15

Tiết kiệm năng lượng trong hóa phân tích

15.1 Tiêu thụ năng lượng trong các phương pháp phân tích

Hóa học và công nghiệp hóa chất là trung tâm của các sáng kiến đa ngành hiệu quả nhất.

Hóa học góp phần vào xây dựng cuộc sống, gia tăng tuổi thọ của chúng ta và phát triển

kinh tế, tìm ra vật liệu tốt hơn cho cuộc sống hàng ngày và chỗ ở, thuốc để chữa bệnh và

nâng cao sức khỏe, cung cấp nước tinh khiết và các hoạt động khác của con người. Quy

định mới về môi trường và ý thức xã hội ngày càng tăng để bảo vệ thiên nhiên, đã đẩy

các ngành khoa học và công nghiệp hóa hướng tới một khuôn khổ mới, trong đó phòng

ngừa ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng là những cân nhắc quan trọng. Năng lượng và hóa

học là chủ đề chính trong các cuộc thảo luận về tương lai bền vững. Tình trạng này là một

thách thức công nghệ và khoa học t đòi hỏi sự phát triển sáng tạo các sản phẩm và công

cụ để giảm thiểu các tác động đến môi trường.

Ngoài việc giảm ô nhiễm và các chất thải, tiết kiệm năng lượng đã trở thành một vấn đề

quan trọng. Các nguyên tắc của hóa học xanh [1] cung cấp những hướng dẫn tốt cho sự

phát triển và đang được thực hiện trong các trường đại học và ngành công nghiệp.

Những nguyên tắc này có thể được áp dụng để phân tích hóa học và các lĩnh vực khác của

hóa học cũng như công nghệ hóa học. Chủ yếu là mối quan tâm đến giảm thiểu chất thải

và giảm bớt việc sử dụng các dung môi hữu cơ và hóa chất độc hại; nhưng tiết kiệm năng

lượng cũng không kém phần quan trọng và có tác động lớn đến sự phát triển trong hóa

phân tích. Điều này được thể hiện trong các nguyên tắc của kỹ thuật xanh bởi Anastas và

Zimmerman đề xuất [2]

Thiết kế cho hiệu quả năng lượng - Các yêu cầu năng lượng của các quá trình hóa học nên

được giảm. Đây là phần lớn, chịu ảnh hưởng của việc chuẩn bị và điều kiện phân tích

mẫu. Các quy trình cần được thiết kế cho môi trường xung quanh nhiệt độ và áp suất, để

giảm thiểu chi phí năng lượng kết hợp với điểm cực của nhiệt độ và áp suất.

Tối đa hóa lượng - không gian - và thời gian - Hiệu quả - Quy trình và các hệ thống cần

được thiết kế để tối đa hóa lượng - không gian - và thời gian - hiệu quả. Nếu một hệ

thống được thiết kế cho, sử dụng, hoặc áp dụng ít hơn hiệu quả tối đa, các nguồn tài

nguyên đang bị lãng phí trong suốt chu kỳ cuộc sống.

Bảo quản phức tạp - Các lựa chọn và tính phức tạp của việc thiết kế phải tính đến tái chế,

tái sử dụng, hoặc bố trí có lợi trên tất cả các quy mô thiết kế.

Đáp ứng sự cần, Giảm thiểu sự dư thừa - Giảm thiểu việc sử dụng các vật liệu sử dụng

không đúng mức và không cần thiết để tăng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng mà mục tiêu

đặc trưng và nhu cầu của người sử dụng cụ thể cung cấp giải pháp thay thế cho việc đưa

ra các giải pháp cho điều kiện khó hoặc không thực tế.

Tích hợp Vật liệu địa phương và dòng chảy năng lượng - Sản phẩm, quy trình và hệ thống

tích hợp và kết nối phải có dòng chảy năng lượng và nguyên liệu có sẵn. Bằng cách lợi

dụng dòng chảy năng lượng và vật chất hiện có, sự cần thiết để tạo ra năng lượng và /

hoặc tiếp thu và xử lý nguyên liệu thô sẽ được giảm thiểu. Chiến lược này có thể được sử

dụng trong quá trình sử dụng nhiệt sinh ra bởi các phản ứng tỏa nhiệt để điều khiển phản

ứng khác với năng lượng hoạt hóa cao.

Thiết kế vòng đời của một sản phẩm phải dựa trên các vật liệu và năng lượng đầu tư. Các

thiết bị được sử dụng trong hóa phân tích có thể được tái chế. Điều này sẽ mở rộng tuổi

thọ của một công cụ phân tích. Để giảm thiểu chất thải, các thành phần còn duy trì chức

năng và có giá trị có thể thu hồi để tái sử dụng / hoặc cấu hình lại. Các thiết kế của thế hệ

sản phẩm tiếp theo, quy trình và hệ thống phải tính tái đến sử dụng giá trị của các thành

phần bị thu hồi.

Cơ quan Bảo vệ môi trường EPA đã đề ra một chính sách tương tự như: kỹ thuật xanh l,

thương mại hóa, và sử dụng các quy trình và các sản phẩm có tính khả thi và kinh tế trong

khi giảm thiểu; (1) ô nhiễm tại nguồn và (2) các nguy cơ đối với sức khỏe con người và

môi trường. Kỹ thuật xanh bao trùm các khái niệm rằng các quyết định để bảo vệ sức

khỏe con người và môi trường có thể có ảnh hưởng lớn nhất và có hiệu quả nhất nếu

chúng được áp dụng ngay từ đầu để thiết kế và phát triển của một quá trình hoặc sản

phẩm [3].

Chiến lược để giảm việc sử dụng năng lượng trong các phòng thí nghiệm hiện nay rất phổ

biến và các nguyên tắc nêu trên được áp dụng trong phân tích hóa học và các phòng thí

nghiệm phân tích.

Có ít nhất ba lựa chọn để phát triển:

1. Các tiếp xúc các phương pháp thực tế: bảo tồn hoặc giảm sử dụng (ngắn và trung đến

dài hạn);

2. Các phương pháp hành chính: giáo dục và đào tạo (trung hạn);

3. áp dụng công nghệ tốt : thay thế linh kiện quan trọng (dài hạn).

Theo lối cũ – phương pháp trung hạn để giảm tiêu thụ năng lượng trong một quá trình là

giảm thiểu và ngăn ngừa các chất thải. Điều này có thể tiết kiệm đáng kể và có thể được

xem như là một cách tiết kiệm thời gian trong khi phát triển các cách tiếp cận bền vững

hơn. Tuy nhiên, nếu một sự đầu tư đáng kể đã được thực hiện trong một cụ thể giải pháp,

ví dụ, lò nhiệt tiên tiến, công nghệ này có xu hướng để tồn tại ngay cả khi tình hình đã

thay đổi.

Một số tiến bộ đã được thực hiện đối với các chiến lược trung hạn và tiết kiệm trong các

phòng thí nghiệm, chẳng hạn như kiểm soát máy tính của phòng thí nghiệm với các tòa

nhà. Tuy nhiên, nhiều người trong số những cải tiến này chỉ thực sự hiệu quả nếu những

người làm việc trong các phòng thí nghiệm. Có nhiều cách có thể giảm tiêu thụ năng

lượng trong phòng thí nghiệm và điều này có thể đạt được qua các chương trình giáo dục

và đào tạo trong thực tiễn. Đó là một nhiệm vụ quan trọng cho các nhà quản lý phòng thí

nghiệm để giáo dục các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trong những cách mà họ

có thể tiết kiệm năng lượng, và để họ tham gia vào việc giảm tiêu thụ năng lượng.

Phương pháp thứ ba và dài hạn là mục tiêu của hóa học xanh - rằng hóa học chính nó sẽ

tạo ra không có chất thải và trở nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng. Chìa

khóa để phát triển bền vững là thiết kế các quá trình hóa học, thiết bị và dụng cụ sản xuất

một số lượng tối thiểu chất thải và sử dụng năng lượng phù hợp với nhu cầu và lượng cần

thiết để đạt được các phản ứng giữa các thành phần. Một cách nữa là thiết kế thiết bị và

quy trình hoạt động ở gần với điều kiện môi trường xung quanh (nhiệt độ phòng và áp

suất thường). Nó cũng bao gồm mô phỏng sinh học; mô hình hóa các sản phẩm và quy

trình sau khi hệ thống sinh học. Các loại năng lượng nhiệt thường được sử dụng là không

phù hợp cho quá trình này; đó là nó không tác động vào các liên kết hóa học. Phần lớn

năng lượng được 'lãng phí' trong nóng lên lò phản ứng, dung môi và cả môi trường xung

quanh, thay vì tác động lên phân tử. Điều này đưa chúng ta đến cách tiếp cận thứ hai; sử

dụng các nguồn năng lượng khác, chẳng hạn như ánh sáng, lò vi sóng, và có thể, âm

thanh.

Hóa phân tích hơi khác so với hoá học tổng hợp, mục đích của nó là để sản xuất vật liệu

(mới). Các nhà phân tích phải cung cấp thông tin về sự tồn tại và lượng chất dựa trên tín

hiệu nhất định. Tín hiệu phân tích thu được là kết quả của sự tương tác giữa năng lượng

và các cấu tử của mẫu (ví dụ như nguyên tử, ion, phân tử). Thông thường, để thực hiện sự

tương tác này có hiệu quả nhất, một hệ thống năng lượng bên ngoài (ví dụ như năng

lượng hoá học, phóng xạ, nhiệt) phải được áp dụng thông qua một số phương tiện (dung

môi). Các tín hiệu được đo bằng lượng vật lý, chẳng hạn như thể tích, khối lượng và điện

lượng, và một trong những khác biệt về nhiệt độ và năng lượng bức xạ, mô tả và định

lượng bằng bước sóng hay tần số và cường độ.

Thiết bị phân tích nhận tín hiệu và chúng được biểu hiện dưới dạng (ví dụ như một tập tin

dữ liệu, quang phổ, sắc ký đồ, hoặc hình ảnh) để biết thêm xử lý thông tin.

Nhiều sự phát triển trong hóa phân phù hợp công nghệ xanh, và kết quả trong tiết kiệm

năng lượng:

● Xử lý ướt - hóa học trong việc chuẩn bị và xử lý mẫu;

● Tìm kiếm các dung môi thay thế, và sử dụng các kỹ thuật không dung môi;

● Giảm sự cần thiết cho dẫn suất bằng phương pháp khác nhau của việc phát hiện và xử

lý tín hiệu;

● Thay thế năng lượng nhiệt bằng các năng lượng khác (chiếu xạ siêu âm, lò vi sóng,

laser chiếu xạ);

● Sử dụng quang kích hoạt và kích hoạt cơ khí;

● Phân tích mẫu trực tiếp mà không cần xử lý, bằng cách sử dụng quang phổ học hay,

phân tích bề mặt, chủ yếu là sử dụng tia laser như là nguồn ánh sáng;

● Giảm khối lượng của mẫu; thu nhỏ bằng cách sử dụng phòng thí nghiệm nhỏ để phân

tích, và cảm biến sinh học và xét nghiệm miễn dịch;

● Tự động hoá và sử dụng các kỹ thuật có gạch nối.(hyphenate)

Nói chung, sự phát triển của các phương pháp công cụ tạo ra một hiệu quả khi sử dụng

năng lượng, đặc biệt là khi phương thức này được tự động hóa cao và sử dụng một lượng

tối thiểu của mẫu. Dạng năng lượng khác, ví dụ, siêu âm và vi sóng, có thể thay thế năng

lượng nhiệt lãng phí.

Trong hóa học phân tích, những phát triển được theo hướng tăng độ nhạy và độ chọn lọc.

Điều này có thể được thực hiện hiệu quả hơn với thiết bị hiện đại.

Nhu cầu phát triển nhanh chóng với công cụ phân tích mới trong lĩnh vực hóa học phân

tích (FAC), trong đó, không giống như các phương pháp phòng thí nghiệm dựa trên

truyền thống. Các tiêu chí quan trọng nhất đối với một phương pháp lý tưởng FAC là một

yêu cầu tối thiểucho sức mạnh và hàng tiêu dùng, dẫn đến sự phát triển của hiệu quả và

nhạy cảm bị đo cầm tay.Tăng hiệu quả trong quá trình giám sát được thúc đẩy bởi những

tiến bộ trong công nghệ và việc sử dụng các vật liệu mới và cũng là kết quả của những

thách thức liên quan đến các thiết bị giám sát mới và pháp luật nhằm giảm thiểu ô nhiễm.

Để có hiệu quả và hiệu quả, phân tích nên được thực hiện trong thời gian thực, đó là, kết

quả sẽ được lấy 'ngay lập tức'.

Một chủ đề có liên quan chặt chẽ là sàng lọc hóa chất, mà là kiểm tra một số lượng lớn

của các đối tượng (ví dụ, hàng hóa hoặc thậm chí người) để xác định những người có một

vấn đề liên quan đến hóa học cụ thể hoặc tính năng. Bởi vì thời gian và chi phí là vấn đề

quan trọng của một phương pháp phân tích. Quá trình chiết đơn giản có thể là thích hợp

hơn một hệ thống phức tạp với sự thu hồi cao hơn, hoặc một tập hợp các detector có chọn

lọc có thể là thích hợp hơn một mô hình phổ quát. Tìm kiếm giải pháp ít chi phí sẽ có lợi

cho quá trình định lượng, và các giải pháp hữu hiệu có thể tạo ra năng lượng quá trình

định lượng hiệu quả hơn.

Nghiên cứu định lượng tiếp tục xây dựng trên những tiến bộ trong máy tính ,công nghệ và

nghiên cứu về cảm biến liên quan tiến hành trong phòng thí nghiệm trường đại học và

phòng nghiên cứu. Những phát triển trong việc thu nhỏ, điện quang học, vật liệu mới, và

xử lý thông tin / cho thấy triển vọng bước đột phá bằng cách sử dụng vật liệu nano mới

nổi, lượng tử ánh sáng, kỹ thuật xét nghiệm sinh học được cải thiện, và như thế. Các lĩnh

vực của ngành công nghệ nano đã có một tác động; vật liệu nano đang cải thiện đáng kể

trong khoa học tách và cảm biến và cung cấp vật liệu xây dựng tiềm năng cho các bộ cảm

biến mới. Tương lai của công nghệ phân tích sẽ bị ảnh hưởng đáng kể bởi những đổi mới

trong vi-thiết bị đo đạc, và các hệ thống microanalytical đa năng sẽ cung cấp sự linh hoạt

cần thiết để cải thiện và làm cho phòng thí nghiệm và kiểm soát quá trình hoạt động kinh

tế hơn và hiệu quả năng lượng.

Nó là cần thiết để xem xét các nguyên tắc của hóa học xanh khi thiết kế các phương pháp

và công nghệ mới; tự động hóa và mô hình thu nhỏ để tăng sự thân thiện môi trường và

chính xác của các số liệu phân tích. Đây là một khía cạnh quan trọng của hóa học phân

tích. Quá trình phân tích được bao gồm một số bước sau: lấy mẫu hiện trường và xử lý

mẫu, chuẩn bị mẫu phòng thí nghiệm và tách, định tính, lượng tử hóa, và sự đồng nhất.

Tất cả các bước phải được thực hiện với hệ thống đo lường chất lượng. Bất cứ khi nào

thay đổi, cải tiến hoặc thay thế được thực hiện trong phương pháp phân tích, mục tiêu nên

được để cải thiện chất lượng của hệ thống. Việc áp dụng các nguyên tắc hóa học xanh liên

quan đến giảm chất thải và sử dụng hiệu quả năng lượng phải tăng chất lượng quá trình

phân tích.

15.2 Kinh tế và tiết kiệm năng lượng trong phòng thí nghiệm thực hành

Các phòng thí nghiệm tiêu thụ nhiều năng lượng. Con người thoải mái không phải là việc

xem xét chính là nó đang ở trong khu dân cư và hầu hết các tòa nhà thương mại. Các yêu

cầu về sức khỏe và sự an toàn và điều kiện môi trường cho các nghiên cứu quan trọng

không kém. Các phòng thí nghiệm hoạt động phức tạp với nhiều yêu cầu dịch vụ. Họ sử

dụng một lượng lớn nước nóng và thông gió và thiết bị hút khói, điện để vận hành quạt,

ánh sáng, nhiều thiết bị phòng thí nghiệm chuyên ngành, cũng như nước và quá trình làm

lạnh nước. Một số cơ sở phòng thí nghiệm cũng sử dụng một lượng đáng kể khí đốt tự

nhiên. Nhờ tỷ lệ cao không khí thay đổi, nhiều yêu cầu dịch vụ cơ khí và điện, và mức

tăng nhiệt tạo ra bởi các thiết bị, các chiến lược hiệu quả năng lượng thường được sử

dụng trong các tòa nhà thương mại không thể được dễ dàng hay dễ dàng áp dụng trong

phòng thí nghiệm. Tòa nhà phòng thí nghiệm là luôn luôn có thể tốn kém để hoạt động.

Labs sử dụng 4-5 lần năng lượng hơn so với các phònghọc, văn phòng cho mỗi mét

vuông.

