日常生活中聽到的「消化」，意指生物攝取食物後，將之分解成足夠小的水溶性分子，這些小分子便可穿過腸壁，隨血液循環全身，讓身體細胞得以吸收利用的過程。在重金屬分析程序中，由於許多樣品含有固體或大分子，若想用ICP-AES(感應耦合電漿原子發射光譜儀)或ICP-MS(感應耦合電漿質譜儀)等主流的重金屬分析儀器來測定重金屬含量，則必須先將樣品中的固體或大分子分解成更小的分子甚至是離子，使樣品變成澄清均勻的液體，後續才有辦法分析；這樣的程序與生物體的「消化」邏輯相似，都需要將大分子分解成更小的形式，所以同樣被稱為「消化」。
那麼，消化實驗到底該怎麼做呢?傳統的樣品消化方式主要分為兩大類：
一、濕式消化法：將樣品與消化試劑放進燒杯中，再用加熱板加熱。
圖1：濕式消化法
二、乾式灰化法：將樣品放入坩堝中，用灰化爐以數百度的高溫進行灰化，把樣品燒到會剩下一些灰燼，再把消化試劑與灰燼混和，用加熱板加熱消化。
圖2：乾式灰化法
舉個實際例子：
若想分析八寶粥的重金屬濃度，由於八寶粥含有大量固體、澱粉與糖份，無法直接進樣到分析儀器分析，我們可以選擇濕式消化法，將八寶粥與硝酸一起加熱數小時，八寶粥中的固體與澱粉等大分子會被分解成更小的分子或離子，變成澄清的消化液，將消化液送進分析儀器裡，不到一分鐘，就可以計算出八寶粥的重金屬濃度了。
濕式消化與乾式灰化法，都不是什麼複雜的樣品處理技術，非常容易學習，也是廣為人知的公告標準方法，但都有著以下缺點：
- 處理時間長
無論是濕式消化或乾式灰化，通常都得花上數小時的處理時間；若樣品是難分解物質(例如礦物或特殊合金等)，甚至要不斷添加新鮮消化試劑，並持續加熱一整天或好幾天才可能完全消化。
- 腐蝕性試劑的蒸氣危害
消化實驗會用到各種強酸，硝酸、鹽酸、硫酸甚至是毒性很強的氫氟酸；這些酸在燒杯裡加熱時勢必大量蒸發，這些酸蒸氣可能會損害抽風櫃、加熱板、實驗設備、甚至實驗人員健康。
- 揮發性金屬元素經長時間加熱後散失
汞、砷之類的揮發性元素在長時間加熱或灰化後易散失，影響實驗回收率與穩定性；若擔心揮發性元素的損失而縮短加熱時間，又可能導致消化不完全，同樣會影響回收率與穩定性。
- 浪費空間
消化實驗的加熱時間原本就較長，若樣品數量又多，為了提升實驗效率，勢必要準備多台加熱板與灰化爐來進行實驗，會大量佔用原本就寶貴的抽風櫃空間。
- 易遭受外界污染
長時間加熱會增加外來污染物質影響實驗的機會，像是空氣中的懸浮微粒、鏽蝕的抽風櫃或設備所掉落的金屬微粒等，都可能掉入燒杯而造成額外污染；若目標元素為鈉、鉀、鈣、鐵等環境中常見的元素時，可能對實驗結果造成顯著影響。
為了改善濕式消化法與乾式灰化法的缺點，運用微波作為加熱能量源的微波消化器出現了，它帶來了以下優點：
- 消化效率高
在過去的知識庫文章已經提到，微波可以加快反應速度；再者，微波消化用的反應瓶是密閉式的，所以能像壓力鍋一樣，運用壓力越大則沸點越高的物理現象，讓常壓沸點為121°C的硝酸能被加熱到210°C以上；依照「阿瑞尼斯反應速率方程式」，溫度每提升10°C，反應速率就提升約一倍，所以能將消化時間從數小時(甚至數天)壓縮到1小時內。
- 安全、穩定且再現性高
以密閉式消化瓶進行實驗，好處多多：
(1) 避免酸蒸氣外洩，提升實驗人員安全並避免實驗設備受酸氣腐蝕。
(2) 減少酸試劑消耗，降低成本。
(3) 避免外界污染物落入反應瓶中造成污染。
(4) 保護揮發性元素，避免揮發而降低回收率。
(5) 消化瓶材質選用高品質石英或氟碳聚合物 (Fluorocarbon polymers，如TFM或PFA)，降低分析背景干擾，提升數據品質。
