檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中的綠色分析化學(xué)運(yùn)用

熱依汗

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)不斷提升，綠色、無(wú)污染概念深入人心，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)樣品量、從業(yè)人員人數(shù)、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等不斷增多。檢測(cè)機(jī)構(gòu)中，以食品、環(huán)境、建筑建材等行業(yè)居多。為減少化學(xué)廢液的產(chǎn)生，減輕分析人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低分析廢液的處置費(fèi)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?；瘜W(xué)分析本身也是一種污染排放源。綠色化學(xué)是從源頭上阻止污染物生成，又稱為環(huán)境無(wú)害化。綠色化學(xué)強(qiáng)調(diào)污染預(yù)防。傳統(tǒng)樣品處理技術(shù)，產(chǎn)生大量有機(jī)溶劑的廢液、廢氣、廢酸等，與保護(hù)環(huán)境控制污染的理念不相符。綠色分析化學(xué)技術(shù)受到廣泛關(guān)注，少用或不用化學(xué)試劑、有機(jī)溶劑，是未來(lái)分析化學(xué)發(fā)展的方向。檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用綠色分析分析具有重要的意義。

一、綠色分析化學(xué)概念

美國(guó)Namiesnik教授首先提出“綠色分析化學(xué)”的概念，其以環(huán)境友好的綠色化學(xué)概念為基礎(chǔ)，提出綠色分析。同時(shí)綠色分析化學(xué)也是今后綠色化學(xué)的一個(gè)發(fā)展方向，將綠色化學(xué)原理應(yīng)用在分析方法和技術(shù)中。在化學(xué)分析過(guò)程中，要減少或者不使用化學(xué)試劑。尤其是控制有機(jī)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(guò)程減少產(chǎn)生固體廢物、液體廢物、氣體廢物。每個(gè)樣品分析所需的人力和能耗，也要不斷下降。綠色分析化學(xué)是新出現(xiàn)的化學(xué)分支，采用先進(jìn)的理念、高效的科學(xué)技術(shù)，盡可能地減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞。在新的分析方法和分析技術(shù)手段中，應(yīng)用綠色化學(xué)的理念，進(jìn)行綠色樣品處理、綠色分析測(cè)試等，減少有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成的影響。

總而言之，綠色分析化學(xué)是一門從源頭上阻止污染的分析化學(xué)，能夠借助綠色化學(xué)的原理在新的分析方法和技術(shù)中進(jìn)行研究。綠色化學(xué)指的是根據(jù)化學(xué)的各個(gè)反應(yīng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(lái)設(shè)計(jì)出最為安全的綠色成品，也就是安全的化學(xué)品。目前來(lái)看，時(shí)代的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)，綠色分析化學(xué)已經(jīng)成為重要的研究方向，受到了廣大人群的喜愛(ài)和追求。

二、常用的綠色分析化學(xué)技術(shù)

（一）微波消解技術(shù)

使用容器經(jīng)過(guò)高頻電磁波穿透消解試樣，2 450兆周，對(duì)試樣和溶劑進(jìn)行直接作用。使其極性分子及離子發(fā)生摩擦、震動(dòng)[2]。微波被吸收后。內(nèi)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(duì)于飲料、食品、生物樣品的消化等，特別適用微波消解技術(shù)。常規(guī)的濕法消解，使用較多的酸堿等化學(xué)試劑，污染嚴(yán)重，耗能大，干擾多。微波消解技術(shù)節(jié)能、快速、簡(jiǎn)單，可以克服這些缺點(diǎn)[3]。通常使用3～5ml試劑即可，節(jié)省化學(xué)試劑，并且數(shù)分鐘即可消解完全。采用微波消解技術(shù)，勞動(dòng)強(qiáng)度低，空白值低，能夠有效減輕環(huán)境污染。可以說(shuō)，微波消解技術(shù)的發(fā)生能夠在節(jié)約化學(xué)試劑的同時(shí)縮短樣品的消解時(shí)間，相關(guān)研究人員借此測(cè)定有機(jī)氧農(nóng)藥、高錳酸鉀指數(shù)、環(huán)境水樣COD等各個(gè)方面內(nèi)容，均獲得了較為理想的成效。

（二）微波萃取技術(shù)

微波萃取技術(shù)的根本原理是根據(jù)不同物質(zhì)的不同結(jié)構(gòu)，以及吸收微波能的不同能力。在微波的作用中，待測(cè)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(jìn)行萃取，提高萃取效率的微波萃取技術(shù)，具有污染小、節(jié)省試劑、節(jié)省時(shí)間、萃取效率高、適應(yīng)范圍廣、可同時(shí)處理批量樣品等優(yōu)點(diǎn)。樣品杯使用聚四氟乙烯材料制成[4]。微波萃取裝置應(yīng)用微波萃取裝置，帶有控溫附件。應(yīng)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(shè)備簡(jiǎn)單[5]。在微波萃取中，需要注意使用溫度下不分解待測(cè)物。對(duì)溶劑溫度加強(qiáng)控制，避免其沸騰。

