浅析绿色分析化学

● 中南大学化学化工学院 郝乃莹

浅析绿色分析化学

● 中南大学化学化工学院 郝乃莹

分析化学作为化学应用的重要基础，其绿色化发展，就是通过化学原理在分析方法和技术设计上的绿色化应用，减少对有害试剂的使用，从源头阻止污染。本文主要对目前绿色分析化学的发展情况进行总结介绍，提出一些个人见解，希望能够为我国的绿色分析化学发展提供一些参考。

分析化学 绿色化 技术发展

随着我国社会经济的飞速发展，土地、空气和水资源环境的承载能力与发展需求之间的矛盾日益突出。面对这些矛盾带来的挑战，靠绿色发展驱动、向绿色发展转型，成为当前各项事业发展进程中至关重要的一步。党的十八届五中全会明确提出“绿色发展”的创新理念，是我国“十三五”期间，经济社会发展的重要工作之一，迫切需要全社会积极行动起来，凝聚绿色共识，共襄绿色发展。

发展绿色分析化学的必要性

化学作为与各行业联系紧密的中心科学，在不断促进人类进步的同时，也造成了客观上的环境污染。究其原因，是由于在最早的化学工艺流程里，丝毫未把废气、废渣、废水的排放处理纳入考虑。但随着人们对环境污染状况的高度重视，化学不仅仅应用于各个产业的发展，也开始广泛运用于监测、分析和环境治理。

目前，我国政府已将环境保护的要求从原始的“先污染、后治理”改变为符合绿色化学要求的“从源头上根除污染”，这也对分析化学的介入提出了明确的要求：分析化学必须从传统的对化学过程或产品中的危害性物质进行实时监测和控制来防止与减少化学过程中有害物质的产生，从源头上根除污染。同时，由于分析化学自身过程中所使用和产生化学试剂废弃物中，存在55%的易燃性和腐蚀性物质、42%的有毒物质、3%的反应活性物质，也会造成一定程度的环境污染，而且对分析工作者造成健康隐患。因此，分析化学本身也需要把自己发展成为绿色分析化学。

绿色分析化学技术发展现状

20世纪70年代末起，分析化学开始经历第3次变革，分析化学与数学、物理、计算机、生物、电子等学科和激光、等离子、微波、光导纤维等技术融合在一起，向综合性的学科发展，革新了各领域一批新的仪器分析方法，引领了划时代的突破。

1.样品处理前领域

（1）微波消解

这种技术具有快速、节能、减轻环境污染等优点，是一种具有高效省时、低能耗的制样技术，多用于电化学分析、原子光谱分析的样品处理以及分光光度法测定各种微量和痕量元素、色谱法测定尿碘等。

（2）微波萃取

这种萃取方法目前主要用于环境样品的分析，与传统萃取方法相比，它具有设备简单、适用范围广、萃取率高、可批量处理样品、省时、低污染等优点。

（3）超临界二氧化碳萃取

用超临界的二氧化碳作为萃取溶剂，所得萃取物比较干净，溶剂用量少。而且由于所用的二氧化碳可来自合成氨厂和天然气井副产物的回收，不会增加碳排放量，更不会对环境带来新的危害。

2.分离富集领域

（1）固相萃取

此项萃取技术开始于20世纪70年代，经过长期的发展，已经取代了传统的液-液萃取法，并且随着固相新图层的推出，应用范围越来越广。

（2）固相微萃取

这种萃取具有体积小、灵敏度高、重现性好、分析周期短及无需使用溶剂等优点，主要用于测定环境样品中易挥发的有机物和少数无机物，如杀虫剂、苯酚、脂肪酸等。

（3）膜萃取

这种萃取方式是把被测物从水相萃入气相，主要用于分析挥发性和半挥发性的非极性有机物。

3.分析测试技术领域

（1）近红外技术

采用近红外光谱对原样品进行测定分析，可以避免样品预处理时因使用溶剂对环境造成的影响，具有快速、保持原样测量和测量简单等特点，主要用于农产品、食品、药品等产品的定性和定量分析。

（2）中子活化分析

此种分析法中，最为常用的为X射线荧光分析技术，可用于多元素的同时分析。分析过程的各个阶段不需要任何溶剂，几乎没有使用和产生有害物质，具有快速、重现性好、准确度高、分析范围广等特点。

