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（二）研究环境质量和环境容量
环境质量和环境容量，都直接与金属对生 物的毒性有关，因此也就与金属的化学形 态密切相关。
过去制订水质标准多是以水中重金属总量
作为衡量水质的指标，而现在已知金属对
生物的危害与金属的化学形式有密切关系。
因此，在制订水质标准时，应考虑金属在
水中的存在形式。
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美国环境保护局(EPA)，1978年公布的65类污 染物环境水标准中，考虑了水的硬度对某些 金属所产生的影响：
K1
[Al(OH)2 ][H Al 3＋
]
,[Al(OH)2 ]
Al3 K1 H
K2
Al(OH)
2
H
Al(OH) 2
,
Al(OH)
2
K2
Al(OH) 2 H
＝ K 2K1 Al3 H 2
K3
Al(OH) 3 H
Al(OH)
2
, Al(OH) 3
按其化学组成和结构、物理性状和结构、 外形和功能等进行分类。
水中金属污染物的形态取决于其来源以 及进入水体后与其他物质能够发生几种 可能的相互作用。
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金属在水中的形态:
粗略地分成三类，
溶解态 颗粒态 胶态
三者之间并无严格界限。
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形态的划分
没有统一标准， 也缺乏统一的分析程序。 最简单的划分，根据粒径： ➢ 能为0.45m孔径滤器截留——颗粒态（悬
形具成有可较溶高性的的迁铬移酸扩盐散（能力C。r2 4O ,HC 4,C rO 2O r7 2 ）
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水质理化检验中的形态分析
如分别测定水中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮含 量，就是对氮元素的一种形态分析。
铁（总铁，可滤态Fe，Fe2+）。 总铬、三价铬、六价铬； 磷酸盐：活性磷、有机磷、可水解性磷、总磷、
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实验证明
锌对海藻的毒性，取决于Zn2+游离离子 的浓度，而不是溶解态锌的总浓度。
铜也有类似的结果。 可见，金属对水生生物的毒性并不是与
其总浓度有关，而是与其形态有关。其 他的一些研究结果也表明游离的金属离 子是有毒的化学形态。
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评价水体是否受到金属污染以及污染 的程度，通常是以某些容易摄取和累 积金属的生物为标志。当生物体内累 积的金属浓度越大，则认为污染情况 严重，反之则为轻污染或未受污染。
可滤性磷。 形态分析，往往指的是一种全分析的概念，就是
说分析结果包括了该元素的所有形态。 6
意义：
元素在环境中实际存在的形式，直接决定 了它的理化行为和生物效应，影响着其污 染特征。
环境中污染物的总浓度分布，不能说明它 们的生物效应和地球化学过程，必须对污 染物的存在形态进行研究。
研究污染物，尤其是金属污染物在水环境 中的存在形式，是揭示其污染行为和归宿 的重要途径。
配位键离子
结合态
Cu-有机物 Cu-无机物来自结构态固态 液态3
形态分析
是指用分析化学手段分离、鉴定及 测量各种形态，了解不同形态之间的 分布和数量关系。
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金属的毒性及其在地球化学过程中 的沉积与其形态有密切关系：
游离铜的毒性>惰性有机络合铜； 对鱼有毒：Cu2+、Cu(OH)2、Cu2(OH)； 对鱼无毒：CuHCO、CuCO3、Cu(CO3)； 甲基汞毒性>离子汞； As3＋毒性>As5+>As； 在富氧的水体中，铬处高氧化态，Cr(Ⅵ)，可
K1K 2K3 Al3 H 3
总
Al
＝ Al3＋
＋
Al3 K1 ＋ K 2K1 Al3
H
H 2
K1K 2 K 3 H
Al 3
3
只要测得总[Al]，当pH、温度一定时，平衡常数也
一定，就可以计算出各种状态下铝的含量
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上例只是一个简单体系，当体系较复杂时， 还要考虑水解、聚合、络合、胶体状态、 吸附、氧化还原等作用对金属状态的影响。
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①
曲线①~③，加入不同量
NTA与Zn2+结合，由于降低
②
了Zn2+浓度，毒性下降；
随着NTA浓度增加，与Zn2+
③
结合增加，毒性下降，均使 海藻细胞数目增加。
④
曲线④是未加NTA的，所以，
锌是以Zn2+游离离子形式存 图6-1 锌与NTA结合对海藻细胞
在的，对海藻有毒性，阻止 生长数目的影响
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形态分析的任务
确定待测元素在该环境中存在的形态 种类和各种形态含量分布。
目前研究得较多的是水中金属的形态， 其次是土壤和底质中重金属的形态分 析，其他还有大气中金属元素的形态 分析，金属元素的价态。
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三、 形态分析的测定方法
要求选择快速的分离方法和高灵敏度、 高精确度和高分辨率的测定技术。
目前用来确定各形态含量分布的方法， 大致可分成 ： 实验测定
理论模式计算
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（一）、实验测定
1.分离测定
实验测定是指用各种实验分析方法确定各 种形态的含量分布，这是最可靠的方法。
