时间：2023-11-13 11:21:49
【摘要】
目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。
【关键词】 7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计
abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.
key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design
取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。www.133229.coMniementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。
2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。
1.2 合成路线
合成路线见图1。
1.3 实验方法
1.3.1 合成方法
在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。
1.3.2 正交设计实验
采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。
2 结 果
正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析
3 方差分析表
table 3 anova table
方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573
从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。
3 讨 论
3.1 与传统加热法的比较
以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。
3.2 与文献方法的比较
alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。
3.3 反应机制探讨
微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。
根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。
4 结 论
(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。
(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。
【参考文献】
[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.
[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.
[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.
[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.
[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.
[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.
[7] alexandre f r,berecibar a,wrigglesworth r,et al. efficient synthesis of thiazoloquinazolinone derivatives[j]. trtra lett,2003,44:4455-4458.
[8] alexandre f r,berecibar a,besson t. microwaveassisted niementowski reaction. back to the roots [j]. trtra lett,2002,43:3911-3913.
【摘要】
目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。
【关键词】 7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计
abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.
key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design
取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。
2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。
1.2 合成路线
合成路线见图1。
1.3 实验方法
1.3.1 合成方法
在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。
1.3.2 正交设计实验
采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。
2 结 果
正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析
3 方差分析表
table 3 anova table
方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573
从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。
3 讨 论
3.1 与传统加热法的比较
以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。
3.2 与文献方法的比较
alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。
3.3 反应机制探讨
微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。
根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。
4 结 论
(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。
(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。
【参考文献】
[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.
[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.
[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.
[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.
[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.
[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.
[7] alexandre f r,berecibar a,wrigglesworth r,et al. efficient synthesis of thiazoloquinazolinone derivatives[j]. trtra lett,2003,44:4455-4458.
【摘要】 介绍了人体乳房组织的电磁特性以及恶性乳腺肿瘤与正常乳房组织在介电参数上的差异，在此基础上介绍了主动式微波成像的原理，并进一步介绍了用于检测乳腺癌的脉冲微波共焦成像系统的基本组成和成像算法、发展历程及其未来发展。
【关键词】 乳房组织;介电特性;主动式微波成像;脉冲微波共焦成像;乳腺癌
detect breast cancer using confocal
microwave imaging based on radar theoryzhao yibo1，li jianlong2，ding liang2
