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书名：环境化学
定价：79.0
ISBN：9787030583185
作者：无
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书共4篇16章，包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应和生态风险，较全面地介绍了环境化学的主要内容和*新研究进展，阐述了运用化学理论和方法研究污染物在环境中迁移、转化和归趋规律及对生态环境的影响。对新型有机污染物的环境行为、污染物形态的生物可利用性、有机物的定量构效关系、生物标志物和生物风险早期诊断，以及全球关心的温室效应、酸雨、臭氧层破坏、灰霾等环境问题，均在有关章节中进行详细介绍。为使化学与环境问题紧密结合，各章还穿插了“案例分析”，并配备一定数量的“思考与练习”。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 环境化学的形成 1
1.2 环境化学的特点 2
1.3 环境化学的研究对象、任务和范围 2
1.4 环境化学发展动向 3
1.4.1 环境分析化学 3
1.4.2 水环境化学 5
1.4.3 大气污染化学 6
1.4.4 土壤-有机污染物的界面反应及生物可利用性 7
1.4.5 有害化学物质的生态风险和早期诊断 8
本章基本要求 10
思考与练习 10
第1篇 水环境化学
第2章 天然水的组成和性质 12
2.1 水质概况 12
2.2 天然水的组成 13
2.2.1 天然水中的主要离子组成 13
2.2.2 水中的金属离子 13
2.2.3 溶解在水中的气体 14
2.2.4 水中的营养元素 17
2.2.5 水生生物 17
2.3 天然水的性质 18
2.3.1 碳酸平衡 18
2.3.2 天然水的碱度和酸度 21
2.3.3 天然水体的缓冲能力 26
2.3.4 天然水的硬度 27
本章基本要求 27
思考与练习 27
第3章 水环境中无机污染物迁移转化的基本原理 29
3.1 水环境中的溶解和沉淀作用 29
3.1.1 天然水中各类固体的溶解度 29
3.1.2 水溶液的稳定性 37
3.2 水环境中的配合作用 40
3.2.1 天然水体中的配合作用 40
3.2.2 羟基对重金属离子的配合作用 41
3.2.3 螯合剂NTA的配合作用 43
3.2.4 腐殖质的配合作用 49
3.2.5 有机配位体对重金属迁移的影响 50
3.3 天然水中的氧化还原平衡 52
3.3.1 天然水中氧化还原平衡的意义 52
3.3.2 电子活度和氧化还原电位 53
3.3.3 天然水体的pe-pH图 57
3.3.4 天然水中污染物的氧化还原转化 62
3.3.5 水中有机物的氧化 68
3.4 水环境中固-液界面的相互作用 68
3.4.1 天然水体中的胶体物质 68
3.4.2 胶体颗粒的性质 70
3.4.3 颗粒物在水环境中的吸附过程 73
3.4.4 沉积物——探索天然水体重金属污染的工具 75
本章基本要求 77
思考与练习 77
第4章 水环境中有机污染物迁移转化的基本原理 80
4.1 分配作用 80
4.1.1 线性分配理论 80
4.1.2 标化分配系数 81
4.1.3 生物浓缩因子 83
4.2 挥发作用 85
4.2.1 亨利定律 85
4.2.2 挥发作用的双膜理论 86
4.3 水解作用 89
4.4 光解作用 91
4.4.1 直接光解 91
4.4.2 敏化光解(间接光解) 95
4.4.3 氧化反应 96
4.5 生物降解作用 97
4.5.1 生长代谢 97
4.5.2 共代谢 98
4.5.3 影响生物降解的因素 99
本章基本要求 101
思考与练习 101
第5章 水环境中污染物环境行为和归趋模式 102
5.1 有毒有机污染物的环境行为 103
5.1.1 农药 103
5.1.2 多环芳烃类 104
5.1.3 多氯联苯 104
5.1.4 卤代脂肪烃 105
5.1.5 醚类 105
5.1.6 单环芳香族化合物 105
5.1.7 苯酚类和甲酚类 105
5.1.8 酞酸酯类 106
5.1.9 亚硝胺和其他化合物 106
5.1.10 新型有机污染物 106
5.2 有机污染物的归趋模式 111
5.2.1 有机污染物在水环境中的迁移转化过程 112
5.2.2 归趋模式简介 113
5.2.3 归趋模式应用举例 116
5.3 无机污染物的环境行为和归趋模型 119
5.3.1 水环境中无机污染物的存在形态和生物可利用性 119
5.3.2 水体富营养化 122
5.3.3 水环境中重金属的化学平衡模型 124
本章基本要求 127
思考与练习 127
第2篇 大气环境化学
