重金属污染及其分析方法研究进展

重金属污染及其分析方法研究进展作者：龚建军来源：《绿色科技》2017年第04期摘要：指出了目前中国的土壤重金属污染无论是从污染程度还是从污染范围来看都有进一步加重的趋势。

对中国土壤重金属污染的来源、污染现状、重金属污染的监测分析方法及危害等进行了阐述，提出了一些防治策略，旨在为土壤重金属污染治理提供参考。

关键词：重金属；土壤污染现状；分析方法1 引言重金属污染已成为全球性环境问题，尤其是重金属对土壤的污染，因其隐蔽性、不可逆性和长期性的特点，不但能直接影响生态环境，还能通过皮肤接触、呼吸吸入和通过食物链影响人体或动物的健康，所以造成的后果是非常严重的。

土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、毒性大等特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。

在我国通常被优先关注和控制排放的重金属有镉（Cd），铬（Cr）、砷（As）、铅（Pb）和汞（Hg）。

根据我国的可持续发展战略，“国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要”（2011～2015年）已将预防和控制重金属污染作为一个重要的目标，2011年国务院批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，由于“重金属”范围包括大量的金属和准金属，所以对重金属污染很难有一个全面的认识。

因此，笔者对我国五个优先控制重金属的来源、毒性、污染现状进行了阐述。

提出了一些防治策略及未来发展和管理的方向。

2 重金属的来源在自然因素中，成土母质和成土过程对土壤重金属含量的影响很大[1]。

自然来源包括火山、降解矿物、森林火灾、土壤和水的表面蒸发。

每年火山喷发的As量是1.72×107 kg，地壳含As量大约是4.01×1016 kg，海底火山喷发4.87×106 kg[2]。

在我国的一些地区，由于特殊的地质环境，地壳中的重金属含量本身就高，如山西省和内蒙古自治区As含量，这对该地区相关的重金属高浓度有直接贡献。

与自然来源相比，人为来源被认为是环境中重金属污染的主要原因：①重金属杂质的释放，采矿和其他冶金活动，如火力发电和热生产是大气汞排放的最大来源；②有意提取重金属和使用过程中的释放，如重金属矿开采，制革，电镀生产，和含重金属产品品制造；③垃圾焚烧与填埋过程中释放。

Wu Y，Streets D G等[3]认为，2003年我国汞的总排放量达695.6 t，其中大部分是来自于有色金属冶炼、煤炭消费。

1970年联合国的调查表明，18050 t的铅被释放到大气中，大多数都是由石油消费，粉尘排放和汽油添加剂使用释放的。

3 重金属污染现状我国的重金属污染状况严重，如在城市土壤、河口和沿海环境中[4]，食用重金属污染的食物或饮用未经净化的地下水可能会导致重金属中毒的高风险，许多事故是由于金属非法或不安全的开采、冶炼和使用造成的。

3.1 镉我国近年来镉污染事件时有发生，唐贞等[5]对湘潭工业园区水稻土镉污染及其潜在风险做了调查，结果表明，土壤中镉的浓度1.27～4.22 mg/kg，表明这些土壤遭受严重镉污染。

郑袁明等[6]人研究了北京不同地区的土样的镉浓度，包括菜地、水田、果园、绿地、玉米田，土壤和自然土壤595个土壤样品，与背景浓度相比，镉在蔬菜、稻田和果园积累显著，这表明工业活动、交通和垃圾填埋场可以影响土壤中镉的浓度。

3.2 铬我国是铬渣产生最多的国家，对周围环境和人类健康构成高风险。

Cr（Ⅵ）的土壤淋溶液的浓度与铬渣距离成反比关系，而垃圾能影响下风侧约350 m处。

除了迁移到周边地区，Cr （Ⅵ）会污染地下水。

陈璐璐，周北海等[7]分析了太湖水中的铬含量和相关的生态风险评估，结果表明，在所有水样品中都可以检测到铬，浓度31.76～75.50 ng/mL，平均浓度为40.04 ng/mL。

