各种元素的化学形态分析
硅与碳元素知识的总结分析
硅与碳元素知识的总结分析作者：方琼来源：《中学课程辅导·教师教育》 2019年第2期前言硅元素与碳元素在形态、性质及结构等方面存在着许多不同，但也存在许多相同之处，将二者进行比较，并做出总结分析，有利于加深对相关知识的学习，加强对其知识的巩固，提升理解水平。
一、在自然界中存在的形式在元素周期表中，硅元素与碳元素属于易得电子和易失电子的主族元素的中间位置，硅元素与碳元素的最外层电子数都为4，易生共价化合物；单质晶体所谓类型都为原子晶体，氧化物的晶体类型稍有不同，硅元素的氧化物还是原子晶体，碳元素的氧化物是分子晶体；但是在原子半径上差别较大，硅元素的原子半径要大于碳元素；碳元素的熔点很高，硅元素的熔点比金刚石稍低；但二者都是很弱的非金属元素，一般的常温环境中二者都不会与其他物质产生反应。
硅元素在地壳中的含量达到了26.3%，含量仅次于氧。
在自然界中，由于硅易与氧结合，所以不存在游离态的硅。
硅在自然界以化合物的形态出现，以硅酸盐或二氧化硅的形式存在于各种矿物及岩石中，在地壳中，由硅含氧化合物构成的硅酸盐矿或石英矿也可以窥见它的影踪，这类矿石大部分都十分坚硬。
而碳元素在自然界中的形态与硅元素差别非常大。
就整个地球而言，碳元素是形成化合物种类最丰富的元素，如地壳中的碳酸盐矿，如石油、蛋白质、糖、动植物体内脂肪及纤维素等有机物，又如游离状态的碳，如石墨及金刚石等晶体。
碳元素是构成动植物的重要元素，生物生命的必要元素核苷酸和氨基酸就是以碳元素为基础逐渐进化演变而来的，碳链一节节接长成为蛋白质及核酸，演化出单细胞生物，进而再演化成鸟、兽、鱼、虫，演化成猴子、猩猩、再逐渐进化成为人类，所以，没有碳就没有生命的存在，含碳的化合物奠定了一切生命的基础。
二、结构类型及物理性质硅元素的形态可以分为晶形和无定形两种，晶体一般以正四面体空间网状结构呈现，类似于金刚石。
晶形是灰黑色的、有金属光泽的、脆而硬的固体形态，单晶硅和金刚石是典型的原子晶体。
环境中砷元素的分布_化学形态_生物毒性及其污染治理
1砷的分布砷是周期表中第四周期、第五族元素，原子序数33，原子相对质量74.92159，在自然界中有着广泛的分布，地壳中砷的含量约为5.5×10-8。
砷在自然界中极少以单质状态存在，主要是以砷化合物方式存在，如雄黄（As2S2）、雌黄（As2S3）、硫砷铁矿（FeAsS）和砷钴矿（CoAs2）等。
世界自然土壤中砷的背景值一般为5~ 10mg·kg-1[1-2]，我国土壤砷背景值的监测结果表明，在4093个样品中，砷的算术平均值为11.2mg·kg-1，几何均值为9.2mg·kg-1[3]。
大气圈中含砷的量为0.01~ 1.0μg·m-3，水圈中砷的浓度较低，在5~50μg·L-1之间[4]。
2砷的污染砷的污染主要来自矿山开采、含砷矿石冶炼、以砷为原料的化工生产以及工农业中含砷化合物的使用等。
美国环境保护署（USEPA）把砷定为五大有毒元素之一[5]。
据报道，我国自1956—1984年期间曾发生30余起砷中毒事件[6]。
湖南素有“有色金属之乡”的美誉，由于矿产开采和金属冶炼活动，造成湖南的砷毒土壤中砷含量是世界土壤平均含砷量的8~544倍[7]。
湖南省宜章县生产砒霜的净化池中，水中含砷量达到2000mg·L-1，周围灌溉井水中砷含量为0.9mg·kg-1，高的达8mg·kg-1[8]。
石门县雄黄矿附近的3个村庄土壤中砷的含量为84~296mg·kg-1[9]。
常宁县水口山附近的水稻田中砷含量达到92~840mg·kg-1[10]。
对郴州某砷污染区进行研究，结果表明该地区土壤含砷量为19.5~237.2mg·kg-1，平均为63.9mg·kg-1，比全国平均土壤含砷量高2~25倍[11]。
20世纪90年代末，冷水江市的锡矿区曾经发生过As急性中毒的事故[12]。
曾敏等[13]也报道湖南郴州、冷水江市和石门县雄黄矿附近的土壤和植物受到严重的砷污染。
16元素形态分析
有机物和硫化物结 合态（可氧化态）
0. 02 mol/ L HNO3 +30% H2O2 ,pH 2 , 85 ℃, 震荡， 回到25 ℃, 再加3. 2 mol/ L NH4Ac 3 mol/ L HNO3
残渣态
HF + HClO4+HCl消解Tess来自er方法的局限性
1，在可溶态提取步骤中，有可能导致元素结果偏 高。由于Cd和Cl形成的化合物在高浓度氯化物介 质中相当稳定（lgk值介于1.98-2.4之间），导致 可交换态结果明显偏高． 2，提取剂缺乏选择性，提取过程中存在重吸附和 再分配现象． 3，缺乏统一的标准分析方法，分析结果的可比性 差．
铁锰氧化物结合 态（可还原态）
有机物和硫化物结 合态（可氧化态）
残渣态
Tessier法的具体流程
以1g样品为例
可交换态
1 mol/ L MgCl2,pH 7. 0
碳酸盐结合态
1 mol/ L NaAc, 用HAc 调至pH 5. 0
铁锰氧化物结合 态（可还原态）
0. 04 mol/ L NH2OH .HCl ,4. 4 mol/ L HAc , 96 ℃
形 态 分 析
模拟 计算
