淺議環(huán)境科學(xué)中化學(xué)物相分析的應(yīng)用
2012-12-31 00:00:00肖懷
【摘 要】本文探討了化學(xué)物相分析在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，主要介紹了化學(xué)物相分析在土壤、水體沉積物及工業(yè)廢棄物三個(gè)方面的分析與評(píng)價(jià)應(yīng)用，希望對(duì)相關(guān)行業(yè)有所借鑒。
【關(guān)鍵詞】環(huán)境科學(xué)；化學(xué)物相分析；應(yīng)用
在環(huán)境科學(xué)中，化學(xué)物相分析又叫做化學(xué)形態(tài)分析，指的是利用化學(xué)物相分析的相關(guān)原理，通過選擇性溶劑選擇合理科學(xué)的溶解方法，從而分離樣品及測(cè)量樣品中各相的含量。在化學(xué)物相分析剛出現(xiàn)的時(shí)候，其主要應(yīng)用在地質(zhì)、冶金及選礦等學(xué)科中，但如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了環(huán)境科學(xué)中，并且成為了環(huán)境監(jiān)測(cè)部門最為重要的一種研究方式。目前，經(jīng)過了大約70多年的發(fā)展，化學(xué)物相分析已經(jīng)取得了非常可觀的成效，并且與其他技術(shù)相互結(jié)合，使得分析與評(píng)價(jià)的效果更加準(zhǔn)確與可靠。
1.土壤的分析與評(píng)價(jià)
植物所需養(yǎng)分幾乎全部來自于土壤，其在生長(zhǎng)期間攝取不同的元素作為養(yǎng)分，而其中有一些毒性元素也會(huì)影響植物的生長(zhǎng)。土壤中的元素形態(tài)不同，其生物效應(yīng)與毒性也各不相同，比如Cu、Mn、Zn等，人們關(guān)心的是含量能否滿足植物所需，而對(duì)Pb、Hg等毒性元素，則關(guān)心的是其影響植物的生長(zhǎng)及其是否會(huì)進(jìn)入食物鏈而影響人類健康。因此，利用化學(xué)物相分析土壤中的元素的存在狀態(tài)及移動(dòng)轉(zhuǎn)化規(guī)律，能夠?yàn)橥寥赖谋O(jiān)測(cè)及相關(guān)污染治理提供必要的依據(jù)。
土壤中常見的金屬元素的物理化學(xué)形態(tài)十分復(fù)雜，一般情況下可以分為以下七種狀態(tài)：1）以離子交換態(tài)附著于顆粒物的表面；2）吸附在顆粒物的表面；3）同無(wú)定型態(tài)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(jī)物形成絡(luò)合物；7）在土壤礦物晶格中存在。由于這些形態(tài)在溶劑中有著不同的溶解性，因此利用化學(xué)物相分析便能將它們分離出來，并能進(jìn)行相關(guān)的測(cè)定。
采用化學(xué)物相分析進(jìn)行分離，包括了兩種具體方法：一步提取法與分級(jí)提取法。一步提取法，其作用機(jī)理在于元素通過不同形態(tài)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(jīng)使用的提取劑大概分為四類：1）水。用于提取水溶態(tài)的元素。2）酸提取劑。比如HCL、H3PO4等，模擬植物根系微酸環(huán)境來提取元素。3）主要組分為無(wú)機(jī)鹽的提取劑，比如CaCl2與NH4Ac等，提取的元素一般為可交換態(tài)的金屬元素。4）有機(jī)絡(luò)合物類提取劑，比如DTPA與EDTA等。分級(jí)提取法則指的是利用選擇性的浸提劑，對(duì)那些和土壤中固相結(jié)合的元素進(jìn)行逐級(jí)提取?？偟膩碚f，分級(jí)提取法中提取劑使用有一定的順序，一般為從弱到強(qiáng)，比如先水后強(qiáng)酸。
這些年，我國(guó)在這方面的應(yīng)用也比較普遍，比如有研究者將我國(guó)25種不同類型的自然土壤進(jìn)行了相關(guān)化學(xué)物相分析，這不僅為我國(guó)相關(guān)研究提供了大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)也為我國(guó)土壤改良做了很大的貢獻(xiàn)。比如說吳昆明等人在研究中，利用化學(xué)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(shí)，也能將與之結(jié)合在一起的金屬元素提取出來。
2.水體沉積物的分析與評(píng)價(jià)
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(yùn)河、天然及人工湖泊等）中，這對(duì)于環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。這些污染物往往會(huì)與底層及水生生物之間產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)等，一些會(huì)產(chǎn)生沉淀物質(zhì)沉積在底層，從而長(zhǎng)期污染水源；同時(shí)，一些沉積物在特定條件下會(huì)發(fā)生釋放作用，尤其是重金屬元素，釋放之后將會(huì)加劇水體的污染。因此，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水體中重金屬及相關(guān)物質(zhì)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(wú)法達(dá)到目的的，還應(yīng)對(duì)沉積物的形態(tài)及分布進(jìn)行研究與分析，而這就需要化學(xué)物相分析的介入。
