齐生方|西贤翁|小瑞桥|学尔赵|玉香月|凤香宇|梅云石|雷音
摘要
绿色分析化学（GAC）已从一项概念性倡议发展成为一门核心学科，这一发展得益于全球对可持续性的转变。自1999年提出绿色化学的十二项原则以来，该领域得到了显著扩展，形成了许多用于评估分析方法环境影响的系统指标。本文回顾了GAC的历史发展，从最初关注减少废物到引入超临界流体萃取和微流控系统等先进技术。我们批判性地分析了28种已建立的绿色评估工具，包括国家环境方法指数（NEMI）、高级NEMI、改良NEMI、分析生态尺度、绿色证书改良生态尺度、绿色分析程序指数（GAPI）、ComplexGAPI、ComplexMoGAPI、分析绿色度指标（AGREE）、AGREEprep、分析方法体积强度（AMVI）、高效液相色谱环境评估工具（HPLC-EAT）、分析方法绿色度评分（AMGS）、RGB加性颜色模型（RGB）、蓝色适用性等级指数（BAGI）、ChlorTox量表、分析方法评估六边形工具（HEXAGON）、分析方法绿色度评估指标（GEMAM）、样品制备可持续性指标（SPMS）、化学危害评估管理策略（CHEMS-1）、蜘蛛图、红色分析性能指数（RAPI）、紫色创新等级指数（VIGI）、分析绿色之星区域（AGSA）、点击分析化学指数（CACI）、多色评估工具（MA工具）、碳足迹减少指数（CaFRI）以及环境、性能和实用性指数（EPPI）。文章还讨论了新兴范式，如白色分析化学（WAC）和绿色样品制备的十项原则。通过比较分析并提出未来改进的建议，本文为研究人员提供了选择和优化绿色评估协议的全面指南，从而促进在药物分析、环境监测和化学合成中采用可持续实践。
引言
近年来，对GAC的兴趣日益增长，这体现在学术出版物的指数级增长上（图1），表明科学界对全球环境的认识发生了深刻变化。这种转变在20世纪后半叶加剧，促使人们重新评估传统的分析技术。这些技术通常以有害试剂、过度能源消耗和浪费的实验方案为特征[1]。人们认识到，为了单一测量而污染自然水系统等环境成本在伦理和实际层面都是不可接受的[2]。作为回应，绿色化学作为一个正式领域应运而生，强调原子经济性和污染预防[3]。在这个框架下，GAC作为一个专门领域发展起来，专注于重新设计分析方法。其目标不仅限于减少废物，还包括全面降低方法的环境影响，包括能源使用、试剂毒性和操作员安全，同时保持高分析标准。诸如超临界二氧化碳萃取和微流控系统等进步使得分析更加精确、微型化和环保[4]。这些创新反映了GAC从渐进的技术改进向将可持续性作为分析实践核心价值的基本理念的转变[5]。
将GAC原则转化为可操作的标准，导致了评估分析方法环境性能的标准化指标的创建[6]。这一运动的概念基础是由Anastas和Warner在1999年提出的具有里程碑意义的十二项绿色化学原则[7]（图2A）。然而，随着该领域的成熟，人们意识到这些一般原则无法完全涵盖分析过程的细微差别，如样品采集、预处理和仪器要求。为了解决这些问题，Janusz Pawliszyn将这些原则调整为四个优先事项。结合Koel和Kjellkaran总结的策略，最终形成了GAC的十二项原则（图2B）[8]。这些专门原则的确立是GAC的一个里程碑，提醒从业者要在工业和社会数据日益增长的需求与减轻人类和环境影响之间取得平衡[9]、[10]、[11]、[12]。
在过去二十年里，开发了多种绿色度评估工具[13]，从早期的定性图示到先进的多标准评分系统。这一进展在发展时间线上有所体现（图3）[14]、[15]、[16]，标志着从简单的检查列表向复杂的多参数评分框架的转变[17]、[18]、[19]、[20]。早期的例子如国家环境方法指数（NEMI）使用简化的图示，而后来的工具则采用了定量和多参数系统。本文总结的28种工具列表见表1，包括NEMI、高级NEMI、改良NEMI、分析生态尺度、绿色证书改良生态尺度、GAPI、ComplexGAPI、ComplexMoGAPI、AGREE、AGREEprep、AMVI、HPLC-EAT、AMGS、RGB、BAGI、ChlorTox、HEXAGON、GEMAM、SPMS、CHEMS-1、蜘蛛图、RAPI、VIGI、AGSA、CACI、MA工具、CaFRI和EPPI，它们基于加权原则提供了详细的视觉和数字评分。新兴框架如WAC和绿色样品制备的十项原则进一步展示了该领域对全面和批判性自我评估的承诺[21]、[22]。
