ДВЕНАДЦАТЬ ПРИНЦИПОВ ЗЕЛЁНОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ КАК НОВАЯ ПАРАДИГМА УСТОЙЧИВОГО ЛАБОРАТОРНОГО АНАЛИЗА

АННОТАЦИЯ

Быстрое развитие направления зелёной аналитической химии (GAC) требует чётких и лаконичных ориентиров, которые могли бы стать базисом для «экологизации» аналитической практики. Существующие принципы зелёной химии и зелёной инженерии нуждаются в адаптации для аналитических задач, поскольку они недостаточно учитывают специфику аналитической лаборатории. В данной статье предлагается набор из двенадцати принципов GAC, включающий как знакомые концепции — уменьшение расхода реагентов и энергии, ликвидацию отходов, рисков и опасностей, — так и новые идеи, например — применение природных реагентов и минимизацию отбора проб. Представлены теоретические обоснования, методологическая база, практические рекомендации и направления внедрения в лабораторную аналитику. Статья ориентирована на повышение качества аналитических методов с одновременным снижением их экологического влияния. Принятие предложенных принципов может способствовать сбалансированному развитию аналитической химии в духе устойчивого развития, обеспечивая высокую точность и надёжность результатов при минимизации экологического следа.

ABSTRACT

The rapid advancement of green analytical chemistry (GAC) necessitates the formulation of clear and concise principles that can serve as a foundation for the ecological transformation of analytical practices. The existing frameworks of green chemistry and green engineering require adaptation to analytical applications, as they do not fully reflect the specific conditions of laboratory work. This article introduces a system of twelve GAC principles encompassing both well-established concepts—such as minimizing reagent and energy consumption, reducing waste, risks, and hazards—and innovative approaches, including the use of natural reagents and the minimization of sample collection. The paper presents theoretical rationales, a methodological foundation, practical recommendations, and implementation pathways for sustainable laboratory analytics. Emphasis is placed on improving the quality and reliability of analytical methods while minimizing their environmental impact. The adoption of these principles will support the balanced development of analytical chemistry in accordance with the ideals of sustainable development, ensuring high analytical accuracy and environmental responsibility.

Keywords: green analytical chemistry; sustainable development; principles of GAC; greening of laboratory practice; green metrics; miniaturization; energy efficiency.

Ключевые слова: зелёная аналитическая химия; устойчивое развитие; принципы GAC; экологизация лабораторной практики; метрики «зелёности»; миниатюризация; энергоэффективность.

Введение

Идея зелёной химии восходит к концепции устойчивого развития. Первые инициативы химиков в этой области были сосредоточены главным образом на синтетических процессах и продуктах промышленного масштаба: именно об этом говорится в наиболее известном определении зелёной химии, предложенном Paul Anastas [1]. На этапе зарождения «зелёной химии» приоритетом стал «зелёный органический синтез» в различных отраслях химической промышленности, особенно в фармацевтике.

Понятие «зеленой аналитической химии» (GAC) появилось около 2000 года [2]. Эта относительно новая дисциплина внутри «зелёной» химии относится к роли аналитиков-химиков в повышении экологичности лабораторной практики, и она вызвала значительный интерес среди специалистов [3], [4]. Помимо совершенствования инструментов и методологических подходов, которые необходимы для повышения качества аналитических измерений, предпринимаются усилия по снижению отрицательного влияния аналитических процессов на окружающую среду и по внедрению принципов устойчивого развития в аналитические лаборатории. В этом контексте GAC следует рассматривать как стимулятор прогресса аналитической химии.

Главным вызовом для будущего этой дисциплины является поиск компромисса между ростом качества аналитических результатов и повышением экологичности аналитических методик. Для решения этой задачи необходимы четкие руководящие принципы, которые создают основу для GAC. В 1998 году Anastas и John C. Warner сформулировали двенадцать принципов «зелёной» химии [5].

На рисунке 1 схематично отражены эти 12 принципов «зеленой» химии

Хотя они были разработаны для удовлетворения потребностей синтетической химии, лишь некоторые из этих принципов могут быть применены к аналитической химии.

Рисунок 1. 12 принципов «зеленой» химии

Примеры таких принципов:

(а) предотвращение образования отходов (принцип № 1);

(б) применение более безопасных растворителей и вспомогательных средств (принцип № 5);

(в) разработка с целью повышения энергоэффективности (принцип № 6);

(г) сокращение образования производных продуктов (принцип № 8).

Были также предприняты попытки выделить аналитические следствия из этих двенадцати принципов зелёной химии [6], но как минимум один из этих принципов — максимизация атомной экономики (принцип № 2) — не применим к аналитической химии. В области GAC также есть важные концепции, не включённые в первоначальный набор принципов, предложенный Анастасом и Уорнером.

Учитывая вышесказанное, нами была поставлена цель – провести переработку основных двенадцати принципов «зеленой» химии, добавив к четырем наиболее важным из них, восемь новых принципов, непосредственно касающихся применения в GAC.

