元素与人体健康的关系
元 素
过低的后果
过高的后果
水俣病
汞 未发现 镉 未发现
痛痛病、致癌、致心血管病、高血压、 肺肾损伤
砷 哺乳动物可能必需、仔动物缺可致 皮肤癌、肺癌、血管末稍病、皮肤角化 生长速度缓慢，皮毛较粗、细胞损 病 伤及脾肥大
铅 目前仅发现鼠类必需，可使鼠类患 中枢神经损伤，行走蹒跚，红细胞δ-氨 贫血症 基乙酸丙酸脱氢酶活性下降
我国地方病现状


上述重点地方病是我国主要的地方病，其病 情严重，危害极大，病区面积广泛，我国31 个省、自治区、直辖市都不同程度地存在地 方病的流行，受威胁人口超过5亿，各类病人 数千万，不仅给社会带来巨大经济负担，还 成为当地居民因病致贫、因病返贫的主要原 因之一。 由于目前我国地方病重病区主要分布在西部 地区，地方病成为拉大东西部差距，阻碍西 部经济发展的主要原因之一。
理想状态下
岩石母质—土壤与植物的背 景值之间有天然的联系
在稳定条件下土壤发育的时间序列示意图
（3）土壤背景值是特定地质、地理及
气候条件与因素的综合反映

成土过程受地质、地理及气候条件与因素 制约，同样影响土壤背景值。 土壤化学元素区域分布调查研究目的 ①服务于地方疾病研究和农业生产的区域 分布研究 ②服务于调查环境污染的区域分布研究
存在的分歧

观点一：土壤背景值指土壤在无污染时的元素 含量，特别是有害元素的含量
观点二：距污染源很远，污染物不易到达的而 且生态条件正常的地区土壤中元素的含量。 易于接受的概念：土壤环境背景值是在一定地 理位置、一定时期内相对稳定的、保证生态条 件正常的土壤元素含量及其赋存状态。
环境背景值比较容易获得，并且允许有一定程度的 人类活动的干扰，这就比较客观和现实地反映了当 代环境物质的一般水平
恶性贫血综合症，表现为中枢神经失常 恶性贫血综合症，表现为中枢神经失常 心肌病，血液、中枢神经、甲状腺等异常。 心肌病，血液、是枢神经、甲状腺等异常
心肌病，动物白肌病，克山病，大骨节病， 家畜蹒跚症，龋齿病，动物畸形 肌肉营养不良，心肌梗塞，致胃乳腺癌
地方性甲状腺肿，地方呆小病
甲状腺肿，甲状腺机能亢进
尺寸排斥色谱
高压液相色谱(HPLC)
阴离子交换色谱
阳离子交换色谱
金属形态分析中各种分析方法的应用
分析方法或技术 电泳 特点评估 应用举例
应用受到非元素特异性检测器 的限制
区分元素的不同氧化态；比较 适于分析含有腐殖酸和富里酸 的样品 用于分析不同元素的氧化态； 但灵敏度很低 很少应用 尽管受灵敏度限制，但是该方 法在定量分析中越来越得到广 泛应用
三、土壤中元素背景值的研究意义 和影响因素
1.研究意义 评价土壤环境质量，特别是评价土壤污染状 况，研究土壤环境容量，制定土壤环境标 准，确定土壤污染防治措施必须的前提。 （1）土壤背景值是土壤污染评价的基础