铬已对太湖水生生物造成一定的生态风险。

王玉强等[8]研究了渭河Cr（Ⅵ）的分布及其迁移特征，结果表明沿河流方向Cr（Ⅵ）浓度呈先上升后下降，Cr（Ⅵ）浓度可能受排污口的影响，沉积物对Cr浓度的降低起到了重要的作用。

3.3 砷过去的几十年里经常报道地方性慢性砷中毒，尤其是在新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、宁夏回族自治区和山西省。

地下水受影响最严重的省份，砷浓度在220～2000 ng/mL，而最高浓度可达4440 ng/mL[9]。

慢性砷中毒是新型的公共卫生问题，我国约有300万高风险人口来源于饮用水暴露，而他们中的大多数是集中在农村地区。

目前我国已成为世界上最大的煤炭生产国和消费国，能源消费构成中煤炭占75%。

东北煤矿、我国东部和北部主要煤矿中砷的浓度为55.7～156.7 mg/kg[10]。

当地居民普遍使用炭的明火以及开放式炉灶进行烹调和取暖，这会污染室内空气和增加食物中砷的浓度。

厨房的空气，干燥的玉米和辣椒中砷的浓度分别为160～760 μg/m3，1.52～11.3 mg/kg，52.5～1090 mg/kg。

3.4 铅最近几年由于无铅汽油的使用城市大气中铅的浓度在下降，但是大气中铅含量（100～180 ng-3）仍处于高水平。

由于交通排放、污水灌溉，公路两侧土壤和农田易受铅污染，如果土壤和公路之间距离小于50 m则可能受到铅的危害，而距离超过150 m，铅的浓度水平一样[11]。

除了土壤自身性质，交通流、地形，绿化带和天气条件也影响路边土壤铅的分布。

一般来说，在路边土壤铅浓度要显著高于公园，而工业区的铅水平比住宅区和风景名胜区高得多。

研究表明，污水灌区农田下层土壤铅浓度显著升高[12]，约是背景环境中的4.53倍。

戚其平等[13]人研究了生活在城市地区6502名儿童（3～5岁）血液中铅水平，结果表明，与美国疾病控制和预防咨询委员会中心规定的儿童血液平均铅安全浓度88.3 mg/L高了29.9%，超过100 mg/L。

3.5 汞2013年我国人为排放汞的总量约占全球排放量的40%，向大气中排放的汞约占全球大气汞排放的1/3。

在我国贵州、广东、山西和辽宁省的一些地方是汞污染最严重地区。

贵州省是世界上最大的汞生产区域，贵州朱砂矿储量中金属汞储量达到80000 t，占汞总量80%，地表水汞浓度高达10580 ng/L，在采空区的河岸土壤总汞和甲基汞的浓度范围分别是5.1～790mg/kg和0.13～15 ng/g[14]。

水稻籽粒中汞总浓度可达到569 ng/g，其中145 ng/g是甲基汞。

这表明，摄入汞污染的大米是人类甲基汞暴露的一个重要来源。

贵州省一些地方气态汞浓度为1.70～146.75 ng/m3，平均浓度为7.39 ng/m3，显著高于世界水平的1.5～2.0 ng/m3。

季节和天气明显影响汞在大气中的含量。

一般来说，由于煤燃烧气态汞总量冬季比夏季高得多。

土壤是汞的重要的源和汇，土壤中的汞主要来自土壤母质、大气沉降、化肥和农药的使用、污水灌溉及含汞废物。

1990年我国国家环境监测中心进行了一项调查，在我国表层土壤汞平均浓度为0.065 mg/kg。

因为对水环境没有系统的调查，且汞在水中时空分布不断变化，很难在水系统中的汞浓度作总体评价，但大型河流中的汞浓度普遍高[15]，而汞储量相对影响较小。

3.6 锡目前，我国海水和淡水环境中有机锡的污染比较严重，尤以近岸水域、港口以及内河码头污染最为严重。

我国大陆水样中三丁基锡（TBT）的浓度最高达到977ng（Sn）/L。

由于减少了输入、水流量和稀释，丁基锡的浓度（BTS）随海岸距离的增加降低。

相对高含量的二丁基锡（DBT）和技术性贸易壁垒在渤海湾沿海水域出现，东南沿海的三个港口（厦门，汕头，和惠阳）的积累量为0.3～174.7ng/g[16]。

4 重金属污染的监测分析方法4.1 重金属的总浓度在环境和生物样品中开发和应用的重金属测定方法很多，如火焰原子吸收光谱法，石墨炉原子吸收光谱法，原子荧光光谱法等。

