檢驗檢測機構中的綠色分析化學運用

熱依汗

（新疆輕工職業(yè)技術學院化工環(huán)資分院，新疆烏魯木齊 830021）

隨著人們的環(huán)保意識不斷提升，綠色、無污染概念深入人心，對社會生產(chǎn)、產(chǎn)品質量提出了更高的要求。檢驗檢測機構的檢測樣品量、從業(yè)人員人數(shù)、檢測實驗室等不斷增多。檢測機構中，以食品、環(huán)境、建筑建材等行業(yè)居多。為減少化學廢液的產(chǎn)生，減輕分析人員的勞動強度，降低分析廢液的處置費用，保障分析人員的健康和安全，引入綠色分析理念十分必要。化學分析本身也是一種污染排放源。綠色化學是從源頭上阻止污染物生成，又稱為環(huán)境無害化。綠色化學強調污染預防。傳統(tǒng)樣品處理技術，產(chǎn)生大量有機溶劑的廢液、廢氣、廢酸等，與保護環(huán)境控制污染的理念不相符。綠色分析化學技術受到廣泛關注，少用或不用化學試劑、有機溶劑，是未來分析化學發(fā)展的方向。檢驗檢測機構中應用綠色分析分析具有重要的意義。

一、綠色分析化學概念

美國Namiesnik教授首先提出“綠色分析化學”的概念，其以環(huán)境友好的綠色化學概念為基礎，提出綠色分析。同時綠色分析化學也是今后綠色化學的一個發(fā)展方向，將綠色化學原理應用在分析方法和技術中。在化學分析過程中，要減少或者不使用化學試劑。尤其是控制有機溶劑的使用。避免使用劇毒的試劑，包括生態(tài)毒性[1]。分析過程減少產(chǎn)生固體廢物、液體廢物、氣體廢物。每個樣品分析所需的人力和能耗，也要不斷下降。綠色分析化學是新出現(xiàn)的化學分支，采用先進的理念、高效的科學技術，盡可能地減少對環(huán)境的污染和破壞。在新的分析方法和分析技術手段中，應用綠色化學的理念，進行綠色樣品處理、綠色分析測試等，減少有害物質對環(huán)境造成的影響。

總而言之，綠色分析化學是一門從源頭上阻止污染的分析化學，能夠借助綠色化學的原理在新的分析方法和技術中進行研究。綠色化學指的是根據(jù)化學的各個反應、化學實驗的原料、催化劑、溶劑以及產(chǎn)品的綠色化，能夠從原材料中選擇綠色的試劑，中途加入綠色的溶劑以及各種催化劑，由此來設計出最為安全的綠色成品，也就是安全的化學品。目前來看，時代的發(fā)展，經(jīng)濟的推動，綠色分析化學已經(jīng)成為重要的研究方向，受到了廣大人群的喜愛和追求。

二、常用的綠色分析化學技術

（一）微波消解技術

使用容器經(jīng)過高頻電磁波穿透消解試樣，2 450兆周，對試樣和溶劑進行直接作用。使其極性分子及離子發(fā)生摩擦、震動[2]。微波被吸收后。內部快速升溫。撕裂、震碎、破壞樣品。使其迅速與溶劑作用，從而快速消化。對于飲料、食品、生物樣品的消化等，特別適用微波消解技術。常規(guī)的濕法消解，使用較多的酸堿等化學試劑，污染嚴重，耗能大，干擾多。微波消解技術節(jié)能、快速、簡單，可以克服這些缺點[3]。通常使用3～5ml試劑即可，節(jié)省化學試劑，并且數(shù)分鐘即可消解完全。采用微波消解技術，勞動強度低，空白值低，能夠有效減輕環(huán)境污染。可以說，微波消解技術的發(fā)生能夠在節(jié)約化學試劑的同時縮短樣品的消解時間，相關研究人員借此測定有機氧農(nóng)藥、高錳酸鉀指數(shù)、環(huán)境水樣COD等各個方面內容，均獲得了較為理想的成效。

（二）微波萃取技術

微波萃取技術的根本原理是根據(jù)不同物質的不同結構，以及吸收微波能的不同能力。在微波的作用中，待測組被選擇性地加熱，使其與基體分離，融入微波吸收能力較差的萃取劑中。利用微波進行萃取，提高萃取效率的微波萃取技術，具有污染小、節(jié)省試劑、節(jié)省時間、萃取效率高、適應范圍廣、可同時處理批量樣品等優(yōu)點。樣品杯使用聚四氟乙烯材料制成[4]。微波萃取裝置應用微波萃取裝置，帶有控溫附件。應用具有極性的溶劑，作為萃取溶劑。比如水、丙酮、甲醇、乙醇等。微波萃取能夠處理批量樣品。萃取效率高，適用范圍廣，設備簡單[5]。在微波萃取中，需要注意使用溫度下不分解待測物。對溶劑溫度加強控制，避免其沸騰。

