对绿色分析化学与教育的探讨

（四川工商职业技术学院，四川 都江堰 611830）

摘 要：绿色分析化学是将绿色化学原理用在分析方法和分析技术的设计上，是从源头上阻止污染的分析化学。绿色分析化学包括绿色样品的制备技术、绿色分析技术。我们把绿色分析化学融于教学内容和课程体系改革中，能减少分析化学对环境的影响，为实现环境友好作出积极的贡献。

关键词：绿色化学，绿色分析化学，绿色教育

什么是绿色化学？绿色化学的口号在化学工业非常发达的美国提出的，并迅速产生不同凡响。1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令，它源于“废物最小化”的思想。1991年后，“绿色化学”由美国化学学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，反应物的原子全部转化为期望的最终产物。传统的化学为人类作出了巨大贡献，提供了难以数计的物质产品，使得今天的人类生活是如此的丰富多彩。但传统化学目前却面临着人类环境保护、生态危机等问题的巨大挑战。全球的十大环境问题中的大部分，如大气污染、臭氧层破坏、土地退化和荒漠化等都直接与化学物质污染有关。当代全球问题的实质是人类生存的危机，是人与自然矛盾的激化。绿色化学正是在这一背景下应运而生的，绿色象征人与自然和谐，绿色化学是人类生存和社会可持续发展的必然选择。

什么是绿色分析化学？绿色分析化学是指从源头上阻止污染的分析化学，是把绿色化学的原理用在新的分析方法和分析技术的设计方面，其目标是利用环境友好的方法和原理，尽量不用或少用有害试剂，将环境污染减少到最低限度。在许多领域，环境保护的活动和进步与分析化学的发展是密不可分的。而人类面临的日趋严重的生态危机、环境问题等都只有用分析化学领域的技术才能识别它们。由此可见分析化学是保护我们赖以生存的地球的重要基础。

1  绿色分析化学技术及研究进展

绿色分析化学技术主要包括：绿色样品的制备技术和绿色分析技术。

1.1 绿色样品的制备技术

（1）微波消解   这是一种革新的样品处理技术，微波是一种内加热，加热速度快，只需外加热的1/10到1/100的时间即可完成。微波消解制备样品技术普遍用于原子光谱分析的样品前处理,也用于电化学分析、分光光度法测定各种微量和痕量元素以及色谱法中。其原理是在微波磁场中,被消解样品的极性分子快速转向和定向排列，从而产生振动。在较高温度和压力下消解样品，可以激活化学物质，从而使氧化剂的氧化能力大大加强，使样品表层扰动、破裂，并不断产生新的与试剂接触的表面，加速了样品的消解。微波消解具有简单、快速、节能、节省化学试剂、减轻环境污染、空白值低和劳动强度低等优点。

（2）微波萃取   微波萃取技术是利用微波能提高萃取效率的一种新的样品处理技术，原理是由于不同物质的结构不同，吸收微波能的能力各有差异，在微波的作用下，某些待测组分被选择地加热，使之与基体分离，进入微波吸收能力较差的萃取剂中。热效率较高，升温快速而均匀，故显著缩短了萃取时间，提高了萃取效率。例如：索氏萃取法处理一个样品通常需要12—24小时，消耗上百毫升有机、无机试剂，而用微波萃取可将萃取时间缩短到0.5小时之内，溶剂的消耗量可隆至50mL以下。与传统的萃取法要相比，微波萃取法具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、可同时处理批量样品、节省时间、节省试剂和污染小等优点。

（3）超临界流体萃取   SCFE是近年来发展起来的一种新型分离技术，目前使用最多的一种超临界流体是超临界二氧化碳，超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点（Te=304.265，Pe=7.185MPa）。处于超临界状态的物质，其密度接近于液体，因而有良好的溶剂性能。其扩散系数接近于气体，黏度也接近于气体，表面张力接近于零，因而具有良好的穿透性。超临界流体萃取特别适用于易热分解或易氧化的物质的分离提纯。其最大的优点是对人和动物无毒、无害、不燃、无腐蚀性、原料易得、成本低等。