- 產量提高又省空間
微波消化系統專為消化實驗所設計，提供專用於微波消化實驗的反應瓶，可同時放入數十支樣品一同消化；此外，微波消化系統不須放在抽風櫃內，裝設所需的空間僅與傳統高溫灰化爐相當。
微波消化技術的應用雖已相當普及，然而傳統的微波消化設備常常面臨一些挑戰，如樣品加熱不均勻、反應時間控制不精確、消化容器的選擇有限等問題，這些限制可能影響樣品處理的效率和結果的準確性。為了解決這些問題，CEM密閉式微波消化器在多個方面進行了創新設計，成功克服傳統微波消化設備的限制。
- 微波消化瓶組選擇多樣性
CEM依多元領域及應用需求提供各式微波消化、萃取、合成、大量、超微量等專用瓶組，並提供多種容量選擇，能滿足各式應用需求。您也可以聯繫我們，將有專人為您提供最專業的瓶組諮詢及建議方案！ - 主被動式緩和調壓技術
CEM消化瓶組皆具備專利調壓再密閉設計，在達到壓力限值進行緩和調洩壓力也不會有待測元素損失，兼顧安全與準確。另在BLADE上採取更先進的主動式調壓，即時監測瓶內壓力，並進行多點與多頻率的壓力調節，安全監控更為即時。 - 絕佳實驗過程可視性
實驗動態如：溫度、時間與功率都能隨時掌握，另大螢幕加上爐門觀測視窗/即時瓶內消化影像顯示，更能掌握樣品消化動態。 - 精確、便利的溫控系統iWave®非接觸式光學溫度控制系統，具備與光纖溫度探針相同精準溫度，卻不需使用控制容器、光纖探頭或電線，操作簡單便利。
- 即時智慧監控，確保樣品完全消化
內建功能可以自動監測消化過程中的任何異常洩壓、控制溫度範圍、偵測升溫速率、判斷功率輸出，提升實驗安全性
除此之外，密閉式微波消化器還擁有額外兩項獨特設計，可以進一步提升微波消化實驗的效率、準確性與穩定性。
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拋棄式內管設計
微波消化系統的拋棄式玻璃內管具有優異的耐酸耐鹼特性，能夠有效防止樣品與消化反應容器的直接接觸，從而避免交叉污染並省去洗瓶的時間。僅使用酸進行測試時，大多數元素的回收率可小於5 ppb。每個內管在消化過程中都能承受高溫和高壓環境，且樣品可直接在瓶內進行秤重、加酸消化及稀釋，無靜電干擾。 - 常壓消化管設計
高通量（High Throughput）常壓消化技術能夠在常壓下進行消化反應，可選擇50mL PP離心管型式或10ml玻璃管型式 DV10，進一步降低設備的壓力風險，使得操作更加安全穩定。此外，樣品可在同一個拋棄式消化瓶內進行稀釋、離心和分析，並且用完即丟，既方便又環保。適用於油漆屑片、嬰兒用擦拭紙巾、植物和動物組織、血液、毛髮、尿液、土壤等樣品之微波消化亦可以使用HACH 10 mL消化管進行水中化學需氧量(COD)的密閉迴流消化。
從1985年美國CEM公司開發出全世界第一台微波消化器後，微波消化法逐漸取代濕式消化及乾式灰化法，新技術所帶來的速度、安全、實驗穩定性以及再現性等，皆完全勝過傳統前處理方法，成為重金屬樣品前處理方法的主流；此外，因應新法規、基礎科學研究、QA/QC與科技發展的需求，分析實驗室逐漸往超微量分析靠攏，傳統的樣品前處理方式易受外界污染物干擾，還得擔心待測物於加熱時揮發，勢必成為超微量分析的阻礙，這些都是微波消化在市場上成為主流的原因。
若您對微波消化還有更多問題，或是想了解更多的儀器資訊，歡迎來電洽詢 02-2728-2767或 來信與我們聯繫
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