(1.da ling shan hospital ,guangdong province,dongguan 523820，china;
2.college of electronic science and engineering, nudt,changsha 410073,china)
abstract：the dielectric properties of normal breast tissues and the difference between normal breast tissues and tumor in dielectric properties are presented.we introduce the theory of active microwave imaging、confocal microwave imaging(cmi)system and the basic algrithm for detecting breast cancer.the development process of cmi is recalled and the newest researching results of cmi are reported.in the end of the paper we point out the possible developing direction of cmi.
key words：breast tissues;dielectric properties;active microwave imaging;cmi;breast cancer
1 引 言
乳腺癌是一种常见的疾病，对其治疗而言，早期发现是至关重要的。多年来，电磁场工程师们一直在致力于研究用微波成像的方法实现对人体癌症的检测，相对于现有的医学成像检测方法，如x射线、ct、b超等，微波成像具有诸多优点：
(1)相对安全，微波成像没有电离辐射，在一定能量范围内属相对安全的检测方法[1]。
(2)它是基于一种新的成像检测机理，微波成像属于功能性成像，它反映的是生物组织的电磁特性分布，而恶性肿瘤的介电常数往往比正常的乳房组织大的多，因此利用微波成像能够区分肿瘤的恶性与否。
(3)属于非浸入式检测，检测相对方便。
(4)成像分辨率较高，可以检测出小到2 mm直径的肿瘤，利于癌症的早期发现。
(5)微波成像费用相对较低，易于实现身体普查，有利于疾病的早期预防和治疗。
2 乳房组织的介电特性
生物组织的介电特性通常用cole-cole模型表示，其表达式为：
ε(ω)=ε′(ω)-jε″(ω)=ε∞+δε1+(jωτ)1-α+σsjωε0
这里ω表示角频率，ε′(ω)表示与频率相关的介电常数，ε″(ω)表示与频率相关的介电损耗。
正常的乳房组织成分主要包括皮肤、脂肪、乳腺导管、乳腺囊等，对正常乳房组织以及恶性肿瘤的介电特性测试已经有诸多研究成果[2-6]。1994年joines等人在50～900 mhz的频率范围内测量了多种离体器官和相应恶性肿瘤的介电特性，其中包括正常的乳腺组织及恶性乳腺肿瘤，得出的结论是恶性乳腺肿瘤的介电常数和电导率比正常的乳腺组织平均分别高出233%和577%。campbell等人在1992年分别对多名患者的正常乳房脂肪组织、正常乳腺组织、良性肿瘤和恶性肿瘤四种类型组织的介电特性进行了测量，测量的微波频率为3.2 ghz。他首先对17名患者的乳房脂肪组织进行了测量，测量得到的脂肪组织相对介电常数在2.8～7.6之间，电导率在0.54～2.9 ms/cm之间，含水量在11%～31%;对11名患者的正常乳腺组织的测量结果表明，其相对介电常数在9.8～46之间，而电导率在0.54～2.9 ms/cm;对9名不同患者的 生 物 医 学 工 程 研 究 第29卷第1期 赵亦波，等：基于雷达原理的脉冲微波共焦成像检测乳腺癌 恶性乳腺肿瘤的测量结果显示其相对介电常数在9～59之间，而电导率则在2～43 ms/cm之间。通过数据分析，campbell等得出结论，认为在3.2 ghz微波频率下区分恶性肿瘤的相对介电常数为45～60，电导率为30～40。wisconsin-madison大学的lazebnik等人在2007年进行了较大规模的不同人群乳房组织介电特性测量，他一共选取了93位不同患者的乳房组织样本，通过对样本的测量分析，得出的结论为乳房组织的相对介电常数和电导率与乳房组织的成分有关(见图1)。
从一系列的研究结论可以看出，正常女性乳房组织由于含有的脂肪成分较高(多数超过50%)，脂肪的介电常数和电导率都相对很低，因此，正常乳房组织的平均介电常数在10左右，而恶性肿瘤组织的介电常数和电导率均比正常乳房组织高出三倍多，对微波照射而言，正常乳房组织的反射比恶性肿瘤块的反射要弱，加上采用相关的聚焦技术，可以使得恶性肿瘤组织对微波的反射明显强于正常组织，从而检测出恶性肿瘤，这就是微波成像检测乳腺癌的理论基础。
3 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌
3.1 主动式微波近场成像
微波成像的应用范围十分广泛，探地雷达、气象雷达、星载以及机载sar(合成孔径雷达)成像都属于微波成像的范畴。主动式微波成像的基本原理是通过向被成像目标发射电磁波，通过接收目标的反射或散射波，从而获取目标的形状、结构、电磁特性空间分布等信息。在微波频段，要想得到目标反射或散射场的解析解基本上是不可能的。而通过测量微波散射或反射场确定成像目标的电磁参数分布是一个电磁逆散射问题，它是电磁散射正问题的反演。微波成像的基本过程如下：
(1)首先，通过天线向被成像目标发射高频电磁波，在目标周围若干位置放置接收天线接收目标的散射场，从而获得一系列的测量数据。
(2)将目标进行网格剖分，对剖分完的网格电磁参数进行初始设置。
(3)根据目标网格剖分以及初始电磁参数设置求解正问题，即计算各测量点的散射场，常用方法有有限元法、时域有限差分法等。
(4)根据计算值和测量值的差重新调整各网格的电磁参数估计值。
(5)不断重复以上各步，直到正向计算结果与测量结果误差满足一定要求。
由于诸多因素的影响，比如测量数据量的不足，正向计算的误差，或者目标结构复杂，甚至目标是各向异性的，这些都使得反演结果不唯一，不能确保成像结果与实际完全吻合，这在一定程度上限制了微波成像的应用。
但随着电磁场数值算法研究的进展，特别是计算机计算能力的迅猛提高，微波成像技术用于人体检测变得越来越具有吸引力，其中以用于女性乳腺癌检测的研究最为活跃，取得的成果和进展也最为显著，基于雷达原理的脉冲微波共焦成像(confocal microwave imaging, cmi)就被认为是一种很有发展前景的主动式微波成像技术。
3.2 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌
脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌是基于雷达原理，它类似于机/星载sar成像或探地雷达的工作原理。不同于普通的逆散射成像，该方法避免了复杂的逆散射计算问题。
脉冲微波共焦成像技术用于乳腺癌的检测最早是由美国wisconsin-madison大学的hagness提出[7]，加拿大自然科学与工程研究委员会的elise c. fear等人也相继进行了理论和实验研究并取得了一系列的研究成果。
脉冲微波共焦成像系统检测乳腺癌的基本工作过程是：系统首先用天线发射超宽带脉冲对成像目标乳房进行照射，同一天线用于接收乳房的反射波，反射波信号采用矢量网络分析仪记录，由于矢量网络分析仪记录的是频域信号，需要通过离散反傅立叶变换得到反射波的时域形式。在一个位置完成该过程后，将天线移动到另一个位置重复上述过程。当所有位置都测试完毕后，根据成像聚焦点的不同，对所有位置接收到的反射波进行时移相加，最后得到目标乳房组织的反射波相对灰度图像。虽然这种方法不能直接得到乳房的介电参数分布，但它能区分出由于介电参数异常增大而使反射波增强的区域，起到检测乳腺恶性肿瘤的作用。
hagness等人开展微波共焦成像检测乳腺癌的研究开始于1998年，最开始采用的是计算机理论仿真的方式。仿真天线扫描方式是采用平面式，探测深度约为5 cm，之所以采用这种扫描模式是基于患者仰面躺着接受检测的假设，结形天线加载后直接放在乳房上面进行检测，天线与乳房之间没有空间距离，从而保证和皮肤间的阻抗匹配，减小皮肤的反射。
