统的化学领域，特别是有机合成领域带来了冲击，成为化学领域中一门引人注目的新课题。本文就微波技术在化学领域中的应用进行了综述，并简述了其可能的作用机理。

1微波技术在有机化学中的应用

1．1在有机合成中的应用

由于极性有机化合物分子受微波作用后可以通过偶极旋转被加热，所以许多有机反应在微波辐射下可以高效率地完成。目前，催化有机合成反应的方法有三种：（1）物理催化（2）化学催化（3）生物催化。利用微波技术，通过控制反应条件，可以使许多有机反应的速度提高数倍，一些反应甚至比传统加热方法快上千倍。

目前，已发现利用微波辐射加热进行的有机合成反应主要有Diels-Alder反应、、酯化反应、重排反应、Knoevenagel反应、Perkin反应、Reformatsky反应、Deckmann反应、缩醛（酮）反应、、Witting反应、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、氧化、烯烃加成、消除反应、取代、成环、环反转、酯交换、酰胺化、脱羧、聚合、主体选择性反应、自由基反应及糖类反应等，几乎涉及了有机合成反应的各个主要领域[4]。这些反应在微波辐射下均大大提高了反应效率。如反式丁烯二酸与甲醇的酯化反应，微波作用下，回流50min，产率为85，而传统方法需8h[5]；李军等人研究了微波法合成领异丁烯氧基苯酚方法，常规加热回流3h，产率为35，而用微波90s产率达68[6]。

1．2在金属有机化学反应中的应用

利用微波炉加热进行金属有机化学反应也有明显的效果。一些金属配合物的合成，传统方法需数小时完成，而在微波条件下仅需数十分钟即可完成。Mingos[7]利用微波炉通过氢键和配位键的结合制备了有机金属配合物，成功实现了有机金属配合物的自由组装，给金属有机化学反应注入了新的活力。Baghurst等人采用微波常压合成技术合成了铑和铱的二烯烃化合物和“三明治”型的阳离子化合物，并由此改进了微波常压反应系统，使之与有机合成反应装置更接近且具有实用性，可以使大多数常规化学反应在微波条件下进行[8]。

2微波技术在高分子化学中的应用

微波技术应用于高分子化学领域的研究较多，在聚合物合成、交联、固化等方面都有成功的应用。如甲基丙烯酸-2-羟乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等己烯基类单体的自由基聚合反应，聚酰胺酸的亚胺化反应，芳香二胺和芳香二羧酸合成芳香聚酰胺的缩合反应，引发聚醚反应、聚烯烃的交联反应，聚氨酯的固化反应以及聚氨酯的合成反应等。这些反应除可以显著缩短反应时间，有些性能还明显优于传统加热方法。如聚氨酯经微波辐射形成膜的硬度较传统方法有明显提高，丙烯酸类树脂在微波辐射下3~8min就可固化出物理性能优于传统方法的树脂固化物。龙明策[9]等采用以淀粉、丙烯酸为主要原料，开展了以微波辐射合成高吸水性树脂的工艺研究，合成了吸水率为735g/g的高吸水性树脂，比传统加热方法节省时间数10倍以上，操作易于控制且“三废”排放极少。

微波技术在高分子合成中的应用研究是基于微波辐射有优良的“内加热”效应，但在聚合反应中的机理、热效应及非热效应对聚合反应的影响均受仪器的限制而无法开展。近年来出现的脉冲微波辐射，用电磁波在没有明显的热效应的情况下引起化学反应，这一方法的运用将为高分子合成提供有力的手段。

3微波技术在其它化学领域中的应用

在无机材料方面，用微波辐射技术可以进行沸石分子筛的合成，为制备新型的功能材料与催化剂提供了快捷的途径和方法[10,11],用微波等粒子技术，制备了金刚石膜、鈷薄膜等金属膜。

在分析化学方面，用微波辐射技术进行了样品溶解、蛋白质水解等方面的研究，开辟了一条高效、快速的新实验方法。

在生物化学方面，微波技术应用较早，利用微波技术可以快速对蛋白质及肽进行水解，并且可以控制裂解部位，极大的提高酶催化反应的效率。

在药物化学方面，利用微波技术通过短寿命的示踪原子快速、高产率的合成了同位素标记药物，拓展了药物化学的合成领域，具有广泛的应用前景。

4微波辐射技术的机理探讨

微波在电磁波谱中介于红外辐射（光波）和无线电波之间，又称超高频，其波长在1mm～1m之间，频率在300MHz~300GHz。用于加热技术的微波波长一般固定在12．2cm或33．3cm。关于微波加热的原理，一般认为：微波振动同物质分子偶极振动有相似的频率，在快速振动的微波磁场中，物质分子的偶极振动尽力同微波振动相匹配，而分子的偶极振动通常落后于微波磁场，这样物质分子吸收电磁能以数十亿次的高速振动产生热能，因此微波对物质的加热是从物质分子出发的，称为“内加热”。而传统的加热方法如回流则是靠热传导和热对流来实现的，即“外加热”。内加热的优越性在于加热快，受热均匀，能显著提高有机反应的速度。当然，微波对反应物的加热速率、溶剂的性质、反应体系等都能影响其反应的速率。

微波技术除具有热效应外，还存在微波的特殊效应。微波作用于反应物后，加剧了分子间的运动，提高了分子的平均能量，即降低了反应的活化能，大大增加了反应物分子的碰撞频率，使反应迅速完成，这就是微波提高化学反应速度的主要原因。

5结语

随着科学技术的不断发展，越来越多的交叉学科正在形成，微波辐射技术扩展到化学领域就形成了一门新的交叉学科－微波化学，无论是在理论上，还是在应用技术上，都无疑是化学领域中的一大新进展。当然微波化学还存在着许多有待解决的问题，绝大多数还停留在实验研究阶段。但有理由相信，随着微波技术的发展，，微波辐射技术在化工领域将有更为广泛的应用前景。

参考文献

[1]GedyeRN，SmithFE，WestawayKetal．TetrahedronLett，1986，27：279．

[2]GiguereRJ，BrayTL，DuncanSMetal．TetrahedronLett，1986，27：4945．

[3]赵晨曦等．相转移催化及微波技术用于苯丙氨酸合成[J]．氨基酸和生物资源，1997，19（2）：15．

[4]薛叙明．精细有机合成技术[M]．化学工业出版社，20__，1：39．

[5]徐宗美，谢毓元．化学通报，1993，6：8~11．

[6]李军等．合成化学，20__，8（4）：321~325．

[7]MichaelD，MingosP，J．ChemCommun．1996：900．

[8]倪春梅，盛凤军．微波合成技术及在有机合成中的应用[J]．广州化工，20__，32（2）：13．

[9]龙明策等．高吸水性树脂的微波辐射合成工艺及性能研究[J]．高分子材料科学与工程，20__，18（16）：205．

微波在有机合成中的应用篇2

关键词：微波；合成；阿司匹林

阿司匹林在医药领域有着十分重要的应用，随着我国社会老年化趋势的不断加强，阿司匹林有了更加广泛的市场，所以在这样的情况下就需要采取先进的技术对阿司匹林药物进行合成，这样才能提高药物的生产效率，同时还可以有效的改善药物的治疗效果，近几年，随着微波技术的出现，药品生产也出现了很大的变化，其也广泛的应用在了阿司匹林药物合成的领域中，并发挥着越来越重要的作用。

1 微波技术概述

微波频率变化范围非常大，通常在300Hz到300Gz都是其变化的范围，也就是波长为1毫米到100厘米的电磁波，从20世纪80年代中期，人们就开始随微波用于有机合成反应进行研究，研究人员对微波炉密闭封管内和常温环境下的酯化、水解、氧化和亲核取代反应，在试验中研究人员发现微波对上述反应都有不同程度的催化作用。使用该方式会使得反应的速度有一定的提高，甚至比常规加热的速率要快1000倍以上，这一研究成果的应用也使得有机合成反应有了新的发展，在之后的20年，微波有机合成的研究工作不断的深入，使得这一反应在各个领域都有着比较广泛的应用，同时，一种新的化学方式也得到了提升。

微波加速有机化学反应的作用机理，学术界有很多不同的说法，有一种观点认为微波辐射使用在化学反应的过程中只是加热方式上存在着一定的差异。微波作用于化学反应的过程中其反应的频率会在2450MHz，从其属性上来看这种化学方式属于是非电离辐射，在进行化学反应的过程中不会引起化学键的断裂，同时分子也不会在运动的过程中转化到更高的能量级中，也就是使用微波反应的时候，微波辐射不会引起分子的动力特征发生改变，在微波应用到化学反应的过程中，其加速的能力主要要归结为岁有极性的有机物可以实现有选择的加热，这就是人们经常说的微波致热效应，在微波的作用下，这些有极性的有机物会按照一定的方式进行重新的排列和组合，同时还会在高频变焦电磁场的作用下发生高度的震动，所以在这样的情况下就需要克服分子在运动过程中相互之间所产生的干扰，同时还能够防止类似摩擦作用的产生，从而使其产生大量的热能。另外一种观点认为微波辐射有机化学反应的作用原理并不是那样的简单，起码应该包括两个方面，一方面就是微波辐射自身产生的一种热效应，一种就是非热效应，这种效应是非常复杂的，所以不能对其做非常简单的分析。

