污染物质的主要类型

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1.2.1 无机离子(金属和阴离子)

1.2.2 有机污染物(Organic pollutants)

有机化合物在环境中的表现是由其分子结构,即分子大小,分子形状及所携带的在代谢和毒性作用中起重要作用的功能基团所决定的.因此,要了解污染物在环境中的危害,首先要确定它们的分子式.
以C为例.
我们所指的污染物主要是上世纪以来出现在自然界中的人造(anthropogenic)化合物.从进化意义上来讲,生物进化产生出相应保护机制的概率很小.这是有机污染物与无机污染物和自然界原有的毒性很强的有机化合物,如尼古丁,除虫菊酯和鱼藤酮等植物产生的对某些昆虫毒性很强的化合物的不同之处.芳香族碳氢化合物比较特殊,它们是在地球上产生高等植物后,火山熔岩等引起森林大火,燃烧了有机物质所产生,和人类采矿使得某些重金属在环境中的含量大幅增加一样,人类燃煤,燃油也导致芳香族碳氢化合物在环境中的含量大幅增加.

1.2.2.1 碳氢化合物(Hydrocarbons)

碳氢化合物分两大类,第一类是烷烃,烯烃和炔,我们称它为非芳香族化合物.第二类是芳香族碳氢化合物,它们结构中具有一个或多个苯环.
碳氢化合物主要来源于地壳中的石油和天燃汽.这些化石燃料是由地质年代早期,特别是石炭纪的动,植物尸体产生,原油以非芳香族化合物为主,也包括相当数量的多环芳香碳氢化合物(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs).另外在燃煤,燃烧石油和汽油时,在树木和房屋着火时,甚至在人类抽烟时,都会由于有机物的不完全燃烧而产生PAHs.碳氢化合物的主要污染源来自原油泄漏和化石燃料的燃烧.

1.2.2.2 多氯化联苯(Polychlorinated biphenyl,PCBs)

PCBs具有极大生物毒性的,它们难于降解,具有强生物富集作用,是号称世纪之毒的三至物质(至畸,至突变,至癌).PCBs造成污染的主要原因是产品的废弃物.许多国家现在已不允许或限制使用PCBs,我国国家环保总局也将PCBs的废弃物例为"国家危险废物名录",
1.2.2.3 二恶因类(Dioxins)
二恶
因类
多氯二联苯戴奥辛
(Polychlorinated dibenzodioxins, PCDDs)
多氯二联苯呋喃
(Polychlorinated dibenxofurans,PCDFs)
多氯二联苯戴奥辛
(Polychlorinated dibenzodioxins, PCDDs)
事实上一般所称的"世纪之毒"主要是指2,3,7,8-四氯戴奥辛(2,3,7,8 - TCDD)而言,通常就将其称为戴奥辛或二恶因,它们对哺乳动物有很强的毒性,对小鼠和大鼠的半数至死量(LD50)为10-200μg l-1.
多氯二联苯呋喃
(Polychlorinated dibenxofurans,PCDFs )

1.2.2.4 聚合溴化联苯

(Polybrominated biphenyls, PBBs)
PBB的混合物是一种灭火剂,这些混合物与PCBs相似,是亲脂性的,并且稳定不易发生化学反应;与PCBs一样,某些PBB物质在生物体中的存留时间很长.

1.2.2.5 有机氯杀虫剂

(Organochlorine insecticides,OCs)
有机氯杀虫剂有很多种,其结构,性质和功能也不尽相同,这种杀虫剂是稳定的固体,具有较低的蒸汽压,水溶性,和较高的亲脂性.某些机氯杀虫剂可在生物体中长期储存,或形成稳定的代谢产物,它们的毒性主要在于影响神经系统.
DDT(二氯二苯三氯乙烷,dichloro-diphenyl-trichloroethane)及相关化合物;
氯化环戊二烯类杀虫剂(the chlorinated cyclodiene insecticides),如艾氏剂(aldrin)和狄氏剂(dieldrin)和七氯(heptachlor)等 ;
六氯环己胺(hexachlorocyclohexanes,HCHs),如林丹(lindane).