Методы

В настоящей работе был реализован качественно-методологический подход: осуществлён обзор и анализ литературы, посвящённой «зелёной» химии и зелёной аналитической химии, включая публикации по принципам GAC и их приложению [7-9]. Использована библиотечно-информационная модель: сформирован список ключевых публикаций, проведён сравнительный анализ существующих наборов принципов (зелёной химии относительно аналитической химии), проанализированы методические отчёты и обзоры метрик оценки «зелёности» аналитических процедур [10-12].На основании собранных данных сформулирован расширенный набор принципов для GAC и проведена их квалифицированная переработка с учётом аналитической специфики: отбора проб, подготовки образцов, минимизации реагентов, энергии и отходов, а также безопасности и автоматизации лабораторных процессов [13-16]. Также представлены практические рекомендации по внедрению этих принципов в лабораторную практику аналитической химии.

Результаты и обсуждение

В результате работы был предложен и обоснован набор из двенадцати принципов зелёной аналитической химии (GAC). Ниже приведены основные пункты:

1. Использовать прямые аналитические методы, избегая обработки образцов, когда это возможно.

2. Минимизировать размер выборки и количество образцов.

3. Проводить измерения на месте (in-situ), по возможности, сокращая транспорт и подготовку.

4. Интегрировать аналитические процессы и операции для экономии энергии и сокращения использования реагентов.

5. Выбирать автоматизированные и миниатюрные методы аналитики.

6. Избегать дериватизации.

7. Сократить объём аналитических отходов и обеспечить надлежащую переработку.

8. Выбирать безопасные, нетоксичные реагенты и вспомогательные вещества, включая природные реагенты.

9. Оптимизировать энергоэффективность аналитических методик (например, использование низкой температуры, низкого давления, альтернативных источников энергии).

10. Применять мультианализные методы, снижая общее число измерений и реагентов.

11. Использовать системы оценки экологического следа аналитической процедуры (метрики «зелёности») и предоставлять отчётность.

12. Обеспечивать безопасность оператора, снижение риска аварий и минимизацию воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Данный набор принципов основан на концепции существующего набора для зелёной химии и адаптирован под задачи аналитической химии с учётом её специфики. Например, принцип in-situ измерения (пункт 3) относится непосредственно к аналитической практике, а применение природных реагентов (пункт 8) вводит новую идею, недостаточно отражённую в оригинальных принципах зелёной химии. Обсуждение показывает, что применение этих принципов может значительно повысить экологичность аналитических методов, сократить отходы и потребление энергии, а также повысить безопасность лабораторного персонала.

Предложенные двенадцать принципов GAC создают структурированную основу для устойчивого развития аналитической химии. Их применение в лабораториях позволит достичь важного баланса между аналитическим качеством и экологичностью. При этом важно отметить несколько ключевых аспектов и ограничений.

Во-первых, адаптация принципов зелёной химии к аналитической практике требует учёта того, что аналитическая химия по сути отличается от синтетической: основная цель — определение и измерение вещества, а не его синтез или производство. Поэтому классические принципы, такие как атомная экономика, не всегда применимы напрямую к аналитике.

Во-вторых, внедрение GAC-принципов предполагает наличие инструментов оценки «зелёности» аналитических методов: такие метрики, как NEMI, Analytical Eco-Scale, GAPI, AGREE, используются исследователями для оценки экологичности аналитики. Однако они пока не всегда интегрированы в ежедневную лабораторную практику. Это означает, что для успешного внедрения принципов необходима культура устойчивости в аналитических лабораториях, а также образование и подготовка специалистов.

В-третьих, реализация некоторых из предложенных принципов может потребовать дополнительных затрат или изменений инфраструктуры: например, минимизация отбора проб или переход к in-situ измерениям может быть технологически сложной и дорогостоящей. Тем не менее долгосрочные выгоды включают снижение отходов, потребления энергии, реагентов и улучшение экологического следа лаборатории.

В-четвёртых, переход к экологичной аналитической практике требует системного подхода: начиная от проекта методики, отбора проб, подготовки образцов, анализа и обработки данных до утилизации отходов и отчётности. Принцип интеграции процессов (пункт 4) отражает именно этот системный взгляд.

В-пятых, предложенные принципы также стимулируют инновации: автоматизация и миниатюризация (пункт 5), применение новых безопасных реагентов (пункт 8), использование мультианализных методик (пункт 10) — все это открывает новые возможности для разработки «зеленых» аналитических решений.

В итоге, предлагаемая структура принципов может стать практическим руководством для аналитических лабораторий, желающих повысить свою экологичность без ущерба для качества данных. Следующим шагом является разработка инструментов их внедрения, примеров практического применения и тренировочных программ для аналитиков.