尽管这些工具大量涌现，但现有文献中仍存在一些关键问题未得到解决。首先，大多数以往的综述仅关注了一部分指标，通常不超过18种工具，并未系统地比较所有可用的指标。其次，关于研究人员应如何为特定分析情境选择最合适的指标的实际问题受到的关注有限。第三，将不可比较的变量（如毒性、能源和废物）聚合为单一评分的基本限制尚未得到深入探讨。第四，很少有综述明确提出理想的GAC评估工具应具备哪些特征。为了填补这些空白，本文对28种已建立的绿色评估工具进行了批判性分析，包括上述提到的工具。每种指标都从其优势、局限性和适用范围进行了评估[23]。文中包含了一个总结性的比较表，以综合关键见解并提出改进和整合的方向[24]。除了简单的汇编之外，本文还提供了一个实用的决策支持框架来指导指标选择，批判性地讨论了聚合问题，并提出了一套理想的未来GAC工具开发标准。这些工具的多样性和偶尔的不一致性反映了该领域的成熟，但也突显了标准化的持续挑战[25]。
展望未来，几个优先事项将塑造GAC评估的发展。这些优先事项包括协调现有指标以建立更一致的标准，并结合人工智能进行自动化计算机绿色度优化。另一个关键方向是改进环境指标与实际分析需求（如成本、性能和法规合规性）之间的对齐。此外，随着分析化学扩展到纳米毒理学和生物制药等领域[26]、[27]，绿色评估工具必须适应新的挑战和废物流。本文旨在为研究人员选择合适的绿色度指标提供实用参考，同时鼓励可持续分析方法的持续发展。
部分摘录
NEMI、高级NEMI和改良NEMI
国家环境方法指数（NEMI）由多机构方法和数据可比性委员会于2002年引入，是评估分析方法绿色度的先驱工具之一[28]。它使用简单的四象限图示来直观显示分析程序是否符合特定的环境标准[29]。每个象限对应一个标准：(I) 是否有任何试剂被列入持久性、生物累积性和毒性（PBT）列表中。
分析生态尺度和绿色证书改良生态尺度
2012年，Galuszka等人引入了分析生态尺度，这是一种半定量指标，用于评估分析方法的环境性能[39]。该工具通过为分析过程的各个方面分配扣分来评估绿色度，最终得出基于100分理想基线的最终分数，代表完全绿色的分析。扣分基于四个主要标准：试剂和溶剂的数量和危害水平。
GAPI、ComplexGAPI、ComplexMoGAPI
由J. Płotka-Wasylka在2018年提出的GAPI提供了一种半定量图形工具，用于评估从样品采集到最终分析所有阶段分析程序的环境影响[49]。其评估基于五段图示，每个段对应特定的程序方面，如样品处理、制备、萃取、试剂使用、能源消耗和废物产生。
AGREE和AGREEprep
由Pena-Pereira等人于2020年开发的分析绿色度计算器（AGREE）是一种全面且用户友好的工具，基于GAC的十二项原则评估分析方法的环境可持续性[60]。作为开源软件，AGREE将每个GAC原则（如减少废物、能源效率、操作员安全和可再生试剂的使用）转换为0到1之间的标准化分数。
AMVI
分析方法体积强度（AMVI）由Hartman等人于2011年引入，是一种专门用于评估高效液相色谱（HPLC）方法环境影响的指标[68]。AMVI量化每次分析运行产生的总废物量，包括样品制备、色谱分离和质量控制步骤（如空白样品、 spiked样品和替代样品）中使用的溶剂。
高效液相色谱环境评估工具（HPLC-EAT）
高效液相色谱环境评估工具（HPLC-EAT）由Yasser Gaber于2011年开发，是一种专门用于评估高效液相色谱（HPLC）方法环境影响的指标[70]。它特别关注样品制备和色谱洗脱过程中使用的有机溶剂的类型和体积。该算法采用评分系统，结合了安全性（S）、健康（H）和环境（E）因素。
AMGS