1.2.2.6 有机磷杀虫剂(Organophosphorous insecticides,OPs)

它们是一些有机磷酸酯,因为能够抑制乙酰胆碱酯酶(AchE)而成为神经毒素,在战争中用于化学武器,同时它们还用作杀虫剂.
大多数OPs是液体,它们是亲脂性的,具有一定程度的挥发性,也有少量的固体产品.它们比较容易分解,在自然界中的存留时间相对较短,对环境的毒性危害在很大程度上是急性的.它们比有机氯杀虫剂极性强,并易溶于水.有一些OPs的活性状态有很强的水溶性,这使它们成为有效的内吸性杀虫剂,因为它们能由植株表皮渗入或从气孔进入叶片中,在树的韧皮部达到足够的浓度,从而杀死以树液为食的害虫.

1.2.2.7 氨基甲酸盐(carbamate)杀虫剂

氨基甲酸盐杀虫剂是氨基甲酸的衍生物,它比OCs和OPs的出现晚得多.它们是乙酰胆碱酯酶的抑制剂,多数为固体,有些是液体,易溶于水,并且易于在化学或生化反应中降解.它们的主要危害是短时间的毒性.部分氨基甲酸盐,如涕灭威(Aldicarb)和加保扶(Carbofuran),是内吸性杀虫剂.有一些,如灭虫威(methiocarb)是软体动物杀灭剂(molluscicide).区分用于杀虫剂和用于除草剂的氨基甲酸盐很重要,后者如苯胺灵(propham)和氯苯胺灵(chlorprophame)对动物的毒性非常小.

1.2.2.8 拟除虫菊酯(Pyrethroid)杀虫剂

拟除虫菊酯是固体,水溶性很低,它们是与DDT相似的神经毒素,是介于有机酸(通常指菊酸)和碱之间的酯类物质,它们很容易被生物降解.有时能够与土壤和沉积物颗粒粘连而持久存在于使用地.其危害主要是短期的毒性,并且它们的毒性在昆虫和脊椎动物间的差异很大 .拟除虫菊酯引起的主要环境问题在于它们对鱼类和非靶(non-target)无脊椎动物的毒害.
拟除虫菊酯主要以乳液形式喷洒,它们广泛地用于农业和园艺作用有害昆虫的防治,而且越来越广泛地用于防治携带病源的昆虫宿主.

1.2.2.9苯氧基除草剂(Phenoxy herbicides)

苯氧基除草剂是最重要的除草剂家族,它们是苯氧基烃羧酸的衍生物,当以碱性盐存在时,如K盐和Na盐,它们易溶于水;当以简单的酯类存在时,它们是亲脂性乳状液,并且难溶于水,有时会因一些酯类的蒸发形成不期望的植物毒素.
大多数苯氧基除草剂易于被生物降解,它们对单子叶植物和双子叶植物的毒性不同.其主要用途是在单子叶植物作物中,如在谷物和牧草中,控制双子叶杂草的生长.它们对环境的危害有两种,一是在环境中产生不期望的雾态或汽态植物毒素;二是这些除草剂中,有些有时被毒性很强的二恶英TCDD所污染.

1.2.2.10 抗凝血剂灭鼠剂(anticoagulant rodenticides)

抗凝血剂灭鼠剂杀鼠灵(warfarin)是亲脂性分子,难溶于水,是维生素K的拮抗物,但近年来,由于野生的啮齿动物对杀鼠灵产生了抗性,大量的与杀鼠灵结构相似的第二代抗凝血剂灭鼠剂(有时称它们为超极杀鼠灵,Super warfarins),被研发并进入市场,它们与杀鼠灵性质相似,但对哺乳动物和鸟类毒性更强,并且在脊椎动物肝脏有显著的残留.它们可能从啮齿动物转移到捕食它们的脊椎动物及以啮齿动物为食的食腐肉动物中去.

1.2.2.11 清洁剂(Detergents)

清洁剂是一类既具有极性又具有非极性特征的有机化合物.它们一般存在于各种环境介质的界面之间.清洁剂有三种类型:负离子(anionic)清洁剂,正离子(cationic)清洁剂和非离子(non-ionic)清洁剂.清洁剂主要从污水处理场进入表层水.另外,清洁剂也用于制造杀虫剂和疏散海上的石油泄漏.
非离子清洁剂烷基苯酚聚乙氧基醇(alkylphenol polyethoxylate, APnEO)过去数十年间被大量用于家庭清洁及工业用途,其降解可产生烷基酚,特别是壬其酚,而破坏动物内分泌.

