微波化學(xué)反應(yīng)器的工作原理

 微波是一種高頻率的電磁波,，其本身并不產(chǎn)生熱,。自然界的微波因為分散不集中，故不能做為 一種能源,，而利用磁控管將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?。本反?yīng)器中磁控管產(chǎn)件的微波，以每秒2450MHz 的振蕩頻率穿透介質(zhì),，當(dāng)介質(zhì)有合適的介電常數(shù)和介質(zhì)消耗時,，便會在微波場中發(fā)生高頻振蕩，便能量在介質(zhì)內(nèi)部積蓄起來,。對化學(xué)反應(yīng)而言,，可同時產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。

 微波可以被極性介質(zhì)和金屬粉末吸收;能穿透玻璃,、陶瓷,、四氟乙烯等非極性材料;但在金屬表面會被反射。

通常條件下,，磁控管的功率輸出是基本固定的,，而化學(xué)反應(yīng)常常需要低功率連續(xù)微波輻照，本裝置實現(xiàn)了微波輸出功率連續(xù)可調(diào),，并嚴(yán)格地定時實行,，選擇相同的工作狀態(tài)可以獲得重復(fù)的化學(xué)反應(yīng)條件。

微波化學(xué)反應(yīng)器的安裝

1．開箱檢查：

拆箱后取出微波爐本體,，按爐門開關(guān)鍵打開爐門,，小心取出腔體內(nèi)的所有物件，依照裝箱單進(jìn)行清點(diǎn),，檢查爐體有無損傷,、爐門及開關(guān)是否正常。

2．主截止波導(dǎo)：

主截止波導(dǎo)下段已安裝在爐內(nèi)腔體頂部,。從附件中取出截止波導(dǎo)上段,，旋下防塵小蓋，                                            按以下步驟安裝：

（1）將波導(dǎo)上段旋入下段的螺孔內(nèi),。                                                                         （2）用扳手夾住上段六角處將其緊固（以手指從內(nèi)壁感覺接頭處無明顯縫隙為度,，不要    緊固過度）。

（3）旋緊止松螺帽,。

3．導(dǎo)氣截止波導(dǎo)：

導(dǎo)氣截止波導(dǎo)已安裝好,，檢查在運(yùn)輸過程中是否有松動,，若有松動，予以擰緊,。

4．聚四氟乙烯盤架：

使用盤架時,，應(yīng)移去玻璃轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)盤支架;

根據(jù)需要選用3支螺釘，將它們平頭向下旋入圓盤的螺孔內(nèi)（調(diào)節(jié)環(huán)用于采用不同規(guī)格大小燒瓶時調(diào)節(jié)位置和高度）,，置于腔體中央,，放置后注意燒瓶底切不可碰觸下面的轉(zhuǎn)軸。

5．微波化學(xué)反應(yīng)器的安置：

（1）工作環(huán)境：以通風(fēng)柜內(nèi)為宜,。必須水平放置,。頂部回流裝置或加液裝置以實驗用鐵架固定。如需機(jī)械攪拌,，攪拌機(jī)的底腳應(yīng)由微波爐后方伸入微波爐底下,，令支柱靠近微波爐后壁。通風(fēng)口處15cm之內(nèi)不應(yīng)放置其它物體,。不允許取掉爐腳放置,。

（2）供電：理想的供電是用穩(wěn)壓電源。如無穩(wěn)壓電源則應(yīng)有供電線路,，不與其它大的用電設(shè)備共線,。線路必須接地良好。應(yīng)用8A以上保險絲,。

控制面板/顯示窗的操作

控制面板上除數(shù)字鍵,、功能鍵和顯示屏外，還有功率表和功率調(diào)節(jié)旋鈕,，磁力攪拌開關(guān)和調(diào)節(jié)旋鈕,。

1．設(shè)定反應(yīng)時間

 按反應(yīng)時間選擇鍵——按數(shù)字鍵——按啟動鍵

2．功率調(diào)節(jié):

 順時針旋轉(zhuǎn)功率調(diào)節(jié)旋鈕（先快后慢）至功率表指示需要的功率讀數(shù)時為止（注意開始時電壓的升高不足以令磁控管起振，到一定電壓后方有微波功率輸出）,。如果下一次實驗需要同樣的輸出功率,，反應(yīng)完畢后不要變更功率調(diào)節(jié)旋鈕的位置，下一次只需設(shè)定反