而fear等人则在2005年建立了一套微波共焦成像检测乳腺癌的实验验证系统，该系统被称之为tsar(tissue sensing adaptive radar，tsar)[8-10]。系统由液体容器、浸泡用液体、地层、天线和乳房模型构成。液体容器的上方是用作地层的金属盖板，金属盖板上留有几个洞，天线和乳房、肿瘤模型通过这些洞放入容器盛放的液体中，液体的介电常数接近正常的乳房组织，这样可以减少正常乳房组织对入射波的反射。整个容器除了上层盖板因用作地层而采用金属材料外，其它地方采用的都是介质材料，这是为了尽量避免电磁波被容器壁反射。天线采用的是阻抗加载wu—king偶极子天线，长度为10.8 mm。而乳房模型则采用的是圆柱体模型，圆柱体高为30 cm，截面直径为10 cm，圆柱体内放有一个肿瘤模型。整个仿真模型材料分为四种：液体、“皮肤”、“脂肪”，“肿瘤”，四种材料的介电参数见表1。表1 实验系统用到的各种材料的介电参数 实验系统通过旋转乳房模型，每次旋转22.5°或40°，实现天线对乳房模型的扫描。
天线回波数据采集采用的是将安捷伦的8719es矢量网络分析仪通过50 ω同轴线连接到天线上实现的，频率采样点为1601个，采样16次的样本进行平均，采样频率范围为1～10 ghz，对采集到的频域数据进行离散反傅立叶变换即得到信号回波的时域波形。
通过诸多研究者一段时间的努力，用于检测乳腺癌的脉冲微波共焦成像系统的基本框架已经基本成型，下面分析系统的各技术要素及其近期的研究成果。
首先，超宽带信号形式的选择主要有两点矛盾：分辨率和信号衰减的矛盾。信号的带宽越宽，则系统的距离分辨率越高，但同时随着信号频率的升高，其衰减就越厉害，探测深度因而受到影响，因此，对信号的形式选择应该综合考虑这两个因素。
目前被广泛采用的超宽带信号源形式为微分高斯脉冲，其表达式为：
v=v0(t-t0)exp(-(t-t0)2τ2)
其中τ约等于50～100 ps，t0=4τ，这种形式的信号的典型探测深度为3～4 cm，最大探测深度为5 cm，这是考虑到几乎50%的肿瘤位置处于深度小于2.5 cm位置，距离分辨率约为1 cm，因此，这种脉冲形式兼顾了分辨率与探测深度两者的要求。
对天线的选择，目前采用的方案是加载蝶型天线或wu-king偶极子天线等，fear等人研制了多种超宽带天线[11-13]，并比较了其性能指标以及对成像效果的影响。
波束形成方式有天线阵列波束成形、单天线空间扫描波束成形等方法，其中后者被更多地采用，主要原因是单天线扫描的方法简单易于实现，可以避免多天线间复杂的互藕问题，简化信号处理。空间扫描方式主要有两种：一种是以蝶型加载天线直接放在乳房组织上，而人体仰躺着，让天线在乳房组织上不同位置进行测量;另一种方案是让人体趴着，乳房通过一个圆洞浸泡在某种液体中，这种液体的介电常数接近脂肪组织，偶极子天线围绕乳房组织四周不同点进行测量。一般将乳房当作一个圆柱模型。
关于信号接收系统灵敏度和动态范围问题，通过hagness等人的仿真论证，不同深度和直径的肿瘤在乳房组织中的反射信号强度(相对于激励信号)见表2。表2 不同大小、位置、深度的肿瘤反射回波强度由表2可以看出，对乳腺癌的检测而言，信号接受系统的动态范围在120 db左右即可满足检测要求。
在乳房建模方面，前期研究采用的模型比较简单，基本上假设乳房组织介电参数分布比较均匀且各向同性，乳房外型也比较规范。采用这样的简化模型对前期的研究是必须的，但随着研究的深入以及技术实用化的要求，模型就必须逐渐向实际靠拢。在x li等人利用二维磁共振(mri)图像数据建立仿真乳房模型的基础上[14]，sill等人建立了基于三维mri图象的仿真乳房模型[15]，并利用脉冲微波共焦成像算法进行了仿真验证，仿真结果表明对于这种相对复杂接近实际的乳房模型，共焦成像也能有效检测出一定大小的肿瘤，只是信号杂波比(s/c)降低到了4.9 db，而简单模型情况下信号杂波比(s/c)为10.3 db，可见模型背景的复杂度加大对系统检测能力是有很大影响的。
脉冲微波共焦成像算法的基本流程如下[16]：
(1)首先，进行信号校准。目的是在接收信号中去除发射信号残余和皮肤反射信号。这是基于这样一个假设：在不同位置得到的发射信号残余和皮肤反射信号基本相同。校准信号采用的是一圈的每一个位置天线接收信号的平均值，采用的方法是将一圈的每一个位置天线接收信号减去这一圈的校准信号。
(2)积分运算。由于采用微分高斯脉冲，因此当信号过零点时积分值最大，对信号进行积分运算处理后更易于识别回波信号在时间轴上的位置。
(3)信号补偿。主要采用路程损失补偿或辐射发散补偿，其中平面扫描方式采用路径损失补偿，而圆柱扫描则采用辐射发散补偿。
(4)图像重建。图像重建采用共焦算法，将待成像的物体进行剖分成n个网格，假设有m个测量位置，假设某个网格的位置矢量为r，则在该网格的成像灰度可表示为：
i(r)=[∑mm=1bm(τm(r))]2
其中bm表示第m个位置天线测量得到的反射波时域波形，它是经过(1)、(2)、(3)步骤处理过的信号波形，τm(r)=2|r-rm|v，v是乳房组织中的电磁波传播速度。
在对聚焦成像算法继续进行研究的同时，也有不少研究者开始研究乳房轮廓的检测算法[17-18]，近两年已有部分成果发表。由于在对乳房进行共焦成像时需要事先对乳房进行定位，即预先知道乳房的位置外形轮廓，在此基础上才能对回波信号进行有效的校准，因此，乳房轮廓的检测算法对该技术完善和后续的实用化十分重要。
4 发展前景
总之，脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌目前尚处在实验室的研究阶段，没有形成临床应用的产品。但随着相关生物医学技术的发展，天线技术、相关信号获取设备技术的提高，信号处理算法的进一步发展，相关硬件技术的进步以及计算机计算能力的提高等，微波成像技术用于检测乳腺癌将有望走向临床应用。
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关键词：微波；污水处理；污泥处理
中图分类号：S703.1 文献标识码：B 文章编号：1674-9944（2016）06-0036-03
1 引言
微波通常是指波长在1mm～1m的特殊电磁波，微波的频率为300MHz～300GHz，民用微波的频率通常在915～2450MHz之间，而一般915MHz为工业上使用的频率。近年来，微波技术的发展使得其被广泛应用于环境污染治理领域，特别是在污水治理领域的研究有了很大的突破，同时在环境监测等方面获得了大量的研究结果。微波自身的选择性快速加热、无二次污染的特点使得其可以与其他污水处理技术良好的结合，所以微波应用于污水处理领域成为了人们关注的热点。
2 微波的化学理论基础
2.1 微波的热效应
通常利用微波加热介质是基于两种机理，这两种机理分别是离子传导和偶极子转动。在微波加热介质的过程中，一般这两种机理产生的微波加热效应同时存在。
介质中的可离解的离子在电磁场中移动会形成电流，介质本身会对离子产生阻碍，从而会产生热效应，这就是微波的离子传导产热机理。微波离子传导产生的热效应大小与介质本身的离子浓度以及迁移率相关。
若介质本身是由许多一端带正电，一端带负电的分子（或偶极子）组成的，则其会随外加电场方向的改变而不断的作摆动，此时，受到分子热运动的干扰和阻碍，介质中会产生了类似摩擦的作用，就会使得介质内部的分子获得能量，介质内部分子能量提高后，介质宏观表现的温度也随之升高，这就是微波产生的偶极子转动加热现象的机理。偶极子加热的效率通常由介质的弛豫时间以及介质本身的粘度和温度决定。
综合来看，微波加热介质的机理就是通过介质的介电损耗而发热，从而可以使介质内部的分子在短时间达到极化状态，并且会加剧介质内部分子的运动与碰撞，增加介质内部分子的动能。由于电磁能量是通过波的形式辐射到介质内部，在利用微波加热介质时，介质的内外会同时被加热，所以被加热的过程中介质的内外受热均匀，这是微波加热最显著的特点及优点。
2.2 微波的非热效应
关于微波可以加速化学反应的机理，目前在学术界观点并不一致，部分研究者认为微波加速化学反应主要靠其热效应。但这种说法对有些温度相同，但微波加热依然能够比正常加热反应迅速的现象无法解释。所以，有另一部分研究人员认为，在微波参与化学反应时，由于微波辐射作用，反应物中的极性分子会随之产生强烈振动，从而分子会发生高速旋转并产生碰撞，即微波可以在反应过程中提高分子活性，同时降低反应活化能和分子的化学键强度，这种观点就是微波的非热效应理论。但是，也有研究表明，每摩尔频率在1～100GHz范围内的微波的光量子能量仅能达到0.4～40J，这样的辐射能量无法使部分有机物的化学键断裂。
所以，至今微波的非热效应虽然被提出，但是仍然存在一些争议，许多由微波产生的反应现象还有待进一步的研究。
3 应用微波处理污水的研究