Hữu cơ, các phòng thí nghiệm nghiên cứu hóa học vô cơ và tổng hợp sử dụng rộng rãi

trong tủ hút. Các cơ sở này có các yêu cầu thông gió cao để loại bỏ hơi dung môi và hơi

khí. Các phòng thí nghiệm phân tích ít có nhu cầu thông gió để ngăn chặn và an toàn..

Nhiệt độ và độ ẩm thường cần phải được kiểm soát chặt chẽ; kiểm soát việc gây ô nhiễm

không khí đến mức thấp nhát. Tăng nhanh và tăng đáng kể trong chi phí năng lượng dẫn

đến việc càng tăng sự khan hiếm tài nguyên thiên nhiên đã dẫn đến việc phải quản lý có

trách nhiệm hơn về tài nguyên và phòng ngừa ô nhiễm, để giảm sử dụng năng lượng có

hiệu quả nhất. Cải tiến cơ sở thiết kế, bao gồm điều khiển bằng máy tính, có thể dẫn đến

tiết kiệm năng lượng đáng kể trong các tòa nhà phòng thí nghiệm. Công nghệ tái tạo như

mặt trời sưởi ấm nước nóng, năng lượng gió cục bộ hoặc các hệ thống quang điện cũng

cần được xem xét. Những đòi hỏi phải phân tích cẩn thận, bởi vì các phòng thí nghiệm

cần năng lượng theo yêu cầu, chứ không phải là nguồn cung cấp liên tục và lan tỏa mà

thường kết hợp với các công nghệ này. Một nguồn năng lượng phụ trợ sẽ được yêu cầu để

đáp ứng các yêu cầu chức năng của các phòng thí nghiệm. Những biện pháp này phải

được kèm theo dịch vụ dọn phòng thí nghiệm tốt, mà còn góp phần đáng kể vào việc giảm

tiêu thụ năng lượng.

15.2.1 quản lý tốt, kiểm soát và bảo trì

Các biện pháp tiết kiệm năng lượng liên quan đến việc sử dụng tiết kiệm thời gian và tối

ưu hóa thiết bị là kết nối chặt chẽ với thực hành phòng thí nghiệm tốt. Một nơi quan trọng

để bắt đầu là với điều khiển và bảo trì.Các thiết bị phải hoạt động với thông số kỹ thuật

thiết kế, và nhiệt độ phải được tối ưu hóa. Đây có thể dễ dàng được thực hiện bằng hệ

thống giám sát và điều khiển kỹ thuật số trên máy vi tính hiện đại được thiết kế để cảnh

báo sớm các sự cố hoặc hoạt động không hiệu quả.

Quản lý tốt cũng là điều cần thiết và thường xuyên bảo trì và bôi trơn có thể cải thiện

năng lượng hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Chất bôi trơn hiệu quả cao và các bộ

phận chuyển động là tốt cách để giảm mức tiêu thụ năng lượng. Rò rỉ van và đường ống

cần được sửa chữa. Luồng không khí và nước phải được điều chỉnh để phù hợp với nhu

cầu. Tủ đông cần phải được rã đông thường xuyên để loại bỏ sương build-up, và kiểm tra

để xử lý các mẫu cũ. Máy rửa thủy tinh tự động hoặc nồi hấp nên được nạp đầy đủ. Các

chiến lược hiệu quả cho các phòng thí nghiệm phải bao gồm ba lĩnh vực chính, đó là kết

nối với nhau chặt chẽ [4]:

1. Hệ thống thông gió;

2. sưởi ấm và làm mát hệ thống;

3. Hệ thống chiếu sáng.

Các hoạt động hỗ trợ các chiến lược sau đây:

● Tối ưu hóa hệ thống thông gió và giảm thiểu các khu vực đòi hỏi tốc độ thông thoáng

cao; sử dụng hiệu năng cao / tủ an toàn.

● Làm việc sử dụng tủ hút

● Hạn chế việc sưởi ấm và làm mát trong phòng thí nghiệm với thời gian tối thiểu cần

thiết, tối ưu hóa quá trình chạy và tránh trường hợp detector hoạt động quá mức.

● Báo cáo nhiệt độ phòng không bình thường - nhiệt độ phòng quá nóng hoặc lạnh có thể

gây ra bởi nhiệt bị lỗi hoặc điều khiển khác bị hư hỏng hoặc sai sót trong quá trình cài đặt.

● Sử dụng màu và rèm có thể giúp giữ cho nội thất mát vào những ngày nắng.

● Kết hợp các loại năng lượng để xử lý và có một loạt các nguồn năng lượng để đáp

ứngnhu cầu cụ thể của quá trình thực hiện trong phòng thí nghiệm.

● cách nhiệt hiệu quả các quá trình đó phải duy trì sự khác biệt nhiệt độ bên trong.

● Sử dụng trao đổi nhiệt để thu nhiệt được sản xuất trong một quy trình cho các quá trình

khác, hoặc để tối ưu hóanhiệt độ tại nơi làm việc.

● Sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng với giờ tự động tắt chúng đi khi không sử dụng

(ví dụ vào ban đêm).

● Lựa chọn các thiết bị điện với logo Energy Star hoặc báo cáo khác chứng nhận rằng họ

đã

được thiết kế để bảo tồn năng lượng.

● Cài đặt sự chiếm chỗ và cảm biến ánh sáng ban ngày để kiểm soát ánh sáng; tắt đèn và

thiết bị điện bất cứ khi nào chúng không cần thiết.

● Sử dụng đèn khu vực nhỏ hơn là ánh sáng trên cao rọi toàn bộ phòng thí nghiệm.

● Tối đa hóa việc sử dụng ánh sáng mặt trời nếu thiết kế của tòa nhà cho phép.

● Xác định các thiết bị phân tích và quá trình có thể được tắt khi không sử dụng; xử lý

hàng loạt

khi hoạt động liên tục là không cần thiết.

● Sử dụng giờ để biến thiết bị và tắt. Máy vi tính và thiết bị liên quan như màn hìnhtiêu

thụ một lượng đáng kể của điện và cần được tắt qua đêm hoặc đặt ở chế độ chờtrong một

thời gian ngắn hoạt động, chẳng hạn như khi người dùng đang tham dự các cuộc họp, hội

thảo.

An toàn là ưu tiên cao nhất trong thiết kế phòng thí nghiệm và hoạt động. Các biện pháp

sử dụng hiệu quả năng lượng nên luôn luôn duy trì hoặc cải thiện an toàn liên quan đến

tiêu chuẩn thực hành. Hiệu quả năng lượng, mặt khác, cần phải có các chương trình đảm

bảo chất lượng phòng thí nghiệm hơn với hóa học xanh. Cách tiếp cận màu xanh có thể

được nhấn mạnh khi thực hiện tiết kiệm năng lượng đầy thử thách và có thể đo bằng cách

giới thiệu, phương pháp phân tích nhiều năng lượng ít mới và thủ tục.

Chương trình có sẵn để giúp cải thiện hiệu suất môi trường và năng lượng của các phòng

thí nghiệm hóa học, chẳng hạn như Labs21®. Đây là một chương trình hợp tác tự nguyện

tài trợ bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và Bộ Năng lượng Mỹ [5] được dành để

nâng cao hiệu suất môi trường tại Mỹ các phòng thí nghiệm. Việc áp dụng các phương

pháp tiếp cận Labs21 sẽ khuyến khích các phòng thí nghiệm: (1) làm cho các quyết định

đầu tư dựa trên tiết kiệm chi phí vòng đời, (2) theo đuổi tiên tiến, HVAC tiết kiệm năng

lượng (thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa nhiệt độ) công nghệ, (3) Hệ thống thiết kế

phục hồi và nhiệt thải trao đổi và các hình thức khác của năng lượng tự do, và (4) kết hợp

các hệ thống năng lượng tái tạo.

Năng lượng tiêu thụ của việc sử dụng thiết bị (tủ lạnh, nồi hấp, máy ly tâm, vv) tạo thành

từ 10 đến khoảng 50% tổng số năng lượng sử dụng trong phòng thí nghiệm (không bao

gồm năng lượng kết hợp với làm mát). Tuy nhiên đã được để nâng cao hiệu quả của

chúng , một phần là do thiếu thực tế và nhận thức của sự lựa chọn tiết kiệm năng lượng

trong các thiết bị phòng thí nghiệm, và một phần vì thiếu dữ liệu năng lượng tiêu thụ trên

thiết bị phòng thí nghiệm. Nhiều nhà khoa học, nhà quản lý phòng thí nghiệm và tư vấn

thiết kế phòng thí nghiệm được bắt đầu sử dụng hiệu quả năng lượng như một tiêu chí lựa

chọn cho các thiết bị phòng thí nghiệm, và một số nhà sản xuất đang bắt đầu quảng cáo

của các đặc tính xanh "của các sản phẩm của họ. Labs21 đã phát triển một bộ công cụ -

Năng lượng-hiệu quả phòng thí nghiệm Thiết bị Wiki [6] - để chia sẻ thông tin về hiệu

quả thiết bị thí nghiệm trong những người dùng, và khuyến khích các nhà sản xuất để

cung cấp nhiều dữ liệu hơn trên các đặc điểm sử dụng năng lượng tiêu thụ của các sản

phẩm của họ.

15.3 Các nguồn năng lượng cho các quá trình

Tín hiệu phân tích là kết quả của sự tương tác giữa các thành phần của mẫu (ví dụ nguyên

tử, ion, phân tử) và một số dạng năng lượng. Sự tương tác này thường diễn ra trong một

chất khí hoặc môi trường lỏng. Các tín hiệu được đo bằng điện tích, sự khác biệt về nhiệt

độ, bước sóng hay tần số, cường độ và năng lượng bức xạ. Thiết bị phân tích hiện đại tạo

ra và đo tín hiệu và trình bày chúng dưới dạng có thể sử dụng để biết thêm thông tin .Để

có hiệu quả, năng lượng phải được áp dụng một cách chính xác tại thời điểm cần thiết và

chỉ có số lượng cần thiết để sản xuất ra các phản ứng giữa các thành phần. Bởi vì phản

ứng này phụ thuộc vào nhiệt độ, kiểm soát nhiệt độ thận trọng là cần thiết để tạo ra các tín

hiệu phân tích hiệu quả. Năng lượng nhiệt được sử dụng phổ biến không cụ thể để xử lý,

có nghĩa là, nó không phải là mục tiêu của các liên kết hóa học. Phần lớn năng lượng

được 'lãng phí' trong quá trình làm nóng lò phản ứng, dung môi và cả môi trường xung

quanh, thay vì chỉ nhắm mục tiêu phân tử trải qua phản ứng. Trong nhiều trường hợp, nó

có thể sử dụng các nguồn năng lượng khác, chẳng hạn như ánh sáng, lò vi sóng, hoặc âm

thanh, ở nơi xảy ra phản ứng.

15.3.1 Sử dụng lò vi sóng ở vị trí của hệ thống sưởi nhiệt

Cách phổ biến nhất để ngăn ngừa nhiệt tỏa môi trường trường xung quanh là sử dụng lò

vi sóng

Lò vi sóng là 1 m đến 1 mm (0,3-300 GHz) trong bức xạ điện từ dài, và do đó có tần số

tương tự như các thiết bị radar và viễn thông. Hộ gia đình và công nghiệp thiết bị được

quy định và hoạt động trên tần số cố định (thường 2,45 GHz). Năng lượng vi sóng là một

loại không ion hóa của bức xạ điện từ gây ra chuyển động phân tử thông qua sự di cư của

các ion và sự quay của các lưỡng cực mà không thay đổi cấu trúc phân tử. Bởi vì cơ chế

mà năng lượng vi sóng được hấp thu là phức tạp và thay đổi đối với các chất khác nhau,

nó không phải là một thay thế phổ quát. Các năng lượng hấp thụ được chuyển thành năng

lượng động học phân tử và mẫu nóng lên gần như ngay lập tức. Các chất không có một

điểm lưỡng cực (hoặc không thể được gây ra) không thể được làm nóng trực tiếp bằng lò

vi sóng. Bởi vì các khoảng cách lớn giữa các phân tử, khí cũng có thể không được làm

nóng bởi bức xạ vi sóng. Tuy nhiên, lò vi sóng là một nguồn hiệu quả hơn sưởi ấm hơn

nhiệt sưởi ấm thông thường bởi vì năng lượng được truyền trực tiếp vào môi trường.

Việc sử dụng lò vi sóng trong phòng thí nghiệm là phổ biến và kỹ thuật chuẩn bị mẫu vi

sóng được hỗ trợ được sử dụng trong các phòng thí nghiệm phân tích tất cả các nơi trên

thế giới [7 8]. Các tiến bộ mới nhất trong việc áp dụng kỹ thuật vi sóng đến các lĩnh vực

khác nhau của hóa học phân tích bao gồm: phân hủy mẫu để phân tích nguyên tố dung

môi chiết xuất, sấy mẫu, đo độ ẩm, giải hấp chất phân tích và hấp phụ mẫu sạch,phản ứng

tạo màu “speciation and nebulization of simple solutions [9].”

15.3.1.1 chiết gia tốc

Nâng cao nhiệt độ sản xuất cho việc khai thác hiệu quả cao như là kết quả của việc tăng

độ khuyếch tán của dung môi vào bên trong và tăng cường giải hấp. Hiệu quả của năng

lượng vi sóng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của cả hai dung môi và chất nền. Thông

thường, một dung môi chọn hấp thụ mạnh năng lượng vi sóng. Tuy nhiên trong một số

trường hợp (đối với hợp chất thermolabile) các lò vi sóng được hấp thu chỉ bởi chất nền

làm nóng mẫu và giải phóng các chất tan vào dung môi lạnh.

Các tính năng độc đáo của chiết MW là thành phần có thể được chiết xuất chọn lọc bằng

cách làm nóng chọn lọc của một giai đoạn hoặc một thành phần duy nhất của một hệ

thống (ví dụ, các phân tử nước tự do trong tế bào thực vật) hoặc bằng cách chọn một dung

môi hữu cơ mà mục tiêu là một thành phần đặc biệt. Áp lực là một yếu tố quan trọng

trong hệ thống khép kín; Tuy nhiên nó phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ. Nhiệt độ cao MW

nhiệt có thể sản xuất trong hệ thống khép kín có thể thay đổi đáng kể các tính chất của

nhiều loại dung môi và chúng thậm chí có thể đạt được điều kiện siêu tới hạn.

Lò vi sóng chiết tăng tốc (MAE) sử dụng các dung môi hữu cơ hoặc hỗn hợp các dung

môi chiết. Các điển hình nhất là methanol và isopropanol, và hỗn hợp của hexane và

acetone. Sử dụng dung dịch nước và bề mặt không ion như chất chiết cũng có thể. Chất

lỏng ion là phương tiện hấp dẫn đối với các quá trình bức xạ MW vì khả năng hấp thụ

năng lượng bức xạ MW là rất cao. MAE (chủ yếu là ở dạng năng lượng tập trung của nó)

hiện đang được coi là một lựa chọn tốt để chiết. Soxhlet truyền thống cho chất phân tích

khác nhau trong mẫu rắn vì nó làm giảm thời gian khai thác (ví dụ từ 20-30 phút mỗi lô

như nhiều như 12 mẫu) sử dụng một lượng nhỏ của dung môi (30 ml trong MAE so với

300 ml trong khai thác Soxhlet) và cải thiện sản lượng chiết. EPA đã phê duyệt MAE

(Phương 3546) để chiết xuất các hợp chất hữu cơ từ các mẫu môi trường rắn [10].

Những lợi ích của dung môi chiết xuất lò vi sóng hỗ trợ bao gồm:

● Quá trình chiết nhanh có thể hoàn thành trong vòng vài phút;

● sử dụng dung môi thấp hơn, làm giảm chi phí mua và xử lý dung môi;

● sự thu hồi chất phân tích cao;

● Đơn giản ,ngăn cản sự cần thiết phải thay đổii hóa học hiện có;

● Điều khiển bằng máy vi tính chính xác của tất cả các thông số quá trình, cho phép tái

lặp;

● Sử dụng lò vi sóng để chiết xuất hữu cơ nâng cao

Tuy nhiên MAE không có một số nhược điểm: chiết xuất phải được lọc sau khi khai thác

và hầu như luôn luôn đòi hỏi phải sạch-up (vì MAE là rất hiệu quả) dung môi phân cực là

cần thiết và các thiết bị là tương đối đắt. Áp dụng năng lượng vi sóng đối với các hợp chất

hữu cơ dễ cháy có thể gây ra mối nguy hiểm nghiêm trọng; do đó nó được khuyến khích

mạnh mẽ rằng chỉ các thiết bị đã được phê duyệt cho các phòng thí nghiệm được sử dụng.

15.3.1.2 Hổ trợ thủy phân

Phương pháp ướt thông thường để phân hủy mẫu rắn để phân định lượng các kim loại

thường được thực hiện trong các bình có chứa các mẫu và một khối lượng lớn các chất

phản ứng thủy phâ , thường 15-100 ml axit nitric, tinh khiết hoặc kết hợp với HCl hoặc

axit flohydric, được nung nóng trong một thời gian dài sử dụng một tấm nóng, lớp mỏng

gia nhiệt, hoặc lò nướng. Đây là loại bình thủy phân mở có nhiều hạn chế, bao gồm cả

việc sử dụng khối lượng lớn (và nhiều bổ sung) của thuốc thử, một tiềm năng đáng kể cho

việc ô nhiễm của các mẫu bằng vật liệu khác và môi trường phòng thí nghiệm, và tiếp xúc

của người phân tích và các phòng thí nghiệm với khói chất ăn mòn.

