Mosaic-WAC工具：自动化对绿色、红色、蓝色和紫色原则的全面评估

《Microchemical Journal》：The mosaic-WAC tool: Automating the holistic assessment of green, red, blue, and violet principles

　　

Lateefa A.Al-Khateeb | Mohamed A.M.Ali | Afnan S.Batubara | Mohammed Gamal | Ibrahim A.Naguib | Anis Ahmad Chaudhary | Ahmed M.Ibrahim

沙特阿拉伯吉达国王阿卜杜勒-阿齐兹大学理学院化学系，邮政信箱80203，21589

摘要

从绿色分析化学（GAC）向白色分析化学（WAC）的范式转变需要一个全面的评估框架，该框架能够在环境管理、分析性能和实用价值之间取得平衡。然而，当前的评估指标体系存在极化现象：一方面是简单、以绿色为中心的工具；另一方面是复杂、需要大量调查的多维指标，这些指标阻碍了方法 的常规应用。此外，权重方案的缺乏以及溶剂安全数据库的碎片化继续影响着方法评估的可重复性。为了解决这些问题，本研究介绍了Mosaic-WAC工具，这是一个旨在实现高通量决策的、基于数据库的平台。与依赖手动数据输入或灵活评分的现有模型不同，Mosaic-WAC工具采用自动化的评分标准统一程序，将工业溶剂指南（GSK和CHEM21）中的冲突评分逻辑数学化，并将固体试剂的危害分级纳入到一个统一的自动化惩罚指数中。该框架整合了四个维度：性能（红色）、绿色、实用性和创新性（紫色）。关键的是，该工具实施了偏向性能的权重体系（红色占45%），结合了以分析物为中心的效率指标和情境感知的基准，从而结构性地防止了验证那些绿色但无效的方法。比较案例研究表明，Mosaic-WAC工具显著缩短了评估时间，同时更准确地区分了稳健的现代方法与那些为追求可持续性而牺牲数据质量的方法。这种标准化方法为学术界和工业界的实验室提供了一个“白色指数”（WI），严格地将生态目标与分析可靠性要求对齐。

引言

二十多年来，绿色分析化学（GAC）的原则一直指导科学界减少实验室实践的生态足迹，主要关注减少有害试剂的使用、能源消耗和废物生成[1]、[2]。虽然像Analytical Eco-Scale和国家环境方法指数（NEMI）这样的工具在量化这些影响方面具有开创性[3]，但越来越多的共识认为，生态友好性不能成为衡量方法价值的唯一指标。一个在环境上无害但缺乏敏感性、精度或成本效益的分析程序无法满足现代工业和监管的严格要求[4]。为了解决这一限制，提出了白色分析化学（WAC）的概念，作为GAC的全面发展[5]。受RGB颜色模型的启发，WAC整合了三个基本维度：红色代表分析性能（验证标准），绿色代表环境安全性，蓝色代表实用性和经济效率[6]。这种范式认为，真正可持续的方法必须是“白色的”——即质量、生态和实用性的平衡结合，而不仅仅是牺牲数据可靠性的绿色[7]、[8]。

向WAC的理论转变催生了大量专门的评估工具，形成了一个复杂且碎片化的评估体系（这些现有评估工具的全面比较分析见补充表S1）。Analytical GREEnness（AGREE）计算器和绿色分析程序指数（GAPI）成为评估环境影响的黄金标准[9]、[10]，最近的版本如AGREEprep和ComplexGAPI扩展了其范围，包括了样品准备和预分析步骤[11]、[12]。为了评估WAC的非绿色维度，随后引入了特定工具：蓝色适用性等级指数（BAGI）用于量化实用性和工作流程瓶颈[13]，而红色分析性能指数（RAPI）和分析方法可靠性指数（AMRI）用于严格评估方法验证参数[14]、[15]。

