浅议环境科学中化学物相分析的应用

【摘 要】本文探讨了化学物相分析在环境科学中的应用，主要介绍了化学物相分析在土壤、水体沉积物及工业废弃物三个方面的分析与评价应用，希望对相关行业有所借鉴。

【关键词】环境科学；化学物相分析；应用

在环境科学中，化学物相分析又叫做化学形态分析，指的是利用化学物相分析的相关原理，通过选择性溶剂选择合理科学的溶解方法，从而分离样品及测量样品中各相的含量。在化学物相分析刚出现的时候，其主要应用在地质、冶金及选矿等学科中，但如今已经广泛应用在了环境科学中，并且成为了环境监测部门最为重要的一种研究方式。目前，经过了大约70多年的发展，化学物相分析已经取得了非常可观的成效，并且与其他技术相互结合，使得分析与评价的效果更加准确与可靠。

1.土壤的分析与评价

植物所需养分几乎全部来自于土壤，其在生长期间摄取不同的元素作为养分，而其中有一些毒性元素也会影响植物的生长。土壤中的元素形态不同，其生物效应与毒性也各不相同，比如Cu、Mn、Zn等，人们关心的是含量能否满足植物所需，而对Pb、Hg等毒性元素，则关心的是其影响植物的生长及其是否会进入食物链而影响人类健康。因此，利用化学物相分析土壤中的元素的存在状态及移动转化规律，能够为土壤的监测及相关污染治理提供必要的依据。

土壤中常见的金属元素的物理化学形态十分复杂，一般情况下可以分为以下七种状态：1）以离子交换态附着于颗粒物的表面；2）吸附在颗粒物的表面；3）同无定型态的铁锰氧化物共沉淀；4）以沉淀物存在；5）被包裹而存在；6）和有机物形成络合物；7）在土壤矿物晶格中存在。由于这些形态在溶剂中有着不同的溶解性，因此利用化学物相分析便能将它们分离出来，并能进行相关的测定。

采用化学物相分析进行分离，包括了两种具体方法：一步提取法与分级提取法。一步提取法，其作用机理在于元素通过不同形态存在土壤组分中，我们可以利用不同的存在形式与溶解能力，采用不同的溶剂提取出来。目前已经使用的提取剂大概分为四类：1）水。用于提取水溶态的元素。2）酸提取剂。比如HCL、H3PO4等，模拟植物根系微酸环境来提取元素。3）主要组分为无机盐的提取剂，比如CaCl2与NH4Ac等，提取的元素一般为可交换态的金属元素。4）有机络合物类提取剂，比如DTPA与EDTA等。分级提取法则指的是利用选择性的浸提剂，对那些和土壤中固相结合的元素进行逐级提取。总的来说，分级提取法中提取剂使用有一定的顺序，一般为从弱到强，比如先水后强酸。

这些年，我国在这方面的应用也比较普遍，比如有研究者将我国25种不同类型的自然土壤进行了相关化学物相分析，这不仅为我国相关研究提供了大量的数据，同时也为我国土壤改良做了很大的贡献。比如说吴昆明等人在研究中，利用化学物相分析提取土壤的腐殖酸（具体采用的是NaOH浸提腐殖酸），在取得了腐殖酸的同时，也能将与之结合在一起的金属元素提取出来。

2.水体沉积物的分析与评价

这些年，全球工厂与生活废水排量逐渐增加，大量重金属元素被带入了水体（这里主要指的是江河、海洋、运河、天然及人工湖泊等）中，这对于环境构成了严重的威胁。这些污染物往往会与底层及水生生物之间产生物理、化学反应等，一些会产生沉淀物质沉积在底层，从而长期污染水源；同时，一些沉积物在特定条件下会发生释放作用，尤其是重金属元素，释放之后将会加剧水体的污染。因此，为了准确评价水体中重金属及相关物质的污染程度，若只采用一般的分析方法分析重金属元素含量是无法达到目的的，还应对沉积物的形态及分布进行研究与分析，而这就需要化学物相分析的介入。

对于水体沉积物中重金属元素的形态分析，一般采用的是五步提取法或者三步提取法。我国从上个世纪开始，也加强了化学物相分析在水体沉积物分析中的应用。相关环保工作者与研究者在水体分析中进行了大量的工作，比如说对长江、太湖、西湖、湘江、黄河等主要水资源进行了考察与研究，其中杨宏伟等人就利用连续浸提技术对黄河中的污染元素进行了探析，分析了Cu、Fe、Mn等元素在不同沉积物中的分布及形态，并且比较了它们的聚集能力，从而给黄河治理带来了十分重要的数据。又比如，有人用污泥厌氧消化中硫酸盐对Ni、Cu等金属化学形态的变化所起的作用，得到了硫酸盐能促使污泥中的重金属转化为硫化态的结论，而硫化态比较稳定，对于污水厂处理污水有着十分重要的作用。此外，为了更加有效地进行环境质量评估，一般还将化学物相分析与生物暴露实验结合起来研究水体中的沉积物。

3.工业废弃物的分析与评价

现代工业化发展不断深入，工业所产生的固体废弃物也越来越多，比如说矿山在开采之后往往会留下尾矿，冶炼厂则会产生大量的烟尘与废渣等。这些工业产生的“废物”往往是重金属最主要的“源泉”，并且某些“废物”中重金属的含量极高，产生的危害不言而喻。我们知道，重金属拥有不可降解性，因此其将长期存在并一直危害环境及人类。为了有效规避这些物质，就需要将其进行分离，这就有必要采用化学物相分析，从而为工业废弃物的处理提供科学的依据。

在我国煤矿开采中，产生的主要固体废弃物为煤矸石，其在雨水或者地表水的溶解之下，其中一些有害元素就会进入水体与土壤中，从而污染水体与土壤，影响生态系统的平衡，危害着人类的健康。为了解决这种现状，冯军会等人采用化学物相分析法，并结合了NP、AP、TEM及X射线衍射等方法，对我国淮南某地煤矿产生的煤矸石进行了研究，分析了有害元素的赋存状态及含量，从而为该地复垦发展提供了方向与对策。

4.结语

化学物相分析在土壤、水体沉积物及工业废弃物中的分析与评价虽然取得了一定的成果，但是依然存在着一些问题，比如说化学物相分析采用的是理论化的方式，其溶解过程在某种程度上与自然界发生的方式并不相同，因此对于某些现象依然没有科学的解释；此外，就目前而言，化学物相分析在环境标准样品方面的研究依然比较滞后，在我国的投入几乎没有，因此还需加大这方面的研究。总之，工业化促进了人类的进步，但同时也带来了日趋恶化的环境问题，为了解决这个难题，全世界都应高度重视该问题，团结在一起，加大化学物相分析的研究与应用，从而为科学制定环境污染控制与治理策略提供科学的依据。

【参考文献】

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