El principio central de la tecnología de digestión por microondas se puede desarrollar a partir de dos niveles: el mecanismo de transferencia de energía y la optimización de la dinámica de reacción. a través de la interacción entre el campo electromagnético de microondas y la materia, se logra la eficiencia y controlabilidad de la digestión de muestras.
I. mecanismo de transmisión de energía: el efecto de "calentamiento a granel" de las microondas
La digestión por microondas utiliza ondas electromagnéticas con frecuencias de 300mhz a 300ghz para actuar directamente sobre moléculas polares (como agua, moléculas ácidas) e iones en la muestra. Bajo la acción de campos eléctricos alternativos, estas moléculas o iones producen rotaciones de alta frecuencia (miles de millones de veces por segundo) o migraciones direccionales, y las fuertes colisiones y fricciones entre moléculas producen calor, logrando "calentamiento a granel" o "calentamiento interno". A diferencia del calentamiento tradicional por conducción de calor, el calentamiento por microondas hace que el interior y el exterior de la muestra se calienten simultáneamente, evitando el sobrecalentamiento local o el gradiente de temperatura, reduciendo significativamente el tiempo de calentamiento (generalmente de unos minutos a decenas de minutos para completar la digestión) y calentándose de manera más uniforme. Por ejemplo, las moléculas de etanol pueden producir calor rápidamente debido a las propiedades del momento dipolo del Grupo hidroxi en el campo de microondas, con una frecuencia de rotación molecular de hasta 24,5 × 10 ⁹ veces por segundo.
II. optimización de la dinámica de reacción: la sinergia entre el efecto térmico y el efecto no térmico
Aceleración de la reacción dominada por el efecto térmico: según la ecuación de arenneus, el aumento de la temperatura puede aumentar significativamente la constante de velocidad de reacción. El calentamiento por microondas reduce la energía de activación de la reacción y acelera la descomposición de la muestra aumentando rápidamente la temperatura del sistema (generalmente hasta 180 - 300 grados celsius). Por ejemplo, el ácido nítrico oxida la materia orgánica varias veces más rápido a 180 ° C que a 150 ° c, puede descomponer el 90% de la materia orgánica en 30 minutos, mientras que las bajas temperaturas (150 ° c) tardan 90 minutos y pueden quedar carburos residuales.
Efecto auxiliar del efecto no térmico: el campo electromagnético de las microondas también puede reducir aún más la dificultad de digestión cambiando el Estado de movimiento molecular, la ruta de reacción o el potencial de la membrana celular. Por ejemplo, las microondas pueden destruir las paredes celulares biológicas y las estructuras de membrana, liberando contenido; O desnaturalizar proteínas y exponer más sitios de respuesta.
Sinergias en el control de la presión: en un tanque de digestión cerrado, el calentamiento por microondas conduce a un aumento del punto de ebullición del líquido (por ejemplo, el punto de ebullición puede alcanzar más de 200 grados Celsius a una presión de 4 - 10 mpa), inhibe la ebullición y, al mismo tiempo, promueve la descomposición de sustancias volátiles (como el silicato). La tecnología de digestión por microondas súper garantiza que todos los tubos de reacción se calienten a la misma temperatura y presión a través de la tecnología de precarga, lo que resuelve el problema de la diferencia de temperatura causada por el sellado independiente en la digestión tradicional por microondas.