綠色分析化學原理與技術(shù)綜述

綠色分析化學是把綠色化學的原理應用在新技術(shù)的分析與研究中，利用一些先進的技術(shù)，把污染的源頭扼殺在搖籃中，尋找一些不管是對環(huán)境，還是對人都沒有傷害的方法，盡量不用或者少用于二者皆有害的試劑，使化學對環(huán)境的污染降到可以承受的范圍。

一、綠色分析化學的特征

1）涉及范圍比較大

綠色分析化學在我們生活的環(huán)境中，作用范圍非常廣，無論是我們生活中不可缺少的的大氣、水體、土壤，還是給我們提供能量的各種食物以及大自然中的植物、動物等。

2）研究對象復雜

目前為止，全世界的化學品多達1000多萬種，在使用這樣化學品的同時，它們會通過各種形式和途徑進入到環(huán)境中，從而使我們生活的各個方面面臨著污染的危害。這些污染物在環(huán)境中存在含量極小，但是卻給分離和測定帶來了極大的困難。

3）技術(shù)手段多

在研究綠色化學中，所需要的分析方法和測量手段極其多，幾乎涵蓋了現(xiàn)有的所有分析化學的方法。

4）前沿性

目前對綠色分析化學的要求已經(jīng)由傳統(tǒng)的總量分析，逐漸發(fā)展到形態(tài)分析、結(jié)構(gòu)分析以及原位分析，檢測到的含量也越來越低。此外隨著科學技術(shù)的發(fā)展，大量新的化學物質(zhì)和材料不斷被用于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)并排放的環(huán)境中，而對于許多新型污染物往往沒有成熟的分析方法。因此綠色分析化學技術(shù)必須有一定的前沿性與超前性。

5）交叉性

綠色分析化學的發(fā)展離不開與其他各科學科的交叉，不但要應用現(xiàn)代科技分析化學的各項最新成就，還要引用其他各學科的知識，這樣才能使這門學科更加有效地應用于社會生活中。

二、采集以及前處理綠色分析化學樣品的方法

綠色分析化學樣品采集和前處理方法漸漸成為分析效率高低的主要因素，采集與前處理方法的正確與否便顯得尤為重要?，F(xiàn)如今，對于樣品的采樣可分為主動采樣和被動采樣，主動采樣仍然占據(jù)著主導地位，但被動采樣的應用也越來越廣泛。被動采樣研究和應用的范圍還將進一步擴大，會更加關(guān)注一些中等極性、極性和離子性污染物的研究，著重是對一些新型污染物的研究。被動采樣更加關(guān)注采樣過程中是否能夠保證質(zhì)量及控制質(zhì)量，使采樣方法更加趨于標準化，爭取在采樣設(shè)備微型化、環(huán)境友好化、自動化等方面更上一層樓，使方法的靈敏度、準確度和穩(wěn)定性有大的改善。

在樣品前處理方面，固相萃取、加壓溶劑萃取和微波輔助萃取等萃取技術(shù)將會越來越成熟，趨于完善，并成為標準的方法被采用。固相微萃取技術(shù)將更加成熟，纖維種類、萃取對象更加多樣，分析成本大大降低，最終在環(huán)境監(jiān)測實踐中發(fā)揮作用；環(huán)境友好型的微型無溶劑萃取技術(shù)將會繼續(xù)有所提高；還有納米材料、免疫吸附、分子印跡和核酸適體等新技術(shù)的采用，將會極大地提高樣品前處理的選擇性和回收率；微型化、原位化和在線化趨勢將得到更進一步的體現(xiàn)。

