微波消解土霉素药渣中试机的研制

1、1 引言1.1 滥用抗生素造成的危害抗生素是青霉素、链霉素、四环素、红霉素等一类化学物质的总称，它的发现与应用不但使严重危害人类健康和生命的疾病得到了控制，还能有效地控制动植物疾病的产生，因此抗生素被广泛应用于医学界、农业和畜牧业等方面。但是，抗生素的使用也是一把双刃剑，由于抗生素的发现与使用，使得细菌产生了抗药性，而抗生素的滥用更使具有了抗药性的细菌发展成为无药可制的超级细菌。我国是抗生素原料药生产的大国，中国抗生素产量和出口量已位居世界第一。以土霉素碱原料药为例，每生产1吨土霉素碱原料药可产生约4吨的药渣。而生产这大量的抗生素必然会产生大量的废弃污染物，这些污染物无论是排入河流，还是堆放在

2、土地里，都必然会对生态环境造成污染。1.2 土霉素的生产过程发酵液酸 化稀释稀释液板框过滤药渣122#树脂脱色脱色液过滤ph=4.8结晶氨水滤液母液离心分离湿晶体干燥土霉素产品结晶液草酸，黄血盐，硫酸锌，去离子水发 酵图1-1 土霉素的工业生产过程1.3 土霉素药渣再利用的价值土霉素生产企业想尽办法也没有从药渣中回收到微量的土霉素，虽然药渣中的微量的土霉素无法回收，但在保留药渣中的粗蛋白质、氨基酸、无机盐等成分的前提下，将药渣中的土霉素去除掉，就可以达到变废为宝的目的，既解决了生态环境污染的问题，又可以得到廉价易得的饲料添加剂。根据土霉素理化的性质和微波辐射的机理，对土霉素药渣进行处理。通过小

3、白鼠的毒性实验来证明此方法的安全性，并设计了工业化生产流程，解决了环境污染问题，可实现对土霉素药渣的再利用。若4万吨药渣可以用作饲料添的加剂，将药渣中粗蛋白质含量折算成大豆饼估计可节约1.4亿元，折算成玉米大约可节约2.1亿元。因此可见抗生素药渣的再利用，具有明显的经济效益和社会效益。2 微波消除土霉素药渣残留效价的机理2.1 土霉素的化学结构土霉素：酸碱两性化合物，属于四环素类抗生素，它能和各种酸、碱形成盐，其中盐酸盐性质最为稳定。化学名：6-甲基-4-二甲氨基-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11-二氧代-1,4,4a,5,5a,6,11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。分子式

4、c22h24n2o9，分子量460.45。性状：淡黄色的结晶性或无定形粉末；无臭味苦；在日光下颜色加深；熔点为181182。在乙醇中微溶，在水中极微溶解，在氢氧化钠试液和稀盐酸中溶解。图2-1 土霉素分子结构 图2-2 土霉素分子空间结构2.2 微波消除机理的探究2.2.1 微波简介微波是一种沿直线传播的非电离的电磁波，它的波长介于1mm至1m之间、频率介于300mhz至300ghz之间，它有反射、折射、衍射等光学特性，依据物质与微波作用的特性可把其分为吸收、反射和透过微波三种物质。2.2.2 微波加热原理微波加热方式是一个与物质内部极化有密切关系的内部加热过程，它是材料在电磁场中由介质损耗而

5、引起的体加热，这种体加热同时直接作用于内部和外部的介质分子，在不同的深度同时加热，受热体系温度均匀，无温度梯度，无滞后效应等，被称为内加热。2.2.3 微波消解原理微波消解是指在微波能的作用下，破坏样品中目标组分的初始形态，而使其以无机离子最高或较高价态的形式存在。微波消解过程中，其作用化学反应产生的热效应是在微波场中样品的微观粒子可产生电子、原子、取向和表面的极化。微波作用过程中是将微波能转化为机械能并进一步转化为热能，对反应的进行起到很好的催化作用。微波的非热效应是微波能使反应的动力学性质改变、活化能降低，反应物分子吸收了微波能量而使运动速度提高了，获得更高的能量的反应物分子引起了化学反应