衡量一个区域是否受到污染，评价中最基本的参量
（2）土壤背景值是其他与之关联环境介质质 量评价的重要依据
土壤背景值研究程序和方法

(3）土壤的采取与分析 ① 以土壤类型为主，确定每个土类应采集的样品数。
同时考虑成土母质和地形单元等因素进行布点。



② 同一类型的土壤应考虑其典型性和代个性。 ③ 样点的布设应远离工厂、城镇、铁路与公路 等有明显污染源的地方。 ④ 要避免在人为活动而打乱土壤层次的地方及 其附近设点，如宅基地、堤坝、沟渠与坟地等。
复杂样品中As和Se形态的分 离；肌肉中Hg的分析；分离 金属酶和蛋白质
金属硫因分析；锡的形态分 析 测定含有腐殖酸和富里酸的 Cd和Cu的形态；测定Al存在 下的F离子 测定抗坏血酸和氧存在下生 物样品中的铁形态 锕的形态分析；环境和地质 样品中Al的形态分析
极谱法和循环伏安法
离子选择电极法ISE 俄歇电子能谱法AES和电子 顺磁共振法EPR 核磁共振法NMR
二、元素化学形态及其分析 方法
1.元素存在形式划分： （1）可交换态 （2）与碳酸盐结合态 （3）与铁锰氧化物结合态 （4）与硫化物及有机物结合态 （5）残渣态或硅酸盐态 即指可能包含在矿物晶格中，一般不会释放到到土壤 溶液中

2. 土壤中元素化学形态研究法

形态分离技术---化学提取法 ①单一萃取法 ②连续萃取法



2.土壤环境背景值的影响因素

1）成土母岩及成土过程 2）地理气候条件 3）人为活动
四、土壤背景值研究的具体程序

1. 采样点部署





(1) 研究范围的确定 研究范围取决于研究目的。确定研究范围的目的， 一方面是设计样点数，另一方面是设计样点的布 局。因此，在明确研究疆界的基础上，需要进一 步明了该区域内的自然地理条件，土壤类型及其 分布。 (2) 样点的设计与布局 样点设置有不同层次的考虑。一是样点总数的设 置，这要看被测物质含量变异情况而定。变异大 者，样点数自然比变异小者为多，否则统计结果 的可靠性差。 土壤背景值的布点，必需遵循以下原则：
镍 对于动物，生长缓慢，皮毛变粗，繁
殖力下降；人类可能导致消化不良和 肝肾疾病 呼吸道癌
铬 必需、致低血糖、糖尿病、心血管病、 皮肤和肺损害，可能导致肺癌
高脂血症、主动脉血小板形成增强
元素与人体健康的关系
元 素 铜 锌
过低的后果
白血球减少症，贫血症，骨质非矿化 等。 发育差，矮小，性发育不完全，味觉 功能下降，伤口愈合慢，腹泻，脱 毛，肠病性肢皮炎，口周皮疹，性 腺机能减退，胎儿消瘦畸形。 龋齿
地方病定义

在某些特定地区内相对稳定并经常发生的、呈地方 性发病特点的一类疾病，通称地方病。

中国是地方病（endemic disease)病情严重的国家， 全国各省份至少有1种以上的地方病，迄今，地方病
仍是严重威胁我国人民身体健康和生命的疾病，构
成了我国广大农村最主要的公共卫生问题之一。

我国地方病现状
过高的后果
肺纤维损害，肝坏死，肾损伤
口、咽喉和胃有紧束感及烧灼感，恶心、呕 吐、腹痛、腹泻、腹泻，出冷汗、口腔 粘膜充血，有人因胃肠粘膜腐蚀而糜烂， 因吐泻而脱水，休克，严重者还出现穿 孔性腹膜炎和心、肾、血管损害等。 氟骨症，韧带和腱质钙化，跛足
氟
锰
钴 钼 硒 碘
动物骨胳畸形，步履蹒跚，生殖功能障碍。 假震颤性麻痹，假精神分裂

3.数据处理 背景值采样分析结果各自代表所在样 点的成分含量。但作为整个区域的数值 代表，就需进行统计处理，可以用算术 平均值和几何平均值，作为代表性的背 景值。
第二节 土壤中元素的化学形态


第一节 概 述 一、化学形态概念 化学形态(chemical speciation)一词,目前 并无统一的定义，国内外学者对“化学 形态”有不同的解释。 Sturnm认为化学形态是指某一元素在环 境中实际存在的离子或分子形式。