Заключение

В условиях растущего внимания к устойчивому развитию и экологической ответственности аналитическая химия должна трансформироваться. Предложенный набор из двенадцати принципов зелёной аналитической химии (GAC) создаёт необходимую платформу для этой трансформации. Реализация данных принципов поможет лабораториям снизить экологический след, повысить безопасность и эффективность аналитических методик, а также соответствовать современным требованиям устойчивости. Не менее важным является, что такие изменения не должны идти в ущерб аналитическому качеству: напротив — они стимулируют инновации и оптимизацию. Для дальнейшего развития необходимо: (а) интегрировать оценочные метрики «зелёности» аналитики, (б) обеспечить образовательную подготовку специалистов, (в) внедрять примеры «зеленых» методик и (г) развивать инфраструктуру устойчивой лаборатории. Только таким образом аналитическая химия сможет сыграть ключевую роль в устойчивом будущем.

Список литературы:

1. Anastas P., Warner J.C. Green Chemistry: Theory and Practice. – Oxford: Oxford University Press, 1998. – DOI: 10.1002/9780470276999.
2. Galuszka A., Migaszewski Z., Namieśnik J. The twelve principles of green analytical chemistry and the SIGNIFICANCE mnemonic of green analytical practices // Trends in Analytical Chemistry. – 2013. – Vol. 50. – P. 78–84. – DOI: 10.1016/j.trac.2013.04.010.
3. Meher A.K., Zarouri A. Green Analytical Chemistry — Recent Innovations // Analytica. – 2025. – Vol. 6, No. 1. – P. 10. – DOI: 10.3390/analytica6010010.
4. Patel D., Patel K.S., Patel C.N. Green Analytical Chemistry: An Overview // World Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. – 2024. – Vol. 13, No. 8. – P. 419–429. – DOI: 10.20959/wjpps20248-27938.
5. Кустов Д.М., Белецкая И.П. «Green Chemistry» – новое мышление // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). – 2004. – Т. XLVIII, № 6. – С. 3–12.
6. Kokilambigai K.S., Lakshmi K.S. Utilization of green analytical chemistry principles for the simultaneous estimation of paracetamol, aceclofenac and thiocolchicoside by UV spectrophotometry // Green Chemistry Letters and Reviews. – 2020. – Vol. 14, No. 1. – P. 97–105. – DOI: 10.1080/17518253.2020.1862311.
7. Kumar N.N., Archana M.A. Comprehensive Review of Green Metric Tools for Sustainable Analytical Method Development // Proceedings of the International Conference on Bio-Based Environment for Sustainable Territory (IC-BEST 2024), Advances in Biological Sciences Research. – 2024. – Vol. 44. – P. 132–138. – DOI: 10.2991/978-94-6463-648-2_12.
8. Yin L., Yu L., Guo Y., Wang C., Ge Y. Green analytical chemistry metrics for evaluating the greenness of analytical procedures // Journal of Pharmaceutical Analysis. – 2024. – Vol. 14, No. 11. – P. 101013. – DOI: 10.1016/j.jpha.2024.101013.
9. Psillakis E., Pedersen-Bjergaard S., Ozkan S. Analytical Chemistry: There is No Green Like More Green // LCGC Europe. – 2022. – Vol. 35, No. 10. – P. 438–439. – DOI: 10.56530/lcgc.eu.fv1287o6.
10. Aparecida de Marco B., Rechelo B.S., Tótol E.G., et al. Evolution of green chemistry and its multidimensional impacts: A review // Saudi Pharmaceutical Journal. – 2019. – Vol. 27, No. 1. – P. 1–8. – DOI: 10.1016/j.jsps.2018.07.011.
11. Mehta M., Mehta D.R. Recent application of green analytical chemistry: eco-friendly approaches for pharmaceutical analysis // Future Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2024. – Vol. 10, No. 1. – P. 83. – DOI: 10.1186/s43094-024-00658-6.
12. Sajid M., Płotka-Wasylka J. Green analytical chemistry metrics: A review // Talanta. – 2021. – Vol. 238, Pt. 2. – P. 123046. – DOI: 10.1016/j.talanta.2021.123046.
13. Mansour F.R., Plotka-Wasylka J., Locatelli M. Modified GAPI (MoGAPI) Tool and Software for the Assessment of Method Greenness: Case Studies and Applications // Analytica. – 2024. – Vol. 5, No. 3. – P. 451–457. – DOI: 10.3390/analytica5030030.
14. Płotka-Wasylka J., Wojnowski W. Complementary green analytical procedure index (ComplexGAPI) and software // Green Chemistry. – 2021. – Vol. 23. – P. 8657–8672. – DOI: 10.1039/D1GC02318G.
15. Valvi A.M., Shelke R., Ghodke S. Quality by Design and Green Analytical Chemistry: a Review of novel approaches to chromatographic method development // Biosciences Biotechnology Research Asia. – 2025. – Vol. 22, No. 2. – P. 497–520. – DOI: 10.13005/bbra/3379.
16. Kurul F., Doruk B., Topkaya S.N. Principles of green chemistry: building a sustainable future // Discovery Chemistry. – 2025. – Vol. 2. – P. 68. – DOI: 10.1007/s44371-025-00152-9.