（三）超臨界流體萃取技術

20世紀80年代后期，分析化學中開始應用超臨界流體萃取技術。對混合物的特定組分提取分離中，利用超臨界狀態(tài)下的流體。根據(jù)不同的提取對象，萃取劑的超臨界流體的氣體也有差別。流體具有良好的溶劑效能[6]。在衛(wèi)生檢驗中，CO2為常用氣體。CO2不易與溶質反應，具有良好的不易與溶質反應，臨界條件適宜。并且不會對環(huán)境造成污染。無毒無臭，容易揮發(fā)分離，沸點低、無害、不可燃。商品CO2的純度高。因此，超臨界流體中超臨界二氧化碳的研究相對更加豐富一些，它的密度液體相等，所以具有常規(guī)液態(tài)劑的溶解性。在專業(yè)人員的研究工作中，結合SFE技術開展具體項目研究，正確發(fā)揮出其內在作用，像有機磷殺蟲劑、除草劑以及咖啡因等各種物質研究中都有進展。

（四）固相萃取與固相微萃取技術

通過固相吸附層的液體樣品，除去基體，富集待測物，用少量的溶劑洗脫回收，為固相萃取技術。通常使用10-20ml溶劑即可待測物洗脫回收。在固相萃取的基礎上，逐漸發(fā)展出現(xiàn)固相微萃取技術[7]。固相微萃取技術是一種無溶劑樣品處理技術。作為新技術，固相微萃取具有解吸、富集、萃取的功能。固相微萃取技術的裝置類似微量注射器，萃取頭鞘內放置有萃取頭，使用時取出。封閉體系刺入，控制桿旋轉，就可以萃取頭使用。濃縮樣品中的某些化合物，液上萃取，液體中都可以放入萃取頭。使用后繼續(xù)放置在萃取頭鞘內。可以直接進入氣相色譜儀汽化室。不經(jīng)任何溶劑洗脫，完成解吸附。導入色譜柱，經(jīng)流動相，進行濃縮、分離、提取等。相比常規(guī)的索氏提取，固相微萃取技術所需樣品量少，不需要復雜的儀器設備，并且無需有機溶劑，具有較高的靈敏度，操作更加簡便快速。

（五）液膜萃取技術

液膜萃取技術也被稱為液膜分離，指的是將第三種液體展成膜狀來隔開兩個液相，進而使料液中的某些組分透過液膜進入到接收液，真正意義上實現(xiàn)液料組分的分離。液膜氛圍乳狀液膜和支撐液膜，在不同的載體中達到選擇性分析。液膜是懸浮在液體中比較薄的一層乳液微粒，它既可以將兩個組成不同且互相融合的液體隔離開，能夠起到分離的實際作用。作為新的樣品富集技術，液膜萃取技術不需要使用大量有機溶劑，方便儀器聯(lián)機，具有較高的富集效率及選擇性。被測物從水相，經(jīng)過吸附界面的膜萃取，萃入氣相。氣相色譜分析單元、吸附劑界面單元、中空纖維膜細管等，均為載氣流經(jīng)過的膜萃取的過程。作為一種綠色分析技術，液膜萃取技術完全不使用有機溶劑。對于半揮發(fā)、揮發(fā)性的有機物，可以使用液膜萃取技術進行分析。在現(xiàn)實生活中，液膜萃取技術多數(shù)作為環(huán)境樣品前處理技術，在各種水體中污染物的測定應用比較廣泛，且實用性較強。

（六）頂空氣相色譜分析技術

頂空氣相色譜分析技術的原理就在于根據(jù)某些氣體易擴散、易揮發(fā)的特性來組織實驗操作。頂空氣相色譜分析技術具有節(jié)省溶劑，節(jié)省人力，減少時間、樣品處理簡單，操作便捷，干擾相對較少等優(yōu)勢。作為固體、液體樣品中揮發(fā)性組分間接分析的方法，頂空氣相色譜分析技術使用密閉的容器中，放置揮發(fā)性的樣品。實現(xiàn)相平衡的上部的氣體與樣品中的組分。注意在此過程中保持恒定的溫度。色譜分析時，取上部的氣體[8]。樣品中揮發(fā)性組分的含量即可獲得。頂空氣相色譜分析技術使用中，能夠延長色譜柱的壽命，使用注入的為比較清潔的氣體。

