环境化学课程教案

环境化学课程教案理和方法的科学。由于大多数的生态环境问题都与化学物质直接有关，环境化学学科在掌握污染来源，消除和控制污染，为确定环境保护决策提供科学依据等方面都起着重要作用。所还是具有自然科学与社会科学交叉性质的环境规划与管理专业，都需要有较扎实的环境化学基础知识。因此环境化学是环境科学本科专业目录主干课程，是实现环境科学专业人才培养目标的重要课程。通过本课程的学习，使环境科学专业的学生懂得从微观的原子、分子水平上来研究引发环境问题的污染物在环境中的特征、行为、对生态系统的效应及其控制的化学原理、方法，了解环境化学最新发展动态，从而使学生具备一定的基本技能，即用化学方法处理实际环境问题的能力以及综合分析人与自然关系的能力，树立可持续发展观、人与自然本课程要求学生掌握环境化学的基本概念、基本原理，主要境各圈层中的迁移、转移、归宿机制，掌握控制、治理环境污染的基本方法；了解有害废物第一章绪论(3学时)第一节环境化学一、环境问题1、环境污染(由目前全球环境状况的讨论引出)和人们的正常生活和生产条件，就叫做环境污染。具体说，环境污染是指有害物质对大气、水质、土壤和动植物的污染，并达到致害的程度，生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏，不可再生资源被滥采滥用，以及因固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害。(自食其果)造成环境污染的因素有物理的、化学的和生物的三方面，其中因化学物质引起的约占●在20世纪60年代人们把环境问题只当成一个污染问题。不足表现在没有把环境问题与自然因素联系起来，低估了环境污染的危害性和复杂性；没有●1972年联合国在瑞典首都斯德哥尔摩召开了人类环境会议，通过《人类环境宣言》(世界环境日的由来)。联合国组织第一次把环境问题与社会因素联系起来，是人类认识环●20世纪80年代对环境问题的认识有新的突破性发展，提出持续发展战略。这一时期逐步●20世纪80年代，巩固和发展了这种指导思想，形成当代主导的环境意识。1992年6月全球的行动纲领。这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树2000年：环境千年，行动起来吧2002年：让地球充满生机2003年：水——二十亿人生命之所系2004年：海洋存亡，匹夫有责2007年：冰川消融，前景堪忧(1)环境化学是化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境化学问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴科学。环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和地球环境系统：大气圈atmosphere,水圈hydrosphere,土壤岩石圈lithosphere,生物圈biosphere。包括自然界产生的和人类活动排放的各种化学物质形成的“化学(2)环境化学研究的内容主要涉及：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除表1—1环境化学分支学科划分环境分析化学环境有机分析化学环境无机分析化学各圈层的环境化学大气环境化学水环境化学土壤环境化学环境生态化学环境工程化学大气污染控制化学水污染控制化学固体废物污染控制化学(3)环境化学的特点：是要从微观的原子、分子水平上，来研究宏观的环境现象与变化的化在环境有机分析方面，20世纪80年代出现了环境样品前处理的先进技术，如超临界流体取法和固体取法。联用仪器技术、连续自动分析和遥感分析同样是热门课题。●在大气环境化学方面，研究对像涉及大气颗粒、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧耗损及全球气候变暖等。空间尺度从室内空气、城市、区域环境、远距离乃至全球。关于大气环境化学过程研究主要涉及大气光化学过程、大气自由基反应。在模式研究方面侧重于天然水体污染过程和废水净华过程是水环境化学的主要研究范围，对水环境中化学物质的重点研究对象逐渐转向某些重金属(含准金属)及持久性有毒有机污染物。从应用基础的研究来看，当前主要集中在水体界面化学过程、金属形态转化动力学过程、有机物的化学●土壤环境化学主要研究农用化学品在土壤环境中的迁移转化和归趋及其对土壤和人体健康●环境生态化学是研究化学污染物在生态系统中产生效应的化学过程。当前侧重于定量结构(3)环境工程化学：它研究控制污染的化学机制和工艺技术中的基础性化学问题。以污染的自然过程或人类的生产活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能●污染物可在单独环境要素中迁移和转化，也可超越圈层界限实现多介质迁移、转化而形成第二章大气环境化学(18学时)础，重要的大气污染化学问题及其形成机制。要求了解大气的层结结构，大气中的主要污染物，大气运动的基本规律。掌握污染物遵循这些规律而发生的迁移过程，特别是重要污染物参与光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理。还应了解酸雨、温室效应以及臭氧层破坏作业：大气污染物迁移的规律及其主要影响因素；为什么夜间的无线电收音特别清晰?光化第一节大气污染物的迁移概述●在环境保护中，对特定场所或区域，供人和动植物生存的气体称为“空气”地球上的大气是自然环境的组成部分。人类一刻也离不开大气，没有大气就没有地球上的污染物在大气中的迁移是指由污染源排放出来的污染物由于空气的运动是其传输和分散的●静大气的温度和密度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结2、平流层位于对流层之上，其高度约17-55km之间。在25km以下的低层，气温随着高度的氧原子和氧分子，当它们又重新化合为臭氧分子时，便可释放出问题<2〉高空飞行很适合?空气主要做水平运动，对流微弱，气流平稳，辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所形成。多发生在距地面100—150km其形成过程：当白天地面受日照而升温时，近地面空气的温于向外辐射而冷却，这便使近地面空气的温度自下而上逐过程中其内部的总质量不变，它也是一个绝热过程，因而称为干,这个功只能依靠消耗本身的内能来完成，因而气块温度降低。