文/ Kerstin Hermuth-Kleischnidt, Thorsten Teutenberg, Tim Apel, Martin J?ger

與傳統(tǒng)的HPLC相比較，μLC更加符合“綠色分析”的要求 // 幾乎沒(méi)有一種檢測(cè)分析方法可以像HPLC那樣在實(shí)驗(yàn)室中普遍應(yīng)用了，但這種分析方法需要使用一些有害試劑，μLC則很好地解決了這一問(wèn)題，使分析方法變得更加環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)。

HPLC 高效液相色譜技術(shù)廣泛地適用于食品、環(huán)境、制藥、材料等各個(gè)領(lǐng)域的有機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，主要用于常規(guī)檢驗(yàn)分析、科學(xué)研究、質(zhì)量控制以及環(huán)境保護(hù)和微量元素的痕跡檢測(cè)等方面。HPLC 也用于危害健康和環(huán)境保護(hù)的低濃度有害物質(zhì)檢測(cè)分析，大多數(shù)情況下，分析這類(lèi)物質(zhì)所使用的分析檢測(cè)方法屬于資源密集型檢測(cè)分析方法，按照EHS 環(huán)境保護(hù)、健康和安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判，其所使用的試劑屬于危險(xiǎn)試劑。而“綠色分析”的原理則展示了一種可持續(xù)性發(fā)展的高效液相色譜分析技術(shù)，也就是一種更加安全、更加生態(tài)和更加經(jīng)濟(jì)的液相色譜分析技術(shù)。

“綠色化學(xué)”是一種可持續(xù)性化學(xué)

化學(xué)能夠做出什么樣的貢獻(xiàn)？現(xiàn)代化和可持續(xù)性發(fā)展的化學(xué)應(yīng)該是什么樣子的？ 1998 年時(shí)Paul Anastas 先生和John C.Warner 先生在《綠色化學(xué)》一書(shū)中提出了“綠色化學(xué)”的12 原則。為了正確地貫徹落實(shí)“綠色化學(xué)”的實(shí)施，近幾年來(lái)“可持續(xù)性化學(xué)”一詞也變得越來(lái)越流行。

液相色譜法是本世紀(jì)最重要的實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)之一，各種不同變型的液相色譜分析技術(shù)都可以在化學(xué)分析、生物化學(xué)分析和藥物研究以及常規(guī)分析中應(yīng)用。因此，在實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)了“綠色色譜”之一詞匯就不足為奇了。其實(shí)驗(yàn)分析方法就是滿(mǎn)足“綠色化學(xué)”的12 項(xiàng)原則。而實(shí)現(xiàn)“綠色色譜”最有效的措施就是取代有毒有害的試劑的使用，以及使用小型化的實(shí)驗(yàn)分析設(shè)備。

可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)分析的評(píng)估方法

“綠色化學(xué)”的12 項(xiàng)原則只是提供了一個(gè)準(zhǔn)則，僅憑這12 項(xiàng)原則還不足以全面地評(píng)估實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程是否滿(mǎn)足了“綠色分析”的要求。還需要根據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)，能夠定性的和定量的評(píng)估“綠色分析”過(guò)程中各個(gè)變量、參數(shù)，例如，在評(píng)判實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中使用的試劑，在實(shí)驗(yàn)分析方法的評(píng)判中，還要考慮其他評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，例如，每次實(shí)驗(yàn)分析時(shí)使用的試劑量，產(chǎn)生廢棄物的量等等。下面介紹幾種常用的實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程評(píng)估方法：

第一種，國(guó)家環(huán)境方法索引NEMI，它是可以定性評(píng)估環(huán)境保護(hù)和安全的工具之一，但它只能提供是或者否兩個(gè)答案。第二種，生態(tài)分析模型（Analytical Eco-Scale），與第一種評(píng)估方法不同，它能給出實(shí)驗(yàn)分析時(shí)所有試劑的類(lèi)型和使用量，以及實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程所消耗的能源和產(chǎn)生廢棄物的量。各項(xiàng)數(shù)據(jù)匯總后換算出來(lái)得分，分?jǐn)?shù)的大小代表了對(duì)環(huán)境影響的程度。另外，它可以對(duì)兩種不同的分析方法進(jìn)行比較。第三種，綠色分析程序指數(shù)GAPI，這種方法可以評(píng)估分析過(guò)程中的步驟，并以前兩種評(píng)估方法為基礎(chǔ)。第四種，HPLC 環(huán)境評(píng)估工具軟件EAT（Environment Assessment Tool），這是專(zhuān)門(mén)為高效液相色譜分析開(kāi)發(fā)的評(píng)估工具。用戶(hù)可以免費(fèi)地使用這款軟件，并對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)分析方法進(jìn)行評(píng)估。它能根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中所用試劑的種類(lèi)和用量，以及對(duì)環(huán)境、健康和安全的危害進(jìn)行評(píng)分。得到的分?jǐn)?shù)越低，則實(shí)驗(yàn)分析方法越安全、環(huán)保。