虽然微波产生的有些现象还无法合理的得到解释，但是其良好的加速化学反应的作用是可以肯定的，所以微波在水处理方向上的应用是非常有潜力的。
通常来说，单独使用微波技术来作为处理污水的方法，其效果不理想，微波难以代替其他传统的水处理工艺，但是微波可以作为一种辅助手段在水处理中应用，对已有的水处理工艺进行改良，从而使其处理效果提升。
3.1 微波与活性炭联用
微波与活性炭联用可应用于处理难降解污水。利用活性炭作为催化剂，微波辐射进行强化。采用活性炭吸附污水中的污染物是在污水处理领域常用的一种方法，采用微波辐射与活性炭吸附联用时，微波可以有效的对活性炭表面的有机物进行解吸，从而使活性炭可以同步再生，这不仅有利于有机物的消解，同时也可以对其进行更好的回收利用，提高了活性炭在废水处理过程中的效率。
微波与活性炭联用的方式也是灵活多变的。微波辐射不仅可以对活性炭吸附的污染物脱附并对污染物进行降解，同时，也可以直接利用微波对含有活性炭催化剂的废水进行辐射，直接通过微波辐射对污染物进行降解。Chih.G利用活性炭颗粒吸附二甲苯、萘等有机物质，再通过低能度微波辐射对活性炭进行解吸及污染物降解，有机物的最终分解率很高，甚至可以完全分解。阮新潮等在利用活性炭处理苯酚废水时利用加入微波辐射对活性炭进行再生，经过微波辐射再生后的活性炭对苯酚去除率高于98%。所以，微波与活性炭联用，由于微波对有机物的降解进行强化，可以对活性炭吸附的有机污染物有很高的去除效率，进而增加活性炭的使用寿命，并且通过不断对污染物降解，可以增加活性炭吸附的效率。
3.2 微波与高级氧化技术联用
高级氧化技术的基本原理就是再其氧化过程中产生的羟基自由基（・OH）通过电子转移、亲电加成等反应对水中的各种有机污染物进行降解，将各类污染物特别是有机污染物转化为CO2、H2O等无害物质，或将部分大分子污染物转化成为易生物降解的小分子中间产物。通常，在反应过程中羟基自由基的生成率较低，所以导致在污水处理中其运行成本较高。
采用微波辐射与高级氧化技术联用，可以降低反应过程中的活化能，有利于羟基自由基（・OH）在反应过程中的产生，从而可以提高其生成效率，进而降低其在污水处理中的运行成本。目前，已经有许多研究人员在污水处理的研究中采用微波与各种高级氧化技术的联用技术，取得了不错的效果。Han利用微波与UV-双氧水联用技术处理苯酚溶液，提高了苯酚溶液的降解速度，可以在5min内使得苯酚降解率达到90%。陈芳艳在处理对硝基氯苯的过程中采用微波与Fenton试剂联用技术，在10min内即可降解其中98%以上的对硝基氯苯。毕晓伊采用微波与ClO2催化联用技术处理含酚废水，对于废水中酚的浓度低于100mg/L的含酚废水，其去除率可达90%以上。微波与高级氧化联用可以在处理废水过程中，提升对污染物的降解速度，从而可以在短时间内提高高级氧化方法对污染物的去除效率，在相同时间内处理更多的污染物，提高污水的处理量。
3.3 微波与生物处理联用
目前在国内外污水处理应用的技术中，生物处理是应用最广泛并且最经济的技术，强化生物处理技术的效率将会使现有的污水处理厂的运行效果有很大的提高。所以，国内外很多研究人员都对采用微波与生物技术联用进行了研究。
肖广全采用微波与生物接触氧化联用的工艺对制药废水进行降解处理，其单独利用微波作为预处理工艺，而生物接触氧化作为后续处理工艺，两种工艺联用可以大幅度去除制药废水的COD以及氨氮，其去除率分别可以达到98%和60%。虞睿采用微波作为深度处理工艺，对常规生物法处理后的生活污水进行处理方式，相比于其他的深度处理，微波处理成本控制较好，效率也较高，处理后的水质接近地表水Ⅲ类水体水质。
采用微波作为预处理或者深度处理工艺与生物处理技术联用，投资较低，运行简单，对污水处理效果较好，可以有效地对污水常规的生物处理工艺进行强化，特别是对难降解物质有很好的强力去除效果。
4 应用微波处理污泥的研究
目前国内污水处理厂排放的污泥多数都是进行了填埋处理，污泥资源化利用仍然不够普及。污泥填埋占地面积大，浪费土地资源，而且还会存在一定的风险，对周边环境可能造成污染。
利用微波辐射处理污泥是近年来污泥处理研究的热点。通常污水处理产生的污泥中都会含有较多的有机物，特别是易挥发性的有机物质，而大部分的有机物都可以被资源化利用。利用微波辐射处理污泥，靠微波的热效应对污泥进行热解，靠微波形成的高温使污泥中有机物大分子在隔绝空气的条件下发生断裂，从而产生可以回收利用的热值较高的气体、热解溶液和碳渣。
方琳利用SiC作为介质，对添加SiC和固体残留物的污泥进行微波高温热解试验，热解污泥产生的热解液的热值可以达到37MJ/kg以上，同时热解液中的PAHs含量低于5.37%，可以回收利用；同时，热解过程中产生的气态产物的热值可以达到9420kJ/m3，若对其收集利用，可以节约大量能源。所以，通过微波热解污泥不仅可以对污泥进行减量化、无害化处理，还可以满足对污泥进行资源化利用的目的，使其变为能源。
Wong W T采用微波与双氧水联用技术对二沉池污泥进行降解处理，控制温度在80℃，污泥中的COD基本完全溶解，同时，由于微波产生的热能使污泥的氮、磷和金属元素等溶解于水中，后续可以通过结晶法等手段将其提取，并加以利用。通过微波与高级氧化技术联用，可以大幅度削减污泥的体积，并对污泥有杀菌和灭活的作用，与此同时，还可以提取利用污泥中包含的营养物质，极大地获取了污泥自身所含有的资源。
5 应用微波进行水处理监测的研究
微波辐射所产生的消解作用，使得微波技术可以在水处理监测中得以应用。采用微波消解技术通常是将试样和酸的混合物作为发热体，而后利用微波进行加热。采用微波加热的过程中，整个系统的热量几乎不向外扩散，所以其产生的热效率很高，有利于试样充分混合，从而可以迅速地对试样进行分解。
余丹梅利用微波消解测定水中总磷，取得了较好的效果，试验采用钼酸铵进行分光光度法测定，利用微波消解比传统消解法省时，省电，并且精确度也较高；石晓云通过微波消解法对炼油污水中的总磷进行测定，不仅测定的效率高，对环境污染小，而且方便操作；周锡堂通过微波消解法测定炼油污水的化学需氧量，试验中加入CuSO4-MgSO4为催化剂，检测速度快，成本低，是一种经济节约的好方法。
6 微波在污水处理其他方面应用的研究
微波加热无滞后效应，在进行某些物质合成时，可有效地加快反应进行的速度，可以缩短化学反应的周期。李万捷在聚丙烯酰胺（PAM）制备反应中利用微波辐射技术，不仅加快了PAM的合成速度，并且合成的高聚物的分子量分布相对均匀，更有利于在水处理中的应用。
在污水处理工艺中，经常要在不同的阶段投加各种不同的聚合物。由于微波加热均匀并且热量损失小的特性，不仅合成速度较快，热量损失小，经济性好，并且合成高聚物的分子量分布也均匀，应用于水处理中可以减少投药量，并且效率更高。所以，利用微波制备絮凝剂等药剂对促进水处理工艺有着广阔的发展前景。
7 结语
1参数与测定方法
采用重量法测定污泥的破解率，采用重铬酸钾法测定SCOD［8］，采用微波消解钼酸铵分光光度法测定TP浓度［9］，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN浓度［9］，采用水杨酸－次氯酸盐光度法测定NH＋4－N质量浓度，采用苯酚－硫酸法测定多糖质量浓度，采用考马斯亮蓝染色法测定蛋白质质量浓度。
2结果与讨论
2．1过硫酸钾投加量对污泥破解效果的影响微波功率400W、微波时间120s、ρ（SS）＝7112mg／L，每克SS的K2S2O8投加量从0增加到0．4g，测试不同K2S2O8投加量对污泥破解率的影响，结果如图1所示。由图1可知，随着K2S2O8投加量的增加，污泥破解率呈上升趋势。这是因为随着K2S2O8投加量的增加，产生的硫酸根自由基（SO－4•）的量也随之增加，其氧化效果也随之增强，使污泥中的微生物细胞结构更充分地被破坏，污泥破解得更充分，去除效果更明显。虽然增加过硫酸钾的投加量能更有效地破解污泥，但是过多的过硫酸钾会产生大量的硫酸盐，对以后的厌氧消化反应起到抑制作用。
2．2微波功率对污泥破解效果的影响微波时间为90s、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L、微波功率由80W增加到800W测试不同微波功率对污泥破解效果的影响，实验结果如图2所示。由图2可知，随着微波功率的增加，污泥破解率呈上升趋势。功率的增加，能加速过硫酸钾分解出硫酸根自由基，增强氧化能力，更充分地破坏污泥中微生物的细胞结构，加速污泥的破解。虽然增大功率能使污泥破解率增大，但微波功率过大，耗能也随之增大，会增加反应的运行成本；微波功率过小，反应不完全，不能充分破解污泥。本研究采用的方法是通过过硫酸钾对污泥进行处理，是化学破解方法，对污泥细胞的氧化能力较强，微波功率在600W的条件下反应效果最好［10］。