6、。为了验证微波的非热效应，采用重氮化和偶合一锅法来进行重氮偶合微波化学反应，微波辐射30s到2min固态混合物，得到80%100%产率十几种偶氮化合物。用芳香苄胺代替芳香胺得到一种特殊的新化合物，开拓一种新的反应类型。总之，在探讨微波化学反应机理过程中，发现其关键是要研究微波频率对化学反应的影响，并根据不同频率微波下化学的反应结果，得到微波频率和化合物之间某种关系，从而发现微波反应中的某些非热效应。2.3 土霉素消除原理根据公式=r×q（：分子的偶极矩、r：分子正、负电荷中心间的距离、q：电荷中心所带电量）得到土霉素分子的偶极矩0，并且是一个较大的值，所以土霉素是一种具有较强极性的极

7、性分子。土霉素分子、盐酸和水分子的强极性将决定其具有很强的微波吸收的能力。盐酸是一种强酸性物质，若与蛋白质接触将会迅速使其被迅速破坏，为保证药渣中的营养物质（蛋白质成分）不被破坏，本文先将土霉素药渣和水溶剂混合，并同时使用微波对其作用。待混合物升温到65时，药渣中的蛋白质物质变为凝固态物质，从而保护了药渣中的营养成分不被盐酸破坏。向混合物中加入盐酸并一直保持微波对其作用，在盐酸的浸泡之下，药渣中的残留效价从菌丝体中溶解出来，在酸性条件下土霉素失活。盐酸反应结束之后，向混合物中加入可以中和剩余的盐酸并产生游离态的ca2+的氧化钙，药渣中残留的土霉素与ca2+发生络合而失性，进一步降低了药渣中的残

8、留效价。微波的作用贯穿整个反应，所以在微波产生的交变电磁场的中，土霉素分子和溶剂中的水分子、盐酸均为极性分子会被瞬间极化，在高频电磁场经过一系列的反应，微波能转化成机械能并最终转化为热能，并使得溶剂迅速升温，获得良好的热环境。土霉素分子和盐酸自身活化能升高，加快了反应速率，对土霉素的消除反应起到了良好的催化作用。微波加热会出现过热现象，密闭溶样罐中的溶剂能提供更高的温度，由微波加热产生的催化作用和热分解作用将会更明显，同时还能加快土霉素分子向溶剂中的扩散速度，加强土霉素分子与盐酸、钙离子的反应强度。在消除反应过程中，控制微波与酸之间的相互作用的基本参数是非常重要的，ksngston和jassi

9、e的研究曾提出公式wa=kctm/t中wa=样品吸收的表现功率(瓦)；k=换算系数(4.184)；c=热容(卡/克度)；t=温度升高值(摄氏度)；m=质量(克)；t=时间(秒)。2.4 高压装置与微波高压装置处理土霉素药渣1、采用高压灭菌锅处理土霉素药渣取湿药渣10g，放在烧杯中，编号1，备用。取湿药渣10g，放入烧杯中，加入0.1mol/l盐酸溶液20ml，编号2，备用。将1、2号样品封口放入高压灭菌锅中，在0.1mpa下反应25min。1号样品干燥后测吸光值为0.029，去除率为79.1%；2号样品过滤后，在滤渣中加入cao调ph值45，干燥后测吸光值为0.023，去除率为83.5.%。在

10、相同压力下，加入稀盐酸的去除率较不加稀盐酸提高了4.4%，去除效果更加明显。2、采用自制的微波压力装置处理土霉素药渣取湿药渣50g，放入反应罐中，加入0.1mol/l盐酸溶液100ml，分别在不同压力下使用微波照射不同时间，过滤，在滤渣中加入cao调ph值45，干燥后测吸光值，结果如下：表2-1 0.05mpa下微波照射不同时间对消除率的影响时间 (min) 吸光度a消除百分率()5 0.01688.5100.01489.9150.01092.8200.00993.5250.00795.0表2-2 0.1mpa下微波照射不同时间对消除率的影响时间 (min) 吸光度a消除百分率()5 0.01