第6章 天然大气和重要污染物 129
6.1 大气的组成和停留时间 129
6.1.1 大气的组成 129
6.1.2 大气组分的停留时间 130
6.1.3 大气组分浓度表示方法 131
6.2 大气的主要层次 132
6.2.1 对流层 133
6.2.2 平流层 133
6.2.3 中间层 134
6.2.4 热层 134
6.3 大气中的离子及自由基 134
6.3.1 大气中的离子 134
6.3.2 大气中的自由基 135
6.4 大气中的重要污染物 137
6.4.1 含硫化合物 138
6.4.2 含氮化合物 140
6.4.3 含碳化合物 142
6.4.4 含卤素化合物 146
6.5 温室气体和温室效应 147
6.5.1 地球的热平衡 147
6.5.2 温室气体和温室效应 148
6.5.3 辐射强迫 149
本章基本要求 151
思考与练习 151
第7章 气相大气化学 152
7.1 大气光化学反应基础 152
7.1.1 光化学反应定律 152
7.1.2 光化学反应过程 153
7.2 氮氧化物的气相反应 153
7.2.1 氮氧化物的基本反应 153
7.2.2 NO、NO2和O3的基本光化学循环 154
7.2.3 氮氧化物气相反应动力学 156
7.3 二氧化硫的气相反应 156
7.3.1 SO2与氧原子的反应 157
7.3.2 SO2与其他自由基的反应 157
7.4 有机物的气相反应 158
7.4.1 碳氢化合物的一些重要反应 159
7.4.2 HO·与烯烃类、烃类、醛类、卤代烃、芳香烃的反应 159
7.4.3 烯烃与臭氧、原子氧和氮氧化物的反应 161
7.4.4 天然有机物的转化 163
7.5 光化学烟雾 163
7.5.1 光化学烟雾的特征 163
7.5.2 光化学烟雾的形成机制与臭氧生成机制 165
7.5.3 光化学烟雾的化学动力学机理 169
7.6 平流层化学 170
7.6.1 平流层的化学反应 171
7.6.2 南极“臭氧洞”现象及解释 174
7.6.3 北极上空的臭氧损耗 177
本章基本要求 178
思考与练习 178
第8章 液相大气化学 180
8.1 二氧化硫的液相反应 180
8.1.1 SO2的液相平衡 180
8.1.2 SO2的液相反应动力学 182
8.2 氮氧化物的液相反应 185
8.2.1 NOx的液相平衡 185
8.2.2 NH3和HNO3的液相平衡 187
8.2.3 NOx的液相反应动力学 188
8.3 酸沉降化学 188
8.3.1 酸雨的形成和危害 188
8.3.2 酸雨的化学组成 190
8.3.3 酸雨中的关键性离子组分 191
8.3.4 影响酸雨形成的因素 192
8.3.5 酸雨的来源及近年变化趋势 194
8.4 降水化学组分和pH的背景值 196
8.4.1 降水化学组分的背景值 196
8.4.2 降水pH的背景值 196
8.5 酸沉降临界负荷 197
8.5.1 临界负荷基本含义与临界化学标准 197
8.5.2 临界负荷计算方法 198
本章基本要求 200
思考与练习 200
第9章 大气颗粒物 202
9.1 大气颗粒物的分类 202
9.2 大气颗粒物的源和汇 203
9.2.1 大气颗粒物的来源 203
9.2.2 大气颗粒物的汇 203
9.3 大气颗粒物的粒度分布及表面性质 204
9.3.1 大气颗粒物的粒度分布 204
9.3.2 大气颗粒物的表面性质 206
9.4 大气颗粒物中的无机物 208
9.4.1 无机颗粒物的来源 208
9.4.2 无机颗粒物的组成 209
9.5 大气颗粒物中的有机物 211
9.5.1 大气颗粒物中有机物的类型及来源 211
9.5.2 多环芳烃 212
9.5.3 持久性有机污染物的大气传输 213
9.6 大气颗粒物对人体健康的影响 214
9.6.1 大气颗粒物对健康的影响 214
9.6.2 人体吸入量的估算 214
9.7 大气颗粒物的源解析 215
9.7.1 扩散模型法 215
9.7.2 受体模型法 216
9.8 大气颗粒物的区域污染 219
9.8.1 大气颗粒物浓度的时空变化 219
9.8.2 大气颗粒物污染特征 220
9.8.3 区域复合污染控制 220
9.8.4 灰霾 223
本章基本要求 225
思考与练习 225
第3篇 土壤环境化学
第10章 土壤的组成和性质 228
10.1 土壤的分层 228
10.2 土壤的组成 229
10.2.1 土壤矿物质 229
10.2.2 土壤有机质 235
10.2.3 土壤水分 238
10.2.4 土壤空气 239
10.3 土壤的主要理化性质 240
10.3.1 土壤的质地 240
10.3.2 土壤的胶体性质 241
10.4 土壤的离子交换与吸附 245
10.4.1 离子交换与吸附反应 245