Lò vi sóng đóng sử dụng một công nghệ khác nhau đáng kể để phân hủy mẫu [11]. Hầu

hết các mẫu rắn có thể được phân hủy sử dụng với số lượng gần tỷ lượng của thuốc thử,

thông thường là 10 ml và thường có thể được hoàn thành trong 10-15 phút. Giảm thời

gian chuẩn bị mẫu này có thể là do áp lực cao trong bình kín và làm nóng nhanh chóng

của hỗn hợp mẫu. Nhiệt độ cao hơn, đạt được gần như ngay lập tức, cung cấp cho lò vi

sóng thủy phân một lợi thế động học trên thủy phân đĩa nóng. Trong một hệ thống bình

kín, có thể giữ lại các yếu tố thậm chí dễ bay hơi.

Thủy phân hoàn chỉnh hơn vì nhiều axit có khả năng oxy hóa cao hơn ở nhiệt độ cao.Hiệu

quả quá trình phân hủy phụ thuộc vào các thông số nhiệt độ cụ thể và các thuốc thử. Điều

này quan trọng không chỉ đối phân hủy hoàn toàn, cũng như cho khai thác tái sản xuất

(lọc),có thể dùng cho các chất phân tích dễ hòa tan,chất phân tích dễ bay hơi, phương

pháp này ổn định và quan trọng nhất, an toàn. Các chất thủy phân thường được sử dụng

nhất là axit nitric, axit clohydric, hydrofluoric axit, axit sulfuric, acid percloric và

hydrogen peroxide. Các nhà phân tích phải đánh giá phản ứng của axit với mỗ chất nên cụ

thể vì mỗi chất nền có các tương tác hóa học riêng.Một sửa đổi có hiệu quả tương tự như

biện pháp sử dụng lò vi sóng được sử dụng trong các bước giới thiệu mẫu phổ nguyên tử.

Thermospray (TSP) gần đây đã thu hút sự chú ý nhiều hơn bởi vì nó tạo ra sol khí nóng

và nhỏ, cho phép một tỷ lệ phần trăm cao của chất phân tích để đạt được các hạt sương.

TSP do đó thực hiện tốt hơn nhiều so với phun sương khí nén thông thường về độ nhạy và

giới hạn phát hiện cho hầu hết các yếu tố. Khi TSP với nhiệt thích nghi được sử dụng để

làm nóng một thạch anh hoặc mao mạch thép không gỉ để tạo sol khí, một gradient nhiệt

xảy ra từ các thành mao mạch đến trung tâm của dòng chất lỏng. Nếu chất lỏng có chứa

một số lượng tương đối lớn các chất phân tích, hoặc nhiệt độ không được kiểm soát một

cách chính xác, chất phân tích sẽ được tẩm trên thành mao mạch. Vì lý do này, rất khó để

sử dụng một kỹ thuật thermospray để phân tích bùn hoặc dung dịch mẫu có hàm lượng

muối cao. Nếu các mao mạch thạch anh được đun nóng với bức xạ vi sóng, không có

građien sức nóng từ các thành đến trung tâm của dòng chất lỏng và một số lượng tối thiểu

của chất phân tích sẽ được tẩm lên thành. Hơn nữa, hơi dung môi sẽ kết hợp với các chất

lỏng còn lại, và về mặt lý thuyết, sự phân bố đường kính giọt sol khí sẽ hẹp hơn nhiều.

Trong hầu hết các nghiên cứu của TSP, đường kính mao quản phải rất nhỏ (25-200 mm)

để tránh nhiệt tập trung, trong khi với lò vi sóng, đường kính mao quản có thể lên đến 1

mm. Do đó, lò vi sóng thermospray (MWTN) có hiệu quả ở áp suất chất lỏng thấp hơn, và

có thể được sử dụng để phân tích các dung dịch mẫu với hàm lượng muối cao hoặc thậm

chí bùn [12].

15.3.1.3 sấy, hỗ trợ giải hấp và hấp phụ

Làm khô vi sóng là một phương pháp đơn giản để loại bỏ các hợp chất dễ bay hơi từ một

mẫu mà là nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với sấy bằng không khí nóng.

Nước thường là các hợp chất dễ bay hơi chính loại bỏ từ mẫu. Bởi vì năng lượng bức xạ

vi sóng được hấp thụ trực tiếp bởi nước, làm nóng và bốc hơi xảy ra nhanh hơn nhiều so

với điều kiện tiêu chuẩn. Khi hết hơi ẩm, giảm nhiệt và nhiệt độ của những giọt mẫu,

ngăn ngừa sự quá nhiệt. Làm khô vi sóng hỗ trợ cũng có thể được thực hiện ở áp suất

thấp; nước (hay dung môi lò vi sóng hấp thụ khác) bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn, do đó ít

phân hủy hoặc mất mát của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và sự hình thành các điểm

nóng tập trung. Làm khô vi sóng cũng đã được sử dụng để làm khô kết tủa trong phân

tích trọng lựơng. Những lợi thế của làm khô bằng lò vi sóng trong điều kiện chân không ở

nhiệt đọ nhỏ, hơi nước được loại bỏ nhanh chóng hơn, giảm thời gian phân tích, và sự

biến chất hoặc quá trình oxy hóa của các mẫu được giảm thiểu. Kỹ thuật lò- hoặc máy sấy

khô truyền thống làm tốn nhiều thời gian (8 giờ đến vài ngày), trong khi sấy chân không

vi sóng của các chất cặn mất ít thời gian và xử lý nhiều mẫu. Cùng loại của các phương

pháp có thể được thực hiện sau khi thủy phân, làm bay hơi dung môi và làm giàu các mẫu

để phân tích thêm. Trong những năm gần đây, sấy lò vi sóng đã trở nên phổ biến như là

một phương pháp thay thế để sấy trầm tích biển và một loạt các sản phẩm thực phẩm,

chẳng hạn như trái cây, rau quả, thực phẩm ăn nhẹ và các sản phẩm từ sữa. Một số biện

pháp an toàn phải được thực hiện với phương pháp làm khô lò vi sóng vì các tương tác có

thể có giữa năng lượng vi sóng và mẫu.

Bức xạ vi sóng không được sử dụng rộng rãi để chuẩn bị mẫu cho mẫu phân tích sinh học

và nó có một số nhược điểm. Cho đến khi các cơ chế theo đó bức xạ sóng ngắn làm trung

gian phản ứng xúc tác thay thế được hiểu tốt hơn, rất khó để dự đoán các quá trình sinh

hóa và phân tích sẽ được hưởng lợi từ năng lượng vi sóng.

15.3.2 Sử dụng siêu âm trong xử lý mẫu

Siêu âm chiếu xạ cũng có thể tiết kiệm một lượng đáng kể thời gian và năng lượng trong

một số quy trình xử lý mẫu. Siêu âm (US) được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí

nghiệm phân tích để cải thiện hoặc tăng tốc các bước sơ bộ của quá trình phân tích. US hổ

trợ trong việc điều hòa các mẫu (ví dụ trộn hoặc hòa tan) và chuyển nó đến đầu dò (ví dụ:

với US khí dung hóa, bay lên hoặc hình thành bùn) [13]. Thiết bị siêu âm hoạt động trong

phạm vi 20-100 kHz là tương đối rẻ tiền và sẵn có. Một số thiết bị tần số cao (500 kHz)

cũng đã được sử dụng nghiên cứu cơ bản.

Năng lượng siêu âm gây ra lỗ hổng âm thanh - hình thành bọt khí và sự nổ - trong các

dung dịch. Sự nổ của những bọt khí này tạo ra áp lực rất cao và nhiệt độ tại giao diện giữa

các bọt khí và các pha khác. Hơn nữa, hiệu ứng nhiệt đọ rất cao và áp suất tại các giao

diện giữa một dung dịch nước và một chất nền rắn, kết hợp với năng lượng oxy hóa của

các gốc hydroxyl và hydrogen peroxide được tạo ra trong các sonolysis nước, tăng cường

độ phản ứng hóa học. cavitation Acoustic do đó cung cấp một sự tương tác giữa năng

lượng và vật chất và năng lượng chiết hơn thu được từ các dung môi.

15.3.2.1 chiết gia tốc và ngâm chiết

bức xạ siêu âm là một thay thế cho việc thúc đẩy một số bước trong xử lý mẫu rắn, như

hòa tan, nung chảy và ngâm chiết. Sự tạo ra lỗ hổng từ rung động âm thanh tạo điều kiện

cho việc loại bỏ các chất phân tích từ các bề mặt chất nền và tạo môi trường lớn với nhiệt

độ cao và áp suất. Sonication hỗ trợ chiết (SAE) là nhanh hơn (5-30 phút cho mỗi mẫu)

hơn so với chế độ Soxhlet và cho phép một số lượng lớn các mẫu được chiết xuất với tiêu

thụ năng lượng thấp hơn. Cùng một loạt các dung môi phù hợp cho SAE như chiết

Soxhlet. DSAE có nhiều lợi thế hơn chế độ liên tục thông thường, cải thiện động lực học

chiết. Hơn nữa, lọc sau chiết và rửa được loại bỏ và tiêu thụ dung môi và các rủi ro về mất

mát và / hoặc ô nhiễm của các chất chiết trong thao tác được giảm. Ngâm chiết siêu âm

của các kim loại từ các trầm tích, mặc dù chưa được khai thác đầy đủ, có thể là một thay

thế hấp dẫn thông thường, bom axit và thủy phân vi sóng; trừ thời gian cần thiết cho thủy

phân, tháo liệu phản ứng nhanh hơn khi không có nhiệt độ cao và áp lực. Các loại và

nồng độ axit trong chiết xuất chất lỏng là tham số quan trọng nhất để lọc siêu âm. Thật

không may, SAE sử dụng nhiều dung môi như chiết Soxhlet và lọc là cần thiết sau khi

chiết. Hơn nữa, nó khá tốn sức vì ngoài sự phân cực của dung môi, hiệu quả của chiết là

phụ thuộc vào bản chất và tính đồng nhất của nền mẫu, tần số siêu âm và thời gian

sonication. EPA đã phê duyệt chiết sonication hỗ trợ như Phương pháp 3550C [14].

15.3.2.2 Assisted matrix solid-phase dispersion

Matrix pha rắn phân tán (MSPD) là một hình thức của microextraction cho cả chất lỏng

và chất rắn. Đối với các mẫu chất lỏng, chất hấp thụ được phân tán trong mẫu để hấp thụ

các chất phân tích. sau đó các chất hấp thụ được tách ra khỏi chất lỏng và chuyển đến một

cột và sau đó chất phân tích được hấp thu nhiệt để phân tích thêm. Đối với rắn hoặc mẫu

nửa rắn, một loại vật liệu thích hợp pha rắn (silica ví dụ dẫn xuất, gel silica, cát hoặc

Florisil) là tự pha trộn với mẫu. Các hỗ trợ vững chắc và mẫu này sau đó được chuyển

đến một cột và tách rửa với một dung môi thích hợp. Trong MSPD, phá vỡ các mẫu và

phân tán vào các hạt của sự hỗ trợ nguyên liệu diễn ra trong một bước duy nhất. Các yếu

tố quan trọng nhất cho các loại hình khai thác phân tán là những đặc điểm của vật liệu rắn

giai đoạn (ví dụ như kích thước hạt), tỷ lệ mẫu để hỗ trợ vật chất, việc sử dụng các bộ

điều chỉnh hóa học (ví dụ như axit, bazơ, hoặc các chất tạo phức), các dung môi rửa giải

và khối lượng. các MSPD Kỹ thuật này đặc biệt rất thích hợp với các mẫu sinh học và

nguồn gốc thực vật. Lợi thế chính của nó là khả năng xử lý một lượng rất nhỏ các mẫu, và

tiêu hao dung môi thấp.Ultrasonic hỗ trợ nền mẫu pha rắn phân tán (UA-MSPD), là một

phương pháp đã được phát triển để giải nén và loại bỏ thuốc trừ sâu (OPPS) và triazines

từ nhiều loại trái cây [17]. năng lượng siêu âm đã được tìm thấy để tăng tốc và nâng cao

hiệu quả khai thác trong khai thác rắn-lỏng của thuốc trừ sâu.

So với MSPD thông thường, phương pháp đề xuất nâng cao hiệu quả khai thác, giảm sự

phân tán của kết quả và hoàn thành xử lý mẫu trong vòng vài phút. Những kết quả, đặc

trưng với giới hạn thấp của phát hiện (LODs), chỉ ra rằng các quá trình thích hợp để xác

định chính xác các mục tiêu chất phân tích ở mức quy định trong pháp luật hiện hành đối

với các khoản của mẫu nhỏ như 100 mg [18].

15.3.3 ánh sáng như một nguồn năng lượng

Ánh sáng là một thuốc thử sạch mà không để lại dấu vết; do đó, quang hữu cơ được coi là

một phương pháp hóa học xanh [19]. Các nguồn cung cấp dồi dào nhất của năng lượng

trên trái đất xuất phát từ bức xạ mặt trời - cho tất cả các mục đích thực tế, một nguồn lâu

năm sẽ tiếp tục vượt quá mọi nhu cầu của nhân loại (25 000-75 000 kWh mỗi ngày và ha).

Con người chỉ sử dụng trực tiếp một phần nhỏ của năng lượng này. Cây xanh sử dụng

năng lượng mặt trời và quang xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong cân bằng sinh

thái. Một loạt các phương pháp tổng hợp nhân tạo đã được phát triển trong đó photon

được sử dụng như một thuốc thử hóa học, nhưng những không có kết nối trực tiếp với các

quá trình xảy ra trong tự nhiên. Photon đóng vai trò tương tự như thuốc thử và / hoặc chất

xúc tác trong tổng hợp hữu cơ. Hơn nữa, trái với tác nhân khởi động là hóa chất, ánh sáng

là thuốc thử tiêu hao hết hoặc phần còn lại đưa vào hỗn hợp phản ứng và như vậỵ quá

trình được đơn giản hóa.quang hữu cơ tổng hợp đã bị lờ đi bởi các ngành công nghiệp hóa

chất, chủ yếu là bởi vì hầu hết các nguồn sáng nhân tạo đòi hỏi một lượng lớn năng lượng

để tạo ra ánh sáng. Tuy nhiên, đi - ốt phát sáng ( Dây dẫn ) có thể cải thiện tình huống này

và họ sẵn sàng đưa vào nhiều bước sóng phát ra, tạo điều kiện thuận lợi lựa chọn của phù

hợp nhất giữa nguồn và thuốc thử hấp thụ. Nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu nguồn

gốc cuối thế kỷ thứ 19 của quang hoá học hữu cơ, khi ánh sáng mặt trời là nguồn có hiệu

lực của phát xạ duy nhất [ 20 ]. Ngược lại với các thiết bị thường được ứng sớm, các phản

ứng quang hóa năng lượng mặt trời đang được thực hiện với các lò phản ứng năng lượng

mặt trời hiện đại và vừa phải để ánh sáng mặt trời tập trung cao độ, sản xuất ra sản lượng

thời gian-không gian cao [21]. Điều này do đó có thể được coi là một quá trình tiết kiệm

năng lượng. Tuy nhiên, năng lượng mặt trời không được sử dụng trực tiếp trong các

phương pháp phân tích vì các cường độ khá thấp và cửa sổ quang phổ rộng.Ánh sáng và

các nguồn khác của bức xạ điện từ là phương tiện chính Để sản xuất các tín hiệu trong

hóa phân tích. Các nguồn khác của ánh sáng hơn mặt trời được sử dụng rộng rãi trong

phân tích hoá học; phương pháp trắc phổ phổ biến nhất được lựa chọn để phát hiện và xác

định các chất. Ánh sáng laser dựa trên đã ảnh hưởng đến một cuộc cách mạng lớn trong

quang phổ. Nó được dẫn đến các kỹ thuật phân tích mới dựa trên plasma laser gây ra thế

hệ và các kỹ thuật liên quan phân tích quang phổ.Năng lượng được bảo toàn bằng cách

nung nóng một lượng rất nhỏ chất mẫu trong một thời gian rất ngắn. Khi một xung laser

ngắn thời gian với mật độ năng lượng hiệu quảtập trung trên bề mặt của một vật, nhiệt độ

bề mặt lên tới 5000-6000 K trong một thời gian ngắn extremelyn (~7 ns), dẫn đến sự hình

thành các khối lượng rất nhỏ của huyết tương (microplasma) trong đóbẻ liên kết hóa học

tạo ra các nguyên tử bằng điện tử kích thích và ion, bất kể loại và hình dạng của vật liệu

[22]. Những sự kích thích trong huyết tương hầu như tất cả có thể được sử dụng cho mục

