微波反应的基本原理范文第1篇

【关键词】雷达微波感应模块 LED T8灯管 节能

节能减排是当今社会发展的主题。照明是现代人类社会不可或缺的重要组成部分，而照明用电约占到全球用电量的19%，因此绿色照明已成为世界各国推动节能减排、减缓气候变化的有效途径和重要抓手。LED被认为是21世纪的绿色照明光源。LED（又名发光二极管）是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。光效高，能耗低，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10%，荧光灯的50%。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。

T8灯管是荧光灯（或称日光灯、荧光管）的一种，直径约25毫米，属于气体放电灯的一种。管内充满了低压氩气或氩氖混合气体及水银蒸气。由于水银对人体有害，因此这种灯管报废后回收困难，或者一旦破损，水银蒸汽泄露，对人们的身体健康就会造成伤害。目前采用LED光源制作的T8灯管，内部无水银，相同亮度下，功耗只有荧光管的50%，节能环保无污染。

现代建筑物为了节省土地资源一般都配有地下停车库，车库内由于光线不足，需要全天候开启照明灯具。然而停车库内在没有车辆或是人员进出时是可以使用微光（低功耗）照明的，以节约用电。因此在车库内安装带有微波感应功能的T8 LED灯管，对运动的车辆或是人进行高灵敏检测。如果有人或是车辆进出，就控制灯管足功率持续点亮。直到人或是车辆离开或是停止运动后，灯管延时一段时间然后变成微光（低功耗）持续点亮。从而达到节能效果。

1 雷达微波感应控制模块的工作原理

1.1 雷达简介

首先说一下什么是雷达微波，所谓雷达，其实就是介于红外线和FM之间的电磁波，频率范围在300M-300GHz，它和光速一样，以每秒C=299792458米/秒的速度将电信号进行空中传输。而微波主要是指它本身的电磁波波长很短1mm-1米这个范围，所以就叫着微波，人们还管它叫“超高频电磁波”。

1.2 雷达微波感应模块的工作原理

雷达微波感应模块电源的工作频率一般固定在5.8GHz正负75MHz这个范围，具体流程如下。

（1）启动――感应器上电后，感应器中振荡电路会自动产生一个5.8GHz正负75MHz的频率，我们称它为本振频率

（2）放大――该本振频率通过运放放大以后作为电磁波载体，通过高频管（也可以叫天线）向空中发射发出电磁波

（3）接收――发射出去后的电磁波通过周围的物体反射回来后又被该振荡器的选频网络选中，与原来的5.8G频率同时送入差分电路进行相位比较，得到的差值信号就作为自检（周围环境检测）的基础信号。

（4）检测――当周围出现运动物体时，反射回来的电磁波通过电路分析后与自检时的基础信号不一样，此时该信号就作为触发信号的依据，模块输出控制信号。

2 雷达微波感应T8灯管电源的工作原理

其实雷达微波感应灯管电源和其它普通的T8灯管电源原理基本没多大差别，都是采用目前比较主流的原边反馈单级有源功率因数校正的反激型驱动。

这种驱动IC采用专有的电流采样机制，通过原边反馈的信息即可以实现高精度的恒流输出控制。输出电流的大小由 CS 引脚到 GND 的电阻 RS 设定。

因此，雷达微波感应灯管驱动电源就是在原有驱动电源基础上在驱动IC CS 引脚到 GND 的电阻 RS 网络中（RS1，RS2）增加一MOS开关管（Q2），通过雷达微波感应模块检测到运动物体而输出控制信号控制开关管（Q2）的导通和关断，进而改变反馈电阻RS（RS1，RS2）的阻值，来改变驱动输出的恒流电流值，控制灯管全亮（满功率）或是微亮（低功率）。

3 雷达微波感应模块在T8灯管中的装配方式

雷达微波感应模块大都是装在T8灯管的一侧堵头内。如下图：

4 雷达微波感应T8 灯管使用效果图

5 结束语

最开始人们用的都是触摸式控制灯管，工作模式是：“手指触摸开关亮灯，电路强制延时30S灯灭”。后来人们觉得不方便，又研究了声控LED灯管，工作模式：“检测到声音灯亮，声音消失强制延时30S灯灭。然而声控容易受外界噪声影响，之后就出现了红外感应LED灯管，解决了声控的缺陷。但是红外线感应容易受温度影响，信号在传输时容易衰减，影响正常距离的接收。雷达微波感应器件是由电磁波传输，利用多普勒效应原理和傅里叶变换技术，精准的高频相位和频率差分析系统，能准确对运动物进行高灵敏检测，无论是人还是车辆，只要运动就能被感应器件检测接收到。雷达微波感应技术是目前最先进的智能LED日光灯产品技术之一。可以有效降低照明用电量，减少能源浪费，达到节能减排的目的。

参考文献

[1]胡利娟.绿色照明：节能减排重要抓手[N].科技日报，2015.

[2]马振，.关于LED发展趋势的探讨[J].科技资讯，2010（10）：132.

[3]陈盼娣，李瑞强，张静，马杨晨，卢健廷.基于微波感应式LED灯在地下车库的应用[J].价值工程，2015（17）：212-213.

微波反应的基本原理范文第2篇

【关键词】岩石矿物;硅酸盐;系统分析方法

引言

硅酸盐并不是某一种单纯的花和物，而是岩石矿物的一个重要的组成部分,其代表的是一类化合物，指的就是硅(Si)、氧(O)与其他几种化学元素(主要包括Al、Fe、Mg、K以及Ca等元素)结合而成的一种化合物的总称。经勘测，硅酸盐在地壳中的分布是十分广泛的,它是地壳中非常常见的一种物质,是构成多种岩石与土壤的重要组成成分，几乎存在土壤和岩石的地方就存在硅酸盐。所以如果充分的对于硅酸盐的性能加以研究和利用，可以开发出大量的可用原料来服务于我们的工业生产，不仅可以缓解当前工业原料紧缺的现状，还有利于新型工业产品的研发。据有关资料统计,硅酸盐的总体储量约占地壳质量的80%以上，是我们解决生产原料的一个理想选择。从化学性质上看，硅酸盐种类较多且多数熔点较高，同时性质十分稳定,这些特征都有利于硅酸盐应用于工业生产当中,就目前来看，一部分硅酸盐的成品已经被广泛地应用于工业、科研以及实际的生活之中，其发展前景也是非常广阔的。

由此可见，加强对于硅酸盐的性质的研究和化学分析，无论是对企业生产还是社会生活都是有着非常重要的意义的。所以，我们要认真对待岩石矿物中的硅酸盐的定性与定量分析工作,以便为原料的开采和应用打下良好的基础，就目前学界对于硅酸盐的化学分析的研究成果来看，已经日趋成熟和完善，也研发出看多种硅酸盐的消解方法和技术。但是对比后，笔者认为微波消解法是其中最为便捷高效的一种分析方法，其快速、简单、经济的特点正迎合了未来工业生产的大规模、高效率的要求。所以本文中，笔者将从硅酸盐的化学成分、微波消解法的基本原理、微波消解法在岩石矿物消解中的应用实验三个方面进行阐述与分析,旨在为岩石中的硅酸盐分析提供一种科学的分析方法。