1）微波萃取

微波輔助萃取法也稱微波萃取法，是一種新型的萃取技術(shù)，它主要是通過微波能量來提高溶劑萃取效率。該項技術(shù)主要是根據(jù)物質(zhì)吸收微波能力的不同，使物質(zhì)的不同區(qū)域受熱不均勻，最終導致要萃取的物質(zhì)從整個體系中分離出來，被介電常數(shù)較小的萃取溶液所吸收。與我們常用的萃取方法相比，該項技術(shù)具有以下優(yōu)點：A.極性分子選擇的多樣性。極性較高的分子在萃取過程中可以獲得較多的微波能，可以使其運動速度加快。B.萃取速度快。微波萃取中，盛放試樣的器皿不吸收微波且大都是熱的不良導體，因此微波直接作用在試樣上。試樣中的極性分子在微波場中由于高頻極化引起介質(zhì)熱損耗而產(chǎn)生強烈的熱效應，克服了傳統(tǒng)的傳導式加熱方法溫度上升慢的缺點。C.加熱均勻。該項技術(shù)可以使均勻的微波場受熱也均勻，從而不會造成試管的受熱不均。D.高效?？梢酝瑫r進行多個試樣的萃取，效率高。

2）超臨界流體萃取

超臨界流體萃取法是以超臨界條件下的流體作為萃取劑，從固體或液體中萃取出特定的成分，從而達到分離的目的。溶質(zhì)在SCF中的溶解度隨著SCF密度的增大而增大，因此在臨界點附近，溫度和壓力的變化會大大的改變SCF中的溶解能力。進行SCF實驗時，先使溶質(zhì)溶解于SCF中，在通過改變溫度和壓力，降低SCF的密度，使溶質(zhì)在SCF中的溶解度有所降低，直到析出，最后變成氣（C）、固（溶質(zhì)）兩相，從而實現(xiàn)分離。在這一過程中，固體可以分離取出，而氣體萃取機則可以實現(xiàn)循環(huán)利用。

三、綠色分析分離富集技術(shù)

1）采用固相萃取或者固相微萃取技術(shù)

固相萃取是一種以柱色譜分離機理為依托，在分離過程中建立起來的試樣預處理技術(shù)。與液相色譜柱相比，SPE柱一般開口，柱床較短，固定相粒徑較大，因此柱效較低，僅適宜分離保留值相差較大的化合物，主要用于液態(tài)試樣分析前的凈化和富集。

固相微萃取是一項以固相萃取為基礎(chǔ)，同時又擁有萃取富集及解萃優(yōu)點的新型試樣預處理技術(shù)。它就是利用一種特殊的分離裝置，首先要把被測部分從樣本中提取出來，然后結(jié)合色譜進行分析，得出結(jié)果。

2）膜萃取

膜萃取技術(shù)是現(xiàn)在我們常用的一種萃取技術(shù)，它擁有很多優(yōu)點，不僅高效快速，而且還經(jīng)濟環(huán)保，現(xiàn)如今被廣泛應用在液態(tài)與液態(tài)，氣態(tài)與氣態(tài)以及液態(tài)與氣態(tài)分離的過程中。該項技術(shù)的原理主要是人工或使用天然的方法合成一種高分子薄膜，膜具有選擇透過性，我們可以利用這一特性來進行溶質(zhì)與溶劑的分離和提純。膜分離方法的驅(qū)動力主要是壓力差（如反滲透法、氣體分離法）、電位差（如電滲析法）、濃度法（如透析法）、溫度差（如膜蒸餾法）及化學反應等。

四、綠色分析測試的方法

綠色分析測試的內(nèi)容與以往有所不同，主要表現(xiàn)在評價的方式的改變。傳統(tǒng)分析化學的測試僅僅只是來測量元素所占的百分比以及化合物的總含量或總濃度。然而事實研究表明，污染物的毒性與否，跟它存在的方式、環(huán)境及生物過程密切相關(guān)。所以，要想對物質(zhì)的化學環(huán)境屬性做出正確的分析，首先就是要對其生存的環(huán)境和形態(tài)進行測定，然后進行分析總結(jié)，而相應的測試靈敏度高，速度快、準確性好的原位及形態(tài)分析方法是解決這一問題的重要前提，也是綠色分析化學研究的一個重要方向。