反之，当这干空气从高处绝热下降时，由于外界压强增大，就要对其压缩而作功，气块在大气中的稳定度与大气垂直递减率和干绝热垂直递减率两者有关。若r<ra,表明大气是稳定的；若r>ra,大气是不稳定的；若r=ra,大气处于平衡状态。风可使污染物向下风扩散，湍流可使污染物向各方向扩散，量扩散。其中风和湍流起主导作用。污染物在大气中的迁移，水平次难分。在气温的垂直分布上，呈现上冷下热时，热天气形势是指大范围气压分布的状况，局部地区的此，局部地区的扩散条件与大型的天气形势是互相联系的。不不均匀。这种热力差异在弱的天气系统条件下就有可能迁移过程只是使污染物在大气中的空间分布发生了变化，而它们物的转化是污染物在大气中经过化学反应，如光解、氧化还原、酸(1)分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应，称为光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有子的几率很小。当然若光很强，如高通量光子流的激光，即使在生多光子吸收现象，这时光化学第二定律就不适用了。对于大N₂+hv→N+N这一反应是平流层中O₃的主要来源，也是消除O的主要过程。它不仅吸收了来自太阳的这是大气中唯一已知O₃的人为来源。因此空气中的甲醛光解可产生HO₂自由基，其它醛类的光解也可以同样方式生成HO₂。CH₃—F>CH₃—H>CH₃—Cl>大气中存在的自由基有HO、HO₂、R(烷基)、RO(烷氧基)和RO₂(过氧烷基)等。对于污染大气而言，如有H₂O₂和HNO₂,它们的光离解也可产生HO:HNO₂+hv→HO+NO(重要来源)(2)HO₂的来源(主要来源来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解)任何光解过程只要有H或HCO自由基生成，它们都可与空气中的O₂结合而导致生成HO₂。另外，亚硝酸酯和H₂O₂的光解也可导致生成HO₂:CH₃ONO+hv→CH₃O+NOCH₃COCH₃+hv→CH₃+CH₃COHO和O与烃类发生H摘除时也可生成烷基自由基：氮还可进一步被氧化成二氧化氮、三氧化氮和五氧化氮等，它们溶于水然来源是生物有机体腐烂过程中微生物将有机氮转化成为NO,NO继续被氧化成NO₂。另外，有机体中的氨基酸分解产生的氨也可被HO氧化成为NO。NO+O₃→NO₂+O₂NO+HO₂→NO₂+HONO+RO₂→NO₂+RO氧化剂HO、RO直接与NO反应(产物极易光解):(2)NO₂的转化NO₂+hv→NO+O等，也能与O₃和NO₃NO₂+HO→HNO₃(大气中气态HNO₃的主要来源)NO₂+O₃→NO₃+O₂(对流层NO₂、O₃浓度都较高时)NO₂+NO₃+M→-N₂O₅随后进一步发生如上反应而生成N₂Os。(3)过氧乙酰基硝酸酯(PAN)(具有热不稳定性，遇热分解回到过氧乙酰基及NO₂)有1—10个，可挥发性的所有烃类。它们是形成光化学烟雾的主要参与者。一种温室气体，其温室效应比CO₂大20倍。(2)石油烃(3)萜类(4)芳香烃：主要有两类，即单环芳烃和多环芳烃(PAN)(1)烷烃的反应：烷烃可与大气中的HO和O发生氢原子摘除反应(一般不与O₃反应)RH+O→R+HO(O主要来自的O₃光解)(2)烯烃的反应：A、烯烃与HO主要发生加成反应C、烯烃与O₃反应的速率虽然远不如与HO反应的大，但是在大气中O₃的浓度远高于HO,因而这个反应就显得很重要了。其反应机理是首先将O₃加成到烯烃CH₃CH(ONO₂)CHCH₃+O₂→CH₃CH(CH₃CH(ONO₂)CH(O₂)CH₃+NO→CH₃CH(ONCH₃CH(ONO₂)CH(O)CH₃+NO₂→CH₃CH(O变成稳定化合物。在大气中多数情况下，短碳链烯烃的主要去除过程是与HO反应，而较长(5)醚、醇、酮、醛的反应：以醛为最重要，尤其是甲醛，既是一次污染物，又可由HCHO+HO₂→HOH₂COO(迅速反应)HOH₂CO+O₂→HCOOH+HO₂(甲酸对酸雨有贡献)●光化学烟雾的定义：含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染●光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化物和碳氢化物存在，大气温高(24℃以上),而●光化学烟雾的组成是RH、NO.O₃、PAN、H₂O₂、醛等●光化学烟雾的特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植●继洛杉矶之后，光化学烟雾在世界各地不断出现，如日本的东京、大阪，英国的伦敦以及NO₂+hv→NO+ONO+O₃→NO₂+O₂RH+HO→R+H₂OR+O₂+M→RO₂+MRCHO+HO→RCO+H₂ORCO+O₂→RC(O)O₂RCHO+hv→RCO+HRCO+O₂→RO₂+RO₂+NO→NO₂+RORO+O₂→RCHO+HO₂(1)控制反应活性高的有机物的排放；(2)控制臭氧的浓度。的燃烧过程。就全球范围而言，人为排放的SO₂中有60%来源于煤的燃烧，30%左右来源于RO₂、RC(O)O₂等这些自由基氧化)例如*SO₂+HO+M→HOSO₂+M在对SO₂的氧化中，以HO氧化SO₂的反应速率为最大，其次是O。重要途径。pH=5或更大时，O₃的氧化作用比H₂O₂快10倍。而在高下，Fe和Mn的催化●硫酸烟雾也称为伦敦烟雾，最早发生在英国伦敦。它主要是由于燃煤而排放出来的SO₂、颗粒物以及由SO₂氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。这种污染多发生在作用而加速完成。当然SO₂的氧化速度还会受到其他污染物、温度以及光强等的影响。●硫酸型烟雾污染物，从化学上看是属于还原性混合物，故此烟雾为还原烟雾是高浓度氧化剂的混合物，因此也称为氧化烟雾湿沉降：酸性降水是指通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面●降水年平均pH小于5.6的地区主要分布在秦岭淮河以南，而秦岭淮河以北仅有个别地区。很重视我国的酸雨问题，在第七、八两个五年计划均将酸雨列为攻关重点课题，其中酸沉降●多年来国际上一直将5.6看作未受污染的大气水pH的背景值。把pH为5.6作为判断酸雨●近年来通过对降水的多年观测，已经对pH为5.6能否作为酸性降水的界限以及判断认为污染的界限提出异议。因为，实际上大气中除CO₂外，还存在着各种酸、碱性气态和气溶胶物质。