1、概述

通过上文的论述，我们了解到硅酸盐在地质成分中的含量是非常高的，总体储量也是非常大的。既然硅酸盐的含量这样丰富,我们就要有针对性的对其进行开发和利用。制定合理的开采计划的前提就是要全面了解该地区内的硅酸盐的分布状况。据统计,目前已知的含有硅酸盐的矿物在八百种以上,占自然界所存在的已知矿物的三分之一以上。大量的硅酸盐矿物种类中，常见的含有硅酸盐的矿物有高岭土、云母、石英、绿帘石、黄玉、橄榄石以及蛋白石等，是我们主要的开采对象。除此之外，硅酸盐矿物和岩石的种类十分驳杂，并且每一种类型的差异都比较大，这也直接导致了此类矿物和岩石的化学成分和性质大相径庭。所以，我们对其进行开采前，必须要做好相关的成分检定工作，才能保证开采出的原料可以被有效的利用。值得一提的是，虽然这些矿物和岩石的成分有所差异，但是检定工作中我们主要确定其中的重要化学元素便可确定其是否存在硅酸盐的消解价值，一般情况这些元素下包括：SiO2、Al2O3、Na2O、TiO2、MgO、CaO、FeO、Cu、Zn、Cr、V等成分。在测定的过程中，其重要程度按照列举的先后顺序有所不同，如果没有特殊需要，一些次要的成分的检测可以省略。

综上，硅酸盐无论从性质还是其分布形式上讲，都对工业生产有着非常重要的意义，做好硅酸盐的开采工作可以有效的推动相关产业的发展，而合理开采的前提就是对岩石和矿物的试样进行精确的化学分析检测，所以下面笔者结合目前应用较为广泛且分析效果较好的微波消解法，谈谈对岩石矿物中的硅酸盐的化学分析。

2、微波消解法的相关内容

2.1微波的基本情况

2.1.1微波的概念

从形式上看，微波是一种电磁波，是频率在300MHz—300GHz的电磁波，即波长在100cm至1mm范围内的电磁波，也就是说就其波长而言，处于远红外线与无线电波之间。在微波的波段中，波长在1-25cm的波段专门用于霄达，其余部分用于电讯传输。因为微波具有高频强电的特点，致使在作用时磁场强度过高，容易对其他设备产生影响，所以为了防止民用微波功率对无线电通讯、广播、电视和雷达等造成干扰，国际上规定工业、科学研究、医学及家用等民用微波的频率为2450土50MHz，如无特殊情况，不可以超过该限定标准，但是一些专业的检测部门除外。因此，微波消解仪器所使用的频率基本上都是245OMHz，家用微波炉也是如此，微波除了高频的特性外，还具有很高的温度，容易在操作中将人灼伤，这也是其频率受到限制的另一个因素。

2.1.2微波的特性

（1）首先，微波不被金属材料吸收，只能被其反射。常见的如铜、铁、铝等所有金属材质是无法对微波进行吸收的，所以微波炉的材料可以选择金属类。并且用金属（不锈钢板）作微波炉的炉膛，来回反射作用可以在加热物质上，增强微波的功效。值得一提的是，不能用金属容器放入微波炉中，因为反射的微波对磁控管有损害，轻则影响微波炉的正常使用，重则导致安全事故。

（2）其次，绝缘体可以透过微波，它几乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷、塑料（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、石英、纸张等，它们对微波是透明的，微波可以穿透它们向前传播，这也就是为什么微波炉配套的餐具大多采用的是玻璃和塑料材质，因为这两种材料不会反射微波，也不会妨碍微波的正常传播，可以在微波作用的过程中被直接穿透。所以，这些物质都不会吸收微波的能量，或吸收微波极少。物质吸收微波的强弱实质上与该物质的复介电常数有关，即损耗因子越大，吸收微波的能力越强。同家用微波炉的器具材料不同的是微波密闭消解溶样罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。

（3）再次，极性分子的物质会吸收微波（属损耗因子大的物质）如水、酸等，因为它们的分子具有永久偶极矩（即分子的正负电荷的中心不重合)。极性分子在微波场中随着微波的频率而快速变换取向，来回转动，使分子间相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使温度升高。所以，家用微波炉的主要原理是在电磁作用下，微波通过控制食物中的水分中含有的带电粒子的方向，使其自身发热。因为水是强极性分子，因此能在微波炉启动后，吸收微波，快速加热。

了解了微波的这些特性，我们就可以更好的利用该技术进行化学分析，并从事硅酸盐原理的工业开采活动。所以在下文中，笔者将以微波的基本作用形式和特性为基础进一步解释微波消解试样的作用原理。

2.1.3微波消解试样的原理

为了更加全面直观的展现微波的消解作用，我们将结合试验操作对其进行分析，首先称取0.2克——1.0克的试样置于消解罐中，再向罐中加入约两毫升的水，并加入适量的酸。通常是选用HNO3、HCI、HF、H2O2等。然后，把罐盖好，放入炉中。

在这个加热的过程中，极性分子，也就是水、酸等，会随微波频率快速变换取向，2450MHz的微波，分子每秒钟变换方向2.45×109次，分子来回转动，与周围分子相互碰撞摩擦，分子的总能量增加，使试样温度急剧上升。

与此同时，试液中的带电粒子（离子、水合离子等）在交变的电磁场中，受电场力的作用而来回迁移运动，也会与临近分子撞击，使得试样温度升高。显然，这种加热方式与传统的电炉加热方式绝然不同，因为电炉加热是通过一种电阻发热，然后将其热量传导给待加热物体的形式，是一种由外至内的加热，而微波加热则是通过电磁引发的物质内的带电粒子的高速运转而产生热量，是一种内外同时进行的加热方法，下面将对二者的差异进行具体分析，以期通过对比，加深对微波加热的原理的理解。

（1）加热方式。电炉加热时，是通过热辐射、对流与热传导传送能量，热是由外向内通过器壁传给试样，通过热传导的方式加热试祥。微波加热是一种直接的体加热的方式，微波可以穿入试液的内部，在试样的不同深度，微波所到之处同时产生热效应，这不仅使加热更快速，而且更均匀，因为上文中我们已经提到过，金属材料是不吸收微波的，而且玻璃和塑料还可以被微波穿透，所以当我们选择了合适的加热容器时，微波会发挥其强大的穿透效果，直接作用于物质试样内外部，大大缩短了加热的时间，比传统的加热方式既快速又效率高。典型的试验案例有：氧化物或硫化物在微波（2450MHz 、800W）作用下,在一分钟内就能被加热到摄氏几百度。又如Mn02 1.5克在650W微波加热1min可升温到920K，可见升温的速率非常之快，这都是穿透的电炉加热方式无法做到的。因为传统的加热方式（热辐射、传导与对流）中热能的利用部分低，许多热量都发散给周围环境中，而微波加热直接作用到物质内部，因而提高了能量利用率，这又说明了微波加热还就有很强的选择性和针对性，可以直接作用于待加热部位，避免了热量的流失，另外因为微波具有热惯性小的特点，使得其在加热的过程中可以时间迅速升温和迅速降温，而不似其他的加热方法，加热和退热都需要经过一定时间的缓冲，不仅造成能源的浪费，也无形中降低了加热的效率。

