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[[File:重金属超标.jpg|缩略图|重金属超标[https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1587314220857&di=142c0b3ca7c53dca65fca0f96cace7c9&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fwww.cddwater.com%2Fuploadpic%2Fimage%2F201610%2F20161020090867186718.png 原图连接][http://www.li61.com/index.php/index/newshow/id/96.html 图片来源于]]]
'''重金属'''('''英語: heavy metal''' )，指比重大于5的金属(一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属)。约有45种，一般都是属于过渡元素。如[[铜]]、[[铅]]、[[锌]]、[[铁]]、[[钴]]、[[镍]]、[[锰]]、[[镉]]、[[汞]]、[[钨]]、[[钼]]、[[金]]、[[银]]等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。 

从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬、砷等金属或类金属，也指具有一定毒性的一般重金属，如铜、锌、镍、钴、锡等。我们从自然性、毒性、活性和持久性、生物可分解性、生物累积性，对生物体作用的加和性等几个方面对重金属的危害稍作论述。

==土壤中重金属的来源==

===大气中重金属的沉降===
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* 大气中重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放、汽车轮胎磨损产生的大量含有重金属的有害气体和粉尘。它们主要分布在工矿的周围及公路、铁路两侧。<ref>[http://www.huiguo.net.cn/project/show/id/480/ 重金属污染的三大来源是什么? 惠果环境]</ref>
* 
* 大气中大多数重金属通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤圈。
* 
* 经过自然沉降和雨淋沉降进入到土壤中的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心向四周及两侧扩散：由城市－郊区－农区，污染随着距城市距离的加大而降低，城市的郊区污染较为严重。
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* 此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度呈正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。

===农药、化肥和塑料薄膜的使用===
[[File:重金属耕地超标.jpg|缩略图|重金属耕地超标[https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1587313967085&di=d2372c45fcb86dcbc1417d9d950badf1&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fpic.51yuansu.com%2Fpic3%2Fcover%2F02%2F05%2F43%2F599dc0e4e0ba1_610.jpg 原图连接][http://www.51yuansu.com/sc/cejfepmita.html 图片来源于]]]
使用含有Pb、Cd、Hg、As等的农药和不合理地施用化肥都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有高量的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中Pb、As和Cd含量较高。农用薄膜生产中应用到的热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属污染。

===污泥施肥===

污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属元素，随着市政污水处理产生的大量污泥被施加于农田，农田中的重金属含量也会不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥施用越多，污染就越严重。

===污水灌溉===

* 污水灌溉一般是指用经过一定处理的城市生活污水来灌溉农用土地、森林及草地。由于大量工业废水同生活污水一起进入市政污水网，使得城市污水中含有的大量重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。
* 
* 近年来，污水灌溉已经成分我国农业灌溉的重要组成部分。北方旱作地区污灌最为普遍，占全国污灌面积的90%以上，所以土壤重金属污染也比较严重。
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===含有重金属的废物的堆积===
* 
* 废弃物堆中重金属含量一般比较高，污染的范围一般以废弃物堆为中心向四周扩散。重金属在土壤中的含量和形态分布特征受废弃物种类和释放率的影响，如铬渣堆放区的Cd、Hg、Pb为重污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻污染。
* 
* 金属矿山开采、冶炼厂排弃的尾矿渣是矿山主要固体废弃物之一，其所引起按重量计，我国铁矿石开采品位平均为32%，经选矿后则68%以上为尾矿，有色金属矿山如德兴露天铜矿，开采品位仅0.5%左右，经选矿后则99.5%以上为尾矿，而黄金矿山开采品位仅为几克/吨，经选矿后几乎100%为尾矿；毒性很强，金属矿选矿大多为浮选，浮选药剂含大量有机、无机有毒化合物及油脂等，这些有毒物质大部分都存留在尾矿中；输送浓度很低，选矿厂输送出来的尾矿浆，固体质量百分比一般仅为20%左右，而80%以上则为水。
* 
* 目前，尾矿一般在地面筑坝存放，利用山谷修筑的尾矿坝占90%以上。尾矿坝的类型绝大多数为土坝，还有少量的土石混合坝或石坝。
* 
===金属矿山的酸性废水污染===

金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤，都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。矿山酸性废水重金属污染范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流不同河段的重金属污染程度往往受污染源(矿山)的控制。河流同一污染源的下段自上游到下游，由于金属元素迁移能力的减弱和水体自净化能力的适度恢复，重金属化学污染的程度逐渐降低的问题和危害日趋严重。