它们的量虽小，但对降水的pH也有贡献。即未被污染的大气降水的pH不一定正因而对雨水的pH也有贡献。此外，有些地域大气中碱性尘粒或其他碱性气体，如NH₃含因此，pH为5.6不是一个判别降水是否受到酸化和人为污染的合理界限。于是有人提出了5.0作为酸雨pH值的界限更为确切，因为雨水与天然本底硫平衡时的即为5.0。(1)降水的组成：降水的组成通常包括以下几类：*光化学反应产物：H₂O₂、O₃和PA酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应。酸雨NO+[O]→NO₂(3)我国酸雨中关键性离子组分是SO₄²、Ca²*、和NH₄*。作为酸的指是燃煤排放的SO₂。作为碱的指标Ca²+和NH₄*的来源较为复杂，既有人为来源，也有天然(1)酸性污染物的排放及其转化条件(2)大气中的氨(3)颗粒物酸度及其缓冲能力(4)天气形势的影响大气是由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系。它也可称为气溶胶体系。气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。它们可以是无机物，也可以是有机物，或由二者共同组成；可以是无生命的，也可以是有生命的；可以是固态的，也(1)颗粒物的粒度分布为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径多在100um以下，尤以10um以下的为最多。*飘尘：可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘。其粒径主要是小于10um的颗粒物。*降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物中一般直径大于10um的粒子由于自身的重力作用*可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准组织(ISO)建议将大气颗粒物表示成三种模结构，即爱跟(Aitken)核模(Dp<0.05um)、积聚模(0.05um<Dp<2um)和粗粒子模(Dp>2um)。(3)大气颗粒物的表面性质：成核作用、粘合和吸着。(1)无机颗粒物(2)有机颗粒物另一种是爱根粒子靠布朗运动扩散，相互碰撞而凝聚成较大颗粒，通过大气湍流扩散到一种是雨除，去除半径小于1um的颗粒物效率较高。另一种是冲刷，去除半径大于4um的颗粒物效率较高。不论雨除或冲刷，对半径为2um左右的颗粒物都没有明显的去除作用。表2—21大气中具有温室效应的气体气体大气中浓度(μL/m)年平均增长率(%)二氧化碳一氧化碳二氯乙烷不定四氯化碳氧化亚氮射有少量短波长的紫外光、大量的可见光和长波红外光。这些辐射在被地面吸收之后，最*温室气体如温室的玻璃一样，它允许来自太阳的可见光射到地面，也能阻止地面重新辐射出来的红外光返回外空间。因此，温室气体起着单向过滤器的作用，大气中的温室气体吸收了地面辐射出来的红外光，把能量载留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象*全球变暖问题除CO₂外，还应考虑具有温室效应的其他气体及颗粒物的作用。臭氧层存在于对流层上面的平流层中，主要分布在距地面15—35km范围内，浓度峰值在由于现代技术的发展，人类活动过程中向平流层排放出水蒸气、氮氧化物等污染物。致冷剂，喷雾剂等惰性物质的广泛应用，会使这些物质长时间的滞留在对流层中，在一定条件下，会进入平流层而起到破坏臭氧层的作用。1、臭氧层形成与耗损的化学反应臭氧的生成是由于平流层中O₂光解的结果：臭氧的消耗过程，其一为光解，主要是吸收波长为210nm<λ<290nm的紫外光的光解。另一个消耗过程为：这是生成O₃的逆反应。导致臭氧层破坏的催化反应过程如下：设催化剂为Y(NO、HO、Cl等2、南极的臭氧洞现象1985年英国南极探险家J.C.Farman等首先提出南极出现了“臭氧空洞”。第三章水环境化学(18学时)污染物在水环境中的迁移转化的基本原理以及水质模型。要求了解天然水的基本性质，掌握无机污染物在水体中进行沉淀—溶解、氧化—还原、配合作用，吸附—解吸、絮凝—沉降等作业：调查目前市场上饮用水的品牌，论证并给出哪种水最适合饮用?计算铁的存在形态(教材pp195-7);计算pE值(教材pp196-25、27);试述水中主要有机污染物、无机污染物的分布、存在形态、迁移转化基本原理；名词解释(分配系数、标化分配系数、辛醇——生长物质代谢和共代谢)天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的95%---99%。其表示常写成M,预示着是简单的水合金属阳离子M(H₂O)x"*。水中可溶性金属离子(4)水生生物常被称为富营养化。水中营养物通常决定水的生产率，水生植物需要供给适量C(二氧化碳)、N(硝酸盐)、P(磷酸盐)及痕量元素(如Fe),在许多情况下，P是限制的营养物。*决定水体中生物的范围和种类的关键物质是氧；生物(或生化)需氧量BOD是另CO₃²等四种化合态，常把CO₂和H₂CO₃合并为H₂CO₃”。因此，水中H₂CO₃-HCO₃-CO₃²式加以计算。反之，如果所研究的过程是长期的，则认为CO₂与水是处于平衡状态，可以(2)天然水中的碱度和酸度：(1)碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子在测定已知体积水样总碱度时，可用一个强酸标准溶液滴定，溶液由黄色变成橙红色(pH约为4.3),停止滴定，此时所得的结果称为总碱度，也称为甲基橙碱度。终点时以H₂CO₃“形态存在，即加酸至HCO₃~和CO₃²~全部转化为CO₂。总碱度=[HCO₃]+2[CO₃²]+[OH]-[H]全部转化为HCO₃,作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到酚酞碱度。达到pHco₃²所需酸量时的碱度。在实验室里不能迅速测得，因为不容易找到终点。