微波作用下的有机化学反应在一定程度上改变了动力学在其运用过程中的作用效果，同时它也降低了化学反应过程中的活化能成分，上述两种观点都有很多数据和结论的支持，但是在微波有机化学反应中还有一些非常关键的环节，这些环节的控制程度和准确性都会严重影响到实验数据的精确性，所以很多的实验数据都需要做进一步的确定，所以其实验结果也需要更多的支持和论证，当前的研究中，微波辐射对有机合成的作用机理也是目前主要的一个科研内容。

2 传统阿司匹林制备工艺

在传统的阿司匹林药物制备的过程中都是使用浓硫酸作为催化剂的，然后使水杨酸和乙酸酐在一定的温度环境下发生反应，通常都要将反应的温度控制在75摄氏度左右，这种工艺在制取阿司匹林的过程中需要耗费很长的时间，同时会耗费很多的能源和资源，使得能源无法的得到充分的利用，而且浓硫酸的腐蚀性也比较大，会在反应的过程中对设备造成严重的腐蚀，影响反应效果的同时也缩短了设备的使用寿命。所以在当今这样一个经济和科技都不断发展的时代，这种传统的制备技术已经不能满足时展的需求，需要对其进行有效的改进，而微波技术的出现就很好的打破了传统制备技术的限制，所以也在阿司匹林制备中得以广泛的应用。

3 微波制取阿司匹林及结论

3.1实验部分

主要仪器与药品：格兰仕900B.S电脑烧烤微波炉；HH-S型水浴锅；SH-D型循环水式真空泵；101A-1E电热鼓风干燥箱；ES5+FRA106红外光谱仪；乙酸配（化学纯）；水杨酸〔分析纯）；无水碳酸钠（化学纯）。取水杨酸50g，乙酸醉6.8m1，碳酸钠1.0g作为催化剂，微波功率调为540W，辐射时间45s反应即可结束，而传统的加热工艺需要加分钟，减压过滤，除去不溶性杂质滤液倒入洁净的烧杯，在搅拌下加人30m1盐酸溶液，阿司匹林即皇结晶析出，将烧杯置于冰-水浴中充分冷却后，减压过滤用少量冷水洗涤滤饼两次，压紧抽干，就制成了该产品。将祖产品放入I00mL锥形瓶中。加入95%乙醉和适量水（每克产品约需3mL 95%乙醇和5mL水），安装球形冷凝管，于水浴中温热并不断振摇，直至液体完全溶解，然后拆下冷凝管，取出锥形瓶。向其中缓慢滴加水至刚刚出现混浊，停止冷却结晶析出完全后抽滤将结晶颗粒转移至洁净的表面皿上，烘干后即得阿司匹林成品。

3.2 产品的红外光谱图（见图1）

A1360-L365乙酞基；B1605苯环；C1690梭基；D1750醋基；E3061方向C-H伸缩；H750苯环上的官能团处于邻位

图1 红外线光谱图

3.3 结论

（1）用此生产工艺，可以大大节约生产时间，提高生产效率，且节约能耗。（2）本论文采用无水碳酸钠作为催化剂，它首先进攻水杨酸，破坏分子内氛键的形成.使酚经基活泼，加速反应的进行，从而起到催化效果。

4 讨论

阿司匹林有一些不良的反应，需要我们在使用的时候多加注意。

4.1胃肠道症状。胃肠道症状是阿司匹林最常见的不良反应，较常见的症状有恶心、呕吐、上腹部不适或疼痛等。口服阿司匹林可直接剌激胃黏膜引起上腹不适及恶心呕吐。长期使用易致胃黏膜损伤，引起胃溃疡及胃出血。长期使用应经常监测血像、大便潜血试验及必要的胃镜检恕Sτ冒⑺酒チ质弊詈梅购蠓用或与抗酸药同服，溃疡病患者应慎用或不用。增强胃黏膜屏障功能的药物，如米索前列醇等，对阿司匹林等非甾体抗炎药引起的消化性溃疡有特效。

4.2 过敏反应。特异性体质者服用阿司匹林后可引起皮疹、血管神经性水肿及哮喘等过敏反应，多见于中年人或鼻炎、鼻息肉患者。系阿司匹林抑制前列腺素的生成所致，也与其影响免疫系统有关。哮喘大多严重而持久，一般用平喘药多无效，只有激素效果较好。还可出现典型的阿司匹林三联症（阿司匹林不耐受、哮喘与鼻息肉）。

参考文献

[1]许波.微波技术应用于酯化反应的研究进展[J].北京石油化工学院学报，2005（04）.

[2]李秋荣，高志辉，佟琦.微波合成阿司匹林的工艺研究[J].化工中间体，2004（05）.

微波在有机合成中的应用篇3

微波简介

微波是指频率在300MHz～300GHz的电磁波，对应波长为1m～1km，传播速度与光速相同。目前工业微波设备所采用的微波频率为2450MHz和915MHz两种。在工业微波设备中，微波的特性主要表现为吸收性、穿透性和反射性。微波能够被极性分子的介质所吸收，并将微波能转化为热能，即微波对极性分子具有热效应。当对介质施加频率达2450MHz的微波电场时，电场方向每秒钟变换24.5亿次，极性分子也会随之摆动24.5亿次。这种分子的摆动受到分子间作用力的干扰和阻碍而产生热能，形成宏观的微波加热，介质的温度也随之升高。水是典型的极性分子，所以微波可以用来对含水物料进行干燥。微生物的细胞也是由极性分子构成的。微波对微生物不仅具有热效应，而且具有生物效应，使微生物的细胞失去生物活性而死亡。所以，微波可以杀灭食品、药品或其他物料中的细菌、虫及虫卵。微波可以穿透绝缘材料(如陶瓷、玻璃、纸张、塑料等)，遇到金属则会被反射。

微波的主要特性有以下几点。

①微波能穿透高空电离层，这一特点为天文观测增加了一个“窗口”，使得射电天文学研究成为可能。同时，微波能穿透电离层这一特点又可被用来进行卫星通信和宇航通信。但另一方面，也正是由于微波不能为电离层所反射，所以利用微波的地面通信只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信需用中继站接力。

②微波的波长比一般宏观物体如建筑物、船舰、飞机、导弹等的尺寸短得多，因此当微波波束照射到这些物体上时将产生显著的反射。一般地说，电磁波的波长越短，其传播特性就越接近于光波。微波的波长短这一特点，对于雷达、导航和通信等应用都是很重要的。此外，一般微波电路的尺寸可以和波长相比拟。由于延时效应，电磁波的传播特性将明显地表现出来，使得电磁场的能量分布于整个微波电路之中，形成所谓的“分布参数”，这与低频时电场和磁场能量分别集中在各个元件中的所谓“集总参数”有原则的区别。

③由于微波的频带较宽，信息容量较大，故需要传送较大信息量的通信都可以用其作为载波。在微波有线通信方面，利用同轴电缆可同时传送几千路电话和几路电视，而光纤传输线的问世与发展使信息容量更为大增；在无线通信方面，利用微波中继接力传送电视和进行通信。人造卫星通信的射频都是工作在微波波段的，利用三个互成120°的位于外层空间的同步卫星便可进行全球的电视传播。

微波通信系统

微波中继通信系统可使用的传输频率覆盖了L波段到Ka波段。根据原CCTIT建议。1～40GHz的频段用作微波通信的频段，占有39GHz的频宽，具有较大的通信容量，可以传送综合业务。现在我国主要使用微波通信的频段为2、4、6、7、8、11GHz。其中，2、4、6GH z用作国家一级干线；7、8、11GHz作为省内二级干线用。而作为干线光纤传输的备份及补充，如点对点的SHD微波通信系统、PHD微波通信系统等，主要用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复，以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。这种用于光纤接力的微波通信系统将使用更高的频段，如Ka频段，以顺利实现传输速率的增高。卫星通信系统具有广大的覆盖区域、无缝连接，建设成本与距离无关，易于建站组网等特点。卫星通信系统常使用C、Ku和Ka波段，如加拿大Telesat公司于2004年发射的Anik F2，拥有24个C波段转发器，32个Ku波段转发器，38个Ka波段转发器，共有45个点波束，覆盖整个北美地区。2004年发射的亚洲首颗新型宽带通信卫星iPSTAR，工作在Ku/Ka波段，Ku波段84个点波束、3个成形波束(用于通信和广播)，7个地区广播波束(专门用于广播)，可提供45Gb/s以上的通信容量。于2005年4月12日发射的亚太六号卫星(Apstar6)，拥有s3个C频段和12个Ku频段转发器，带有抗干扰功能，覆盖范围遍及亚太区域。

