绿色化学在分析化学中的应用-百灵威

绿色化学在分析化学中的应用

分析化学是研究物质组成、含量、结构和形态等信息的科学。这一化学重要分支与绿色化学有什么联系呢?

分析化学是评估绿色化学的有效工具,其分析结果是确定使用限制和相关环境监管的主要依据,同时也是绿色化学原则的应用对象。化学分析需要溶剂,试剂和能源消耗,因此也需要遵循绿色化学原则以实现高效和安全。

绿色化学12原则中直接与分析化学相关的包括:
  • 预防
  • 更安全的溶剂和反应条件
  • 预防污染的实时分析
  • 减少事故可能性

绿色分析化学

化学分析的一般步骤包括样品制备、分离、检测和鉴定。在前两个步骤中更容易实践绿色化学;而后两步主要涉及电化学检测,灵敏度高,只需要少量样品,且只有少量废物产生。

样品制备

使用仪器分析是一个发展趋势,因其样品需求量少,可有效利用能源,减少废物产生。光化学法的发展也为样品制备开辟了一条绿色道路。总体而言,在开发新方法时,应寻找毒性更低、成本效益更高和废物产生更少的化合物和工艺。

环保的样品制备技术包括:

溶剂微萃取
  • 瓶内液-液萃取(in-vial LLE)
  • 单滴微萃取(SDME)
  • 液相微萃取(LPME)
  • 液-液-液三相微萃取(LLLME)
吸附微萃取和液体脱附
  • 固相萃取(SPE)
  • 管内固相微萃取(in-tube SPME)
  • 纤维套管固相萃取(fiber-in-tube SPE)
  • 单短柱(SSC)
  • 固相微萃取(SPME)
热脱附
  • 固相微萃取(SPME)
  • 搅拌棒吸附萃取(SBSE)
基质固相分散
  • 基质固相分散(MSPD)
增强的流体/溶剂萃取
  • 超临界流体萃取(SFE)
  • 加压液体萃取(PLE)
  • 亚临界水提取(SWE)
  • 微波辅助提取(MAE)
  • 超声辅助溶剂萃取(SASE)
固体热脱附
  • 直接热脱附(DTD)

在这些技术中,液体样品一般选用固相萃取(SPE)。在线(全自动)固相萃取-液相色谱法(SPE-HPLC)是一种成熟的技术方法,可轻松实现小型化。

分离

分离方法的开发应用,应以减少样品量和溶剂消耗、提高选择性、缩短分析时间、简化仪器结构为目标。

电驱动分离法符合绿色分析化学的要求,与许多色谱法相比,其消耗的溶剂和样品更少。越来越多的实验室开始考虑将毛细管电泳(CE)作为分离复杂样品的标准程序。 此外,微粉化可以减少废物的产生,且对只有非常小量样品的分析至关重要。为了简化操作程序,微型全分析系统(µTAS)将化学分析的所有步骤集成到单个设备中,从而提高选择性和检测限度。微流体设备虽然只需消耗纳米或皮升级样品,但样品通常以微升或毫升级的量转移,这不符合绿色化学的要求。

常用于样品制备和分离中的溶剂是废物的主要来源,因此,使用替代溶剂是绿色分析化学的关键。用于萃取的超临界流体(如水,CO2)不仅可以节省分析时间、减少有机溶剂的消耗,还可以扩大溶剂和流动相的溶解度、极性、挥发性的整体范围。离子液体的良好物理性质,包括低挥发性和适宜的熔点,在实践绿色化学中具有广阔前景。此外,这些替代溶剂具有化学可调性。更多关于绿色溶剂的信息将在下一篇文章中讨论。

分析方法发展迅速,结合绿色化学原则以加强安全健康,并减小对环境影响已是必然趋势。

  1. American Chemical Society
  2. Koel, M. and Kaljurand, M., 2006. Application of the principles of green chemistry in analytical chemistry. Pure and applied chemistry, 78(11), pp.1993-2002.