應(yīng)時間即可,。

3．正在運(yùn)行的實驗需要中止,，按清除鍵。

4．反應(yīng)時間設(shè)定完畢后如需加以修改:先按清除鍵,，再重新輸入數(shù)字,。

 5．反應(yīng)過程中需要暫停微波供能按暫停鍵，當(dāng)再次按啟動鍵后,，微波爐將繼續(xù)完成原先沒定的工作程序,。如需燒杯內(nèi)液體流動，可開磁力攪拌開關(guān)再調(diào)節(jié)攪拌旋鈕使達(dá)到所需速度,。

6．蜂嗚器聲訊號

   每正確按動1次鍵時,，蜂鳴器都會有I次聲響,，如無聲響，表示反應(yīng)器未能接收指示,，工作程序完成后會發(fā)出6次蜂嗚聲,。

7．顯示屏:

微波反應(yīng)器接通電源，顯示屏內(nèi)即顯示"00:00",。其前兩位為分計數(shù),，后兩位為秒計數(shù)。設(shè)定反應(yīng)時間時,，光標(biāo)在*位數(shù)字閃爍,，每輸入一位數(shù)字,，光標(biāo)閃爍將后移一位,，直至四位數(shù)字設(shè)定完畢方可啟動令微波輸出或進(jìn)行清除修改。按啟動鍵后,，顯示屏將顯示所設(shè)定時間的倒計時,，直至程序結(jié)束。

微波化學(xué)反應(yīng)器的工作方法

1.干物質(zhì)烘烤：受潮的干物質(zhì)（如硅膠除濕）,?？芍苯臃胖貌ＡмD(zhuǎn)盤內(nèi)攤平進(jìn)行烘烤。工作完畢,。必須等玻璃轉(zhuǎn)盤冷卻后方可進(jìn)行請掃或放入水中,，以免轉(zhuǎn)盤炸裂。

2.封管實驗：從微波化學(xué)反應(yīng)器和操作者的安全性考慮,，封管實驗必須切實注意以下幾點(diǎn)：

（1）已知會產(chǎn)出氣體的反應(yīng)不可做封管實驗;

（2）封管必須有耐壓的95料玻璃制成,，反應(yīng)物料的量必須嚴(yán)格控制，

（3）封管好置于一個塑料微波盒內(nèi),，再放置玻璃轉(zhuǎn)盤上啟動反應(yīng)器,。

3.液相或液/固相化學(xué)反應(yīng)：首先應(yīng)取出玻璃轉(zhuǎn)盤及轉(zhuǎn)盤支架。

（1）如反應(yīng)物量小并無須攪拌,，可用50ml或I0OmL 燒瓶,。將聚四氟乙烯盤架置于爐底中央，再將直接管由爐頂穿過截止導(dǎo)管插入燒瓶,。在爐項上方安排合適的回流裝置,。

（2）如反應(yīng)物量大或需耍插入攪拌棒（:注：攪拌棒必須是玻璃或聚四氟乙烯制，不可用金屬制品）,，則用250ml或500mL 燒瓶,。將攪拌棒與直接管以及上配的H形、凹形連接管先組合好,。由爐頂穿過截止波導(dǎo)插入燒瓶口,，接上攪拌機(jī),，然后安排回流裝置及滴液漏斗等。

 4.固相化學(xué)反應(yīng)：根據(jù)反應(yīng)需要靈活安排反應(yīng)容器和工作萬式,，但必須遵循以下原則:

（1）產(chǎn)生氣體的反應(yīng),，特別是產(chǎn)生腐蝕性、刺激性氣體的反應(yīng),，容易對電路和電腦板造成損害,，應(yīng)該安裝回流裝置并通過導(dǎo)管引出爐外抽走。

（2）反應(yīng)物和生成物的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗不同,，在微波場中對微波能的吸收會有差異,，反應(yīng)一段時間后往往發(fā)生局部溫差，所以固相反應(yīng)在進(jìn)行過程中常常需要中途做翻拌,、振搖并選擇較低的功率輸出,，使反映盡可能得以均勻進(jìn)行。  

