淺析綠色分析化學(xué)

● 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 郝乃瑩

淺析綠色分析化學(xué)

● 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 郝乃瑩

分析化學(xué)作為化學(xué)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，其綠色化發(fā)展，就是通過化學(xué)原理在分析方法和技術(shù)設(shè)計(jì)上的綠色化應(yīng)用，減少對(duì)有害試劑的使用，從源頭阻止污染。本文主要對(duì)目前綠色分析化學(xué)的發(fā)展情況進(jìn)行總結(jié)介紹，提出一些個(gè)人見解，希望能夠?yàn)槲覈?guó)的綠色分析化學(xué)發(fā)展提供一些參考。

分析化學(xué) 綠色化 技術(shù)發(fā)展

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，土地、空氣和水資源環(huán)境的承載能力與發(fā)展需求之間的矛盾日益突出。面對(duì)這些矛盾帶來(lái)的挑戰(zhàn)，靠綠色發(fā)展驅(qū)動(dòng)、向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型，成為當(dāng)前各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中至關(guān)重要的一步。黨的十八屆五中全會(huì)明確提出“綠色發(fā)展”的創(chuàng)新理念，是我國(guó)“十三五”期間，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要工作之一，迫切需要全社會(huì)積極行動(dòng)起來(lái)，凝聚綠色共識(shí)，共襄綠色發(fā)展。

發(fā)展綠色分析化學(xué)的必要性

化學(xué)作為與各行業(yè)聯(lián)系緊密的中心科學(xué)，在不斷促進(jìn)人類進(jìn)步的同時(shí)，也造成了客觀上的環(huán)境污染。究其原因，是由于在最早的化學(xué)工藝流程里，絲毫未把廢氣、廢渣、廢水的排放處理納入考慮。但隨著人們對(duì)環(huán)境污染狀況的高度重視，化學(xué)不僅僅應(yīng)用于各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也開始廣泛運(yùn)用于監(jiān)測(cè)、分析和環(huán)境治理。

目前，我國(guó)政府已將環(huán)境保護(hù)的要求從原始的“先污染、后治理”改變?yōu)榉暇G色化學(xué)要求的“從源頭上根除污染”，這也對(duì)分析化學(xué)的介入提出了明確的要求：分析化學(xué)必須從傳統(tǒng)的對(duì)化學(xué)過程或產(chǎn)品中的危害性物質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制來(lái)防止與減少化學(xué)過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生，從源頭上根除污染。同時(shí)，由于分析化學(xué)自身過程中所使用和產(chǎn)生化學(xué)試劑廢棄物中，存在55%的易燃性和腐蝕性物質(zhì)、42%的有毒物質(zhì)、3%的反應(yīng)活性物質(zhì)，也會(huì)造成一定程度的環(huán)境污染，而且對(duì)分析工作者造成健康隱患。因此，分析化學(xué)本身也需要把自己發(fā)展成為綠色分析化學(xué)。

綠色分析化學(xué)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代末起，分析化學(xué)開始經(jīng)歷第3次變革，分析化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、生物、電子等學(xué)科和激光、等離子、微波、光導(dǎo)纖維等技術(shù)融合在一起，向綜合性的學(xué)科發(fā)展，革新了各領(lǐng)域一批新的儀器分析方法，引領(lǐng)了劃時(shí)代的突破。

1.樣品處理前領(lǐng)域

（1）微波消解

這種技術(shù)具有快速、節(jié)能、減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有高效省時(shí)、低能耗的制樣技術(shù)，多用于電化學(xué)分析、原子光譜分析的樣品處理以及分光光度法測(cè)定各種微量和痕量元素、色譜法測(cè)定尿碘等。

（2）微波萃取

這種萃取方法目前主要用于環(huán)境樣品的分析，與傳統(tǒng)萃取方法相比，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、萃取率高、可批量處理樣品、省時(shí)、低污染等優(yōu)點(diǎn)。

（3）超臨界二氧化碳萃取

用超臨界的二氧化碳作為萃取溶劑，所得萃取物比較干凈，溶劑用量少。而且由于所用的二氧化碳可來(lái)自合成氨廠和天然氣井副產(chǎn)物的回收，不會(huì)增加碳排放量，更不會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)新的危害。

2.分離富集領(lǐng)域

（1）固相萃取

此項(xiàng)萃取技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的液-液萃取法，并且隨著固相新圖層的推出，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

（2）固相微萃取

這種萃取具有體積小、靈敏度高、重現(xiàn)性好、分析周期短及無(wú)需使用溶劑等優(yōu)點(diǎn)，主要用于測(cè)定環(huán)境樣品中易揮發(fā)的有機(jī)物和少數(shù)無(wú)機(jī)物，如殺蟲劑、苯酚、脂肪酸等。

（3）膜萃取

這種萃取方式是把被測(cè)物從水相萃入氣相，主要用于分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性的非極性有機(jī)物。

3.分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域

（1）近紅外技術(shù)

采用近紅外光譜對(duì)原樣品進(jìn)行測(cè)定分析，可以避免樣品預(yù)處理時(shí)因使用溶劑對(duì)環(huán)境造成的影響，具有快速、保持原樣測(cè)量和測(cè)量簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，主要用于農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品等產(chǎn)品的定性和定量分析。

（2）中子活化分析

此種分析法中，最為常用的為X射線熒光分析技術(shù)，可用于多元素的同時(shí)分析。分析過程的各個(gè)階段不需要任何溶劑，幾乎沒有使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)，具有快速、重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高、分析范圍廣等特點(diǎn)。

（3）毛細(xì)管電泳技術(shù)