MLDS是一种微波宽带系统，它工作在微波频率的高端(10～40GHz)，使用的带宽可以达到1GHz以上。LMDS可以在较近的距离(3～10km)传输，可以实现用户远端到骨干网的宽带无线接入，能够实现从64kb/s～2Mb/s，甚至高达155Mb/s的用户接入速率。LMDS可以实现点对多点双向传输话音、视频和图像信号等多种宽带交互式数据及多媒体业务，也可作为Internet的接入网，支持ATM、TCP/IP和MPEG-2等标准。LMDS组网灵活，可靠性高，在网络投资、建设速度、业务提供上比光纤经济、快速、方便，能为运营商提供有效的网络服务，因此具有“无线光纤”的美称。特别是，随着Internet的快速发展，国内居民对于家中高速上网的需求也日益巨大，这使得LMDS发展日益蓬勃。出于大带宽，高容量的考虑，其使用的传输频率大体为24-38GHz。如NEC公司的PASOLINK系列的微波通信产品，工作频率覆盖7～38GHz，在26GHz的工作频率上，采用QPSK调制方式，发射功率为20dBm；P-COM公司的Tel-LinkPMP系列的微波通信产品，工作频率覆盖10～38GHz，在26GHz的工作频率上，采用QPSK调制方式时发射功率为22dBm，采用16QAM时发射功率为20dBm，采用64QMA时发射功率为18dBm。

微波发射机

1　微波发射机的实现方式

(1)微波直接调制发射机

微波直接调制发射机的方框图如图1所示。来自数字终端机的信码经过码型变换后直接对微波载频进行调制，然后，经过微波功放和微波滤波器馈送到天线，由天线发射出去。这种方案的发射机结构简单，但当发射频率较高时，频调制发射机的中频功放设备制作难度大，而且在一个系列产品多种设备的场合下，这种发射机的通用性差。

(2)中频调制发射机

中频调制发射机的方框图如图2所示。信码经过码型变换后，在中频调制器中进行调制，获得中频调制信号，然后经过功率中放，把这个已调信号放大到上变频器要求的功率电平。上变频器把它变换为微波调制信号，再经微波功率放大器放大到所需的输出功率电平，最后经微波滤波器输出馈送 到天线，由发射天线将信号送出。可见，中频调制发射机的构成方案与一般调频的模拟微波发射机相似，只要更换调制、解调单元，就可以利用现有的模拟微波信道传输数字信息。因此，在多波道传输时，这种方案容易实现数字模拟系统的兼容，而在不同容量的数字微波中继设备系列中，更改传输容量只需要更换中频调制单元，微波发送单元可以保持通用。因此，在研制和生产不同容量的设备系列时，这种方案有较好的通用性。

2　发射机的主要性能指标

(1)工作频段

微波通信系统的频段为1～40GHz。工作频率愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。同时，天线设备也具有更尖锐的方向性，而且体积重量减小，但是频率高时，雾、雨或雪的吸收显著，传播损耗、衰减和接收设备噪声也愈高。从12GHz起，必须考虑大气中水蒸气的吸收问题，吸收衰耗随频率上升而增加。当频率接近22GHz时，即水蒸气分子谐振频率时，是大气中传播损耗的峰值，衰减量很大。

(2)输出功率

微波发射机所需的发射功率和很多因素有关，例如，通话路数愈多，频带愈宽。为保持同样的通信质量，必须有更大的发信功率。另外，也和站址选择，多径衰落的影响，分集接收的采用等诸多因素有关。一般情况下，数字微波发射机输出功率有时只需几十mW到几百mW功率，只有长距离情况下才需要几W量级。

(3)频率稳定度

发射机的每个工作波道都有一个标称的射频中心工作频率。微波通信对频率稳定度的要求取决于所采用的通信制式及对通话质量的要求。对于数字微波通信系统经常采用PKS调制方式来说，发射机频率漂移将使解调过程产生相位误差，致使有效信号幅度下降、误码率增加。因此，采用数字调相的数字微波发射机比采用模拟调频的模拟微波发射机应该有更高的频率稳定度。采用PSK调制方式时，频率稳定度可以取。发射频率稳定度取决于本机振荡器的频率稳定度。近年来，由于微波介质材料性能的提高，介质稳频振荡器日益被广泛采用。此种振荡器可以直接产生微波振荡，具有电路简单、杂频干扰小及噪声较小等优点。

(4)交调失真

发射设备处在大信号工作状态，往往工作在非线性区域，如功率放大器和上变频器等。如果存在两个正弦信号，其角频率分别为W1和W2，则由于电路的非线性作用将产生许多交叉调制分量：mw1±nw2，n=0，1，2，…。按照谐波次数(m+n)的大小，各分量分别称为(m+n)阶交调分量。在各阶交分量中2w1-w2和2w2-w1处在w1和w2附近，大多数情况下则处在通频带之内，从而成为干扰信号。一般，在微波通信系统中，更高阶的交调分量和高次谐波分量已处在频带之外，而且功率也不大，所以不构成危害。电路非线性度愈坏，交调分量愈大。由于两频率相距不远，这两个谱线的功率相差不大。双频信号输入时的三阶交调系数是发送设备非线性的一项重要指标，例如在限带情况下，PKS调制的三阶交调系数约为-20～-25dB；而对于多电平正交调幅系统，如16QAM系统，则要求在-25～-30dB以上。也就是说，对三阶交调系数的要求，取决于通信体制及误码性能恶化等因素。

(5)谐波抑制度

总体设计在规定此项指标时，除了考虑数字微波通信系统本身的各种干扰以外，还应考虑其对模拟通信系统和卫星通信系统的干扰。因此，应适当地配置工作频率和采取必要的防护措施。

(6)通频带宽度

除了滤波器以外，发信信道的各组成部件都应具有宽频带特性。通常，上变频器和微波小信号功率放大器易于实现宽带设计，而对于大功率微波放大器要求很宽的工作频带是不合适的，一般只要求能覆盖两个工作波段。这样，总体设计时，可不考虑它们对发信信道通频带的影响。

当前微波通信技术的主要发展方向

1　提高QAM调制级数及严格限带

为了提高频谱利用率，一般多采用多电平QAM调制技术，目前已达到256和512QAM，很快就可实现1024/2048QAM。与此同时，对信道滤波器的设计提出了极为严格的要求：在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1，现已可做到0.2左右。

2　网格编码调制及维特比检测技术

为降低系统误码率，必须采用复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。为了解决这个问题，可采用网格编码调制(TCM)技术。采用TCM技术需利用维特比算法解码。在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大。

3　自适应时域均衡技术

使用高性能、全数字化二维时域均衡技术减少码间干扰、正交干扰及多径衰落的影响。

4　多载波并联传输

多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使瞬断率降低到原来的1/10。

微波在有机合成中的应用篇4

【摘要】 

目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。

【关键词】  7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计

abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.

key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design

取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。

2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。

1.2 合成路线

合成路线见图1。

1.3 实验方法

1.3.1 合成方法

在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。

1.3.2 正交设计实验

采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。

2 结 果

正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析

3 方差分析表

table 3 anova table

方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573

从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。

3 讨 论

3.1 与传统加热法的比较

以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。

3.2 与文献方法的比较

alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。

3.3 反应机制探讨

微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。

根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。

4 结 论

(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。

(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。

【参考文献】

 

[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.

[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.

[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.

[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.

[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.

[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.

[7] alexandre f r,berecibar a,wrigglesworth r,et al. efficient synthesis of thiazoloquinazolinone derivatives[j]. trtra lett,2003,44:4455-4458.

[8] alexandre f r,berecibar a,besson t. microwaveassisted niementowski reaction. back to the roots [j]. trtra lett,2002,43:3911-3913.

【摘要】 

目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。

【关键词】  7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计

abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.

key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design

取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。

2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。

1.2 合成路线

合成路线见图1。

1.3 实验方法

1.3.1 合成方法

在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。

1.3.2 正交设计实验

采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。

2 结 果

正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析

3 方差分析表

table 3 anova table

方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573

从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。

3 讨 论

3.1 与传统加热法的比较

以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。

3.2 与文献方法的比较

alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。

3.3 反应机制探讨

微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。

根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。

4 结 论

(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。

(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。

【参考文献】

 

[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.

[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.

[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.

[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.

[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.

[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.