 （3）微波反應(yīng)器中任何化學(xué)反應(yīng)都不應(yīng)放在敞口容器內(nèi)進(jìn)行,，更不允許放在無安全裝置的密封容器內(nèi)進(jìn)行,，因為前者可能造成噴濺，污染腔體,，后者有發(fā)生爆炸的危險,。

5.需通保護(hù)氣的化學(xué)反應(yīng)：用250ml燒瓶，其側(cè)頸接保護(hù)氣接管組合件,，將PFA管從腔體內(nèi)由下向上穿過導(dǎo)氣截至波導(dǎo),，伸出腔頂，把導(dǎo)氣玻塞向下塞入側(cè)頸口,，接通保護(hù)氣源,，中頸再安排冷凝管等。

工作程序操作舉例

例1反應(yīng)物50mL,，液態(tài),，需回流，不攪拌,，要求功率300W,，預(yù)汁反應(yīng)2分30秒，

 1.打開爐門取出玻璃轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)盤支架,，100mL燒瓶內(nèi)放入反應(yīng)物,，將聚四氟乙烯盤架置于主截止波導(dǎo)下方，調(diào)整螺釘使盤架水平,、高度適宜,，將直接管由爐頂插入燒瓶口，安裝冷凝管，接通冷卻水,，天上爐門,。

 2.設(shè)定反應(yīng)時間：按反應(yīng)時間選擇鍵，按數(shù)字鍵0230,，顯示窗顯示02:30,。

3. 按啟動鍵，顯示窗開始倒計時,，立即順時針旋轉(zhuǎn)功率調(diào)節(jié)旋鈕 （先快后慢） 至功率表指針示值0.3KW,。

4.微波反應(yīng)器按選定功率輸出微波，結(jié)榮工作時蜂嗚器鳴響6 次,。將功率調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向調(diào)回零位,，小心提起直接管，取出燒瓶,。

例2  反應(yīng)物液/固態(tài),，150g左右，反應(yīng)需要回流和攪拌,，并需要通保護(hù)氣,，要求功率100W,，預(yù)計反應(yīng)時間為10分鐘,。·

1.將調(diào)速電動攪拌機(jī)的支架底座從微波爐后方插入微波爐底，調(diào)整機(jī)頭位置,。

2.打開爐門取出玻璃轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)盤支架,，250mL 二頸燒瓶內(nèi)放入反應(yīng)物備用；將聚四氟乙烯盤架置于主截止波導(dǎo)下方,，調(diào)整螺釘使盤架水平,、高度適宜;保護(hù)氣接管組合件先由爐腔內(nèi)自下而上把PFA管穿出小截止波導(dǎo)，再把備好料的二頸燒瓶置于盤架上,，塞好導(dǎo)氣玻塞,。

3.將攪拌棒與聚四氟乙烯攪拌塞、H形連接管以及直接管先組合好,，然后出爐頂穿過截止波導(dǎo)插入燒瓶口,，調(diào)整好位置后固定到攪拌機(jī)頭上，開動攪拌機(jī)慢慢提高轉(zhuǎn)速檢查攪拌棒工作是否正常,，若不正常,，重新調(diào)整位置。

4.安裝冷凝管,，接通冷卻水：接通外部保護(hù)氣導(dǎo)管,，檢查所有的裝置無誤后，關(guān)上爐門,。

5.設(shè)定反應(yīng)時間：按反應(yīng)時間選擇鍵,，按數(shù)字鍵1000,，顯示窗顯示10 : 00。

6. 按啟動鍵,，顯示窗開始倒計時,，立即順時針旋轉(zhuǎn)功率調(diào)節(jié)旋鈕 （先快后慢） 至功率表指針示值 0.1KW。

7.微波反應(yīng)器按選定功率輸出微波,，結(jié)束工作時蜂鳴器鳴響6 次,。將功率調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向調(diào)回零位，

8.取下冷凝管,，將攪拌機(jī)頭脫開,，小心抽出攪拌棒/接管組合，取出燒瓶,。

[附注1］:如果反應(yīng)時間較長,，由于外界電壓變化、反應(yīng)介質(zhì)溫度及理化特性變化等各種原因,，輸出功率讀數(shù)有可能發(fā)生漂移,，注意觀察功率表，適時進(jìn)行凋節(jié),。若需做平行試驗,，前一次反應(yīng)結(jié)束后功率調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)保持原位，不要調(diào)回零位,，下一次反應(yīng)物放好后,，按同樣方法設(shè)定反應(yīng)時間，再按啟動鍵,，反應(yīng)將以同樣的條件重復(fù)進(jìn)行,。

