微波輔助樣品前處理裝置的主要構(gòu)件和作用－磁控管

微波輔助樣品前處理裝置的主要構(gòu)件和作用－磁控管
① 工作原理
　　微波是由一種能產(chǎn)生大功率超高頻微波振蕩的二極真空管產(chǎn)生的，在微波爐中使用的二極真空管就是磁控管。若按工作狀態(tài)分類(lèi)，這種磁控管屬連續(xù)波磁控管。微波爐加熱是靠微波，所以磁控管是微波爐的關(guān)鍵元件，是微波爐的心臟。 頻譜分析儀| 電池測(cè)試儀| 相序表| 萬(wàn)用表| 功率計(jì)| 示波器| 電阻測(cè)試儀| 電阻計(jì)| 電表| 鉗表| 高斯計(jì)|
　　磁控管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，其工作原理如下圖所示。磁控管內(nèi)有一個(gè)圓筒形陰極，陰極外包圍著一個(gè)陽(yáng)極，通過(guò)永久磁鐵在陰極和陽(yáng)極之間的區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)軸向磁場(chǎng)。當(dāng)磁控管加上電壓后，陰極得到預(yù)熱并產(chǎn)生大量的電子，它們?cè)陉帢O和陽(yáng)極間高電位差所形成的電場(chǎng)以及外加磁場(chǎng)的作用下，以圓周軌跡飛向陽(yáng)極。陽(yáng)極上有許多個(gè)小的諧振腔，當(dāng)電子打到陽(yáng)極之前，就在這些諧振腔內(nèi)發(fā)生振蕩，同時(shí)形成幾組群聚的“電子輪輻”，它像電風(fēng)扇葉片一樣，以陰極為軸心旋轉(zhuǎn)（如圖所示）。這些諧振腔就像低頻發(fā)射機(jī)中電感和電容組成的諧振回路，“吹”過(guò)諧振腔口的電子束形成所謂電子“風(fēng)”，電子“風(fēng)”在金屬腔中感應(yīng)出微波。諧振腔使頻率不斷增高，產(chǎn)生出2450MHz 的連續(xù)微波，電子就這樣把能量交給了超高頻電磁場(chǎng)。上述過(guò)程中所形成的微波通過(guò)天線和波導(dǎo)管進(jìn)人微波爐的爐腔。

 

　　實(shí)際過(guò)程中，不是100％的電子都能交出直流能量轉(zhuǎn)換成微波能量，總有部分電子最后直接打到陽(yáng)極塊，變成熱能而使陽(yáng)極塊升溫。磁控管的相互作用效率一般只能達(dá)到70%～85％。為了確保磁控管穩(wěn)定工作，陽(yáng)極塊需要強(qiáng)力風(fēng)冷或水冷。另外，還有部分電子不能參與能量交換而返回陰極，使陰極溫度升高。因此，一般磁控管在起振后，需要降低燈絲加熱功率，以避免陰極過(guò)熱，延長(zhǎng)其使用壽命。
② 輸出功率
　　微波爐的加熱時(shí)間和加熱速度主要由微波爐的微波輸出功率所決定。微波輸出功率越大，則加熱速度越快，加熱時(shí)間也越短。雖然每臺(tái)微波爐都標(biāo)有額定微波輸出功率，但因生產(chǎn)廠家的不同、裝配質(zhì)量的不同、零部件本身質(zhì)量的不同等原因，新微波爐的實(shí)際微波輸出功率與標(biāo)定值也會(huì)有所差異。舊的微波爐由于使用不當(dāng)使磁控管過(guò)早老化等原因，實(shí)際微波輸出功率也會(huì)衰減。不了解所用微波爐的實(shí)際微波輸出功率，就難以掌握加熱速度和加熱時(shí)間，影響樣品處理效果。
在微波腔中，具有高介質(zhì)耗散因子的樣品可吸收幾乎100％的輸人功率，這種條件下微波系統(tǒng)處于完全匹配狀態(tài)。而微波消解時(shí)用的酸在2450MHz 的頻率下介質(zhì)耗散因子較低，因而產(chǎn)生反射功率，反過(guò)來(lái)導(dǎo)致磁控管和微波腔之間的不匹配，并因?yàn)榇趴毓艿倪^(guò)熱而改變磁控管的輸出功率。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出了消除微波反射的裝置，在出現(xiàn)不匹配時(shí)可以保護(hù)磁控管，并使磁控管給出穩(wěn)定的輸出功率。微波輔助樣品前處理系統(tǒng)中最常用的設(shè)備是終端循環(huán)器。終端循環(huán)器是一個(gè)用鐵氧體和靜磁場(chǎng)構(gòu)成的裝置，這種裝置使微波正向通過(guò)，而把反射波送入空載中變成無(wú)害的熱量損耗（如圖所示）。