====金属矿山尾矿的特点主要为====

# 颗粒极细；数量极大，按重量计，我国铁矿石开采品位平均为32%，经选矿后则68%以上为尾矿，有色属矿山如德兴露天铜矿，开采品位仅0.5%左右，经选矿后则99.5%以上为尾矿，而黄金矿山开采品位仅为几克/吨，经选矿后几乎100%为尾矿。
# 
# 毒性很强，金属矿选矿大多为浮选，浮选药剂含大量有机、无机有毒化合物及油脂等，这些有毒物质大部分都存留在尾矿中
# 
# 输送浓度很低，选矿厂输送出来的尾矿浆，固体质量百分比一般仅为20%左右，而80%以上则为水。目前，尾矿一般在地面筑坝存放，利用山谷修筑的尾矿坝占90%以上。尾矿坝的类型绝大多数为土坝，还有少量的土石混合坝或石坝。
# 
====金属矿山的酸性废水污染====

* 金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤，都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。
* 
* 矿山酸性废水重金属污染范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流不同河段的重金属污染程度往往受污染源(矿山)的控制。河流同一污染源的下段自上游到下游，由于金属元素迁移能力的减弱和水体自净化能力的适度恢复，重金属化学污染的程度逐渐降低。

==重金属检测方法及应用==

===重金属的危害特性===

====自然性====
[[File:重金属在人体分布.jpg|缩略图|重金属在人体分布[http://s9.rr.itc.cn/r/wapChange/20171_18_16/a1rfb461079880659405.jpg 原图连接][https://m.sohu.com/n/479038973/?mv=3&partner=tianyu 图片来源于]]]
* 长期生活在自然环境中的人类，对于自然物质有较强的适应能力。有人分析了人体中60多种常见元素的分布规律，发现其中绝大多数元素在人体血液中的百分含量与它们在地壳中的百分含量极为相似。
* 
* 但是，人类对人工合成的化学物质，其耐受力则要小得多。所以区别污染物的自然或人工属性，有助于估计它们对人类的危害程度。铅、镉、汞、砷等重金属，是由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。

====毒性====

* 决定污染物毒性强弱的主要因素是其物质性质、含量和存在形态。例如铬有二价、三价和六价三种形式，其中六价铬的毒性很强，而三价铬是人体新陈代谢的重要元素之一。
* 
* 在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1~10mg/L之间，而汞，镉等产生毒性的范围在0.01~0.001mg/L之间。

====时空分布性====

污染物进入环境后，随着水和空气的流动，被稀释扩散，可能造成点源到面源更大范围的污染，而且在不同空间的位置上，污染物的浓度和强度分布随着时间的变化而不同。

====活性和持久性====

* 活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。
* 
* 如汞可转化成甲基汞，毒性更强。与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅、镉等都具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。

====生物可分解性====

有些污染物能被生物所吸收、利用并分解，最后生成无害的稳定物质。大多数有机物都有被生物分解的可能性，而大多数重金属都不易被生物分解，因此重金属污染一但发生，治理更难，危害更大。

====生物累积性====

# 是污染物在环境中通过食物链和化学物理作用而累积。
# 
# 污染物在人体某些器官组织中由于长期摄入的累积。如镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积，造成各器官组织的损伤。又如1953年至1961年，发生在日本的水俣病事件，无机汞在海水中转化成甲基汞，被鱼类、贝类摄入累积，经过食物链的生物放大作用，当地居民食用后中毒。

====对生物体作用的加和性====

多种污染物质同时存在，对生物体相互作用。污染物对生物体的作用加和性有两类:一类是协同作用，混合污染物使其对环境的危害比污染物质的简单相加更为严重;另一类是拮抗作用，污染物共存时使危害互相削弱。

===重金属的定量检测技术===

* 通常认可的重金属分析方法有:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。除上述方法外，更引入光谱法来进行检测，精密度更高，更为准确!
* 
* 日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用X荧光光谱(XRF)分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。

====原子吸收光谱法(AAS)====

* 原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法，它与主要用于无机元素定性分析的原子发射光谱法相辅相成，已成为对无机化合物进行元素定量分析的主要手段。
* 
* 原子吸收分析过程如下:1、将样品制成溶液(同时做空白);2、制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液(标样);3、依次测出空白及标样的相应值;4、依据上述相应值绘出校正曲线;5、测出未知样品的相应值;6、依据校正曲线及未知样品的相应值得出样品的浓度值。
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* 现在由于计算机技术、化学计量学的发展和多种新型元器件的出现，使原子吸收光谱仪的精密度、准确度和自动化程度大大提高。用微处理机控制的原子吸收光谱仪，简化了操作程序，节约了分析时间。现在已研制出气相色谱-原子吸收光谱(GC-AAS)的联用仪器，进一步拓展了原子吸收光谱法的应用领域。
* 
====紫外可见分光光度法(UV)====