微波在有机合成中的应用篇5

摘要

采用微波与氢氧化钠溶液协同法对乌海煤中硫进行脱除，通过正交实验确定了微波氢氧化钠溶液协同脱除煤中硫的最佳条件，考察了煤样粒度、氢氧化钠浓度、微波辐照时间和微波功率等因素对煤中硫脱除效果的影响，并对脱硫机理进行了分析．借助SEM，XRD，FTIR和XPS测试方法对实验前后的煤质进行了对比分析．结果表明，微波与氢氧化钠溶液协同可脱除煤中29．53％的硫分，煤的基本结构并未发生变化，煤中矿物含量减少．通过介电常数测试，研究了不同氢氧化钠浓度条件下的固体混合物对微波的介电响应情况，同时借助materialstudio软件模拟了电场效应对有机硫脱除的影响作用．

关键词

脱硫，微波，氢氧化钠，介电常数

煤炭约占我国一次能源消费量的70％，近年来这一比例有所下降，但据中国工程院提供的预测数据，到2050年，煤炭在一次能源中的比例仍占50％．［1］煤中含硫组分在煤的燃烧和转化利用过程中不仅会产生SO2等有害物质污染环境，还会影响诸如焦炭、煤气和钢铁等工业产品的质量．因此，煤炭脱硫提质受到世界各国的重视．［2－3］近年来微波用于煤炭脱硫领域，取得较好的脱硫效果．［4］国内外学者进行了多方面的研究，提出了多种微波脱硫方法，主要有微波直接脱硫法、微波－超声波联合脱硫法［5］、微波预处理磁选脱硫法以及添加化学助剂的微波脱硫法等．微波结合化学助剂脱硫［6－11］是将微波辐照和化学处理相结合以得到较佳脱硫效果的脱硫技术，选用的化学助剂一般是酸、碱液或是具有一定氧化性的化学药品．这类脱硫方法都是将煤中含硫组分先转化成容易析出的硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐甚至是单质硫的形式，然后再从煤中分离出去．目前，微波用于煤炭脱硫多见诸于宏观实验研究，缺乏微波应用于煤炭脱硫或辅助脱硫机理的深入研究，且对微波场特殊效应的认知尚不够清晰，而煤中含硫组分种类繁多，构成复杂，大大增加了研究难度．为获取对微波脱硫机理的深入认知，宏观实验研究与微观模拟计算都不可或缺．因此，本实验在开展宏观实验研究的同时，借助materialsstudio软件，由简单的含硫小分子模型化合物模拟计算着手，来初步认知煤中含硫组分对微波场的化学与物理响应机理．

1实验部分

1．1实验煤样选取内蒙乌海原煤为实验用煤．根据实验和测试分析的要求，将煤样通过破碎、筛分和缩分等步骤制成粒度为60目～120目，120目～200目，＜200目的样品，密封保存，煤质分析结果见表1．煤样灰分13．49％，全硫为3．91％，属于中低灰高硫煤，煤中硫分以有机硫为主，约占全硫的78．77％.

1．2试剂及设备主要试剂：氢氧化钠（分析纯），去离子水．实验设备和仪器：LWMC－201型微波反应器，最大功率650W，应用频率2450MHz；SDS－601全自动定硫仪；SEM分析采用Quanta250型扫描电子显微镜；XRD分析采用XD－3型X射线衍射仪；FTIR分析采用德国布鲁克（Bruker）公司生产的VECTOR33傅立叶变换红外光谱仪，测试范围4000cm－1～400cm－1．

1．3实验方法称取煤样5g，放入150mL的锥形瓶中，加入一定浓度的氢氧化钠溶液，搅拌5min，使煤样与氢氧化钠溶液形成较为均匀的分散体系，然后将锥形瓶置于微波炉内，设定相关参数，待反应结束后用真空泵进行抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，将滤饼放入烘箱中干燥，在110℃下烘干5h，取出冷却后称取精煤的质量，并进行硫含量分析．煤样脱硫率按下式计算.

2结果与讨论

为研究各种因素对脱硫率的影响，选取煤样粒度、氢氧化钠溶液浓度、微波辐照时间和微波功率为反应的四个影响因素，每个因素设置三个水平（见表2）．按照正交表L43＝9进行正交实验．结果见表3．由极差数值对比rA＞rB＞rD＞rC可知：在辐照时间超过2min时，煤样粒度对脱硫率影响最大，其次是氢氧化钠浓度、微波功率和辐照时间．微波氢氧化钠溶液脱硫实验的最佳反应条件是A3B3D2C3，即煤样粒度为＜200目，氢氧化钠浓度为500g／L，微波功率为560W，反应时间为6min．在该条件下可得脱硫率为29．53％，相较于其他组的实验结果脱硫率最高，所以可以认定A3B3D2C3为微波氢氧化钠溶液脱硫实验的最佳反应条件．

2．1煤样的SEM分析和XRD分析及FTIR分析

2．1．1SEM分析对脱硫前的原煤以及微波－氢氧化钠处理后的煤样进行了电镜与能谱分析，脱硫前后煤样的SEM分析结果见图1．由图1可以看出，实验前后煤样的基本结构并未遭到破坏，但表面形貌产生了些许变化，实验前煤样颗粒表面比较光滑，呈片状结构，实验后煤样表面变得不光滑，有絮状物出现，这可能会引起某些表面性质的改变．

2．1．2XRD和FTIR分析原煤与脱硫煤的X射线衍射谱见图2．由图2可以看出，微波脱硫后煤中矿物种类减少，剩余峰的强度明显减弱，黄铁矿峰基本消失，说明煤炭微波脱硫能在脱硫的同时产生降灰作用．原煤与脱硫煤的红外光谱见图3．由图3可以发现，微波氢氧化钠联合处理前后两种煤样的吸收峰基本一致，某些吸收峰仅在相对强度上有所差异，原煤具有的官能团经微波氢氧化钠联合处理后仍然存在，这表明微波联合氢氧化钠溶液脱除煤中硫分对煤样的整体化学结构影响很小．图3中3448cm－1处主要是亲水性的含氧官能团，由图3可以看出，脱硫处理后煤的亲水性增加了．2925cm－1和2858cm－1处脂肪族的C—H键，处理前后强度无明显变化．在550cm－1～470cm－1和1200cm－1～1000cm－1范围处的吸收峰与煤中所含矿物质有关，在该波数范围内原煤中吸收峰比较明显，处理后煤样吸收峰强度减弱，也证明了XRD分析中的降灰作用．1033cm－1为硫氧化物吸收峰，经脱硫处理后，硫氧化物的峰由尖锐变得宽化，但强度变弱；位于696cm－1（C—S吸收峰），541cm－1和472cm－1（—S—S—，—SH吸收峰）处的吸收峰经脱硫处理后强度也出现减弱．

2．2脱硫机理分析

2．2．1化学反应机理微波脱硫过程中，氢氧化钠溶液起着两方面重要作用，一方面作为脱硫反应剂，提供化学反应活性，与煤中部分含硫组分发生反应，生成可溶性的硫化物而被脱除。另一方面，氢氧化钠溶液能大幅提高反应体系的介电损耗，增强与微波能的耦合作用，促进反应物对微波能的吸收．因此，对不同浓度氢氧化钠和煤的混合物进行了介电测定．为满足介电测定对物性的要求，将煤与不同浓度的氢氧化钠溶液混合后，将其中水分经低温挥发和低温干燥后获得待测固体样品．介电测定工作在室温下进行，采用传输反射法，测定0．5GHz～6．0GHz频段范围内煤与氢氧化钠固体混合物的复介电常数实部ε′和复介电常数虚部ε″，测定结果见图4．由图4可以看出，在0GHz～6．0GHz频段范围，原煤与100g／L氢氧化钠混合固体样品（R1）的复介电常数值随频率增大变无明显变化，但在氢氧化钠溶液浓度为200g／L和300g／L时，所得固体样品的复介电常数值表现为由低频至高频逐渐降低．同时也可以看出，试样的复介电常数随着氢氧化钠浓度的增大而增大，当氢氧化钠溶液为100g／L时，复介电常数实部ε′和虚部ε″值均接近于原煤，但在溶液浓度上升至200g／L时，复介电常数实部ε′和虚部ε″值都明显增大，复介电常数虚部ε″值升高了近一个数量级，当溶液浓度为300g／L时，复介电常数虚部ε″值又有大幅提升，以实验微波频率2．45GHz为例，该频率下样品的复介电常数值见表4．根据微波场中电介质吸收微波功率P的表达式［13］：P＝55．63×10－12fe2ε″，在未添加氢氧化钠时，由于煤样的复介电常数值较低，造成微波系统中负载和微波源能量传输不易达到匹配状态，当样品中加入氢氧化钠，其复介电常数值相应会有大幅增加，改善了微波负载和输出之间的的失配状态，使体系迅速吸收微波的能力增强，有利于脱硫反应的进行．

