微波/超声波复合智能化系统及其应用

项目简介：

本项目是通过跨学科合作，开展在化学领域应用电子学新技术的

研究。

大多数化学实验室采用传统的加热方法，即利用传导的方式加热。

微波/超声波相结合的技术与传统加热方法相比具有很多优点，可以大大降低加热时间，省溶剂(可较常规方法少 50％～90％)、节约能源、

减少废物的产生，同时可以提高回收率和提取物的纯度。另一方面利

于环境保护，无污染，属于绿色工程，它是一种具有广阔发展前途的

新技术。

微波/超声波复合智能化系统可应用于合成化学、药物有效成分

的提取及分析样品预处理领域，设计并研制出新型微波和超声波相结

合的复合多功能智能化仪器装置，研究其对化学反应、药物提取及环

境污染物萃取的促进作用，为合成化学、药物有效成分的提取及分析

样品预处理提供了新的实验手段和方法。

本项目成果可为加大环境污染物的监测的力度，使其样品分析摆

脱耗费大量的有毒的有机试剂，程序繁琐，工作量大的现况，为其分

析样品预处理，拓展一种高效的实验手段和方法。如对加标土壤样品

（土壤样品中的多溴代联苯醚）进行复合萃取，分别采用微波辅助萃

取、超声波辅助萃取、微波－超声波复合萃取方法，得到的实验数据

是：在相同萃取 20 分钟时间内，使用微波辅助萃取和超声波辅助萃

取，其萃取效率分别为 42－75％、45－86％而采用微波－超声波复合

萃取体系时萃取效率则可提高到 92－114％。和常规的索氏提取相比，

微波－超声波复合萃取使用的溶剂量降至原来的 10％左右，萃取时

间降低至原来的 5％左右。可见复合萃取对萃取效率有较大的增强效

果。这一实验结果预示着：本项目成果推广应用，进一步完善，可为

分析样品预处理提供一种新的高效的实验手段和方法。另外，对兔疫

球蛋白 lgG 生物制品等的灭菌也开始进行有益的应用探讨，受到相关

企业的关注。

技术指标及特色：

1. 样机技术性能：◆微波功率从 0～1000W 连续可调，微波频率 f=2450MHz；

◆温度范围：室温～300 度；

◆研制出 38KHz 超声波发射系统，功率从 0 至满负荷连续可调，

在控温系统中超声波功率也随之改变；

◆消解/萃取瓶体积：50～1000 毫升。

2.专利申请七项。

3. 三项技术创新为产业化与拓展应用领城打下基础：

（1）将微波场与超声波场两种不同性质的场施加于同一反应物

体，充分发挥各自的长处、协同作用，为在化学、生物以及医学领域

的应用研究提供了新的实验手段和方法，在课题中解决了超声波高效

耦合问题；

（2）实现了微波/超声波协同作用下反应物的控温算法，采用可

扩展标记语言 XML 来存储和表示模糊控制算法，并用面向对象的设

计思想结合 C++对该算法进行了实现，利用 Labview（图形化编程语

言）可视化技术建立良好的人机界面；

（3）具有在线实时检测和显示微波泄漏量，当超过国家标准时，

自动切断系统的电源，保证操作人员的安全。

微波/超声波复合智能化管道流动式反应装置已完成小试，正在

进行中试研究。