11、092.8100.00894.2150.00596.4200.00298.6250.00199.3从表中数据分析，压力越高，微波照射时间越长，药渣中土霉素残留越少。从处理时间上比较，前期的实验常压加热反应需要7h，微波加压只需要25min即可达到相同的效果，反应速度提高了16.8倍，效果显著。3 微波压力消除装置的研制3.1 微波压力消解装置的设计思路根据土霉素药渣成分以及土霉素的性质，研制了去除药渣中残留土霉素的方法，经此方法处理后的土霉素药渣残留药物成分几乎为零，并且药渣中的营养物质均未被破坏。单单利用化学方法处理效果虽然十分明显，但也存在一定问题处理时间长。微波的热效应和一定的非热效应可

12、促进加热催化反应的进行，并可以直接进行复杂的反应过程，因此本文利用微波对土霉素药渣进行处理，并自主研制了一台小型微波压力装置。利用此装置进行上述实验并进行数据分析，发现微波的加入使得土霉素药渣的消除率大大提高，达到99.3%。因此证明了，微波对消除土霉素有很大的作用效果。土霉素药渣处理实验的最终目的是将处理后的土霉素药渣作为饲料添加剂进行饲料生产，从而实现土霉素药渣的再利用。但是一台小型的微波压力装置时不能满足大型的工业生产的。因此，本文开始进行中试机的研究设计，从而可以实现由小型实验处理阶段向大型工业生产阶段的过渡。中试机主要由微波发生器磁控管、波导管、反应罐、监测系统、控制电路组成。在进行

13、中试机的研究设计时，先考虑到微波发生装置磁控管的选用。工业生产使用的微波发生器，不适合用于本文试机的研究设计，而医疗等行业使用的微波发生器，又不能满足中试机的处理要求。综上考虑，最终选择使用三个700w（总功率2100w）的微波发生器，这样既可以得到较大的输出功率，又便于控制磁控管的工作情况。冷却是保证磁控管正常工作的条件之一，严禁在冷却不足的条件下工作。被处理的混合溶液吸收微波的功率约为2000w。根据混合溶液的反应条件及微波吸收率，中试机反应罐的容积应设计为20l左右。反应罐主体为耐压的圆柱形，上底面用一厘米的不锈钢板焊封，下底面冲压为半球状，底面直径为325mm，高为256mm，容积近似

14、为20l。在反应罐上底面和下底面分别开有进料口和出料口，并在开口处垫有橡胶圈，保证阀门关闭时气密性良好。并且在罐上底面设置安全漏气阀，防止当罐内压力过大时发生危险。微波传输系统种类很多，根据微波消解装置可输出2000w左右的微波能，功率较高，因此选用矩形波导管传输微波能。为保证消解罐和谐振腔合二为一，连接部分使用能伸入到消解罐内的套有聚四氟乙烯材料制作套管的圆形波导管，这样微波能可以辐射到溶液中而溶液不能进入到波导管中。要把矩形波导管和圆形波导管连接到一起，就必须得使用方圆变换器。关于稳定与压力的检测系统本文拟采用光纤荧光温度传感技术和高温熔体压力传感器，实现对中试机温度和压力的监测。1234

15、567891磁控管2t型接头3方圆变换器4压力表5出料口6控制面板7矩形波导管8安全阀9消解罐 图3-1 微波消解装置整体结构图 3.2 微波压力消解装置的设计过程微波压力消解装置的核心部件是磁控管、波导管、压力消解罐，其中波导管包括磁控管激励腔、波导输出多工器和矩形波导管。磁控管通过四组螺钉与磁控管激励腔连接在一起，连接处有金属滤波网，可防止微波泄漏。为了方便与多工器和矩形波导管连接，把磁控管激励腔设计为长方体。在参考了矩形波导管短路面和波导探针激励的设计后，在激励腔宽面的中心线上设置了磁控管天线插入口，距短路面0.25倍波导波长，这样可以使磁控管输出的微波能有效的传输到多工器。波导输出多工