1.2 绿色分析技术

一些分析测试技术能够原位采样和收集数据,从样品收集、处理，到分析测试的各个阶段，不需要任何溶剂，几乎没有使用和产生有害物质，例如X射线荧光分析法(XRF)、近红外技术(NIR)、扫描电镜(SEM)-能谱分析技术、电子探针(EMPA)技术和质子荧光分析法(PIXE)等。还有一些测试技术需用样品量少、使用有机溶剂少、对环境污染小,如毛细管电泳(CE)、顶空气相色谱等。

（1）仪器掩蔽法   对于组成复杂的样品，测定中不可避免的会有干扰影响定量分析。通常化学掩蔽法是加入各种掩蔽剂消除干扰，常用的有配位掩蔽法、氧化还原掩蔽法、沉淀掩蔽法等，使用的掩蔽剂多数为对环境有害的化学试剂，这些掩蔽剂的加入不仅会造成二次污染，危害环境，同时会增加分析成本。而利用仪器掩蔽法代替化学掩蔽方法，可克服这些不足之处。例如：导数分光光度法，该法具有能消除背景干扰和选择性高等优点。它利用其零交技术，无需加掩蔽剂就可以有效地消除干扰物的影响。所谓零交技术就是选择一定的波长，在这个波长处，待测物的n 阶导数值最大或较大，而主要干扰物及其他干扰组分的导数值为零，即利用仪器来消来除扰干扰物的影响。

（2）微滴技术   美国德州技术大学的PKDasgupta及其同事研究开发了微滴技术研究微滴中的分析化学。在1.3uL的液滴中进行溶剂萃取，以甲基蓝为显色剂测定水中4mg/L的十二烷基磺酸钠取得成功，显示了这一技术的特点和可行性。按照绿色分析化学的宗旨，如果现阶段还没有完全不用有机溶剂的技术方法，那么尽量少用有机溶剂也是一条切实可行的思路，这是绿色分析化学的一个重要方面。

（3）顶空气相色谱分析技术   是一种间接分析液体、固体样品中挥发性组分的方法。此方法是将具有挥发性样品置于密闭的容器中，保持恒定温度，使其上部的气体与样品中的组分达到相平衡，取上部的气体进行色谱分析求得样品中挥发性组分的含量。如食用油中残留溶剂的测定；食品包装材料中氯乙烯单体的测定。与一般的气相色谱法比较具有样品前处理简便、省时省力、省溶剂、注入的气体较为清洁、可延长色谱柱寿命等优点。

事实上，固相萃取、高压流体萃取、微型液液萃取分析、微萃取技术、挥发性有机化合物（VOCs）真空蒸馏和挥发性有机化合物表面声波测定，这些方法在完成测量、监测和识别任务的过程中，因为没有使用或释放有毒物质，或尽可能少量使用或释放少量有毒物质，而不会造成严重的环境问题。

2 把绿色分析化学融于教学内容和课程体系改革中

2.1 在分析化学课堂理论教学中开展绿色化学教学

分析化学课程是高职院校化学化工类专业学生的一门必修课，在教学中可以通过渗透式教学方法开展绿色化学教学，将绿色化学渗透、融合到日常的教学中。渗透式教学就是把绿色化学的基本思想、原理、工艺和技术等知识分散、渗透到分析化学课程中，达到分析化学课程绿色化的目的。在进行课堂理论教学时，对教学内容涉及有关绿色化学知识的方面，教师能及时的、适当的进行知识加深、更新及思维的拓展，使学生在潜移默化中受到绿色化学教育，学生在学习分析化学课程的同时也就掌握绿色分析化学知识，使学生在以后的工作中就会自觉地想到和应用到绿色化学知识。如何把绿色化学融合于分析化学课程教学内容和课程体系改革中，使绿色化学成为化学教学的重要组成部分，促进高职化学教学绿色化，对化学教育工作者来说是一个崭新的课题。鉴于绿色化学对人类可持续发展、环境保护等重要领域有重要的深刻意义，必须及时将这一重要知识体系纳入分析化学教学中。绿色化学是一种理念，更是一种责任，是人们应该倾力追求的目标。