以化学平衡为基础建立相应的模型进行计算是形态分析中很重 要的一种方法。但模拟计算因同时考虑平衡关系和不同组分间 相互影响较多，计算复杂，需要建立相关的热力学、动力学数 学模型解决问题，因此主要用于水体系的形态分析 是模拟自然的和人为的环境条件变化,按从弱到 强的原则,合理使用一系列选择性试剂连续溶解 不同吸持痕量元素的矿物相,将样品中不同赋存 状态的元素解析出来,分别测定。把原来单一分 析元素全量的评价指标变成为元素各形态的分 析，从而提高了评价质量。
浅谈土壤中各种化学元素存在形式的分析
浅谈土壤中各种化学元素存在形式的分析摘要：土壤中的各化学元素的含量及其存在形式与土壤的质量息息相关，决定着土壤的特性，对土壤中的化学元素含量进行研究，有利于对土壤正确的认识，从而对土壤的特征及其应用能够提供科学依据，促进土壤发挥更加重要的作用，促进我国经济社会的发展。
随着城市化进程的加快，城市规模不断扩大，土壤资源也在减少，成为稀缺资源。
对土壤的特性和所含元素的分布进行研究能够有效的了解城市化水平的加深对土壤质量造成的影响，不仅能够减少工业发展对土壤资源的污染，提高人们对土壤资源的保护意识，而且能够促进土壤资源合理的投入使用，对人类的生产活动发挥出最大的价值，提高土壤资源的经济效益。
关键词：土壤；化学元素；存在形式前言：土壤资源是人们赖以生存的不可或缺的资源之一，对人类社会的可持续发展具有重要意义，土壤资源的发展影响着人们的基本生产资料和农业生产。
随着工业排放等污染日益增多对土壤中元素的含量及分布形式会有不利的影响，更会对农作物的生长和农产品的质量产生影响。
对土壤中化学元素含量及分布形态进行测量，监测土壤中各化学元素的变化是否在正常范围内，从而能够发现含量正常的元素及含量不正常的元素，对产生问题的土壤进行直接的反馈，有利于反映土壤受人类活动的影响。
因此，要加强对土壤中化学元素存在形式研究的重视程度，及时发现土壤资源中存在的问题，尤其对重金属元素的迁移和积累进行观测，减轻土壤的污染情况，为人类的国土安全配置、工农业生产等提供良好的基础。
1.土壤中各化学元素存在形式的测定方法研究1.1化学元素形态分析概述我国作为一个农业大国，土壤中各化学元素的含量及存在形态对农作物的生长具有极其重要的影响，决定着我国农业的发展水平和农村人口的生活质量状况。
土壤中的每一个化学元素往往都具有不同的存在形式，具有的物理性质和化学性质也各不相同，在不同的存在形式下具有不同的活性，某种存在形式可能对植物的生长和人类的发展具有有利的影响，而另外一种存在形式则对人类产生不利的影响。
化学元素
元素辅助资料：
含铍的矿石有许多透明的、色彩美丽的变种，自古以来是最名贵的宝石。在我国古代文献中记载着这些宝石，如猫精，或称猫精石、猫儿眼、猫眼石，也就是我们现在称的金绿玉。这些含铍的矿石基本上都是绿柱石（beryl）（3BeO·Al2O3·6SiO2）的变种。
克拉普罗特曾经分析过秘鲁出产的绿玉石，但他却没能发现铍。柏格曼也曾分析过绿玉石，结论是一种铝和钙的硅酸盐。18世纪末，化学家沃克兰应法国矿物学家阿羽伊的请求对金绿石和绿柱石进行了化学分析。沃克兰发现两者的化学成分完全相同，并发现其中含有一种新元素，称它为glucinium，元素符号定为Gl。这一名称来自希腊文glykys，是“甜”的意思，因为它的盐有甜味。沃克兰在1798年2月15日在法国科学院宣读了他发现新元素的论文。由于钇的盐类也有甜味，因此glucinium改为beryllium（铍），元素符号为Be。这一词来自绿柱石。
氢的同位素分别被命名为1H是protium（氕），2H是deuterium（氘），3H是tritium（氚）。
元素序号：1
元素符号：H
元素名称：氢
元素原子量：1.008
元素类型：非金属
发现人：卡文迪许发现年代：1766年
元素辅助资料：
氢和氧同氮一样，广泛分布在自然界中。氢的发现比较晚。这主要是因为在化学科学实验兴起以前，人们的智慧被一种虚假的概念所束缚，好象任何气体既不能单独存在，也不能收集，更不能称量。
1766年，英国化学家卡文迪许发表了关于“可燃性空气”的专门论述。其中，描述了多种制取“可燃性空气”的方法，并提供了“可燃性空气”的比重比空气轻7倍。1770年，法国化学家教授莱默里认识到铁屑可以与稀硫酸和盐酸作用制得“可燃性空气”。另外还有法国化学家马凯以及拉瓦锡都比较深入的研究了“可燃性空气”。拉瓦锡通过实验确定了“可燃性空气”与水之间的关系，拉瓦锡给予了它新的名称hydrogene。这里的“hydro”是希腊文中“水”，“gene”是“产生”、“源”，缀合起来就是“水之源”。它的拉丁名称hydrogenium和元素符号H由此而来。
土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素
当代化工研究Modern Chemical R esearch 132019•06综述与专论土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素*王高飞（海南省地质测试研究中心海南571400）摘耍：土壤中重金属的污染直接导致植物受到伤害，从而威胁到人类和动物的健康.因此，为了对这一环境污■染问题进行深入分析，制定切实可行的阻力和缓解措施，然后，有必要通过重金属元素形态来分析重金属形态分布对重金属污染的影响.建立风险预测机制以确定重金属的活动分类，存在状态和毒性.本研究从土壤中重金属元素形态分布、土壤中重金属元素形态分布测量方法以及澎响其分布的主要因素三个方面进行了简要的阐释.