以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分離，具有方法簡(jiǎn)便、分析時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生命、醫(yī)藥、分子生物、臨床醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。

（4）色譜分離分析

分為固相色譜分離和氣相色譜分離，其中，氣相色譜分離主要用于揮發(fā)性樣品中揮發(fā)性組分的含量，具有準(zhǔn)確度高、回收率高等優(yōu)勢(shì)，主要用于食品、水質(zhì)及生物材料樣品的分析。

除以上常用的各種技術(shù)外，綠色分析化學(xué)在樣品處理技術(shù)、分離富集方法領(lǐng)域還有單滴微萃取、中空纖維膜萃取、濁點(diǎn)萃取、離子液體萃取等，在分析方法方面，還有微全分析、光誘導(dǎo)化學(xué)蒸氣發(fā)生和催化發(fā)光傳感器等。

綠色分析化學(xué)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

綜合以上綠色分析化學(xué)技術(shù)和方法不難看出，綠色分析化學(xué)全面遵守綠色化學(xué)的“十二原則”和“5R”理論，并具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（1）分析過程中避免或大幅減少了化學(xué)試劑特別是有機(jī)溶劑的使用；（2）在分析實(shí)驗(yàn)過程中，能夠有效減少?gòu)U氣、廢渣、廢液等廢棄物的產(chǎn)生；（3）分析過程避免了使用劇毒（包括生態(tài)毒性）試劑；（4）有效減少分析過程中所需的人力和能耗。

通過綠色分析化學(xué)技術(shù)和方法的運(yùn)用，使得整個(gè)分析測(cè)定過程在靈敏度高、精密度高、重現(xiàn)性好、分析速度快、操作程序簡(jiǎn)單和成本消耗低的同時(shí)，也從源頭上有效制止了污染的產(chǎn)生和減少了對(duì)操作者的傷害。

關(guān)于綠色分析化學(xué)發(fā)展的一些思考

綠色分析化學(xué)對(duì)于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施有著重要的意義，更對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展有著不可替代的保障作用，它不是一個(gè)企業(yè)、一個(gè)部門、一個(gè)行業(yè)的責(zé)任，需要全社會(huì)共同承擔(dān)，協(xié)同發(fā)展。

1.學(xué)校層面，在原有的分析化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)上，專門設(shè)立綠色分析化學(xué)研究方向，從人才培養(yǎng)上提供基礎(chǔ)支持

要推行綠色分析化學(xué)并使之成為行業(yè)的趨勢(shì)，必須重視高等院校及專業(yè)技術(shù)學(xué)校的教育作用，以此再加大宣傳和加深社會(huì)認(rèn)識(shí)了解，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)和責(zé)任感的同時(shí)，更為培養(yǎng)出高素質(zhì)的化學(xué)人才、推動(dòng)綠色分析化學(xué)事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。

2.政府層面，要將綠色分析化學(xué)乃至綠色化學(xué)放到政策的高度，出臺(tái)一系列的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)，為綠色可持續(xù)發(fā)展提供政策支持

目前，美國(guó)加州已經(jīng)明確提出綠色化學(xué)的法規(guī)提案，并設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，德國(guó)、英國(guó)、荷蘭等國(guó)家也推出政府性的獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)推行綠色化學(xué)的開展。我國(guó)雖然自1995年起，便開展了一系列的綠色化學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告及技術(shù)研討會(huì)，并由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)石油化工集團(tuán)聯(lián)合設(shè)立了“環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與化學(xué)應(yīng)用工程”，出版了《綠色化學(xué)的評(píng)估準(zhǔn)則》一書，但在政策立法方面和標(biāo)準(zhǔn)制定、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面還存在一定的空缺。因此，必須從政府層面加大法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則的出臺(tái)，在資金安排、稅收等方面政策上給予大力支持，在各行業(yè)的化學(xué)分析國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、仲裁分析方法中收錄技術(shù)成熟的綠色分析方法，使企業(yè)和各行業(yè)部門將推行綠色化學(xué)作為自身發(fā)展的一部分，從而提升全社會(huì)綠色發(fā)展意識(shí)。

3.企業(yè)層面，要加大新的綠色分析化學(xué)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，以綠色分析化學(xué)和綠色化學(xué)的發(fā)展作為企業(yè)發(fā)展的總體目標(biāo)

企業(yè)作為綠色化學(xué)、綠色分析化學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的主體，首先應(yīng)當(dāng)樹立正確的、先進(jìn)的綠色發(fā)展意識(shí)，將推動(dòng)綠色發(fā)展成為企業(yè)發(fā)展的必要措施和最終目標(biāo)。在充分利用現(xiàn)有綠色技術(shù)和手段的同時(shí)，按照綠色化學(xué)“原子經(jīng)濟(jì)性”的基本原則，在合成方法、溶劑、催化劑及分析技術(shù)方面選擇和開發(fā)更為綠色的新應(yīng)用和新技術(shù)，同時(shí)，將“互聯(lián)網(wǎng)+”與綠色化學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理、數(shù)據(jù)處理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件等，在構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)分析、反應(yīng)性預(yù)測(cè)等方面，尋找符合綠色化學(xué)原則的最佳反應(yīng)路線、最優(yōu)化過程，減少化學(xué)分析次數(shù)和步驟，提升分析的速度和準(zhǔn)確度，從而大大減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

綜上所述，我國(guó)的綠色分析化學(xué)發(fā)展應(yīng)當(dāng)以專業(yè)化、系統(tǒng)化、便捷化、網(wǎng)絡(luò)化為發(fā)展方向，為綠色化學(xué)乃至我國(guó)的綠色發(fā)展注入新的活力。