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环境化学

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  环境科学的一个分支学科。它主要是运用化学的理论和方法,鉴定和测量化学污染物在大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈中的含量,研究它们在环境中存在形态及其迁移、转化和归宿的规律。
  形成 环境化学是在无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、化学工程学的基础上形成的。人们对于水化学、大气化学、土壤化学等早就开始研究。但研究工作主要是围绕着资源的开发和利用进行的,很少注意环境污染问题。后来,人们大量使用煤作燃料,底层大气中的二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮以及颗粒物等含量不断增加,以至接连发生由煤烟引起的烟雾污染事件。第二次世界大战后,又大量使用石油作燃料,出现了光化学烟雾污染问题,从而使人们对大气的化学研究从还原性烟雾的研究,发展到氧化性烟雾的研究,包括对臭氧、过氧乙酰硝酸酯、烃类、醛类、酮类、铅尘、酸雾的分布状况、生成机理和化学反应动力学的研究。另外,核爆炸把放射性尘埃抛射至平流层,造成全球性放射性污染,超声速飞机在平流层飞行,排出大量的氮氧化物等,对臭氧层有破坏作用,又使大气的化学研究的范围从对流层扩展到平流层。
  随着城市的扩大和工业的发展,大量的生活污水和工业废水排入水体。进入水体的化学物质,或者通过饮水,或者通过食物链危害人体健康,促使人们对水体的化学研究从生化耗氧、自然净化、卫生学等方面的研究发展到水的环境毒理学、水生生态平衡等方面的研究。进入水体的化学物质即使数量很少,通过生物富集,最终也会危害人类,所以,化学物质的量的研究,也从常量发展到微量和痕量;对人体健康影响的研究,也从常量的急性中毒转向微量的慢性中毒。
  化学肥料和农药的施用,以及工业和生活废弃物进入土壤,造成农药、重金属和其他化学物质在土壤中的积累,并进入农作物中。日本的痛痛病事件,主要是用含镉的矿山废水灌溉农田的结果;农药稻瘟醇进入稻秆,在堆肥中分解为四氯苯甲酸,含有这种物质的肥料可引起秧苗畸形。因此,人们对土壤的化学研究也从研究土壤的化学物质的分布、积累、迁移、转化等方面的宏观研究,逐渐发展到从细胞水平研究其毒性影响以及致畸、致突变、致癌作用的机理等方面的微观研究。在此基础上,尤其是60年代以后,对化学物质在大气、水体、土壤等自然环境中引起的化学现象的研究,发展迅速,一些原来不受重视的化学问题,从保护自然生态和人体健康的角度出发,成为重要的、急待解决的问题。为了探讨这些问题,逐渐发展了新的研究方法和手段,提出了新的观点和理论,形成一门新的化学分支学科──环境化学。另一方面,环境化学与环境科学的其他分支有着密切联系,因而它又是环境科学的一个组成部分。
  特点 环境中的化学污染物一般情况下是人工合成的和环境中原来有的天然污染物共存。而且,各种污染物在环境中可以发生化学反应或物理变化,即使是一种化学污染物,所含的元素也有不同的化合价和化合态的变化。这就决定了环境化学研究的对象是一个多组分、多介质的复杂体系。
  化学污染物在环境中的含量是很低的,一般只有百万分之几(ppm)或十亿分之几(ppb)的水平,但是分布范围广大,且处于很快的迁移或转化之中。为了求得这些化学污染物在环境中的含量和污染程度,不仅要对污染物进行定性和定量的检测,而且还要对其毒性和影响作出鉴定。这就决定了环境化学的分析技术和方法具有一些新的特点,如要求对污染物进行灵敏、准确、连续、自动的分析等。
  研究化学污染物在环境中的迁移、转化和归宿,特别是污染物在环境中的积累、相互作用和生物效应等问题,包括化学污染物致畸、致突变、致癌的生化机理,化学物质的结构与毒性之间的相关性,多种污染物毒性的协同作用和拮抗作用的化学机理,以及化学污染物在食物链传递中的生化过程等问题,需要应用化学、生物学、医学和地学等许多学科的基础理论和方法来进行研究,从而推动了环境化学和这些学科互相渗透,互相促进。因此环境化学具有跨学科的特点。
  内容 目前环境化学的基础理论尚处于发展过程中。环境化学的研究领域主要有:
  环境污染化学 研究化学污染物在环境中的变化,包括迁移、转化过程中的化学行为、反应机理、积累和归宿等方面的规律。化学污染物质在大气、水体、土壤中迁移,并伴随着发生一系列化学的、物理的变化,形成了大气污染化学、水污染化学、土壤污染化学和污染生态化学。
  在环境这个开放体系中,参与反应的物质品种多,含量低,反应复杂,影响因素很多,促进反应的光能和热能又难以准确模拟。因此必须发展新的技术和理论来进行研究。如近年来运用系统分析方法,研究多元和多介质体系中污染物迁移和转化反应机理,就为进行环境污染的预测、预报,以及环境质量评价等提供了科学的依据。
  环境分析化学和环境监测 取得环境污染各种数据的主要手段。要得知化学物质在环境中的本底水平和污染现状,必须应用化学分析技术。环境中污染物种类繁多,而且含量极低,相互作用后的情况则更为复杂,因此要求采取灵敏度高、准确度高、重现性好和选择性也好的手段。不仅对环境中的污染物做定性和定量的检测,还对它们的毒性,尤其是长期低浓度效应进行鉴定;这就要应用各种专门设计的精密仪器,结合各种物理和生物的手段进行快速、可靠的分析。为了掌握区域环境的实时污染状况及其动态变化,还必须应用自动连续监测和卫星遥感等新技术。
  由于环境分析和监测的需要,必须在采样方法、样品保存方面,在信息传递、数据统计和处理方面,在分析方法和技术方面进行革新;必须在分析方法、样品、仪器设备方面实行规范化、标准化。
  此外,污染物的生物效应是当前环境化学研究领域里十分活跃的研究课题,它综合运用化学、生物、医学三方面的理论和方法,研究化学污染物造成的生物效应,如致畸、致突变、致癌的生物化学机理,化学物质的结构与毒性的相关性,多种污染物毒性的协同和拮抗作用的化学机理,污染物食物链作用的生物化学过程等。随着分析技术和分子生物学的发展,环境污染的生物化学研究取得很大进展,并与环境生物学、环境医学相互交叉渗透,成为当前生命科学的一个重要组成部分。
  环境化学的兴起和发展,为人类保护、改善环境提供了化学方面的依据。一些研究课题受到人们的重视,如:①大气平流层中臭氧层破坏的过程和速度,以及由此而造成的影响;②农药、硫酸烟雾在大气中的反应动力学及其变化过程;③酸雨的形成和危害;④大气中二氧化碳的积累及其温室效应;⑤致畸、致突变和致癌物质的筛选,以及污染物的致畸、致突变、致癌性与其化学结构间的关系;⑥有毒物质毒性产生的机理,拮抗和协同作用的机理,及其与化学结构的关系;⑦新的污染物的发现和鉴定;⑧分析方法的探讨和分析技术的改进;⑨卫星监测系统和光学遥感系统的研制等。

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