環境化學(環境科學中的學科分支)

環境化學是運用化學的理論和方法，研究大氣、水、土壤環境中潛在有害有毒化學物質含量的鑑定和測定、污染物存在形態、遷移轉化規律、生態效應以及減少或消除其產生的科學，是環境科學中的重要分支學科之一。中國科學院生態環境研究中心亦主辦有學術性刊物《環境化學》。此外，亦有多種名為《環境化學》的書籍。

基本介紹

• 中文名：環境化學
• 外文名：Environmental chemistry
• 性質：學科
• 研究內容：研究大氣、水、土壤等環境介質中化學物質的特性

定義

環境化學是環境科學中的重要分支學科之一。是主要套用化學的基本原理和方法，研究大氣、水、土壤等環境介質中化學物質的特性、存在狀態、化學轉化過程及其變化規律、化學行為與化學效應的科學。

美國

Environmental chemistry is that branch of chemistry that deals with the origins,transport,reactions,effects,and fates of chemical species in the water,air,earth,and living environments and the influence of human activities theory.

德國

環境化學即生態化學，是一門用化學方法研究化學物質在環境中的行為及其對生態體系影響的科學。

環境化學

比較公認的

環境化學（environmental chemistry），主要研究有害化學物質在環境介質中的存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法。

概述

環境科學中的重要分支學科之一。造成環境污染的因素可分為物理的、化學的及生物學的三方面，而其中化學物質引起的污染約占80%－90%。環境化學即是從化學的角度出發，探討由於人類活動而引起的環境質量的變化規律及其保護和治理環境的方法原理。就其主要內容而言，環境化學除了研究環境污染物的檢測方法和原理（屬於環境分析化學的範圍）及探討環境污染和治理技術中的化學、化工原理和化學過程等問題外，需進一步在原子及分子水平上，用物理化學等方法研究環境中化學污染物的發生起源、遷移分布、相互反應、轉化機制、狀態結構的變化、污染效應和最終歸宿。隨著環境化學研究的深化，為環境科學的發展奠定了堅實的基礎，為治理環境污染提供了重要的科學依據。

主要套用化學的基本原理和方法，研究大氣、水、土壤等環境介質中化學物質的特性、存在狀態、化學轉化過程及其變化規律、化學行為與化學效應的科學。研究的內容主要有：⑴運用現代科學技術對化學物質在環境中的發生、分布、理化性質、存在狀態（或形態）及其滯留與遷移過程中的變化等進行化學表征，闡明化學物質的化學拓性與環境效應的關係；⑵運用化學動態學(chemical dynamics）、化學動力學(chemical kinetics）和化學熱力學(chemical thermodynamics）等原理研究化學物質在環境中（包括界面上）的化學反應、轉化過程以及消除的途徑，闡明化學物質的反應機制及源與匯的關係；⑶研究用化學的原理與技術控制污染源，減少污染排放，進行污染預防；“三廢”綜合利用，合理使用資源，實現清潔生產；促進經濟建設與環境保護持續地協調發展。從環境介質的不同，可劃分為大氣、水和土壤的環境化學等，現分別稱之為大氣環境化學、水環境化學和土壤環境化學。從研究內容可分為環境分析化學、環境污染化學和污染控制化學等。

特點

環境化學是在化學科學的傳統理論和方法基礎上發展起來的，以化學物質在環境中出現而引起的環境問題為研究對象，以解決環境問題為目標的一門新興學科。綜合起來有以下3個方面的特點：

對象複雜

環境中的化學污染物質，大多數來源於人為排放的廢棄物質，也有一小部分是天然物質；另一方面，各種污染物質在環境體系中可以同時發生多種機制的化學和物理變化過程，即使是一種化學污染物質，其所含的特定元素會有不同的化合價和化學形態，這就決定了環境化學研究對象是一個組成繁雜、形態多變，機制複雜的體系。

“低水平”

化學污染物質在環境中的濃度水平很低，一般僅為ppm 級（百萬分率）或ppb（十億分率）級，有時甚至可達 ppt級（萬億分率）。與之共存的其他化學成分卻大部分處於常量水平。為了對這些處於微量和痕量濃度水平的污染物質作出可靠的定性、定量檢測和行為判斷，不僅需要有一系列靈敏、準確和精細的現代分析測試技術，而且同時要求建立對低濃度下污染物質的物理化學和生物化學性質和行為進行探索的特殊研究技術和方法。

綜合性

環境化學研究還具有綜合性的特點。研究化學污染物質在環境生態系中的分布，遷移、轉化和歸宿，尤其是它們在環境介質中的積累、相互作用和生物效應等問題，包括化學污染等物質致癌、致畸，致突變的生化機制、物質的結構、形態與生物毒性之間的相關性，多種污染物毒性的協同作用和拮抗作用的機制以及化學污染物質在食物鏈轉移過程中的生化機制等，這些問題的研究和解決：化學無疑是主要的理論基礎和技術基礎，但還需要配合生物學、地學、物理學、氣象學、數學等多種其他科學方法，進行綜合的多方面考察與分析，才能獲得反映客觀實際的規律和結論，企圖用單一的方法去研究環境化學問題是不可取的。

從學科研究任務來說，環境化學的特點是要從微觀的原子、分子水平上來研究巨觀的環境現象和變化的化學機制及其防治途徑，其核心是研究化學污染物在環境中的化學轉化和效應。與基礎化學研究的方式方法不同，環境化學所研究的環境本身是一個多因素的開放性體系，變數多、條件較複雜，許多化學原理和方法則不易直接運用。化學污染物在環境中的含量很低，一般只有毫克每千克或微克每千克級水平，甚至更低。環境樣品一般組成較複雜，化學污染物在環境介質中還會發生存在形態的變化。它們分布廣泛，遷移轉化速率較快，在不同的時空條件下有明顯的動態變化。