đích phân tích. phổ plasma Laserinduced, hoặc laser gây ra sự cố phổ (libs), vì nó được

biết đến nhiều hơn, có những ưu điểm sau đây: (1) chuẩn bị mẫu đơn giản (2) tiêu thụ tối

thiểu và tiêu hủy mẫu, (3) có độ nhạy cao và chọn lọc cho DelaGuardia_c15.indd 301

DelaGuardia_c15.indd 301 2012/02/01 09:20:21 2012/02/01 09:20:21 302 Sổ tay Hóa

học Xanh phân tích dấu vết phân tích, (4) phân tích nhanh chóng, (5) phân tích phần tử-

đa, và (6) ứng dụng cho nhiều hợp chất.Trong phép đo libs điển hình, nhiều xung laser

được hình thành. Libs được thực hiện bằng một bắn laser duy nhất, làm cho nó lý tưởng

cho các ứng dụng đòi hỏi phân tích hóa học nhanh chóng và / hoặc các phép đo không phá

hủy. Trong libs single-shot, một xung laser tạo ra plasma duy nhất để phân tích quang

phổ. Bằng cách bắt ánh sáng từ mycoplasma trong khoảng 200-980 nm, yếu tố này được

xác định bởi bước sóng cụ thể của họ, số lượng các hóa chất được đo bằng cường độ của

ánh sáng ở bước sóng cụ thể và tất cả các vấn đề được phát hiện, bởi vì mỗi nguyên tố

phát ra đâu đó trong 200 -980 phạm vi nm. Libs là vốn nhạy cảm và vì thời gian phản ứng

ngắn hạn, nó được coi là một phương pháp thời gian thực. Hơn nữa, libs phát hiện các hạt

nhỏ, đặc biệt là khi kích thước của các hạt tương tự như đường kính 20-30 micron của

chùm tia laser hội tụ. duy nhất-shot libs cho thấy nhiều hứa hẹn cho các phân tích hóa học

và nhận dạng của một loạt các loại mẫu. Độc-shot libs đã chứng minh tiềm năng để phân

tích di sản văn hóa, sinh học, môi trườngvà mẫu pháp y, cũng như chất nổ, các ứng dụng

quân sự, các kim loại và hợp kim kim loại, phân tích quá trình đốt cháy và chuyển đổi xúc

tác. Những lợi thế của libs single-shot bao gồm phân tích hóa học nhanh chóng và bảo

quản và lập bản đồ mẫu.Hạn chế lớn nhất của kỹ thuật này là tái sinh của cường độ dòng

quang phổ, có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Shots có thể thay đổi như là kết quả của

nguồn laser (ví dụ xung ổn định), tương tác (ví dụ xung laser-plasma, plasma mẫu và mẫu

pulse- laser), số lượng mẫu ablated, đặc điểm của mẫu (độ nhám, thành phần hóa học ví

dụvà tính đồng nhất), các hiệu ứng nền, các yếu tố môi trường (ví dụ như sự hiện diện của

các hạt bụi hoặc hơi ẩm) và tán xạ ánh sáng. Những biến shot-to-bắn làm cho nó khó khăn

để sử dụng libs single-shot cho việc định lượng.Matrix hỗ trợ laze giải hấp / ion hóa

(MALDI) tương tự như ký thuật ion hóa được sử dụng trong khối phổ. Nó tạo điều kiện

phân tích các phân tử sinh học (chẳng hạn như protein, peptide và đường) và lớn các phân

tử hữu cơ (như polyme, dendrimer và các đại phân tử khác), mà có xu hướng dễ vỡ và

mảnh khi bị ion hóa bằng các phương pháp thông thường. Ion hóa được kích hoạt bởi một

chùm tia laser (thường là một laser nitơ). Một nền được sử dụng để bảo vệ các phân tử

sinh học bị phá hủy bởi một chùm tia laser trực tiếp và để tạo điều kiện bay hơi và ion

hoá. kỹ thuật MALDI thường sử dụng laser UV (337 nm, 355 nm và 266 nm). Laser hồng

ngoại cũng đôi khi được sử dụng bởi vì chế độ mềm mại của chúng khi ion hóa.Khi laser

được bắn ra, quá trình khác nhau diễn ra.. Về lý thuyết, các nền mẫu chuyển một phần

điện tích của nó để các phân tử chất phân tích, do đó ion hóa chúng trong khi bảo vệ

chúng khỏi những năng lượng gây rối của laser [23]. Ion từ kết quả quá trình này bao gồm

một phân tử trung tính [M] và một ion dương hoặc âm MALDI có khả năng tạo ion đơn

tính, nhưng nhiều ion tích điện ([M + nH] n +) cũng có thể được tạo ra, như một phần của

nền mẫu, cường độ laser và / hoặc điện áp. Mặc dù hiệu quả cao, các công cụ này rất phức

tạp và đắt tiền, và không phải mọi phòng thí nghiệm có khả năng.

15.4 Sử dụng dung môi thay thế cho tiết kiệm năng lượng

Nhiều quy định của dung môi công nghiệp và xử lý chất thải, và pháp luật kiểm soát ô

nhiễm ngày càng nghiêm ngặt đã làm tăng sức hấp dẫn của, không độc, dung môi công

nghiệp chấp nhận được với môi trường thay thế. kỹ thuật tách nhiều năng lượng, chẳng

hạn như chưng cất, cũng đang trở nên đắt hơn do chi phí năng lượng tăng cao. Có hai loại

dung môi - chất lỏng siêu tới hạn và các chất lỏng ion - có tiềm năng để làm cho các quá

trình môi trường an toàn hơn và giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách thay thế các dung

môi hữu cơ trong chất lỏng / Chiết lỏng, xúc tác và phân ly. Sử dụng chúng sẽ làm giảm

hoặc loại bỏ các chi phí, yêu cầu xử lý, và các mối nguy hiểm liên quan đến các hợp chất

hữu cơ dễ bay hơi (VOC).Ưu điểm chính của chúng,so với các dung môi thông thường, là

một khả năng điều chỉnh các thuộc tính của dung môi, cho phép họ thay thế các dung môi

cụ thể trong một loạt các quá trình khác nhau.Cải thiện hiệu suất quá trình là cách đểgiảm

tiêu thụ năng lượng. Hơn nữa, các đặc tính độc đáo của cả hai chất lỏng đã dẫn đến các

lĩnh vực nghiên cứu mới: CO2 siêu tới hạn và các chất lỏng ion hoạt động với nhau vì

chất lỏng ion không hòa tan trong chất lỏng siêu tới hạn; Tuy nhiên, các chất lỏng là có

thể trộn với chất lỏng ion và điều này cho phép chất lỏng siêu tới hạn được sử dụng để

chiết xuất các hợp chất từ chất lỏng ion [24].

15.4.1 Ưu điểm của chất lỏng ion

chất lỏng ion có hai ưu điểm chính: không biến động và nhiệt mạnh. Hầu hết trong số

chúng hoạt động trong một phạm vi nhiệt rộng (thường là -40 ° C đến 200 ° C) không có

áp suất hơi đo lường được. Điều này cho phép một mức độ cao kiểm soát động học và

loại bỏ hơi dung môi. áp suất hơi không đáng kể là sự hỗ trợ chính đối với khiếu nại mà

ILS là một dung môi 'xanh'.

Các thuộc tính của ILS (tính lưu động trên một phạm vi nhiệt độ rộng, áp suất hơi cực kỳ

thấp, trộn lẫn hoặc không trộn lẫn với nước và các dung môi khác, khả năng hòa tan nhiều

chất hữu cơ và vô cơ, độ dẫn điện, độ ổn định điện, độ chấy nổ thấp, gây nổ, và khó ăn

mòn) có thể được điều chỉnh khi chọn thích hợp anion và cation. Thuộc tính này có thể

được gọi là 'tunability hóa' của chất lỏng ion . Có ILS với các nhóm chức năng cụ thể, mà

đã làm tăng việc xác định các chất lỏng nhiệm vụ cụ thể ion (đuôi) và đã đạt được sự chú

ý rộng.

Ngoài những lợi thế được cung cấp bởi các đặc tính vật lý của chúng, ILS thường tạo ra tỷ

lệ cao hơn phản ứng, sản lượng cao hơn, và tính chọn lọc tốt hơn so với các dung môi hữu

cơ thông thường khi được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ. Chúng đã được sử dụng một số

lượng lớn trong các phản ứng, đặc biệt là trong xúc tác, và đặc biệt là ở xúc tác sinh học

và công nghệ hóa sinh vì nhiều enzyme giữ lại hoạt động trong các dung môi. Việc áp

dụng ILS - thường được thúc đẩy bởi nhận thức rằng chúng là dung môi 'xanh' - đã được

thử nghiệm trong các hóa chất, dầu khí và các lĩnh vực như phương tiện phản ứng, dùng

cho mạ điện, chà axit-khí và khử lưu huỳnh nhiên liệu vận chuyển. Thay thế các dung môi

dễ bay hơi với ILS được kỳ vọng sẽ ngăn chặn sự phát xạ của VOC.

Các tác động môi trường của các giai đoạn chu kỳ sống của ILS tương đối so với các

phương pháp khác vẫn chưa được nghiên cứu. Một đánh giá vòng đời (LCA) là điều cần

thiết để hợp pháp hóa bất kỳ khiếu nại của ' hóa học màu xanh'. Những tuyên bố tương tự

có thể được thực hiện liên quan đến tiêu thụ năng lượng với. Bằng chứng nữa là yêu cầu

mà quá trình phân tích sử dụng chất lỏng ion là phương tiện , hóa chất hoặc chất xúc tác

sẽ nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng để tạo ra các tín hiệu phân tích đo lường được.

Nghiên cứu cũng đang được tiến hành để tìm một hiệu quả sử dụng chất lỏng ion trong

các ứng dụng phân tích [25].

15.4.2 Sử dụng chất lỏng siêu tới hạn tới hạn và những loại chất lỏng siêu tới hạn

Độ đục là khía cạnh quan trọng của dung môi thay thế như chất lỏng siêu tới hạn mà làm

cho chúng hấp dẫn đối với các nhà nghiên cứu. Những thay đổi nhỏ về nhiệt độ và / hoặc

áp lực xung quanh các điểm quan trọng của chất lỏng siêu tới hạn gây ra những thay đổi

đáng kể về mật độ và các thông số vật lý khác mà làm cho nó có thể điều chỉnh độ tanvà

các tính chất khác của dung môi. Vì vậy, sử dụng dung môi siêu tới hạn mở rộng phổ

tổng thể hòa tan, phân cực và biến động của dung môi và giai đoạn khuếch tán. Khả năng

điều chỉnh các tính chất của môi trường dung môi làm cho nó là một ứng cử viên tốt để

thay thế các dung môi khác trong một loạt các quá trình khác nhau, hoặc để tạo ra phương

pháp mới để phân tích mẫu. Các dung môi tương tự có thể được sử dụng cho các ứng

dụng và các thủ tục khác nhau. Tuy nhiên, các thiết bị phù hợp có thể tạo ra áp lực và

nhiệt độ cần thiết để đạt đến trạng thái siêu tới hạn (ví dụ, đối với khí CO2, nhiệt độ tới

hạn là 31 ° C và áp suất là 73 bar) là cần thiết để làm việc với các chất lỏng siêu tới hạn.

máy bơm và hệ thống sưởi ấm tiêu thụ năng lượng, làm cho các công cụ này tiêu tốn

nhiều năng lượng. Các tính chất vật lý của chất lỏng cũng hạn chế ứng dụng của chúng.

sắc ký lỏng siêu tới hạn (SFC) sử dụng carbon dioxide lỏng như một chất rửa giải Nó

được sử dụng chủ yếu như là một chế độ dự bị trong sắc ký. sắc ký lỏng siêu tới hạn

thường sử dụng carbon dioxide trên hoặc gần nhiệt độ và áp suất tới hạn của nó, kết hợp

với một dung môi hữu cơ như methanol hoặc ethanol. Hầu hết các sẵn SFC thiết bị đo đạc

phân tích cũng là LC-tương thích. Các máy bơm và buồng trộn đã ở áp suất cao; Tuy

nhiên, đầu bơm phải được làm mát. Việc thay đổi chính là sự cần thiết để giữ cho các máy

dò UV ở áp suất cao. SFC giải ly nhanh hơn so với LC và sử dụng một lượng tối thiểu của

các dung môi hữu cơ. SFC pha động là carbon dioxide trên, nhưng có thể chứa lên đến

15% ethanol, methanol hoặc acetonitrile. Về mặt lý thuyết, hỗn hợp pha dung môi SFC ít

thân thiện với môi trường hơn so với pha CO2, nhưng chúng dễ dàng để xử lý hơn hoặc

tái chế hơn so với các dung môi hữu cơ LC-dịch hỗn hợp. Mao mạch SFC cung cấp sắc

ký có độ phân giải cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với phương pháp sắc ký khí và tạo

điều kiện phân tích nhanh các hợp chất bền nhiệt [26]. SFC đã được xem như một phần

mở rộng của phương pháp sắc ký khí (GC), trong đó một phần năng lượng nhiệt cần thiết

để các chất hoà tan được thay thế bằng năng lượng solvat hóa. Việc sử dụng SFC mao

mạch tăng nhanh, chủ yếu là do sự kết hợp mới của pha động siêu tới hạn và cột mở

silica. Đầu dò GC như ion hóa ngọn lửa, bắt điện tử, phốt pho nitơ, lưu huỳnh và

Chemiluminescence được phổ biến với SFC.

SFE và SFC là đặc biệt thuận lợi khi sử dụng cacbon dioxide dựa vào pha. Khí carbon

dioxide không gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu nhưng carbon dioxide được sử dụng

trong các quá trình này góp phần không có hóa chất mới vào môi trường, bởi vì nó thường

là một sản phẩm phụ của phản ứng hóa học khác hoặc được lấy trực tiếp từ không khí, và

khí thường được tái chế khi nó được sử dụng với số lượng lớn.

Trong sắc ký lỏng, khi nhiệt độ cao cần thiết cho hiệu xuất, chỉ sử dụng dung dịch nước

thường được đề xuất. S. Heinisch và J-L. Rocca vừa xem xét cao sắc ký lỏng nhiệt độ

[27]. Họ nhận thấy rằng, ngoài những lợi thế không độc tính , như đã thảo luận ở trên, nó

cũng có thể sử dụng ion hóa ngọn lửa, tia cực tím bước sóng thấp, plasma quy nạp cùng

khối phổ và dò cộng hưởng quang phổ từ thậm chí hạt nhân, với deuterium oxide nóng

như pha động [28, 29, 30]. lập trình nhiệt độ thay vì rửa giải Gradient có thể được thực tế

trong một số tình huống. Ví dụ, chiết tách sử dụng micro hoặc cột nano, khi gradient rửa

giải là khó khăn để hoạt động ở dòng chảy tỷ lệ rất thấp trong một hệ thống cụ thể, lập

trình nhiệt độ thường được khuyến cáo với các cột mao mạch do truyền nhiệt hiệu quả

hơn với đường kính nhỏ bên trong. Tuy nhiên, chương trình nhiệt độ đôi khi có vấn đề.

Một khoảng nhiệt độ rộng hơn so với môi trường xung quanh đến 200 ° C là thường cần

thiết cho chương trình. nhiệt độ cần thiết thường là (> 20 ° C min-1) được áp dụng để

phân tách HPLC vì truyền nhiệt trong chất lỏng là rất chậm so với truyền nhiệt trong khí.