B、酸度(Acidity)是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H*或经过水解*以甲基橙为指示基滴定到pH=4.3,以酚酞为指示基滴定到pH=8.3,分别得到无总酸度=[H]+[HCO₃]+2[H₂CO₃]-[OH]CO₂酸度=[H]+[H₂CO₃]-[CO₃²]-[OH]无机酸度=[H]-[HCO₃]-2[CO₃²]-[OH]◆这里需要特别注意的是，在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量cr不受影响，而(3)天然水体的缓冲能力：天然水体的pH值在6-9之间，而且对于某一水体，其pH几20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：①耗氧污染物(一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物);②致病污染物(一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌);③合成有机物；④植物营养物；⑤无机物及矿物质有机氯由于难以被化学降解及生物降解，因此在环境有机磷农药和氨基甲酸酯农药较易被生物降解，在环强烈的分配到沉积物有机质和生物脂肪中。由于其在环境中的持久性及对人体健康的危害，1973年以后，各国陆续开始减少或停止生产。大多数属挥发性化合物，可以挥发至大气，并进行光是光解。它们在沉积物或生物脂肪中分配较弱，对这酚并不能在沉积物和生物脂肪中发生富集，主要残留在水中体。在水中以多种形态存在。水体中沉积物和悬浮物对镉有物或其他还原剂还原为即形成气态汞，并由水体逸散到大气对汞有强烈的吸附作用，生物迁移在数量上是有限的，但由于中的无机汞能转变成剧毒的甲基汞不断地释放到水体中粒物，能强烈的吸附或螯合铜离子，使铜最终进入底部沉积物，因此，河流对铜有明显(9)镍：来源于工业废水。可被水中悬浮(10)铍：目前只是局部污染，主要来自工业废水和粉尘。天然水中其含量和形态取决铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身又腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团的离解程度有关。在pH相互排斥，构型伸展，亲水性强，因而趋于溶解。在pH值较低的酸性溶液中，或有较高浓(5)其他：湖泊中的藻类，污水中的细菌、病毒，废水排出的表面活性剂、油滴类等，也都(1)表面吸附(2)离子交换吸附这是一种物理化学吸附，是一种可逆反应，不受温度影响，(3)专属吸附所谓专属吸附是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化表3-1水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别非专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用反离子吸附时所发生的反应阳离子交换发生吸附时要求体系的pH值>零电位点吸附发生的位置扩散层内层对表面电荷的影响无负电荷减少，正电荷增加(3)吸附等温线和等温式G对c作图得到一条双曲线，其渐进线为G=G°,即当c→~时，G→G°,A为吸溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现H型，当浓度高时，曲线可能表现为F型，但统一起来仍属于L型的不同区段。*影响吸附作用的因素很多，首先是溶液pH值对吸附作用的影响。其次是颗粒物的粒度重金属从悬浮物或沉积物中重新释放属于二次污染问题，不(1)盐浓度升高(2)氧化还原条件变化(3)降低pH值(4)增加水中配合剂的含量积物中迁移到动、植物体内——可能沿着食物链进一步富集，或者胶体颗粒物的聚集也可称为凝聚或絮聚。由电介质促成的聚集成典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为定量基凝聚物理理论说明了凝聚作用的因素和机理，但它只适用于电解造成颗粒物聚集的典型情况，即一种理想化的最简单的体系，天然水主要论点：如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高体系。结论：在异体凝聚时，只要其中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。(3)天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚集方式，大体可概括如下A、压缩双电层凝聚B、专属吸附凝聚C、胶体相互凝聚E、第二极小值絮凝F、聚合物粘结架桥絮凝G、无机高分子的絮凝H、絮团卷扫絮凝I、颗粒物吸附絮凝J、生物絮凝2、胶体颗粒絮凝动力学胶体颗粒通过扩散层压缩、表面电位降低、排斥力减小，使综合位能曲线上的能峰降低到必要的程度，或者，产生具有远距离吸引力以及存在粘结架桥物质等条件，均是发生凝聚和絮凝的前提，属于热力学因素。另一方面，要实现凝聚和絮凝，颗粒之间必须发生碰撞，同时存在动力学和动态学方面的条件。溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。溶解度小，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。不过，溶解反应时常是一种多相化学反应，在固—液平衡体系中，一般需用溶度积来表征溶解度。下面着重介绍金属氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐及多种成分共存时的溶解—沉1、氧化物和氢氧化物氧化物可以看成是氢氧化物脱水而成，金属氢氧化物沉淀有好几种形态，它们在水环境中的行为差别很大。用强电解质的最简单关系式表述为：pH=14-1/npKsp金属硫化物是比氢氧化物溶度积更小的一类难溶沉淀下实际上是不溶的，在盐酸中Fe、Mn和Cd的硫化物是可溶的，而Ni和Co的硫化物由于H₂S在纯水中的二级电离甚微，故可根据一级电离，近视认为[H]=[HS],K₁=[H*][s²]/[H₂S]=[H*推出纯水中[S²]=K₁K₂[H₂S]/[H*]²=K₁K₂[H₂S]/K₁[H₂在Me²⁴-H₂O—CO₂体系中碳酸盐作为固相时需要比氧化物、氢氧化物更稳定，而且与氢氧化物不同，它并不是OH由直接参与沉淀反应，同时CO₂还存在气相分压。因此，碳lg[co₃²]=1gcr+0pH则cr=[H₂CO₃^]+[HCO₃]+[CO₃²]≈[HCO₃]=[CO₃²]/[HCO₃]=[CO₃²][H]/=[CO₃²]/[H₂CO₃]=[CO₃²][H]²/[H所以lg[CO₃²]线斜率为+2,lg[Ca²*]线斜率为-2。