2.2 在分析化学实验教学中开展绿色化学教学

分析化学是一门实践性很强的学科，教学实验占到总学时的50%，是分析化学教学的重要组成部分。通过实验能提高学生的实践动手能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。分析化学实验是一门基础实验课程，它集知识传授、能力培养和素质教育为一体。在分析化学实验中融入绿色教育的理念对于培养学生的创新精神、实践能力和综合素质，挑战传统的化学思维方式有至关重要的作用。如在分析化学实验的整个过程常用到有毒有害物质，在样品收集、制备、分析和处置过程中会用到或产生有毒物质，另外有毒物质的使用或产生也影响工作人员的安全，因此出现了绿色分析化学。绿色分析化学的重点领域是开发可防止与减少分析过程中有害物质生成的方法与技术，即分析方法应能实现在线监测并在有害物质形成以前加以控制，为了能在某一过程的操作中进行及时调节，必须开发精确而又可靠的传感器、监视器及分析技术来评估过程中有害物质的产生。

实现分析化学教学实验绿色化，要充分利用分析化学教学实验具有可替代性的特点。所谓可替代性是指在教学实验中能实现同一个目的，实验现象明显、操作简便、规范的不同实验之间可以相互替代。例如，在配位连续滴定中，用毒性和污染小的铁、铝混合液代替铅、铋混合液；作样品消解实验时，有的可用微波技术代替传统使用的浓酸、浓碱。

分析化学教学实验微型化是实现绿色分析化学的一项技术和方法，其不仅能够节约试剂、节省实验经费、而且能减少环境污染、反应快速安全，有利于培养学生严谨的工作态度和娴熟的实验技能，符合绿色化学的思想。例如，工业用水中氯含量的测定，由常量分析法改为半微量滴定法，既大大节省了硝酸银的用量，又减少了环境污染。但现在微型化实验占的比例还比较小，因此发展微型实验还有很大的潜力和空间。

2.3  运用现代化的教育手段开展绿色化学教育

高职分析化学课程教学已经完成了多媒体教学的课程教学改革与实践，运用现代化教学手段开展绿色化学教育是一种切实可行的“绿色”方法。在传统的分析化学实验中还存在很多不利的方面，如：（1）药品消耗大、水、电、气资源消耗大（2）一些实验要用到价格昂贵的试剂、药品（3）有的实验必须用到有毒、有害的试剂(如苯、苯酚、砷化物、重金属等)（4）实验中可能排放较多的有毒、有害气体等。采用计算机多媒体系统进行仿真实验则可以避免这些不利因素。利用计算机多媒体技术对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真，用文字、声音、图象、动画的效果让学生在计算机屏幕上所做实验如同在实验室的实验效果完全一样，有身临其境的感受，这样既让学生学会了实验原理、方法，又使那些毒性大、危险性较大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验。国内外己有相关的计算机仿真化学实验软件销售。

3 结语

人类在与大自然的和谐之中演绎了人类与大自然的和谐之美，人类的不断进化，越来越发达的科学技术，都无法否认人终归是自然存在物这一事实，人类的可持续发展与环境保护是相辅相成的。绿色分析化学把绿色化学原理应用在新的分析方法和技术设计方面，旨在减轻分析化学对环境的影响，实现环境友好。无污染或少污染的绿色分析化学技术将是今后分析化学的发展方向。在分析化学教学中渗透绿色化学思想，使学生树立环保意识、辩证地看待社会的科学发展，在未来开拓绿色分析化学中发挥更加重要的作用。

参考文献

[1] 刘红妮，陈曼 绿色分析技术进展 分析测试技术与仪器  2007，1

[2] 曾楚杰，胡静，侯贤灯 化学研究与应用 绿色分析化学在中国的研究进展  2010，5

[3] 刘成德，王林 绿色分析化学的研究进展[J]岩矿测试，2000，19（4）：268

[4] 许春丽，李保新 绿色分析化学 理化检验 化学分册，2001 37（11）

[5] 吴辉禄，绿色化学 西南交通大学出版社

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>