一、概述

形态是指某元素在特定环境中实际存在形式，包括价态、化合态、结合态等，同一元素的不同存在形式可能表现出不同的生物毒性和环境行为。例如，汞在pH>5，又不含氯离子的中等氧化能力的水中主要以金属形式存在；有氯离子共存时主要以离子形式存在；在中等还原条件下，硫化汞成为主要形式。水体或沉积物中的汞在微生物的作用下，可以转化成剧毒的甲基汞，并通过食物链而富集，最终威胁人类健康。形态分析就是利用分析化学手段分离、鉴别及测量各种形态，以确定在给定条件下待测元素的实际存在形式及其含量分布。水中金属形态分析的重点在于确定金属的活性形态及对环境产生的影响，确定具有生物毒性的金属含量，以建立更合理的标准。

金属在水中的形态可粗分成三类，即溶解态、颗粒态和胶态，三者并无严格界限。对于形态划分，目前还没有统一标准，最简单的方法是根据粒径划分。把那些能被0.45um孔径滤器所截留的组分称为颗粒态；能透过该滤器的组分则称为溶解态，还可对颗粒态或溶解态再进一步划分成不同小类。表5-1列出了某河水中几种金属离子的形态分布情况。

表5-1 天然水中金属的形态和粒径

目前，形态分析的发展趋势是达到尽可能详细的形态分类和尽可能低含量的检出目的，形态分析方法大致可分成实验测定和模式计算两类。

二、分离测定

理想的形态分析技术应仅能从某一特定形态得到响应信号，但目前这种技术还太少，许多痕量分析技术，必须与形态分离结合起来。这就要求形态分离方法除具有简单、快速和能防止形态间的相互转化等特点外，还应有较高的特效性。如天然水的采样，酸化与冰冻均是禁用的，因为这些处理可能造成形态发生变化。用于形态分析的水样不宜保存，确实需要也只能4℃下原样保存，由于容器中水样的酸碱度、电极电位、温度以及生物因素均与原水体存在差别，故保存期不宜过长，且分析中应选用高纯试剂。

在众多的分离技术中，过滤是一种粗略的粒径分离技术。目前较受认可的方法是以0.45um孔径的滤器过滤区分颗粒态和溶解态金属。为了加快过滤速度，可用加压或抽滤的方法过滤。

若粒径较小，通常采用超滤技术。超滤是利用加压或离心迫使小分子通过半透膜而实现分离。超滤分离常用浓集超滤和洗涤超滤。超滤法已广泛应用于有机物及痕量金属组分的分离，但存在选择性差，沾污吸附较严重等问题。

渗析技术可用来从真溶液中分离出胶体颗粒。理想的渗析膜应该只能使真溶液中的各种形态透过，但实际上由于微孔孔径范围是1～5nm，因而一些分子量较高的物质也可透过渗析膜。该法的主要缺点是由于阳离子、阴离子和中性分子常在膜的不同位置上扩散，导致平衡时间较长。

凝胶色谱的主要优点是能够确定连续变化的粒径系列而不是一个粒径范围，因而可更好地分离有机金属形态和更准确地估计这些组分的分子量。进行凝胶色谱分离时要注意保持样品中痕量金属的原有形态，因此水样不应先富集，应使用原水样进行。由于必须用洗脱剂洗脱，故其稀释倍数较大且空白值较高，所以这种技术仅适用于金属浓度较高的污水或金属形态集中于几个粒径范围的天然水样的研究。

除了上述这些按粒径大小进行分离的技术外，还可利用同一元素不同形态在化学行为上的差异进行分离，也可用紫外光照射破坏有机物的方式区分无机结合态和有机结合态，其中应用较多的有溶剂萃取、螯合树脂分离等。

三、模式计算

研究金属形态在天然水中分布状况的另一种基本方法是模式计算。假定水体已达热力学平衡，所有组分的总浓度以及痕量元素与各组分间发生全部化学反应的平衡常数均已知，根据电解质溶液理论，利用一些已知热力学常数(如平衡常数)，对水体作出平衡数学模式，以计算机为工具求出水中各种形态的含量。

模式计算是一种近似定量的预测方法，其结果与实际情况偏差较大，主要问题在于模式计算时所考虑的化学反应的真实性以及各个反应所取的热力学数据的可靠性。不过由于它是从理论上来研究金属形态，可在很短时间内获得复杂体系中所发生各种化学过程的信息，并可随意改变体系参数和初始浓度来观察形态组成的重新分配和转化趋势，所以至今仍颇受人们重视。因此，具有预见性的模式计算方法与实验方法相结合应是形态分析今后的发展趋势。

相关链接：水中有毒金属指标（二）

文章来源：《水质理化检验》

版权与免责声明：转载目的在于传递更多信息。

如其他媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的"稿件来源"，并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起两周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。