1.2.2.12 氯酚(Chlorophenols)
环境污染物中有许多不同的多氯化苯酚(Polychlorinated phenols, PCPs),它们多数来自造纸厂排放物.五氯苯酚(pentachlorophenol),用作木材防腐剂,除草剂,灭菌剂等,也是一个重要的污染源.
氯酚物质呈酸性,并溶于水,化学性质活跃,在环境中持续时间不长.但某些PCPs易于相互作用,并形成多氯二联苯二恶因.

1.2.3 有机金属化合物(Organometallic compounds)

不溶解的金属被食用后,基本不会产生毒性,然而,一些金属在有意或无意地与有机配合体(Organic ligand)联在一起时,其毒性便大大增加,与其原本在环境和生物体中的表现完全不同.人们利用这个原理改变金属,增加其毒性用作杀虫剂.

1.2.4 放射性同位素(Radioactive isotopes)

决定放射性同位素是否有害的因素有三个,第一,放射性衰变在所产生粒子的质量和能量的性质和强度;第二,同位素的半衰期;第三,放射性元素的生物化学.在生物化学方面,必需元素的放射性同位素与它的稳定形态代谢过程一样,最终聚集在某些特定器官.一些放射性的非必需元素也可能在生物化学上是必需元素的相似物,从而在生物组织中以同样的途径代谢.

1.2.4.1 放射性衰变产物的性质和强度(The nature and intensity of the radioactive decay products)

放射性物质的原子进行衰变时,可以产生α,β,γ和中子四种粒子中的一种,然后它继续衰变一到多次,直至原子达到稳定状态.放射性物质的强度是以国际单位贝可勒尔(Becquerel,Bq)来测定的,它代表每秒钟裂变的原子数.
α粒子由2个质子和2个中子组成,是带正电荷的氦的核子;β粒子是一个电子;γ射线是电磁辐射的量子;中子无电极,只在使用α或γ射线轰击某些元素时才被释放出来.
从生化角度上来看,如果我们仅以Bq测定物质的放射性,所获得的对于生物组织的作用的信息量是很少的,因为Bq仅考虑裂变的频率,不考虑核性质,所以需要测定另外两个国际单位,即戈瑞(Gray,Gy)和希沃特(Sievert,Sv).戈瑞相当于引起1 kg生物组织吸收1焦耳能量的辐射量 .希沃特考虑同样能量加入生物组织的不同方式.
一般公共场所每年暴露于辐射的安全标准是5m Sv.20 Sv的剂量相当于20 Gy的β或γ粒子放射,或仅1 Gy的α粒子放射,所以说,α粒子的放射作用大约是β或γ射线的20倍.

1.2.4.2 半衰期(Half-lives)

放射性同位素的半衰期是指有一半放射性同位素的原子衰变所需的时间.
Table1.3 Half-lives of some radioactive isotopes
Isotope
Half-life
Plutonium-241 钚-241
13 years
Plutonium-239 钚-239
24 000 years
Iodine-131 碘-131
8 days
Iodine-129 碘-129
160×106 years
Strontium-90 锶-90
28 years
Caesium-137 铯-137
30 years

1.2.4.3 放射性同位素的生物化学

1.2.5 气态污染物(Gaseous pollutants)

最主要的气体污染物是臭氧(O3)和碳,氮和硫的氧化物.
在全球水平上,对于臭氧的关心主要是大气上层其浓度的降低;就某一地区而言,臭氧产生于光化学烟雾.空气中高浓度的臭氧破坏动物呼吸器官上皮细胞,并直接影响有些植物的生长(Mehlhorn et al., 1991).烟草对臭氧引起的危害尤其敏感(Heggestad, 1991).在德国,认为臭氧是森林枝叶枯萎的主要因素(Postel, 1984).
空气中的CO2很少能达到中毒的浓度.
SO2主要来自火山喷发和化石燃料的燃烧,SO2溶于空气中的水滴形成硫磺酸,在降雨时形成酸雨.