Làm nóng một cột thép HPLC (một vật liệu có tính dẫn nhiệt rất thấp) có thể là quá chậm

là tốt. Lập trình nhiệt độ được sử dụng chủ yếu để cải thiện phân tích đẳng nhiệt isocratic

hơn để thay thế rửa giải gradient. Một khía cạnh thường bị bỏ qua sắc ký nhiệt tiêu thụ

nhiều năng lượng hơn. G. van der Vorst et al. [31] thực hiện một chu trình tách sắc ký

của đồng phân đối với ảnh hưởng của một hỗn hợp không hấp thu ánh sáng của phenyl

dẫn xuất của acid acetic để so sánh HPLC với SFC. Năng lượng cần thiết để tạo ra sắc

phổ có thể là đáng kể cho cả HPLC và SFC. Xem xét quasá trình, việc tiêu thụ năng

lượng chuẩn bị HPLC là cao hơn so với SFC khoảng 25%, do sử dụng lượng lón các dung

môi hữu cơ. Để xác định mức tiêu thụ năng lượng của một nhà máy người ta phải xem xét

năng lực của mình ( 'βsystem ranh giới') và thực hiện các tính toán có tính đến ranh giới

vật chất của nhà máy và các nguồn tài nguyên. Chúng bao gồm các nguồn lực mua của

các công ty dược phẩm để thực hiện việc tách và sản xuất các hỗn hợp không hấp thu

quang, làm mát và nước công nghiệp, làm mát và sấy, hơi nước và các chi phí lưu trữ các

sản phẩm. SFC dường như có lợi hơn bởi vì nó đòi hỏi ít tài nguyên khoảng 30% so với

HPLC như định lượng trong năng lượng. Tuy nhiên, các năng lượng tích lũy được chiết

xuất từ môi trường tự nhiên để cung cấp tất cả các lượng và năng lượng dòng chảy đến

điểm αand βsystem qua các mạng công nghiệp (ranh giới γsystem) tổng thể cho thấy

chẩn bị SFC đòi hỏi nhiều hơn khoảng 34% nguồn lực hơn chuẩn bị HPLC. Các tác giả

lý do mà các điện cần để sưởi ấm và làm mát và sản xuất CO2argues lỏng chống lại việc

15.5. Hiệu suất thiết bị thí nghiệm

D. Raynie [33] đã chia phòng thí nghiệm thiết bị thành ba loại, dựa trên năng lượng tiêu

thụ cho mỗi mẫu (xem bảng 15.1)Việc đánh giá năng lượng Bảng 15.1 cho thấy rằng

phương pháp hóa học ướt như chuẩn độ và những người dựa trên các xét nghiệm sinh hóa

sẽ được ở khu vực 'xanh'. phương pháp cụ đơn giản như GC và HPLC đang ở trong vùng

"vàng". phương pháp cụ phức tạp hơn và kết hợp rất nhiều năng lượng và do đó họ đang

có trong cột 'đỏ'. lượng mẫu cao rõ ràng là quan trọng bởi vì nó làm giảm tiêu thụ năng

lượng cho mỗi mẫu. Dung môi tạo ra nhu cầu năng lượng bổ sung. bay hơi dung môi là có

liên quan trực tiếp đến việc sử dụng năng lượng, và một phương pháp đòi hỏi sự bay hơi

của khối lượng lớn dung môi là phương phápkhông có lợi.Phân tích quang phổ đòi hỏi

khá ít năng lượng. Nhiều trong số chúng là thuốc thử, không phá hủy, nhanh chóng và có

thể xác định một số chất phân tích trong thời gian tương tự. Đối với những lý do này, nên

rất thân thiện với môi trường và có thể được coi là phương pháp phân tích màu xanh lá

cây [34]. đặc điểm phân tích độc đáo, chẳng hạn như độ nhạy cảm cao, độ phân giải phổ

cao, và giới hạn rất thấp phát hiện, có thể đạt được bằng cách sử dụng laser. Tuy nhiên,

nhược điểm lớn của họ bao gồm các chi phí của các thiết bị, tăng độ phức tạp và thực tế là

không phải tất cả các bước sóng có sẵn. Tuy nhiên, miniaturizing các máy dò ánh sáng

nguồn (ví dụ diodelaser) đã gia tăng việc sử dụng các phương pháp quang phổ trong các

cảm biến khác nhau và các ứng dụng phòng thí nghiệm.

Bảng : Xếp hạng thiết bị theo mức tiêu hao năng lượng

15.5.1 Các xu hướng trong xử lý mẫu

hóa học xanh được chú ý tới việc lấy mẫu, đặc biệt là mẫu chuẩn bị, mà thường liên quan

đến việc làm sạch và các bước tiền tập trung bởi vì nó đòi hỏi dung môi và hóa chất khác

tạo ra một lượng lớn chất thải. Việc xử lý dung môi cũng tiêu thụ năng lượng quá trình

chuẩn bị mẫu. đáng kể có thể bao gồm đồng nhất và lọc, ly tâm, chưng cất, chiết, phân

đoạn và tập trung. Việc thực hiện thành công các quá trình này sẽ đảm bảo rằng các chất

phân tích là thích hợp với các hệ thống phân tích. Lấy mẫu và mẫu trước khi điều trị

thường chiếm trên 60% tổng số thời gian phân tích và chất lượng của các bước chủ yếu

quyết định sự thành công của quá trnhf phân tích trên một nền mẫu phức tạp. Vì vậy, lựa

chọn và tối ưu hóa một bước chuẩn bị mẫu ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy, chính xác và

lượng và năng lượng tiêu thụ của một phương pháp phân tích .Theo các nguyên tắc của

hóa học xanh, phương pháp mới chuẩn bị mẫu phải:

● Làm giảm đáng kể việc sử dụng các dung môi hữu cơ;

● Giảm phát thải hơi và phát sinh chất thải lỏng và rắn;

● Loại bỏ việc sử dụng các thuốc thử độc tính cao và sinh thái độc hại;

● Giảm lao động (thời gian) và tiêu thụ năng lượng.

Chuẩn bị mẫu để phân tích và phụ thuộc vào nên mẫu và loại và lượng của chất phân

tích. Các lựa chọn của việc chuẩn bị mẫu và điều kiện của việc chiết tách thường yếu tố

quan trọng trong việc phân tích mục tiêu-hợp chất. Tốc độ chiết, phức tạp của các thiết bị

đo đạc,đơn giản và linh hoạt của phương pháp và độ tin cậy của quá trình này là những

yếu tố rất quan trọng để tiêu thụ năng lượng.

Tại tuyến hoặc trên đường nối của việc chiết và làm sạch với quá trình tách là một yếu tố

quan trọng trong sự phát triển của các phương pháp chuẩn bị mẫu; thủ nhỏ đã là một yếu

tố quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống phân tích tổng hợp để cung cấp lượng mẫu

cao hơn và / hoặc hoạt động tự động, để sử dụng tiết kiệm hơn các dung môi và hóa chất

và bảo tồn năng lượng.

Các phương pháp tiếp cận có thể bao gồm các phương pháp solventless, quy trình và hệ

thống dung môi mới. phương pháp solventless chuẩn bị mẫu có thể được phân loại như

khí, màng cơ sở, và chiết pha rắn [35]. Phân tích và xác định các chất phân tích biến

động trong môi trường dạng khí được thực hiện trên sắc ký khí. chiế có sử dụng khí siêu

tới hạn như CO2. Chiết màng là một phương pháp solventless khi chất phân tích là dễ

bay hơi và các phương tiện chấp nhận là một pha khí; nếu không, nó là một hình thức

chiết lỏng-lỏng. Việc chiết pha rắn (SPE) kỹ thuật có nguồn gốc từ phương pháp sắc ký

lỏng và trong những năm gần đây, SPE đã dần dần thay thế hầu hết các chiết lỏng-lỏng

(LLE) phương pháp như các kỹ thuật ưa thích, đặc biệt là đối với các mẫu sinh học trước

để định lượng phân tích [36]. sau đó các chất phân tích được hấp thụ từ chất hấp thụ vào

đầu vào phân tích bằng một dung môi thích hợp hoặc nhiệt (cách tiếp cận solventless ).

SPE giảm tiêu thụ dung môi và các chi phí và do đó quá trình này có thể được tự động.

Trong hệ thống microextraction phổ biến nhất, một sợi silica hợp nhất được phủ chất hấp

thụ và các chất phân tích được phân chia giữa các thanh hấp thụ và pha nền[37]. Phương

pháp này là đơn giản và có thể dễ dàng tự động. Đó là điểm khởi đầu cho sự phát triển

của một loạt các phương pháp chuẩn bị mẫu mới. SPE, trong tất cả các phương thức và

các định dạng của nó, được cho là phương pháp ưa thích cho việc chuẩn bị mẫu chất lỏng,

đặc biệt là những loại có chứa nhiều chất phân tích phân cực. On-line và tự động pha rắn

sắc ký chiết lỏng (SPE-HPLC có thể dễ dàng được thu nhỏ. Ngoài hiệu quả của các kỹ

thuật chiết , nhiều yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến phân tích [38]. Thay thế dung môi

mới (fluorous, polymer, chất lỏng ion vv) có thể làm cho hệ thống chiết lỏng-lỏng thông

thường hiệu quả hơn bằng cách giảm lượng dung môi cần thiết. Tuy nhiên, các thiết bị và

chi phí vận hành, độ phức tạp của phương pháp, lượng của dung môi hữu cơ và mức độ

tự động hóa cũng phải được xem xét.

Tất cả các quá trình trên tiêu thụ thêm năng lượng để tiến hành phân tích, đối với các yêu

cầu như sử dụng thiết bị hoặc các quá trình bổ sung, làm bay hơi dung môi, làm khô mẫu,

và như vậy. Kỹ thuật chuẩn bị mẫu truyền thống như chiết lỏng-lỏng (LLE) và Soxhlet

khai thác (SOX) dựa trên dung môi chiết. Chúng thường sử dụng một lượng lớn các dung

môi hữu cơ và clo, và có thời gian chiết dài (thường là 6-24 h). Chiết áp-lỏng (PLE)

trong pha tĩnh của nó (SPLE) và hình thức (DPLE) năng động đã được phát triển để thay

thế các kỹ thuật trước khi xử lý mẫu truyền thống. Rõ ràng là việc áp dụng nhiệt độ cao

để bảo tồn năng lượng rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả của quá trình. PLE, còn được

gọi là chiết xuất chất lỏng áp lực (PFE), áp suất chiết dung môi (PSE), tăng tốc chiết dung

môi (ASE) và tăng cường chiết dung môi, tạo quá trình chiết nhanh hơn vì khuyếch tán

cao, cải thiện khả năng hòa tan và tương tác chất phân tích hiệu quả hơn trong các dung

môi lỏng ở nhiệt độ trên nhiệt độ sôi của chúng . PLE chiết định lượng với mức tiêu thụ ít

dung môi và thời gian chiết ngắn hơn đáng kể so với phương pháp Soxhlet. Đối với một

số chất ô nhiễm hữu cơ PLE là tương đương hoặc thậm chí tốt hơn so với chiết Soxhlet.

Dung môi tương tự như dùng cho khai thác Soxhlet thường mang lại kết quả tốt, vì vậy nó

là tương đối đơn giản để thay thế phương pháp cũ với PLE. Hỗn hợp dung môi ít phân

cực và phân cực cao thường chiết hiệu quả hơn các chất phân tích hơn so với chỉ sử dụng

một dung môi duy nhất. Nhiệt độ thường trong khoảng 60-200 ° C. Ngoại trừ chất phân

tích không ổn định hoặc mẫu, nhiệt độ khai thác cao hơn sẽ làm tăng hiệu quả của PLE

Kết quả của làm ướt mẫu tăng cường và thâm nhập tốt hơn của dung môi chiết, và cũng vì

sự khuếch tán cao hơn và giải hấp của các chất phân tích từ các nền dung môi. Có thể sử

dụng dung môi hoàn toàn dung dịch nước trong PLE, (tức là áp lực chiết nước nóng

(PHWE), còn gọi SWE, chiết nước - nóng, chiết nước ở nhiệt độ cao, chiết quá nhiệt

nước và khai thác liquidwater nóng ). Kỹ thuật này sử dụng nước như một dung môi chiết

ở nhiệt độ 100-350 ° C và áp suất đủ cao để giữ cho nó lỏng. Thời gian chiết điển hình

cho PLE là 10-30 phút, làm giảm đáng kể nhu cầu năng lượng cho mỗi mẫu. Tuy nhiên,

cụ PLE hiếm khi có thể được sử dụng cho PHWE bởi vì các vật liệu hàn kín không chịu

được nhiệt độ cao.

15.6 Ảnh hưởng của tự động hóa và thu nhỏ diện tích về tiêu thụ năng lượng

Như đã đề cập ở trên, nhu cầu phân tích hóa học được phát triển nhanh chóng, đặc biệt là

cho mục đích môi trường về đất đai và - thậm chí quan trọng hơn - trong biển và đại

dương. Quy trình phân tích hóa học, để thu thập dữ liệu phân tích về hoạt động sản xuất

quy mô lớn, là một chuyên ngành khác nhanh chóng mở rộng [39,40]. Những yêu cầu này

gây áp lực lên các phòng thí nghiệm để tăng hiệu xuất và rút ngắn thời gian phản xuất dữ

liệu cho việc ra quyết định. Ngoài ra, các phòng thí nghiệm phải có khả năng xác định rõ

thủ tục dự kiến sẽ là duy nhất hoặc sử dụng thường xuyên. Có nhu cầu ngày càng tăng

cho các thiết bị đo lườngthu nhỏ , thiết bị cảm biến quét và dữ liệu nhanh chóng xử lý với

thông lượng cao và nền tảng thử nghiệm chuyên sâu. Các mục tiêu được thay đổi từ đơn

giản chứng minh tính khả thi của một phản ứng hóa học để thực hiện sâu hơn về khoa

học nghiên cứu và thử nghiệm công nghiệp. Chất lượng của các dữ liệu đồng thời phải

được duy trì hoặc cải thiện.

Các yếu tố chính cho hiệu quả phòng thí nghiệm là chi phí thiết bị, chi phí vận hành bao

gồm năng lượng, dung môi, hóa chất và hàng tiêu dùng, sự phức tạp của các phương pháp

và mức độ tự động hóa. Những yếu tố quyết định chi phí cho mỗi phân tích. Để đạt được

lợi nhuận cao nhất có thể về năng suất, dòng chảy quá trình thí nghiệm phải được nghiên

cứu kỹ lưỡng để xác định các điểm mà tại đó tự động sẽ có tác động đo lường được. Dụng

cụ nhạy cảm với năng suất cao sẽ cải thiện hiệu suất tổng thể của các phòng thí nghiệm.

Tự động hóa trong phòng thí nghiệm có thể loại bỏ các khiếm khuyết và sai sót trong quá

trình thí nghiệm, và nó thường có thể là một cách để giảm thiểu sai sót của con người.Chi

phí cao của các phân tích cụ thể cấm nghiên cứu mở rộng hơn tầm soát môi trường và

giám sát thực địa. Sàng lọc dư lượng hóa chất là không dễ dàng bởi vì các phương pháp

phải có khả năng đạt được giới hạn rất thấp phát hiện (LOD). Nhiệm vụ cũng rất phức

tạp, bởi vì ngay cả khi LOD thấp giá trị có thể đạt được, chúng thay đổi tùy các chất phân

tích, các kỹ thuật lấy mẫu và chuẩn bị mẫu và nền mẫu, trong đó đặc biệt quan trọng đối

với các mẫu thực phẩm. Nó cũng có thể là khó khăn để đạt được mức độ nhạy cảm cần

thiết cho tất cả các chất phân tích với một cùng một phương pháp.Mặc dù hoạt động đáng

kể trong lĩnh vực nghiên cứu này, vẫn còn nhiều lỗ hổng trong kế hoạch giám sát trong

phòng thí nghiệm của chính phủ uỷ quyền cho ma trận nhất định và dư lượng. Vì lý do

này, đa dư lượng 'catch-all' phương pháp, hoặc thậm chí kết hợp các phương pháp khác

nhau sử dụng các kỹ thuật như LC-MS, đang rất hấp dẫn về hiệu xuất cao và độ nhạy và

khả năng đáp ứng các yêu cầu luật định. Tuy nhiên, chúng là tốn kém, và họ yêu cầu các

dung môi và hóa chất cho mẫu tiền xử lý và các chuyên gia có trình độ để vận hành các

phòng thí nghiệm.

Một sự cân bằng hợp lý phải được tìm thấy giữa các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

và hiện trường. Dòng thiết bị đặc biệt cần cải tiến nghiêm trọng. thiết bị hiện trường phân

tích lý tưởng nên (1) có thể sản xuất các thông tin cần thiết về một thời gian thực hoặc

gần cơ sở thời gian thực, (2) có khả năng situ / tại chỗ phân tích và có ít hoặc không cần

thiết phải chuẩn bị mẫu, (3) được cầm tay để sử dụng lĩnh vực với một yêu cầu tối thiểu

cho điện (năng lượng pin là mong muốn), hàng tiêu dùng như các loại khí hoặc / dung

môi, và không gian sạch sẽ để xử lý mẫu và (4) có đủ nhạy cảm và có chọn lọc.

15.6.1 Thu nhỏ trong xử lý mẫu

Giảm việc sử dụng các dung môi là điều quan trọng chính thúc đẩy sự phát triển của các

phương pháp xử lý mẫu. May mắn thay, giảm dung môi được hầu như luôn luôn đi kèm

với mức tiêu thụ năng lượng giảm. Thu nhỏ là một cách để giảm việc sử dụng dung môi

và năng lượng. Một số nỗ lực đã được thực hiện để thu nhỏ chiết lỏng-lỏng (LLE). Ba

trong số đó sẽ được thảo luận: microextraction (SDME), pha lỏng microextraction

(SPME) và chiết electromembrane (EME).

Trong SDME,microdrop dung môi (khoảng 1-3 ml) được treo từ đỉnh của một

microsyringe thông thường và sau đó tiếp xúc với khoảng trống của mẫu hoặc trong một

dung dịch mẫu trong đó nó là immiscible [41, 42]. Các chất phân tích khuếch tán vào giọt

này. Sau khi chiết xong, thả được rút lại vào ống tiêm và tiêm vào hệ thống sắc ký để

phân tích. Ưu điểm chính của SDME là yếu tố làm giàu cao của nó, đó là do khối lượng

rất nhỏ . Những lợi thế khác của kỹ thuật đơn thả bao gồm phù hợp với một loạt các dung

môi, dung môi tiêu thụ tối thiểu và chí phí thấp. Ngoài ra, không có chuẩn bị trước và

hiệu ứng bộ nhớ là tránh hệ thống sợi rỗng hoạt động tương tự để dung môi giọt, nhưng

dung môi được cố định trong các lỗ chân lông của sợi. Các chất xơ cũng có thể hoạt động

như một màng chất lỏng được hỗ trợ, và chất nhận có thể được đặt bên [43]. Hệ thống này

được gọi là pha lỏng microextraction (LPME). Ưu điểm của LPME là sự hiện diện của

một chất hỗ trợ dung môi hữu cơ và gây cản trở việc giải ly hoặc bay hơi của dung môi đó

xảy ra trong SDME. yếu tố làm giàu cao cũng có thể đạt được với kỹ thuật này vì khối

lượng tương đối nhỏ . Nhược điểm chính của tất cả các kỹ thuật màng là việc khai tháccó

xu hướng không được đầy đủ. Sự phục hồi thường ở một mức độ tương tự như trong

SPME, và hiệu chuẩn là bắt buộc. Chiết có chọn lọc có thể lựa chọn dung môi, cũng như

các vật liệu và kích thước của màng tế bào. Kích thước lỗ là rất quan trọng bởi vì ngoài

các quá trình chiết , làm tăng tính chọn lọc.Chiết hệ thống màng dựa trên sợi và túi màng

có thể được sử dụng để lấy mẫu .