圖1 利用EAT 環(huán)境評(píng)估工具軟件對(duì)兩種HPLC 液相色譜實(shí)驗(yàn)分析方法對(duì)環(huán)境、健康和安全相關(guān)性進(jìn)行評(píng)估分析的結(jié)果對(duì)比

圖2 HPLC 法和μLC-MS/MS 法所用試劑量的比較

開(kāi)發(fā)可持續(xù)性發(fā)展的HPLC 分析方法

接下來(lái)我們?cè)诟咝б合嗌V-質(zhì)譜法（HPLC-MS）和微量色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（Mikro-LCMS/MS）兩種液相色譜分析方法在地表水和廢水中的微量元素測(cè)定的比較中介紹這一軟件。兩種液相色譜分析的流動(dòng)相都是水和乙腈。使傳統(tǒng)的HPLC，每次分析檢測(cè)都使 用412 mL 的 水 和238 mL 的乙腈。而在微量色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（簡(jiǎn)寫(xiě)為μLC）中，每次流動(dòng)相的使用量只有150 mL（87 mL的水和52 mL 的乙腈），見(jiàn)圖1。在使用μLC 之后，檢測(cè)分析的時(shí)間也從傳統(tǒng)方法的13 分鐘縮短到3.5 分鐘。

圖2 表示的是從環(huán)境保護(hù)和安全保護(hù)的角度，EAT 用于確定HPLC 和μLC 實(shí)驗(yàn)分析方法對(duì)環(huán)境、健康和安全影響。按照EAT軟件工具的評(píng)分辦法，作為流動(dòng)相的水對(duì)環(huán)境、健康和安全沒(méi)有影響，得分為零分，只有乙腈會(huì)對(duì)環(huán)境、健康和安全造成影響。傳統(tǒng)的HPLC 的EAT 環(huán)境評(píng)估值為8.52，μLC 的EAT 值僅為0.13，這就意味著μLC 與傳統(tǒng)的HPLC 相比，對(duì)環(huán)境、健康和安全的影響降低了65 倍。

在經(jīng)濟(jì)性方面，μLC 也大幅度的降低了試劑消耗的成本費(fèi)用。表1 所示就是兩種實(shí)驗(yàn)分析方法進(jìn)行了100 次分析實(shí)驗(yàn)時(shí)所消耗的試劑量。μLC 進(jìn)行100 次分析實(shí)驗(yàn)僅消耗8.7 mL 的水和5.2 mL的乙腈（ACN），成本只有10 歐分左右。這也就意味著：與傳統(tǒng)的HPLC 相比較，μLC 僅僅因節(jié)約試劑消耗量就降低了46 倍的成本費(fèi)用。

從表1 中的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：盡管試劑的消耗量是常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中成本費(fèi)用的一個(gè)組成部分，但它不是常規(guī)分析實(shí)驗(yàn)室成本費(fèi)用中最大的組成部分。在常規(guī)分析實(shí)驗(yàn)室中可以顯著降低成本費(fèi)用的措施是減少了實(shí)驗(yàn)分析時(shí)間。實(shí)驗(yàn)分析時(shí)間的縮短大大的提高了樣本通量，同時(shí)也降低了分析實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)成本。

表1 試劑用量LM 成本計(jì)算示例

LP 本刊提示

“綠色化學(xué)”的12 個(gè)原則

1、直接方法優(yōu)于間接方法；

2、樣本數(shù)量和樣本量的最小化；

3、優(yōu)選在線(xiàn)測(cè)量；

4、實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程和操作（在現(xiàn)有）過(guò)程中的集成，即節(jié)約能源也減少了試劑消耗量；

5、選擇能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和最小化的實(shí)驗(yàn)分析方法；

6、應(yīng)避免衍生化作用；

7、避免產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)分析廢棄物，以及實(shí)驗(yàn)分析廢棄物安全可靠的無(wú)害化處理；

8、優(yōu)先選用能夠同時(shí)完成幾種分析和/或者完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析的方法；

9、盡可能的減少能源消耗；

10、使用可再生原材料進(jìn)行檢測(cè)分析；

11、不使用有毒有害試劑/用無(wú)毒無(wú)害試劑替換；

12、用戶(hù)的安全性最為重要，應(yīng)有盡可能高的安全性。

Mikro-LC 方法的積極成效

與傳統(tǒng)的HPLC 或者超高效液相色譜法（UHPLC）相比較，μLC 的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和生態(tài)優(yōu)勢(shì)是無(wú)可置疑的。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中使用這一分析方法，除了減少試劑消耗量和增加實(shí)驗(yàn)樣本通量之類(lèi)的優(yōu)點(diǎn)之外，更重要的是這一分析方法不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量的下降和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的不穩(wěn)定?；诙嗄陙?lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為這是一種完全理想的實(shí)驗(yàn)分析方法。