关键词：重金属元素；元素分析；元素形态分布中EB分类号：T文献标识码：ASpeciation Analysis Method of Heavy Metal Elements in Soil and Influencing Factors ofSpeciation DistributionWang Gaofei(Hainan Provincial Geological Testing Research Center,Hainan,571400)Abstract:The pollution of heavy metals in soil directly leads to plant injury,thus threatening the health of human beings and animals. Therefore,in order to deeply analyze this environmental p ollution problem andformulate f easible resistance and mitigation measures,it is necessary to analyze the influence of heavy metal speciation distribution on heavy metal pollution through heavy metal speciation analysis.Establish a risk prediction mechanism to determine the activity classification,presence status and toxicity of h eavy metal This study briefly explained the speciation distribution of h eavy metal elements in soil,the measurement method of t he speciation distribution of h eavy metal elements in soil and the main f actors affecting its distribution.Key words z heavy metal elements\element analysis\element speciation distribution1.前言虽然重金属的有效含量可以反映一定的生物利用度，但难以反映重金属的潜在危害以及不同形式的迁移转化特征；重金属形态的研究可以对重金属活性进行分类，揭示重金属在土壤中的存在状态，迁移转化，生物有效性，毒性和可能的环境影响。
§2-1元素与物质的分类(鲁科化学必修1)
§2-1元素与物质的分类——鲁科版 必修1 第二章 元素与物质世界作者：史学强 Email:suifengpiaoguo@ 20011年3月15日§2-1元素与物质的分类【知识梳理】1元素与物质的关系1．元素与物质的关系：从本质上看，元素是物质的基本组成成分，物质都是由元素组成的；从数量上看，110多种元素组成了几千万种的物质。
2．元素的组成形式：（1）单质：同一种元素自身组成的物质叫单质，有金属、非金属、稀有气体。
（2）化合物：不同的元素之间组成的物质叫化合物。
3．元素的存在形态：（1）游离态：元素以自身形式结合成单质时的存在状态，此时的化合价为零价。
（2）化合态：元素与另外的元素之间结合成化合物时的存在状态，此时的化合价一般为正价或负价。
【知识梳理】2物质的分类1．物质分类的方法：（1）按物质是否由同种物质（分子）组成，将物质分为纯净物和混合物。
由同种物质（分子）组成的物质叫纯净物；由不同物质的分子组成的物质叫混合物。
（2）按组成物质的元素的种类把纯净物分为单质和化合物。
（3）化合物的分类方法很多，如按化合物的性质分类，又把化合物分为酸、碱、盐、氧化物等；若按化合物在水溶液或在融化状态下是否导电，则可以分为电解质和非电解质；若按在化学反应中的表现，则分为氧化剂和还原剂。
按混合物中分散质粒度大小可将混合物分为溶液、胶体和浊液等。
说明：①物质的分类方法和依据很多，按不同的方法可得出不同的类别。
②类别名称只是为了标识不同分类结果的一种定义。
③注意分类依据和分类的对象、类别之间的层级关系和区别。
（4）两种常用的分类方法——“交叉分类法”和“树状分类法”2．单质、氧化物、酸、碱和盐之间的相互关系（1）金属的化学通性：① 金属+非金属→无氧酸盐 ② 金属+氧气→金属氧化物 ③ 较活泼金属+酸（硝酸、浓硫酸除外）→盐+氢气④ 较活泼金属金属+较不活泼金属的盐溶液→较不活泼金属+较活泼金属的盐溶液（2）氧化物的化学通性：树状分类举例①酸性氧化物+水→含氧酸②酸性氧化物+碱→盐+水③酸性氧化物+碱性氧化物→盐④碱性氧化物+水→碱⑤碱性氧化物+酸→盐+水说明：能跟酸反应生成盐和水的氧化物叫碱性氧化物；能跟碱反应生成盐和水的氧化物叫酸性氧化物。
元素的形态分析
★形态分析（Speciation Analysis）：是指某一待测物（元 素）在真实试样中的原子和分子状态获得证实的过程。也 可表述为：表征和测定某个元素在生物样品或环境中存在 的不同化学形态和物理形态的过程。
5
2 连续搅拌30min
室温
表2 BCR分级萃取方法（1g土壤）
步 元素分级 骤