(2)过热现象。微波加热还会出现过热现象（即比沸点温度还高）。电炉加热时，热是由外向内通过器壁传导给试样，在器壁表面上很容易形成气泡，因此就不容易出现过热现象，温度保持在沸点上，因为气化要吸收大量的热。而在微波场中，其“供热”方式完全不同，能量在体系内部直接转化。由于体系内部缺少形成气“泡”的“核心”，因而，对一些低沸点的试剂，在密闭容器中，就很容易出现过热，可见，密闭溶样罐中的试剂能提供更高的温度，有利于试样的消化。值得一提的是，过热现象同上文中我们提到的微波具有的热惯性小的特点是不矛盾的，因为过热是指温度高于物质本身的沸点，是相对于物质本身来讲的，而热惯性的大小是从微波作用的效率角度来谈的，二者是有着根本区别的，所以，热惯性小也可能产生过热现象。

（3）搅拌，主要指的是带电粒子在微波通磁后的运动形式。由于试剂与试样的极性分子都在2450MHz电磁场中快速的随变化的电磁场变换取向，分子间互相碰撞摩擦，相当于试剂与试样的表面都在不断更新，试样表面不断接触新的试剂，促使试剂与试样的化学反应加速进行。交变的电磁场相当于高速搅拌器，每秒钟搅拌2.45×109 次，提高了化学反应的速率，使得消化速度加快。所以，在微波作用的过程中，物质内部的各个带电粒子是在不同的对自身进行搅拌的，由此综合，微波加热快、均匀、过热、不断产生新的接触表面。有时还能降低反应活化能，改变反应动力学状况，使得微波消解能力增强，能消解许多传统方法难以消解的样品。

根据上文中我们对于微波的基本概念、原理以及其消解试样的原理的讨论可知，微波对物质加热的快慢和消解的快慢，不仅与微波的功率有关，还与试样的组成、浓度以及所用试剂即酸的种类和用量有关。所以，要想把一个试样在短的时间内消解完，应该选择合适的酸、合适的微波功率与时间。充分的把握了微波消解作用的这一特点，我们就可有更好的开展对岩石矿物中的物质的消解工作，下文中笔者将结合试验进行具体分析。

2.2 微波消解试验案例

2.2.1 仪器与试剂

仪器:家用微波炉(如美的牌)。

试剂:（1）水泥熟料标样;（2）普通硅酸盐水泥标样;（3）水泥生料标样;（4）TEA(三乙醇胺)(体积配合比1:2);（5）盐酸;（6）KOH溶液;（7）EDTA标样;（8）钙黄绿素-甲基百里香酚蓝-酚酞混合指示剂(CMP混合指示剂)。

2.2.2 实验方法

(1)EDTA标液的标定

首先取一定体积的CaCO3溶液稀释8倍,如在实际的实验过程之中,吸取了10mL该溶液稀释至80mL,然后加入适量的CMP混合指示剂,在磁力搅拌器搅拌的作用下滴加200g/L的KOH溶液之后一直到出现绿色荧光之后再滴定过量2mL左右。以EDTA标液滴定溶液滴定至绿色荧光消失且呈现红色。

(2)样品的消解

a.首先对水泥熟料标样或普通硅酸盐水泥标样的消解:称取0.1000g已于105～110℃烘过两个小时的水泥熟料标样或是普通硅酸盐水泥标样,放入400mL的烧杯之中,加入20～30mL的蒸馏水与3～4mL体积配合比为1:1的盐酸溶液中对样品进行溶解,盖上表面皿,放入微波炉加热消解,取出,冷却至室温,定容于100mL的容量瓶之中,待用。

b.水泥生料标样的消解:称取0.2000g已于105～110℃温度条件下烘过两个小时的水泥生料标样,放于400mL的烧杯之中,加入适量的蒸馏水与HCl溶液对样品进行溶解,盖上表面皿,置于微波炉之中进行加热消解。然后取出并冷却至室温,定容于100mL的容量瓶之中,待用。

3、微波消解法的试验结果和技术讨论

3.1试验结果：

上文中，在全面的了解了微波的基本概念和作用原理的前提下，我们利用微波对岩石矿物的试样进行了硅酸盐的消解，在试验的过程中主要对水泥熟料与普通硅酸盐水泥之中的CaO的含量进行了测定。试验结果显示，在微波小火条件下,消解2min以上,氧化钙含量已在允差范围之内,符合测定要求。

3.2相关结论：

通过对试验步骤和结果的分析，可以看出微波对于硅酸盐的检定和分析的效果还是非常明显的，并且同传统的方法相比具有诸多应用中的特点，主要表现为：

（1）试剂消耗量小，可以有效的节约试验成本；（2）试验结果精准，误差小，测得结果均在合理误差范围内；（3）试验时间短，检测效率高，可以同时检测多个试件，并且其整个检测过程所用时间至多为传统测量方法的三分之一，大大的提高了分析检测的效率；（4）另外，设备仪器操作简单，试验步骤简单易行，减轻了技术操作人员的工作负担。

综上，微波消解法在岩石矿物中的分析检定有着极大的应用优势，无论是检测精度还是检测效率都较传统的检测方法有了很大的提高，是一种更加合适的新型岩石矿物中的硅酸盐检测方法，可以被广泛的用于工业开采前的分析试验中，当然以上仅为笔者拙见，仅供学术讨论和交流，诸多不足，还望批评指正。

参考文献

[1]吕学勤,钱惠芬.岩石矿物中硅酸盐的系统分析方法[J].科协论坛(下半月),2009(6).

微波反应的基本原理范文第3篇

【关键词】 乳房组织;介电特性;主动式微波成像;脉冲微波共焦成像;乳腺癌

Abstract：The dielectric properties of normal breast tissues and the difference between normal breast tissues and tumor in dielectric properties are presented.We introduce the theory of active microwave imaging、confocal microwave imaging(CMI)system and the basic algrithm for detecting breast cancer.The development process of CMI is recalled and the newest researching results of CMI are reported.In the end of the paper we point out the possible developing direction of CMI.