2．3微波时间对污泥破解效果的影响微波功率为400W、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L、微波时间由30s增加到180s，测试不同的微波时间对污泥破解效果的影响。SCOD是污泥特性的一个重要指标［11］，直接反映污泥的破解程度。实验结果如图3所示。由图3可知，随着微波时间的增加，SCOD总体变化先是呈上升趋势接着逐渐趋缓。微波时间在60s的时候SCOD出现了明显的变化，微滤时间120s时，SCOD质量浓度是原泥的3．5倍。微滤处理120s后，随着微波时间的变长，SCOD也趋于平缓，再增加时间污泥破解程度不明显。
2．4预处理后污泥上清液的参数变化微波功率为400W、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L条件下测试预处理后的污泥上清液中总磷、TN、NH＋4－N、多糖以及蛋白质质量浓度随微波时间的变化情况。
2．4．1总磷质量浓度的变化污泥一般是由胞外聚合物、细菌细胞、金属阳离子以及有机与无机颗粒组成的聚集体，其密度一般为1．002～1．006g／cm3，易于沉降。污泥总磷的含量是污泥资源化的常规指标之一，反映了污水生化处理过程对水中磷的去除能力的大小［11］。实验结果如图4所示。由图4可知，预处理破坏了胞外聚合物和细胞结构［12］，使污泥微生物细胞中原来不溶性的有机物从胞内释放出来，成为可溶性物质［13］。微波时间越大，污泥破解得越多，由于污泥的破解，会释放一些含磷有机物［14］，进而磷的浓度也随之变大，在微波时间180s时总磷的质量浓度比原泥增加了1．73倍。
2．4．2TN、NH＋4－N质量浓度的变化由图5可知，污泥微生物里的一些含氮有机物，在硫酸根自由基的作用下，随着污泥的破解，会释放到上清液中，使上清液中TN质量浓度增大，由56．95mg／L增加到91．26mg／L。硫酸根自由基具有强氧化性，会进一步将有机氮化氧化矿化成无机氮即NH＋4－N，所以氨氮的质量浓度呈上升趋势。
2．4．3蛋白质、多糖质量浓度的变化污泥中大多数蛋白质、多糖存在于微生物细胞中，EPS主要是由蛋白质和多糖组成，除此之外还有微量的核酸和腐殖质等［15］。实验的重点就是破碎细胞壁膜以释放出蛋白质、多糖［16］。由图6可知，蛋白质质量浓度由26．34mg／L增加到58．56mg／L，多糖质量浓度由13．65mg／L增加到44．11mg／L。上清液中蛋白质和多糖的质量浓度升高，是由于随着时间的增加，更多的污泥微生物细胞被破解，会释放出更多的蛋白质、多糖，对其后续的厌氧消化起着积极作用，加快厌氧消化速率。
3结论
增加K2S2O8投加量、微波时间以及微波功率，促进了污泥的破解，污泥的破解率呈上升趋势。当每克SS中K2S2O8投加量为0．3g、微波时间为120s、微波功率为400W时，污泥的破解率达到17．85％。在氧化剂的作用下，污泥中微生物的细胞结构被破坏，胞内的一些有机物被释放到污泥上清液中，使处理前的SCOD质量浓度由226．4mg／L提高到796．1mg／L，使TN质量浓度比处理前增加了60．24％；微生物胞外聚合物被分解，细胞瓦解，胞内物质释放到污泥溶液中，使蛋白质质量浓度由处理前的26．34mg／L增加到处理后的58．56mg／L，多糖质量浓度由13．65mg／L增加到44．11mg／L。
【关键词】压裂裂缝；裂缝监测
压裂井人工微地震实时监测评价技术是建立在微地震监测技术基础上的一项油田生产动态监测技术。微地震压裂监测(Microseismic Frac Monitoring)就是用记录地震波的方法对压裂作业过程产生的微地震信号进行实时监测、记录、分析和处理，从而达到监测压裂效果的一项技术（图1-1）。微地震压裂监测可以分为两大类，一种叫地面微地震压裂监测，另一种叫井中微地震压裂监测。应用该项技术可实时裂缝测绘，测量裂缝高度，长度，方位角，校正压裂模型，裂缝的非对称，裂缝生成随时间的变化，监测压裂井的裂缝空间形态、有效缝长、缝高及地应力分布情况，为完善压裂工艺、评价压裂效果、对压裂井进行压后产能分析和井网布置提供有力的依据。
一、基本原理
井下微地震裂缝测试技术原理起源于天然地震的监测。水力压裂井中，由于压力的变化，地层被强制压开一条大的裂缝，沿着这条主裂缝，能量不断的向地层中辐射，形成主裂缝周围地层的张裂或错动，这些张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能量，包括压缩波和剪切波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，其频率通常从几十赫兹到上千赫兹范围内变化。震源信号被位于压裂井旁的井中检波器所接收，将接收到的信号进行资料处理，反推出震源的空间位置，这个震源位置就代表了裂缝的位置。在大多数情况下，不可能利用多个邻井。在仅有一个相邻观测井时，利用接受器在多层垂直分布来定位微地震波的波源。按顺序排布的五个接受器测量微地震波后，将数据传输到地面，然后将数据进行处理来确定微地震的震源在空间的分布，用震源分布图就可以解释水力压裂的缝高缝长和方位。
二、微地震数据处理技术
1、微地震资料的预处理技术
由于微地震数据是地下激发地下接受的微震信号，能量极其微弱，相干噪音能把有效信号淹没，同相轴出现不连续的情况，但随机噪音和微震信号在速度域能够完全分离开，所以首先要对微地震检测资料进行预处理。预处理的内容包括带通滤波、方位校正以及均衡等处理。经过预处理去除一部分强干扰，使得有效事件的自动识别能够有效进行。由于每个微地震事件的信噪比与噪声特点不同，在常规处理与特殊处理阶段根据实际情况采用不同的处理方法。最终处理结果能够压制随即干扰，提高微地震资料的信噪比。
2、波场分离技术
微地震震源反演关键问题是微地震事件的识别。而微地震事件识别的核心问题是纵、横波的分离识别。相关最早研究的是前苏联的E.H.加尔彼林，他简要叙述了极化滤波的各种方法并详细阐述了偏振-位置相关对比分析方法，在滤波储处理中既考虑微地震信号的传播，又考虑它的振动，把偏振滤波和波传遍的视速度最大相关滤波结合起来进行跟踪分量滤波。赵鸿儒等系统论述了偏振滤波的方法，给出了详尽的数学分析。吴律和朱光明也都针对VSP资料，系统阐述了波场分离方法。
考虑压裂微地震信号信噪比低及采集方式等特点，在研究加尔彼林偏振-位置相关滤波方法基础上，研究了频域相干-时域偏振滤波方法。在频域相干滤波算法设计中，提出左右相干度、循环迭代算法，以达到压制噪音增强有用信号的目的。同时，在时域偏振滤波算法设计中，把以往只考虑时间方向窗口计算方法，改进为时间-空间窗口滑动的偏振滤波方法。利用这种方法对资料进行处理，效果明显。
3、微地震有效事件自动识别技术
微地震震源反演关键问题是微地震事件的识别。利用偏振约束的长短时窗能量比算法能够快速、有效的从微地震监测记录中识别出有效微地震事件。通过对微地震有效出现规律以及各类噪声特点的分析，选用合适的微地震资料自动识别方法对实际资料进行处理，识别出有效微地震事件100多个，其中比较精确的微地震事件有80多个，达到实际应用的要求。
三、矿场应用效果
2010年8月通过樊X2对樊X1实施微地震压裂裂缝监测，以监测井樊X2布置的第10级检波器位置定义为坐标参照原点，即定义为（0.0m,0.0m,2880.0m）；监测井樊X2井口在此坐标系下的坐标为点（116.7m,-63.9m,0.0m）；压裂井樊X1井口坐标在此坐标系下的坐标为点（145.3m,-51.5m,0.0m）；通过斜井计算得到射孔点在此坐标系下对应的坐标为（112.4m,-232.4m,2840.0m）。利用解域约束下的遗传算法联合反演方法进行微地震事件反演，得到压裂改造而产生的微地震（裂缝开裂）震源点位置数据。
通过震源点数据裂缝空间展布描述与分析，确定裂缝方位是NE 74.6度，裂缝的走向为沿地面下倾16.7度，缝长237.7m，缝宽94.5m，缝高75m。
所测裂缝方位NE 74.6度与区内断层走向基本一致，与认识的主应力方向76°接近，为开发方案部署注采井网、指导注水开发提供了可靠的依据。
四、结论
(1)通过对斜井数据的校正，对于坐标系统的建立，利用成熟的微地震批处理技术、自动识别技术、联合反演技术、单震相S波识别与反演技术、射孔反演技术，能够对微地震压裂裂缝进行有效的定位，监测结果收敛，与实际地质情况相吻合。
(2)微地震压裂监测成果对部署注采井网、指导注水开发都具有非常现实的意义。
参考文献
[1]刘建中.油气田储层裂缝研究.石油工业出版社,2008(1).