试剂
体积 温度 （ml） （℃）
萃取时间
1 水溶态、可 0.11mol/LCH3COOH 交换态、碳
酸盐结合态
40 22± 振荡16h（过夜） 5
2 Fe-Mn氧化 0.1mol/LNH2OH·HCl用 40 22± 振荡16h（过夜）
在自然环境（水、大气、土壤、沉积物）中，砷主 要以无机砷（砷酸和亚砷酸）的形式存在，而在有机体 中，由于生物甲基化过程，在生物体内产生了许多毒性 教低或无毒的砷形态。
主要有MMA（单甲基胂酸）、DMA（二甲基胂 酸）及砷的氨基酸衍生物，如AsB（甜菜碱砷）、 AsC（胆碱砷），特别是后两个作为新陈代谢过程的 产物，存在于生物（特别是海产品）的组织中，现已 确认它们是无毒的物质。
亚砷酸盐[As(Ⅲ)]的高毒性与其对一些生物酶中 的硫代基的高亲和性有关，这一结果导致酶失去生物 活性和堵塞生化过程，而砷酸盐[As(Ⅴ)]的毒性比亚 砷酸盐要小，但两者都被认为是致癌物质。砷中毒可 诱发肺癌、膀胱癌和皮肤癌。通过生物体内的甲基化 过程，可以降低无机砷的毒性，这是因为甲基化过程 的产物是中等毒性或无毒性的有机络合物。
元素的形态分析
一、前言 1、形态及形态分析的定义 2、形态分析的重要性和必要性 3、形态分析的特点及要求 4、元素的毒性与生物可给（可利用）性 5、形态分析中的分离与检测技术 二、形态分析中的试样前处理 1、概述 2、试样的采集及储存 3、试样的前处理技术 4、形态分析中的标准参考物质
马蹄香中8种微量元素的初级形态
· 48 ·收稿日期：2011-05-10 *通讯作者基金项目：国家自然科学基金项目(51062018)；民族药资源化学国家民委－教育部重点实验室开放课题(MZY1105)。
作者简介：焦立响(1984—)，男，山西大同人，硕士研究生，研究方向为药物分析。
焦立响，夏 艳，黄 梅，李文娟，叶艳青，郭俊明*(云南民族大学民族药资源化学国家民委－教育部重点实验室，昆明 650500)摘要：采用原子吸收光谱法测定了湿法消解法处理的野生马蹄香及其水提液等中的K 、Ca 、Mg 、Zn 、Fe 、Cu 、Cd 和Pb 8种微量元素。
结果表明，野生马蹄香中含有丰富的微量元素，原药中8种微量元素的含量顺序为K>Ca>Fe>Mg>Zn>Cu>Pb>Cd ，水煎液和残渣中各元素含量均低于原药中含量，一次水煎液中各元素的含量远高于二次水煎液，除Fe 外，水煎液及可溶态中各元素含量顺序与原药相同，而固体残渣和悬浮态中各元素含量与原药相同；Mg 、K 、Cu 、Cd 和Zn 元素易被水提取，而Fe 较难提取。
方法测定回收率在94.39%～113.10%之间，准确可靠。
关键词：马蹄香；初级形态分析；微量元素；火焰原子吸收光谱法中图分类号： TS 201.4 文献标志码： A 文章编号：1005-9989(2012)02-0048-04Primary speciation analysis of eight trace elements in Valerianajatamansi JonesJIAO Li-xiang, XIA Yan, HUANG Mei, LI Wen-juan, YE Yan-qing, GUO Jun-ming *(Key Laboratory of Ethnic Medicine Resource Chemistry, State Ethnic Affairs Commission &Ministry of Education, Yunnan University of Nationalities, Kunming 650500)Abstract: The eight trace elements, K, Ca, Mg, Zn, Fe, Cu, Cd and Pb, in Valeriana jatamansi Jones via wet digesting method and extracted based on traditional analytical flowchart program, were determined by fl ame atomic absorption spectrometry(FAAS). The results show that the trace elements in Valeriana jatamansi Jones were abundant, the total contents of eight trace elements in order were K>Ca>Fe>Mg>Zn>Cu>Pb>Cd, the contents in the aqueous extract and residue were lower than primary medicine, the contents in the fi rst aqueous extract were higher than the second aqueous extract, except the content of Fe, the order of other seven trace elements content in the aqueous extract and water-solution state were the same as primary medicine, but