Key words：Breast tissues;Dielectric properties;Active microwave imaging;CMI;Breast cancer

1 引 言

乳腺癌是一种常见的疾病，对其治疗而言，早期发现是至关重要的。多年来，电磁场工程师们一直在致力于研究用微波成像的方法实现对人体癌症的检测，相对于现有的医学成像检测方法，如X射线、CT、B超等，微波成像具有诸多优点：

(1)相对安全，微波成像没有电离辐射，在一定能量范围内属相对安全的检测方法[1]。

(2)它是基于一种新的成像检测机理，微波成像属于功能性成像，它反映的是生物组织的电磁特性分布，而恶性肿瘤的介电常数往往比正常的乳房组织大的多，因此利用微波成像能够区分肿瘤的恶性与否。

(3)属于非浸入式检测，检测相对方便。

(4)成像分辨率较高，可以检测出小到2 mm直径的肿瘤，利于癌症的早期发现。

(5)微波成像费用相对较低，易于实现身体普查，有利于疾病的早期预防和治疗。

2 乳房组织的介电特性

生物组织的介电特性通常用cole-cole模型表示，其表达式为：

ε(ω)=ε′(ω)-jε″(ω)=ε∞+Δε1+(jωτ)1-α+σsjωε0

这里ω表示角频率，ε′(ω)表示与频率相关的介电常数，ε″(ω)表示与频率相关的介电损耗。

正常的乳房组织成分主要包括皮肤、脂肪、乳腺导管、乳腺囊等，对正常乳房组织以及恶性肿瘤的介电特性测试已经有诸多研究成果[2-6]。1994年Joines等人在50～900 MHz的频率范围内测量了多种离体器官和相应恶性肿瘤的介电特性，其中包括正常的乳腺组织及恶性乳腺肿瘤，得出的结论是恶性乳腺肿瘤的介电常数和电导率比正常的乳腺组织平均分别高出233%和577%。Campbell等人在1992年分别对多名患者的正常乳房脂肪组织、正常乳腺组织、良性肿瘤和恶性肿瘤四种类型组织的介电特性进行了测量，测量的微波频率为3.2 GHz。他首先对17名患者的乳房脂肪组织进行了测量，测量得到的脂肪组织相对介电常数在2.8～7.6之间，电导率在0.54～2.9 mS/cm之间，含水量在11%～31%;对11名患者的正常乳腺组织的测量结果表明，其相对介电常数在9.8～46之间，而电导率在0.54～2.9 mS/cm;对9名不同患者的 生 物 医 学 工 程 研 究 第29卷第1期 赵亦波，等：基于雷达原理的脉冲微波共焦成像检测乳腺癌 恶性乳腺肿瘤的测量结果显示其相对介电常数在9～59之间，而电导率则在2～43 mS/cm之间。通过数据分析，Campbell等得出结论，认为在3.2 GHz微波频率下区分恶性肿瘤的相对介电常数为45～60，电导率为30～40。Wisconsin-Madison大学的Lazebnik等人在2007年进行了较大规模的不同人群乳房组织介电特性测量，他一共选取了93位不同患者的乳房组织样本，通过对样本的测量分析，得出的结论为乳房组织的相对介电常数和电导率与乳房组织的成分有关(见图1)。

从一系列的研究结论可以看出，正常女性乳房组织由于含有的脂肪成分较高(多数超过50%)，脂肪的介电常数和电导率都相对很低，因此，正常乳房组织的平均介电常数在10左右，而恶性肿瘤组织的介电常数和电导率均比正常乳房组织高出三倍多，对微波照射而言，正常乳房组织的反射比恶性肿瘤块的反射要弱，加上采用相关的聚焦技术，可以使得恶性肿瘤组织对微波的反射明显强于正常组织，从而检测出恶性肿瘤，这就是微波成像检测乳腺癌的理论基础。

3 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌

3.1 主动式微波近场成像

微波成像的应用范围十分广泛，探地雷达、气象雷达、星载以及机载SAR(合成孔径雷达)成像都属于微波成像的范畴。主动式微波成像的基本原理是通过向被成像目标发射电磁波，通过接收目标的反射或散射波，从而获取目标的形状、结构、电磁特性空间分布等信息。在微波频段，要想得到目标反射或散射场的解析解基本上是不可能的。而通过测量微波散射或反射场确定成像目标的电磁参数分布是一个电磁逆散射问题，它是电磁散射正问题的反演。微波成像的基本过程如下：

(1)首先，通过天线向被成像目标发射高频电磁波，在目标周围若干位置放置接收天线接收目标的散射场，从而获得一系列的测量数据。

(2)将目标进行网格剖分，对剖分完的网格电磁参数进行初始设置。

(3)根据目标网格剖分以及初始电磁参数设置求解正问题，即计算各测量点的散射场，常用方法有有限元法、时域有限差分法等。

(4)根据计算值和测量值的差重新调整各网格的电磁参数估计值。

(5)不断重复以上各步，直到正向计算结果与测量结果误差满足一定要求。

由于诸多因素的影响，比如测量数据量的不足，正向计算的误差，或者目标结构复杂，甚至目标是各向异性的，这些都使得反演结果不唯一，不能确保成像结果与实际完全吻合，这在一定程度上限制了微波成像的应用。

但随着电磁场数值算法研究的进展，特别是计算机计算能力的迅猛提高，微波成像技术用于人体检测变得越来越具有吸引力，其中以用于女性乳腺癌检测的研究最为活跃，取得的成果和进展也最为显著，基于雷达原理的脉冲微波共焦成像(confocal microwave imaging， CMI)就被认为是一种很有发展前景的主动式微波成像技术。

3.2 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌

脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌是基于雷达原理，它类似于机/星载SAR成像或探地雷达的工作原理。不同于普通的逆散射成像，该方法避免了复杂的逆散射计算问题。

脉冲微波共焦成像技术用于乳腺癌的检测最早是由美国Wisconsin-Madison大学的Hagness提出[7]，加拿大自然科学与工程研究委员会的Elise C. Fear等人也相继进行了理论和实验研究并取得了一系列的研究成果。

脉冲微波共焦成像系统检测乳腺癌的基本工作过程是：系统首先用天线发射超宽带脉冲对成像目标乳房进行照射，同一天线用于接收乳房的反射波，反射波信号采用矢量网络分析仪记录，由于矢量网络分析仪记录的是频域信号，需要通过离散反傅立叶变换得到反射波的时域形式。在一个位置完成该过程后，将天线移动到另一个位置重复上述过程。当所有位置都测试完毕后，根据成像聚焦点的不同，对所有位置接收到的反射波进行时移相加，最后得到目标乳房组织的反射波相对灰度图像。虽然这种方法不能直接得到乳房的介电参数分布，但它能区分出由于介电参数异常增大而使反射波增强的区域，起到检测乳腺恶性肿瘤的作用。

Hagness等人开展微波共焦成像检测乳腺癌的研究开始于1998年，最开始采用的是计算机理论仿真的方式。仿真天线扫描方式是采用平面式，探测深度约为5 cm，之所以采用这种扫描模式是基于患者仰面躺着接受检测的假设，结形天线加载后直接放在乳房上面进行检测，天线与乳房之间没有空间距离，从而保证和皮肤间的阻抗匹配，减小皮肤的反射。

而Fear等人则在2005年建立了一套微波共焦成像检测乳腺癌的实验验证系统，该系统被称之为TSAR(Tissue Sensing Adaptive Radar，TSAR)[8-10]。系统由液体容器、浸泡用液体、地层、天线和乳房模型构成。液体容器的上方是用作地层的金属盖板，金属盖板上留有几个洞，天线和乳房、肿瘤模型通过这些洞放入容器盛放的液体中，液体的介电常数接近正常的乳房组织，这样可以减少正常乳房组织对入射波的反射。整个容器除了上层盖板因用作地层而采用金属材料外，其它地方采用的都是介质材料，这是为了尽量避免电磁波被容器壁反射。天线采用的是阻抗加载Wu—King偶极子天线，长度为10.8 mm。而乳房模型则采用的是圆柱体模型，圆柱体高为30 cm，截面直径为10 cm，圆柱体内放有一个肿瘤模型。整个仿真模型材料分为四种：液体、“皮肤”、“脂肪”，“肿瘤”，四种材料的介电参数见表1。表1 实验系统用到的各种材料的介电参数　实验系统通过旋转乳房模型，每次旋转22.5°或40°，实现天线对乳房模型的扫描。