2．2．2微波电场效应微波是一种交变电磁场，除热效应外，还会存在电磁场引起的特殊效应．现有模拟软件虽无法实现交变电磁场的引入，但可以通过引入静电场方法提供借鉴，materialsstudio软件中的Doml3模块具有添加静电场的功能．由于样品中有机硫含量较高，因此，本实验选择简单的小分子有机硫结构———硫酚为研究对象，考察电场效应对其分子结构的影响，结果见图5和表5．由图5a1和图5a2可以看出，在电场条件下，分子产生扭曲变形，C2—C3—C4—S7的角度由原来的179．782°变为171．416°，C—S键长由原来的0．1778nm增加到0．1804nm，键级由原来的0．717下降至0．625，键长拉长和键级降低使得C—S更易断裂；同时由差分电子密度（见图5b1和图5b2）也可看出，在引入电场后C—S和S—H键中间成键电子变小，对断键有利．根据前线轨道理论，在分子中，HOMO轨道上的电子能量最高，所受束缚最小，容易变动，所以最活泼，而LUMO在所有的未占轨道中能量最低，最容易接受电子，这两个轨道决定着分子的电子得失和转移能力，决定了分子间反应的空间取向等重要化学性质．能隙值（Egap＝ELUMO－EHOMO）的大小反应电子由占据轨道向空轨道发生电子跃迁的能力，差值越大，分子越稳定，差值越小，分子越不稳定，易于参加化学反应．在有电场引入时，分子的前线轨道发生了变化，分子的最高占据轨道（HOMO）电荷密度向硫原子转移，硫原子上出现（HOMO）最大电荷密度，最易发生亲电反应，最低未占轨道（LUMO）电荷密度也发生了转移，部分转移至硫原子上．由表5可以看出，电场存在时，能隙值（Egap）由原来的392．794kJ／mol下降至356．919kJ／mol，能隙值的降低使分子的不稳定性增加，更易发生反应活性；电场作用也使得分子的偶极矩变大，由2．7248×10－30C•m增大为46．1484×10－30C•m，分子极性的增加提高了物质对微波的响应能力．

3结论

微波在有机合成中的应用篇6

1.微波消解技术生物医学及药物分析的应用

生物样品的消解是微波应用最早的领域，处理样品包括动物、植物、食品和医学样品等，微波消解克服了传统干法或湿法的高温、使易挥发元素损失、费时等缺点，结合众多分析手段(如：原子吸收光谱法、icp-aes、icp-ms、faas等)，可以对微量元素及痕量元素进行分析。微量元素与人体健康的研究成为当代医学中引人注目的新领域，采用微波消解人发样本测定元素包括：al、bi、ca、cd、cr、cu、fe、ge、hg、mg、mn、mo、ni、pb、se、sr、zn及稀土元素。我国是稀土大国，稀土的储量及产量均占世界首位。过去认为稀土很少，不可能进入环境及动植物体。稀土元素参与了自然界的生物链，随着环境中稀土浓度增加，人体内稀土浓度也相应发生变化。因此，人发中稀土元素的分量测定，可以了解不同环境人群头发中稀土分量的实际水平和变化，是研究环境与人体生命科学的一种良好的指示性生物样品。用微波消解样品，采用土壤标准样品(gbw07403)进行质控，icp-ms法测定人发标准样品(gbw07601)中15种超痕量稀土元素，测得值与标准值及参考值有很好的一致性，证明本法准确可靠，填补了原标准样品中仅la、ce和y有标准值，其余12种稀土元素无分量值的空白。[1]

测定生物样品中的痕量元素时，样品的制备是一个重要的课题。近年来，迅速发展起来的微波密封消解技术，利用微波辐射引起的内加热和吸收极化作用及所达到的较高温度和压力使消解速度大大加快，不仅可以减少样品的污染和易挥发元素的损失，而且样品分解彻底，操作过程简便容易，使样品前处理效率大大提高。[2]中国原子能科学研究院放射化学所采用wrt-3ch微波样品处理系统研究微波技术在生物样品预处理中的应用，对标准物质潞党参(gbw09501)、海产品消解后分析并进行国际比对，其结果准确可靠。

通过测定中药中微量元素的含量的研究其对人类正常生理功能的影响，考察中药微量元素的药理活性及建立中药微量元素质量控制标准有着重大的意义。微波制样技术则为中药中微量元素的提取提供了一种很好的方法，配合icp-aes、icp-ms、冷原子吸收、fi-hg-afs等对微量元素进行分析。新疆大学分析中心采用wr-1c微波样品处理系统结合icp法对新疆贯叶连翘中无机元素的含量进行了测定，该法在30min内即可完成试样的消解，测定结果令人满意。[3]由于微波消解技术加速了样品的分解，改进了传统的消化模式，改善了工作环境以及减轻了分析人员的劳动强度。

2.微波消解技术食品及化妆品分析中的应用

采用微波消解植物、动物、水产品、粮油谷物等样品，利用国家标准物质验证方法的可靠性，测得微量元素的回收率为92～103，rsd为1.2～8。

微波对食品样品的消解主要包括有传统的敞口式、半封闭式、高压密封罐式，以及近几年发展起来大的聚焦式，配合之后的分析检测手段afs、aes、原子荧光法、毛细管电泳、icp-ms、icp-ms等。在各类食品中有些含有对人体有害的重金属元素，如pb、as、hg、cd等，在传统的干法或湿法消解很容易损失，而al及营养元素ca、zn、fe等在环境、试剂、器皿中含量很高，易造成污染，这样使得微波消解在食品及卫生检验领域的应用越加广泛。[4]天津市卫生防疫站理化检验科利用微波消解－氢化物原子吸收光谱法测定食品中的铅，取得良好效果。[5]天津市食品卫生监督所采用wr-1e型微波密闭溶样系统结合冷原子吸收测定微量的汞，仅用10min左右即可将有机物消化完全，并可同时消化多个样品。实验重现性好，添加回收率达90以上。

对海(水)产品的研究，有利于人们综合利用海洋(淡水)资源，保护水域生态环境。海洋生物及淡水生物对水体各种元素有一定的富集作用，其中的有害元素(如：pt、cd、as、se、hg等)对人类的作用逐渐为人们所重视。采用icp-ms、icp-aes、afs对海产品中微量元素的分析微波消解前处理是关键。中国原子能科学研究院放射化学所采用王水、hf体系在wrt-3ch微波样品处理系统消解海产品[1]同样在国外样品分析比对结果中取得很好结果。

化妆品是与人们生活密切相关的轻化工产品，其配方中含有很多有机和无机成份。[6]其中某些金属元素的存在将损害皮肤，有的元素甚至可以沿毛孔和呼吸道进入体内，对人体健康产生严重危害，化妆品中有害金属元素含量是评价化妆品质量的重要卫生指标，对化妆品的金属元素必须严格限制，其中as、pb、cd、cr、bi五种微量元素危害最大，对这五种元素的分析方法有比色法、原子吸收法和icp-aes法，由于乳状化妆品基体复杂，这五种元素的含量又极低，一般比色法和火焰aas法很准确测定，水平管炬的icp-aes由于其灵敏度可达ng/ml级，基体干扰小，一次进样可以同时测定五个元素，是一种较好的分析方法。微波消解技术可以在较短的时间内对有机成分进行快速消解，由于容器密闭，对金属挥发组分不损失，是一种很好的化妆品前处理方法。

3.微波消解技术环境式样分析中的应用

在环境式样分析中，采用和样品预处理所耗时间及费用约占实验室分析过程投资的60，因此，改进传统消解方法的弊端，从整体上提高环境分析的速度和质量尤为重要。

微波消解在环境试样分析方面的应用很广，涉及到的环境试样包括土壤、固体垃圾、核废料、煤飞灰、大气颗粒物、水系沉积物、淤泥、废水、污水悬浮物和油等。微波消解环境试样可以用来测定其中的as、al、ba、be、ca、cd、co、cr、cu、fe、hg、k、li、mn、mg、na、ni、pb、sb、si、sr、se、ti、tl、v、zn、zr和稀土等金属元素，总磷、总氮、无机硫等非金属及废水的cod值等。

浙江省疾病预防控制中心采用微波消解原子吸收法测定土壤中的铬。[8]铬是重要的污染物，铬的氧化状态毒性较大，被公认为致癌物，另一方面，铬盐引人土壤中明显增加糖的含量与产量，增加一些生物化学的活性，因此，必须了解环境中的铬浓度，才能有效地了解和控制环境。微波消解作为样品分析的新技术，由于消化样品能力强、速度快、消耗化学试剂少、金属元素不易挥发损失、污染小、空白值低等优势，已被广泛应用于各种实验室的化学分析。微波消解和应用原子吸收法对对土壤中的铬测定具有简便快速、灵敏准确的特点，是土壤分析的较好方法。

需氧量是评价水体污染程度的重要指标之一。[7]污染水样的微生物有机体分解消耗水中的氧，使水中需氧量增大，含氧量减少，当溶解氧低于(4mg/l)供给水生动植物生存的必需水平时，水质恶化，严重影响生态系统的平衡。化学需氧量cod、生物化学需氧量bod和总有机碳toc是评价水体有机物污染的三项指标。因bod测定周期长，toc测定结果的相关性较差，因此，cod成为评价水污染的首选方法。利用微波较强的穿透能力和有效的瞬间深层加热作用，样品和试剂分子通过对微波能的吸收，可以使药品中的极性分子在微波电磁场中快速转向和定向排列，从而产生撕裂和相互摩擦而发出的深层热量足以使水样中的还原性物质被氧化剂充分氧化，这样，微波消解作为测定水体cod前处理部分发挥其举足轻重的地位。　 4.微波消解技术地质冶金分析中的应用

地质试样主要指岩石、矿物、土壤、水系沉积物等样品。一些微量元素共存时的存在形态和行为与他们单独存在时不尽一致，使地质试样的分解显得比其它样品要困难得多。

采用teflontef密封容器，氢氟酸与王水分解花岗岩和海洋沉积物样品，溶样60s，火焰和石墨炉原子吸收光谱法测定其中的cr、al、zn，回收率大于97。用王水、氢氟酸微波分解硅酸盐，用icp-aes测定多种元素也得到较好的效果。