（三）超臨界流體萃取技術(shù)

20世紀(jì)80年代后期，分析化學(xué)中開(kāi)始應(yīng)用超臨界流體萃取技術(shù)。對(duì)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(duì)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(yàn)中，CO2為常用氣體。CO2不易與溶質(zhì)反應(yīng)，具有良好的不易與溶質(zhì)反應(yīng)，臨界條件適宜。并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。無(wú)毒無(wú)臭，容易揮發(fā)分離，沸點(diǎn)低、無(wú)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(duì)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(jié)合SFE技術(shù)開(kāi)展具體項(xiàng)目研究，正確發(fā)揮出其內(nèi)在作用，像有機(jī)磷殺蟲劑、除草劑以及咖啡因等各種物質(zhì)研究中都有進(jìn)展。

（四）固相萃取與固相微萃取技術(shù)

通過(guò)固相吸附層的液體樣品，除去基體，富集待測(cè)物，用少量的溶劑洗脫回收，為固相萃取技術(shù)。通常使用10-20ml溶劑即可待測(cè)物洗脫回收。在固相萃取的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展出現(xiàn)固相微萃取技術(shù)[7]。固相微萃取技術(shù)是一種無(wú)溶劑樣品處理技術(shù)。作為新技術(shù)，固相微萃取具有解吸、富集、萃取的功能。固相微萃取技術(shù)的裝置類似微量注射器，萃取頭鞘內(nèi)放置有萃取頭，使用時(shí)取出。封閉體系刺入，控制桿旋轉(zhuǎn)，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(nèi)。可以直接進(jìn)入氣相色譜儀汽化室。不經(jīng)任何溶劑洗脫，完成解吸附。導(dǎo)入色譜柱，經(jīng)流動(dòng)相，進(jìn)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(shù)所需樣品量少，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，并且無(wú)需有機(jī)溶劑，具有較高的靈敏度，操作更加簡(jiǎn)便快速。

（五）液膜萃取技術(shù)

液膜萃取技術(shù)也被稱為液膜分離，指的是將第三種液體展成膜狀來(lái)隔開(kāi)兩個(gè)液相，進(jìn)而使料液中的某些組分透過(guò)液膜進(jìn)入到接收液，真正意義上實(shí)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(dá)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(gè)組成不同且互相融合的液體隔離開(kāi)，能夠起到分離的實(shí)際作用。作為新的樣品富集技術(shù)，液膜萃取技術(shù)不需要使用大量有機(jī)溶劑，方便儀器聯(lián)機(jī)，具有較高的富集效率及選擇性。被測(cè)物從水相，經(jīng)過(guò)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(xì)管等，均為載氣流經(jīng)過(guò)的膜萃取的過(guò)程。作為一種綠色分析技術(shù)，液膜萃取技術(shù)完全不使用有機(jī)溶劑。對(duì)于半揮發(fā)、揮發(fā)性的有機(jī)物，可以使用液膜萃取技術(shù)進(jìn)行分析。在現(xiàn)實(shí)生活中，液膜萃取技術(shù)多數(shù)作為環(huán)境樣品前處理技術(shù)，在各種水體中污染物的測(cè)定應(yīng)用比較廣泛，且實(shí)用性較強(qiáng)。

（六）頂空氣相色譜分析技術(shù)

頂空氣相色譜分析技術(shù)的原理就在于根據(jù)某些氣體易擴(kuò)散、易揮發(fā)的特性來(lái)組織實(shí)驗(yàn)操作。頂空氣相色譜分析技術(shù)具有節(jié)省溶劑，節(jié)省人力，減少時(shí)間、樣品處理簡(jiǎn)單，操作便捷，干擾相對(duì)較少等優(yōu)勢(shì)。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(shù)使用密閉的容器中，放置揮發(fā)性的樣品。實(shí)現(xiàn)相平衡的上部的氣體與樣品中的組分。注意在此過(guò)程中保持恒定的溫度。色譜分析時(shí)，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(shù)使用中，能夠延長(zhǎng)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(xué)方法在檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)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(cè)組分，采取萃取方式。從而分析有機(jī)物的濃度。分析人員需要長(zhǎng)時(shí)間接觸揮發(fā)性有機(jī)物，增加工作風(fēng)險(xiǎn)。分析人員也承擔(dān)較大的勞動(dòng)強(qiáng)度[9]。并且需要使用大量的有機(jī)溶劑進(jìn)行操作。分離與濃縮樣品中的待測(cè)組分，化學(xué)檢測(cè)技術(shù)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(shù)條件下，部分檢驗(yàn)檢測(cè)要求分析一些參數(shù)。要求符合常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析速度、靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度、回收率等。萃取液部分使用中，仍需要有機(jī)溶劑。因此，在具體的選擇中，化學(xué)試劑和方法需要采取環(huán)境危害性相對(duì)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(shè)備的方式。也有數(shù)學(xué)分離技術(shù)，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。利用多維數(shù)陣成分分解算法，減少物理或化學(xué)分離，使干擾物質(zhì)的影響消除。待測(cè)組分?jǐn)?shù)據(jù)相對(duì)比較準(zhǔn)確。