the content in the residue and suspension state were the same as primary medicine. Mg, K, Cu, Cd and Zn were easy to extracted by water, while Fe was hard to extracted. The assay of recoveries of the elements were ranged from 94.39%~113.10%, the method was reliable.Key words: Valeriana jatamansi Jones; primary speciation analysis; trace elements; flame atomic absorption spectrometry (FAAS)马蹄香中8种微量元素的初级形态分析2012年 第37卷 第2期· 49 ·马蹄香(Valeriana jatamansi Jones)系败酱科缬草属植物，又名蜘蛛香、土细辛、印度缬草、老虎七等，由于其有鸡屎臭味，云南滇南少数民族彝族、哈尼族等俗称“鸡屎臭药”，主要分布在云南全省及贵州、四川、湖北、陕西、河南等省[1]。
不同产地矮地茶微量元素的形态分析
不同产地矮地茶微量元素的形态分析许晴涵;王良贵;王品横;曾荣通;姚万万;朱科妍【摘要】[目的]对不同产地矮地茶水煎液中微量元素进行形态分析.[方法]采用微量元素形态分析流程、原子吸收光谱法对7个产地矮地茶中微量元素Ca、Fe、Zn、Mn、Cu、Pb、Cd的初级及次级形态进行研究.[结果]7个产地野生矮地茶中微量元素含量为Ca ＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Pb,Cd未检出,7种元素的提取率在33.05％～ 72.33％、浸留比在0.32 ～ 7.29、悬浮态颗粒吸附率在0.36％～25.30％,该法对各元素的加标回收率为90.5％～ 110.2％,相对标准偏差＜5％.[结论]7个产地矮地茶中7种微量元素均符合药用植物绿色行业标准,不同产地矮地茶同种微量元素含量有差异.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2014(000)022【总页数】3页(P7395-7397)【关键词】矮地茶;微量元素;火焰原子吸收光谱法;形态分析【作者】许晴涵;王良贵;王品横;曾荣通;姚万万;朱科妍【作者单位】丽水学院理学院,浙江丽水323000;丽水学院理学院,浙江丽水323000;丽水学院理学院,浙江丽水323000;丽水学院理学院,浙江丽水323000;丽水学院理学院,浙江丽水323000;丽水学院理学院,浙江丽水323000【正文语种】中文【中图分类】S567矮地茶属紫金牛科植物紫金牛(Ardisia Japonica(Thunb.)Blume)的干燥全草，具有止咳化痰、祛瘀解毒、利尿、止痛的功效，主治咽喉肿痛、关节疼痛、闭经、肺结核、慢性支气管炎、黄胆型肝炎与脱力劳伤［1］。
它广泛分布于我国长江流域以南低山疏林阴湿处，为中医常用药物之一，尤其在少数民族如土家族、畲族、瑶族、壮族、苗族、傣族中得到广泛运用。
近年来对矮地茶及其同属植物的化学成分、药理作用、抗菌活性以及组织培养、栽培技术的研究较多［2－6］。
对矮地茶中主要有效成分岩白菜素的测定已有报道［7］，但对其中的微量元素的测定鲜有报道，而微量元素是中药归经和药性物质基础的重要组成部分，其特点是数量小、功能作用大，对许多生物分子的活性往往起着关键调控作用［8］，且微量元素也是药材道地性监控的重要部分。
土壤和沉积物中元素的化学形态及其顺序提取法
土壤和沉积物中元素的化学形态及其顺序提取法一、本文概述《土壤和沉积物中元素的化学形态及其顺序提取法》这篇文章旨在深入探讨土壤和沉积物中元素的化学形态，以及如何通过顺序提取法来有效分析和理解这些元素的存在状态。
文章首先概述了土壤和沉积物中元素化学形态的重要性，包括它们对环境质量、生态健康以及人类活动的影响。
接着，文章介绍了顺序提取法的原理和应用，该方法可以系统地提取和分离土壤和沉积物中的不同元素形态，从而为我们提供关于元素在环境中分布和转化机制的关键信息。
文章将重点关注顺序提取法的具体步骤和操作，包括提取剂的选择、提取条件的控制以及提取过程中可能遇到的问题和解决方法。
文章还将对提取结果进行分析和讨论，以便更好地理解元素在土壤和沉积物中的化学形态及其与环境因素的关系。
通过对土壤和沉积物中元素化学形态的研究，我们可以为环境保护、农业管理以及资源利用等领域提供科学依据，有助于实现可持续发展和生态平衡。
因此，本文旨在通过系统介绍顺序提取法，推动相关领域的研究和应用，为环境保护和可持续发展做出贡献。
二、元素在土壤和沉积物中的化学形态在土壤和沉积物中，元素的存在形态是多种多样的，这些形态直接影响了元素的生物可利用性、迁移性和环境行为。
了解元素在土壤和沉积物中的化学形态对于评估其环境风险、指导土壤修复以及理解元素在生态系统中的循环过程具有重要意义。
元素在土壤和沉积物中的化学形态主要包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。