16、器是将微波功率进行合成或分配的微波元件，本文所需要的波导输出多工器不仅将磁控管的输出功率合成到一个矩形波导管中，还需要将磁控管激励腔和波导管连接在一起。矩形波导管是将微波能传输到负载的通道，也是微波压力消解装置的主体构件，矩形波导管的截口尺寸设计直接关系到微波能的传输效率，而且因为磁控管激励腔、波导多工器和矩形波导管三者形状相同且需要连接在一起的，它们的截口尺寸相同，所以优先计算出矩形波导管的尺寸有利于其它元件尺寸的计算和仿真模拟。在矩形波导管中，不同模式不同的群速将导致波导管中波传输产生色散，多模共存不利于传输，单模传输是有效途径，因此当波导用作传输线时，要求在某一工作频率范围内，波导管中只

17、传输单一模式的波型，矩形波导只有主模te10波能保证单模传输，单模传播是可以通过对波导尺寸和工作频率进行选择来实现的。2考虑到波导管的功率容量，制作时取宽边a为8.568cm，短边b为4.284cm。在设计微波元件时需要考虑集肤深度对元件尺寸的影响，微波元件内壁越厚，集肤深度的影响就越小。在考虑制作成本和不影响微波能传输效率的情况下，本文决定使用1mm厚的不锈钢板焊接制作矩形波导管。取宽面中心线为焊接缝，这样可以避免焊接缝切割电流线，减小导体阻抗，同时对焊接处进行了打磨处理，这样可延长波导管的使用寿命。根据前期的实验结果，本文选用三个功率为700w磁控管作为微波源，并使用多工器将三个磁控管的输

18、出功率合成到一个波导管中输出，对于三路微波源，在参考了波导双工器、波导t型接头、短路干负载、波导定向耦合器等微波元件后，并根据实际要求设计了三种不同的连接装置。图3-2 h面t型接头 图3-3 e面t型接头 图3-4 波导多孔耦合器波导多孔耦合器是由公共壁带有耦合孔的两段波导拼接而成的。波导多孔耦合器可以有效地把各个支路的微波功率耦合到主波导中，耦合度大，方向性好并且各个支路之间的影响很小。但是这种耦合器的尺寸计算复杂，加工精确度要求较高，以本文目前的条件无法满足，因此不使用这种连接装置。端口1e面和h面t型接头结构简单且易于制作，制造公差要求较低，都符合设计要求，用hfss电磁仿真软件分别对

19、e面t型接头和h面t型接头波导输出多工器进行仿真模拟。得知t型接头结电场分布不易形成电场集中，有利于微波能量的耦合，并且t型接头结构简单易于制作。为了避免装置体积过大，本文决定使用结构更加紧凑的e面t型接头（图3-5）作为多工器。端口4端口3端口2图3-5 波导管模型图3-5为使用hfss仿真模拟时所设计的模型，端口1、端口2和端口3为微波输入窗，端口4为微波输出窗。端口1中心面到短路面的距离为4.4cm，端口2中心面到短路面的距离为26.4cm，端口3到短路面的距离为44cm，磁控管激励腔和矩形波导管的截口尺寸相同，宽边都为8.568cm，短边都为4.248cm，为方便安装磁控管，端口1、端