10.4.2 表面配合模型 250
10.5 土壤的酸碱度 254
10.5.1 土壤的酸度 254
10.5.2 土壤的碱度 256
10.5.3 土壤的缓冲作用 257
10.5.4 土壤酸碱性的环境意义 259
10.6 土壤的氧化还原作用 260
10.6.1 土壤的氧化还原电位 260
10.6.2 土壤中主要的氧化还原体系 260
10.6.3 土壤中氧化还原反应的环境意义 262
本章基本要求 263
思考与练习 263
第11章 氮、磷及重金属在土壤中的迁移转化 264
11.1 氮在土壤中的迁移 264
11.1.1 土壤中氮的来源 264
11.1.2 土壤中氮的形态 264
11.1.3 氮在土壤中转化的重要过程 265
11.1.4 氮的流失 266
11.1.5 氮污染 267
11.2 磷在土壤中的迁移 268
11.2.1 土壤中磷的来源 268
11.2.2 土壤中磷的形态 268
11.2.3 土壤的固磷作用 270
11.2.4 磷肥的污染 270
11.3 土壤重金属污染 272
11.3.1 土壤元素背景值和土壤环境容量 272
11.3.2 控制重金属在土壤中归趋的主要反应 275
11.4 土壤-植物系统中重金属的归趋 277
11.4.1 重金属在土壤-植物体系中的累积和迁移 278
11.4.2 植物对重金属污染的耐受机制 281
11.4.3 重金属的植物修复 281
11.4.4 典型重金属在土壤-植物系统中的主要归趋 283
本章基本要求 288
思考与练习 288
第12章 有机污染物在土壤中的迁移转化 289
12.1 土壤中的典型有机污染物 289
12.1.1 农药 289
12.1.2 多环芳烃类 289
12.1.3 多氯联苯 290
12.1.4 二英 290
12.1.5 石油类 290
12.1.6 其他 291
12.2 有机污染物在土壤中的吸附与迁移 292
12.2.1 有机污染物在土壤中的吸附 292
12.2.2 离子型有机物在土壤上的吸附 294
12.2.3 非离子型有机物在土壤有机质上的吸附 300
12.2.4 非离子型有机物在矿物表面上的吸附 304
12.2.5 有机污染物在土壤中的挥发、扩散和迁移 308
12.3 有机污染物在土壤中的降解 309
12.3.1 非生物降解 309
12.3.2 生物降解 313
12.4 土壤中有机污染物的修复方法 314
12.4.1 原位微生物催化降解 315
12.4.2 原位化学氧化 316
本章基本要求 318
思考与练习 318
第4篇 化学物质的生物效应和生态风险
第13章 污染物的存在形态及生物可利用性 320
13.1 环境介质中的金属形态 320
13.1.1 水体中金属形态 320
13.1.2 土壤中金属形态 320
13.1.3 大气中金属形态 322
13.2 金属形态的分析技术及应用 323
13.2.1 天然水中溶解态金属形态分析 323
13.2.2 沉积物/土壤中的重金属或类金属形态分析 325
13.3 金属形态的生物可利用性与形态调控 332
13.3.1 生物可利用性概念 332
13.3.2 溶解态金属的生物可利用性 333
13.3.3 土壤沉积物金属的生物可利用性 334
13.3.4 金属生物可利用性的调控 336
13.4 有机污染物的形态及生物可利用性 338
13.4.1 土壤中有机污染物的形态 338
13.4.2 土壤中有机污染物的生物可利用性 339
本章基本要求 341
思考与练习 342
第14章 化学物质的生物吸收和生物浓缩 343
14.1 化学物质的吸收和转化 343
14.1.1 生物膜的结构 343
14.1.2 化学物质通过生物膜的方式 343
14.1.3 化学物质的生物转运 345
14.1.4 污染物的生物转化 349
14.2 生物富集、生物积累和生物放大作用 351
14.2.1 生物富集 352
14.2.2 生物积累 354
14.2.3 生物放大 355
14.3 生物组织中物质的浓缩机理 356
14.3.1 生物体某组织生物浓缩的机理模型 356
14.3.2 生物浓缩模型 357
本章基本要求 359
思考与练习 359
第15章 微生物对环境中化学物质的作用 360
15.1 微生物在环境中的重要性 360
15.1.1 微生物在环境中的作用 360
15.1.2 微生物酶催化的氧化还原反应 361
15.2 碳、氮、硫的微生物转化 362
15.2.1 碳的微生物转化 362
15.2.2 氮的微生物转化 364
15.2.3 硫的微生物转化 368
15.3 金属及类金属的微生物转化 370
15.3.1 铁的微生物转化 370
15.3.2 汞的微生物转化 371
15.3.3 砷的微生物转化 373