重金屬含量分析中，消解在樣品前處理環(huán)節(jié)應(yīng)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(xué)需氧量，是環(huán)境分析的重要內(nèi)容之一。要求消解待測(cè)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(yīng)用濕法消解法比較多。大量的強(qiáng)腐蝕性無(wú)機(jī)酸，都需要實(shí)際操作時(shí)應(yīng)用。比如硫酸等。酸霧等污染物也會(huì)在消解過(guò)程中產(chǎn)生。綠色樣品處理設(shè)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(yīng)，污染小，試劑消耗少，樣品分解速度快?？梢詼p少工作人員的工作強(qiáng)度。密閉微波消解，也不會(huì)產(chǎn)生酸霧，對(duì)分析人員的健康有保障。

（二）分析環(huán)節(jié)

根據(jù)自動(dòng)化程度、化學(xué)試劑、是否需要樣品前處理，分析環(huán)節(jié)的綠色分析技術(shù)，可以分為三類。第一，自動(dòng)分析技術(shù)和設(shè)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(dòng)強(qiáng)度。包括在線分析儀器，稀釋、移液、自動(dòng)稱量等儀器設(shè)備。在線分析儀器對(duì)待測(cè)樣品可以實(shí)時(shí)自動(dòng)分析，獲得連續(xù)輸出信號(hào)，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[11]。在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、環(huán)境大氣、工業(yè)過(guò)程控制等檢測(cè)中，在線分析儀器技術(shù)應(yīng)用普遍。第二，減少分析廢液的技術(shù)，減少使用試劑和樣品用量。比常規(guī)化學(xué)分析方法更加優(yōu)越。代表性的綠色分析化學(xué)技術(shù)微流控技術(shù)、流動(dòng)注射分析技術(shù)等。使用儀器，向流動(dòng)著的試劑溶液載流中，注入一定體積的試樣溶液。進(jìn)行混合反應(yīng)，從而處理數(shù)據(jù)，分析測(cè)定，通過(guò)流通檢測(cè)器進(jìn)行。此為流動(dòng)注射分析。流動(dòng)注射分析是非穩(wěn)態(tài)技術(shù)。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(dòng)化程度，基于流動(dòng)注射原理。有利于降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。第三，綠色分析技術(shù)為樣品處理不需要，或者處理簡(jiǎn)單，化學(xué)試劑需要少量或者不需要。在水質(zhì)、礦物、土壤、食品、糧食等檢驗(yàn)檢測(cè)中，激光誘導(dǎo)擊穿光譜、近紅外光譜、拉曼光譜等技術(shù)逐漸應(yīng)用。不需要破壞性處理樣品[12]。對(duì)不同形態(tài)的樣品，這些技術(shù)可以直接測(cè)定。包括膠狀體、半固體、固體、液體等。隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，數(shù)學(xué)模型不斷進(jìn)步，能夠用于這些測(cè)量原理，促進(jìn)樣品的檢測(cè)分析，提升檢測(cè)工作效率?；诰G色分析化學(xué)原理，應(yīng)用綠色分析化學(xué)技術(shù)，進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，需要注意盡量選用低能耗的儀器和備，減少碳排放及實(shí)驗(yàn)室的能耗。

四、總結(jié)

總之，在檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中，化學(xué)分析是重要的手段?；瘜W(xué)分析可以提供相關(guān)的數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)生活等各個(gè)領(lǐng)域。但同時(shí)，化學(xué)分析也是一種污染排放源，會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。綠色分析化學(xué)的應(yīng)用十分重要。在整個(gè)化學(xué)分析過(guò)程中，分析測(cè)試、樣品處理、廢液處理等，都可能出現(xiàn)有害的物質(zhì)。合理利用綠色分析方法技術(shù)，無(wú)污染或者少污染，能夠減少有害化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生，減輕對(duì)環(huán)境的影響。綠色分析化學(xué)從源頭上根除污染，更新傳統(tǒng)的化學(xué)檢測(cè)思維，是化學(xué)檢驗(yàn)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)保障分析人員的健康安全、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)有重要的意義。在檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中，綠色分析化學(xué)方法也會(huì)更加廣泛地應(yīng)用。