Nó cũng được biết đến tài liệu kỹ thuật hóa học mà các quá trình LLE có thể được thao

tác và tăng cường bởi các ứng dụng của điện trường trên giao diện chất lỏng-lỏng [44, 45]

Quá trình .Đây được gọi là chiết màng điện (EME). Các lĩnh vực điện trợ sự chuyển động

của các hợp chất tích điện, để các chất phân tích mục tiêu được tính trong thời gian chiết.

chất phân tích khác nhau tính độ linh động khác nhau mà có thể được điều khiển bởi tiềm

năng điện và áp dụng các điều khiển khả năng chọn lọc của quá trình chiết. Điều quan

trọng là các dung môi vẫn cố định trong các lỗ của sợi rỗng trong chiết vì vậy mà nó hoạt

động như là một màng chất lỏng được hỗ trợ ổn định (SLM). EME đã được đánh giá khả

thi cho các mẫu phức tạp và nó đã được tối ưu hóa cho các loại khác nhau của các chất

phân tích (cơ sở, axit, các hợp chất zwitterionic, các hợp chất không phân cực, và hợp

chất phân cực).Nhanh hơn so với LPME với các thiết bị tương tự, nhưng nhiều nghiên

cứu cần được tiến hành để kiểm tra và xác nhận độ tin cậy của các thủ tục định lượng

[46].

Lồng ghép các quá trình và kết hợp các phương pháp phân tích dẫn đến cắt giảm đáng kể

mức tiêu thụ năng lượng. 'Micro' đề cập đến ít nhất một trong các tính năng sau: khối

lượng tối thiểu của các dung dịch rửa giải, kích thước nhỏ, hoặc tiêu thụ năng lượng thấp.

Microfluidics là khoa học về thiết kế, sản xuất, và các thiết bị xây dựng và xử lý có khả

năng xử lý khối lượng của chất lỏng vào thứ tự của nanolitres (10-9litre) hoặc picolitres

(10-12litre). Các kích thước của thiết bị trong khoảng từ milimét đến micromet. phần

cứng Microfluidics được xây dựng và thiết kế khác biệt so với các chất tương tự

macroscale thông thường của nó. Khi quy mô giảm bớt và kích thước của thiết bị đạt đến

một kích thước nhất định, các hạt của chất lỏng, hoặc các hạt lơ lửng trong chất lỏng, trở

nên so sánh kích thước với bộ máy chính nó, làm thay đổi đáng kể các hoạt động của hệ

thống.

Microfluidics và phân tích vi phân liên quan hệ thống này có khả năng làm giảm tiêu thụ

năng lượng; Tuy nhiên, trong giai đoạn hiện nay, điển hình thiết lập bao gồm một chip vi

lỏng nhỏ bao quanh bởi các công cụ máy tính để bàn có kích thước và nguồn điện. Để giải

quyết điều này phân tích giao diện sẽ cần phải được thu nhỏ hơn nữa. Lồng ghép các yếu

tố hỗ trợ thu nhỏ sẽ cho kết quả đúng vi tổng số hệ thống phân tích (μTAS) và sản xuất

tiết kiệm năng lượng bổ sung. μTAS kết hợp tất cả các thành phần của hệ thống trên một

chip. Máy bơm, van, máy trộn và do đó trên phải được thu nhỏ để tích hợp hệ thống, mà

đòi hỏi một sự lựa chọn giữa các phương pháp hoạt động - hiệu quả, nhưng rất khó để thu

nhỏ, và đòi hỏi nguồn năng lượng - và các phương pháp thụ động - dễ dàng hơn để tích

hợp, nhưng ít hiệu quả. Vì nhiều quá trình hoặc các nhiệm vụ, đặc biệt là trong công nghệ

sinh học, khối lượng vĩ mô của các phân tử và / hoặc các hạt phải được tập trung trong vi

lượng để sử dụng chip. Thu nhỏ của chuỗi xử lý toàn bộ vẫn còn là một thách thức rất lớn.

rào cản bổ sung được tạo ra bởi các hoạt động vật lý của hệ thống thu nhỏ,. Theo một số

nhà nghiên cứu, các giao diện thế giới-to-chip là nút cổ chai chính trong sự phát triển của

μTAS [47]. Giải quyết vấn đề này là đặc biệt quan trọng cho các ứng dụng thông lượng

cao. Một số giải pháp đã xuất hiện trong các tài liệu đã được xem xét và thảo luận trong

một bài báo [48].

Nhiều yếu tố của các hệ thống này có thể được thay thế bởi các thành phần thụ động hoạt

động mà không cần nguồn điện bên ngoài, sử dụng trọng lực, áp suất không khí, hoặc

hành động thủ công đơn giản để thao tác các chất lỏng. Sự phát triển của các thiết bị đơn

giản và có thể dùng một lần như vậy chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu đơn giản point-

of-chăm sóc (POC) kiểm tra đối với các nước kém phát triển, nhưng họ cũng có thể có ích

trong các nước phát triển, nơi hầu hết các chẩn đoán y tế được thực hiện trong tập trung.

George Whitesides và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Harvard gần đây đã chứng

minh rằng các thiết bị vi lỏng ba chiều có thể được làm từ các lớp xếp chồng lên nhau của

giấy thông thường và băng [49]. Đây là thiết bị vi lỏng với giá rẻ nhất và mạnh mẽ nhất

cho đến nay.

Thiết bị vi lỏng trên giấy (cảm biến) đặc biệt hữu ích cho y tế phân phối tại các nước đang

phát triển và giám sát môi trường và thử nghiệm nước. thiết bị vi lỏng 3D trên giấy có khả

năng mà khó có thể đạt được với kính mở kênh thông thường hoặc vi polymer. 3D trên

giấy thiết bị bấc chất lỏng và phân phối khối lượng microlitre mẫu từ điểm đầu vào duy

nhất để các mảng của khu phát hiện rằng số lượng lên đến hàng ngàn. Khả năng này làm

cho nó có thể thực hiện một loạt các giao thức phân tích mới đơn giản và không tốn kém

trên một mảnh giấy và không có pumps. bên ngoài thấm hút lượng giấy đã được thường

xuyên khai thác trong các bài kiểm tra y tế như những người cho lượng đường trong máu,

mang thai, và HIV . Việc miễn dịch sắc ký (ICS) khảo nghiệm là một ví dụ tốt. trong

vòng một vài phút của một mẫu được áp dụng cho các dải kiểm tra, một dòng chỉ số cho

thấy sự hiện diện hay vắng mặt của các chất phân tích có liên quan. Các mẫu thử di

chuyển thông qua nền giấy lọc, trong đó có cả kháng thể cố định và được thấm. Khi di

chuyển mẫu, solubilizes các kháng thể được gắn thẻ và gắn kết chúng với mục tiêu. Các

chất phân tích sau đó gặp tập thứ hai của kháng thể và tạo thành một ma trận bánh

sandwich kháng thể cần phân tích kháng thể với một tín hiệu nhìn thấy được. Bởi vì ICS

chứa thuốc thử không tốn kém và các thành phần, chi phí cho người dùng cuối ít hơn US

$ 2 trong nhiều trường hợp. dải ICS yêu cầu tương đối ít và đôi khi không xử lý mẫu, và

không yêu cầu công cụ. các hiện tượng hóa học vật lý đơn giản bên ngoài, chẳng hạn như

hành động mao mạch, bốc hơi, endo / phản ứng tỏa nhiệt, trọng lực và thành lớp dòng

chảy trong microchannels rất thích hợp cho các thiết bị chẩn đoán dùng một lần

microfluidics. Bởi vì một nguồn cung cấp điện có lẽ là không có sẵn, một số năng lượng

có thể được cung cấp bởi các nhà phân tích. Trong đánh giá của họ, Weigl et al. đưa ra

nhiều ví dụ về thiết kế như vậy [50] .Microfluidics đã làm dấy lên nhiều hy vọng và niềm

hứng khởi trong các nhà hóa học phân tích. Tính đến năm 2009, đã có hơn 5000 ấn phẩm

về các ứng dụng microfluidics trong hóa học và hóa sinh học [51]. Thời gian vỡ mộng là

quá khứ và tìm kiếm đã bắt đầu cho một ứng dụng 'sát thủ'. Becker định nghĩa một ứng

dụng sát thủ là một trong đó có tính chất mong muốn như vậy mà nó có khả năng tạo ra

doanh thu rất lớn với lợi nhuận hấp dẫn trong một khoảng thời gian tương đối ngắn thời

gian [52]. Ông hy vọng rằng một ứng dụng sát thủ trong microfluidics sẽ xuất hiện trong

vòng 5-10 năm và dự đoán rằng một ứng dụng như vậy có lẽ sẽ là trong lĩnh vực chẩn

đoán; có lẽ là một thiết bị hoặc chẩn đoán bộ máy point-of-chăm sóc cho văn phòng của

bác sĩ, hoặc nó có thể được liên kết với thuốc thú y, kiểm tra thực phẩm. Việc tiết kiệm

năng lượng từ loại của thiết bị này là hiển nhiên.

15.6.2 Sử dụng cảm biến

Bởi vì tiêu thụ tài nguyên - năng lượng và hóa chất - và phát sinh chất thải là vấn đề trọng

tâm, tính di động là một thuộc tính quan trọng của một công cụ phân tích xanh Dụng cụ

có thể được đưa đến vùng phân tích hoặc (POC) đang có nhu cầu ngày càng tăng. Các

POC có thể là một bệnh viện, nhà hoặc hiện trường phạm tội. Trong tất cả các yêu cầu,

tiêu thụ điện năng thấp là quan trọng nhất. công cụ phân tích nhỏ hơn tiêu thụ ít năng

lượng và phân tích nhanh hơn cho lượng mẫu cao.

Xu hướng hiện nay trong phân tích, , là hướng tới cảm biến đều tuân theo thu nhỏ. Thế hệ

mới của bộ cảm biến cung cấp tiềm năng to lớn cho việc thu thập thông tin phân tích

mong muốn trong một cách đó là nhanh hơn, đơn giản hơn và rẻ hơn so với các dụng cụ

thí nghiệm dựa trên truyền thống.

Một cảm biến hóa học có thể được định nghĩa như là một thiết bị đó, như là kết quả của

một quá trình tương tác hóa học, biến đổi hóa học hoặc các thông tin sinh hóa thành một

tín hiệu (thường là điện hoặc quang học), theo cách phản ứng với những thay đổi về nồng

độ mẫu trong môi trường hóa học . Một cảm biến có ba phần: một yếu tố nhận dạng, một

bộ chuyển đổi, và một bộ xử lý tín hiệu có khả năng liên tục và thuận nghịch báo cáo một

nồng độ hóa học [53, 54]. Đầu dò chuyển đổi một tín hiệu thu được bởi phần tử cảm biến

thành tín hiệu điện. Ngoài chuyển nhanh chóng thông tin về nồng độ của một hợp chất cụ

thể vào mộttín hiệu, và duy trì hoạt động của nó trong một thời gian dài, một bộ cảm biến

thường nhỏ và không tốn kém. Do kích thước của nó, là nhu cầu năng lượng của cảm biến

khá thấp.Nhóm các cảm biến đã được phát triển sau đây:

● Cảm biến quang học dựa trên độ hấp thụ, phản xạ, huỳnh quang, chiết suất, hiệu ứng

nhiệt và quang tán xạ ánh sáng;

● Cảm biến điện hóa dựa trên voltammetry và potentiometry;

● Cảm biến điện dựa trên các oxit kim loại, chất bán dẫn hữu cơ và độ dẫn điện;

● Đầu dò nhạy cảm dựa trên các thiết bị áp điện và bề mặt sóng âm;

● Cảm biến thuận từ cho oxy;

● Cảm biến Thermometric dựa trên hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.

Cảm biến sinh học, trong đó cung cấp triển vọng để kết hợp việc công nhận sự kiện sinh

học với truyền tín hiệu điện tử và thiết kế một thế hệ mới của các thiết bị sinh học điện tử

có thể thực hiện các chức năng mới lạ, đặc biệt hứa hẹn. Từ góc độ năng lượng, nhiệt độ

hoạt động của họ là gần với nhiệt độ phòng,vì vậy các yêu cầu để sưởi ấm hoặc làm mát

là tối thiểu; nhiệt độ chỉ cần đượcổn định .sự tiến triển điện tử và thiết bị đo đạc đã làm

cho nó có thể để đo tín hiệu điện rất thấp. công nghệ không dây cho phép, những phản

ứng từ các cảm biến để được nhận tự động, các tín hiệu chuyển thành thông tin phân tích

và thay đổi theo thời gian đánh giá từ một địa điểm từ xa. Điều này là xa hơn và tiết kiệm

hơn so với quá trình điều khiển thông thường và giám sát môi trường, trong đó các mẫu

được thu thập và vận chuyển đến một phòng thí nghiệm trung tâm để xác định thành phần

hóa học của chúng. Một mức độ cao của hội nhập, hiệu quả, tốc độ ứng dụng trong môi

trường hoặc công nghiệp.

Hiệu chuẩn định kỳ hoặc hoàn toàn loại bỏ sự cần thiết phải hiệu chuẩn là một thách thức

đặc biệt. Nếu nó có thể được đảm bảo rằng tất cả các cảm biến bên trong một lô là chính

xác bằng trong giới hạn quy định của sự không chắc chắn, thì chỉ một trong số chúng cần

phải được hiệu chuẩn. Một thách thức khác là sản xuất một phản ứng thời gian thực mà

không có tác động, một trở ngại cho việc sử dụng các hệ thống dòng chảy. Bằng việc

cung cấp kịp thời, thông tin phân tích các thiết bị an toàn và hiệu quả như vậy cung cấp

đánh giá trực tiếp và đáng tin cậy của quá trình sản xuất hoặc các hiệu ứng và độ dốc của

các chất ô nhiễm tại vùng, làm giảm đáng kể chi phí phân tích. phát triển gần đây trong

công nghệ truyền thông không dây và điện tử miniaturizing đã tạo ra khả năng dễ dàng

tạo thành mạng lưới cảm biến mà rất nhiều sẽ tăng cường giám sát môi trường tự nhiên

(mà có thể là một ngôi nhà hoặc bệnh viện), và trong một số trường hợp, dẫn đến các kỹ

thuật đo lường mới hoặc việc triển khai cảm biến mà trước đây không thể. Như đã đề cập

trước đó, việc bảo đảm chất lượng của dữ liệu từ thiết bị được triển khai từ xa và trong

thời gian dài của thời gian là một vấn đề lớn cần được giải quyết. Tuy nhiên, theo

Lieberzeit và Dickert [55], mặc dù tiềm năng lớn của cảm biến, nghiên cứu chủ yếu được

giới hạn trong nghiên cứu phòng thí nghiệm và đã thường chưa đạt đến giai đoạn phát

triển kỹ thuật.

