《绿色分析化学讲座》PPT课件

绿色分析化学,徐州工业职业技术学院化工学院LCD2012.12,日常生活中我们经常接触到“绿色”这个名词，何为绿色分析化学？,绿色生产基地,1绿色化学和绿色分析化学的概念及其重要意义,1.1绿色化学的定义及其重要意义“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出。按照美国绿色化学（GreenChemistry）杂志的定义，绿色化学是指在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。其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品。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术，它可通过使用自然能源,节能、节省资源、减少废弃物排放量。,绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。而且与低碳和能源发展息息相关。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。,世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。瑞典皇家科学院将2005年的诺贝尔化学奖授予了3位在绿色合成方面做出重大贡献的科学家。他们分别是法国石油研究所的伊夫肖万、美国加州理工学院的罗伯特格拉布和麻省理工学院的理查德施罗克。,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;按照绿色化学的原则、在理想的化工生产方式;反应物的原子全部转化为期望的最终产物。,绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的。一直以来,绿色化学的核心问题包括：,1.2绿色分析化学的定义及其重要意义绿色分析化学：是把绿色化学的原理使用在新的分析方法和技术的设计方面,是一门从源头上阻止污染的分析化学，是把绿色化学的原理使用在新的分析方法和技术的设计方面,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，将环境污减少到最低限度。,随着现代工业的发展，人类越来越多的从地球上获取大量的化石燃料作为能源，过多燃烧煤炭，石油和天然气，其燃烧过程中释放出大量的CO2。同时，森林被大范围破坏，对CO2的吸收减弱，是大气中的CO2的浓度大幅度增加。当然后果大家都很清楚，地球温度升高，冰川融化，海平面上升等等，人类面临着前所未有的灾难。在“先污染、后治理”的活动中，分析化学也起着举足轻重的作用。为适应这种新形式的需要，分析化学的作用也需随之发生变化，成为了从源头上根除污染的分析化学。,随着人们环保意识的增强，人们发现化学分析全过程也是化学物质污染排放源。传统的样品处理技术，往往伴随着大量的污染产生，特别是大量的废酸、废气以及有机溶剂的废液，既危害环境又危害分析者的身体健康，这显然违背了保护环境控制污染的宗旨。在传统的样品采集、样品处理、分析测试和废液处理的整个过程中，均需使用或产生一些有害的、环境不友好的物质。据统计，在化学分析的过程中所使用和产生的化学试剂废弃物中，易燃和腐蚀性物质占55%，有毒物质占42%，其余3%为具有反应活性的物质。由于上述原因，分析化学本身活动也能对环境造成污染。在整个分析过程中，有毒物质的使用和产生，不仅涉及到环境问题，而且分析工作者的健康安全问题也应值得人们的重视。可见分析化学本身也需要自己发展成为绿色分析。,因此，近年来人们致力于少用或不用有机溶剂和其它化学试剂，进行绿色分析化学技术的研究与开发。现在绿色分析化学正在兴起，正逐渐成为绿色化学的核心学科之一。,2绿色分析化学的进展,绿色分析化学有两个最主要的特征。其一就是始终把环境影响作为一个目标,在分析过程中,减少和取消有害物质的使用和产生,使分析过程本身尽可能地减少或消除对环境的影响。绿色分析化学的另一个重要特种体现在过程分析中。通过发展新的分析方法与分析技术，实现在线、原位监测，并在有害物质形成以前加以控制，从而实现在源头预防、控制污染的目标。,采用物理测试技术；采用无毒、无害的试剂,如开发超临界流体(SCF),特别是超临界二氧化碳作溶剂；把一些无试剂的新技术如超声、微波,应用到分析过程中如超声萃取法、微波消解法、微波萃取法；利用仪器掩蔽法代替传统的化学掩蔽法。,就目前而言，绿色分析化学主要通过下面几项技术得到实现：,2.1绿色样品处理技术,化学分析的主要污染物来自于样品处理，绿色样品处理技术的研究与开发是绿色分析技术研究的重点.2.1.1微波消解(MAD)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。