由于煤灰化学成分复杂而且含有大量的sio2和al2o3，试样处理及分析测试均比较困难。传统的熔融法和湿法消化操作中引入的沾污经常干扰分析测定过程，而且样品需要分别处理，如：测si的国标方法是将煤灰和naoh混合在700℃熔融，再分别用热水和hcl溶解；测al、ca、fe、mg、ti、mn、k的国标方法是将煤灰分别用hclo4、hf和hcl加热消解；测pb、cr的国标方法是将煤灰分别用hclo4、hf和hno3加热消解。若采用微波消解方法可以用于煤灰中多元素的同时消解和测定。[9]

钢铁工业分析一个长期存在的问题是钢中铝的溶解，传统方法是采用nahso4熔融，但会引入大量易电离元素，不适合随后的光谱测定。采用hno3/hcl/hf消解的高压弹法，虽可避免挥发损失并得到无盐基体，但需要80℃加热1h。采用微波加热只需要80s。微波消解还特别适合用于低温焊接、非铁基耐热合金、硅酸盐材料等。

5.微波消解行业概况和对未来的展望

微波样品处理设备兴起于上世纪最后几十年，对解决长期困扰aas、afs、icp、icp-ms、lc、hplc等仪器分析的样品制备，起了革命性的推动作用。采用微波样品处理设备，样品放在双层密封罐里，在压强或温度控制下，在微波炉里自动加热，难消解的样品几十分钟即可，时间大大缩短，酸雾量也减少，同时也减少了对人和对环境的危害。用酸少，空白低、检出限低，易挥发元素几乎没有损失，结果准确、能耗低。

微波样品处理设备，国外主要生产厂家有美国cem、意大利milestone、美国oi、p.e、加拿大questron等。国内除盈安美诚公司同时在北京和上海有数家企业在生产。与国外同类设备相比，国产仪器差距较明显：

首先：国外采用专门制造的炉体，容积大（40l，35cm）操作方便，采用双磁控管，输出功率达1400～1600w。国产微波炉容积小，一般只有24～28l，22～25cm高，操作不方便，功率仅800w，罐多时升温慢。

其次：样品罐耐压低，国外已达110大气压，我们才14～40个大气压。

最后：控制软、硬件水平低，国外温度压力双坐标同时用图形显示和控制，国内甚至还在采用原始的数控模式。

盈安美诚公司从1993年初开始研制wr系列微波样品处理系统，积累了研发该类产品的实际经验，所以在本课题攻关中，目标是赶超国际水平。盈安美诚公司在攻关过程中不断突破关键技术，使仪器的整体水平达到了国外同类产品的中档水平，并正在建设一套完整的实验方法来配合wr系列微波样品处理系统的使用。虽然该项目技术难度大、指标高，但意义普遍、推广价值大，对国内该行业水平的提高必定会起一定的推动作用。

[1]微波溶样icp-ms法测定人发标样中15种稀土元素的研究刘虎生质谱学报vol.17no.41~5

[2]微波技术在生物样品预处理中的应用张丽华现代科学仪器2004.no.537~40

[3]微波消解icp-aes法测定新疆贯叶连翘中的微量元素易新萍光谱学与光谱分析vol.24no.7890~892

[4]微波消解－氢化物原子吸收光谱法测定食品中铅李凤萍中华预防医学vol.34no.6360~362

[5]微波密闭消解－冷原子吸收法测定生物样品中微量汞郝林中国卫生检验vol.8no.4215~217

[6]微波消解法测定化妆品中铅砷汞朱永芳理化检验－化学分册vol.38no.6305~307

[7]微波消解原子吸收法测定土壤中的铬韩见龙中国卫生检脸杂志第11卷第2期22~24

微波在有机合成中的应用篇7

关键词 天然有机物；提取；分析

中图分类号 O629 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0184-01

来自于自然界的多数有机化合物是药物、食品添加剂和化妆品活性成分的重要来源。而这些有机化合物结构复杂，含量较低，并与许多其他化学成分共存， 要很好利用这些天然有机物，则必须经过提取分离和纯化过程。近年来，微波提取技术、超微粉碎技术、固相微萃取技术、超临界流体萃取技术和分子蒸馏技术等新兴提取技术正迅猛发展。这些新技术可以极大提高天然产物中化学成分的收率和纯度，节约大量的时间和能源，在天然产物的提取分离方面具有广阔的应用前景。

1 微波辅助提取技术

1.1 微波辅助提取技术的原理

微波辅助萃取（microwave-assisted extraction，MAE）是在微波作用下，某些待测组分被选择性地加热，使之与基体分离，进入微波吸收能力较差的萃取剂中。由于微波加热的热效率较高，升温快速而均匀，缩短了萃取时间，提高了萃取效率。微波萃取可将萃取时间缩短到0.5 h之内，有机溶剂的消耗量可降至50mL以下。目前，微波技术在生物活性成分的提取中应用较多。

1.2 微波辅助提取技术的应用

闫彩辉等采用微波辅助条件下热解稀硫酸预处理的麦秆制取生物油，产物采用分级萃取进行固液分离，并用气相色谱/质谱联用仪（GC/MS）分析了各级萃取物。结果表明，本研究制取的生物油中化合物种类较少，有利于生物油中高附加值化学品的分离。吴琼英等优化微波辅助提取条斑紫菜多糖提取率为53.58%，具有很强的抗氧化活性。

1.3 微波辅助提取技术的局限性

现阶段微波预处理技术采用的预处理剂大多都是乙醇，乙醇具有易燃的特性，而且其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。微波预处理的机理就是乙醇在微波能下汽化，使提取物的细胞壁破坏，从而达到提高提取率的目的。所以在微波设备中乙醇蒸汽有爆炸的危险。因此，寻找一种能替代乙醇的微波预处理剂，是非常必要的。

2 固相萃取技术

2.1 固相萃取技术的原理

固相萃取（solid phase extraction，SPE）是根据固相对分离物与溶解分离物的溶剂的吸附力的不同而进行的。当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂；通过只吸附分离物而不吸附其他样品成分的吸附剂。固相微萃取（SPME）是近年发展起来的新型样品前处理方法之一。具有操作简便、无需有机溶剂、萃取速度快及易于与仪器联用等特点。

2.2 固相萃取技术的应用

Hemandez Borges等研究了SPME 和毛细管电泳－紫外检测器联用技术，定量分析苹果和橙汁中的5种农药残留，并且发现反极性去基质富集的灵敏度、有效性和重复性最好。Ralf Eisert等采用管内自动固相微萃取-高效液相色谱联用法（SPME-HPLC）与强极性萃取涂层和手性涂层分别对多种维生素和手性药物进行了分析。

3 超临界流体萃取技术

3.1 超临界流体萃取技术的原理

超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SCFE或SFE）是一种新型的提取分离技术，它利用溶剂在临界点附近某区域（超临界区）内，与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动。目前在SFE 技术中使用最普遍的溶剂是CO2。

3.2 超临界流体萃取技术的应用

多环芳烃和正构烷烃可以用超临界流体分级萃取。它们的极性、沸点以及在超临界二氧化碳中的溶解度等存在较大差别，多环芳烃极性比正构烷烃大。与基质氧化铝结合较强，而且沸点较高，蒸气压低。在超临界二氧化塘中的溶解度相对较小，不利于萃取，因而采用低温，低压和低溶剂力的二氧化碳作萃取溶剂时，首先萃取低沸点，低极性的正构烷烃。

3.3 超临界流体萃取技术的局限性

超临界萃取技术在有效提取植物中抗氧化物质具有一定优势。但生物资源中的大多数物质为分子量较高、结构复杂的极性化合物，其在非极性的二氧化碳中的溶解度比较低；被检测物质与生物基质间又经常存在着很强的化学和物理结合力等相互作用力，痕量的被测物从这种束缚作用中解脱出来比较困难。为了应对这些问题，不少研究者在萃取过程中引入了吸附技术，使问题得到了缓解。

4 结束语

天然产物的化学成分往往十分复杂，而其中有很多具有很高实用和经济价值的成分在其中只占有一定的比例。由于天然有机物的品种比较多，因而天然有机物的分离与提取存在技术多样化的趋势。超临界流体萃取技术，超声波提取技术，微波提取技术，酶提取，仿生提取技术，固相萃取和固相微萃取技术[9]等，它们在天然产物的提取与分离方面都各具自己的优势和局限性，要根据被提取和分离物质的性质来选择合适的提取方法，采用多种技术联合使用来优化分离效果。

参考文献

[1]闫彩辉,赵炜,刘丹,吴晓娜,杨华美,赵婧,陶鑫,盛晨.微波辅助下热解麦秆制取生物油的分析[J].化工进展2012,31(1):57-59.

[2]吴琼英,戴伟.微波辅助提取条斑紫菜多糖及其抗氧化性研究[J].食品科技,2007,12(3):96-99.