分析方法绿色度评分（AMGS）由Michael B. Hicks等人于2019年提出[75]，是一种多标准指标，用于定量评估分析方法的环境可持续性。AMGS整合了几个关键因素：溶剂的安全性（S）、健康（H）和环境（E）影响、溶剂和仪器的累积能源需求（CED）以及废物产生。
RGB加性颜色模型
RGB模型由Paweł M. Nowak和Paweł Kościelniak于2019年提出[80]，提供了一种基于红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）组分的创新且全面的方法可持续性评估方法。每种颜色对应方法评估的一个关键维度：红色表示分析性能，通常通过准确性、精确度和灵敏度等经典验证参数进行评估；绿色代表环境因素。
BAGI
蓝色分析绿色度指数（BAGI）由Manousi等人于2023年提出，是一种多标准评估工具，用于评估分析方法的可持续性和实际适用性[86]。受RGB颜色模型的启发，BAGI采用基于颜色的评分系统来量化方法在四个关键维度上的表现：技术性能、运营效率、资源消耗和环境可持续性。
ChlorTox量表
ChlorTox量表由Nowak等人于2023年提出，是一种专门的GAC指标，用于评估分析程序中使用的化学品的健康和环境风险[87]。该指标通过将个别物质与参考化合物（氯仿）进行比较来量化潜在危害，氯仿的固定加权危害数为5.75。根据公式（4）、（5），ChlorTox值计算如下：
HEXAGON
HEXAGON指标由Ballester-Caudet等人于2019年提出，为评估分析方法的绿色度提供了定量框架[90]。这种多标准评估工具使用六边形图示，包含六个等边三角形，每个三角形代表一个不同的评估维度：优点（分为两个子类别）、毒性和安全性、产生的残留物、碳足迹和经济成本。每个维度都分配了一个扣分。
GEMAM
分析方法绿色度评估指标（GEMAM）是一种全面的多标准评估工具，用于定量评估分析程序的环境可持续性[93]。基于GAC的十二项原则和绿色样品制备的十个因素（GSP）开发，GEMAM采用了一个包含六个关键维度的结构化框架：样品、试剂、方法、仪器、废物和操作员。每个维度进一步细分为28个具体方面。
SPMS
样品制备可持续性指标（SPMS）是一种新颖的专门绿色评估工具，用于独立于分析过程的其他阶段（如采样或仪器检测）评估分析样品制备程序的环境可持续性[94]。为了解决现有评估整个分析方法的指标的局限性，SPMS专注于通过评估九个关键化学危害评估管理策略（CHEMS-1）来改进提取技术。溶剂安全评估在绿色化学（GAC）领域的演变反映了越来越重视以人为中心的研究实践。该方法起源于Swanson在1997年提出的CHEMS-1框架[96]，后来由Tobiszewski和Namieśnik（2015年）[97]进行了改进，它通过两个视角量化实验室风险：健康参数（包括吸入毒性和致癌性）和环境持久性指标（如生物降解率）。通过将暴露途径与化学物质量相结合，它使...
蜘蛛图作为杨沈等人于2016年[99]引入的绿色指数方法的一部分，是一种多标准可视化工具，旨在基于从安全数据表（SDS）中提取的信息全面评估化学试剂的环境和安全性。该方法从五个主要维度评估试剂：健康影响、一般性质、气味、消防安全和稳定性。每个主要类别进一步细分为具体...
红色分析性能指数（RAPI）是一种专门用于评估方法分析性能的指标，由Nowak等人于2025年提出。它仅关注验证参数，不考虑可持续性，因此应与绿色指标结合使用进行综合评估[105]。RAPI的免费软件可在https://mostwiedzy.pl/rapi获取。RAPI基于十个参数评估分析方法：重复性...
紫色创新等级指数（VIGI）由Fuente-Ballesteros等人于2025年提出，是一种全面评估分析方法创新水平的工具[106]。它根据十个标准评估方法：样品制备和仪器、数据处理和软件、白色分析化学合规性、法规合规性、材料和试剂、微型化、自动化、跨学科性、灵敏度和方法论。这一指标增加了...