关键词：匹配;矩形波导;反射系数;等效阻抗
中图分类号：TP79文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)07-174-02オ
Application of Different Types of Rectangular Waveguide in the Dowels Matching Unit
WANG Libin,LIAO Xiaoli,LIU Hua
(Automatic Engineering College,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)
オ
Abstract：The matching is not only an important part in microwave technique,but also a significant aspect in the microwave system.In this paper,it researches and compares the matching of different types of rectangular waveguides on the basis of the three dowels matching unit.The purpose is to establish a coincidence relation by systemizing these data such as different depth of dowels,the reflection coefficient and the equivalent impedance at the port and the type of rectangular waveguide.It is convenient to achieve the matching through adjusting the dowels to the fixed depth.
Keywords：matching;rectangular waveguide;reflection coefficient;equivalent impedance
1 引 言
对于负载端连接有不同型号矩形波导的微波系统而言，传统阻抗匹配技术很难对负载做到实时、快速并且稳定的匹配，这在一定程度上限制了微波系统在很多领域的应用。
在不同微波系统中，由于终端使用的矩形波导型号可能有所不同，负载大多也不相同，这时手动调整可调销钉的位置来建立固定匹配网络的方法可信度不高。建立一种基于不同型号矩形波导的阻抗匹配系统模型，对于不同负载阻抗都可以使系统的反射系数满足工程理想值。这样就可以在很大程度上扩展微波系统的应用范围。
国际上对这样的阻抗匹配的研究已经起步，可以在5 s内实现不同负载的阻抗匹配。目前国内这样的研究还不是很多。
2 销钉匹配器的理论分析
销钉调配器就是在波导中插入螺钉，并利用螺钉在波导中不同位置时表现出的等效阻抗特性，使负载阻抗和传输线特性阻抗相等，从而实现匹配。具体分析过程如下：
(1) 根据传输线理论[1]，如果端口2处连接有匹配负载，即使其端口处于匹配状态，此时销钉插入深度为0、0、0，电磁波以行波状态传输，如图1所示。
图1 传输线匹配状态
(2) 调整3个销钉的插入深度，由于销钉插入深度的变化，使得其等效阻抗发生变化，系统在端口1处的阻抗不匹配，此时端口1处反射系数大于零，通过反射系数可以计算出等效输入阻抗为Z1。д3个销钉的插入深度和端口1处的等效阻抗大小有一一对应的关系，如图2所示。
图2 销钉插入深度变化时的端口特性
(3) 在微波系统实际工作当中，端口1连接的是负载，端口2连接的是信号源，即原端口1与端口2互换了位置。如果所接负载大小等于Z1时，可以根据上述对应关系把销钉插入深度调整到如图3所示的位置(即销钉翻转过后的位置)，即可实现端口2(微波系统中信号源端)的匹配。
图3 微波系统实际工作中的端口特性
经过上面的分析，我们就可以建立起如图1所示的在端口2匹配情况下，三销钉匹配器端口1处的阻抗大小以及销钉插入深度参数二者的关系。
在引入上述思想的基础上，对微波阻抗匹配系统中的三销钉匹配器进行仿真，得到销钉不同插入深度时所对应的端口反射系数，再计算得到端口等效阻抗大小，从而可以建立销钉插入深度以及端口等效阻抗的一一对应关系。
3 实际工作
对于使用不同型号矩形波导的微波系统中，一个比较困难的问题是如何在短时间内对连接在不同型号矩形波导负载端的不同负载进行匹配。
本文的研究目的就是获取在连接相同的负载和相同的销钉插入深度的前提下，不同型号的矩形波导和端口反射系数之间的关系。因为销钉本身在不同深度下可以等效为电容，也可以等效为电感，且其电抗大小是很难确定的，通过解析法获得销钉插入深度和销钉匹配器端口特性之间的关系是很困难的，为此我们提出了通过仿真来获取销钉插入深度和销钉匹配器端口特性之间的关系的方法。
3.1 销钉匹配器的设计及销钉的选择
在设计销钉匹配器时应该考虑下列的问题：
(1) 销钉的位置要挑选得尽量靠近负载；
(2) 传输线阻抗具有Е/2е芷谛裕故销钉之间的间距不能选择Е/2В华
(3) 在销钉匹配器中，销钉直径越大，插入深度越深，等效电容也越大；反之，等效电容越小，等效电感逐渐变大。实验还证明，销钉直径越大，其频带响应越宽。
销钉匹配器的尺寸及销钉的大小需要根据工作频率范围来确定。本文研究的频率范围以2.45 GHz为中心频率，对应波长λg=122.4 mm。销钉匹配器中波导内截面的尺寸为a1=86.40 mm，b1=43.20 mm以及a2=109.20 mm，b2=54.60 mm(a1,b1和a2,b2分别对应于BJ-26和BJ-22矩形波导)。销钉的直径通常选择小于λ/4，我们选择销钉直径为d=20 mm；在Е/8~3λ/8范围内选择销钉间距ΔS，这里令ΔS=λ/4=30.6 mm。И
3.2 仿真模型的建立与分析
以BJ-26矩形波导为基础，在高频仿真软件HFSS中建立销钉匹配器模型。在图1所示的端口2处接有匹配负载，为此设置端口2边界条件为匹配边界(PML层)，厚度应该大于Е/2[2]，如图4中红色部分所示。
图4 设置了匹配边界之后的仿真模型
调整销钉插入深度，仿真得到端口1处反射系数，以50 Ω特性阻抗来计算得到此时端口1的等效输入阻抗，选择三组数据建立他们的对应关系如表1所示。
表1 BJ-26波导仿真结果对应关系
在获得上述仿真结果基础上，建立以BJ-22矩形波导为基础的销钉匹配器模型，分别调节销钉插入深度如表1中数据，获得端口1的反射系数S11，计算得到的等效输入阻抗三者对应关系如表2所示。
表2 BJ-22波导仿真结果对应关系
4 结 语
从上面仿真后的数据可以看出，对于由BJ-26和BJ-22两种不同型号矩形波导构成的销钉匹配器而言，如果负载端(参看图3)所接负载与上述表1或者表2中所列出的负载值相差不大时，将销钉调整到经过仿真、优化过后深度位置后，端口2处的指标基本上都可以满足工程要求。
此外，本文也对其他型号矩形波导建立的销钉匹配器模型进行研究，对应于相似大小的负载和相同的销钉位置，端口2处的驻波比不再满足工程要求。如何做到在小范围内变化销钉位置也能使端口2处性能达到工程要求还需要进一步的研究，从而更大地促进微波系统的发展。
参 考 文 献
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［2］Brenger P.A Perfectly Matched Layer for the Absorption of Electromagnetic put.Phys.,1994,114(2):185-200.