K=[Red]/[Ox][e]”因此根据Nernst同样，对于一个包括n个电子的氧化还原反应，自由能变化可从以下两个方程中人一水中主要的氧化剂有溶解氧、Fe(Ⅲ)、Mn(水中主要还原剂有种类繁多的有机化合物、Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和S(-Ⅱ)。*由于天然水是一个复杂的氧化还原混合体系，其pE应是介于其中各个单体系的电位例1:水中po₂=0.21×10°Pa,[H*]=1.0×10⁷mol/L,则1/4O₂+H⁴+e=1/2H₂O这个数值并没有超过水体在pH=7.00时的还原极限-7.00,说明这是一还原环境，有提*水中有机物可以通过微生物的作用，而逐步降解转化为无机物。在有机物进入水体后，*如果进入水体有机物不多，其耗氧量没有超过水体中氧的补充量，则溶解氧始终保持在*如果进入水体有机物很多，溶解氧来不及补充，水体中溶解氧将迅速下降，甚至导致缺*污染物特别是重金属污染物，大部分以配合物形态存在于水体，其迁移、转化及毒性等*配合物：由可以给出孤对电子或不定域电子的一定数目的离子或分子和具有接受孤对电*配位体(配体):可以给出孤对电子或不定域电子的离子或分子，例如NH₃、H₂O、CI、*配位原子：配位体中具有孤对电子或不定域电子的原子，在形成配位键时，称为配位原*中心原子(中心体):具有接受孤对电子或多个不定域电子的空位的原子或离子统称为中心原子，例如绝大多数的金属离子特别是过渡金属离子(Cu²*、Zn²+等),Ni(CO)₄、Fe(CO)s*配位数：天然水体中有许多氧离子，其中某些氧离子是良好的配合物中心体，某些阴离子则可作为配位体，他们之间的配合作用和反应速率等概念与机第三节水中有机物的迁移转化件。有机污染物一般通过吸附作用、水解作用、光解作用、生物富集*此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数。化合物的溶解作用，而且在溶质的整个溶解范围内，吸附等为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸f、Xoc⁵、XoC分别为细颗粒的质量分数、粗*由于颗粒物对憎水有机物的吸着是分配机制，当Kp不易测得或测量值不可靠需加以验证Sw、M分别为有机物在水中的溶解度九(mg/L)、有机发”性质，那么挥发作用是一个重要的过程。然而，即使挥发速率依赖于有毒物质的性质和水体的特征。有机毒物挥发速Qc/δ=-K(c-p/Kh)/Z=-Ky'(1)水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应，是许多有机物在环境中消失的重要途水解速率可表示为(与pH有关):光解作用是有机污染物真正的分解过挥发速率程，因为它不第二类：称为敏化光解(间接光解),水体中存在的天然物质(如腐殖质等)被太阳光激发，第三类：是氧化反应，天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧(又称单一氧)等中间体，这有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧¹O₂和自由基RO₂、RO、OH。优势：去毒效应和相当快的生长基质代谢意味着与那些不能用这定义：某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳供微生物碳源或能源时,该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。优势：它在那些难降解的化合物代谢过程中起着重要作用，可使●污染物进入水环境后，由于物理、化学和生物作用的综合效应，其行为的变化是十●水质模型的基本原理是根据质量守恒原理，污染物在水环境中的物理、化学和生物各种模型，大体经历了三个发展阶段，即简单的氧平衡模●负载过程(输入过程)污水排放速率、大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水●形态过程酸碱平衡：天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态或离子态存在的分数，因而影响挥发及●迁移过程沉淀—溶解作用：污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移、转化过程中的可利用性或氧化还原作用：涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金生物放大作用：高营养级生物及消耗摄取有机毒物进入生物第四章土壤环境化学(9学时)土壤的粒级与质地分组特性；了解污染物在土壤—植物体系中迁移的特点，影响因素及作用*土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系固相：有土壤矿物质(占土壤的绝大部分，约占土壤固体总重量的90%以上)和土壤有机质(约占总重量的土壤固体总重量的1%--10%,一般在可耕性土壤中约占5%,且绝大部*典型土壤随深度呈现不同的层*土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化形成的。<3)岩石风化主要分为三个历程，即氧化、水解、酸性水解。膏、泻盐、等，它们都是原生矿物经过化学风常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中，特别是基性岩环境条件的不同，使岩石风化处在不同阶段，在不同风化阶段所形和数量也不同。但其最终产物都是铁氧化物。所以土壤中次生硅*土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。是土壤的重要组成部分，是土壤形成的主*土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。它可分为非腐殖质和腐殖质两大类。土壤水分是土壤的重要组成部分，是土壤中各种水分和污染3.土壤质地分类及特性三、土壤吸附性土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，而使土壤具有吸附性。1.土壤胶体的性质(1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能(2)土壤胶体的电性土壤胶体具有双电层：负离子层和正离子层。(3)土壤胶体的凝聚性和分散性影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度。