淺議環境科學中化學物相分析的應用

【摘 要】本文探討了化學物相分析在環境科學中的應用，主要介紹了化學物相分析在土壤、水體沉積物及工業廢棄物三個方面的分析與評價應用，希望對相關行業有所借鑒。

【關鍵詞】環境科學；化學物相分析；應用

在環境科學中，化學物相分析又叫做化學形態分析，指的是利用化學物相分析的相關原理，通過選擇性溶劑選擇合理科學的溶解方法，從而分離樣品及測量樣品中各相的含量。在化學物相分析剛出現的時候，其主要應用在地質、冶金及選礦等學科中，但如今已經廣泛應用在了環境科學中，并且成為了環境監測部門最為重要的一種研究方式。目前，經過了大約70多年的發展，化學物相分析已經取得了非常可觀的成效，并且與其他技術相互結合，使得分析與評價的效果更加準確與可靠。

1.土壤的分析與評價

植物所需養分幾乎全部來自于土壤，其在生長期間攝取不同的元素作為養分，而其中有一些毒性元素也會影響植物的生長。土壤中的元素形態不同，其生物效應與毒性也各不相同，比如Cu、Mn、Zn等，人們關心的是含量能否滿足植物所需，而對Pb、Hg等毒性元素，則關心的是其影響植物的生長及其是否會進入食物鏈而影響人類健康。因此，利用化學物相分析土壤中的元素的存在狀態及移動轉化規律，能夠為土壤的監測及相關污染治理提供必要的依據。

土壤中常見的金屬元素的物理化學形態十分復雜，一般情況下可以分為以下七種狀態：1）以離子交換態附著于顆粒物的表面；2）吸附在顆粒物的表面；3）同無定型態的鐵錳氧化物共沉淀；4）以沉淀物存在；5）被包裹而存在；6）和有機物形成絡合物；7）在土壤礦物晶格中存在。由于這些形態在溶劑中有著不同的溶解性，因此利用化學物相分析便能將它們分離出來，并能進行相關的測定。

采用化學物相分析進行分離，包括了兩種具體方法：一步提取法與分級提取法。一步提取法，其作用機理在于元素通過不同形態存在土壤組分中，我們可以利用不同的存在形式與溶解能力，采用不同的溶劑提取出來。目前已經使用的提取劑大概分為四類：1）水。用于提取水溶態的元素。2）酸提取劑。比如HCL、H3PO4等，模擬植物根系微酸環境來提取元素。3）主要組分為無機鹽的提取劑，比如CaCl2與NH4Ac等，提取的元素一般為可交換態的金屬元素。4）有機絡合物類提取劑，比如DTPA與EDTA等。分級提取法則指的是利用選擇性的浸提劑，對那些和土壤中固相結合的元素進行逐級提取。總的來說，分級提取法中提取劑使用有一定的順序，一般為從弱到強，比如先水后強酸。

這些年，我國在這方面的應用也比較普遍，比如有研究者將我國25種不同類型的自然土壤進行了相關化學物相分析，這不僅為我國相關研究提供了大量的數據，同時也為我國土壤改良做了很大的貢獻。比如說吳昆明等人在研究中，利用化學物相分析提取土壤的腐殖酸（具體采用的是NaOH浸提腐殖酸），在取得了腐殖酸的同時，也能將與之結合在一起的金屬元素提取出來。

2.水體沉積物的分析與評價

這些年，全球工廠與生活廢水排量逐漸增加，大量重金屬元素被帶入了水體（這里主要指的是江河、海洋、運河、天然及人工湖泊等）中，這對于環境構成了嚴重的威脅。這些污染物往往會與底層及水生生物之間產生物理、化學反應等，一些會產生沉淀物質沉積在底層，從而長期污染水源；同時，一些沉積物在特定條件下會發生釋放作用，尤其是重金屬元素，釋放之后將會加劇水體的污染。因此，為了準確評價水體中重金屬及相關物質的污染程度，若只采用一般的分析方法分析重金屬元素含量是無法達到目的的，還應對沉積物的形態及分布進行研究與分析，而這就需要化學物相分析的介入。

對于水體沉積物中重金屬元素的形態分析，一般采用的是五步提取法或者三步提取法。我國從上個世紀開始，也加強了化學物相分析在水體沉積物分析中的應用。相關環保工作者與研究者在水體分析中進行了大量的工作，比如說對長江、太湖、西湖、湘江、黃河等主要水資源進行了考察與研究，其中楊宏偉等人就利用連續浸提技術對黃河中的污染元素進行了探析，分析了Cu、Fe、Mn等元素在不同沉積物中的分布及形態，并且比較了它們的聚集能力，從而給黃河治理帶來了十分重要的數據。又比如，有人用污泥厭氧消化中硫酸鹽對Ni、Cu等金屬化學形態的變化所起的作用，得到了硫酸鹽能促使污泥中的重金屬轉化為硫化態的結論，而硫化態比較穩定，對于污水廠處理污水有著十分重要的作用。此外，為了更加有效地進行環境質量評估，一般還將化學物相分析與生物暴露實驗結合起來研究水體中的沉積物。

3.工業廢棄物的分析與評價

現代工業化發展不斷深入，工業所產生的固體廢棄物也越來越多，比如說礦山在開采之后往往會留下尾礦，冶煉廠則會產生大量的煙塵與廢渣等。這些工業產生的“廢物”往往是重金屬最主要的“源泉”，并且某些“廢物”中重金屬的含量極高，產生的危害不言而喻。我們知道，重金屬擁有不可降解性，因此其將長期存在并一直危害環境及人類。為了有效規避這些物質，就需要將其進行分離，這就有必要采用化學物相分析，從而為工業廢棄物的處理提供科學的依據。

在我國煤礦開采中，產生的主要固體廢棄物為煤矸石，其在雨水或者地表水的溶解之下，其中一些有害元素就會進入水體與土壤中，從而污染水體與土壤，影響生態系統的平衡，危害著人類的健康。為了解決這種現狀，馮軍會等人采用化學物相分析法，并結合了NP、AP、TEM及X射線衍射等方法，對我國淮南某地煤礦產生的煤矸石進行了研究，分析了有害元素的賦存狀態及含量，從而為該地復墾發展提供了方向與對策。

4.結語

化學物相分析在土壤、水體沉積物及工業廢棄物中的分析與評價雖然取得了一定的成果，但是依然存在著一些問題，比如說化學物相分析采用的是理論化的方式，其溶解過程在某種程度上與自然界發生的方式并不相同，因此對于某些現象依然沒有科學的解釋；此外，就目前而言，化學物相分析在環境標準樣品方面的研究依然比較滯后，在我國的投入幾乎沒有，因此還需加大這方面的研究。總之，工業化促進了人類的進步，但同時也帶來了日趨惡化的環境問題，為了解決這個難題，全世界都應高度重視該問題，團結在一起，加大化學物相分析的研究與應用，從而為科學制定環境污染控制與治理策略提供科學的依據。

【參考文獻】

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