土壤背景值在空间和时间上的---20世纪40年代…… 二战后…..
处在现代社会发展条件下的土壤元素含量， 不仅有自然条件的区域性，而且有明显的 社会与科技发展的区域性与时代特征。
二、土壤中元素背景值与土壤污染 和地方病


地球上的生物都是在地壳上生长繁育 起来的。据研究结果表明，人体血液 与地壳中的18种元素（铁、锌、碘、 钴、钒、锰、铬、钼、硒、铜、铝、 砷、锑、铅、锡、镉、镍、汞）含量 呈显著性相关。 某元素的丰缺会在人身体上反映出来。
金属形态分析中各种分析方法的应用
分析方法或技术 气相色谱(GC) 通常使用反相液相色谱，UV-Vis检测器 灵敏度低，应用较少；荧光检测器或电化 学检测器应用更多。 特点评估 可以配备不同检测器，通常没有选择性。 应用举例 检测环境样品中Ge、Sn、Pb、Sb、 As、Se、Hg等元素的有机化合物； 分离金属卟啉 分析环境样品中的Al、Cr、V、Hg、 Se等元素的形态。 动物肝和肾组织中有机金属硫化物； 检测血清中与蛋白质结合的金属如Al 和Se；海洋生物体内的Cd、Cu和Zn 的金属硫因；原油中的V和Ni的卟 啉；药物中的铁蛋白、血红蛋白、肌 红蛋白、细胞色素等。 Cd硫因分析；尿液中Se(IV)，Se(VI) 和甲基硒检测；环境样品中As的形态 分析。 水样中Se、Hg、Sn的形态分析；海 洋食品中As的形态分析；生物样品中 Cr的形态分析。
第六章 土壤环境污染中的几个 问题
第一节 土壤中元素的背景含量 背景值/本底值
一、土壤中元素背景含量的根源及其不同认识 土壤环境背景值 定义：指在未受人为活动污染 情况下，岩石、土壤、水体、天然植物、农作 物等的天然化学组成。

相对污染条件下，未受或少受污染的环境要素的 基本化学成分。 当人类发现环境受到污染和自身健康受到威胁时 才意识到环境背景及环境容量的重要。
具体体现

（1）环境中的元素可能以不同的形态存在，这是客观 现象 （2）同一元素不同形态表现不同的化学行为。 （3）促使人们重视元素存在形态研究另一直接原因， 是对环境质量的科学评价
例子一、砷化氢>亚砷酸盐>三氧化二砷>砷酸盐
>五价砷>砷化物>元素砷。 （4）环境治理中，元素形态研究十分重要 不同的形态决定治理措施的选择 例二、Pb2+很少由于降水作用被淋溶而迁移，而Pb4+则容 易流失，显然，仅以Pb的总量来研究森林土壤中Pb的迁 移行为是不科学的。






地方病按其致病原因分为5类： 地球化学性疾病、地方性寄生虫病、与特定生产方式有关的 疾病和原因未明的地方病，其中原因未明的地方病，一旦查 清病因，也将归入上述四类中。 1. 地球化学性疾病：碘缺乏病、饮水型地氟病、饮水型地 砷病、地方性硒中毒、克山病、地方性急性钡中毒（痹病） 等; 2. 自然疫源性疾病：血吸虫病、鼠疫、森林脑炎、布鲁氏 菌病等; 3. 地方性寄生虫病：疟疾、丝虫病、包虫病等; 4. 与特定生产生活方式有关的疾病：燃煤型氟中毒、饮砖 茶型氟中毒、燃煤型砷中毒、库鲁病（食人所致）、烧热病 （食用棉籽油致棉酚中毒）、肉毒中毒（主要食用自制豆制 品和其它发酵食物中毒）； 5. 原因未明地方病：大骨节病、趴子病、乌脚病等。