2.土壤胶体的离子交换吸附在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换(或代换)。离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。(1)阳离子交换吸附(2)阴离子交换吸附四、土壤酸碱性由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种化学和生物化学反应，因而使土壤表现出不同的酸性或碱性。1.土壤酸度根据土壤中H*离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类。(1)活性酸度：(2)潜性酸度2.土壤碱性的盐类。3.土壤的缓冲性能土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以突然的缓冲性能是土壤的重要性质之一。(1)土壤溶液的缓冲作用(2)土壤胶体的缓冲作用五、土壤的氧化还原性*氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移转化并对土壤社生态系统产生重要影响*土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气、NO₃离子和高价金属离子，如Fe(Ⅲ)、Mn(IV)、V(V)、Ti(IV)等。土壤中1.污染物由土壤向植物体内迁移的方式土壤中重金属向植物体内转移的过程与重金属的种类、价态、存在形式以及土壤和植物的种2.机磷农药(1)磷农药的非生物降解过程*吸附催化水解(2)有机磷农药的生物降解：有机磷农药在土壤中被微生物降解是它们转化的另一条重要途活性剂等有机污染物在各圈层中的转归与效应。要求了解这些典型污染物的来源，用途和基第一节重金属元素重金属是具有潜在危害的重要污染物。重金属污染的威胁在于它不能被微生物分解。相反，生物体可以富集重金属，并且能将某些重金属转化为毒性更强的金属—有机化合物。自从20世纪50年代在日本出现水俣病和骨痛病，并且查明这是由于汞污染和镉污染所引起的“公害病”以后，重金属的环境污染问题受到人们极大的关注。重金属元素在环境污染领域汞在自然界的浓度不大，但分布很广。地球岩石圈内汞的浓度为0.03ug/g。汞在自然环境中的本湖底沉积物中甲基汞可被某些细菌降解而转化为甲烷和汞，也可将Hg²*还原为金属汞—OH等。由于烷基汞具有高脂溶性，且它在生物体内分解速度缓慢(其分解半衰期为70d),因此烷基汞比可溶性无机汞化合物的毒性大10—100倍。二、砷(1)天然源：砷是一个广泛存在并具有准金属特性的元素。它多以无机砷形态分布于许多矿物中，主要含砷矿物有砷黄铁矿(FeAsS)、雄黄矿(As₄S₄)与雌黄矿(As₂S₃)。空气中砷的自然本底值为每立方米几纳克。其中甲基胂含量约占总砷量的20%。地面水中砷的含量很低，海水含砷浓度范围为0.001-0.008mg/L。某些地下水水源的含砷量极高(224-280mg/L),且50%为三价砷。(2)人为源：环境中砷污染主要来自以砷化物为主要成分的农药。在天然水体中，砷的存在形态为H₂AsO₄、HAsO₄²、H第二节有机污染物一、有机卤代物四氯化碳(CCl₄):主要来源于认为排放。它被广泛用作工业溶剂、灭火剂、干洗剂，也从1950年以来，排放到大气中的量逐年增加，现在每年的排放速率是CFC-11和CFC-12的二倍多，平均每年增长16%CHF₂Cl(CFC-22):它也是人工合成的卤代烃，是一种主要的工业氟利昂产品，主要用对流层中的转化：含氢卤代烃与HO自由基的反应是它们在对流层中消除的主要途径。(1)多氯联苯的结构与性质：多氯联苯是一组由多个氯原子取代联苯分子中氢原子而形成的氯代芳烃类化合物。由于PCBs理化性质稳定，用途广泛，已成为全球性环境污染物，而引(2)多氯联苯的来源与分布：PCBs被广泛用于工业和商业等方面已有40多年的历史它可作(4)多氯联苯的毒性与效应(1)天然源：在人类出现以前，自然界就已存在多环芳烃。它们来源于陆地和水生植物、微生物的生物合成，森林、草原的天然火灾，以及火山活动，构成了PAH的 广泛用于纤维、造纸、塑料、日用化工、医药、金属加工、选矿、石油、煤碳等各行各业，仅合成洗涤剂一项，年产量已超过130×10表面活性剂是洗涤剂的主要原料。首先使水的感观状况受到影响，洗涤剂浓度在0.7—1mg/L时，就可能出现持久性泡沫。其次，由于洗涤剂中含有大量固体废物的污染化学。对于有害废物部分：要求掌握它的判定原则和进入环境的途径；了解其中重要的有害化学成分。对于放射性固体废物部分：要求掌握核工业中放射性固体废物的主要类型与其所含的主要放射性核素；放射性核素的地下迁移以及放射性对人体损害的类型第一节固体废物及分类固体废物又称废物，它是人类在生产、生活等活动过程中丢弃的固状和泥状物质。固体用规定方法对废物进行浸取，在浸取液中有一种或一种以上的有毒成分浓度超过限定标美国环保局公布的美国有害废物共有110种，包含有害化合物共361种，其中大多数是有放射性衰变按其放出的粒子性质，分为a衰变、β衰变、β*衰变、电子俘获、γ衰变1.辐射量及其单位然存在的放射性核素辐射。从外层空间首先进入地球大气上层的相互作用，产生的混杂、能量较低的次级粒子和电磁波，称为次级宇宙射线。在距地面15km人工辐射的来源主要有以诊断医疗为目的所使用的辐射源设备和放射性药剂、核武器试●第一类X≤0.2R/h的低水平放射性废物，不必采用特殊防护。主要是β及γ放射体，要是β及γ放射体，所含a放射性可忽略不计。●第三类X>2R/h的高水平放射性废物，需要特殊防护装置。主要是β及γ放射体，(1)躯体效应与遗传效应：躯体效应是指辐射所致的显现在受照者人身上的损害。如(2)随机性效应与非随机性效应：在这一辐射损害的分类方法中，辐射损害发生率与(3)辐射损害的生化机制第七章环境化学分析方法概述及其发展前沿概述(3学时)基本要求：了解近年来环境分析最新的样品预处理技术、形态分析方法、环量提供信息，为人们认识环境、制定环境政策、评价污染控制和治理成效和评定环境质量等1.种类繁多。这是由于(a)污染物质化学物种的多样化，仅美国环保局规定水体中优先监测污染物就有1百多种，其中有铜、铅、锌、镉等重金属，氰化物、氮氧化物等无机污染物，烷烃、多环芳烃等有机污染物。(b)样品来源广泛，有空气、水化学物质的本底水平(背景值)含量极微，一般都属于痕量(10⁶——10°克)和超痕量 (10⁹—10l²)。