* 其检测原理是:重金属与显色剂-通常为有机化合物，可于重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。在特定波长下，比色检测。
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* 分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定;另一种是生成有色化合物，即"显色"，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于定量分析的较少。加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，这是目前应用最广泛的测试手段。
* 
* 显色剂分为无机显色剂和有机显色剂，而以有机显色剂使用较多。大多当数有机显色剂本身为有色化合物，与金属离子反应生成的化合物一般是稳定的螯合物。显色反应的选择性和灵敏度都较高。有些有色螯合物易溶于有机溶剂，可进行萃取浸提后比色检测。
* 
* 近年来形成多元配合物的显色体系受到关注。多元配合物的指三个或三个以上组分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度测定的灵敏度，改善分析特性。显色剂在前处理萃取和检测比色方面的选择和使用是近年来分光光度法的重要研究课题。

====原子荧光法(AFS)====

* 原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。
* 
* 原子荧光光谱法虽是一种发射光谱法，但它和原子吸收光谱法密切相关，兼有原子发射和原子吸收两种分析方法的优点，又克服了两种方法的不足。原子荧光光谱具有发射谱线简单，灵敏度高于原子吸收光谱法，线性范围较宽干扰少的特点，能够进行多元素同时测定。
* 
* 原子荧光光谱仪可用于分析汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉锌等11种元素。现已广泛用环境监测、医药、地质、农业、饮用水等领域。在国标中，食品中砷、汞等元素的测定标准中已将原子荧光光谱法定为第一法。
* 
* 气态自由原子吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基态或低能态会跃迁到高能态，同时发射出与原激发波长相同或不同的能量辐射，即原子荧光。原子荧光的发射强度If与原子化器中单位体积中该元素的基态原子数N成正比。当原子化效率和荧光量子效率固定时，原子荧光强度与试样浓度成正比。
* 
* 现已研制出可对多元素同时测定的原子荧光光谱仪，它以多个高强度空心阴极灯为光源，以具有很高温度的电感耦合等离子体(ICP)作为原子化器，可使多种元素同时实现原子化。多元素分析系统以ICP原子化器为中心，在周围安装多个检测单元，与空心阴极灯一一成直角对应，产生的荧光用光电倍增管检测。光电转换后的电信号经放大后，由计算机处理就获得各元素分析结果。

====电化学法-阳极溶出伏安法====

* 电化学法是近年来发展较快的一种方法，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等方法。电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，值得推广应用。如国标中铅的测定方法中的第五法和铬的测定方法的第二法均为示波极谱法。
* 
* 阳极溶出伏安法是将恒电位电解富集与伏安法测定相结合的一种电化学分析方法。这种方法一次可连续测定多种金属离子，而且灵敏度很高，能测定10-7-10-9mol/L的金属离子。此法所用仪器比较简单，操作方便，是一种很好的痕量分析手段。我国已经颁布了适用于化学试剂中金属杂质测定的阳极溶出伏安法国家标准。
* 
* 阳极溶出伏安法测定分两个步骤。第一步为"电析"，即在一个恒电位下，将被测离子电解沉积，富集在工作电极上与电极上汞生成汞齐。对给定的金属离子来说，如果搅拌速度恒定，预电解时间固定，则m=Kc，即电积的金属量与被测金属离了的浓度成正比。第二步为"溶出"，即在富集结束后，一般静止30s或60s后，在工作电极上施加一个反向电压，由负向正扫描，将汞齐中金属重新氧化为离子回归溶液中，产生氧化电流，记录电压-电流曲线，即伏安曲线。曲线呈峰形，峰值电流与溶液中被测离了的浓度成正比，可作为定量分析的依据，峰值电位可作为定性分析的依据。
* 
* 示波极谱法又称"单扫描极谱分析法"。一种极谱分析新力一法。它是一种快速加入电解电压的极谱法。常在滴汞电极每一汞滴成长后期，在电解池的两极上，迅速加入一锯齿形脉冲电压，在几秒钟内得出一次极谱图，为了快速记录极谱图，通常用示波管的荧光屏作显示工具，因此称为示波极谱法。其优点:快速、灵敏。