天线回波数据采集采用的是将安捷伦的8719ES矢量网络分析仪通过50 Ω同轴线连接到天线上实现的，频率采样点为1601个，采样16次的样本进行平均，采样频率范围为1～10 GHz，对采集到的频域数据进行离散反傅立叶变换即得到信号回波的时域波形。

通过诸多研究者一段时间的努力，用于检测乳腺癌的脉冲微波共焦成像系统的基本框架已经基本成型，下面分析系统的各技术要素及其近期的研究成果。

首先，超宽带信号形式的选择主要有两点矛盾：分辨率和信号衰减的矛盾。信号的带宽越宽，则系统的距离分辨率越高，但同时随着信号频率的升高，其衰减就越厉害，探测深度因而受到影响，因此，对信号的形式选择应该综合考虑这两个因素。

目前被广泛采用的超宽带信号源形式为微分高斯脉冲，其表达式为：

V=V0(t-t0)exp(-(t-t0)2τ2)

其中τ约等于50～100 ps，t0=4τ，这种形式的信号的典型探测深度为3～4 cm，最大探测深度为5 cm，这是考虑到几乎50%的肿瘤位置处于深度小于2.5 cm位置，距离分辨率约为1 cm，因此，这种脉冲形式兼顾了分辨率与探测深度两者的要求。

对天线的选择，目前采用的方案是加载蝶型天线或Wu-King偶极子天线等，Fear等人研制了多种超宽带天线[11-13]，并比较了其性能指标以及对成像效果的影响。

波束形成方式有天线阵列波束成形、单天线空间扫描波束成形等方法，其中后者被更多地采用，主要原因是单天线扫描的方法简单易于实现，可以避免多天线间复杂的互藕问题，简化信号处理。空间扫描方式主要有两种：一种是以蝶型加载天线直接放在乳房组织上，而人体仰躺着，让天线在乳房组织上不同位置进行测量;另一种方案是让人体趴着，乳房通过一个圆洞浸泡在某种液体中，这种液体的介电常数接近脂肪组织，偶极子天线围绕乳房组织四周不同点进行测量。一般将乳房当作一个圆柱模型。

关于信号接收系统灵敏度和动态范围问题，通过Hagness等人的仿真论证，不同深度和直径的肿瘤在乳房组织中的反射信号强度(相对于激励信号)见表2。表2 不同大小、位置、深度的肿瘤反射回波强度由表2可以看出，对乳腺癌的检测而言，信号接受系统的动态范围在120 dB左右即可满足检测要求。

在乳房建模方面，前期研究采用的模型比较简单，基本上假设乳房组织介电参数分布比较均匀且各向同性，乳房外型也比较规范。采用这样的简化模型对前期的研究是必须的，但随着研究的深入以及技术实用化的要求，模型就必须逐渐向实际靠拢。在X Li等人利用二维磁共振(MRI)图像数据建立仿真乳房模型的基础上[14]，Sill等人建立了基于三维MRI图象的仿真乳房模型[15]，并利用脉冲微波共焦成像算法进行了仿真验证，仿真结果表明对于这种相对复杂接近实际的乳房模型，共焦成像也能有效检测出一定大小的肿瘤，只是信号杂波比(S/C)降低到了4.9 dB，而简单模型情况下信号杂波比(S/C)为10.3 dB，可见模型背景的复杂度加大对系统检测能力是有很大影响的。

脉冲微波共焦成像算法的基本流程如下[16]：

(1)首先，进行信号校准。目的是在接收信号中去除发射信号残余和皮肤反射信号。这是基于这样一个假设：在不同位置得到的发射信号残余和皮肤反射信号基本相同。校准信号采用的是一圈的每一个位置天线接收信号的平均值，采用的方法是将一圈的每一个位置天线接收信号减去这一圈的校准信号。

(2)积分运算。由于采用微分高斯脉冲，因此当信号过零点时积分值最大，对信号进行积分运算处理后更易于识别回波信号在时间轴上的位置。

(3)信号补偿。主要采用路程损失补偿或辐射发散补偿，其中平面扫描方式采用路径损失补偿，而圆柱扫描则采用辐射发散补偿。

(4)图像重建。图像重建采用共焦算法，将待成像的物体进行剖分成N个网格，假设有M个测量位置，假设某个网格的位置矢量为r，则在该网格的成像灰度可表示为：

I(r)=[∑Mm=1Bm(τm(r))]2

其中Bm表示第m个位置天线测量得到的反射波时域波形，它是经过(1)、(2)、(3)步骤处理过的信号波形，τm(r)=2|r-rm|v，v是乳房组织中的电磁波传播速度。

在对聚焦成像算法继续进行研究的同时，也有不少研究者开始研究乳房轮廓的检测算法[17-18]，近两年已有部分成果发表。由于在对乳房进行共焦成像时需要事先对乳房进行定位，即预先知道乳房的位置外形轮廓，在此基础上才能对回波信号进行有效的校准，因此，乳房轮廓的检测算法对该技术完善和后续的实用化十分重要。

4 发展前景

总之，脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌目前尚处在实验室的研究阶段，没有形成临床应用的产品。但随着相关生物医学技术的发展，天线技术、相关信号获取设备技术的提高，信号处理算法的进一步发展，相关硬件技术的进步以及计算机计算能力的提高等，微波成像技术用于检测乳腺癌将有望走向临床应用。

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微波反应的基本原理范文第4篇

关键词：废弃；PET聚酯；回收利用；粉末涂料；节能环保

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）11-0181-02

PET即聚对苯二甲酸二乙醇酯，这种产品在生活中具有应用的广泛性，消耗也最大。本文即以聚对苯二甲酸二乙醇酯以下简用PET为研究对象，探讨PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂。PET具有化学稳定性、耐腐蚀性、电绝缘性、绝热性不易自然消解，长期置留于环境中会造成极大的环境损害，不利于可持续发展。与此同时，以原油或天然气为第一手的高分子材料成本的不断增加，资源的不断减少，使PET聚酯的回收与利用成为一个新兴的话题及亟待解决的研究领域。论文拟梳理目前废PET聚酯的回收办法，即废PET聚酯的物理回收办法及运用、废PET聚酯的化学循环回收办法及运用、废PET聚酯的微波辅助回收利用办法及运用，并提出废PET聚酯再资源化制备涂料的方法与进展，包括聚酯树酯涂料制备、醇酸树脂涂料制备、聚氨酯的涂料制备，并在此基础上做出醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的实验及讨论总结。