20、口2和端口3到矩形波导管上底面的距离取7.6cm。通过应用hfss对磁控管激励腔、多工器和矩形波导管模拟计算和优化分析，得出了磁控管激励腔、多工器和矩形波导管的最佳尺寸，使三个磁控管的输出功率能够高效的耦合到矩形波导管中，不仅节省了设计时间，同时也降低了成本。矩形波导管中的电磁波通过方圆变换器进入到圆形波导管后，模式由te10转换为te11为了减小传输损失，这两种模式的电磁波其相速必须相等或者截止波长相等。由于磁控管输出频率不稳定，在圆波导管中会产生两种不同的模式，不符合单模传输的要求，因此需要将圆端口面的电场极化方向转为竖直方向。微波压力消解罐体为圆柱形，由厚达1cm的不锈钢板加工而成，罐体

21、上部为圆形不锈钢板，包括法兰、安全阀、压力表和热电偶套管。罐体管容积由微波功率、微波透射深度、理想加热时间和溶剂的比热等因素来确定。由于微波消解时用的溶质在2450mhz的频率下介质耗散因子较低而产生反射波，使消解罐中具有高介质耗散因子的样品不能100的输入功率。因此需在波导管与消解罐之间连接一个出现不匹配时可以保护磁控管的消除反射波的装置终端循环器。但在实验过程中，绝大多数的微波能被消解罐中的液体吸收，反射波对磁控管的影响并不大，而且终端循环装置设计制作难度较大，因此在制作时没有使用这种装置。图3-1为本文的新型微波消解装置，磁控管发射微波，通过e面t型接头进入到矩形波导管，微波经方圆变换器

22、传输到圆波导管，最后由馈口导入消解罐。整体电路图如下：图3-6 温度采样及显示系统整体电路图系统主控芯片采用atmega16单片机；温度检测芯片采用dsl820数字温度计；对于压力传感器的选择，本文拟使用高温熔体压力传感器。高温熔体压力传感器的结构如图3-7所示。 1 感压膜片2 毛细管及传压液体3 刚性外套杆4 弯曲柔性杆5 传感器应变片6 电连接插头图3-7 高温熔体压力传感器结构示意图经过多次检测微波泄漏、加热效率和检测控制系统的试验与调试改进后，装置的控制系统，温度、压力检测系统，加热系统等均可正常工作。可以进行消除土霉素药渣中残留土霉素实验。4 微波压力消除土霉素药渣残留效价的实验4

23、.1 采用自制的微波压力中试机处理土霉素药渣取湿药渣5kg，放入反应罐中，加入0.1mol/l盐酸溶液10l，分别在不同压力下微波照射不同时间，过滤，在滤渣中加入cao调ph值45，干燥后测吸光值，结果如下：表4-1 0.05mpa微波照射不同时间对消除率的影响时间(min)吸光度a消除百分率()200.01887.1300.01589.2400.01390.6500.01291.4表4-2 0.1mpa微波照射不同时间对消除率的影响时间 (min)吸光度a消除百分率()200.01787.8300.01390.6400.01092.8500.00993.5从表中数据分析，压力在0.05mpa

24、、0.1mpa下微波照射时间4050min消除率变化不显著，中试的操作最佳控制条件为：压力0.1mpa，微波照射时间40min。4.2 粗蛋白测试分析粗蛋白测试结果：1、通过查阅文献可知，土霉素药渣的粗蛋白含量为30%40%。2、称量土霉素原药渣，按分光光度法定量测定土霉素药渣中粗蛋白的吸光度，计算粗蛋白含量，结果如表：表4-3 原药渣中粗蛋白的测定结果编号称重（g）粗蛋白含量（%）1232.01832.00802.004635.4731.7133.78原药渣的粗蛋白平均含量为33.59%，与文献相符。表4-4 处理后药渣中粗蛋白的测定结果编号称重（g）粗蛋白含量（%）1232.00412.0

