一、 成果與項目的背景及主要用途：
本項目是通過跨學科合作，開展在化學領域應用電子學新技術的研究。
大多數化學實驗室采用傳統的加熱方法，即利用傳導的方式加熱。微波/超聲波相結合的技術與傳統加熱方法相比具有很多優點，可以大大降低加熱時間，省溶劑(可較常規方法少50％～90％)、節約能源、減少廢物的產生，同時可以提高回收率和提取物的純度。另一方面利于環境保護，無污染，屬于綠色工程，它是一種具有廣闊發展前途的新技術。
微波/超聲波復合智能化系統可應用于合成化學、藥物有效成分的提取及分析樣品預處理領域，設計并研制出新型微波和超聲波相結合的復合多功能智能化儀器裝置，研究其對化學反應、藥物提取及環境污染物萃取的促進作用，為合成化學、藥物有效成分的提取及分析樣品預處理提供了新的實驗手段和方法。
本項目成果可為加大環境污染物的監測的力度，使其樣品分析擺脫耗費大量的有毒的有機試劑，程序繁瑣，工作量大的現況，為其分析樣品預處理，拓展一種高效的實驗手段和方法。如對加標土壤樣品（土壤樣品中的多溴代聯苯醚）進行復合萃取，分別采用微波輔助萃取、超聲波輔助萃取、微波－超聲波復合萃取方法，得到的實驗數據是：在相同萃取20分鐘時間內，使用微波輔助萃取和超聲波輔助萃取，其萃取效率分別為42－75％、45－86％而采用微波－超聲波復合萃取體系時萃取效率則可提高到92－114％。和常規的索氏提取相比，微波－超聲波復合萃取使用的溶劑量降至原來的10％左右，萃取時間降低至原來的5％左右。可見復合萃取對萃取效率有較大的增強效果。這一實驗結果預示著：本項目成果推廣應用，進一步完善，可為分析樣品預處理提供一種新的高效的實驗手段和方法。另外，對兔疫球蛋白lgG生物制品等的滅菌也開始進行有益的應用探討，受到相關企業的關注。
二、技術原理與工藝流程簡介：
1. 實現了在線消解/萃取裝置：包括微波諧振腔（諧振腔形狀與尺寸的設計、諧振腔材質選取以及開孔尺寸的設計與加工）、微波傳輸系統與視窗的設計與加工；實現微波功率從0～1000W連續可調，利用手動三銷釘調配器，調節不同負載下微波最佳傳輸，解決了微波效率問題。在設計中特別注意了微波泄漏問題，并能實時在線測量和顯示微波泄漏量，申請專利5項。
2．研究微波場分布，避免產生過熱，發表研究論文3篇。
3．完成了以9052為PCI接口，雙口RAM，數據采集系統芯片C8051F020組成的數據采集系統。利用DDK開發PCI設備的WDM驅動程序的軟件編程，并利用VC開發了應用程序。
4．設計了計算機與硬件設備的通信協議，用VC++實現了系統硬件設備與計算機的通信，并對計算機與硬件設備的數據交換進行了封裝；然后提出了高速數據采集系統中以內存數據庫eXtremeDB為核心的數據保存方案，根據不同系統的特點設計了定時、強制、選擇三種數據轉移方案，解決了高速數據存儲與海量數據存儲之間的矛盾；在比較各種控制算法的基礎上，確定采用模糊控制算法來實現對化學反應溫度的控制，借助MATLAB對控制算法進行了仿真，用C++實現了該控制算法；通過大量實驗與計算確定了微波功率與磁控管陽極電壓、陽極電壓與脈沖延時時間之間的關系，并將這些關系應用到系統中，在實際應用中取得了較好的控制效果；最后結合VC與Labview，使用activex技術，實現了比傳統VC程序更加人性化、更友好的人機界面；設計了控制算法接口，方便操作人員對控制算法進行在線調整以適應不同的被控對象。
5． 研制出38KHz超聲波功率，由鍵盤任意設定，從0至滿負荷連續可調，在控溫系統中超聲波功率也隨之改變。
6．研究在強微波場中，利用常規測溫方法實現微波場的在線實時準確測溫，采用模糊控制算法實現對化學反應溫度的閉環控制，用C++實現了該控溫算法。
7．多功能智能化系統研究應用于協同萃?。瓪庀嗌V電子捕獲檢測器測定土壤中的多溴代聯苯醚，研究了微波、超聲波共同作用下在線萃取的增強作用，收到很好的效果。
8．反應瓶體積可50～1000ml內更換。
三、技術水平及專利與獲獎情況：
1. 樣機技術性能：
◆ 微波功率從0～1000W連續可調，微波頻率f=2450MHz；
◆ 溫度范圍：室溫～300度；
◆ 研制出38KHz超聲波發射系統，功率從0至滿負荷連續可調，在控溫系統中超聲波功率也隨之改變；
◆ 消解/萃取瓶體積：50～1000毫升。
2.專利申請：
（1） 數字控制功率連續可調微波爐, 專利號ZL98123503.4。
（2） 手機電磁輻射檢測探頭，專利號ZL 03257816.4。
（3） 具有在線實時顯示微波泄漏的微波協助化學反應諧振腔，專利號200410072698.4 。
（4） 微波協助化學反應的諧振腔，專利號ZL200420085324.1。
（5） 微波/超聲波復合增強樣品消解/萃取的諧振裝置，專利號200510016202.6 。
（6） 微波/超聲波復合增強樣品消解/萃取的諧振腔體，專利號ZL200520025301.6。
（7） 微波/超聲波復合增強樣品消解/萃取帶調諧的諧振腔，專利號200510122058.4。
3. 發表論文：在國內外發表了相關研究論文十二篇，其中核心期刊6篇（EI收錄1篇），國際會議5篇（ISTP收錄1篇），國內微波化學會議1篇。
4. 三項技術創新為產業化與拓展應用領城打下基礎：
（1）將微波場與超聲波場兩種不同性質的場施加于同一反應物體，充分發揮各自的長處、協同作用，為在化學、生物以及醫學領域的應用研究提供了新的實驗手段和方法，在課題中解決了超聲波高效耦合問題；
（2） 實現了微波/超聲波協同作用下反應物的控溫算法，采用可擴展標記語言XML來存儲和表示模糊控制算法，并用面向對象的設計思想結合C++對該算法進行了實現，利用Labview（圖形化編程語言）可視化技術建立良好的人機界面；
（3）具有在線實時檢測和顯示微波泄漏量，當超過國家標準時，自動切斷系統的電源，保證操作人員的安全。
5. 獲獎情況：南開大學“微波/超聲波復合智能化系統及其應用”項目獲得2007年度“石油和化工自動化行業科學技術獎” 技術發明二等獎。
四、能為產業解決的關鍵技術：
微波/超聲波復合智能化管道流動式反應裝置已完成小試，正在進行中試研究。