1 废PET聚酯的回收办法梳理

PET聚酯的主要特点如透明性较好、柔韧度较强、质量较轻、稳定性较好，日常生活中常用的饮料瓶、薄膜、电器绝缘材料等PET聚酯都可以应用于此。废PET聚酯主要来源于两个途径，辟如废旧的PET包装材料、已经使用过的PET产品，另一个主要途径就是在生产或加工过程中产生的废料、边角料等。生产或加工过程中的废料、边角料由于清洁度难以达到，所以可以综粘、增粘等方面直接回收利用；第二种废料由因附带其他成分或污渍，必须经过纯化、分离等处理后才可回收利用。PET聚酯的大量应用与化学惰性难以自然降解，使得其造成的环境问题及回收利用在当前受到了极大的重视与关注。梳理废PET聚酯的回收办法，包括物理回收办法、化学循环回收办法、微波辅助回收利用办法，现在对以下办法的具体运用做出论述。

1.1 废PET聚酯的物理回收办法及运用

传统废PET聚酯的物理回收办法主要是填埋、粉碎、焚烧等简易办法，然而填埋占地面积大，并且污染大气与水环境，已被多数国家明令禁止。焚烧的办法则会产生多环芳烃化合物、酸性化合物、一氧化碳和重金属化合物等有害物质对环境不利。简单再生是将废旧塑料破碎、洗涤、除杂质、造粒，然后加工成品或加入部分新聚合物，由于清洁的不彻底，不能直接当作食品包装再使用，只能作为次等产品运用于生产、生活中。物理回收办法在当前困境下做出进一步进展与改进，典型的废PET物理回收工艺流程主要是：PET废料颜色分选杂质分选破碎比重分选洗涤脱水清洁PET片造粒或再加工制品。物理循环新工艺办法显然较之传统单一方法有所改进，并且以其简单性、易于控制性、低成本性，在欧美一些国家也较广泛的应用，但由于新工艺对原材料、分离、净化等方面有严格的要求，如果未达标则不能作为食品包装使用，只能作为次等产品使用，所以其常与化学办法共同处理。

1.2 废PET聚酯的化学循环回收办法及运用

传统废PET聚酯的化学回收办法主要是高温热解、解聚、化学接枝改性等办法，高温热解法应用于聚乙烯、聚丙稀、聚苯乙烯等非极性塑料和一般废物中的混杂废塑料的分解，是通过加热有机物，破坏有机物的共价键，使其分解成低分子物，生成气体、油、焦炭等生成物。解聚则可以用水、甲醇、乙醇、乙二醇、丁二醇、氨水等溶剂物对其提纯，重新合成高品质材料，但其使用只能用于解聚型聚合物，其适用范围非常有限。水解根据水质的不同分为酸性水解、碱性水解、中性水解。醇解与水解是化学回收办法中使用最多的办法，其中醇解包括一元醇解与二元醇解，因其比水解更容易实施、降解速度更快，近年来在化学循环回收中应用最广，且得到进一步研究进展与改进，根据操作条件的不同，甲醉降解法可分为低压甲醇降解法、中压甲醉降解法和超临界甲醇降解法。低压甲醇降解法将将废PET加入熔融釜内，用过热水蒸气加热熔融，冷却固化后被输送到旋风研磨机内，经过分馏、冷凝、结晶、离心分离后获得DMT产品，低压甲醇降解法成本低、程序易，但转化率低且含一定量低聚物；中压甲醉降解法一般在180~280℃、2.0～4.0 MPa下进行其转化率有所提高，但仍然含有一定低聚物，对产品精制化不利；超临界甲醇降解法，采用超临界甲醇在270～350℃、大于8.0MPa的反应条件下解聚废PET，反应时间缩短，转化率提高，市场化价值最大。

1.3 废PET聚酯的微波红外辅助回收利用办法及运用

微波与红外辐射最早是发现于19世纪初，20世纪70年代陆续得到广泛使用，用微波红外在废PET聚酯的降解领域中应用对于废PET的使用还是一个较近发现的新技术。微波红外辅助回收相对于物理、化学回收办法来说，环境污染更小、对资源的提取效率高，对于一般的化学反应处理办法有更好的效果。微波在当代已有了一定的应用，如微波无机、微波有机合成、微波离子体化学合成等，微波醇解的主要影响在于时间、功率、醇的类型与配料比、量的多少等方面。红热辐射较之微波在聚酯降解中则应用尚欠缺，需要进一步研发。总之，微波红外辅助回收利用办法尚处于初级阶段，但就目前应用来看对于资源转化率、环境污染度等方面都有较好的改善，红外辐射尚处研发阶段，有待进一步试验与考证。

2 废PET聚酯再资源化制备涂料的方法与进展

PET废料降解后所得到的单体分子与其他单体分子聚合后可以重新共聚、共键链，用此制备新的涂料，是一项新的工艺突破。目前以废聚酯作原料可制备的涂料主要有聚酯树脂涂料、环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料和聚氨酯涂料等。以下介绍聚酯树脂涂料醇酸树脂涂料和聚氨酯三种涂料及其制备。

2.1 聚酯树酯涂料制备

聚酯树脂通常由二元醇、三元醇和二元酸等混合物缩聚而成，一般是低分子量、无定形、含有支链可交联的聚合物。废PET聚酯发生醇解反应的条件是催化剂与二元醇，经过醇解后获得的单体分子就可以作为聚酯树脂的原材料。以醇解的PET废聚酯为原料，通过高温与甘油和乙二醇反应，经过与钦酸丁酯进行醚键交联，形成共键反应，就可以生成聚酯绝缘漆。国内毕玉遂等团队已经成功尝试，具有较强的市场与经济价值。假如聚酯树脂需要改变性能，可以通过物料比例的改变以达到，如涂膜柔顺性不足，则可以加入三元以上的醇加强其分化度，如果需要加快固化速度，可以加强长链二元醇与支链三元醇，二元酸则可以降低关联度，增强柔韧度，总之，聚酯树脂涂料制备工艺过程中依据产品需要突出的性能，适当调成PET废聚酯与二元醇、三元醇、二元酸的比例以达到。

2.2 醇酸树脂涂料制备

醇酸树脂是通过缩聚反应由多元醇、多元酸及脂肪酸为主要成分制备的。废聚酯PET的引入，改变了传统单体分子的树脂涂料制备中官能度的效用，影响涂料的附着性与粘力性，性能上有所降低，但通过减少一些导致低官能度的单体分子或增加高官能度共聚单体的用量则可以有效弥补此缺失，也可减少成本和保护环境。国外学者PilatiF等人已经成功适用。此外，加拿大专利发明了改性的醇酸树脂涂料。它是将废聚酯酸解后再醇解成低分子量聚酯，加入烯类单体与醇酸树脂中的双键共聚，以达到改性的目的。其中，用甲基丙烯酸甲酯改性的醇酸树脂能快速干燥，保色性和耐候性都有很大改进。

2.3 聚氨酯的涂料制备

聚氨酯是由多异氰酸酯与多元醇（包括含轻基的低聚物）反应生成的。废弃PET用于聚氨酯的涂料的制备中既可满足聚氨酯的涂料耐磨性与附着力的标准，是满足高级涂料的要求，而且极大节省聚氨酯的涂料的生产成本，对于节能环保、环境改进等都大有帮助，具有较高的市场研发价值。国内孙永增等人也已成功研发与应用。综合以上聚酯树脂涂料、醇酸树脂涂料和聚氨酯涂料等产品，其主要研发集中于废弃PET再回收利用的工艺条件改进、环保型涂料的运用上、对环境的最少伤害上，但其回收及利用总体上存在反应时间长、工艺复杂等问题。基于此，以下以醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯为实验对象，以期为废弃PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂提出些理论建议。