此外，人工智能和微型设备快速整合到分析工作流程中，凸显了现有评估指标中的创新差距。这导致了2025年Violet创新等级指数（VIGI）的发布，确立了创新作为与传统RGB模型不同的第四个维度[16]。此外，還提出了GLANCE等可视化工具来图形化地总结这些属性[17]。尽管这些工具提供了详细的数据，但分析人员仍需进行多次独立的评估才能全面了解一个方法，从而导致工作流程碎片化且劳动强度大。

最近将这些维度统一到单个平台上的尝试反而引入了重大的操作障碍。多色评估（MA）工具（2025年）通过将绿色（GEMAM）、蓝色（BAGI）、红色（RAPI）和紫色（VIGI）模块整合到一个基于Web的界面中，代表了重大进步[18]。然而，文献批评MA工具依赖于一个包含51个问题的结构化调查，这是一个耗时的过程，可能会阻碍需要即时、常规评估的用户[19]。同样，RGB ex-ante模型和RGBfast旨在简化评估，但通常依赖于手动数据输入或像ChlorTox这样的理论毒性等级，这些等级可能与工业安全数据表不匹配[20]、[21]。一个关键的技术瓶颈是溶剂安全数据的统一；广泛使用的工业指南如GSK和CHEM21使用冲突的评分逻辑——在一个系统中得分10表示最环保，而在另一个系统中则表示最危险——这迫使用户手动标准化数据，从而引入了计算错误和主观性的可能性[22]、[23]。

为了解决简单但有限的指标与复杂但需要大量调查的平台之间的分歧，本研究介绍了Mosaic-WAC工具。作为一个高通量替代方案，这个基于数据库的平台标准化了对分析方法的全面评估。该工具采用自动化评分标准统一程序，数学上整合并标准化了工业溶剂指南（GSK和CHEM21）中的冲突数据，并整合了固体试剂的危害分级，实现了即时、无误差的化学惩罚检索，无需手动查找。此外，与许多现有模型中使用的等权重方法不同，Mosaic-WAC实施了偏向性能的权重体系（红色占45%）。这种评分逻辑结构性地防止了验证那些绿色但无效的方法，将数据质量作为可持续性的不可协商的基础。通过将创新性（紫色）和成本摊销的实用性（蓝色）整合到这一自动化框架中，Mosaic-WAC工具提供了一个适用于学术和工业实验室的“白色指数”（WI），用于快速、可重复的决策。

部分摘录

四维的马赛克架构

Mosaic-WAC工具摒弃了以往模型（例如RGB 12、MA Tool）中简单的权重策略，采用了以性能为导向的层次结构。该框架由四个独立的模块组成，每个模块的权重根据其对方法最终效用和可持续性贡献进行评估。

解决数据碎片化问题

GAC指标中的一个普遍挑战是缺乏标准化的毒性数据。两个主要的工业指南——GSK溶剂可持续性指南（GSK Solvent Sustainability Guide）和CHEM21选择指南（CHEM21 Selection Guide）使用相互矛盾的评分逻辑，导致评估的可重复性受到阻碍。GSK指南使用高绿色等级（1-10分），其中10分表示无害的溶剂（例如水）。相反，CHEM21和GHS分类通常使用高危险等级，其中10分表示

结论

从GAC向WAC的转变代表了方法验证方面的必要演变，科学重点从单纯关注生态影响转向多维度评估方法的适用性。然而，WAC的实际应用受到碎片化指标体系的阻碍：研究人员目前不得不在操作上易用但范围有限的工具（例如AGREE）和全面但操作复杂的工具之间做出选择

作者贡献声明

Lateefa A.Al-Khateeb：撰写——原始草稿、方法论、调查、正式分析、数据整理。Mohamed A.M.Ali：监督、资源管理、项目管理、调查、资金获取。Afnan S.Batubara：撰写——审阅与编辑、方法论、调查、正式分析、数据整理。Mohammed Gamal：撰写——审阅与编辑、验证、正式分析、概念构思。Ibrahim A.Naguib：撰写——审阅与编辑、验证、监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了伊玛目穆罕默德·伊本·沙特伊斯兰大学（IMSIU）科学研究院的支持和资助（授予编号IMSIU-DDRSP2602）。