[3]杨解,崔政伟.微波预处理强化提取植物有效成分的发展和应用[J].包装与食品机械,2009,27(3):46-50.

微波在有机合成中的应用篇8

关键词：分析化学　微波消解　应用

一、微波消解技术的原理及特点

1.微波消解原理

微波是一种电磁波，频率范围为300~3×l05MHZ，微波消解炉的工作功率为2450MHZ。微波的方向性很强，频率很高，对被消解物质具有一定的穿透能力。微波在炉腔内形成一个微波场，此微波场以每秒24.5亿次的频率不断地改变其正负极性。微波消解罐中的样品处于具有极性分子的溶剂之中，这些溶剂的极性分子在微波场中也随之高频地改变方向，形成高速偶极旋转。分子间相互发生高速地碰撞与摩擦，微波能则转变为热能，因此样品在高温下与溶剂发生剧烈作用，与此同时又产生大量气体，在密闭的溶解罐中形成高压，样品在高温、高压状态下迅速消解。

2.微波消解的技术特点

微波消解具有优点如下：（1）微波具有很强的穿透力，直接作用于样品内部，使罐内外均匀受热，短时间即可以达到所要的温度。微波加热在微波罐启动10~15s便可奏效，而且热量损失极小，极大的缩短了消解时间。（2）密闭容器微波消解所用试剂量少，空白值显著降低，且避免了微量元素的挥发损失及样品污染，提高了分析的准确性。

二、微波消解在分析化学中的一些运用

1.微波消解技术在中药样品中的应用

目前，各国对进口中药的质量控制愈加严格，一般要求重金属含量在10~ 6数量级甚至更低。常用测定微量元素的方法有AAS，ICP- AES等，但在测定中会受到样品中未消解完全的有机质的影响。传统消解手段往往达不到相应的温度，而无法使样品消解完全。密闭微波消解中，容器内压力升高，使酸的沸点相应升高。如硝酸在1个大气压下，沸点是120 ℃，而当压力提升到5个大气压时，其沸点可达到176 ℃，可以大大加快样品的消解速度。此外，重金属元素如Cd，Hg，As，Sb，Bi 等均为易挥发元素，利用常压敞口消解很容易在消解过程中造成损失。

几乎所有的中药都需要经过预处理，破坏消化掉有机组分，将待测元素转化成无机化合物，然后制得适于进行ICP光谱测量的供试液。对于商品化仪器来说，样品处理无疑是中药微量元素分析重要的误差来源，因此，选择合适的样品处理方法较为重要。传统的消化方法耗时长、步骤繁琐、效率低、空白高、分析人员劳动强度大，而且开放系统的加热消解过程安全性差，有些酸如高氯酸使用时有时可能发生爆炸，产生危险，同时在消解过程中产生有害气体，对人体健康带来危害，为此分析工作者一直在寻找一种操作简便、效率高的消解方法，微波消解技术由此应运而生，并在近十几年来受到人们的普遍关注，逐渐成为一种常规的样品处理手段。

2.微波消解技术在地质样品和环境保护方面的应用

1985年，Smith等人首次将密闭微波消解引入地质样品的消解中，极大地加速了地质样品的处理过程。由于地质样品中的基体均较难消解，各地质样品间成分的差异虽然较大，但一般都含有硅酸盐，因此若想达到完全消解，需加入HF，此时对消解罐便会有特殊的要求。因此，在消解前，先将样品于混酸中浸泡一定时间后，再进行消解，往往可获得较好的消解效果。

美国国家环保局将微波辅助酸消解硅基和有机基体样品的全分解方法纳入了其标准方法3052之中，以此作为环境分析的一个标准方法。胡珊珊等采用微波消解-原子吸收光谱法和原子荧光光谱法测定土壤中铜、锌、铅、镉等重金属，并通过多种消解酸体系实验，进行比较选择最佳消解方法。

3.微波消解技术在食物样品及卫生检验的应用

对食品中重金属、有机农药残留及其它一些成分的监测，越来越受到人们的关注。食物样品中大部分为有机成分，在消解过程中有大量CO2产生，另外还有硝酸的还原产物NO2，因此当消解反应开始后，反应体系内压强会迅速增加，所以在消解时需控制微波辐射功率，防止发生危险。食物样品一般不含难消解的物质，为减少消解过程中体系内的气体量(大量的气体不利于消解结束时系统的降温和降压)，在消解食物样品时，一般不加入HF和HClO4。研究表明，当食物中油脂含量较大时，应采用更大的消解压力、增加消解时间或加入H2O2等试剂以保证样品的完全消解。

目前在卫生检验领域中，微波消解方法无论是国家标准方法还是文献报道的方法大多数采用硝酸-过氧化氢法，当固体样品取样量在0.19g~0.59g时，加硝酸2ml~ 8ml，过氧化氢1ml~3ml，美国CEM公司推荐的方法则用6ml~8ml浓硝酸。而其中国家标准方法对某些样品的前处理规定为微波消解法，例如1998年中国标准出版社出版的《食品卫生理化检验标准手册》，对食品中总汞、锑测定的样品处理；2002年版《化妆品卫生规范》，对化妆品中的铅、砷、汞样品处理；2010年版《中国药典》附录，对样品中含有铅、镉、砷、汞、铜元素的处理。

4.冶金和其它样品的消解

对于一些常规方法很难消解的样品，使用微波消解作为样品的前处理手段，通常可以获得很好的效果。如石化产品，若采用压力溶弹消解需要5h~8h，而采用微波消解只需要1h~1.5h。在测定煤炭中含硫量的实验中，使用微波消解可避免常规方法造成的环境污染。采用分步微波消解，先以NaOH作为溶解试剂，再用HNO3为消解试剂，成功消解了硅含量较高的铝合金试样，解决了对铝合金中高含量硅测定时样品消解困难的问题。

三、结束语

随着国民经济的发展，人们对生活质量有了更高的需求，这就促使工业产品的分析、食品安全的检测与环境质量的监测更具有高效性与准确性。因此，作为新技术手段的微波消解技术在近年得到了迅猛的发展，在许多领域都有广泛的运用。但微波检测仪器还需要不断的改进，笔者认为微波消解技术与后续检测仪器的联用技术将成为最具意义和最活跃的研究方向。

参考文献

微波在有机合成中的应用篇9

关键词：逆变技术；SPWM；采样控制理论；微元法；MATLAB

中图分类号：TP312

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）005-0062-03

作者简介：范云飞（1993-），男，四川南充人，四川理工学院自动化与电子信息学院学生，研究方向为图像处理、智能控制、工业嵌入式；通讯作者：任小洪（1960-），男，四川南充人，四川理工学院自动化与电子信息学院教授、硕士生导师，研究方向为智能测控技术、无线传感网络技术。

0 引言

逆变技术作为非常重要的一门技术，主要应用于电气火车、变频电源、数控机床、光伏并网、燃料电池静置式发电站等领域。早期逆变主要采用模拟电路实现，精度差，不易进行幅值校正与相位匹配，现在常用微处理器生成SPWM方法。目前行业内成熟的逆变SPWM算法很多，较为常用的有对称规则采样法、不对称规则采样法、等效面积法等，其共性问题是原理复杂、程序繁琐、不易理解，初级学者不易上手。本文基于采样控制理论，提出用微元法生成SPWM的算法，在原理复杂度与程序结构上均有较大改进，更适合中低端单片机进行逆变控制。

1 微元法

1.1 微元法原理

令所要产生的正弦波峰值为1，PWM峰值也为1，将要产生的正弦基波进行有限项切割，见图1。计算每项微元对应的函数值，即对应三角函数值，用与微元项周期相同的PWM波对应一组微元项，见图2，则每项微元所对应的函数值是其对应PWM的占空比。在误差范围内，每项微元对应的占空比产生的一系列PWM波即为所需的SPWM波形。

1.2 原理论证

取直流电压幅值为1，所需的正弦波幅值为1，任取正弦基波时刻t（正半周期内），则表明SPWM每一微元项的占空比为sinωt。令微元频率为F，则微元周期为1F。在周期t至t+1F内，此SPWM所对应的冲量为1F・1・sinωt。由定积分原理可知：

由采样控制理论可知，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。所以，原题设得证。

为了SPWM输出经过积分电路后获得一个较为精确的正弦波，输出SPWM波形中的PWM周期应该远远小于积分电路的积分常数τ[2]。而PWM周期过小，则所需的计算量大大增加，造成系统性能降低，且不能明显提高精度[3]。

2 实验论证

2.1 不规则采样实验

以Msp430f169为处理器，基波频率为F，半周期内有限微元数量为N，则基波周期为：

T=1F（6）

微元周期（载波周期）为：

dt=T2・N=12・N・F（7）

则SPWM中，每项微元周期dt对应占空比η为：

η=sin（2・π・t2N），t=0，1，2，3…，N-1（8）

用定时器A和比较器产生SPWM波，表1中数据是将基波周期定为25HZ，载波周期定为32KHZ所产生的正弦数值表，在单片机中用等周期中断查表修改生成与PWM有关的寄存器TACCRx，即可产生SPWM波。

