1、綠色分析化學(xué)講座第1頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三日常生活中我們經(jīng)常接觸到“綠色”這個名詞，何為綠色分析化學(xué)？綠色生產(chǎn)基地第2頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三1 綠色化學(xué)和綠色分析化學(xué)的概念及其重要意義1.1 綠色化學(xué)的定義及其重要意義 “綠色化學(xué)”由美國化學(xué)會（ACS）提出。按照美國綠色化學(xué)（Green Chemistry）雜志的定義，綠色化學(xué)是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)有效利用(最好可再生)原料,消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑。其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)品。

2、 而今天的綠色化學(xué)是指能夠保護(hù)環(huán)境的化學(xué)技術(shù)，它可通過使用自然能源, 節(jié)能、節(jié)省資源、減少廢棄物排放量。 第3頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三綠色化學(xué)又稱“環(huán)境無害化學(xué)”、“環(huán)境友好化學(xué)”、“清潔化學(xué)”，綠色化學(xué)是近十年才產(chǎn)生和發(fā)展起來的，是一個 “新化學(xué)嬰兒”。它涉及有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科,內(nèi)容廣泛。而且與低碳和能源發(fā)展息息相關(guān)。綠色化學(xué)的最大特點是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段,因而過程和終端均為零排放或零污染。 第4頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三世界上很多國家已把“化學(xué)的綠色化”作為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一。瑞典

3、皇家科學(xué)院將2005年的諾貝爾化學(xué)獎授予了3位在綠色合成方面做出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家。他們分別是法國石油研究所的伊夫肖萬、美國加州理工學(xué)院的羅伯特格拉布和麻省理工學(xué)院的理查德施羅克。 第5頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染;按照綠色化學(xué)的原則、在理想的化工生產(chǎn)方式;反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。 綠色化學(xué)的研究主要是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化開展的。一直以來,綠色化學(xué)的核心問題包括：第6頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三1.2 綠色分析化學(xué)的定義及其重要意義綠色分析化學(xué)：是

4、把綠色化學(xué)的原理使用在新的分析方法和技術(shù)的設(shè)計方面,是一門從源頭上阻止污染的分析化學(xué)，是把綠色化學(xué)的原理使用在新的分析方法和技術(shù)的設(shè)計方面,其目標(biāo)是利用環(huán)境友好的方法和原理，盡量不用或少用有害試劑，將環(huán)境污減少到最低限度。 第7頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人類越來越多的從地球上獲取大量的化石燃料作為能源，過多燃燒煤炭，石油和天然氣，其燃燒過程中釋放出大量的CO2。同時，森林被大范圍破壞，對CO2的吸收減弱，是大氣中的CO2的濃度大幅度增加。當(dāng)然后果大家都很清楚，地球溫度升高，冰川融化，海平面上升等等，人類面臨著前所未有的災(zāi)難。在“先污染、后治

5、理”的活動中，分析化學(xué)也起著舉足輕重的作用。為適應(yīng)這種新形式的需要，分析化學(xué)的作用也需隨之發(fā)生變化，成為了從源頭上根除污染的分析化學(xué)。第8頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們發(fā)現(xiàn)化學(xué)分析全過程也是化學(xué)物質(zhì)污染排放源。傳統(tǒng)的樣品處理技術(shù)，往往伴隨著大量的污染產(chǎn)生，特別是大量的廢酸、廢氣以及有機(jī)溶劑的廢液，既危害環(huán)境又危害分析者的身體健康，這顯然違背了保護(hù)環(huán)境控制污染的宗旨。在傳統(tǒng)的樣品采集、樣品處理、分析測試和廢液處理的整個過程中，均需使用或產(chǎn)生一些有害的、環(huán)境不友好的物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，在化學(xué)分析的過程中所使用和產(chǎn)生的化學(xué)試劑廢棄物中，易燃和腐蝕性物

6、質(zhì)占55%，有毒物質(zhì)占42%，其余3%為具有反應(yīng)活性的物質(zhì)。由于上述原因，分析化學(xué)本身活動也能對環(huán)境造成污染。在整個分析過程中，有毒物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，不僅涉及到環(huán)境問題，而且分析工作者的健康安全問題也應(yīng)值得人們的重視?？梢姺治龌瘜W(xué)本身也需要自己發(fā)展成為綠色分析。第9頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三 因此，近年來人們致力于少用或不用有機(jī)溶劑和其它化學(xué)試劑，進(jìn)行綠色分析化學(xué)技術(shù)的研究與開發(fā)?，F(xiàn)在綠色分析化學(xué)正在興起，正逐漸成為綠色化學(xué)的核心學(xué)科之一。第10頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三第11頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星