（3）毛细管电泳技术

以高压直流电场为驱动力进行分离，具有方法简便、分析时间短等优点，广泛应用于生命、医药、分子生物、临床医学等科学领域。

（4）色谱分离分析

分为固相色谱分离和气相色谱分离，其中，气相色谱分离主要用于挥发性样品中挥发性组分的含量，具有准确度高、回收率高等优势，主要用于食品、水质及生物材料样品的分析。

除以上常用的各种技术外，绿色分析化学在样品处理技术、分离富集方法领域还有单滴微萃取、中空纤维膜萃取、浊点萃取、离子液体萃取等，在分析方法方面，还有微全分析、光诱导化学蒸气发生和催化发光传感器等。

绿色分析化学的优势及特点

综合以上绿色分析化学技术和方法不难看出，绿色分析化学全面遵守绿色化学的“十二原则”和“5R”理论，并具有以下优势和特点：（1）分析过程中避免或大幅减少了化学试剂特别是有机溶剂的使用；（2）在分析实验过程中，能够有效减少废气、废渣、废液等废弃物的产生；（3）分析过程避免了使用剧毒（包括生态毒性）试剂；（4）有效减少分析过程中所需的人力和能耗。

通过绿色分析化学技术和方法的运用，使得整个分析测定过程在灵敏度高、精密度高、重现性好、分析速度快、操作程序简单和成本消耗低的同时，也从源头上有效制止了污染的产生和减少了对操作者的伤害。

关于绿色分析化学发展的一些思考

绿色分析化学对于我国可持续发展战略的顺利实施有着重要的意义，更对传统产业结构调整、实现转型发展有着不可替代的保障作用，它不是一个企业、一个部门、一个行业的责任，需要全社会共同承担，协同发展。

1.学校层面，在原有的分析化学学科基础上，专门设立绿色分析化学研究方向，从人才培养上提供基础支持

要推行绿色分析化学并使之成为行业的趋势，必须重视高等院校及专业技术学校的教育作用，以此再加大宣传和加深社会认识了解，增强学生环保意识和责任感的同时，更为培养出高素质的化学人才、推动绿色分析化学事业的发展添砖加瓦。

2.政府层面，要将绿色分析化学乃至绿色化学放到政策的高度，出台一系列的强制标准、法律法规，为绿色可持续发展提供政策支持

目前，美国加州已经明确提出绿色化学的法规提案，并设立“总统绿色化学挑战奖”，德国、英国、荷兰等国家也推出政府性的奖励来推行绿色化学的开展。我国虽然自1995年起，便开展了一系列的绿色化学学术报告及技术研讨会，并由国家自然科学基金委员会和中国石油化工集团联合设立了“环境友好石油化工催化化学与化学应用工程”，出版了《绿色化学的评估准则》一书，但在政策立法方面和标准制定、标准体系建设方面还存在一定的空缺。因此，必须从政府层面加大法律法规和标准准则的出台，在资金安排、税收等方面政策上给予大力支持，在各行业的化学分析国家标准、仲裁分析方法中收录技术成熟的绿色分析方法，使企业和各行业部门将推行绿色化学作为自身发展的一部分，从而提升全社会绿色发展意识。

3.企业层面，要加大新的绿色分析化学技术的开发应用，以绿色分析化学和绿色化学的发展作为企业发展的总体目标

企业作为绿色化学、绿色分析化学发展和应用的主体，首先应当树立正确的、先进的绿色发展意识，将推动绿色发展成为企业发展的必要措施和最终目标。在充分利用现有绿色技术和手段的同时，按照绿色化学“原子经济性”的基本原则，在合成方法、溶剂、催化剂及分析技术方面选择和开发更为绿色的新应用和新技术，同时，将“互联网+”与绿色化学紧密结合起来，利用计算机技术进行实验室管理、数据处理、设计实验、选择最优化实验条件等，在构效分析、结构分析、反应性预测等方面，寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、最优化过程，减少化学分析次数和步骤，提升分析的速度和准确度，从而大大减少有害物质的产生。

综上所述，我国的绿色分析化学发展应当以专业化、系统化、便捷化、网络化为发展方向，为绿色化学乃至我国的绿色发展注入新的活力。