對(duì)于水體沉積物中重金屬元素的形態(tài)分析，一般采用的是五步提取法或者三步提取法。我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)開始，也加強(qiáng)了化學(xué)物相分析在水體沉積物分析中的應(yīng)用。相關(guān)環(huán)保工作者與研究者在水體分析中進(jìn)行了大量的工作，比如說對(duì)長(zhǎng)江、太湖、西湖、湘江、黃河等主要水資源進(jìn)行了考察與研究，其中楊宏偉等人就利用連續(xù)浸提技術(shù)對(duì)黃河中的污染元素進(jìn)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(tài)，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(shù)據(jù)。又比如，有人用污泥厭氧消化中硫酸鹽對(duì)Ni、Cu等金屬化學(xué)形態(tài)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(zhuǎn)化為硫化態(tài)的結(jié)論，而硫化態(tài)比較穩(wěn)定，對(duì)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(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)估，一般還將化學(xué)物相分析與生物暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來研究水體中的沉積物。
3.工業(yè)廢棄物的分析與評(píng)價(jià)
現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展不斷深入，工業(yè)所產(chǎn)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(huì)留下尾礦，冶煉廠則會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵與廢渣等。這些工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)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(zhǎng)期存在并一直危害環(huán)境及人類。為了有效規(guī)避這些物質(zhì)，就需要將其進(jìn)行分離，這就有必要采用化學(xué)物相分析，從而為工業(yè)廢棄物的處理提供科學(xué)的依據(jù)。
在我國(guó)煤礦開采中，產(chǎn)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(huì)進(jìn)入水體與土壤中，從而污染水體與土壤，影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡，危害著人類的健康。為了解決這種現(xiàn)狀，馮軍會(huì)等人采用化學(xué)物相分析法，并結(jié)合了NP、AP、TEM及X射線衍射等方法，對(duì)我國(guó)淮南某地煤礦產(chǎn)生的煤矸石進(jìn)行了研究，分析了有害元素的賦存狀態(tài)及含量，從而為該地復(fù)墾發(fā)展提供了方向與對(duì)策。
4.結(jié)語(yǔ)
化學(xué)物相分析在土壤、水體沉積物及工業(yè)廢棄物中的分析與評(píng)價(jià)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(xué)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(fā)生的方式并不相同，因此對(duì)于某些現(xiàn)象依然沒有科學(xué)的解釋；此外，就目前而言，化學(xué)物相分析在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品方面的研究依然比較滯后，在我國(guó)的投入幾乎沒有，因此還需加大這方面的研究?？傊?，工業(yè)化促進(jìn)了人類的進(jìn)步，但同時(shí)也帶來了日趨惡化的環(huán)境問題，為了解決這個(gè)難題，全世界都應(yīng)高度重視該問題，團(tuán)結(jié)在一起，加大化學(xué)物相分析的研究與應(yīng)用，從而為科學(xué)制定環(huán)境污染控制與治理策略提供科學(xué)的依據(jù)。
【參考文獻(xiàn)】
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