Mặc dù chi phí và tính phức tạp của các công cụ phân tích đã giảm, việc thực hiện các

phương pháp khác nhau, đặc biệt là ở những nước kém phát triển nơi mà cần phải giám

sát môi trường, thực phẩm và nước là cao hơn so với các nơi khác, đã bị cản trở bởi các

chi phí tương đối cao của các thiết bị đo đạc. Một số đề xuất rất thú vị đã được nâng cao,

sử dụng thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả thiết bị quang học chi phí thấp như máy

quét kỹ thuật số, máy quay video, và các màn hình video để phân tích hóa học thông

thường. Suslick và đồng nghiệp cung cấp các minh họa đầu tiên của phương pháp này

[56] khi họ đã cho thấy làm thế nào một số máy quét có thể được chuyển đổi thành một

công cụ phân tích mạnh mẽ để xác định những thay đổi màu sắc tinh tế trong thuốc

nhuộm hóa học để phát hiện các hợp chất dễ bay hơi. Gần đây, các nhà khoa học từ Đại

học Lindköpping của Thụy Điển đã chứng minh tính hữu dụng của máy tính cá nhân để

xét nghiệm đo màu khác nhau. Filippini et al. cho thấy làm thế nào một màn hình máy

tính và một webcam rẻ tiền có thể được sử dụng như một máy quang phổ [57]. màn hình

máy tính photoassisted kỹ thuật này (CSPT) là dựa trên thực tế là một màn hình máy tính

có thể được lập trình dễ dàng để hiển thị màu sắc khác nhau bằng cách, kết hợp phát xạ

ngoài băng hẹp ba (đỏ, xanh lá cây và màu xanh) profile. các khía cạnh khác nhau của

việc sử dụng màn hình máy tính như là nguồn sáng kết hợp với xử lý dữ liệu chemometric

đã nhiệt tình nghiên cứu bởi nhóm Lindköpping [58]. Ngay từ cái nhìn đầu tiên, công

nghệ CSPT trông giống như một dự án khoa học trường, nhưng giá trị nằm trong khả

năng tiếp cận với một đối tượng cực kỳ rộng. Sử dụng màn hình máy tính như là nguồn

ánh sáng kiểm soát và máy ảnh web như máy dò hình ảnh, là một lựa chọn rõ ràng để

thực hiện các bài kiểm tra so màu nhanh chóng tại nhà hoặc các đơn vị chăm sóc chính

[59, 60]. Nó có tiềm năng đáng kể để hỗ trợ giám sát toàn cầu của các thông số môi

trường và vệ sinh, sử dụng các trình duyệt internet [61] . sản phẩm tiêu dùng khác với các

bộ phận quang điện có thể được sử dụng như là bộ cảm biến quang học trong công cụ

phân tích. microarray mật độ cao đã được nghiên cứu từ nhiều năm trước bởi H. Kido et

al. [62]. Nghiên cứu của họ chỉ ra là nhỏ gọn công nghệ microarray dựa trên đĩa có thể tạo

ra kết quả định tính và định lượng và có khả năng phân tích đồng thời nhiều phân tích.

Việc sử dụng máy tính thông thường ổ đĩa quang cho cảm biến hóa học và sinh học đã

được báo cáo. Một vài nhóm các nhà nghiên cứu như S. Lange [63] et al. và R. Potyrailo

et al. [64, 65, 66, 67] đã chứng minh rằng một tín hiệu tương tự có thể được chiết xuất từ

một ổ đĩa cho số lượng phát hiện những thay đổi quang trong các bộ phim cảm biến đọng

lại trên đĩa CD thông thường và ổ đĩa quang DVD. Việc sử dụng một chút thay đổi đọc

đĩa CD thông thường nêu bật những tiềm năng to lớn của phương pháp này, đặc biệt là

cho các thử nghiệm sử dụng các bề mặt đĩa audio-video chuẩn để phân tích môi trường

hoặc lâm sàng, phát hiện ma túy. Các phương pháp sàng lọc thông lượng cao đa dư lượng

độc giả sử dụng CSPT và CD là chi phí-hiệu quả, nhạy cảm, hoặc chẩn đoán ở những nơi

có nguồn tài nguyên ít ỏi đó có yêu cầu, năng lượng thấp giá rẻ và công nghệ không phức

tạp.

Công cụ là một phần thiết yếu của quá trình phân tích và đánh giá vòng đời thấu đáo về

những công cụ hạch toán vào màu xanh của phương pháp. Tuổi thọ chức năng của một

công cụ là một xem xét thiết kế có ảnh hưởng đến lựa chọn EOL (end-of-life) của nó.

Theo nguyên tắc chung, một dụng cụ mà đòi hỏi một lượng lớn đầu vào của các nguồn

lực cần được bền và tái sử dụng. Thiết bị có tuổi thọ ngắn nên được thiết kế theo cách như

vậy mà số tiền tối thiểu của các nguồn tài nguyên được chi tiêu để có được kết quả, đặc

biệt là nếu tái sử dụng hoặc tái chế là không khả thi. Điều này cũng áp dụng đối với hàng

tiêu dùng, đặc biệt là những người liên quan đến lĩnh vực sinh học trong đó hàng tiêu

dùng duy nhất sử dụng rất phổ biến. Các thiết kế của các sản phẩm này phải đảm bảo xử

lý của họ là dễ dàng và tiết kiệm năng lượng, hoặc năng lượng có thể được phục hồi, ví

dụ, bằng cách sử dụng chất dẻo có thể được đốt cháy mà không sản xuất khí thải độc hại.

15,7 Đánh giá hiệu quả năng lượng

Sản phẩm và quy trình thường được dán nhãn 'xanh' cho mục đích quảng cáo mà không

có bất kỳ bằng chứng vững chắc. Tuy nhiên, một lý do khách quan hơn cho thực hành này

là thiếu sự định lượng.

Hình 15.1 lập danh sách các biểu tượng “ xanh”

Sự nhấn mạnh chính là về chất lượng đo lường của dữ liệu, và chỉ gần đây đã chú ý được

hướng về phía thân thiện với môi trường của các phương pháp mà các dữ liệu thu được.

Các nhà khoa học và các kỹ sư đều nhận thức được vấn đề này và một số khái niệm hữu

ích đã được phát triển [68] .Phương pháp môi trường Index (Nemi) [69], mà là một cơ sở

dữ liệu internet, tìm kiếm miễn phí. Nó được tiếp tục mở rộng để bao gồm một số lượng

ngày càng tăng của các phương pháp và các loại của phương pháp. Trong cơ sở dữ liệu,

phương pháp này có thể dễ dàng tìm kiếm, sắp xếp và so sánh. Hy vọng rằng người dùng

sẽ bắt đầu đòi hỏi các phương pháp "xanh hơn". Tuy nhiên, đáp ứng yêu cầu thực hiện (ví

dụ mức độ phát hiện, mức độ thiên vị, độ chính xác, vv) là xem xét chính của người sử

dụng trong việc lựa chọn một phương pháp. Nemi là người đầu tiên cơ sở dữ liệu bao

gồm hồ sơ màu xanh của các phương pháp. Các hồ sơ màu xanh là một trong những

thông số đã được phát triển cho việc đánh giá các phương pháp phân tích [70]. Các tiêu

chí đã được xác định và phát triển hợp tác bởi một số lượng lớn của các chuyên gia trong

các phương pháp môi trường. Các hồ sơ được định hướng hướng tới độc tính, tích lũy

sinh học, phản ứng, phát sinh chất thải, ăn mòn, độ an toàn và các yếu tố liên quan, được

chia thành bốn loại rủi ro; sức khỏe, an toàn, môi trường và chất thải. Một cuộc khảo sát

thống kê các phương pháp phân tích chỉ ra rằng nhiều phương pháp tạo ra chất thải bởi vì

họ sử dụng một số lượng lớn các dung môi và hóa chất độc hại. Một nhược điểm của

phương pháp này là một tiêu chí năng lượng không được bao gồm trong hồ sơ màu xanh.

Tất cả các bước trong phân tích đóng góp cho sự tiêu thụ năng lượng trong phòng thí

nghiệm và phải được đưa vào tài khoản để tính toán một số năng lượng cho các phương

pháp. Douglas Raynie đã phát triển cân nhắc năng lượng như một tiêu chí đánh giá bổ

sung [33]. Việc đánh giá bao gồm năm loại rủi ro tiềm năng; sức khỏe, an toàn, môi

trường, năng lượng và chất thải. Nó cũng xác định ba cấp độ khác nhau để điểm số

phương pháp hóa học 1-3 trên từng thuộc tính, sử dụng dữ liệu hóa học có sẵn và được

đại diện bởi màu sắc xanh, vàng và màu đỏ tương ứng. công cụ đánh giá này cho phép các

nhà nghiên cứu cá nhân để đánh giá giữatiêu chuẩn. Mâu thuẫn này là tiêu chí đánh giá có

thể được đại diện bởi một nhân vật của một ngũ giác gồm năm hình tam giác màu theo

mức độ rủi ro (xem Hình 15.1) .Công số năng lượng được tính theo tổng số lượng năng

lượng trong kWh cần thiết để phân tích một mẫu: cho ≤0.1 kWh, tỷ số là 1 (màu xám

đen), cho> 0,1 đến ≤1.5 kWh, tỷ số là 2 (ánh sáng màu xám), và cho> 1,5 kWh, tỷ số là 3

(màu đen) (xem thêm Bảng 15.1). Tất cả các năng lượng tiêu thụ trong quá trình phân

tích, trong đó cần thiết cho việc chuẩn bị mẫu và phân tích, được bao gồm trong số này.

hệ thống ba tầng này cho phép sự linh hoạt hơn trong phương pháp đánh giá, nhưng đòi

hỏi nhiều dữ liệu hơn để tạo ra các hồ sơ. Số lượng các thông số cần thiết để cấu hình các

màu xanh của một phương pháp có thể được thảo luận, nhưng nó chắc chắn là sự sẵn có

của các thông tin này sẽ giúp trong việc lựa chọn một phương pháp thực hiện tốt nhất về

mặt thân thiện với môi trường và chất lượng đo lường.

Với các thông tin ngày càng tăng trong cơ sở dữ liệu của các phương pháp phân tích,

người dùng có các dữ liệu cần thiết để hỗ trợ lựa chọn nhiều thông tin hơn về các phương

pháp và cải thiện màu xanh của phân tích trong phòng thí nghiệm operations.The thông số

phổ biến nhất - E-yếu tố [71] - trong nguyên tắc rất đơn giản và rất phù hợp với đặc trưng

các quá trình hóa học. Mặc dù nó không xem xét chu kỳ đời sống vật chất giai đoạn ngoài

sản xuất, E-yếu tố là một biện pháp tác động môi trường và tính bền vững, thường được

sử dụng bởi các nhà hóa học. E-yếu tố bao gồm các tỷ lệ của sản phẩm với tổng đầu vào

(hoặc tất cả các vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất) và được thể hiện bằng

phương trình sau đây:

E-yếu tố sẽ đưa vào tài khoản của tất cả các hóa chất liên quan đến sản xuất. Năng lượng

và nước đầu vào thường không được bao gồm trong tính toán E-yếu tố, cũng không phải

là sản phẩm của quá trình đốt cháy, như hơi nước và carbon dioxide. Bởi vì đơn giản của

nó và bất chấp những thách thức của bao gồm các hợp chất tái chế trong các công thức,

thông số này đang thu hút sự chú ý và thậm chí còn được sử dụng để phân tích các quá

trình phức tạp [72].

Tuy nhiên, E-yếu tố không thể áp dụng trực tiếp để phân tích hóa học vì 'sản phẩm' của

một phòng thí nghiệm phân tích là không thể định lượng được tính bằng kg, vì vậy

phương trình không thể được sử dụng để tính toán E-yếu tố của nó. Tất cả các hóa chất và

dung môi có thể về nguyên tắc trở thành chất thải, thậm chí sau khi tái chế cẩn thận. Tuy

nhiên, tỷ lệ số tiền cần thiết của các hóa chất và dung môi với lượng mẫu cần thiết để có

được một tín hiệu phân tích đo lường có thể được sử dụng để so sánh các phương pháp

phân tích khác nhau. Tiết kiệm nguyên tử là một thước đo quan trọng của hiệu quả tài liệu

về hóa học xanh [73]. Tiết kiệm nguyên tử tính toán hiệu quả mà các nguyên tử được sử

dụng làm nguyên liệu trong các biến đổi hóa học được đưa vào sản phẩm cuối cùng.

Không giống như E-yếu tố, mà là dựa trên các điều kiện và hoàn cảnh cụ thể của một quá

trình, Tiết kiệm nguyên tử là một chỉ số nội tại mà các biện pháp hiệu quả lý thuyết của

một quá trình theo điều kiện hoàn hảo. Số liệu này được thường xuyên nhất được áp dụng

để biến đổi hóa học trong đó chất của cấu trúc phân tử rời rạc được chuyển thành mới,

mục tiêu đồng nhất hóa phân tích. Một tham số hiệu quả có thể được phát triển dựa trên

các tín hiệu phân tích. Cách tiếp cận này cho phép đo phân tích, nó phải được thể để đánh

giá bao nhiêu phân tử chất phân tích sẽ đưa ra một tín hiệu phân tích đo lường được nơi

các giới hạn lý thuyết của một phân tử được biết đến. quang phổ quang học, đặc biệt là

huỳnh quang, điện hóa học và bioanalysis là lĩnh vực hóa học phân tích với các phương

pháp có độ nhạy cao, do tính chất cực kỳ có chọn lọc của phản ứng. Theo phương pháp

này, độ nhạy của phương pháp tương quan vớimàu xanh.Không may của nó, nó là hiếm

hoi mà một chất phân tích duy nhất có thể được phân tích mà không có một nền mẫu can

Vật liệu thu và đầu vào

Xây dựng, sản xuất và chế biến

Sử dụng sản phẩm

Đóng gói sản phẩm và phân phối

Tái sử dụng, tái chế và rác

thiệp; việc chuẩn bị mẫu thường là phức tạp, và do đó tính toán được nhiều số liệu hoàn

thành . Năng lượng thường như đối với đại chúng; ai có thể đưa vào tài khoản tất cả các

dạng năng lượng,. số đo có thể bao gồm [74]:

trong đó tất cả các yêu cầu năng lượng cho mỗi bước được đưa vào chu kỳ (quy trình, sản

xuất vật

Hình 15.2 Sơ đồ của một chu kỳ sống của sản phẩm

Như đã đề cập trước đó, điều quan trọng là tài khoản cho các nhu cầu năng lượng của chu

kỳ cuộc sống đầy đủ, đó không chỉ bao gồm các năng lượng cần thiết cho thế hệ tín hiệu

(trong tương tác), mà còn cần thiết cho hoạt động của các nhạc cụ, tái chế vật liệu và xử

lý của rác thải .Clark et al. [75] đề xuất năng lượng phản ứng đầu vào mỗi mol sản phẩm

mục tiêu trong các đơn vị của kWh mol-1

là một chỉ số năng lượng cho các phản ứng hóa học. Phát triển một số liệu năng lượng cho

phân tích hóa học phức tạp hơn vì các sản phẩm của quá trình này là một tín hiệu phân

tích từ các nguồn khác nhau - hóa học hoặc điện hóa phản ứng hoặc các quá trình vật lý -

và các tín hiệu được đo bằng số lượng vật lý như khối lượng, khối lượng, điện tích, sự

khác biệt về nhiệt độ, hoặc năng lượng bức xạ được thể hiện và định lượng trong các bước

sóng hay tần số và cường độ. Một số liệu năng lượng cho phân tích hóa học cũng phải đưa

vào tài khoản số năng lượng bổ sung là cần thiết để tạo ra một lượng dấu hiệu phân tích.

Có thể so sánh năng lượng (Energy Intensity) cần thiết để tạo ra một tín hiệu ở mức độ cụ

thể của đầu dò phân tích .Vòng đời A (LCA) là một kỹ thuật để định lượng và đánh giá

các yếu tố đầu vào và đầu ra ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động môi trường của một sản

phẩm trong suốt cuộc đời của mình chu kỳ, từ sản xuất, thông qua sử dụng, để xử lý

(Hình 15.2) .LCA bao gồm tất cả các khía cạnh của sản xuất như vốn và chi phí bảo trì,

hiệu quả, an toàn và nguy cơ rủi ro và quản lý chất thải. Các thông số chu kỳ sống của sản

phẩm có liên quan với sự linh hoạt thiết kế và hoạt động của nó. LCA có thể là một công

cụ mạnh mẽ cho nghiên cứu có hệ thống ảnh hưởng môi trường của sản phẩm và hỗ trợ

trong việc xác định các cơ hội để cải thiện phân tích.Hóa môi trường của nó là một quá

trình mà sau một phương pháp cụ thể, nhưng đầu ra của nó là một tín hiệu phân tích chứ

không phải là một sản phẩm hữu hình. Trong hóa học phân tích, người ta phải xem xét

trong vòng đời hoàn chỉnh của tất cả các thành phần của phương pháp, đó là, dụng cụ và

tất cả các vật liệu và hàng tiêu dùng cần thiết để tạo ra các tín hiệu phân tích, từ thăm dò

lấy mẫu lên đến trình bày của các dữ liệu. Về nguyên tắc, vòng đời của phương pháp này

tiếp tục cho đến khi một phân tích được thực hiện trên các công cụ tương tự sau các thủ

tục tương tự; Do vậy, số lượng mẫu phân tích theo phương pháp này là một tham số. LCA

quan trọng là một phương pháp rất có thể hỗ trợ trong việc xác định màu xanh của sản

phẩm. Tiêu chuẩn đánh giá vòng đời (LCA) giao thức đã tồn tại, chẳng hạn như 14040 Bộ

tiêu chuẩn ISO. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn và dữ liệu để đánh giá độc tính của các tài liệu

còn thiếu. LCA cũng cần được hỗ trợ bởi các thông tin trên bao bì và phân phối cách ảnh

hưởng đến tác động môi trường của sản phẩm [76]. Đối với những lý do này, một số,

phân tích định lượng toàn diện các sản phẩm hóa học đã được tiến hành, nhưng không ai

có được thực hiện các phương pháp phân tích. LCA không áp dụng trực tiếp đến thông tin

thu được từ quá trình đo lường, nhưng nó được áp dụng cho các thành phần (hóa chất,

dung môi, thiết bị đo đạc, thiết bị xử lý dữ liệu, vv) của quá trình. Do đó, LCA có thể

được sử dụng để đánh giá tác động môi trường của các phương pháp phân tích .LCA là

quan trọng cũng áp dụng trên thiết bị đo đạc phân tích những gì có liên quan trực tiếp đến

phân tích về phương pháp. Đây là vị trí theo một nguyên tắc của kỹ thuật xanh liên quan

đến thiết kế cho thương mại 'đời sau'; sản phẩm, quy trình và hệ thống cần được thiết kế

cho các chức năng trong một thương mại 'đời sau'. Để giảm thiểu chất thải, thành phần

duy trì chức năng và giá trị có thể thu hồi để tái sử dụng và / hoặc cấu hình lại. Các thiết

kế thế hệ tiếp theo của sản phẩm, quy trình và hệ thống phải đưa vào tài sản sử dụng chức

năng của các tài sản có giá trị của các thành phần bị thu hồi.