7、期三第12頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2 綠色分析化學(xué)的進(jìn)展綠色分析化學(xué)有兩個最主要的特征。其一就是始終把環(huán)境影響作為一個目標(biāo), 在分析過程中,減少和取消有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生,使分析過程本身盡可能地減少或消除對環(huán)境的影響。綠色分析化學(xué)的另一個重要特種體現(xiàn)在過程分析中。通過發(fā)展新的分析方法與分析技術(shù)，實現(xiàn)在線、原位監(jiān)測，并在有害物質(zhì)形成以前加以控制，從而實現(xiàn)在源頭預(yù)防、控制污染的目標(biāo)。 第13頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三采用物理測試技術(shù)； 采用無毒、無害的試劑,如開發(fā)超臨界流體(SCF),特別是超臨界二氧化碳作溶劑；把一些無試劑的新技術(shù)

8、如超聲、微波,應(yīng)用到分析過程中如超聲萃取法、微波消解法、微波萃取法； 利用儀器掩蔽法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)掩蔽法。就目前而言，綠色分析化學(xué)主要通過下面幾項技術(shù)得到實現(xiàn)： 第14頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.1 綠色樣品處理技術(shù)化學(xué)分析的主要污染物來自于樣品處理，綠色樣品處理技術(shù)的研究與開發(fā)是綠色分析技術(shù)研究的重點.2.1.1 微波消解(MAD)在微波磁場中,被消解樣品的極性分子快速轉(zhuǎn)向和定向排列，從而產(chǎn)生振動。在較高溫度和壓力下消解樣品，可以激活化學(xué)物質(zhì)，從而使氧化劑的氧化能力大大加強(qiáng)，使樣品表層擾動、破裂，并不斷產(chǎn)生新的與試劑接觸的表面，加速了樣品的消解。這樣既節(jié)省了

9、化學(xué)試劑，又縮短了樣品消解的時間。 微波消解是高效省時、低能耗的現(xiàn)代制樣技術(shù)，一般樣品消解時間為常規(guī)方法的十分之一到百分之一。普遍用于原子光譜分析的樣品前處理，也用于電化學(xué)分析，分光光度法測定各種微量和痕量元素及色譜法測定等。第15頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.1.2 微波萃取技術(shù)(MAE)微波萃取技術(shù)是利用微波能提高萃取效率的一種新的樣品處理技術(shù)。MAE是利用微波能強(qiáng)化溶劑萃取效率，即利用微波加熱來加速溶劑對樣品中目標(biāo)萃取物（主要是有機(jī)化合物）的萃取過程。不同物質(zhì)的介電常數(shù)不同，其吸收微波能的程度不同，由此產(chǎn)生的熱量及傳遞給周圍環(huán)境的能量也不同。 第16頁，共

10、26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三微波萃取具有設(shè)備簡單、適用范圍廣、萃取效率高、可同時處理批量樣品、節(jié)省時間、節(jié)省試劑和污染小等優(yōu)點。目前微波萃取主要用于環(huán)境樣品的分析，被處理的樣品有土壤、沉積物和水.萃取對象有多環(huán)芳烴、酚類、殘留農(nóng)藥和一些有機(jī)金屬化合物(如有機(jī)錫和甲基汞等)。 第17頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.1.3 超臨界流體萃取(SFE)SFE是利用超臨界狀態(tài)下的流體所具有的良好溶劑效能提取分離混合物的特定組分，作為萃取劑的超臨界流體可根據(jù)不同提取對象選取不同的氣體，處于超臨界狀態(tài)的物質(zhì)，其密度接近于液體，因而有良好的溶劑性能，其擴(kuò)散

11、系數(shù)接近于氣體(比液體高 12個數(shù)量級)，黏度也接近于氣體，表面張力接近于零，因而具有良好的穿透性，易進(jìn)入固體的孔隙.超臨界流體能快速萃取固體樣品中的有機(jī)物，表現(xiàn)出卓越的萃取性能。SFE 技術(shù)是一種對環(huán)境友好的樣品前處理技術(shù)，它具有耗時短(3060 min) 、污染小、選擇性好、易于其他分析技術(shù)聯(lián)用和可實現(xiàn)自動化分析等優(yōu)點。第18頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.1.4 其他一些綠色樣品處理技術(shù)除了上面幾種常見的綠色樣品處理技術(shù)外，還有固相萃取(SPE)技術(shù)，固相微萃取(SPME)技術(shù)，吹掃捕集法( P&T)技術(shù)，這些都是比較成熟的技術(shù)，已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