25、0332.007633.4530.7134.07经过微波加压处理的药渣粗蛋白平均含量为32.74%。证实本实验方法没有破坏药渣中的主要营养成分即粗蛋白。4.3 药渣小鼠毒性试验4.3.1 急性毒性实验土霉素急性毒性实验：以5000g/k剂量给10只小鼠灌胃给药，给药后连续观察两周，动物未出现任何中毒症状和死亡，剖检未见脏器有异常，据毒物分级标准检验样品无毒性。4.3.2 蓄积性毒性实验试验采取饲喂法，用处理过的药渣与小鼠日粮按一定比例相混合，饲喂小鼠。1、分组方法：实验共50只健康小鼠雌雄各半。购买时体重为20±2g,按循环顺序法把老鼠分成10组。在小白鼠基础日粮基础上，将土霉素药渣

26、配入各组中，即a组饲喂：100%基础日粮（每20g体重给3g）；b组饲喂：90%基础日粮+10%土霉素消除样品；c组饲喂：80%基础日粮+20%土霉素消除样品；d组饲喂：60%基础日粮+40%土霉素消除样品；e组饲喂：60%基础日粮+40%土霉素药渣。每十天给试验小鼠空腹称重1次，并调整给药量。试验期间观察小白鼠的精神行为、活动、进食、步态,毛色、对外反应、粪便等方面未见有意义的异常变化。实验过程中及小鼠死前，所有小鼠的精神状态都与空白对照组无异，表现正常。试验结束时空腹称量体重，取心、肝、脾、肺、肾、胸腺,并精确称量各脏器重。数据分析：试验过程中，对小鼠的体重、肝重、肾重、肝系数、肾系数进行

27、数据记录并处理分析（详细统计数据表见附录）。因为前三组数值的t检验值都小于0.05，所以b、c、d组受试小鼠之间体重、肝重、肾重、肝系数、肾系数均无系统差异。a与e组的体重有显著差异，且e组小鼠体重明显大于a组，正好印证了文献上的观点：土霉素药渣可以使小鼠增肥，是很好的饲料。且a组与e组的肾系数也有明显差异，且a组的肾重比e组的小，说明原药渣确实可以引起动物体内土霉素的蓄积，消除药渣里的土霉素很有必要。5 结束语根据本文研究所得土霉素药渣成分以及土霉素的理化性质，利用微波处理的先进技术对土霉素药渣进行综合处理，此技术快速、高效、安全并无二次污染。同时拥有自身研制的高压密闭消解仪器，将消解罐与谐

28、振腔合二为一，实现了对反应温度、压力和时间的自动控制。将处理后的药渣用小鼠做毒性试验，小鼠未出现任何中毒症状和死亡，剖检脏器没有检测到残留的土霉素成分。由此结论，处理后的药渣残留土霉素效价可以到达理想状态，但自身的蛋白质等营养成分也得到较大的保留。因此本文不但解决了药渣的环境污染问题，又充分利用了药渣中的营养物质，实现了土霉素药渣的处理和再利用。参考文献1 周勇义，谷学新，范国强等.微波消解技术及其在分析化学中的应用j.冶金分析，2004（24）2： 30362 金钦汉.微波化学m.北京：科学出版社，1999：1461473 李国林，舒挺，袁成卫.波段高功率微波波导输出多工器研究j.强激光与粒

29、子束，2007（19） 4： 6676704 陈冬冬，孙永志.矩形波导到圆波导模式变换器的优化设计j.电子器件，2006，29（2）：4094125 雷前召.矩形波导中电磁场分布特征研究j.电子设计工程，2011，19（19）：1621646 马敏，黄健，甘体国等.性能优良的新型e面金属膜片波导滤波器j.微波学报，2004，20（20）： 77797 李羡辉.四环素抗生素在土壤中的吸附解吸及对小麦生态毒性的影响研究j.山东农业大2012： 458 figueroa ra,leonard a,mackay aa.modeling tetracycline antibiotic sorption

30、to claysj. environmental science techno1ogy,2004,38：4764839 sassman s a,lee ls.sorption of three tetracyclines by several soils assessing the role of ph and cation exchangej.environmental science techno1ogy,2005,39：7452745910 toukoniitty b,mikkola jp,murzin dy et al.utilization of electromagnetic an