分析研究化学物质对环境的的污染程度必须对其本底值有所了解。(b)某些析化学不仅要测定化学污染物的总量，还要测定其不同的形态。显然，化学物质形态的含量各种有害化合物，环境样品中往往含有数十至数百种不同化合物。样品的复杂性使得环境分生物降解等变化，因此，环境样品变化大，不稳定，所采的集样品是环境中的一部分，是动根据环境分析化学研究对象的上述特点，要求分析方法除了满足一般分析所要求的准确检出限检出限(g)分光光度法(VIS、UV、IR)荧光法火焰光度分析电子能谱离子选择电极法电子探针阳极溶出伏安法中子活化分析法发射光谱法螯合物气相色谱法离子色谱法薄层色谱法引自环境分析化学发展战略研究，环境化学，1992,11:1~197.多元素(分析物)同时检测能力第二节形态分析子组成形式的过程，即指特定样品中元素的各种存在形式，包括游离态、共价结合态、络合体健康等的影响；认识元素在无生命和有生命系统中的循环以及它们的生理功能，阐明污染污染物在环境中的迁移，转化规律及最终归宿是环境科学的重要研究内容。污染物在环境中存在的形态取决于它们的不同来源及其进入环境介质后与介质中其它物质发生的各种相互作用；在环境中的迁移转化规律，不取决于污染物的总浓度，而取决于化学形态的本性。总量来研究森林土壤中铅的迁移行为是不科学的。因此，只有藉助于形态分析才可能阐明化学污染物进入环境中的方式，迁移、转化过程的本质；阐明化学污染物在气和土壤循环中的从20世纪70年代开始，环境科学家和生命科学工作者认识到无机元素，特别是痕量重金属的环境效应和微量元素的生物活性，不仅与其总量有关，更大程度上由其形态分布决重金属以自然态转变为非自然态时，毒性增加；离子态的毒性常大于络合态；金属有机态的毒性大于金属无机态；价态不同，毒性不同；金属羰基化合物常常剧毒；化学形态不同，对生物体的可利用性不同。只有借助于形态分析，才能确切了解化学污染物对环境生态、环境出限更低的分析方法；要求高选择性的分析方法，所采用的分析技术必须仅能使某一特定形态得到响应信号，现有的分析方法很少能直接鉴定元素的形态，必须与形态的预分离、富集方法相结合，分离、富集技术必须有特效性，能防止形态重新分配；由于元素在环境中以多种化学形态存在，各种化学形态处于动态平衡中，要求在取样和分析过程中避免样品中原来采用计算法的前提是：假定被研究体系是封闭体系，介质处于热力学平衡状态；已知所有组分的总浓度和所分析元素和各组分之间发生的全部化学反应的平衡常数。利用络合物稳程组求解而计算出分析元素的形态。目前数学计算模型已经有不同版本的计算机软件，如PE=-Iga,在数值上它与电极电位的关系是PE⁰=PED/0.0591,n为氧化还原反应的电子数。由于计算机技术高速发展，促成了这种用数据导出内在规律的计算方法的实现。计算机可在几分钟内计算出体系中各种元素形态的浓度及其百分比，具有简便、快速、经济，不需14)利用化学平衡模式MINTEQA2研究了不同酸度、碱度和有机配体存在下铜的形态分布特点，但此法具有较大局限性：不能准确处理体系中所有的化学反应，因为有的反应是不可逆忽略了一些动力学因素的影响，采用计算法的前提是假定介质处于热力学平衡状态，但实际上介质是处在一个连续流动的开放体系(如天然水体),它在动力学上并未完全达到平衡，只可用局部平衡的概念作近似处理，因此分析结果欠准确，只能反映局部环境的情况，只能大(2)化学计量法应用化学计量学量佳方式可获取物质性质的有关信息。通过正交回归设计方法，单纯形优化，研究包含多种因素影响的协同作用，借助信号处理技术，应用导数技术、数据平滑、清除干扰，解析重叠信号。采用有效可靠的间接标准校正法确定，不经任何分离直接测定相互干扰的两种形态；甚至在所存在形态完全未知的情况下，可利用分解矩阵的主成分回归与偏最小二乘回归进行病态系统的求解，王保宁(王保宁，宁乃忠.分析化学，1988,16(5):402)采用5—Br—PADAP为显色剂，在乙醇存在的情况下，采用一次显色及CPA矩阵法，化学计量学中模式识别及专家系统可从成千上万的数据中找出不同元素及其不同形态在环境中不同的迁移规律，对人体生理活动的不同作用规律(邓勃，分析试验室，1991,10(4):的不同价态，阳极溶出伏安法分析稳定态与不稳定态金属等。但对于复杂的化学形态分析，需测定方法与分离富集方法相结合，且常需多种分析方法和多种分离富集手段联用。用于形电化学分析利用不同化学形态可在电极上逐级进行反应来分析元素的化学形态，分析技采用微分脉冲技术极谱法检测限约10°mol/L,RecaiInam成功运用该法测定Se(IV)和Mo(VI)。阳极溶出伏安(ASV)法是较常用的电化学分析法，按电极行为特征将金属形态区络合物，是可能的毒性态；惰性态一般是结合紧密的有机络合物，较少具有毒性特征。因为出过程，导致极谱峰分裂，给定量带来误差。阴极溶出伏安法(CSV)具有比ASV更高的灵离子选择电极的选择性高，具有可在众多不同的金属配合物中只测定某一元素的游离离合程度，但离子电极的检出限一般仅为10⁷—10mol/L,其应用受到限制，近几年来发展起来的化学修饰电极，由于具有电化学传感、选择富集与分离等功能，成为形态分析中十分有潜修饰到碳糊电极，利用水中有机物与亚氨基二乙酸基团的交换反应来进行有机络合态铜的形b.光谱方法分光光度法是传统的分析方法，利用显色体系在一定条件下只对某一价态的选择性反应直接分析该价态元素含量，再借助氧化法或还原法和差量法得出其余价态含量，该法的关键在于显色体系的选择。如用二安替比林甲烷类试剂分析Cr(Ⅲ)/Cr(VI),用2,3-二氨基萘光度法分析Se(IV)/Se(VI),此外还用于Fe²+/Fe³+,As³吸收光谱法(GFAAS)和电热原子吸收光谱法(ETAAS)及流动注射原子吸收(FIAAS)和利用这类元素的中的某一价态在一定的酸度条件下与硼氢化钾生成氢化物，而另一种价态在此条件下不发生此反应，将所生成的氢化物导入到吸收管后加热分解为蒸汽原子，测量其含原子发射光谱法(AES)由于等离子体技术的发展又焕发青春。常用的等离子体光源有具有更高的灵敏度，能同时进行多元素分析，广泛与分离技术联用，用来检测金属元素，如K,GilbertTR,MicrochemJ.,1991,44(2):201),氢化物无色散原子荧光法测定水中痕量锑和锑 (V)(索有瑞，黄雅丽，光谱学与光谱分析，1992,12(2):87),流动注射冷蒸气原子荧光法顺序测定天然水中的无机汞和甲基汞，总反射X射线荧光光度法用于测定在水体腐殖质此法的优点是检测限很低(pg级以下),宽达七个数量级的线性动态范围，谱图简单，不受有机化合物正相影响，可分析热不稳定性化合物，原缺点是：光谱干扰痕量元素的精切测定，应用石墨炉多步程序升温处理固体样品—电感耦合等离子体-质谱法实时检测工业和环境样品中含硒蛋白、甲基汞和无机汞形态，绝对检测限可达1pg。