● 中南大學化學化工學院 郝乃瑩

淺析綠色分析化學

● 中南大學化學化工學院 郝乃瑩

分析化學作為化學應用的重要基礎，其綠色化發(fā)展，就是通過化學原理在分析方法和技術設計上的綠色化應用，減少對有害試劑的使用，從源頭阻止污染。本文主要對目前綠色分析化學的發(fā)展情況進行總結(jié)介紹，提出一些個人見解，希望能夠為我國的綠色分析化學發(fā)展提供一些參考。

分析化學 綠色化 技術發(fā)展

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(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。面對這些矛盾帶來的挑戰(zhàn)，靠綠色發(fā)展驅(qū)動、向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型，成為當前各項事業(yè)發(fā)展進程中至關重要的一步。黨的十八屆五中全會明確提出“綠色發(fā)展”的創(chuàng)新理念，是我國“十三五”期間，經(jīng)濟社會發(fā)展的重要工作之一，迫切需要全社會積極行動起來，凝聚綠色共識，共襄綠色發(fā)展。

發(fā)展綠色分析化學的必要性

化學作為與各行業(yè)聯(lián)系緊密的中心科學，在不斷促進人類進步的同時，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。但隨著人們對環(huán)境污染狀況的高度重視，化學不僅僅應用于各個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也開始廣泛運用于監(jiān)測、分析和環(huán)境治理。

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

綠色分析化學技術發(fā)展現(xiàn)狀

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

1.樣品處理前領域

（1）微波消解

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

（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，它具有設備簡單、適用范圍廣、萃取率高、可批量處理樣品、省時、低污染等優(yōu)點。

（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自合成氨廠和天然氣井副產(chǎn)物的回收，不會增加碳排放量，更不會對環(huán)境帶來新的危害。

2.分離富集領域

（1）固相萃取

此項萃取技術開始于20世紀70年代，經(jīng)過長期的發(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，應用范圍越來越廣。

（2）固相微萃取

這種萃取具有體積小、靈敏度高、重現(xiàn)性好、分析周期短及無需使用溶劑等優(yōu)點，主要用于測定環(huán)境樣品中易揮發(fā)的有機物和少數(shù)無機物，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)性的非極性有機物。

3.分析測試技術領域

（1）近紅外技術

采用近紅外光譜對原樣品進行測定分析，可以避免樣品預處理時因使用溶劑對環(huán)境造成的影響，具有快速、保持原樣測量和測量簡單等特點，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，可用于多元素的同時分析。分析過程的各個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、準確度高、分析范圍廣等特點。

（3）毛細管電泳技術

以高壓直流電場為驅(qū)動力進行分離，具有方法簡便、分析時間短等優(yōu)點，廣泛應用于生命、醫(yī)藥、分子生物、臨床醫(yī)學等科學領域。

（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，具有準確度高、回收率高等優(yōu)勢，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外，綠色分析化學在樣品處理技術、分離富集方法領域還有單滴微萃取、中空纖維膜萃取、濁點萃取、離子液體萃取等，在分析方法方面，還有微全分析、光誘導化學蒸氣發(fā)生和催化發(fā)光傳感器等。

綠色分析化學的優(yōu)勢及特點

綜合以上綠色分析化學技術和方法不難看出，綠色分析化學全面遵守綠色化學的“十二原則”和“5R”理論，并具有以下優(yōu)勢和特點：（1）分析過程中避免或大幅減少了化學試劑特別是有機溶劑的使用；（2）在分析實驗過程中，能夠有效減少廢氣、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。

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

關于綠色分析化學發(fā)展的一些思考

綠色分析化學對于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實施有著重要的意義，更對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展有著不可替代的保障作用，它不是一個企業(yè)、一個部門、一個行業(yè)的責任，需要全社會共同承擔，協(xié)同發(fā)展。

1.學校層面，在原有的分析化學學科基礎上，專門設立綠色分析化學研究方向，從人才培養(yǎng)上提供基礎支持

要推行綠色分析化學并使之成為行業(yè)的趨勢，必須重視高等院校及專業(yè)技術學校的教育作用，以此再加大宣傳和加深社會認識了解，增強學生環(huán)保意識和責任感的同時，更為培養(yǎng)出高素質(zhì)的化學人才、推動綠色分析化學事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。

2.政府層面，要將綠色分析化學乃至綠色化學放到政策的高度，出臺一系列的強制標準、法律法規(guī)，為綠色可持續(xù)發(fā)展提供政策支持

目前，美國加州已經(jīng)明確提出綠色化學的法規(guī)提案，并設立“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”，德國、英國、荷蘭等國家也推出政府性的獎勵來推行綠色化學的開展。我國雖然自1995年起，便開展了一系列的綠色化學學術報告及技術研討會，并由國家自然科學基金委員會和中國石油化工集團聯(lián)合設立了“環(huán)境友好石油化工催化化學與化學應用工程”，出版了《綠色化學的評估準則》一書，但在政策立法方面和標準制定、標準體系建設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)和標準準則的出臺，在資金安排、稅收等方面政策上給予大力支持，在各行業(yè)的化學分析國家標準、仲裁分析方法中收錄技術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作為自身發(fā)展的一部分，從而提升全社會綠色發(fā)展意識。

3.企業(yè)層面，要加大新的綠色分析化學技術的開發(fā)應用，以綠色分析化學和綠色化學的發(fā)展作為企業(yè)發(fā)展的總體目標

企業(yè)作為綠色化學、綠色分析化學發(fā)展和應用的主體，首先應當樹立正確的、先進的綠色發(fā)展意識，將推動綠色發(fā)展成為企業(yè)發(fā)展的必要措施和最終目標。在充分利用現(xiàn)有綠色技術和手段的同時，按照綠色化學“原子經(jīng)濟性”的基本原則，在合成方法、溶劑、催化劑及分析技術方面選擇和開發(fā)更為綠色的新應用和新技術，同時，將“互聯(lián)網(wǎng)+”與綠色化學緊密結(jié)合起來，利用計算機技術進行實驗室管理、數(shù)據(jù)處理、設計實驗、選擇最優(yōu)化實驗條件等，在構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)分析、反應性預測等方面，尋找符合綠色化學原則的最佳反應路線、最優(yōu)化過程，減少化學分析次數(shù)和步驟，提升分析的速度和準確度，從而大大減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

綜上所述，我國的綠色分析化學發(fā)展應當以專業(yè)化、系統(tǒng)化、便捷化、網(wǎng)絡化為發(fā)展方向，為綠色化學乃至我國的綠色發(fā)展注入新的活力。