这些形态之间存在着复杂的转化关系，受到土壤和沉积物的理化性质、环境条件以及元素的生物地球化学过程等多种因素的影响。
可交换态元素是指那些与土壤或沉积物中的阳离子交换点位结合的元素，其生物可利用性较高，易于被植物吸收利用。
碳酸盐结合态元素则是指与碳酸盐矿物结合的元素，这种形态的元素在酸性条件下容易释放到环境中。
铁锰氧化物结合态元素是指与铁锰氧化物结合的元素，这种形态的元素在还原条件下可能释放到环境中。
第三章 元素的化学形态分析
大约在一百年前就已发现，给动物注入活性染料，全身组织 都染上色而唯独脑组织却不染色。但是如果把染料直接注 入蛛网膜下腔，则脑组织迅速被染色。以后的大量实验研 究表明，有些物质完全不能由血进入脑组织间液；有些物 质进入很缓慢；而有些物质的进入颇为迅速。
总之，在血-脑之间有一种选择性地阻止某些物质由血入脑的 “屏障（barrier)”存在，称为血脑屏障(BBB)。血脑屏障的 功能在于保证脑的内环境的高度稳定性，以利于中枢神经 系统的机能活动，同时能阻止异物(微生物、毒素等)的侵 入而有保护作用。
周天泽 男， 1938年11月出生。 首都师范大 学化学系研究员。
兼任“化学教育”“环境科学”“分析实验室” 杂志编委。
从事痕量成分检测及分离，离子色谱及HPCC的科 研工作。在国内外刊物上发表130多篇实验论文及 报告（其中SCI收集20篇）。
专著有：《分析化学中的配位化合物》（北京大 学出版社）、《分析化学中的多元络合物》（科 学出版社）、《化学分析测试中的干扰与消除》 （首都师范大学出版社，1996年）等。
• 形态分析是当前环境科学、生物化学和 生命科学领域中颇为活跃的前沿性课题。
• 二、形态分析的意义及重要性
• l 在污染物迁移转化规律研究中具有的意义及 重要性
• 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之一，即环境化学研 究的对象。
• 然而，污染物在环境中的迁移转化规律，并不 取决于污染物的总浓度，而是取决于它们化学 形态的本性。
• 因此，只有借助于形态分析才有可能阐 明化学污染物进入环境中的方式及迁移、 转化过程的本质；阐明化学污染物在水、 气和土壤循环中的地球化学行为，为区 域环境污染的综合防治提供重要的科学 依据。
关于土壤中重金属形态的化学分析
由于土壤中无硅酸盐一般被铁锰氧化物质包围住，不可能单纯的通过分析重金属分布准确的确定重金属元素的化学形态，加之，电子物探技术也很容易受到外界因素干扰，所以SXRFS技术被广泛应用起来，显著提升了灵敏性和分辨率，能够准确获得土壤中不同重金属元素的分布情况，为接下来分析重金属元素化学形态奠定了良好基础。
第二步 在固体残渣中加入40mL的NH4OH?HCI，之后操作如上步。
第三步 在上一实验环节中留下的固体残渣中加入10mL过氧化氢，盖上盖子后，常温下静置1h，期间间歇性的摇晃，之后用水浴加热到85℃左右，再加入过氧化氢，在85℃恒温水浴箱内静置1h。前半小时内间歇性振荡，后半小时对其进行加热处理，使溶液减少到3mL以下。加入50mL醋酸铵，振荡、加热后，使溶液减少到1mL，放入振动器内连续振荡16h，如第一步操作，最后将清液倒入聚乙烯容器中。
三、土壤中重金属元素化学形态的分析方法
现阶段，经过多年研究与发展，土壤中重金属元素化学形态的分析研究已经取到了显著成绩，形成了多种化学形态分析方法，主要有电化学分析法脉冲极谱法、单扫描极谱法、新极谱法、溶出伏安法、同位素方法、表面分析技术等。随着显微技术的不断发展，专家们应用电子显微镜技术去鉴定土壤中Pb、Au等重金属元素的化学形态。此外，微区x线衍射技术在鉴定土壤中重金属元素化学形态上的应用也较为频繁。
BCR法是连续提取方法中的一种，通常是依次采用中性、弱酸性、中酸性、强酸性提取剂进行提取、分离试验操作。根据欧洲参考交流局提出的最新四步BCR法，将土壤中重金属元素化学形态分为酸溶态如碳酸盐结合态、可还原态如无定型氧化铁结合态、可氧化态如有机结合态、残渣态。
第一步 从风干土样中准确称量1g土壤，放入100mL离心管内，加入40mL的乙酸，置于振动器中连续振荡16h，温度宜为18℃25℃之间，再放入离心机内进行离心，速度为3000g，时间为20min。最后用水稀释，将上面清液倒入容器中，留下固体残渣。
黄芪中锌、铁、铜元素形态分析
黄芪中锌、铁、铜元素形态分析金华;李波;刘金铭;曾晓丹;刘治刚【摘要】采用中药煎煮法对黄芪中锌、铁、铜元素的不同化学形态进行提取.通过火焰原子吸收光谱法对各种形态中各元素含量进行考察.结果表明,黄芪中3种元素的溶出率顺序铜＞锌＞铁;3种元素的总提取率介于45.0％～69.0％;残留率介于28.0％～54.0％;浸流比介于85.0％～240.0％;悬浮态颗粒吸附率介于8.0％～21.0％;可溶有机态与无机态比值介于8.0％～63.0％;残渣有机态与无机态比值介于15.0％～34.0％.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】3页(P18-20)【关键词】黄芪;微量元素;原子吸收光谱法;形态分析【作者】金华;李波;刘金铭;曾晓丹;刘治刚【作者单位】吉林化工学院分析测试中心,吉林吉林132022;中国石油吉林石化分公司,吉林吉林132021;吉林化工学院化学与制药学院,吉林吉林132022;吉林化工学院分析测试中心,吉林吉林132022;吉林化工学院分析测试中心,吉林吉林132022【正文语种】中文【中图分类】O655.6中草药作为药食同源的食品，在我国已有悠久历史.