2.2 微元法实验

以Msp430f169为处理器，使用微元算法生成正弦表，见式（7）、式（8），将基波周期定为25HZ，PWM周期定为32KHZ，用MATLAB仿真，其MATLAB源代码如下：

MainFreq = 8 ；F = 25 ；N = 320 ； t = 0 ：N-1 ；

TACCR0 = round（MainFreq *1000000/（ F *N*2））

data=sin（pi/N*t）*（ MainFreq *1000000/（ F *N*2））；

data=round（data）

微元法产生的正弦表同不对称规则采样法产生的表相同。将此微元法生成的正弦表导入Msp420f169进行查表生成SPWM，其生成的双通道SPWM通过示波器显示如图3所示，显示了基波的正半周逆变波形和负半周逆变波形。

将生成的两路SPWM分别通入低通滤波器，即有如图4的波形。

所以，将生成的SPWM驱动相应桥路后通过低通滤波器即可生成所需正弦波，即完成正弦逆变。

2.3 算法对比

上述实验数据表明，在中低端处理器中不能体现算法的精度，原因是中低端单片机自身的系统误差，具体体现在：①中低端处理器系统时钟较低；②自身输出PWM的分辨率跟不上算法精度。同时，精度高的算法较此微分法运行时间长，表明微元法具有一定优势。

因为自然采样法在计算SPWM波的脉宽时要解超越方程，所以在实际控制中不能保证时效性。对称规则采样法、不对称规则采样法均有使用正弦调制波与三角载波相交原理，其中具有复杂的几何运算，且其使用的正弦调制波与三角载波相交原理在初学时不易明白和掌握，同时，其逆变算法不易从特殊推广到一般。本文提出的基于微元法的SPWM算法只需将对应时间的函数值转化为输出PWM的占空比即可产生SPWM，对比之下，此算法具有原理通俗易懂、算法简单、易于推广的优点，适合逆变初学者。

3 算法改进

处理器不易计算三角函数，若此方法用在DSP等高速处理器上，可直接将MATLAB程序转译为DSP代码。若用于单片机等低速处理器，可将三角函数进行傅立叶展开，取前几项，在精度可接受的情况下，也可粗略控制逆变电路。三角函数傅立叶变换等式[5]为：

sin（t）=t-t33！+t55！-t77！+…（9）

当取前3项时，等效变换为：

sin（t）≈t-t33！+t55！（10）

此时，繁琐的三角函数被化为简单的多项式，简化程度可观。

4 结语

本文提出了用微元法生成SPWM，诠释了数字芯片处理模糊量的经典方法，此法用微积分学理念解释了SPWM原理，其原理相比现有成熟的SPWM算法简单通俗，适合初学者参考，也适合研究人员参考。

参考文献：

[1] 熊军华，王亭岭，陈建明，等.三种SPWM形生成算法的分析与实现[J].微计算机信息，2008，24（7）：307-309.

[2] 沈建华，杨艳琴，翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3] 胡寿松.自动控制原理[M].第5版.北京：科学出版社，2007.

[4] 姜彬，张浩然，郭启军.基于DSP的SPWM不对称规则采样算法的分析与实现[J].微计算机信息，2009，25（4）：210-212.

[5] 孙巧榆，刘永强，鱼瑞文.基于自然采样法的SPWM脉冲计算方法[J].电气传动自动化，2001，24（1）：13-15.

微波在有机合成中的应用篇10

[关键词] 微波治疗；龈瓣切除；阻生齿

[中图分类号] R782.3+1[文献标识码]C[文章编号]1673-7210（2008）12（b）-043－02

第三磨牙垂直阻生是一种常见病，在部队官兵发病率极高。阻生齿被牙龈覆盖形成阻生齿龈瓣，易并发冠周炎。切除阻生齿龈瓣可利于牙齿萌出。但常规治疗方法，手术操作不便，出血多。我科应用微波手术切除阻生齿龈瓣54例，手术时间短，术中出血少，术后痛苦小，效果满意，总结如下：

1对象与方法

1.1对象

微波治疗组：患者54例，男38例，女16例，年龄20～34岁，平均24.1岁；龈瓣覆盖牙1/3者12例，覆盖牙1/2者36例，覆盖牙>1/2者6例。对照组：患者41例，男29例，女12例，年龄20～32岁，平均23.8岁；龈瓣覆盖牙1/3者9例，覆盖牙1/2者27例，覆盖牙>1/2者5例。伴反复冠周炎者，治疗前应用抗生素和口腔局部治疗，炎症得到控制后再进行微波手术切除或传统口腔手术。两组性别、年龄、龈瓣覆盖牙合面情况等比较，无显著性差异(P>0.05)，具有可比性。

1.2治疗方法

常规消毒后用0.5%利多卡因局部麻醉后，微波手术组采用南京三乐机电技术研究所AMT微波手术治疗机，微波频率2 450 MHz，输出功率为40 W，发射连续波。嘱患者张口，露出口腔内下颌第三磨牙区，应用微波手术工作探头对准需要切除的阻生齿龈瓣远中边缘，做拱形切除，深度可达磨牙冠面，直至牙合面处，齿龈瓣全部被切除，暴露下颌第三磨牙牙合面。对照组采用传统口腔手术，在常规消毒后用0.5%利多卡因局部麻醉后，嘱患者张口，暴露出口腔内下颌第三磨牙区，用口腔镜牵引开舌体，使用手术刀，将阻生齿龈瓣全部切除，暴露下颌第三磨牙牙合面。

1.3术后疼痛标准

患者感觉非常痛；患者感觉较痛；患者感觉轻微痛；患者感觉不疼痛。

1.4统计学处理

采用SPSS 11.0版软件进行统计分析，两组患者手术及愈合时间比较采用t检验；两组患者手术中出血情况比较采用χ2检验；两组患者手术后疼痛情况采用χ2检验。

2结果

见表1～3。

由表1可见，微波手术组的手术组手术时间（3.51±0.41） min，明显短于对照组（19.12±0.91） min。术后愈合时间（3.64±0.14） d，也明显短于对照组（6.40±0.16） d，有非常显著性差异。由表2可见，微波手术组术中基本无出血52例，而传统手术组大部分患者术中都有出血38例，两组患者术中出血情况比较，有非常显著性差异。由表3可见，微波手术组术后大部分患者感觉轻微疼痛或不疼痛47例，而传统手术组术后疼痛者占多数27例，两组患者术后疼痛情况比较，有非常显著性差异。

3讨论

阻生齿龈瓣好发生于第三磨牙，由于牙齿不能完全萌出，龈瓣和牙冠之间间隙形成盲袋，龈瓣盲袋中的温度和湿度利于细菌生长繁殖[1]。当全身抵抗力下降时，常常出现冠周炎，患者非常痛苦。以往主要采用手术切除，但手术前准备复杂，消毒严格，手术时间较长，术中出血较多，术后疼痛和较肿胀明显，常常需全身抗生素和止痛药，创面恢复较慢，且易复发。

微波是一种高频电磁波，进入生物体后，形成磁场，在电磁场作用下，生物组织中的自由电荷被迫作正负周期性振动形成电流传导，或生物组织中的极化分子在外加电场作用下旋转，形成生物组织中位移电势，由于分子间的摩擦作用和内电阻的存在，使温度迅速增高，从而带来一系列生物效应[2]。微波通过微波辐射天线直接辐射组织，在短时间内使局部组织产生70～100℃的高温，使病变组织脱水，凝固坏死，从而达到消除病灶的目的[3]。因作用时间短，相邻组织能保持常温状态，故极少受损相邻组织[4]。其特点是在同一辐射场中组织的损伤几乎是一致的，治疗区域边界清楚，深浅一致，不易损伤周围组织，术后反应轻，损伤愈合快[5]。微波还能抑制细菌的蛋白质合成，增强巨噬细胞和T细胞的吞噬能力，从而达到抑菌作用。

我科采用微波手术治疗切除祖生齿龈瓣，术前准备简单，操作方便，切除龈瓣仅需3～4 min，术中基本上无出血，术后肿胀、疼痛明显较轻，多数患者不需服药，愈合时间也缩短，术后复发率低，同时降低了拔牙率。微波手术治疗阻生齿龈瓣是一种操作简单，创伤小，患者痛苦小，治愈率高的方法。

[参考文献]

[1]郑麟,张震康.实用口腔科[J].北京:人民卫生出版社,1995.246.

[2]陈代珠.医用微波技术[M].北京:国防工业出版社,1987.117-123.

[3]Izzo F. Microwave and interstitial laser ablation of liver tumors [J].Ann Surg Oncol,2003,10(5):491-497.

[4]阿衣努尔・阿不都热合曼.微波在口腔粘液囊肿治疗中的应用[J].临床口腔医学杂志,2007,23(10):610.

[5]刘锋.微波在耳鼻喉科的应用[J].国外医学・耳鼻咽喉科学分册,1993,17(4):222-225.