化學形態是指元素以某種離子或分子存在的實際形式，它包括元素的價態、化合態、無機態和有機態、結合態和結構態等幾個方面。根據國際理論化學與套用化學協會(IUPAC)定義，“化學形態分析指確定分析物質的原子和分子組成形式的過程”即指元素的各種存在形式，包括游離態、共價結合態、絡合配位態、超分子結合態等定性和定量的分析。
基本介紹
- 中文名：化學形態分析
- 外文名：chemical species analysis
- 分析方法：計算法、實驗法
- 學科：環境化學
基本概念,化學形態分析的意義及重要性,元素化學形態分析方法,計算法,實驗方法,
基本概念
化學形態是指元素以某種離子或分子存在的實際形式，它包括元素的價態、化合態、無機態和有機態、結合態和結構態等幾個方面。
1. 元素存在的形態不同，物理、化學性質與生物活性不同。
Ø如Cr(Ⅲ)是維持生物體內葡萄糖平衡以及脂肪蛋白質代謝的必需的元素之一，而Cr(Ⅵ)是水體中的重要污染物，有包括致癌作用在內的多種毒性；
Ø不同形態的砷，其毒性大小的順序為砷化氫>亞砷酸>二氧化二砷>砷酸鹽>胂酸>砷，砷甜菜鹼與砷膽鹼的毒性小於甲基胂和乙基胂。
2. 污染物在環境中存在的形態取決於它們的不同來源及其進入環境介質後與介質中其他物質發生的各種相互作用。如水體底物中的汞可在微生物的作用下轉化為甲基汞。
根據國際理論化學與套用化學協會(IUPAC)定義，“化學形態分析指確定分析物質的原子和分子組成形式的過程”即指元素的各種存在形式，包括游離態、共價結合態、絡合配位態、超分子結合態等定性和定量的分析。
化學形態分析的意義及重要性
1. 在污染物遷移轉化規律研究中具有的意義及重要性
污染物在環境中的遷移、轉化規律及最終歸宿是環境科學的重要研究內容之一，即環境化學研究的對象。但是，污染物在環境中的遷移轉化規律，並不取決於污染物的總濃度，而是取決於它們化學形態的本性。
例如，在森林土壤中，Pb2+很少由於降水作用被淋溶而遷移，而Pb4+則容易流失，顯然，僅以Pb的總量來研究森林土壤中Pb的遷移行為是不科學的。此外，土壤中As3+比As5+易溶4～10倍。又如，以甲基化或烷基化形式存在的金屬，使金屬的揮發性增加，提高了金屬擴散(遷移)到大氣圈的可能性。
因此，只有藉助於形態分析才有可能：闡明化學污染物進入環境中的方式，遷移、轉化過程的本質； 闡明化學污染物在水、氣和土壤循環中的地球化學行為，為區域環境污染的綜合防治提供重要的科學依據。
2. 在環境毒理學、環境醫學及生命科學研究中所具有的意義及重要性
痕量金屬的環境效應和微量元素的生物活性，不僅與其總量有關，更大程度上由其形態決定，不同的形態其環境效應或可利用性不同。
可見，研究元素的形態較之研究實際總濃度對生命物質影響的意義更為重要。只有藉助於形態分析，才能確切了解化學污染物對環境生態、環境質量、人體健康等的影響；認識元素在無生命和有生命系統中的循環以及它們的生理功能，闡明地方性疾病的來源，從而進行有效的防止。
元素化學形態分析方法
計算法
採用計算法的前提是:
（1）假定被研究體系是封閉體系，介質處於熱力學平衡狀態；
（2）已知所有組分的總濃度和所分析元素各組分之間發生的全部化學反應的平衡常數。
這樣便可以通過對一系列代表這些反應的方程組求解而計算出分析元素的形態。
由於電子計算機的高速發展，通過建立合理的計算程式，計算機可在幾分鐘之內計算出體系中各種元素形態的濃度及其百分比，理論計算法得到的結果可用直觀圖形表示。計算法的優點是簡便、快速、不需要做實驗或僅需少量輔助性實驗，但此法具有以下局限性。
（1）不能準確處理體系中所有的化學反應。因為有的反應是不可逆的，根本無平衡狀態存在。
（2）所用的常數欠準確。因為許多熱力學數據和各種反應的平衡常數不全。
（3）忽略了一些動力學因素的影響。
採用計算法的前提是假定介質處於熱力學平衡狀態，但是實際上介質是處在一個連續流動的開放體系(如天然水體)，它在動力學上並未完全達到平衡，只可用局部平衡的概念作近似處理。因此，分析結果欠難確，只能反映局部環境短期內主要變化趨勢和預測可能達到的極限狀態，不能代表環境體系的真實情況。
實驗方法
對於比較簡單的化學形態分析，某些方法可直接完成，如用分光光度法分析某些同一元素的不同價態，陽極溶出伏安法分離分析穩定態與不穩定態金屬等。而對於複雜的化學形態分析，則需要測定方法與分離富集方法相結合，並且是多種分離富集、分析方法的聯用。用於形態分析的實驗方法(包括檢測和分離富集技術)通常有如下幾種。
（1）電化學分析方法
主要有陽極溶出伏安法（ASV）、極譜法、離子選擇電極電位法、化學修飾電極法。
（2）光譜方法
主要有分光光度法、原子吸收光譜法（火焰原子吸收光譜法FAAS和石墨爐原子吸收光譜法FGAAS）、原子發射光譜法（電感耦合電漿ICP-AES）、螢光光譜法。
（3）色譜法
主要有高效液相色譜法、氣相色譜法、離子交換色譜法和高效毛細管電泳。
（4）聯用技術
主要有氣相色譜與質譜聯用（GC-MS）、氣相色譜與原子吸收光譜聯用（GC-AAS）、氣相色譜與磁感耦合電漿原子發射光譜聯用（GC-MIP-AES）、高效液相色譜與質譜聯用（HPLC-MS）、高效液相色譜與電感耦合電漿及質譜聯用（HPLC-ICP-MS）。
（5）分離技術
主要有萃取法，離子螯合樹脂交換法，吸附法，超濾、滲濾、滲析分離法，流動注射預富集。