12、第19頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.2 綠色分析測試技術(shù)一些測試技術(shù)能夠原位采樣和收集數(shù)據(jù)，從樣品收集、準(zhǔn)備，到分析測試的各個階段，不需要任何溶劑，幾乎沒有使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)，如X射線熒光分析法( XRF) 、掃描電鏡(SEM)-能譜分析技術(shù)、電子探針( EMPA)技術(shù)、X射線衍射（XRD）、近紅外技術(shù)(NIR)和質(zhì)子熒光分析法( PIXE)是優(yōu)越的。還有一些測試技術(shù)需用樣品量少、使用有機(jī)溶劑少、對環(huán)境污染小，如毛細(xì)管電泳(CE) 、頂空氣相色譜等。下面對一些常用技術(shù)簡單作以介紹。第20頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.2.1 X射線

13、熒光分析法(XRF)自從倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)X射線，證實可以用X射線光譜進(jìn)行元素分析。二次世界大戰(zhàn)后，1948年美國海軍實驗室首次研制出波長色散X射線熒光光譜儀。當(dāng)試樣受到X射線、高能粒子束、同步輻射源產(chǎn)生的真空紫外等的照射時，試樣中元素將發(fā)射特征X射線元素在X光照射下產(chǎn)生特征X熒光，在一定條件下，熒光X射線強(qiáng)度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系，為熒光X射線的定性定量分析提供了理論依據(jù)。 X射線熒光(XRF)分析具有分析速度快，重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高、分析范圍廣(包括元素與含量)、試樣制備簡便等特點。另外它能夠原位采樣和收集數(shù)據(jù)，從樣品收集、準(zhǔn)備到分析測試的各個階段，不需要任何溶劑，幾乎沒有使用和產(chǎn)

14、生有害物質(zhì)。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.2.2 電子探針( EMPA)電子探針( EMPA)，全名為電子探針X射線顯微分析儀，又名微區(qū)X射線譜分析儀。是將高度聚焦的電子束聚焦在礦物上，激發(fā)組成礦物元素的特征X射線。用分光器或檢波器測定熒光X射線的波長，并將其強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)樣品對比，或根據(jù)不同強(qiáng)度校正直接計數(shù)出組分含量。電子探針可對試樣進(jìn)行微小區(qū)域成分分析。除H、He、Li、Be等幾個較輕元素外，都可進(jìn)行定性和定量分析。由于電子探針技術(shù)具有操作迅速簡便（相對復(fù)雜的化學(xué)分析方法而言）、實驗結(jié)果的解釋直截了當(dāng)、分析過程不損壞樣品、測量準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點，故在冶金、地

15、質(zhì)、電子材料、生物、醫(yī)學(xué)、考古以及其它領(lǐng)域中得到日益廣泛地應(yīng)用，是礦物測試分析和樣品成分分析的重要工具。第22頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三2.2.3 其他一些綠色分析技術(shù)除了上面幾種常見的綠色樣品處理技術(shù)外，還有近紅外技術(shù)(NIR) 、掃描電鏡(SEM)-能譜分析技術(shù)、質(zhì)子熒光分析法( PIXE)是優(yōu)越的。還有一些測試技術(shù)需用樣品量少、使用有機(jī)溶劑少、對環(huán)境污染小，如毛細(xì)管電泳(CE) 、頂空氣相色譜等。這些都是比較成熟的技術(shù)，已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。第23頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三 可見，無論是在樣品前處理還是樣品分析過程中，通過對分析儀器的微型化、集成化，對分析方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，可以有效地減少對樣品和試劑用量的要求，避免大量有毒、有害試劑的使用，符合21世紀(jì)“綠色分析化學(xué)”的要求。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，12點12分，星期三3 結(jié)語 綠色化學(xué)是經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是解決2 1世紀(jì)環(huán)境和資源問題的根本出路之一。綠色化學(xué)和綠色技術(shù)的興起，為人類解決環(huán)境污染問題，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展提供了有效的手段。綠色分析