[发明专利]用于提取存在于大气样本的毒性有机化合物的装置

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于提取毒性有机化合物例如多环芳烃(PAH)和多氯联 苯(PCB)的装置，这些化合物是污染物，存在于大气样本的悬浮颗粒物质中， 其使用通过聚焦微波(MW)加热过的溶剂进行提取，在开放体系(未加压体系) 中操作。

背景技术

应用MW从空气样本产生的颗粒材料(MP)中提取有机化合物主要在封闭体 系中聚焦MW应用中使用；但是，在这类设备中达到的高压和高温迫使需要开发 非常完善、高安全性和昂贵的装置。一种简化降低成本的可能性是在开放体系 中使用MW。在这类应用中的主要问题在于通过有机溶剂实现好的吸收电磁能、 产生MW的磁电管的电磁功率的调节，以及减少有害设备操作者健康的MW辐射。

有机溶剂是提取所必需的。大多数用于该目的的适当的溶剂(例如己烷、 甲苯等等)都是非极性溶剂，这种特点导致它们不可能使用MW加热。

市场上有两种类型的MW化学提取设备，两者皆为高成本，一种是加压的以 及另一种是开放的。在开放类型中，由于MW辐射阻隔过分限制了从聚焦MW区 域到表面的过渡区域(其中代表性地进行化学步骤例如回流)，因此装置控制实 验室传统使用和标准使用的设备和玻璃材料能力非常有限。

市场上有两种类型的MW化学提取设备，两者皆为高成本，一种是加压的以 及另一种是开放的。在开放类型中，装置被设计成用于特定化学反应(例如合 成)阶段，其中使用通过MW获得的高能量。这样这些装置控制实验室传统使用 和标准使用的设备和玻璃材料能力非常有限，因为MW辐射阻隔过分限制了从聚 焦MW区域到外部的过渡区域。该问题要求使用玻璃材料，特别是涉及用于该目 的的玻璃材料，或者要求代表性的化学步骤的限制例如回流。

开放类型MW设备的问题是可能产生过量MW辐射，其可以通过限定存在于 金属结构中的孔的尺寸和形状来控制，所述金属结构在从聚焦MW到表面的过渡 区域中引导并聚焦MW到容器，所述容器容纳样品从而使其被加热和提取。

专利US 6.061.926(“Controlled energy density microwave-assisted processes”，颁布日2000年5月16日，发明人：Pare J R Jocelyn、Belanger Jacqueline M R以及Punt Monique M)公开了相同的通过MW吸收加热的原理， 但是由于限制MW辐射的需要，局限于少量化学溶剂和过渡区域。该设备被设计 并且被认为用于进行特定化学反应，例如化合物合成。

因此，需要一种能够处理MW加热、速率、效率、量、安全和使用标准化学 实验室材料的限制的问题的设备。

因此，需要一种开放类型的聚焦微波设备(MWF)，其能够处理MW加热、速 率、效率、量、安全和使用标准化学实验室材料的限制的问题。

发明内容

本发明的目的是研制一种在开放体系(未加压体系)中使用通过应用聚焦 微波加热的溶剂的快速、有效且安全的化学提取装置。这种提取装置的目的是 用于提取存在于大气样品中的污染物的有毒有机化合物，例如PAH和PCB。

本发明的目的是加热极性溶剂如水，通过如下方式，当如同代表性地用于 含有有机污染物的样品的提取中那样使用非极性溶剂(例如己烷、甲苯等等) 时，为了实现MW吸收和由此的快速和有效加热非极性溶剂(甲苯)直到沸腾的 目的，必须在样品中加入一部分极性溶剂(例如丙酮、异丙醇等等)。现已通过 以下方式确定了极性溶剂的选择和比例，当暴露于振荡电磁场时，由于它们的 旋转现象导致分子摩擦的结果，它们吸收尽可能多的能量。

作为该发明的一个相关方面，其还包括一种新的用于阻挡MW至外部的滤波 器，其使得从产生聚焦MW(设备内部)的地方到连接代表性的用于实验室的玻 璃材料的位置(设备外部)的过渡区域的重要增加，改善提取能力、允许设备 与实验室中传统和标准使用的玻璃材料的使用和连接，并且同时允许通过利用 使用MWF加热的效率和速率使用大量溶剂提取。用于阻挡MW辐射的该滤波器形 成了现有技术中尚未发现的特征。