综述:绿色与白色分析化学:进展、比较、未来展望及分析化学绿色融资模型提案

【字体: 时间:2025年09月25日 来源:Journal of Pharmaceutical Sciences 3.8

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  本综述系统阐述了白色分析化学(WAC)作为绿色分析化学(GAC)的新迭代,通过引入红-绿-蓝(RGB)模型,将分析性能(红色)、环境可持续性(绿色)及经济实用性(蓝色)整合,为可持续分析提供更全面框架。文章详述了WAC与GAC的比较、应用案例及绿色融资模型(GFAC)提案,为分析化学可持续发展指明方向。

  

Emergence of Green Analytical Chemistry

绿色化学(Green Chemistry)由Paul Anastas和John Warner于1997年首次提出,并于1998年在《Green Chemistry: Theory and Practice》中确立了12项原则,为绿色分析化学(GAC)奠定了基础。2005年,美国化学会绿色化学研究所药物圆桌会议(ACS-GCIPR)成立,旨在推动制药行业的绿色化学实践。2006年,首篇专门讨论GAC的出版物问世,标志着该领域正式兴起。

Green Analytical Chemistry Principles and Practices

GAC的核心是将绿色化学原则整合到分析研究实验室生态中,其12项原则及SIGNIFICANCE助记符(Figure 2)构成了实施可持续、环保分析实践的全面框架。GAC鼓励直接减少有害化学品使用、最小化废物产生及优化能源效率,但实践中常面临环境友好性与分析性能(如灵敏度、精度)之间的权衡。

Green Analytical Chemistry Metrics

为量化分析过程的绿色程度,多种指标被提出,如EcoScale(基于点值系统评估GAC符合度)、国家环境方法指数(NEMI,使用彩色象形图评估环境负担)及绿色分析程序指数(GAPI)。这些指标助力实验室评估并改进方法的环保表现。

Addressing GAC Limitations through White Analytical Chemistry (WAC)

GAC在实际应用中显露出局限性,尤其是环境可持续性与分析能力之间的冲突。为克服这些问题,白色分析化学(WAC)应运而生。WAC在GAC基础上扩展,将分析性能与实践可行性纳入评估,形成更全面的框架。

Principles of White Analytical Chemistry

WAC引入红-绿-蓝(RGB)模型:红色代表分析性能(如准确度、灵敏度、精密度),绿色对应环境可持续性(如废物排放、能源使用),蓝色涵盖经济与实用方面(如成本、安全性、可用性)。这一整合框架确保方法在技术、环境及经济层面均达到优化。

Evaluation and Metrics of WAC

WAC方法的评估涉及计算“方法白度”(method whiteness),即红色、绿色和蓝色标准的综合得分。ComplexGAPI等工具被开发用于量化WAC符合度,帮助实验室系统比较不同方法的可持续性与有效性。

Strategic NOISE Analysis: How WAC Addresses the Shortcomings of GAC

通过NOISE(需求、机遇、改进、优势、例外)分析,WAC被证明能有效解决GAC的不足。例如,在药物质量控制(QC)中,WAC鼓励用更环保的溶剂(如乙醇替代乙腈)而不牺牲分析精度,同时通过Analytical Quality by Design(AQbD)和Design of Experiment(DoE)提升方法稳健性。

Embedding Lifecycle Assessment (LCA) and Greenhouse Gas Inventory (GHGI) into WAC

将生命周期评估(LCA)和温室气体清单(GHGI)纳入WAC框架,可增强环境评估的严谨性与透明度。这些工具丰富了绿色(环境可持续性)和蓝色(实践可行性)维度,帮助实验室全面量化碳足迹与资源消耗。

Integration of Analytical Quality by Design and Design of Experiments with WAC

AQbD和DoE的系统性、数据驱动特性与WAC高度契合。AQbD通过理解方法质量特性及影响因素,确保分析技术的准确性与一致性;DoE则通过优化实验设计减少试错,降低溶剂与能源消耗,提升方法开发效率。

Case Studies and Applications of WAC

WAC原则在多个案例中得到应用。例如,在开发硫秋水仙苷(thiocolchicoside)和醋氯芬酸(aceclofenac)的稳定性指示高效薄层色谱(HPTLC)方法时,HPTLC因溶剂使用量少、环境 impact 低而被优选,尽管HPLC具有更高选择性与灵敏度。另一案例涉及人血浆中阿齐沙坦酯(azilsartan medoxomil)、氯噻酮(chlorthalidone)及西尼地平(cilnidipine)的绿色RP-HPLC方法开发,WAC驱动的AQbD策略成功产出了经过验证、可持续且成本效益高的方法,获得优异白度评分。

Future Environment and Issues: The Case of WAC

WAC有望成为可持续分析的新基石,其综合框架更贴合当前行业对可持续方法开发的需求。随着机构对环境影响的日益关注,WAC提供的平衡方案比GAC更易实现 sound analytical outcomes。

Bridging the Gap and Expanding the Horizon of GAC-WAC through GFAC Model

为促进GAC/WAC的广泛实施,本文提出“分析化学绿色融资”(GFAC)模型,通过设立专项基金资助可持续分析化学创新,弥补当前实践中绿色分析产品与服务不足的缺口。

Applying GFAC to Advance Sustainable Method Development

GFAC特别关注方法开发早期阶段的资源强度问题(如大量溶剂消耗、能源使用与废物产生),通过资金支持推动更环保的探索性研究,从而整体降低分析化学的环境足迹。

Conclusion

WAC通过RGB标准平衡分析性能、环境可持续性与经济可行性,代表了分析化学可持续发展的重大进步。其整合框架与GFAC等创新提案共同为研究人员与行业从业者提供了实用、前瞻的工具,推动分析实践向更高效、环保、经济的方向演进。

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