研究領域

研究污染物

研究污染物（主要是化學污染物）在環境（包括大氣圈、水圈、土壤岩石圈和生物圈）中的遷移、轉化的基本規律，形成環境污染化學這一介於環境科學與化學之間的一門新興的邊緣分支學科。

環境分析

研究環境中污染物的種類和成分及其定量分析方法，形成環境分析化學（常簡稱環境分析）。它是環境化學的分支學科。

化學性質的遷移

研究環境中天然的和人為釋放的化學性質的遷移、轉化規律及其與環境質量和人類健康的關係，形成環境地球化學。它是介於環境與地球化學之間的一門新興的邊緣分支學科。

研究任務

從學科任務講，環境化學是要從微觀的原子、分子水平上來研究巨觀的環境現象與變化的化學機制及其防治途徑，其核心是研究化學污染物在環境中的化學轉化和效應。

分支學科

根據中國多年環境化學教學和科研的經驗，通過專家論證並徵求多方意見，認為環境化學覆蓋的研究領域和分支學科如下：

研究領域為環境分析化學的有：環境有機分析化學、環境無機分析化學；

研究領域為各圈層的環境化學的有：大氣環境化學、水環境化學、土壤環境化學、環境生態化學；

研究領域為環境工程化學的有：大氣污染控制化學、水污染控制化學、固體廢物污染控制化學。

環境分析

污染物的性質和環境化學行為取決於它們的化學結構和在環境中的存在狀態。所以，研究污染物形態、價態和結構分析方法是環境化學的一個重要發展方向。在環境有機分析方面， 20 世紀 80 年代出現了環境樣品前處理的先進技術，如超臨界流體萃取法和固相萃取法。優先監測污染物的篩選一直受到各國的重視。目前，有機污染物分析側試方法研究的重要對象，包括多環芳烴和有機氯等全球性污染物。與空氣污染有關的揮發性有機物、胺類化合物，與水污染有關的表面活性劑，砷、汞、錫等金屬有機化合物也是主要的研究對象。聯用儀器技術、連續自動分析和遙感分析同樣是熱門課題。

環境化學

本分支學科研究化學污染物在大氣、水體和土壤中的形成、遷移、轉化和歸趨過程的化學行為和生態效應。由於研究對象已擴展到過去認為無害的化學物質，如二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等溫室氣體，含氯氟烴等耗損臭氧層的物質，以及營養物等，故其研究領域由原各環境要素的污染化學發展成為相應的環境化學。

在大氣環境化學方面．研究對象涉及大氣顆粒物、酸沉降、大氣有機物、痕量氣體、臭氧損耗及全球變暖等。空間尺度從室內空氣、城市、區域環境、遠距離乃至全球。關於大氣環境化學過程研究主要涉及大氣光化學過程、大氣自由基反應。在模式研究方面側重於光化學煙霧和酸雨。

The atmosphere composes the thin layer of mixed gases covering Earth’s surface. Exclusive of water,atmospheric air is 78.1% (by volume) nitrogen,21.0% oxygen,0.9% argon,and 0.03% carbon dioxide. Normally,air is 1–3% water vapor by volume. In addition,air contains a large variety of trace level gases at levels below 0.002%,including neon（氖），helium（氦），methane（甲烷），krypton（氪），nitrous oxide,hydrogen,xenon（氙），sulfur dioxide,ozone（臭氧），nitrogen dioxide,ammonia,and carbon monoxide.

在水環境化學方面，水體研究較多的是河流、湖泊和水庫，其次是河口、海灣和近海海城。近年來，由於大量固體廢棄物填埋而引起有毒有害物質污染地下水，國內外對地下水污染十分重視。天然水體系污染過程和廢水淨化過程是水環境化學的主要研究範圍。對水環境中化學物質的重點研究對象逐漸轉向某些重金屬及持久性有毒有機污染物。從套用基礎的研究來看。當前主要集中在水體界面化學過程、金屬形態轉化動力學過程、有機物的化學降解過程、金屬和準金屬甲基化等方面的研究。

土壤環境化學主要研究農用化學品在土壤環境中的遷移轉化和歸趨及其對土壤和人體健康的形響。包括有機污染物在土壤中的降解．土壤中溫室氣體的釋放，污染物在固－液界面上的化學過程等。

環境生態化學是研究化學污染物在生態系統中產生效應的化學過程。當前側重於定量結構－活性關係（Quantitative Structure and Activity Relationship,QSAR）研究，並以此為基礎對污染物的環境行為和它們的生態效應進行預測。

環境工程

它研究控制污染的化學機制和工藝技術中的基礎性化學問題。過去主要圍繞終端污染控制模式進行污染控制化學研究。應該說，它對發展控制污染技術和治理環境污染產生了積極的作用。但這種模式只能減少污染物排放而不能阻止它的發生。20 世紀 80 年代中期後人們對污染預防（Pollution Prevention）和清潔生產（Cleaner Production）的認識逐步提高．今後將以污染的全過程控制模式逐步代替終端污染控制模式。所謂全過程控制模式主要是通過改變產品設計和生產工藝路線使不生成有害的中間產物和副產品，實現廢物或排放物的內部再循環，達到污染最小量化並節約資游和能源的目的。