綠色化學(xué)講座

綠色分析化學(xué)

徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院LCD2012.12日常生活中我們經(jīng)常接觸到“綠色”這個(gè)名詞，何為綠色分析化學(xué)？綠色生產(chǎn)基地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)》（GreenChemistry）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(shí)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(xiǎn)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。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。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(gè)“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(diǎn)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。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。瑞典皇家科學(xué)院將2005年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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。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：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(jì)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(jì)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。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(shí)，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、后治理”的活動(dòng)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)。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(gè)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(jì)，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(dòng)也能對環(huán)境造成污染。在整個(gè)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。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。2綠色分析化學(xué)的進(jìn)展綠色分析化學(xué)有兩個(gè)最主要的特征。其一就是始終把環(huán)境影響作為一個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)在源頭預(yù)防、控制污染的目標(biāo)。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)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(xiàng)技術(shù)得到實(shí)現(xiàn)：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(diǎn).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(dòng)。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(dòng)、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)省了化學(xué)試劑，又縮短了樣品消解的時(shí)間。微波消解是高效省時(shí)、低能耗的現(xiàn)代制樣技術(shù)，一般樣品消解時(shí)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。2.肌1.乘2微波宇萃取某技術(shù)(M鈔AE揮)微波課萃取點(diǎn)技術(shù)塵是利段用微顯波能墳提高溫萃取卻效率忌的一欠種新牢的樣儀品處栗理技告術(shù)。MA句E是利饞用微被波能燈強(qiáng)化凈溶劑音萃取乎效率牧，即射利用藍(lán)微波竊加熱誤來加愛速溶犁劑對折樣品蘋中目致標(biāo)萃狐取物盟（主胖要是傅有機(jī)封化合厘物）冬的萃裳取過溜程。們不同吹物質(zhì)秋的介啞電常不數(shù)不浴同，孩其吸保收微茄波能伏的程甩度不毀同，捧由此混產(chǎn)生醬的熱沉量及延傳遞急給周桐圍環(huán)焰境的疫能量鈔也不艦同。微波招萃取莖具有反設(shè)備理簡單煮、適寶用范訂圍廣旨、萃加取效饞率高拋、可同同時(shí)墓處理遍批量桶樣品閃、節(jié)慨省時(shí)立間、役節(jié)省患試劑央和污送染小筒等優(yōu)耕點(diǎn)。發(fā)目前岔微波龜萃取儲主要崗用于警環(huán)境信樣品孔的分奸析，筑被處朗理的勤樣品登有土氧壤、勉沉積往物和削水.萃取介對象上有多求環(huán)芳兩烴、澆酚類醉、殘任留農(nóng)屑藥和頂一些穴有機(jī)燙金屬延化合賤物(如有浩機(jī)錫與和甲務(wù)基汞俗等)。2.寇1.響3超臨賓界流疏體萃開取(S以FE塔)SF廈E是利皂用超晉臨界芬狀態(tài)露下的諒流體西所具僚有的臣良好員溶劑配效能厲提取慚分離豬混合速物的壇特定藏組分親，作襖為萃規(guī)取劑臥的超免臨界搞流體腦可根飾據(jù)不職同提爹取對并象選滾取不弦同的愉氣體俘，處情于超撤臨界盈狀態(tài)螞的物思質(zhì)，宣其密稿度接機(jī)近于赤液體枝，因湊而有做良好室的溶民劑性聲能，怎其擴(kuò)吧散系耽數(shù)接棕近于夕氣體(比液娃體高1～2個(gè)數(shù)斤量級)，黏朱度也帽接近決于氣告體，錢表面踩張力獵接近嘴于零炮，因咳而具膨有良它好的閱穿透暈性，穿易進(jìn)至入固窯體的貧孔隙.超臨曾界流夢體能濕快速于萃取斜固體府樣品辨中的知有機(jī)按物，瓜表現(xiàn)干出卓甩越的巨萃取受性能污。SF歸E技術(shù)生是一竿種對它環(huán)境尺友好墾的樣啄品前刮處理捎技術(shù)歷，它赤具有辰耗時(shí)眉短(3靈0～60超m爛in置)、污窄染小屬、選惰擇性陰好、促易于輪其他麥分析戶技術(shù)符聯(lián)用傭和可治實(shí)現(xiàn)猜自動(dòng)差化分預(yù)析等潛優(yōu)點(diǎn)賭。2.捏1.零4其他薄一些麗綠色塞樣品足處理根技術(shù)除了杏上面漿幾種齡常見至的綠田色樣國品處叔理技拳術(shù)外息，還源有固繞相萃婚取(S漫PE頁)技術(shù)番，固遙相微否萃取(S乏PM軋E)技術(shù)俘，吹梢掃捕驗(yàn)集法(繪P&吩T)技術(shù)累，這習(xí)些都技是比勸較成富熟的姐技術(shù)概，已那經(jīng)在夕實(shí)際凍生產(chǎn)疤中得皂到了連應(yīng)用抓。2.倚2綠色虜分析絹測試擁技術(shù)一些稻測試胸技術(shù)創(chuàng)能夠甜原位筋采樣廉和收望集數(shù)管據(jù)，冬從樣仍品收對集、旁準(zhǔn)備轎，到趣分析株測試賄的各雨個(gè)階利段，怕不需醋要任壤何溶絨劑，琴幾乎嘉沒有因使用捎和產(chǎn)設(shè)生有幕害物碰質(zhì)，歲如X射線踏熒光咬分析泰法(鞋XR差F)、掃吧描電狗鏡(S解EM徐)-能譜秤分析曲技術(shù)撲、電白子探義針(奧EM均PA素)技術(shù)湖、、X射線征衍射關(guān)（XR池D）、纏近紅上外技栗術(shù)(N寺IR錫)和質(zhì)的子熒勤光分嚴(yán)析法(款PI具XE京)是優(yōu)窯越的繡。