3 醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的具体尝试

降解反应与聚合反应是相互互动且逆反的过程。当废旧高分子通过降解反应可以得到分子的全部单体，再通过聚合反应可以实现资源化的重新利用，实现一个循环的资源再利用过程。聚酯PET是废旧高分子材料中的典型代表，废旧聚酯PET经过降解获得全部单体，再聚合重新生产，则可以实现材料再利用。而作为废旧高分子材料的典型代表聚酯PET如果通过复合降解得到的低聚物能重新作为生产聚酯的原料，就可实现材料的再利用。在此基本原理的指导下，醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的具体实验选择PET复合醇解体系作为研究对象，通过红外与微波辅助，以缓解微波醇解反应不易控制、加热不均的缺点。实验以废PET为复合醇解对象，二元醇作为醇解剂，红外和微波作为热源，研究微波功率、微波辐射时间、红外辐照时间、物料配比等对醇挥发率及醇解程度的影响，并通过一定的科技手段完成实验分析。

3.1 实验部分

实验原料：废聚酯、乙二醇、新戊二醇、酯酸锌、乙酸钾、四氢吠喃、苯酚、l,l,2,2-四氯乙烷；实验仪器：WPSOOTL23-K3型微波炉、766-3型远红外辐射加热箱、Pyris1Dsc差示扫描量热仪、PL-GPC22O凝胶色谱仪、平型乌氏粘度计、85-1磁力搅拌器、电热恒温鼓风干燥箱；实验路线：废PET、二元醇、催化剂通过红外辐射、微波辐射产生醇解产物；实验方法：以二元醇作为醇解剂，将废PET瓶片，二元醇与催化剂投入反应器中，用磁力搅拌机下搅拌，搅拌均匀后，先放入温度为210℃红外加热箱内观察半小时预反应。

3.2 实验结果及总结

废PET聚酯复合醇解影响因素主要有微波辐射时间、微波功率、红外作用时间、物料配比等，其中微波辐射时间、微波功率为主要影响，红外作用时间、物料配比为次要影响，PET复合醇解反应的降解方式为无规降解，目前合理的工艺条件是红外辐射15 min、微波514W微波1 min，物料配比1：3，但当前仍处初级研发阶段，仍存在透明性低、结晶度高等问题，仍待改进。

微波反应的基本原理范文第5篇

关键词:化学需氧量;环境监测;综述

化学需氧量(cod)是评价水体污染的重要指标之一。cod测定的主要方法有高锰酸盐指数法(gb11892 - 89)和重铬酸钾氧化法(gtb11914 -89) 。高锰酸盐指数法适用于饮用水、水源水和地面水的测定。重铬酸钾氧化法(codcr )适用于工业废水、生活污水的测定,但此法要消耗昂贵的硫酸银和毒性大的硫酸汞,造成严重的二次污染,且加热消解时间长、耗能大,缺点十分明显,已不适应我国环境保护发展的需求。为此,人们从不同方面进行了改进。

1　标准法的改进

1.1　消解方法的改进

为缩短传统的回流消解时间,早期进行的工作包括密封消解法、快速开管消解法、替代催化剂的选择等;近期的工作主要包括采用微波消解法、声化学消解法、光催化氧化法等新技术。

1.1.1替代催化剂的研究　重铬酸钾法所用的催化剂ag2 so4 价格昂贵,分析成本高。因此,毕业论文研究ag2 so4 的替代物,以求降低分析费用有一定的实用性。如以mnso4 代替ag2 so4 是可行的,但回流时间仍较长。ce ( so4 ) 2 与过渡金属混合显示出很好的协同催化效应,如以mnso4 - ce ( so4 ) 2复合催化剂代替ag2 so4[ 1 ] ,测定废水cod,不但可降低测定费用,还可降低溶液酸度和缩短分析时间,与重铬酸钾法无显著差异。

1.1.2微波消解法　如微波消解无汞盐光度法测定cod;微波消解光度法快速测定cod;无需使用hgso4 和ag2 so4 测定cod 的微波消解法;氧化铒作催化剂微波消解测定生活污水cod 等。ramon[ 2 ]等采用聚焦微波加热常压下快速消解测定cod。

与标准回流法相比,微波消解时间从2h缩短到约10min,且消解时无需回流冷却用水,耗电少,试剂用量大大降低,一次可完成12 个样品的消解,减轻了银盐、汞盐、铬盐造成的二次污染[ 3 ] 。专著[ 4 ]对此作了较全面的总结。

1.1.3声化学消解法　尽管微波消解时间短,但消解完后要等消解罐冷却至室温仍需一定时间。而超声波消解方便,设备简单,且不受污染物种类及浓度的限制,近年来已有一些应用研究[ 5 ] 。钟爱国[ 6 ]使用自制的声化学反应器对不同水样进行了声化学消解试验,提高了分析效率,减少了化学试剂用量, cod 测定范围150mg ·l - 1 ～ 2000mg·l - 1 ,标准偏差≤615% ,加标回收率96% ～120%。超声波消解时,超声波辐射频率和声强是两个重要的影响因素。试验表明,超声波辐射标准水样30min 时, 低频( 20khz) 、适当高的声强(80w·cm- 2 )有利于水样的完全消化。

1.1.4光催化氧化法　紫外光氧化快速、高效,在常温常压下进行,不产生二次污染,因此对水和废水分析的优势特别突出。近几年来,半导体纳米材料作为催化剂消除水中有机污染物的方法已引起了人们的广泛关注。当用能量等于或大于半导体禁带宽度(312ev)的光照射半导体时,可使半导体表面吸附的羟基或水氧化生成强氧化能力的羟基自由基( ·oh) ,从而使水中的有机污染物氧化分解。艾仕云等[ 7 ]提出纳米zno 和kmno4协同氧化体系,并据此建立了测定cod 的方法,所得结果的可靠性和重现性与标准法相当。他们还使用k2 cr2o7 氧化剂、纳米tio2 光催化剂测定cod[ 8 ] 。通过光催化还原k2 cr2o7 生成的cr3 +浓度变化,可以获得样品的cod值。但反应仍需恒温搅拌,反应液需离心过滤。操作烦琐,且不能在线快速分析。

1.2　测定方法的改进

1. 2. 1分光光度法　分光光度法测定cod是在强酸性溶液中过量重铬酸钾氧化水中还原性物质, cr6 +还原为cr3 + ,英语论文利用分光光度计测定cr6 +或cr3 +来实现cod 值测定。inaga 等以ce ( so4 ) 2作氧化剂,加热反应后测定吸光度,计算出cod值。konno使用自制的比色计与pc机相联测定cod,所得结果与标准法基本一致。光度法测得cod值快速、准确、成本低等。目前,国内外不少cod快速测定仪均是基于光度法原理。如美国hach公司制造的cod测定仪是美国国家环保局认可的cod测量方法。