====X射线荧光光谱法(XRF)====
* 
* X射线荧光光谱法是利用样品对x射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。它具有分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范围广、谱线简单，光谱干扰少，试样形态多样性及测定时的非破坏性等特点。它不仅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可进行微量元素的测定，其检出限多数可达10-6。与分离、富集等手段相结合，可达10-8。测量的元素范围包括周期表中从F-U的所有元素。多道分析仪，在几分钟之内可同时测定20多种元素的含量。
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* x射线荧光法不仅可以分析块状样品，还可对多层镀膜的各层镀膜分别进行成分和膜厚的分析。
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* 当试样受到x射线，高能粒子束，紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以x射线的形式放出，并在教外层产生新的空穴和产生新的x射线发射，这样便产生一系列的特征x射线。特征x射线是各种元素固有的，它与元素的原子系数有关。所以只要测出了特征x射线的波长λ，就可以求出产生该波长的元素。即可做定性分析。在样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相互激发的条件下，当用x射线(一次x射线)做激发原照射试样，使试样中元素产生特征x射线(荧光x射线)时，若元素和实验条件一样，荧光x射线强度与分析元素含量之间存在线性关系。根据谱线的强度可以进行定量分析

====电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)====
* 
* ICP-MS的检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部份为ppt级，实际的检出限不可能优于你实验室的清洁条件。必须指出，ICP-MS的ppt级检出限是针对溶液中溶解物质很少的单纯溶液而言的，若涉及固体中浓度的检出限，由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS检出限的优点会变差多达50倍，一些普通的轻元素(如S、 Ca、Fe 、K、 Se)在ICP-MS中有严重的干扰，也将恶化其检出限。
* 
* ICP-MS由作为离子源ICP焰炬，接口装置和作为检测器的质谱仪三部分组成。
* 
* ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体(ICP)，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。
* 
* 强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k的等离子焰炬。被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子体的高温使样品去溶剂化，汽化解离和电离。部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按照其质荷比分离。在负载线圈上面约10mm处,焰炬温度大约为8000K,在这么高的温度下,电离能低于7eV的元素完全电离，电离能低于10.5ev的元素电离度大于20%。由于大部分重要的元素电离能都低于10.5eV，因此都有很高的灵敏度，少数电离能较高的元素，如C，O，Cl，Br等也能检测，只是灵敏度较低。

==检测标样==
[[File:水中重金属.jpg|缩略图|水中重金属[https://http://metal.csc86.com/uploadfile/2015/0310/20150310015340194.jpg 原图连接][http://zixun.99114.com/90445250_2.html 图片来源于]]]
* 美国加联提供各类基体的块状标样，包括符合欧盟标准的铝基ROHS标样、锌基ROHS标样、铜基ROHS标样、PVC/PE/PPROHS标样等里面含有铅、镉、汞、氟、氯、溴、碘。此外，东标，微谱可检测的样品包括:橡胶制品检测、塑料制品检测、精细化学品检测、各种水体检测、饮料检测、玩具检测、食品检测、土壤检测等等。<ref>[https://www.360kuai.com/pc/9a066c9fe9c5cf476?cota=4&tj_url=so_rec&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1 食品中重金属元素检测方法研究进展 快资讯网 农业环境科学2018-05-18 16:57]</ref>
* 
[[File:重金属危害.jpg|缩略图|重金属危害[https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1587314005963&di=435df834dbba18bddd53b297580033ae&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fwww.sanliny.net%2Fupload%2Fimages%2F20181108_153951.jpg 原图连接][http://www.sanliny.net/news/shownews.php?lang=cn&id=383 图片来源于]]]
* 例如，汞中毒的临床表现有:全身症状为头痛、头昏、乏力、发热。口腔及消化道症状表现为齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有臭味，并有恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻。皮肤接触可出现红色斑丘疹，以四肢及头面部分布较多。少数患者可有肾损害，个别严重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困难、绀紫等急性间质性肺炎的表现。
*  
*  重金属中毒会使体内的蛋白质凝固，这个你可以从高三的化学书看到。如果轻微中毒就大量喝牛奶。牛奶中的蛋白质会和重金属反应。这样不会损伤到你自身的身体机能。喝了以后还必须马上就医。
* 
*  对什么是重金属，目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞(水银)、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。
* 
* 重金属元素由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染，它们不能被生物降解。鱼类或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒，轻则发生怪病(水俣病、骨痛病等)，重者就会死亡。所以我们不要过量地进食海产，每次进食前一定要把海产彻底煮熟，以免吃入细菌。<ref>[http://www.fstrhb.com/Article/fjzjsdzxcl.html 富集重金属大闸蟹吃了对人体有害吗? 铁人环保 2019-12-19 09:16:32]</ref>


<center>
<center> '''教学视频之重金属检测样品制备'''</center>
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</center>
==参考文献==
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[[Category:427 340 化學總論]]