Trong trường hợp của kỹ thuật trưởng thành là những thay đổi lớn trong các nguyên tắc

điều hành đã không xảy ra trong suốt nhiều thập kỷ như sắc ký và các công cụ thực hiện

trong năm 1970 vẫn thực hiện tốt. mô hình mới không nâng cao chất lượng phân tích, và

không có nhu cầu cấp thiết để thay thế thiết bị đo đạc thường xuyên. Trong khi đó, thái độ

của sau này là dễ hiểu, những mong muốn của các nhà phân tích để thay thế thiết bị đo

đạc mỗi năm thứ hai là hầu như không hợp lý, thậm chí nếu ngân sách phòng thí nghiệm

có thể chứa nó. Sự xuất hiện của các công cụ mới trên thị trường có thể được hoan

nghênh nếu điều này là một sự phản ánh của một đột phá khoa học. Tuy nhiên, rất nhiều

các mô hình mới của công cụ khoa học tiêu chuẩn xuất hiện trên thị trường mỗi năm mặc

dù không có những khám phá khoa học mới đã được thực hiện. Các thị trường cụ được

khá bão hòa, và chỉ có những cuộc cách mạng thông tin-công nghệ có thể được theo sau

từ giao tiếp với máy tính mới và cài đặt phiên bản mới của phần mềm.

Tài liệu tham khảo

1. Anastas, P.T. and Warner, J.C. (1998) Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford

University Press, New York.

2. Anastas, P.T. and Zimmerman, J.B. (2003) Design through the 12 principles of green

engineering, Env. Sci. & Tech., 37, 94A–101A.

3. US Environmental Protection Agency (n.d.) Green Engineering Homepage. Available

at http://www.epa.gov/opptintr/greenengineering/ (accessed 8 November, 2011).

4. Mathew, P.A.; Sartor, D.A.; Bell, G.C. and Drummond, D. (2007) Major energy

efficiency opportunities in laboratories—Implications for health and safety, J. Chem.

Health & Safety, 5, 31–39.

5. US Department of Energy (n.d.) Available at http://www.epa.gov/lab21gov/ (accessed

7 November, 2011).

6. Labs21 (n.d.) Energy_Efficient_Laboratory_Equipment_Wiki. Available at

http://labs21.lbl.gov/wiki/equipment/index.php/ (accessed 7 November, 2010).

7. Loupy, A. (ed.) (2006) Microwaves in Organic Synthesis,2nd edn. Wiley-VCH,

Weinheim.

8. Kingston, H.M. and Haswell, S.J. (ed.) (1997) Microwave-Enhanced Chemistry:

Fundamentals, Sample Preparation, and Applications, ACS,.

9. Srogi, K. (2006) A review: Application of microwave techniques for environmental

Analytical Chemistry, Anal. Letters, 39,1261–1288.

10. US Environmental Protection Agency (2007) Method 3546: Microwave Extraction.

Available at http://www.epa.gov/epawaste/hazard/testmethods (accessed 8 November,

2010).

11. Richter, R. (2003) Clean Chemistry: Techniques for the Modern Laboratory,

Milestone Press.

12. Jin, Q.; Liang, F.; Zhang, H.; Zhao, L.; Huan, Y. and Song, D. (1999) Application of

microwave techniques in Analytical Chemistry, TRAC-Trend. Anal. Chem., 18, 479–485.

13. Priego-Capote, F. and Luque de Castro, M.D. (2004) Analytical uses of ultrasound -

I. Sample preparation, TRACTrend. Anal. Chem., 23, 829–838.

14. US Environmental Protection Agency (2007) Method 3550C: Ultrasonic Extraction.

Available at:http://www.epa.gov/epawaste/hazard/testmethods (accessed 8 November,

2010).Energy Savings in Analytical Chemistry 317

15. Saterlay, A.J. and Compton, R.G. (2000) Sonoelectroanalysis - an overview,

Fresenius J. Anal. Chem., 367, 308–313.

16. Priego-Capote, F. and Luque de Castro, M.D. (2004) Analytical uses of ultrasound II.

Detectors and detection techniques, TRAC-Trend. Anal. Chem., 23, 829–838.

17. Fidalgo-Used, N.; Blanco-Gonz´alez, E. and Sanz-Medel, A. (2007) Sample handling

strategies for the determination of persistent trace organic contaminants from biota

simples, Anal. Chim. Acta, 590, 1–16.

18. Ramos, J.J.; Rial-Otero, R.; Ramos, L. and Capelo, J.L. (2008) Ultrasonic-assisted

matrix solid-phase dispersion as an improved methodology for the determination of

pesticides in fruits, J. Chromatogr. A, 1212, 145–149.

19. Albini, A. and Fagnoni, M. (2004) Green Chemistry and photochemistry were born at

the same time, Green Chem., 6, 1–6.

20. Roth, H. D. (2001) Twentieth century developments in photochemistry. Brief

historical sketches, Pure Appl. Chem., 73, 395–403.

21. For overviews on different reactor types, see: (a) Malato, S. Blanco, J. Vidal, A. and

Richter, C. (2002) Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale: an overview,

Appl. Catal. B, 37, 1–15; (b) Funken, K.H. and Ortner, J. (1999) Technologies for the

solar photochemical and photocatalytic manufacture of specialities and commodities: A

review, Z. Phys. Chem., 213, 99–105.

22. Stchur, P.; Yang, K.X.; Hou, D.; Sun, T. and Michel, R.G. (2001) Laser exited

atomic fluorescence spectrometry—A review, Spectrochim. Acta B, 56, 1565–1592.

23. Peter-Katalinic, J. and Hillenkamp, F. (2007) MALDI MS: A Practical Guide to

Instrumentation, Methods and Applications, Wiley-VCH, Weinheim.

24. Blanchard, L.A.; Hancu, D.; Beckman, E.J. and Brennecke, J.F. (1999) Green

processing using ionic liquids and CO2, Nature, 399, 28–29.

25. Koel M. (ed.) (2008) Ionic Liquids in Chemical Analysis, CRC Press, Boca Baton.

26. Griffiths, P.R. (1988) Contemporary SFC – Accomplishments and limitations, Anal.

Chem., 60, 593A-597A.

27. Heinisch, S. and Rocca, J.L. (2009) Sense and nonsense of high-temperature liquid

chromatography, J. Chromatogr. A, 1216, 642–658.

28. Smith, R.M.; Chienthavorn, O.; Wilson, I.D.; Wright, B. and Taylor, S.D. (1999)

Superheated heavy water as the eluent for HPLC-NMR and HPLC-NMR-MS of model

drugs, Anal. Chem., 71, 4493–4497.

29. Smith, R.M. (1999) Buffered superheated water as an fluent for reversed-phase high

performance liquid chromatography, Chromatographia, 50, 485–489.

30. Louden, D.; Handley, A.; Taylor, S.; Sinclair, I.; Lenz, E. and Wilson, I.D. (2001)

High temperature reversed-phase HPLC using deuterium oxide as a mobile phase for the

separation of model pharmaceuticals with multiple on-line spectroscopic analysis (UV,

IR, H-1-NMR and MS) Analyst, 126, 1625–1629.

31. van der Vorst, G.; van Langenhove, H.; de Paep, F.; Aelterman, W.; Dingenen, J. and

Dewulf, J. (2009) Exergetic life cycle analysis for the selection of chromatographic

separation processes in the pharmaceutical industry: preparative HPLC versus preparative

SFC, Green Chem., 11, 1007.

32. Perrot, P. (1998) A to Z of Thermodynamics, Oxford University Press.

33. Raynie. D. and Driver, J.L. (2009) Green Assessment of Chemical methods,

Presentation on to the 13th Green Chem & Eng Conference, Maryland.

34. He, Y.; Tang, L.; Wu, X.; Hou, X. and Lee, Y. (2007) Spectroscopy: The best way

toward Green Analytical Chemistry? Appl. Spectrosc. Rev., 42, 119–138.

35. Ioffe, B.V.; Vitenberg, A.G. and Manatov, I.A. 1984 Head-Space Analysis and

Related Methods in Gas Chromatography, John Wiley& Sons, Inc., New York.

36. Thurman, E.M. and Mills, M.S. (1998) Solid-Phase Extraction, Principles and

Practice, John Wiley & Sons, Inc., New York.

37. Pawliszyn, J. (1997) Solid Phase Microextraction: Theory and Practice, Wiley-VCH,

Weinheim.

38. Dean, J.R. and Xiong, G. (2000) Extraction of organic pollutants from environmental

matrices: selection of extraction technique, TRAC-Trend. Anal. Chem., 19, 553.

39. Workman, J.; Creasy, K.E.; Dohetry, S.; Bond, L.; Koch, M.; Ullman, A. and

Veltkamp, D. (2001) Process Analytical Chemistry, Anal. Chem., 73, 2705–2718.318

Handbook of Green Analytical Chemistry

40. Workman, Jr. J.; Koch, M.; Lavine, B. and Chrisman, R. (2009) Process Analytical

Chemistry, Anal. Chem., 81, 4623–4643.

41. Xu, L.; Basheer, C. and Lee, H.K. (2007) Developments in single-drop

microextraction, J. Chromatogr. A, 1152, 84–192.

42. Ouyang, G.; Zhao, W. and Pawliszyn, J. (2005) Kinetic calibration for automated

headspace liquid-phase microextraction, Anal. Chem., 77, 8122–8128.

43. Lee, J.; Lee, H.K.; Rasmussen, K.E. and Pedersen-Bjergaard, S. (2008)

Environmental and bioanalytical applications of hollow fiber membrane liquid-phase

microextraction: A review, Anal. Chim. Acta, 624, 253–268.

44. Stichlmair, J.; Schmidt, J. and Proplesch, R. (1992) Electroextraction – a novel

separation technique, Chem. Eng. Sci., 47, 3015–3022.

45. Pedersen-Bjergaard, S. and Rasmussen, K.E. (2008) Electrical potential can drive

liquid-liquid extraction for sample preparation in chromatography, TRAC-Trend. Anal.

Chem., 27, 934–941.

46. Østegaard Kjelsen, I.J.; Gjelstad, A.; Rasmussen, K.E. and Pedersen-Bjergaard, S.

(2008) Low-voltage electromembrane extraction of basic drugs from biological samples,

J. Chromatogr., A, 1180, 1–9.

47. Wang, J.H. and Fang, Z.L. (2004) The third generation of flow injection analysis:

Current situation and perspectives of Lab-on-Valve scheme, Chin J., Anal. Chem., 32,

1401–1406.48. Jesson, G.; Kylberg, G. and Andersson, P. (2003) A versatile macro-to-

micro dispensing system, Micro Total Analysis Systems(eds. M.A. Nothrup, K.F. Jensen,

D.J. Harrison), p. 155–158.

49. Martinez, A.W.; Phillips, S.T. and Whitesides, G.M. (2008) Simple telemedicine for

developing regions: Camera phones and paper-based microfluidic devices for real-time,

off-site diagnosis, Anal. Chem., 80, 3699–3707.

50. Weigl, B.; Domingo, G.; LaBarre, P. and Gerlach, J. (2008) Towards non- and

minimally instrumented, microfluidicsbased diagnostic devices, Lab. Chip, 8, 1999–2014.

51. Ohno, K.; Tachikawa, K. and Manz, A. (2008) Microfluidics: Applications for

analytical purposes in chemistry and biochemistry, Electrophoresis, 29, 4443.

52. Becker, H. (2009) Hype, hope and hubris: the quest for the killer application in

microfluidics, Lab. Chip, 9, 2119–2122.

53. Gründler, P. (2007) Chemical Sensors: An Introduction for Scientists and Engineers,

Springer, Heidelberg.

54. Cattrall, R.W. (1997) Chemical Sensors,Oxford University Press, Oxford.

55. Lieberzeit, P.A. and Dickert, F.L. (2007) Sensor technology and its application in

environmental analysis, Anal. Bioanal. Chem., 387, 237–247.

56. Rakow, N. and Suslick, K. (2000) A colorimetric sensor array for odour visualization,

Nature, 406, 710–713.

57. Filippini, D.; Svensson, S. and Lundström, I. (2003) Computer screen as a

programmable light source for visible absorption characterization of (bio)chemical assays,

Chem. Commun., 2, 240–241.

58. Bakker, J.W.P.; Filippini, D. and Lundström, I. (2005) Computer screen photo-

assisted reflectance fingerprinting, Sensors Actuat. B-Chemical, 107, 580–586.

59. Filippini, D. and Lundstrom, I. (2006) Measurement strategy and instrumental

performance of a computer screen photo-assisted technique for the evaluation of a multi-

parameter colorimetric test strip, Analyst, 131, 111.

60. Filippini, D.; Alimelli, A.; Di Natale, C.; Paolesse, R.; D’Amico, A. and Lundstrom,

I. (2006) Chemical sensing with familiar devices, Angew. Chem.- Int.Ed., 45, 3800–3803.

61. Filippini, D.; Di Natale, C.; Paolesse, R.; D’Amico, A. and Lundstrom, I. (2007)

Computer screen photo-assisted techniques for global monitoring of environmental and

sanitary parameters, Sensors Actuat. B-Chemical, 121, 93–102.

62. Kido, H.; Maquieira, A. and Hammock, B.D. (2000) Disc-based immunoassay

microarrays, Anal. Chim. Acta, 411, 1–11.

63. Lange, S.A.; Roth, G.; Wittermann, S.; Lacoste, T.; Vetter, A.; Grassle, J.; Kopta, S.;

Kolleck, M.; Breitinger, B.; Wick, M.; Horber, J.K.H.; Dubel, S.and Bernard, A. (2006)

Measuring biomolecular binding events with a compact disc player device, Angew.

Chem., Int. Ed., 45, 270–273.

64. Potyrailo, R.A.; Morris, W.G.; Leach, A.M.; Hassib, L.; Krishnan, K.; Surman, C.;

Wroczynski, R.; Boyette, S.; Xiao, C.; Shrikhande, P.; Agree, A. and Cecconie, T. (2007)

Theory and practice of ubiquitous quantitative chemical analysis using conventional

computer optical disk drives, Appl.Optics, 46, 7007–7017.Energy Savings in Analytical

Chemistry 319

65. Potyrailo, R.A. and Mirsky, V.M. (2008) Combinatorial and high-throughput

development of sensing materials: The first 10 years, Chem. Rev., 108, 770–813.

66. Potyrailo, R.A.; Morris, W.G.; Leach, A.M.; Sivavec, T.M.; Wisnudel, M.B. and

Boyette, S. (2006) Analog signal acquisition from computer optical disk drives for

quantitative chemical sensing, Anal. Chem., 78, 5893.

67 Potyrailo, R.A.; Morris, W.G.; Wroczynski, R.; Hassib, L.; Miller, P.; Dworken, B.;

Leach, A.M.; Boyette, S. and Xiao, C. (2009) Multi-wavelength operation of optical disk

drives for chemical and biological analysis, Sensors Actuat. B., 136, 203–208.

68. Koel, M. and Kaljurand, M. (2010) Green Analytical Chemistry, RSC.

69. National Environmental Methods Index (n.d.) NEMI Homepage. Available at

http://www.nemi.gov (accessed 7 November, 2011).

70. Keith, L.H.; Gron, L.U. and Young, J.L. (2007) Green analytical methodologies,

Chem. Rev., 107, 2695–2708.

71. Sheldon, R.A. (1992) Organic synthesis – past, present and future, Chem. Ind.

(London), 23, 903–906.

72. Sheldon, R.A. (2007) The E-factor: Fifteen years on, Green Chem., 9, 1273–1283.

73. Trost, B.M. (1991) The atom economy - A search for synthetic efficiency, Science,

254, 1471–1477.

74. Constable, D.J.C.; Jimenez-Conzalez, C. and Lapkin, A. (2009) Process Metrics, in

Green Chemistry Metrics. Measuring and Monitoring Sustainable Processes(eds. A.

Lapkin and D. Constable), John Wiley & Sons, Ltd, Chichester.

75. Gronnow, M.J.; White, R.J.; Clark, J.H. and Macquarrie, D.J. (2005) Energy

efficiency in chemical reactions: comparative study of different reaction techniques, Org.

Proc. R & D., 9, 516–518.

76. Anastas, P.T. and Lankey, R.L. (2000) Life cycle assessment and Green Chemistry:

the yin and yang of industrial ecology, Green Chem., 2, 289–295.