1. 2. 2电化学分析法

(1)库仑法　库仑法是我国测定cod的推荐方法,该法利用电解产业的亚铁离子作库仑滴定剂进行库仑滴定, 根据消耗的电量求得剩余k2 cr2o7 量,从而计算出cod。广州怡文科技有限公司和中国环境监测总站研制的est22001cod在线自动监测仪,采用库仑滴定原理,测量范围5mg/l～1000mg/l;测量时间30min～60min,测量误差≤±5% fs;重复误差≤±3%fs,与手动分析具有很好的相关性。

(2)电解法　此法既不外加氧化剂,也不加热消解水样,而是利用电化学原理直接测量水中有机物的含量,是cod测定方法的突破。方法原理基于特殊电极电解产生的羟基自由基( ·oh)具有很强的氧化能力,可同步迅速氧化水中有机物,较难氧化的物质(如烟酸、吡啶等)也均能被·oh氧化。羟基自由基被消耗的同时,工作电极上电流将产生变化。当工作电极电位恒定时,电流的变化与水中有机物的含量成正比关系,通过计算电流变化便可测量出cod 值。作者在这方面作了一些探索工作,取得了初步的结果[ 9, 10 ] 。由于水样不需消解,极大缩短了分析流程,还克服了传统方法中“二次污染”的问题。目前,这类仪器代表产品是德国lar公司的elox100a型cod在线自动监测仪h[ 11 ] 。仪器测量范围从1mg/l～10000mg/l,最大可到100000mg/l,测量周期2min～6min。此仪器在欧美各国已得到较广泛的应用,在我国也获得国家质量监督检疫总局计量器具型式批准证书。

(3)其他电化学分析法　dugin[ 12 ]提出以ce( so4 ) 2 为氧化剂,利用ph电极和氧化还原电极直接测定电势从而测定cod 值的方法。belius2tiu[ 13 ]以两种不同的玻璃电极组成电池,通过直接测定电池电动势, 对水样中cod值进行测定。赵亚乾[ 14 ]以一定比例的反应溶液回流10min后,冷却稀释,用示波器指示终点进行示波电位滴定测定cod。

westbroek等[ 15 ]提出pt - pt/pbo2 旋转环形圆盘电极多脉冲电流分析法,通过电化学方法产生强氧化剂,硕士论文有机污染物在圆盘电极表面直接氧化或与产生的氧化物质反应而间接被转化。伏安计时电流法和多脉冲计时电流法测cod,可在几秒中获得结果,而且可以在线监测。形成的强氧化媒介可使工作电极表面保持清洁。但方法检测限较高,不适合地表水或轻度污染水的测定。但德忠等[ 16 ]提出混合酸消解和单扫描极谱法快速测cod 的方法。该法基于用单扫描极谱法测定混合酸(h3 po4 - h2 so4 )消解体系中过量的cr6 + ,从而间接测定cod。混合酸消解回流时间只需15min。venkata等[ 17 ]使用示差脉冲阳极溶出伏安法(dpasv)进行电化学配位滴定确定有机金属络合物的络合能力,从而测定cod。

1.2.3化学发光法　根据重铬酸钾消解废水后其最终还原产物cr3 +浓度与cod值成正比关系,以及在碱性条件下, luminol - h2o2 - cr3 +体系产生很强的化学发光的原理,文献[ 18, 19 ]提出一种用光电二极管做检测器测定水体化学需氧量的新方法。

1.2.4紫外吸收光谱法　紫外吸收光谱法是通过测量水样中有机物的紫外吸收光谱(一般用254nm波长) ,直接测定cod。已有工作表明,不少有机物在紫外光谱区有很强的吸收,在一定的条件下有机物的吸光度与cod 有相关性,利用这种相关性可直接测定cod。这种方法不像cod、总有机碳( toc)方法那样明确,但在特定水体中有极高的相关性,也能真实反映有机物含量。基于紫外吸收原理测定cod 的仪器已有生产。这类方法均不需添加任何试剂、无二次污染、快速简单,但前提条件是水质组成必须相对稳定。此方法在日本已是标准方法,但在欧美各国尚未推广应用,在我国尚需开展相关的研究。

2　自动在线分析技术

流动分析( fa)用于水样cod的测定可将样品消解和测定实现一体化,留学生论文使整个过程实现在线化、自动化。korinaga[ 20 ]提出以ce ( so4 ) 2 为氧化剂,采用空气整段间隔连续流动分析法对环境水样中的cod进行测定,采样频率达90次/h,但需特制的阀,且管长达18m。陈晓青等[ 21 ]提出测定cod的流动注射停流法,系统以微机控制蠕动泵的启停,并记录分光光度计检测到的信号。由于停流技术的引入,解决了慢反应中样品的过度分散问题。

cuesta等[ 22 ]提出cod的微波消解火焰原子吸收光谱- 流动注射分析法。用微波加热消解样品,未被样品中有机物质还原的cr6 +保留在阴离子交换树脂上, cr6 +经洗脱后用火焰原子吸收光谱法测定。这种方法在检测中没有基体效应的影响。

尽管流动注射分析的优势突出,但仍免不了传统加热方式。为了提高在线消解效率,不得不加长反应管或采用停留技术,这又导致分析周期延长或低的采样频率。医学论文微波在线消解效果虽好,但去除产生的气泡使流路结构复杂化。但德忠等[ 23 ]将流动注射和紫外光氧化技术引入高锰酸盐指数的测定中,建立了紫外光催化氧化分光光度法测定高锰酸盐指数的流动分析体系,并对多种标准物质(葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾、草酸钠等)进行了研究,反应仅需约115min,回收率8310%～11110%,检测限为016mg/l。用此方法成功测定了cod质控标准(qcspex - pem - wp)和英格兰普利茅斯tamar河水样品。

yoon - chang[ 24 ]将光催化剂二氧化钛铺助紫外光消解与流动分析技术联用测定化学耗氧量,获得了好的相关性。李保新等[ 25 ]把化学发光系统和流动分析法结合测定高锰酸盐指数,有机物在室温条件下发生化学氧化反应, kmno4 还原为mn2 +并吸附在强酸性阳离子交换树脂微型柱上,同时过量的mno-

4 通过微型柱废弃。吸附在微型

柱上的mn2 + 被洗脱出来使用h2o2 发光体系检测。若换用职称论文重铬酸钟氧化剂,在酸性条件下,重铬酸钾还原生成的cr ( ⅲ)催化luminol - h2o2 体系产生强的化学发光可测定cod。该方法已用于地表水样cod的测定。

基于流动技术,综合电化学技术、现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术、现代光机电技术研制的cod 在线监测仪,一般包括进样系统、反应系统、检测系统、控制系统四部分。进样系统由输液泵、定量管、电磁阀、管路、接口等组成,完成对水样的采集、输送、试剂混合、废液排除及反应室清洗等功能;反应系统主要有加热单元或(和)反应室,完成水样的消解和的反应;检测系统包括单片机(或工控机) 、时序控制和数据处理软件、键盘和显示屏等,完成在线全过程的控制、数据采集与处理、显示、储存及打印输 参考文献:

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