由于其能多元素同时检测、分析时间短、高通量和样品用量少的优点，电感耦合等离子体质谱和电感耦合等离子体原子发射光谱法被越来越多地应用在这一领域，特别是ICP-MS（电感耦合等离子体质谱仪）具有更多的优点，如灵敏度高，线性范围宽、抗干扰能力强。

4.2 重金属形态重金属的毒性取决于其化学形式，由于其不同的性质和毒性，有必要区分重金属种类。

研究表明，有机汞化合物尤其是甲基汞比无机汞的毒性更强，相反，有机砷化合物比无机砷毒性低。

有机锡化合物的毒性取决于性质和烷基侧链数的长度。

重金属形态可以用电分析、光谱分析、仪器中子活化分析、色谱分析联用技术。

联用技术已被广泛应用于汞、铬、砷、锡的形态分析，以及其他环境样品中的重金属形态分析，具有广阔发展前景。

4.3 重金属生物监测生物监测是监测环境和生物圈中重金属污染和毒性的一种有效方法。

环境矩阵化学分析是揭示重金属污染状况的最直接方法，虽然对生物和生态系统的综合影响和可能毒性提供证据不足。

基于个体生物组织和液体抽样分析的生物监测是化学分析的有效补充。

通过与国际卫生组织（WHO）规定暂定每周可耐受摄入量重金属量比较，认为长期食用当地大米可能会造成对人体重金属高危害风险。

血液、尿液、唾液、指甲和头发通常是化验重金属对人体健康潜在风险评估的生物材料。

5 毒性重金属易通过食物链而生物富集产生生物放大作用，构成对生物和人体健康的严重威胁，主要通过空气、水、食物和直接接触体表进入人体，这些方面的重金属暴露是人类中毒的主要途径，对人类健康产生各种威胁。

根据靶器官重金属毒性可分为以下几类。

5.1 胃肠道（消化系统）的影响重金属摄入能刺激消化系统，伴随症状如恶心、呕吐、腹泻、腹痛等。

铅可能通过抑制胃肠功能紊乱胰腺、唾液腺和胃腺体分泌，甚至引起顽固性便秘。

5.2 肾功能的影响肾脏是积累重金属的重要器官，高水平铅暴露可损伤肾近端小管和肾小球，肾小管重吸收障碍，甚至引起铅中毒性肾病，如肾性高血压。

元素汞可在人体组织中的氧化为无机二价的形式，肾脏积累更多的二价汞比其他组织，高水平汞暴露可能导致肾小球肾炎蛋白尿、肾病综合征，最早发现低水平汞暴露对肾小管的影响，增加低分子蛋白的排泄。

5.3 神经系统的影响有研究报道，无论是偶然的或长期暴露于高浓度的汞蒸气中可显著影响人类的感官、认知、个性和运动功能。

一般来说，去除暴露后这些症状消退。

通过各种人类和动物的研究表明，甲基汞的毒性比无机汞更高，其作用于尚未出生的胎儿和新生儿的神经系统的发育。

这种影响可以发生在汞暴露保持健康的母亲（通过她们的孩子受到Hg）或与汞暴露有轻微症状的母亲。

一项关于父母接触甲基汞，主要来自食用领航鲸肉的法罗群岛约900个儿童的研究表明，产前甲基汞暴露会导致7岁儿童神经心理障碍。

注意力、记忆力和语言似乎是影响较大的大脑功能，而视觉功能和执行力受汞增加的暴露影响较小。

5.4 癌症大量的研究集中在高风险人群甲基汞水俣病的死亡原因。