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［5］Engen G F.A Review of the Six-port Measurement Technique[J].IEEE Trans.on MTT,1997,45(12):2 414-2 418.
［6］袁俊.国外微波武器及其发展[J].中国航天,2001(5):13-15.
作者简介
王利斌 男，1982年出生，电子科技大学测试计量技术与仪器专业硕士。研究方向为无源微波器件的设计。
廖小丽 女，电子科技大学生命科学与技术学院讲师。研究方向为生物电子学与生物电磁学。
刘 华 女，电子科技大学高级工程师。主要从事微波频段的微波信号的采样及处理。
Abstract: This paper introduces the characteristics and principles of the Doppler-type of microwave alarming detector, analyzes how the wave band effects the Doppler-type microwave alarm detector on sensitivity, then, introduces briefly the installation points and announcements of Doppler-type of microwave alarming detector.
关键词： 多普勒效应；微波；报警探测器
Key words: Doppler effect；microwave；alarming detector
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）16-0164-02
作者简介：冯春卫（1982-），男，陕西武功人，本科，助教，从事电子技术方向教学；胡启迪（1983-），男，河南洛阳人，硕士，助教，研究方向为通信与信息系统。
0 引言
微波是一种频率在300MHz到300GHz范围之内的电磁波，其波长在1mm～1000mm之间，具有和光一样的特性，如反射性、直线传播性和集束性，因而在防盗报警系统、流量检测系统、测厚系统、无损检测系统、医学诊断系统中得到广泛应用。多普勒型微波报警探测器便是一种应用较为广泛的防盗报警探测器，又被称为雷达式防盗报警探测器，其原理主要依据多普勒频移效应。多普勒型微波报警探测器对警戒区域内活动目标的探测范围是一个立体防范空间，范围比较大，一般可以覆盖60°至90°的水平辐射角，控制面积可达几十到几百平方米。这种防盗报警器目前在机关、学校、银行、码头等安装安防报警系统场所中随处可见。
1 多普勒频移效应
这里，如果物体沿着电磁波发射的方向径向移动而接近发射源时，电磁波被压缩，波长变短，频率变大；反之，如果物体顺着电磁波发射的方向径向移动而远离发射源时，反射波会被拉长，波长变长，频率变小。
2 多普勒型微波报警探测器原理
这种探测器主要由微波发射装置，微波接收装置，信号放大和调理电路，控制报警决策电路以及天线等几部分组成。大多数多普勒型微波探测器都会将发射装置和接收装置内置在一起。发射装置实际上是一个微波小功率振荡源，它通过天线向空间发射微波信号。为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线一般都会有特殊的结构，而且会做的比较小。天线有指向型和全向型，前者微波场分布模式为圆形、半球形、或椭圆形。指向型天线的微波分布场模式则为宽眼泪型和长眼泪型。在微波多普勒型微波报警探测器中，在信号放大调理电路中，肖基特检波管和同一波导组成的单管波导混频器，会把接收装置与发射源耦合回来的信号混频，混频后得到一个频率差，然后再送到低频放大器处理后进行控制。由多普勒频移效应可知，当发射空间内没有移动物体时，经固定物体如墙面，桌子等反射回来的微波信号频率与发射装置发射的微波信号频率相等，混频器输出的信号是直流信号。这种直流信号经过控制电路处理不会产生报警信号。如果在微波发射空间内遇到移动物体，反射回来的微波信号频率会发生改变，也就是说会低于或高于发射信号频率，这样经混频器后便可以产生差频信号，这个差频信号经过放大、滤波及检波后进入控制报警电路，发出报警信号。多普勒型微波报警探测器的组成原理如图1所示。
3 波段对多普勒型微波报警探测器灵敏度的影响
在通信及微波技术中，一般用字母来代表不同的分波段，具体波段划分如下表所示。
波段对多普勒型微波报警探测器的影响主要集中在探测器的灵敏度方面。在民用、商用和军用等方面对波段的使用有着严格的要求。由于在不同的波段下，多普勒频移的大小不一样，所以在实际中使用多普勒型微波探测器时应充分考虑波段问题。这直接关系着这种报警器在工作场合中的可靠性及灵敏度问题。目前市面上常用的多普勒型微波探测器都选则X-波段。但有些多普勒型微波报警探测器已经选择更高的波段。例如K-波段。研究表明，如果目标物体移动的速度在百公里以下时，多普勒频率变化范围基本上在0~5000Hz之间。这个范围内的多普勒频率和目标移动速度近似可认为符合线性关系，如图2所示。
由图2可知，在相同的速度下，K-波段的多普勒频移大于X-波段的多普勒频移，因此在判断低速物体移动时，选择更高的波段会更容易产生多普勒频移，也就更容易产生报警信号。这样，报警器探测器灵敏度会更高。在实际中，如果多普勒型微波报警探测器如果选用更低的波段，例如S波段，则有可能对低速运行的物体无法产生多普勒频移，也就无法产生报警信号，容易漏报。除了对低速物体无法产生多普勒频移无法报警外，另外一个方面就是在S-波段下波长为15~7.5cm之间，多普勒型微波报警探测器对小于这个波长的微小物体也无法产生多普勒频移。因此，S-波段下探测器的灵敏度会比较低。但S-波段的多普勒型微波探测器则有较好的防误报警能力。在某些特殊的场合非常有用，例如在需要防止鼠类误报警的场合非常实用。因此，选择不同波段的多普勒型微波报警探测器时，一定要根据实际情况来选择，充分考虑其灵敏度和误报率，不宜搞一刀切。
4 多普勒型微波报警探测器的特点
4.1 可靠性高。由于微波本身受烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高、低温影响较小，使得多普勒型微波探测器无论在什么样的恶劣环境下都能够可靠的报警。
4.2 多普勒型微波探测器是一种空间移动探测器，只要在其防范空间有移动目标，就会产生报警信号,因此盲区较少。
4.3 微波对非金属物体具有一定的穿透作用。它可以穿透较薄的墙、玻璃、木材、塑料等。
利用微波探测器对非金属物质的穿透性可以用一个多普勒型微波探测器监控几个房间，同时还可外加修饰物进行伪装，便于隐蔽安装。
5 多普勒型微波报警探测器安装时应注意的问题
作为报警探测器，在使用时一定要注意误报警问题。除了报警器本身质量问题以外，安装方法、位置也至关重要。不当的安装、以及不合理的位置都有可能引起误报警。鉴于多普勒型微波报警探测器的特点，在实际安装使用当中应注意以下几个问题：①由于微波对非金属物具有穿透作用，泄露到墙外的微波对防区以外的移动物体作用时就会引起误报警，因此在安装时应弄清探测器的微波场分布情况，认真选取安装位置，将灵敏度调节到最佳状态，避免误报警。②由于多普勒型微波探测器利用的是多普勒频移效应，因此在安装区域不能有可移动的物体。也不能直对着风扇、窗帘等可能会移动的物体。移动的物体会使探测器产生误报警。③多普勒型微波探测器安装时应保证自身牢固可靠，不能有松动，否则可能会引起误报警。④在面积比较大的场合安装使用多组多普勒微波报警探测器时，应注意安装位置，不能相对放置，避免相互交叉干扰。
6 结语
多普勒型微波报警探测器由于具有诸多优点而被广泛使用,但也有其自身的缺点。在实际使用中有些误报问题是无法通过其自身来解决的。只有通过与其它探测器相结合，例如微波技术和红外技术相结合的双鉴探测器来进一步提高报警准确性。不过，相信在今后相当长的时期内多普勒型微波报警探测器仍将是报警系统中比较流行的一种报警探测器。
参考文献：
[1]童创明，梁建刚，鞠智芹，张旭春.电磁场微波技术与天线[M].西安：西北工业大学出版社，2009.