31、d acoustic irradiation in enhancing heterogeneous catalytic reactionsj.applied catalysis a,general,2005，279(12)：122致谢本文是在闫正老师悉心指导下完成的。这次论文能够顺利的完成离不开闫正老师全面的指导和热心的关怀。闫正老师严谨的治学态度，勤勉务实的工作作风，兢兢业业的敬业精神都使我终生受益。在论文完成之际，谨向闫正老师致以衷心的感谢和深深的敬意!本设计还得到了各位同学的帮助，他们的指点让我进一步加深了对课题的理解，并帮助我搜集资料，教会我一些工具的使用和技巧。因此向他们表示真诚的谢

32、意!最后感谢参与论文评审和答辩的各位老师，在百忙之中抽出宝贵时间对我的论文进行评阅和审议。附 录determination of arsenic in palm kernel expeller using microwave digestion and graphite furnace atomic absorption spectrometry methodabstraka study on the method to determine arsenic in palm kernel expeller was carried out. microwave digestion techniqu

33、e is widely applied in the analytical chemistry field. in comparison to conventional sample digestion method, the microwave technique is simple, reduced contamination, usage of safe reagent and matrix completely digested. a graphite furnace atomic absorption spectrometry method was used for the tota

34、l determination of arsenic in palm kernel expeller. arsenic was extracted from palm kernel expeller in a closed vessel digestion system with nitric acid and hydrogen peroxide. the results showed that the optimal ashing and atomizing temperatures were 800°c and 2400°c respectively. the limi

35、t of detection was estimated to be 0.001 ppm. the mean recoveries of arsenic for repeatability and reproducibility for 1, 2 and 4 ppm were in the range between 79 90%. ten samples of palm kernel expeller from mills were analyzed to contain 0.18 to 3.05 ppm of arsenic. therefore, is proposed that thi

36、s method be used to detect arsenic in palm kernel expeller.key words：microwave digestion, graphite furnace atomic absorption spectrometry, palm kernel expeller, arsenic, mills.1 introductionarsenic has been considered as an essential trace element for normal growth and development of animals (lasky

37、et al, 2004). however, arsenic is more often regarded as a hazardous element rather than as essential element widely encountered in the environment and organisms (cullen and reimer,1989). arsenic is extensively distributed in the environment because of its presence naturally as well as from industri

38、al production. natural arsenic concentration in plants hardly exceeds 1 mg/kg (porterand peterson, 1975). this level increases to several folds when plants are coerced to grow in arsenic treated soils, but arsenic is primarily retained in theroots. studies showed that vegetable grown in arsenic-spik

39、ed soils exhibited 7.1 and 5.0 mg/kg in the roots and shoots respectively (jones and hatch,1945). in tomato and bean plants, arsenic is primarily concentrated in the roots, and a small quantity is translocated to the pods (cobb et al., 2000). a similar pattern is observed in tamarik (tamarixparviflo

40、ra) and eucalyptus (eucalyptus camaldulensis) where the roots accumulate more arsenic compared to the shoots (tossell et al., 2000).in malaysia the level of arsenic in oil palm is not well established. contamination of arsenic may come from the use of herbicides such a monosodium methyl arsenate (ms

41、ma), disodium methyl arsenate (dsma) and cacodylic acid (dimethylarsenic acid) in oil palm plantations. however these compounds are not in used anymore. numerous methods are available for extracting arsenic from various matrices and analyzing total arsenic (hudson-edwards et al., 2004). the most com

42、mon methods for extracting total arsenic from soils and sediments involved wet ashing of sample using one or a combination of acids such as sulphuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, boric acid, hydrogen fluoride and hydrogen peroxide. ashing digestion can be carried out using hotplate or micro

43、wave oven (mucci et al., 2003).during the past few decades, microwave digestion method has become widely used since they are more reproducible, more accurate and less time consuming than conventional digestion on hot plates in open crucibles and lost of analyte is minimum (kingston and jassie, 1988)