通过加工将中草药特别是补益类中药制成复合饮品、酸奶、保健茶、粥等保健类食品，不但方便食用，更有利于发挥药材中的营养和药用价值.黄芪是我国传统补中益气的中药，具有健脾补中、消肿利尿、美容养颜的作用.现代研究还表明黄芪中含有多糖、黄酮、皂苷以及多种氨基酸和微量元素，其保肝、利尿、抗衰老、抗肿瘤、抗疲劳、抗病毒、调节免疫力及心血管系统、降血糖等功效已经得到临床的广泛认可.随着人们对身体健康的日益关注，越来越多的中草药被应用于保健食品中.黄芪由于其含多种活性成分，具有显著的药理作用，在食品工业中已经得到广泛应用.例如黄芪酸奶[1]、黄芪粥[2]、黄芪-红枣复合饮料[3]、黄芪六一保健茶[4]、黄芪感冒茶[2]等等.常食黄芪等药食同源的补品，既可以强健身体，又可以改善亚健康状态.人们在享受美食的同时，又达到了祛病防病的作用.因此黄芪作为具有巨大开发潜力的中草药，其活性成分以及药理作用仍有待更全面、更深入的研究.研究表明黄芪的生理活性以及药效是由于其含有的微量元素与多糖、黄酮、皂苷等有机成分协同作用的结果.而仅对微量元素总量进行研究显然是不够的，对微量元素存在状态进行研究更为重要.中药微量元素的存在形态不同，所呈现的药理功能、毒性以及在机体内的分布均有很大差别，所以在研究中药微量元素的作用时，不但要考察其总量的高低，更要研究其存在状态，只有这样才能更好的揭示中药活性成分与元素之间的作用机理，为中药的利用和开发提供指导.本研究拟对黄芪中与人体代谢和分泌有关的锌、铁、铜元素进行形态分析研究，为综合开发利用中药资源提供理论基础.1.1 试剂与仪器1.1.1 仪器S2D2AA型原子吸收光谱仪(美国THEROM公司)，电子天平AEG220(日本岛津)，KQ250DE 数控超声波清洗器(江苏昆山超声波仪器有限公司)，DK98-1数显恒温水浴(天津市泰斯特仪器有限公司)；孔径为0.45 μm滤膜(上海市医学化验所,上海市兴亚净化器材厂)；锌、铁、铜空心阴极灯(北京曙光电子光源仪器有限公司). 1.1.2 试剂锌、铁、铜标准溶液(国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)；丙酮、无水甲醇、无水乙醇、盐酸、硝酸、高氯酸等均为国产分析纯；纯净水(吉林娃哈哈食品有限公司)；LSA-10大孔吸附树脂(郑州勤实科技有限公司)；黄芪为市售，经鉴定为正品.S2D2AA型原子吸收光谱仪仪器工作条件见表1.1.2 实验过程1.2.1 微量元素总含量测定准确称取原生药1.0 g，加入适量HNO3浸泡过夜，次日在电热板上加热，适当补加HNO3和HClO4，保持微沸至澄清透明，加少许H2O2，继续加热至近干，加入少量纯净水.冷却后定容至50 mL容量瓶中，同时做样品空白,按表1原子吸收光谱(FAAS)法仪器工作条件测定，标准曲线法定量.1.2.2 微量元素形态分析流程参考中草药微量元素形态分析的相关文献[5-8]，拟定以下分析流程，如图1所示.2.1 元素形态分析结果及溶出率按表1仪器工作参数，FAAS法测定形态分析流程分离后各态消解液，结果见表2.根据表2的测定结果，计算Zn、Fe、Cu元素的溶出率[9-11]，结果见表3.表2显示，黄芪中Zn、Fe、Cu以各种形态存在的含量参差不齐，是多形态共处的无机-有机混合体系.其中，Fe含量最多，其余依次是Zn、Cu.而在溶出率结果中，Zn、Fe元素的溶出率较接近，均介于24.0%～27.0%之间；Cu的溶出率53%，表明在黄芪中Cu元素较Zn、Fe更易溶出.可见，黄芪中微量元素的溶出率并不完全取决于总含量，还与该元素的存在形态有关.黄芪中Zn、Fe、Cu的溶出率均不高(低于80%)，究其原因可能是由于上述元素在药材中与某些官能团缔合形成配合物或有机化合物，单纯的煎煮方法不能将其游离出来[14-16].研究表明微量元素的溶出率还与煎制工艺也有关，我们可以考虑借助超声波或微波等现代工艺手段来提高有效成分的溶出率[14-15].3种元素的可溶态含量均大于悬浮态；可溶态中无机态含量均大于有机态；残渣无机态含量均大于残渣有机态，在以上三项中，Fe均具有明显优势.水提残渣中仍有相当可观的Zn、Fe、Cu存在，残渣有必要再利用.2.2元素的形态分析参数总提取率、残留率、浸留比、颗粒吸附率等参数按文献[5]计算,结果见表4.从表4结果可知，黄芪中Zn、Fe、Cu的总提取率依次递增且介于45.0%～69.0%之间.Cu的提取率在3种元素中最高，可能是由于铜与黄芪中的黄酮、多糖等水溶性有机物结合率较高的原因[12].Zn、Fe的提取率虽然相对较低，但二者在黄芪中的总量比Cu高，所以单纯由提取率来判断某成分的实际服用量是不全面的.浸留比数据显示Cu在3种元素中表现出明显优势，Fe次之.水煎液可溶态中Cu、Fe、Zn有机态与无机态的比值依次递减，这些都在很大程度上决定了黄芪的生物活性. 黄芪中3种元素的溶出率顺序铜>锌>铁；3种元素的总提取率介于45.0%～69.0%；残留率介于28.0%～54.0%；浸流比介于85.0%～240.0%；悬浮态颗粒吸附率介于8.0%～21.0%；可溶有机态与无机态比值介于8.0%～63.0%；残渣有机态与无机态比值介于15.0%～34.0%.微量元素对维持机体新陈代谢和身体健康起着重要作用，也是各种酶、激素和维生素等物质的组成部分.因此，开展有关微量元素的系统研究是十分必要的.另外，黄芪与其他药食兼备的中药协同作用是否会发挥更多、更有效的医疗保健的作用也需要进一步探讨.。