三、綠色分析化學方法在檢驗檢測機構中的應用

（一）樣品前處理環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)樣品前處理的方法，主要是消解、萃取。分離及濃縮樣品中待測組分，采取萃取方式。從而分析有機物的濃度。分析人員需要長時間接觸揮發(fā)性有機物，增加工作風險。分析人員也承擔較大的勞動強度[9]。并且需要使用大量的有機溶劑進行操作。分離與濃縮樣品中的待測組分，化學檢測技術不斷發(fā)展，方法不斷增多，比如液膜萃取、固相微萃取、固相萃取、超臨界流體萃取、微波萃取、加壓溶劑萃取等。目前的技術條件下，部分檢驗檢測要求分析一些參數(shù)。要求符合常規(guī)評價指標，分析速度、靈敏度、準確度、精密度、回收率等。萃取液部分使用中，仍需要有機溶劑。因此，在具體的選擇中，化學試劑和方法需要采取環(huán)境危害性相對較小、毒性比較低的方式[10]。樣品前處理不僅有干擾物分離等，使用綠色試劑和設備的方式。也有數(shù)學分離技術，應用化學計量學方法。利用多維數(shù)陣成分分解算法，減少物理或化學分離，使干擾物質的影響消除。待測組分數(shù)據(jù)相對比較準確。

重金屬含量分析中，消解在樣品前處理環(huán)節(jié)應用非常普遍。比如分析土壤、水、食品、樣品成分等。分析水污染參數(shù)化學需氧量，是環(huán)境分析的重要內容之一。要求消解待測水樣。高溫干法分解法、熔融消解法、濕法消解法等，都是傳統(tǒng)的消解方法。食品、環(huán)境樣品中，應用濕法消解法比較多。大量的強腐蝕性無機酸，都需要實際操作時應用。比如硫酸等。酸霧等污染物也會在消解過程中產(chǎn)生。綠色樣品處理設備常用微波消解儀。與傳統(tǒng)加熱消解方式相比，微波消解儀利用微波的熱效應，污染小，試劑消耗少，樣品分解速度快。可以減少工作人員的工作強度。密閉微波消解，也不會產(chǎn)生酸霧，對分析人員的健康有保障。

（二）分析環(huán)節(jié)

根據(jù)自動化程度、化學試劑、是否需要樣品前處理，分析環(huán)節(jié)的綠色分析技術，可以分為三類。第一，自動分析技術和設備，主要目的是保障分析人員的人身健康安全，減輕分析人員的勞動強度。包括在線分析儀器，稀釋、移液、自動稱量等儀器設備。在線分析儀器對待測樣品可以實時自動分析，獲得連續(xù)輸出信號，準確的數(shù)據(jù)[11]。在水質自動監(jiān)測、環(huán)境大氣、工業(yè)過程控制等檢測中，在線分析儀器技術應用普遍。第二，減少分析廢液的技術，減少使用試劑和樣品用量。比常規(guī)化學分析方法更加優(yōu)越。代表性的綠色分析化學技術微流控技術、流動注射分析技術等。使用儀器，向流動著的試劑溶液載流中，注入一定體積的試樣溶液。進行混合反應，從而處理數(shù)據(jù)，分析測定，通過流通檢測器進行。此為流動注射分析。流動注射分析是非穩(wěn)態(tài)技術。使用的試樣、試劑的用量，只是常規(guī)分析方法的幾十分之一。分析儀器具有較高的自動化程度，基于流動注射原理。有利于降低工作人員的勞動強度。第三，綠色分析技術為樣品處理不需要，或者處理簡單，化學試劑需要少量或者不需要。在水質、礦物、土壤、食品、糧食等檢驗檢測中，激光誘導擊穿光譜、近紅外光譜、拉曼光譜等技術逐漸應用。不需要破壞性處理樣品[12]。對不同形態(tài)的樣品，這些技術可以直接測定。包括膠狀體、半固體、固體、液體等。隨著化學計量學的發(fā)展，數(shù)學模型不斷進步，能夠用于這些測量原理，促進樣品的檢測分析，提升檢測工作效率。基于綠色分析化學原理，應用綠色分析化學技術，進行檢驗檢測，需要注意盡量選用低能耗的儀器和備，減少碳排放及實驗室的能耗。

四、總結

總之，在檢驗檢測機構中，化學分析是重要的手段。化學分析可以提供相關的數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)生活等各個領域。但同時，化學分析也是一種污染排放源，會產(chǎn)生環(huán)境污染問題。綠色分析化學的應用十分重要。在整個化學分析過程中，分析測試、樣品處理、廢液處理等，都可能出現(xiàn)有害的物質。合理利用綠色分析方法技術，無污染或者少污染，能夠減少有害化學物質的產(chǎn)生，減輕對環(huán)境的影響。綠色分析化學從源頭上根除污染，更新傳統(tǒng)的化學檢測思維，是化學檢驗檢測的發(fā)展趨勢，對保障分析人員的健康安全、降低勞動強度、促進環(huán)境保護有重要的意義。在檢驗檢測機構中，綠色分析化學方法也會更加廣泛地應用。