15.4 有机污染物的微生物降解 374
15.4.1 烃类的微生物降解 374
15.4.2 农药的微生物降解 376
本章基本要求 379
思考与练习 380
第16章 污染物的环境生态风险 381
16.1 污染物对生物的毒性作用 381
16.1.1 毒性作用 381
16.1.2 遗传毒理学的“三致”效应 384
16.1.3 污染物的联合作用 388
16.2 生物标志物和早期预警 390
16.2.1 生物标志物 390
16.2.2 生物的氧化损伤机制 393
16.2.3 生态风险的早期预警 396
16.3 有机物的定量构效关系 397
16.3.1 概述 398
16.3.2 量子化学参数在QSAR研究中的应用 401
16.3.3 3D-QSAR方法简介 406
16.4 生态风险表征方法 407
16.4.1 生态风险及其特点 407
16.4.2 生态风险评价 408
本章基本要求 410
思考与练习 411
部分课后习题参考答案 412
参考文献 414
在线试读：
第1章 绪论
1.1 环境化学的形成
在历史发展的进程中，人类为了自身的生存和发展不断地开发和利用自然资源，导致环境污染问题时有发生。20世纪30年代，一些国家只注重经济发展而缺乏环境保护的意识，使污染事件和危害人体健康的事件时有发生，*著名的是“世界八大公害”，其中马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件和四日哮喘事件这五个公害是排放大量污染气体和粉尘引起的，另外三个公害（水俣病事件、痛痛病事件和米糠油事件）是由于污染而*终引起食物中毒的事件。这些事件引起了世界的震惊，促使人们思考它们发生的根源及其所造成的危害，自觉或不自觉地开展一些研究，*初侧重于污染物检测手段、寻找污染控制途径等，这就为环境化学学科的诞生准备了条件。而且，当人类对自然资源不适当地开发和利用时，还将引起生态环境的破坏、水土流失、土壤退化、气候变化等，从而导致大量生物资源急剧减少，反过来又破坏了人类赖以生存的环境，也就是人们常说的“大自然的报复”。
20世纪70年代以来，发生的许多公害事件的严重程度已远远超过了八大公害事件。例如，1984年印度博帕尔市的一家农药厂约有45万t农药剧毒原料甲基异氰酸酯被泄漏到大气中，导致2500人即时中毒死亡，3天后死亡人数增至8000人，受伤人数达50万人，成为世界上*严重的中毒事件。1986年苏联切尔诺贝利核电站泄漏爆炸事件，使北欧、东欧等地区大气层中放射性尘埃增高达一周之久。这也是世界上**次核电站污染环境的严重事故。同年，瑞士一家化工厂的仓库发生爆炸事件，大量有毒化合物随灭火剂一起流入莱茵河，致使一些城市中的河水、自来水和井水不得不禁止使用。
此外，人类合成化学品和使用的化学品种类与数量急剧增加也带来环境污染的问题。全世界化学品的产量已从20世纪50年代的700万t增加到2015年的4.85亿t，它们通过生产、储藏、运输、应用及*后处理进入环境。有人预言，化学污染如果不加以注意和控制，*终可能导致20%以上现有的动植物种类灭绝。
显然，环境污染问题促进了环境化学研究的发展。例如，通过煤烟型大气污染问题的研究发展了硫和气溶胶化学；通过光化学烟雾污染的研究发展了大气光化学；通过酸雨污染的研究发展了降水化学；这三个领域正是大气化学的三个主要研究方向。另外，当污染物进入水体后，又将怎样迁移、转化，也是研究的重点之一。
化学肥料和农药的施用以及工业和生产排出的废弃物进入土壤，造成农药、重金属和其他化学物质在土壤中的积累，并在作物中残留。20世纪60年代，美国生物学家雷切尔·卡森写了一本《寂静的春天》，预言大量施用农药将造成生态破坏，使鸟语花香的春天变得死气沉沉，在世界范围内引起极大反响，也迫使人类不得不研究采取保护环境的相应措施。因此，对化学物质在大气、水体、土壤等自然环境中引起的化学现象的研究发展极为迅速，一些原来不受重视的化学问题，从保护自然环境和人体健康的角度出发，成为重要的、亟待解决的问题。为了探讨这些问题，人们逐渐发展了新的研究方法和手段，提出了新的观点和理论，于是形成了一门新的分支学科——环境化学。
环境化学是随着人类社会相继出现的环境问题而发展起来的新兴学科，至今尚没有一个统一的定义。我国国家自然科学基金委员会化学科学部组织编写的《环境化学学科前沿与展望》一书中提出了一个较为普遍接受的定义：环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的学科。
1.2 环境化学的特点