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在环境毒理学、环境医学及生命科学研究中
不同化学形态的重金属，其毒理特性不同
不同的化学形态，对生物体的可利用性也不同
三、形态分析的特点
形态分析为超痕量分析，需要灵敏度高、检
出限低的分析方法 要求高选择性的分析方法 要求在取样和分析过程中必须尽可能避免样 品中原来存在的形态平衡的破坏与变动
实验方法在天然水溶解态重金属形态分析中的
应用
样品处理：常采用光解氧化法
天然水中溶解态重金属的形态 分离、分析步骤
第二节 元素的化学形态分析
一、汞的化学形态分析
汞的化学形态及其毒性
汞在环境中的迁移转化 汞的形态及其毒性 单质汞 无机汞 有机汞
汞在环境中的迁移转化过程
四、锡的化学形态分析
锡的化学形态分析方法
气相色谱法测定沉积物中丁基锡化合物
在冰醋酸中，以苯－己烷混合液提取沉积物中丁基锡 化合物，然后用NaBH4将其转变为挥发性的氢化丁基 锡，用带火焰光度检测器的气相色谱仪进行检测。
低温吹扫捕集－气相色谱－火焰光度法测定水样
中的甲基锡形态
在pH＝5的HAc-NaAc缓冲液中加入硼氢化钾，一甲基 锡（MMT）、二甲基锡（DMT）和三甲基锡（TMT） 分别转化成相应的氢化物，直接倍吹扫捕集到冷阱毛 细管中，经气相色谱分离，用火焰光度检测器检测。
沉积物试样 浸取 萃取和反萃取 色谱测定（外标法）
连续化学浸提法测定土壤汞的形态
不同形态的汞通过不同的溶剂提取，最后用差减法求得 不同形态汞的含量。 汞的测定方法采用冷原子荧光法
二、砷的化学形态分析
砷的化学形态及其毒性
砷的化学行为及迁移转化 分布广泛。
砷的形态及其毒性
砷在自然界主要以亚砷酸盐（Ⅲ）、砷酸盐（Ⅴ）、 甲基砷酸盐及二甲基砷酸盐4种形式存在。 三价砷的毒性较大，比五价砷高60倍。有机砷化物的 毒性比无机砷要低得多，无机砷的甲基化是机体砷降 解的重要途径。
锡的化学行为及迁移转化 主要讨论有机锡化合物。这类物质在工农业的应用十分广 泛。 锡的形态及其毒性
有机锡的化学形态不同，其毒性也有所不同。在其结 构表达式RnSnX4-n中，以R3SnX的生物活性最大，其 中，当R是正烷基、苯基或环己基时毒性最大。 有机锡化合物中以三四烃基锡毒性最大，其次为二烃 基锡，一烃基锡毒性最小。 不同生物对同一种有机锡的敏感程度不同。见P111
第四章 元素的化学形态分析
第一节 概述
一、化学形态概念
化学形态的定义
某一元素在环境中实际存在的离子或分子形式。
化学形态分析
形态分析指确定分析物质的原子和分子组成形式
的过程 测定样品中某一元素单个的物化形式，所有这些 单个的物化形式的浓度之和就是元素的中浓度。
二、形态分析的意义及重要性
三、铬的化学形态分析
铬的化学形态及其毒性
铬的化学行为及迁移转化 铬最高氧化态为6价，具有多种氧化态。 在自然界中主要形成铬铁矿，多以三价铬存在 海水中主要以Cr（Ⅲ）、 Cr（Ⅵ）和有机铬存在 铬的形态及其毒性
三、铬的化学形态分析
铬的化学形态分析方法
水中铬形态的石墨炉原子吸收分析－－双颗粒树
总砷与砷（Ⅲ）之差即为砷（Ⅴ）
二、砷的化学形态分析
离子色谱－氢化物发生－原子吸收法测定天然水
中的砷形态
用离子色谱法分离水样中的砷酸盐、亚砷酸盐、甲基 胂酸盐（MMAA）和二甲基胂酸盐（DMAA）等砷的 形态；然后以KBH4还原，原子吸收法检测。 联用装置图：P76，图4－2 测定顺序为： DMAA As（Ⅲ） MMAA As（Ⅴ）
一、汞的化学形态分析
汞的化学形态分析方法
树脂富集－冷原子吸收法测定天然水中痕量无机
汞和有机汞
水样（无机汞、有机汞） 离子交换富集 有机汞（水相） 无机汞（树脂上） 洗脱 冷原子吸收法测定无机汞 消解后测定总汞
一、汞的化学形态分析
苯萃取－气相色谱法测定沉积物中的甲基汞
应用苯萃取和半胱氨酸发萃取，使甲基汞得以浓缩和净 化，由带电子捕获检测器的气相色谱仪测定其含量。 分析步骤
脂法
在加热搅拌条件下，用阴离子交换树脂颗粒从水中定 量分离Cr（Ⅵ）， Cr（Ⅲ）不滞留在树脂上，树脂颗 粒直接进入石墨管进行测定。－－测定Cr（Ⅵ） 用石墨炉原子吸收法直接测定。－－总铬
离子色谱－火焰原子吸收光谱联用测定Cr（Ⅲ）
和 Cr（Ⅵ）
四、锡的化学形态析
砷的化学形态分析方法
氢化物原子荧光光谱法测定水中痕量砷（Ⅲ）和
砷（Ⅴ）
水样含砷（Ⅲ）和砷（Ⅴ）
pH为5.6~6.0, 加入KBH4 原子荧光法测定，得 砷（Ⅲ）含量 2mol/L HCl,硫脲、 抗坏血酸 砷（Ⅴ）还原为砷（Ⅲ） pH为5.6~6.0, 加入KBH4 原子荧光法测定，得总砷
四、元素化学形态分析方法
计算法 实验方法
电化学分析方法：常用阳极溶出伏安法、极谱法等 区分稳定态和不稳定态金属形态 区分元素的氧化还原态 光谱分析方法 分光光度法：可直接应用 AAS、AES等方法需要与富集分离技术相结合 色谱法
四、元素化学形态分析方法
联用技术 常常将高选择性的分离技术与高灵敏的检测技术结合在 一起。 气相色谱与原子吸收法联用 高效液相色谱与元素选择性检测器联用 分离富集技术