1）毛細管電泳法

毛細管電泳在現(xiàn)階段的生物化學發(fā)展過程中至關(guān)重要，它是一種物質(zhì)分離和測試的技術(shù)。該項技術(shù)主要原理是基于離子或帶電粒子在電場的作用下會作定向運動，從而實現(xiàn)分離的目的。高效毛細管電泳技術(shù)是指以高壓電場為驅(qū)動力、在細內(nèi)徑的石英毛細管中、離子或帶電粒子基于淌度和分配系數(shù)的不同而進行高效快速分離的一種電泳新技術(shù)。毛細管電泳高效的一個主要原因是電滲流的產(chǎn)生。電滲流也就是溶液受到外加電場的作用而產(chǎn)生的整體流動的現(xiàn)象。

2）色譜分離法

色譜分析法是利用不同物理化學性質(zhì)的物質(zhì)系數(shù)、屬性或一些其他特性的不同而進行分離的方法。色譜分離法應用廣泛，所包括的分離類型和具體的分離技術(shù)都有多方面的應用，同時該項技術(shù)檢測方法也眾多，是較為常用的一種技術(shù)。若按固定相的幾何形狀分類，可以分為兩大類：一類是固定相裝在柱管中，流動相流經(jīng)柱床使被分離物質(zhì)分離后依次流出色譜柱的柱色譜法；另一類是固定于平面載板上，在流動相流動的過程中，當它經(jīng)過固定相的時候，被分離后的物質(zhì)便會留在固定相上的平面色譜法。然而氣相色譜特別適合于揮發(fā)性化合物的分離分析，所以在環(huán)境化學、石油化工、食品安全和刑偵分析等方面作為常規(guī)分析方法發(fā)揮著不可替代的作用。尤其是氣相色譜與質(zhì)譜的聯(lián)合技術(shù)，能夠在一次進樣中同時實現(xiàn)定性分析與定量分析，已成為強有力的分析技術(shù)。

3）中子活化分析法

中子活化分析法是活化分析中最為重要的一種分析方法，該項技術(shù)的基本原理就是用一定能量的中子、反應堆或加速器，還有可能是帶電粒子或者高能r光子來作為轟擊粒子去轟擊待測試樣，然后來確定物質(zhì)元素成分的定性和定量的分析方法。中子活化分析大致可以分為五步，分別是樣品的采集、活化、化學放射分離、核輻射的測量以及最終的數(shù)據(jù)處理。該項技術(shù)應用廣泛，可以適用于多元素的同時分析，同時它的靈敏度非常高，多用于大氣顆粒物、工業(yè)粉塵、固體廢棄物等中的金屬元素測量。所以它在綠色分析化學方面，能夠得到很好的應用?？梢杂行У胤蛛x出化合物中的各種元素，同時精確地對它們進行分析，這對于綠色化學領(lǐng)域無疑又是一大突破。

五、總結(jié)

綠色化學在當今社會的可持續(xù)發(fā)展過程中占據(jù)著重要地位，綠色化學技術(shù)的發(fā)展對于人類所居住環(huán)境的改善至關(guān)重要。綠色分析化學就是基于綠色分析化學的原理，試著在現(xiàn)有的技術(shù)上有所突破，研究出一些新型的技術(shù)，更好地為人類服務。今后分析化學的發(fā)展方向就是對于人類賴以生存的環(huán)境盡量少污染或者不污染，現(xiàn)在的企業(yè)應該本著對社會負責，讓人們放心的態(tài)度來做事，對于環(huán)境的保護以及污染的治理，要高度重視，最終給人類營造一個綠色的生存空間。

（作者單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院）

作者簡介

劉衛(wèi)東（1967），漢，內(nèi)蒙古，長春地質(zhì)學院巖礦系分析化學，內(nèi)蒙古自治區(qū)第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，014010，礦冶實驗室主任，工程師.