环境化学是环境科学的核心组成部分，也是环境科学与化学的综合和交叉，它起源于化学，但又不同于原来的化学学科，因为它是从环境的角度来考虑问题。一般情况下，环境中的化学污染物是指由人类活动产生，与天然环境化学组分共存和相互作用，有可能产生不良生态效应或健康效应的化学物质。它们在环境介质中也会有各种不同的形态变化，这就决定了环境化学研究的对象是多组分、多介质的复杂体系。同时，化学污染物在环境中的含量很低，一般只有ppm或ppb级水平，有的甚至低到ppt级或超痕量的飞克（fg）级水平。它们分布广泛，迁移转化速度较快，且在不同时空条件下有明显的动态变化。为了获得化学污染物在环境中的含量、存在形态和污染程度，不仅要对污染物进行定量检测，还要对其毒性和影响作出鉴定，研究化学污染物在环境中的迁移、转化和归趋，特别是污染物在环境中的积累、相互作用和生物效应等问题，包括污染物存在形态的生物可利用性，化学污染物致畸、致突变、致癌作用机理，化学物质的结构与毒性之间的相关关系，污染物的生态效应和在食物链中传递对人体健康的危害等，需要应用化学、生物学、生态学、毒理学、医学和地学等许多学科的基础理论和方法来进行研究。这种多学科、多介质、多层次的研究不仅大大丰富了环境化学研究的内容，也为环境化学提供了许多新的生长点，推动了环境化学和这些学科的互相渗透及交叉。环境组学、环境纳米化学、环境计量学等一些新的交叉学科出现，也会进一步推动环境化学的发展。
1.3 环境化学的研究对象、任务和范围
环境化学是一门在化学科学的传统理论和方法论基础上发展起来的新兴学科，它以环境问题作为研究对象，以解决环境问题作为目标。为了保护人类的环境，环境化学必须回答下列问题：
（1）在空气、水体、土壤和食品中，存在着哪些潜在有害物质？
（2）这些物质来自哪里？
（3）它们在环境介质中和不同界面之间是怎样迁移、转化的？*终的归趋是什么？
（4）潜在有害物质对生态环境和人体健康的危险程度与暴露程度的依赖关系如何？
（5）有何种方案能缓解或消除已有影响，以及防止产生危害的方法和途径是什么？
显然，这些问题的解决正是环境化学研究的主要任务。目前主要研究内容为：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源及其在不同环境介质之间迁移、转化的化学行为和归趋；有害物质对环境和生态系统及人体健康产生效应的机制和风险；有害物质已造成影响的缓解和消除，以及防止产生危害的方法和途径等。
环境化学随着环境问题的出现而产生，并在与其他学科的交叉融合中迅速发展，已在解决重大环境问题中发挥重要作用，逐渐形成了环境化学的分支学科。
（1）环境分析化学：应用现代分析化学的新原理、新方法、新技术测定和分析环境介质中有害物质的种类、价态、形态及含量。
（2）环境污染化学：应用化学的基本原理和方法研究有害物质在大气、水体、土壤等环境介质中的形成机制、迁移转化过程中的化学行为和生态效应，为环境污染控制与修复提供科学依据。
（3）污染控制化学：研究与污染控制和修复有关的化学机制及工艺技术中的化学问题，为开发经济、高效的污染控制及修复技术，发展清洁生产工艺提供理论依据。
（4）污染生态化学：在种群、个体、细胞和分子水平上研究有害物质与生物之间的相互作用过程，以及引起生态效应的化学原理、过程和机制。
（5）理论环境化学：应用物理化学、系统科学和数学的基本原理和方法及计算机仿真技术研究环境化学中的基本理论问题，主要包括环境系统热力学、动力学、有害物质结构-活性关系及环境化学行为与预测模型。
1.4 环境化学发展动向
环境问题逐渐成为全球关注的焦点，环境化学研究也随着环境问题的加剧在各个领域向纵深发展，出现了新的趋势。研究理念从被动研究环境出现的重大环境问题向主动预防环境污染、解决可能出现的环境问题转变；环境分析从监测元素总量向元素存在形态的生物可利用性及毒性相关性转变，从关注重金属、常见有机污染物向持久性有机污染物及新型有机污染物转变，从研究高浓度、单一污染的短期效应向低浓度、复合污染的长期效应转变；研究介质从单一介质、局部地区向多介质界面、区域及全球范围转变；研究方法从传统的调查向应用多学科新技术、新方法交叉研究转变。这些转变进一步推动环境化学学科的快速发展。面对极为复杂的环境问题，开展污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控原理、纳米颗粒物的环境行为和生物效应、环境友好和功能材料在污染控制中的应用以及化学污染物暴露与食品安全等研究是未来环境化学研究的重要发展方向（中国科学院，2016）。
环境化学就是在认识和解决实际环境问题过程中形成的学科，在为环境保护决策提供科学依据方面将起着关键和核心作用。下面仅就国际发展动向及我国存在的一些问题作简要介绍。
1.4.1 环境分析化学
要深刻了解环境污染程度、追溯污染来源、认识污染进程，都需要有足够选择性、灵敏度高的环境监测测试方法，因此环境分析化学和环境监测新技术的研究无疑是保护环境、发展环境化学的一项基础性工作。
