综述：GreenSOL：基于从生产到生命周期全过程评估的分析化学用绿色溶剂指南

《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：GreenSOL: Green Solvent Guide for Analytical Chemistry based on Production-to-End-of-Life Assessment

本研究开发了首个针对分析化学的综合性溶剂选择指南GreenSOL，采用生命周期评估方法，涵盖生产、使用和废弃三个阶段，评估了58种溶剂（含9种氘代溶剂），并配有互动网页工具，旨在促进绿色实验室实践。

　　### 解读：GreenSOL——面向分析化学的溶剂选择指南

在现代科学领域，尤其是分析化学中，溶剂的选择不仅是实验操作的关键因素，更是对环境和人类健康产生深远影响的环节。随着全球对可持续发展和绿色化学的关注日益增加，分析化学领域也逐渐意识到，传统上基于分析效率、可用性和成本的溶剂选择方式，已经无法满足当前对环境保护和安全性的更高要求。因此，一项名为“GreenSOL”的全新溶剂选择指南应运而生，旨在为分析化学实验室提供一个全面、系统的溶剂评估工具。这项研究由Evangelia Stampolaki、Alice Mondello、Eugenio Alladio、Paolo Oliveri、Alberto Mazzoleni、Francisco Pena-Pereira和Elefteria Psillakis共同完成，他们来自希腊克里特技术大学的化学与环境工程学院。GreenSOL是首个专门针对分析化学的溶剂选择指南，它采用生命周期评估方法，对58种常见和特殊溶剂（包括9种氘代溶剂）进行多维度的综合评估，涵盖生产、使用和废物处理三个阶段，并为每种溶剂提供从1到10的综合评分，其中1代表最不推荐，10代表最推荐。

### GreenSOL的背景与意义

在分析化学中，溶剂的使用贯穿于实验的各个阶段，从样品制备、分离纯化到分析检测。它们在保证实验结果的准确性和可靠性方面起着至关重要的作用。然而，随着全球环境问题的加剧和公众对化学品安全性的关注提升，传统的溶剂选择方式正面临挑战。目前，许多分析化学实验仍依赖于高毒性和高环境影响的溶剂，如苯、四氯化碳和一些极性非质子溶剂，这些溶剂不仅对环境造成污染，还可能对实验人员的健康构成威胁。因此，如何在保证实验性能的同时，选择更加环保、安全的溶剂，成为分析化学领域亟需解决的问题。

GreenSOL的提出正是基于这一背景。它不仅考虑了溶剂在实验室使用中的性能，还综合评估了其生产阶段的能源消耗和环境影响，以及废物处理阶段的潜在风险和管理策略。通过将生命周期评估（LCA）方法与多标准决策分析（MCDA）相结合，GreenSOL提供了一个全面的框架，帮助实验人员识别和选择更绿色的溶剂替代品。这种评估方式不仅关注溶剂的直接使用效果，还涵盖了其在整个生命周期中的环境影响，为实验室提供了一个更加科学和系统的决策依据。

### GreenSOL的方法论

GreenSOL的评估方法采用了一个多层次的框架，将溶剂的生命周期分为三个主要阶段：生产、使用和废物处理。每个阶段都基于多个影响类别进行评估，包括环境影响、健康风险、安全性和废物处理的可行性等。对于生产阶段，评估主要关注能源消耗和环境影响，这两个方面通过累积能源需求（Prod CED）和环境影响（Prod ENV）两个指标进行量化。在使用阶段，评估重点在于物理危险和健康危险，这些危险包括易燃性、爆炸性、毒性以及对人体的潜在危害。废物处理阶段则关注溶剂在排放后的环境影响和废物处理方式的有效性，例如生物处理、回收和焚烧等。

为了确保评估的全面性，GreenSOL对每个影响类别都设定了详细的评分标准，并结合多个参数进行综合分析。例如，在生产阶段，评估不仅包括能源消耗，还考虑了溶剂的生产过程对环境的影响，如温室气体排放、臭氧层破坏和资源消耗等。在使用阶段，物理危险评分基于闪点、沸点、自燃温度和化学反应性等参数，而健康危险评分则依赖于蒸气浓度与职业暴露限值的比值（VHR）以及GHS危害分类（H-Phrases）。废物处理阶段的评估则考虑了不同处理方式对环境的影响，如生物降解能力、回收可行性以及焚烧过程中的能量回收效率等。

为了便于使用，GreenSOL还开发了一个交互式的网络应用程序，用户可以通过该平台直观地探索数据、比较溶剂性能，并根据实验需求筛选和排序溶剂。这个应用程序不仅提高了数据的可访问性，还使得GreenSOL的使用更加便捷和高效。此外，该工具还提供了溶剂的化学性质、CAS编号、分子量、密度、蒸气压、沸点、闪点、水溶性和其他相关信息，帮助用户全面了解溶剂的特性。