这样既节省了化学试剂，又缩短了样品消解的时间。微波消解是高效省时、低能耗的现代制样技术，一般样品消解时间为常规方法的十分之一到百分之一。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及色谱法测定等。,2.1.2微波萃取技术(MAE)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。MAE是利用微波能强化溶剂萃取效率，即利用微波加热来加速溶剂对样品中目标萃取物（主要是有机化合物）的萃取过程。不同物质的介电常数不同，其吸收微波能的程度不同，由此产生的热量及传递给周围环境的能量也不同。,微波萃取具有设备简单、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。目前微波萃取主要用于环境样品的分析，被处理的样品有土壤、沉积物和水.萃取对象有多环芳烃、酚类、残留农药和一些有机金属化合物(如有机锡和甲基汞等)。,2.1.3超临界流体萃取(SFE)SFE是利用超临界状态下的流体所具有的良好溶剂效能提取分离混合物的特定组分，作为萃取剂的超临界流体可根据不同提取对象选取不同的气体，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(比液体高12个数量级)，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，易进入固体的孔隙.超临界流体能快速萃取固体样品中的有机物，表现出卓越的萃取性能。SFE技术是一种对环境友好的样品前处理技术，它具有耗时短(3060min)、污染小、选择性好、易于其他分析技术联用和可实现自动化分析等优点。,2.1.4其他一些绿色样品处理技术除了上面几种常见的绿色样品处理技术外，还有固相萃取(SPE)技术，固相微萃取(SPME)技术，吹扫捕集法(P&T)技术，这些都是比较成熟的技术，已经在实际生产中得到了应用。,2.2绿色分析测试技术,一些测试技术能够原位采样和收集数据，从样品收集、准备，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，如X射线荧光分析法(XRF)、扫描电镜(SEM)-能谱分析技术、电子探针(EMPA)技术、X射线衍射（XRD）、近红外技术(NIR)和质子荧光分析法(PIXE)是优越的。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。下面对一些常用技术简单作以介绍。,2.2.1X射线荧光分析法(XRF)自从伦琴在1895年发现X射线，证实可以用X射线光谱进行元素分析。二次世界大战后，1948年美国海军实验室首次研制出波长色散X射线荧光光谱仪。当试样受到X射线、高能粒子束、同步辐射源产生的真空紫外等的照射时，试样中元素将发射特征X射线元素在X光照射下产生特征X荧光，在一定条件下，荧光X射线强度与分析元素含量之间存在线性关系，为荧光X射线的定性定量分析提供了理论依据。X射线荧光(XRF)分析具有分析速度快，重现性好、准确度高、分析范围广(包括元素与含量)、试样制备简便等特点。另外它能够原位采样和收集数据，从样品收集、准备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。,2.2.2电子探针(EMPA),电子探针(EMPA)，全名为电子探针X射线显微分析仪，又名微区X射线谱分析仪。是将高度聚焦的电子束聚焦在矿物上，激发组成矿物元素的特征X射线。用分光器或检波器测定荧光X射线的波长，并将其强度与标准样品对比，或根据不同强度校正直接计数出组分含量。电子探针可对试样进行微小区域成分分析。除H、He、Li、Be等几个较轻元素外，都可进行定性和定量分析。由于电子探针技术具有操作迅速简便（相对复杂的化学分析方法而言）、实验结果的解释直截了当、分析过程不损坏样品、测量准确度较高等优点，故在冶金、地质、电子材料、生物、医学、考古以及其它领域中得到日益广泛地应用，是矿物测试分析和样品成分分析的重要工具。,2.2.3其他一些绿色分析技术除了上面几种常见的绿色样品处理技术外，还有近红外技术(NIR)、扫描电镜(SEM)-能谱分析技术、质子荧光分析法(PIXE)是优越的。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。这些都是比较成熟的技术，已经在实际生产中得到了应用。,可见，无论是在样品前处理还是样品分析过程中，通过对分析仪器的微型化、集成化，对分析方法的改进和创新，可以有效地减少对样品和试剂用量的要求，避免大量有毒、有害试剂的使用，符合21世纪“绿色分析化学”的要求。,3结语,绿色化学是经济和社会可持续发展战略的重要组成部分，也是解决21世纪环境和资源问题的根本出路之一。绿色化学和绿色技术的兴起，为人类解决环境污染问题，实现经