近年来，环境分析化学发展非常迅猛。据统计，每年发表相关环境分析类论文超过1万篇。进入21世纪以来，样品的采集和前处理技术，特别是以半透膜装置（semipermeable membrane devices，SPMDs）、固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）为代表的被动采样技术，已用于采集空气和水介质中的环境污染物。薄膜梯度扩散（diffusion-gradient in thin-films，DGT）技术则主要用于金属离子、营养元素和类金属元素的被动采样。质谱与各种采样、分离技术的在线联用也成为测定复杂基体痕量污染物的研究热点，检测能力不断提高，污染物超痕量分析已达到飞克级水平。智能化计算机和高速电子器件与检测器的使用，使环境监测周期大大缩短。高效分离手段、各种化学和生物选择性传感器的使用，使得直接测定复杂基体中污染物含量成为可能。
样品采集和前处理是制约环境分析化学发展的主要因素之一。据统计，目前样品前处理时间占整个分析过程的70%～80%，也是导致产生分析误差的主要原因。近年来，重点研究可供时空分辨、生物可利用性以及可提供污染物浓度的实时或接近实时信息的简单快速采样和检测一体化的样品采集技术，被动采样技术就是突出的代表。被动采样技术（passive sampling technique）可在不影响主体溶液情况下进行原位采样，在数天至几个月内得到污染物的时间权重平均浓度，具有无须动力、灵敏度高、成本较低、适合大规模采样等优点，较好地克服了主动采样难以反映不断变化的环境状况及生物效应等缺点。
前处理则是发展快速高效、安全可靠、微型化和环境友好的技术，其中各种无溶剂化萃取技术、仪器辅助型萃取技术和以纳米材料、分子印迹等为基础的萃取技术代表着前处理技术的发展前沿。例如，浊点萃取（cloud point extraction）是以表面活性剂的浊点现象为基础，利用表面活性剂的胶束水溶液在特定外界条件诱导下产生的相分离现象。再如，在含纳米材料的水样中加入高于临界胶束浓度的非离子表面活性剂TritonX-114（TX-114）， 纳米材料表面将自组装TX-114形成胶束，从而使纳米材料富集在TX-114相中得到分离，这是一种环境友好的纳米材料高效分离和富集技术，可用于萃取半导体量子点（CdSe/ZnS/FEG）、金属氧化物纳米颗粒（Fe3O4/HA、TiO2）、贵金属纳米颗粒（Ag、Au）及碳纳米材料（C60、SWCNTs）等。应用该技术富集分离的纳米材料可很好地保持原有形貌和大小，为研究纳米材料在环境中的行为变化提供有效手段（Takagai and Hinze，2009；Liu et al，2009）。
加压流体萃取（pressurized liquid extraction，PLE）、微波辅助萃取（microwave-assisted extraction，MAE）、超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE）、亚临界水萃取（subcritical water extraction，SWE）等仪器辅助增加型萃取技术，对污泥、底泥、土壤和生物体等固体或半固体样品进行高效萃取，正迅速取代索氏提取、自动索氏提取等技术，已被许多官方机构作为标准方法使用。
随着经济高速发展，许多新型污染物如多溴联苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）、全氟化合物（perfluorinated compounds，PFCs）、药物和个人护理用品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）、多氯萘（polychlorinated naphthalenes，PCNs）、短链氯化石蜡（short-chain chlorinated paraffins，SCCPs）及人工纳米材料等不断出现，它们在多种介质中的含量、环境行为和生态效应以及可能产生的生态风险都成为目前环境研究关注的热点，迫切需要发展测定新型污染物的高效、灵敏的仪器分析方法及快速简便的样品前处理技术。因此，应用高新技术（如激光、微波、分子束、核技术、纳米技术等）从根本上革新原来的分析方法、步骤和程序应是今后环境分析化学发展的主要方向。
1.4.2 水环境化学
1. 新型持久性有机污染物的环境行为和生态效应
PFCs、PBDEs、PPCPs等作为一类新型的持久性有机污染物（POPs）在水环境中广泛存在，它们在水环境中的存在形态、环境行为及对人体健康可能带来的潜在危害尚不清楚，而且低浓度长期暴露会对生态环境产生多大危害尚不得而知，因此必须在今后的研究中给予高度关注。
PFCs是一类生物积累强、对人体多脏器产生毒性的污染物，它在水中的溶解度大，可在水环境中长期存在，至今尚无适用于监测水环境PFCs污染简便易行的方法。因此，研究并建立环境中PFCs监测的标准定量方法已经成为当务之急，并在此基础上系统研究PFCs在水环境中的分布、存在形态、迁移转化规律及生态效应，研究它们的毒性效应和致毒机理，以及对生态环境和人体健康可能带来的潜在危害。