[附注2］:如需獲得此次反應(yīng)微波輸出功率的準(zhǔn)確值，反應(yīng)結(jié)束后功率調(diào)節(jié)旋鈕保持原位不要調(diào)回零位,，依照"微波輸出功率的測試方法"測試,。但滿功率工作后仍應(yīng)歸零。

微波輸出功率的測試方法

測試環(huán)境:在室溫不低開20℃時做較好

儀器:250ml燒瓶一只;0.1℃精密溫度計一支

測試步驟:1.以同一單口燒瓶（預(yù)先稱其干重W） 精確量取置入200ml蒸餾水;

    2.記錄加熱前水溫T1;

    3.將燒瓶放入微波爐,，定時15 秒加熱,，計時結(jié)束立即取出燒瓶，搖勻后迅速記錄加熱15 秒后的水溫T2;

    4. 放回微波爐,，立即定時45秒加熱,，同上取出搖勻記錄加熱45秒后的水溫T3；

    5.連續(xù)重復(fù)步驟2-4,，如果室溫不太低,、動作又足夠快，每次的T3可作為下次的T1，重復(fù)2次（一共記錄三次）,。

汁算： 1.△T1=T2-T1   △T2=T3-T2

     △T=△T2-△T1為扣除剛啟動時不穩(wěn)定因素后,，穩(wěn)定加熱30 秒過程中產(chǎn)熱引起的溫升，取3次平均值△Tp

  2.燒瓶熱容量Cp=44.43xW/60=0.7405W （J/℃）

     其中: 44.43 （J/mol·℃）——SiO2熱容 60——SiO2分子量

          W ——燒瓶質(zhì)量

   3. 微波輸出的平均功率:

      P= （△Tp·Cp+4.184·△Tp·V） /t=△Tp（Cp+4.184V）/t= △Tp （0.7450W+836） /30

            其中: △Tp——加熱過程中的平均溫升 ,，

                  Cp—— 燒瓶熱容量

                  4.184 （J/Cal） —— 熱功當(dāng)量

                  V——水的體積200ml（蒸餾水的比重和比熱均以1計算）

                  T——穩(wěn)定加熱時間30秒

[注1］體系的散熱和水蒸發(fā)耗能因加熱時間短,，溫差小，予以忽略,。操作時動作耍穩(wěn),、快 。

[注2］ 本方法是以水為介質(zhì)時測出反應(yīng)器的微波輸出功率,，用其他的試劑工作時還會有反射功率 （不同的試劑因其介電常數(shù)和介質(zhì)拔耗不同,，其反射功率也不同），未計入,。

[注3］測試過程中功率表讀數(shù)應(yīng)盡可能保持與實驗過程中的讀數(shù)相同,，以保證所測出的微波輸出功率與反應(yīng)時所用的輸出功率相同。

注意及警告

 1.本反應(yīng)器爐體構(gòu)造嚴(yán)密,，截止波導(dǎo)尺寸經(jīng)精密計算設(shè)計,，成品經(jīng)漏能儀檢測微波泄漏符合國家規(guī)定，使用中切勿取下截止波導(dǎo),；切勿損壞爐門的安全鎖（位于爐門門鉤處）,，爐門開啟時切勿在爐門上放置重物，門縫常用濕布清潔,；門邊線縫若有損壞或當(dāng)爐體受碰撞,、擠壓使腔體或外殼變形損壞時，必須立即停止使用,，以防微波外泄傷人。

2.切勿采用無安全裝置的密閉容器在微波反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),，以兔發(fā)生爆炸事故,。

3.不可以空腔操作 （即腔體內(nèi)無任何可吸收微波的介質(zhì)），否則反應(yīng)器內(nèi)的安全裝置將會令系統(tǒng)停止工作直至磁控管降溫后方可重新啟動,；反應(yīng)物必須有一定的極性,，如果全部為非極性物質(zhì)則相肖于空腔操作，反復(fù)空腔操作的結(jié)果將會造成磁控管的功率降低直歪*損壞,。