44、. arsenic can be determined using the following methods: colorimetry, hydride generation system in combination with atomic absorption spectrometer (slemer et al., 1976) and atomic fluorescence spectrometry (chen et al., 2001). graphite furnace atomic absorption spectrophotometer (gfaas) is another a

45、nalytical instrument used for trace element analysis. it has been widely used to determine lead in food (chen et al., 1999), biological samples (dabeka and mckenzie, 1992) and environmental samples (cabrera et al., 1994).the main objective of this study was to test the effectiveness of microwave sys

46、tem for the digestion of palm kernel expeller and subsequently analyzing using graphite furnace atomic absorption spectrophotometer.2 materials and methods2.1 reagentsall reagents were of analytical grade unless otherwise stated. double-distilled water (milli q millipore 18.2 m-cm resistivity) was u

47、sed for dilution. nitric acid (65% w/v) and hydrogen peroxide (30% w/v) were of suprapure quality (e.merck, darmstadt). all the plastic and glassware were cleaned by soaking in diluted nitric acid-distilled water (1+9) and were rinsed with distilled water prior to use.2.2 arsenic standard solutiona

48、standard stock solution of arsenic (1000 ppm) was purchased from bdh laboratory supplies.2.3 working standard solutionworking standard solution of 100 ppm and 1 ppm were prepared by diluting the standard solution with appropriate volumes of milli q water. working standard for 100 ppb was prepared by

49、 adding 1 ml of 1 ppm and 2 ml of nitric acid.2.4 sampleabout 0.5 g palm kernel expeller was spiked with 500 l, 1 ml and 2 ml of 1 ppm working standard solution to produce 1 ppm, 2 ppm and 4 ppm respectively.2.5 preparation of standard curvea working standard solution of 25 ppb, 50 ppb, 75 ppb and 1

50、00 ppb were prepared by diluting the 1 ppm working standard solution with appropriate volumes of milli q water.2.6 analytical proceduremicrowave digestion procedure was applied for palm kernel expeller sample. about 0.5 g of palm kernel expeller was weighed. then 6 ml of nitric acid (65% w/v) and 2

51、ml hydrogen peroxide (30% w/v) suprapure quality were added. a blank digest was carried out in the same way. after treatment, the contents were cooled down, then the resultant residue was dissolved in 25 ml milli q water for arsenic determination by graphite furnace atomic absorption spectrophotomet

52、er.2.7 apparatuszeeman graphite furnace atomic absorption spectrophotometer aanalyst 600 with standard transverse heated graphite atomizer (thga) b3000641 and arsenic electrode less discharge lamp (as-edl) were made by perkin elmer (germany). argon was used as the pure/inert gas. for sample digestio

53、n, a milestone ethos mod with terminal 1024 closed vessel microwave digestion system with pressure and temperature controller was used.2.8 analysis of arsenic in commercial palm kernel expellerten different palm kernel expeller samples were collected from 10 different mills in malaysia. the samples

54、were preserved in covered polyethylene bags, tagged properly and kept in room temperature until analysis.2.9 statistic analysisthe data obtained from the analysis were calculated using computer programme microsoft excel for windows.3 results and discussion3.1 matrix modificationmatrix modification i

55、s an essential step in the determination of easily volatile elements by graphite furnace atomic absorption spectrophotometer. the most common matrix modifiers used in arsenic determinations are palladium, palladium-magnesium nitrate and nickel nitrate.palladium-magnesium nitrate was selected as a mo

56、difier since memory effects were observed when the nickel modifier was used (bozsai et al., 1990). an interelement compound was formed between arsenic and palladium, which has a higher heat of vaporization than pure arsenic. therefore, a higher ashing temperature can be used and the effects of interference are diminished. magnesium nitrate behaves as an ashing aid during the thermal pretreatment step in graphite furnace determinations. spectral interferences ca