PBDEs已被认为是一类在全球广泛存在的持久性有机污染物，目前研究主要集中在沉积物和大气方面，而在水体和土壤方面的研究非常有限。因此，今后应加强PBDEs及其代谢物在水体、土壤环境中的环境行为和生态效应方面的研究，特别是在电子工业发达和电子垃圾回收地区的污染现状，在生物和非生物介质中迁移转化和对生态环境、人体健康的潜在危害方面的研究；关注不同溴取代阻燃剂的长距离迁移能力、PBDEs在水环境和生物体内的代谢转化途径及PBDEs母体和代谢转化产物（尤其是羟基化和甲基化产物）对低等水生生物的毒理效应及机制研究。
PPCPs是国际上持久性有机污染物的另一个研究热点，深入开展抗生素在水环境中的迁移转化、环境暴露水平下典型抗生素水生态毒性与机制等方面的研究，建立生态风险评估和预测方法体系，为使用抗生素环境安全标准的修订和水环境标准制定提供科学依据。应特别重视长期滥用抗生素产生的抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs）对环境造成的潜在基因污染，这些基因污染物可以通过物种间遗传物质的交换无限制地传播，具有遗传性且很难控制和消除，一旦形成将对人类健康和生态系统安全造成长期不可逆的危害。世界卫生组织（WHO）将抗生素抗性基因列为21世纪威胁人类健康*重大的挑战。因此，迫切需要开展抗生素抗性基因在环境中的来源、传播和扩散机制，以及其可能对生态环境和人体健康长期的潜在危害方面的研究。同时还应对个人防护品如紫外线防护剂、香料、染发剂等合成化学品对生态环境和人体健康的潜在危害开展研究。
纳米材料的广泛应用可导致纳米颗粒通过不同途径进入环境，纳米材料的环境行为及对环境和人类健康的潜在危害受到人们的关注。定量描述纳米颗粒在环境中的行为是评价环境风险的基础，但其独特的理化性质使传统的预测评价方法不完全适用于纳米颗粒，因此对纳米颗粒环境行为的定量描述还需要开展大量的研究。纳米材料生物毒性效应虽然开展了不少研究，但在实验室模拟研究中，纳米颗粒物浓度远高于实际环境，且毒性实验中一些干扰因素没有很好地排除，纳米颗粒自身毒性仍有待验证，现有研究很难阐明纳米材料的生态毒性效应和评价其安全性。因此，开展纳米颗粒毒性效应的定量表征和安全性评价研究仍是今后关注的重点。
2. 水华暴发机制和主要衍生物的生态危害
氮、磷富集导致水体富营养化被认为是国际上*普遍的水环境问题。营养盐的富集导致生态系统发生变化，但许多过程和现象的机制仍不清楚，所以蓝藻水华暴发机制和水体营养盐的富集对水生态系统的影响仍然是未来一段时间的研究热点。水华暴发主要衍生物藻毒素危及水质、生态系统及人类健康，目前主要集中在水质和微囊藻毒素生物累积调查，以及饮用水和渔产品的健康风险研究，需加强微囊藻毒素对整个水生态系统的结构与功能的影响，以及在水生生态系统各营养级水平的积累和传递作用方面的研究。而且，需要开展微囊藻毒素低剂量长期暴露对水生生物的毒理学研究，特别是野外原位条件下蓝藻水华暴发对水生生物造成的生态毒理效应研究，在分子水平上揭示其微观致毒机理，阐明其对水生生态系统的影响，建立适合我国国情的水华成灾的生态安全阈值指标体系，为控制和消除水华暴发产生的危害提供依据。同时，应关注因灌溉含有微囊藻毒素的湖水进入土壤而对土壤生态系统可能带来的影响。
3. 水质基准
水质基准（water quality criteria）是制定水环境质量标准及评价、预测和防治水体污染的主要依据。美国和欧盟都较早地开展了水质基准的系统研究。美国的水质研究始于20世纪初，1974年正式公布了《水质基准》，已建立了较为完善的水质基准推导理论和方法学，2009年USEPA颁布的水质基准包括120项优先控制污染物和47项非优先控制污染物的淡水（海水）的急性和慢性，以及人体健康等6类基准值。加拿大（1987年）和澳大利亚（2004年）都分别制定了相关的《水质指南》，但目前乃有许多污染物没有相对应的水质基准。国际上目前主要采用评价因子法、物种敏感度分布曲线法、生态毒理模型法和毒性百分数排序法等推导水生生物基准，但是不同的推导方法得出的基准会有所不同（冯承莲等，2012）。
我国水质基准研究较晚，现行水质标准限值大多直接采用和借鉴国外水质标准或水质基准。近年来，已有许多课题组开展了环境基准的研究，指出环境暴露、效应识别和风险评估是基准研究的三个关键步骤，初步建立了具有我国区域特点的环境质量基准理论、技术和方法体系，初步提出了具有生态分区差异性的水生生物基准制定方法技术体系，对我国水环境基准研究的发展起到积极作用。今后基准研究应围绕污染物的生物可利用性、明确生物富集机理和毒性效应、构建毒性预测模型以及新型污染物水质基准理论方法学等方面开展研究。
1.4.3 大气污染化学