 4.反應(yīng)物量少,、沸點(diǎn)低或需要長時間回流的反應(yīng)，應(yīng)該盡可能用較小的功率,。

5.未知反應(yīng)條件的化學(xué)反應(yīng),，應(yīng)先從小功率開始試驗摸索。

6.切勿放置任何金屬物體于爐內(nèi)，包括金屬容器等,，防止工作中腔體內(nèi)放電,、打火。

7.保護(hù)氣接管由一個14號的接口和一段PFA軟管組成,，PFA材料對微波透明,，不可隨意用其他材料的軟管代替。

8.工作完畢要把功率調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋到底,，以免再次啟動時功率不易控制,。

9.切勿在無回流裝置的情況下加熱低沸點(diǎn)試劑，或?qū)⒁兹计分苯又糜谇惑w內(nèi)加熱,；萬一爐內(nèi)著火,，請保持冷靜：千萬別開爐門;速按清除鍵;切斷電源;采取常規(guī)滅火措施。

微波化學(xué)反應(yīng)器的保養(yǎng)

1.清理：每次實驗做完之后,，必須立即檢查腔體內(nèi)有無水霧凝結(jié),、誤留于其中的化學(xué)試劑或其它物體。如有,，務(wù)必清理干凈,。腔體內(nèi)壁和爐門均應(yīng)用微濕軟布清潔，然后用干軟布拭干,。不可使用粗糙,、磨損性的洗劑或物品擦洗。微波反應(yīng)器外殼應(yīng)用微濕軟布清油,，注意不要讓任何液體由爐頂流人爐體,。控制面板必須用干軟布抹擦,，擦?xí)r請將爐門打開,，以防止不小心啟動微波爐。擦完之后請按清除鍵以消除顯示窗上的顯示,。

    2．清洗：玻璃轉(zhuǎn)盤,、轉(zhuǎn)環(huán)和聚四氟乙烯盤架可用熱肥皂水浸洗，清水沖猙后拭干備用,。它們?nèi)珞a臟不僅容易產(chǎn)生噪音,，而且在實驗中同時吸收微波能，干擾化學(xué)反庇,。

3．風(fēng)扇：機(jī)內(nèi)風(fēng)扇經(jīng)改裝保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以利爐體降溫,、排除殘留氣體和電路除濕，潮濕季節(jié)請注意經(jīng)常通電令風(fēng)機(jī)工作幫助防潮,。

4．除濕：二作結(jié)束后立即取出燒瓶,，關(guān)上爐門,，令風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十分鐘以上驅(qū)除腔體內(nèi)積存的水霧或其它氣體，然后斷電,。

5．長期停用：節(jié)假日之前,，務(wù)必對微波化學(xué)反應(yīng)器作*清理，拆除所有玻璃件,，腔體內(nèi)擦凈拭干后通電令風(fēng)機(jī)工作十分鐘以上,，斷電后將截止波導(dǎo)頂部小蓋擰上，腔體內(nèi)放置硅膠除濕,，關(guān)上爐門,。

WBFY-205微波反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：

·內(nèi)有磁力攪拌裝置，使燒杯內(nèi)液體流功,，試驗效果更佳,。

 ·輸出微波功率0—750W功率表任意可調(diào)，可根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的需要選定合適的輸出功率在反應(yīng)過程中保證有連續(xù)不斷的微波輻射,。

·可連續(xù)工作100分鐘,。

·適用于安裝攪拌裝置的整體設(shè)計。

·選擇相同的功率和工作時間可以獲得相同的反應(yīng)條件,，實驗有令人滿意的重復(fù)性,。

·適用于化學(xué)反應(yīng)的玻璃配套件。

主要技術(shù)指標(biāo)

額定消耗功率（w）                                            1100

額定大輸出功率（w）                                        750

大輸入電流（A）                                            7.8

大負(fù)載電流（mA）                                        300

工作電壓 （v）                                               220+5%

額定大輸出電壓 （KV）                                       4

微波頻率 （MHz）                                            2450 +（-）50

可設(shè)定連續(xù)工作時間 （min）                                    100

外形尺寸 （mm）                                           520X420X410

內(nèi)腔尺寸 （mm）                                           330X325X200

機(jī)身重量 （kg）                                               20

內(nèi)腔材料                                                 不移板座內(nèi)腔