還據(jù)有一瞇些測千試技紗術(shù)需騎用樣綱品量笨少、破使用歲有機(jī)額溶劑皺少、鳳對環(huán)散境污談染小超，如葡毛細(xì)月管電愛泳(C貪E)、頂袍空氣棄相色猴譜等反。下懶面對須一些漫常用疫技術(shù)堂簡單轟作以桐介紹哪。2.皇2.鎖1牌X射線裕熒光茫分析拒法(X鍛RF惱)自從碗倫琴為在18紅95年發(fā)及現(xiàn)X射線飼，證庸實(shí)可欣以用X射線碼光譜撒進(jìn)行胸元素驢分析據(jù)。二煙次世塘界大辯戰(zhàn)后魔，19驕48年美燦國海琴軍實(shí)瓜驗(yàn)室譜首次樸研制謠出波勵(lì)長色貴散X射線喝熒光節(jié)光譜隆儀。狀當(dāng)試怒樣受椅到X射線末、高背能粒脫子束刑、同杜步輻憂射源澇產(chǎn)生謎的真刺空紫眼外等駝的照憶射時(shí)斤，試兆樣中第元素術(shù)將發(fā)興射特甩征X射線麥元素昏在X光照詞射下粘產(chǎn)生秋特征X熒光臥，在士一定茫條件吊下，脹熒光X射線抹強(qiáng)度醫(yī)與分?jǐn)匚鲈滤睾盍恐畮Z間存芬在線妨性關(guān)陵系，傅為熒舅光X射線強(qiáng)的定狼性定座量分頭析提海供了爐理論蝴依據(jù)殲。X射線蜘熒光(X門RF揀)分析伸具有談分析唉速度激快，篇重現(xiàn)戴性好慮、準(zhǔn)漁確度項(xiàng)高、銅分析跑范圍腸廣(包括瓣元素芽與含拋量)、試弦樣制捐備簡匆便等串特點(diǎn)端。另榨外它陡能夠彼原位祝采樣玩和收挎集數(shù)員據(jù)，簽從樣勸品收狼集、待準(zhǔn)備鍋到分促析測亞試的窯各個(gè)尚階段妹，不繁需要免任何辛溶劑閱，幾沾乎沒壞有使丈用和領(lǐng)產(chǎn)生擺有害叔物質(zhì)競。2.蝕2.濟(jì)2電子魯探針(佩EM郵PA香)電子檔探針(列EM品PA磨)，全觀名為籮電子斬探針X射線贈(zèng)顯微你分析牌儀，襲又名復(fù)微區(qū)X射線墨譜分巖析儀染。是朽將高客度聚籍焦的必電子梳束聚嶼焦在門礦物批上，射激發(fā)抓組成趴礦物蠟元素誘的特處征X射線偵。用努分光件器或蚊檢波瞇器測訂定熒普光X射線蔑的波駁長，懲并將淚其強(qiáng)槍度與件標(biāo)準(zhǔn)胸樣品擦對比飲，或壇根據(jù)姜不同狡強(qiáng)度餃校正棍直接貞計(jì)數(shù)輛出組勞分含浮量。軍電子淹探針劍可對游試樣磚進(jìn)行仙微小舍區(qū)域沃成分稠分析慰。除H、He、Li、Be等幾烈個(gè)較從輕元瓦素外煤，都黑可進(jìn)傘行定領(lǐng)性和依定量堤分析訂。由崇于電哈子探頸針技笨術(shù)具著有操取作迅宿速簡拼便（吉相對赤復(fù)雜短的化擺學(xué)分周析方浴法而擱言）姜、實(shí)池驗(yàn)結(jié)重果的陰解釋艘直截沿了當(dāng)以、分禁析過貼程不飛損壞奮樣品鋼、測目量準(zhǔn)斯確度頸較高范等優(yōu)冒點(diǎn)，能故在踩冶金竊、地踏質(zhì)、蛇電子燦材料暮、生拋物、情醫(yī)學(xué)橫、考先古以紙及其燥它領(lǐng)商域中浸得到征日益耳廣泛序地應(yīng)避用，李是礦齊物測賠試分益析和涉樣品倡成分飲分析副的重歐要工富具。2.犯2.悶3其他旺一些讓綠色壞分析資技術(shù)除了滴上面梳幾種盡常見躲的綠業(yè)色樣吐品處簡理技賣術(shù)外嫩，還木有近露紅外卡技術(shù)(N俘IR渡)、掃畝描電箱鏡(S明EM傾)-能譜花分析渡技術(shù)乎、質(zhì)位子熒陽光分影析法(訓(xùn)PI耽XE污)是優(yōu)蓬越的齊。還傷有一椅些測雹試技干術(shù)需足用樣錘品量賓少、尸使用替有機(jī)物溶劑寄少、蒼對環(huán)毛境污技染小沿，如粒毛細(xì)奔管電蜜泳(C擾E)、頂吵空氣和相色書譜等弦。這互些都抵是比皺較成黨熟的窩技術(shù)徹，已層經(jīng)在廟實(shí)際凳生產(chǎn)任中得假到了薦應(yīng)用畜。可見問，無缸論是壁在樣堆品前產(chǎn)處理素還是廈樣品偶分析慕過程搞中，偵通過迷對分析仿儀器轉(zhuǎn)的微倆型化驚、集外成化，對分析消方法伏的改陷進(jìn)和幫創(chuàng)新，可鬧以有寄效地狹減少跪?qū)游掌泛偷茉噭┖萦昧坷锏囊锴?，概避免塑大量辜有毒骨、有姑害試咐劑的太使用喪，符緣瑞?1世紀(jì)皮“綠跌色分夫析化已學(xué)”掛的要斬求。3結(jié)