分析绿色之星区域（AGSA）由Mansour及其同事提出，作为最初为绿色化学开发的绿色之星区域指数的扩展[107]。它根据绿色分析化学的12项原则对分析方法进行评分。每个原则都有一个带有三个选项的问题。更高的分数意味着更少的样品处理、更低的能源使用、更安全的试剂和更少的废物。总分为36分，相当于100%的绿色度。结果显示为...
点击分析化学指数（CACI）由Mansour及其同事最近提出，是一种新的指标和开源软件框架，用于评估分析方法的实际适用性和用户友好性[108]。与传统的绿色或验证工具不同，CACI借鉴了点击化学的效率和可靠性。它基于七个核心参数评估方法：样品量、样品制备水平和时间、可行性（试剂...
多色评估工具（MA工具）由Abbas等人于2025年开发。这是一个基于网络的平台，结合了四个现有指标：GEMAM、BAGI、RAPI和VIGI[109]。该工具使用51个问题来评估四个方面：环境影响、实际适用性、分析性能和技术创新。每个方面都得到一个百分比分数。总体白色分数是这四个百分比的平均值，给出了方法可持续性的单一值...
碳足迹减少指数（CaFRI）是由Mansour和Nowak最近开发的一个基于网络的工具，用于评估分析实验室程序产生的温室气体排放[110]。与大多数关注化学危害或溶剂废物的绿色指标不同，CaFRI将碳足迹置于评估的中心。该工具可在https://bit.ly/CaFRI免费访问，并生成一个100分制的数值分数，其中更高的分数表示更环保的方法。其评估涵盖了...
环境性能和实用性指数（EPPI）是由Elagamy及其同事在2025年推出的开源软件工具[111]。它使用两个独立的指数：环境影响（EI）指数关注绿色度，而性能和实用性指数（PPI）处理分析性能和实际应用性。EI指数将GAC和GSP原则应用于从预合成到废物管理的每个阶段。PPI涵盖分析性能（红色度）...
表7展示了三种不同分析方法（方法1（HPLC-FLD）、方法2（LC-MS/MS）和方法3（HPLC-FLD）的绿色度比较评估[112]、[113]、[114]。这些案例研究采用了不同的分析技术和提取程序，展示了所评估指标在实际应用中的适用性和范围。通过应用这样一套全面的工具，可以...
表8系统地比较了28种不同GAC评估工具的特点。这些指标在评估框架、应用范围和输出维度上存在显著差异。例如，NEMI、改进的NEMI和高级象形图产生定性结果。分析生态尺度、绿色证书改进生态尺度、GAPI及其扩展版本（ComplexGAPI和ComplexMoGAPI）提供半定量数据。像CHEMS-1、HPLC-EAT和AMVI这样的工具生成...
理想的GAC评估工具应该是什么样的？前面的章节表明，现有工具在范围、输出和局限性方面存在很大差异。定性工具因缺乏数字而受到批评，而定量工具则因视觉效果不佳而受到指责。这使读者对理想工具的实际功能感到困惑。为了澄清这一点，我们提出了一套围绕三个主题的理想标准：内容、计算和报告。理想的工具首先必须涵盖正确的内容。它应该覆盖整个分析工作流程...
结论和未来展望本综述系统地追溯了绿色化学在GAC中的历史发展、当前状态和实际应用。该领域已经从基础的绿色化学十二原则发展到专门的GAC十二原则，反映了人们对可持续性的日益关注。我们对28种不同的指标进行了批判性分析，包括NEMI、AGREE、GEMAM和HEXAGON等成熟方法，以及最近引入的...
RediT作者贡献声明Weng Xixian：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、调查、概念化。Qiao Xiaorui：调查。Zhao Xueer：调查。Yue Yuxiang：调查。Yu Fengxiang：调查。Shi Meiyun：撰写——审阅与编辑、监督、调查。Yin Lei：撰写——审阅与编辑、监督、调查。Fang Qisheng：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、调查、数据整理、概念化。
作者声明作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢本工作得到了辽宁省自然科学基金（2023-MSBA-018, 2025-MS-023）、辽宁癌症医院“Oncology+”开放项目（2024-ZLKF-33）和中央高校基本研究经费（DUT24MS018）的财政支持。
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