Nicolac.色谱法的液相分离，且对流动相和固定相均可进行调整和改变，以改善分离状况的特点，已被用来分析汞的形态、镍与腐殖酸、富里酸的络合情况，测定四乙基铅和四甲基铅，或与其它检测属和金属有机物的分析，对于难挥发金属及其金属有机物，需要转变成挥发性的化合物方能适合，通常是利用各种衍生化方法，使其转变成金属共价氢化物或螯合物，保留时间被用作e.联用技术与单一的检测技术相比，联用技术常常是将高选择性的分离技术与高灵敏的检测技术结合在一起，不论从形态分析的灵敏度，准确度和速度方面都有很大的改善。如气相色谱与元素选择性检测器联用技术的迅速发展使得环境过程中的有机金属化合物，如四烷基铅、三烷基铅及二烷基铅(烷基为甲基或乙基),以及四、三、二烷基锡(烷基为甲基或丁基)等的不同分子形式的直接鉴定(即形态分析)成为可能，正是利用这些技术从海底沉积物、水、鱼中发现了烷基铅类化合物，以及其他环境样品(包括污水及泥渣)中发现丁基锡类化合物。上能用于许多有机金属化合物(如铅、锡、砷及硒的化合物),为避免象有机汞等化合物在热不具有挥发性或沸点高，需衍生化成挥发性物质单，选择性高并有较高的灵敏度，目前应用最为广泛，早在1966年就用于汽油中的烷基铅的用的接口原子化装置及GC—AAS联用类型主要有3种：气相色谱与火焰原子吸收联用，是早口，外边绕有镍铬电热丝，通过加热石英管到600~900℃达到分解有机金属化合物的目的。这种装置的特点是石英管可连续工作，重现性好，但灵敏度三甲基锡)。但接口装置的耐高温性能不佳，目前没有合适的材料；石墨炉的更换容易带来灵敏度改变及重复性等问题。气相色谱——冷原子吸收光谱法(GC—CVAAS)联用也已用于分离、分析各种不同形态的有机汞(甲基汞、乙基汞、苯基汞)。气相色谱与原子发射光谱联用(GC—AES)AES是最早用于岩石及矿物分析的原子光谱技术很高的激发温度，能够产生丰富的原子发射谱线，应用高分辨的多色计及光电二极管阵列(或微波诱导离子体(MIP)及电感耦合等离子体(ICP),所有这三种等离子体激发AES都已用于金属形态分析，其中以MIP应用最为广泛，因MIP的两个基本特性便于和GC联用。MIP低的气体温度允许少量样品的引入而不引起熄火，恰好与GC的柱流出量相匹配，另外由于MIP与原子发射光谱联用可于45秒内完成甲基汞、乙基汞的测定。(B.Rosenkranz,J.Bettmer,RapidseparationofelementspeciesbymulticapillaryGC,Anal.Bioanal.Chem.,20气相色谱表面发射火焰光度检测(GC—FPD)气相色基金属化合物的分离与测定具有特效，是元素形态分析的有利工具，江桂斌将洁净石英玻璃表面引发的分子发射原理用于定量分析，用于水样中有机锡、铅、锗的测定，灵敏度较原有检测器检测限提高100—1000倍。该法虽灵敏度不及上述几种方法，但能实现分离与鉴定一体化，在形态分析中具有不可能限于挥发性和热稳定的金属有机物以及能够衍生化成低沸点的、稳定的相应物质的金属有HPLC通常是在室温下进行，高沸点和热不稳定化合物的分离不需要经过衍生化，因而使得HPLC更适合于环境分析。同时HPLC拥有较多的可改变的因素(包括固定相和流动相等),多的是离子色谱。因为离子色谱具有分离游离或络合物离子型有机化合物的能力。反相高效联用技术的关键在于如何解决大体积的流动相(或称HPLC流出物)的原子化，以及原子化室(包括火焰原子化、石墨炉及等离子体原子化)是否具有处理流速为0.1~3.0ml/min溶聚四氟乙烯(PTFE)流通池从HPLC流出物中间隙式采样，然后引入石墨炉中，同时产生分物的量，测定的精确度取决于所测定的脉冲次数。直接联用有三种方法，方法一，将HPLC流出物(流速为0.2~3.0ml/min)先通过热的石英毛细管并形成气溶胶，然后经过一个琉态石统，因为有机溶剂燃烧时产生烟垢，缓冲溶液会导致基线噪音的增大，从而使系统灵敏度降测限为0.1ng,另一种是在HPLC柱后使用氢化物发生器，将分析物转变成氢化物再引入GFAAS中进行分析检测，第三种是使用热化学氢化物形成系统，即用一段石英管作为HPLC过量氢气存在下被转化成相应的氢化物，该技术已成功用于测定龙虾、鳕鱼、肝油及人尿中测能力，因此越来越普遍用做HPLC的检测器。在HPLC—DICP—MS是目前公认的最灵敏、选择性最高及最可靠藻中的砷，鱼组织和尿样中砷和有机锡，金属蛋白中的汞，食品中的镉和血液中的铅，人尿发的化合物转化成气相离子进行检测。电喷雾的特点是可用作色谱的检测器械。含碳金属和类金属的小分子在电子喷雾源中产生单一的质子化离子，可根据其分子质量鉴定其化合物。但由实际样品得到的谱线极为复杂，如不经过色谱和电脉分离，很可能出现多电荷物种而难以对分析物进行鉴定。对金属化合物的进一步识别，可将第一质量过滤器分离得到的分子质提纯的海藻中砷有机物和经过AE—HPLC分离的人体血清中Al—柠檬酸的表征。物。HPLC/GC—AAS,CGC—FPD(火焰离子化检测器)也已用于环境样品中砷、汞、铅、锡、铬、硒、磷等元素的化学形态分析。表面分析技术如X射线、紫外光电子能谱、扫描电镜、激光微探针质谱等可以揭示表面的原子结构和物质的化学组成，也是表征颗粒表面元素第二节形态分离富集技术由于环境样品和生物样品中金属含量一般很低，在分析前一般需分离、富集。但对形态分析的样品作预处理时，不能改变其原始形态，不能用消解、灰化等方法处理，近年来应用快速、易实现自动化等特点，可分为溶剂萃取和固相萃取。萃取法可将脂溶性化合物萃取到上分配和吸附性质的不同来进行分离的，分析物在固定相上牢固吸附或根本没有保留，前者不仅用于基质干扰的消除，而且用于分析物的富集，后者只用于消除基质影响。固相萃取具有如下优点：(1)分析物的高回收率；(2)更有效地将分析物与干扰组分分离；(3)不需使用超纯溶剂，有机溶剂的低消耗减少对环境的污染；(4)能处理小体积试样；(5)无相分离操作，容易收集分析物级分；(6)操作简单、省时、省力、易于自动化，已用于汞的形态分析。固相微萃取在二十世纪90年代由加拿大Waterloo大学J.Pawlisyn提出，是在固相萃取的基础上结合顶空分析(Headspace)建立起来的一种新型超痕量成份分离富集方法，具有分离快速、简便、经济、不使用溶剂等优点，能做到提取、净化、浓缩同步完成，已应用于测定土壤、水体中金属的形态分析如铬、汞、有机锡和