但到目前为止，还没有一种只响应该元素 某一化学形态而不响应其余形态的测试手 段。
所以，分离技术，是实验测定方法确定各 形态分布的关键。从已报导过的形态分析 工作看，较多采用的是物理机械分离方法
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分离技术
较多采用的是物理机械分离方法，如 离心、过滤、超滤、渗析、电泳、色 谱分离和凝胶过滤，
另外还有如溶剂萃取、螯合树脂分离、 紫外灯照射等。
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(1)过滤
一种较简便和应用较普遍的技术 以0.45m孔径的滤器过滤区分颗粒态和
溶解态金属，已成为公认的一种程序 常用的滤料有醋酸纤维、玻璃纤维和银
其生长，海藻细胞数目下降。
①加入1.0×10-5mol/L NTA； ②加入6.0×10-7mol/L NTA；
③加入2.5×10-7 mol/L NTA；
④未加
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①
②
③
④
图6-1 锌与NTA结合对海藻细胞生长数目的影响 ①加入1.0×10-5mol/L NTA； ②加入6.0×10-7mol/L NTA； ③加入2.5×10-7 mol/L NTA； ④未加
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(3)离子螯合树脂
分离胶体态和离子态金属。 将通过0.45m孔径滤膜的水样流过树
脂柱，不被截留的部分即为胶体态。 应用此法时应注意pH的影响，pH较低 时会使胶体金属溶解出来，降低胶体 态金属的测定值。
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胶体态金属的分离
对胶体态金属的分离，超滤或渗析是 根据粒子大小进行机械分离，而螯合 树脂分离主要是化学作用。
进行模式计算时，往往要指明模拟平衡
模式的条件，因为条件不同，形态含量
分布会发生变化。
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例如
在一些简单体系中，金属粒子在水中水解， 用模式计算的方法，计算铝的多种形态的 含量，铝的水解反应如下：
则 总[Al]=[Al3+] + [Al(OH)2+] + [Al(OH)3]
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设上述各反应都达到平衡，则有下列关系：
这两种方法对胶态金属分离后的测定 结果是有差别的。
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(4)紫外光照射
区分无机结合态和有机结合态。 用紫外光照射来破坏有机质，通过有
机质被破坏前后水中金属浓度的变化 即可求出与有机物结合的金属浓度。
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(5)其他
利用同一元素不同形态的化学性质进行分 离。
例如，用硼氢化钠在不同pH值下可使不 同形态的As还原成氢化物，用此技术发现 水中的砷主要是As(Ⅴ)(72~90%)，它可分 别测定As(Ⅴ)、As(Ⅲ)、一甲胂和二甲胂， pH值分别是1、4～5。
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污染物的形态，随环境条件的变化而变 化。
环境污染物的形态分析是环境质量评价
的基础工作，在测定污染物化学成分的
同时，应分析其存在的形态，这样才能
确切地评价环境的质量，采取有效的防
治措施。因同种污染物的不同形态具有
不同的生物效应和不同的迁移转化、富
集规律。
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在寻找污染源时，有时也要依赖于对污 染物形态的分析
形态分析的应用是多方面的，而且将会越来 越广泛和深入地说明环境中所出现的一系列
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（一）金属形态对水生生物的毒性效应
金属形态不同，对水生生物的毒性不同。 实验：分别加入4×104个细胞/mol的海藻
细胞于4个培养皿中，加入相同量的 [Zn2+]=4×10-7mol/L，4个培养皿中分别加 入不同量的氨三乙酸（NTA），观察四个 培养皿中海藻细胞数目增长速度的变化数， 结果发现有如下图的情况。
例如，形态分析可以判断土壤和水体沉积物中 的金属是天然存在的还是由于人为污染生成的：
一般从工业城市排放的金属往往以存在于颗粒 物上的离子交换态和碳酸盐结合态形式存在， 而天然存在的重金属往往以结晶态形式存在。
某些环境问题机理的研究，也有赖于形态分析。 如光化学烟雾、酸雨、臭氧层的消耗等等。
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二、污染物形态的分类方法
滤膜 但这些均不是理想的滤器
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理想的滤器应满足下列条件：
微孔孔径必须接近有效孔径； 孔径应具有相对稳定性； 有效孔径在整个过程中应维持相对稳定。 所以，理想的滤器还有待于进一步的研究。 为了加速过滤，可考虑用加压过滤法。
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(2)渗析
可用来从真溶液的分子中分离出胶体 态金属。
此法的缺点是需要很长时间才能达到 平衡，这是由于各种膜常常具有负电 荷，导致阳离子、阴离子和中性分子 在膜的不同位置上扩散而引起的。
文献中常见到用于形态分析的计算程序， 它们能够同时考虑在水中可能发生的吸附、 氧化还原、配合反应，可用来研究淡水、 海水、淡水-海水混合界面上的金属形态 分布情况。
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