[2]黄河.安防与电视电话系统施工[M].北京：中国建筑出版社，2005.
【关键词】微波消化技术；化学分析前处理；应用研究
20世纪70年代，Harwell实验室使用微波炉装置成功的处理了核材料，从这之后，微波辐射技术的发展逐渐扩展到了化学领域，并形成了一门新的交叉学科即微波化学。微波化学学科的形成，无论是在化学领域的基础理论方面，还是技术应用方面，都是化学领域中的一个新进展。如日常生活中的矿工、化工以及金属材料和食品成分的检测中，都需要应用微波消化技术，应用微波消化技术进行化学分析前处理工作，可以精确的检测出分解成溶液状态的样品成分，对保证样品分析过程的高效性和精准性具有重要意义。
一、传统的化学分析前处理方法
我国化学领域常用的化学分析前处理方法大致可分为溶解和熔融两种。溶解化学分析方法主要是将样品试样水溶于酸、碱以及其它种类的化学溶剂中，对样品的成分进行检测分析。熔融化学分析方法主要是将检测样品的试样与固体的化学溶剂混合，在高温加热的条件下，使分析检测样品的成分转化为可溶于水、酸和碱等化学溶剂的物质。另外在检测分析有机物，如生物制品、食品等中含有的无机物时，首先要去除检测样品中的有机物质。我国早期最常用的方法就是干法灰化和湿法消解，干法灰化主要是将检测样品试样用电炉进行碳化，然后在将碳化后的样品移至高温炉进行灰化，灰化后在测定该样品中的无机元素。湿法消解是在容器中按要求加入适当比例硝酸、硫酸混合酸进行消解检测。这些化学分析前处理方法普遍存在着化学试剂用量大、操作过程复杂、需要时间长、容易产生大量的有毒有害气体等问题，并且容易造成某些珍贵化学元素的挥费以及对人类的生存环境造成污染。由此可见传统的化学分析前处理方法在应用过程中存在很多问题，也带来了很多危害，同时还在一定程度上制约了化学分析仪器的先进性。
二、微波消化技术的应用原理及优势
目前我国化学领域在化学分析前处理中应用最广泛的化学分析技术就是微波消化技术，其主要应用原理是密闭微波溶样技术。微博消化技术的应用最早起源于上个世纪30年代，并且最初被应用于通讯领域，而应用于化学领域则是从20世纪80年代开始的。其实际工作原理是在250Hz的微波电磁场的作用下，使检测分析过程中添加的化学溶剂分子和水分子每秒产生24.5亿次的超高频率震荡，并与检测分析样品进行碰撞、摩擦和挤压，使温度升高，加快检测样品表层的破裂速度，形成新的样品表面与化学溶剂发生反应，使检测样品在短时间内完全分解。微波消化技术在化学分析前处理中的应用，是近年来化学分析领域的一项重要进展，在应用中，主要具备以下几点优点：
（1）检测分析样品溶解快，所需化学试剂少，样品溶解时间短，花费成本少；
（2）检验样品试样分解完全，有效减少了稀少元素的挥发率，回收率较高；
（3）检测分析过程中，引入的杂质和干扰物质少，降低检测分析失误率；
（4）采用密闭微波溶样技术，可有效防止检测分析过程中有害气体的泄漏，减少环境污染；
（5）能分解许多常规检测分析方法不能分解的样品试样，适合各种样品试样的化学分析前处理，尤其适合痕量分析和超纯分析。
由于微波消化技术在应用中具有以上优点，所以其在世界各国的化学分析前处理实验室中得到了广泛的应用。[1]目前我国海关部门和质检部门以及一些教育机构和研究所也逐渐开始应用微波消化技术，但由于设备价格昂贵，使得该技术还没有得到很大范围的应用。
三、化学分析前处理应用微波消化技术应注意的事项
在应用微波消化技术进行化学分析前处理时，检测样品试样的分解通常会用到无机酸。化学领域中，大多数的无机酸都具有良好的微波吸收能力，单一酸和混合酸在进行微波消化的过程中都会产生不同的性质变化和热分解效果，本文以密闭微波溶样为例，列出了部分单一酸和混合酸的基本性质以及适用检测样品的种类。
（一）盐酸
盐酸属于还原性较强的酸，不具有氧化性，不适合用于消解有机物质，在高温条件可与硅盐酸和难溶氧化物形成可溶性盐。而盐酸和硝酸进行混合后就会具有很强的氧化性，可以快速分解金、合金、硫化物以及矿砂等较难分解的物质，同时盐酸和过氧化氢混合使用，是分解效果良好的金属溶剂。
（二）硫酸
硫酸相对于其它酸性物质来说，具有较高的沸点，几乎可以破坏所有有机物的内部分子结构。但由于硫酸在高温条件下容易融化为聚四氟乙烯溶样杯，通常情况下不能单独使用。硫酸和硝酸混合后，可以使有机物氧化和碳化，同时还可以水解脂类。[2]比较适用于有机物、聚合物和脂肪类物质的分解，分解后可得到无色透明液体，如果所得溶液呈淡黄色，可加入适量过氧化氢进行消解。
（三）硝酸
目前我国化学分析前处理中，比较常用的酸溶剂就是硝酸和过氧化氢混合溶剂。硝酸具有氧化性强和沸点低的特点，在高温和高压的条件下，可以和检测分析样品迅速发生反应，化学分解产生的高能态活性氧是破坏检测样品有机物质的重要工具，化学分析前处理在使用微波消化技术时，往往会先加入硝酸，待检测分析样品初步分解后，在滴加过氧化氢，加强溶剂酸性，加快检测样品的分解速度。适合用硝酸和过氧化氢进行微波消化的样品包括蛋白质、脂肪、化妆品以及食品等。
（四）磷酸
磷酸具有挥发困难的特点，比较适用于分解氧化物，通常情况下，在应用过程中都需要与其它化学物质混合使用。[3]如磷和硫酸混合后使用可在低压条件下产生高温，比较适用于陶瓷制品和铝制品的消化分解。
（五）高氯酸
高氯酸属于典型的强氧化剂，加热后可分解出大量气体，产生高压。浓度和温度较高的高氯酸会与有机物质发生剧烈的反应，甚至引起爆炸，因此不适合应用于微波消化技术中。
四、结论
样品的化学分析前处理是一个复杂的化学反应过程，通常情况下，对于未知的样品试样，在进行微波消化之前一定要明确该样品的特征和属性，根据检测分析样品的不同属性和特征以及样品试样的待测元素含量，称量检测样品加入溶样酸的量，根据检测分析样品是否含有易挥发性有机溶剂以及和溶样酸的反应程度，来决定该样品是否要进行预处理，降低样品在微波消化的过程中所带来的高温和高压等危险性，确保微波消化技术应用过程中的安全性，使其能够被广泛应用。
参考文献：
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