### GreenSOL的评估结果与讨论

在GreenSOL的评估结果中，水、丙二醇和一些短链醇类溶剂表现出了最佳的绿色性能。水在生产、使用和废物处理三个阶段均获得了最高评分，这表明其在环境和健康方面具有显著的优势。然而，水的回收和处理过程也存在一定的挑战，特别是在实验室中，其废物通常含有多种化学物质，这使得传统的生物处理和回收方式难以直接应用。因此，尽管水在绿色溶剂选择中占据重要地位，但在实际应用中仍需结合具体的实验条件和废物管理策略进行综合考虑。

在使用阶段，某些溶剂如丙二醇、乙二醇和丁二醇获得了较高的物理和健康安全评分，表明它们在实验室操作中具有较低的风险。然而，一些传统溶剂如乙醇、丙醇和丁醇在使用阶段的评分相对较低，这主要是由于其易燃性和可能的吸入风险。值得注意的是，尽管某些溶剂如氯仿、二氯甲烷和N-甲基吡咯烷酮在使用阶段表现出较高的健康风险，但在物理危险方面获得了相对较高的评分，这说明其综合评分可能被低估，需要谨慎解读。

在废物处理阶段，评估结果揭示了不同溶剂在环境影响和废物处理方式上的显著差异。例如，某些溶剂如水、醇类和胺类在生物处理和回收方面表现良好，而其他溶剂如四氯化碳、1,4-二氧六环和某些氯代溶剂则在废物处理方面面临较大的挑战。这些溶剂的废物处理评分较低，表明它们在排放后可能对环境造成更大的负担，因此在选择溶剂时应尽量避免使用。

### GreenSOL对氘代溶剂的评估

除了常见的分析化学溶剂，GreenSOL还特别纳入了9种氘代溶剂，这些溶剂通常用于核磁共振（NMR）光谱分析。氘代溶剂的评估方法与非氘代溶剂类似，但考虑到其生产过程中涉及的同位素分离技术，这些溶剂的环境影响通常较高。然而，由于缺乏专门针对氘代溶剂的生命周期数据，GreenSOL采用了其非氘代类似物的数据作为替代。这种做法虽然能够提供一定的参考，但并不能完全反映氘代溶剂的独特环境负担。

在评估结果中，氘代溶剂如重水（D₂O）和甲醇-d₄在生产阶段获得了较高的评分，而氯仿-d和乙腈-d₃则因环境或能源负担较高而需要谨慎使用。在使用阶段，重水和二甲基亚砜-d₆获得了最高的物理和健康安全评分，表明它们在实验室操作中具有较高的安全性。然而，某些氘代溶剂如苯-d₆和甲苯-d₈在使用阶段的评分较低，这可能与其较高的毒性和环境影响有关。

在废物处理阶段，氘代溶剂如重水和二甲基亚砜-d₆表现出良好的环境性能，而乙腈-d₃和甲醇-d₄则在废物处理方面面临较大的挑战。这些结果表明，虽然氘代溶剂在某些特定应用中具有独特优势，但在选择和使用时仍需综合考虑其环境影响和废物管理策略。

### GreenSOL的软件工具

为了提高GreenSOL的实用性，研究团队还开发了一个交互式的网络应用程序，该工具基于R语言和R Shiny框架构建，用户无需安装即可通过浏览器访问。该软件不仅提供了详细的溶剂数据和评分，还支持多种分析方式，如2D和3D散点图的生成，以及根据特定实验需求筛选和排序溶剂的功能。此外，该工具还允许用户查看溶剂的化学结构、CAS编号、分子量、密度、蒸气压、沸点、闪点、水溶性和其他相关参数，从而为实验设计和溶剂选择提供全面的信息支持。

GreenSOL的软件工具还提供了一个视频教程，帮助用户更好地理解和使用该平台。通过这种方式，GreenSOL不仅为分析化学实验室提供了科学的评估依据，还增强了其在实际应用中的可操作性和易用性。

### GreenSOL的结论与展望

GreenSOL的发布标志着分析化学领域在绿色溶剂选择方面迈出的重要一步。通过将生命周期评估方法与多标准决策分析相结合，GreenSOL为实验室提供了一个系统、全面的溶剂评估框架，帮助实验人员识别和选择更环保、更安全的溶剂替代品。该指南不仅关注溶剂在使用过程中的性能，还综合考虑了其生产阶段的环境影响和废物处理的可行性，从而为分析化学实验室提供了一个更加科学和可持续的决策工具。

此外，GreenSOL还强调了循环经济在分析化学中的重要性，鼓励实验室采用回收和再利用的策略，以减少废物产生和环境负担。通过提供具体的评分和推荐，GreenSOL支持了绿色实验室实践的推广，同时也为政策制定者提供了有价值的参考。

总的来说，GreenSOL不仅是一项重要的科学成果，更是一个具有广泛应用前景的工具。它通过科学的评估方法和直观的软件平台，为分析化学实验室提供了一个全面、系统的溶剂选择指南，推动了绿色化学理念在实验室实践中的落地和应用。随着更多数据的积累和溶剂种类的扩展，GreenSOL有望成为分析化学领域不可或缺的资源，为实现更安全、更环保的实验室环境提供持续的支持和指导。