20世纪末，随着城市化和工业化进程的加速，机动车数量高速增长，导致空气中除了原有的高浓度SO2和颗粒物外，NOx和挥发性有机污染物（VOCs）的浓度也快速增加，在夏、秋两季的高温和强紫外线作用下形成光化学污染。许多城市地区煤烟型污染和光化学污染共存且相互耦合，使大气环境面临新的问题。
1. 大气化学过程与全球气候变化之间的关系
按现有CO2等主要温室效应的气体浓度上升速率估算，今后半个世纪世界平均温度可
定价：79.0
ISBN：9787030583185
作者：无
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书共4篇16章，包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应和生态风险，较全面地介绍了环境化学的主要内容和*新研究进展，阐述了运用化学理论和方法研究污染物在环境中迁移、转化和归趋规律及对生态环境的影响。对新型有机污染物的环境行为、污染物形态的生物可利用性、有机物的定量构效关系、生物标志物和生物风险早期诊断，以及全球关心的温室效应、酸雨、臭氧层破坏、灰霾等环境问题，均在有关章节中进行详细介绍。为使化学与环境问题紧密结合，各章还穿插了“案例分析”，并配备一定数量的“思考与练习”。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 环境化学的形成 1
1.2 环境化学的特点 2
1.3 环境化学的研究对象、任务和范围 2
1.4 环境化学发展动向 3
1.4.1 环境分析化学 3
1.4.2 水环境化学 5
1.4.3 大气污染化学 6
1.4.4 土壤-有机污染物的界面反应及生物可利用性 7
1.4.5 有害化学物质的生态风险和早期诊断 8
本章基本要求 10
思考与练习 10
第1篇 水环境化学
第2章 天然水的组成和性质 12
2.1 水质概况 12
2.2 天然水的组成 13
2.2.1 天然水中的主要离子组成 13
2.2.2 水中的金属离子 13
2.2.3 溶解在水中的气体 14
2.2.4 水中的营养元素 17
2.2.5 水生生物 17
2.3 天然水的性质 18
2.3.1 碳酸平衡 18
2.3.2 天然水的碱度和酸度 21
2.3.3 天然水体的缓冲能力 26
2.3.4 天然水的硬度 27
本章基本要求 27
思考与练习 27
第3章 水环境中无机污染物迁移转化的基本原理 29
3.1 水环境中的溶解和沉淀作用 29
3.1.1 天然水中各类固体的溶解度 29
3.1.2 水溶液的稳定性 37
3.2 水环境中的配合作用 40
3.2.1 天然水体中的配合作用 40
3.2.2 羟基对重金属离子的配合作用 41
3.2.3 螯合剂NTA的配合作用 43
3.2.4 腐殖质的配合作用 49
3.2.5 有机配位体对重金属迁移的影响 50
3.3 天然水中的氧化还原平衡 52
3.3.1 天然水中氧化还原平衡的意义 52
3.3.2 电子活度和氧化还原电位 53
3.3.3 天然水体的pe-pH图 57
3.3.4 天然水中污染物的氧化还原转化 62
3.3.5 水中有机物的氧化 68
3.4 水环境中固-液界面的相互作用 68
3.4.1 天然水体中的胶体物质 68
3.4.2 胶体颗粒的性质 70
3.4.3 颗粒物在水环境中的吸附过程 73
3.4.4 沉积物——探索天然水体重金属污染的工具 75
本章基本要求 77
思考与练习 77
第4章 水环境中有机污染物迁移转化的基本原理 80
4.1 分配作用 80
4.1.1 线性分配理论 80
4.1.2 标化分配系数 81
4.1.3 生物浓缩因子 83
4.2 挥发作用 85
4.2.1 亨利定律 85
4.2.2 挥发作用的双膜理论 86
4.3 水解作用 89
4.4 光解作用 91
4.4.1 直接光解 91
4.4.2 敏化光解(间接光解) 95
4.4.3 氧化反应 96
4.5 生物降解作用 97
4.5.1 生长代谢 97
4.5.2 共代谢 98
4.5.3 影响生物降解的因素 99
本章基本要求 101
思考与练习 101
第5章 水环境中污染物环境行为和归趋模式 102
5.1 有毒有机污染物的环境行为 103
5.1.1 农药 103
5.1.2 多环芳烃类 104
5.1.3 多氯联苯 104
5.1.4 卤代脂肪烃 105
5.1.5 醚类 105
5.1.6 单环芳香族化合物 105
5.1.7 苯酚类和甲酚类 105
5.1.8 酞酸酯类 106
5.1.9 亚硝胺和其他化合物 106
5.1.10 新型有机污染物 106
5.2 有机污染物的归趋模式 111
5.2.1 有机污染物在水环境中的迁移转化过程 112
5.2.2 归趋模式简介 113
5.2.3 归趋模式应用举例 116
5.3 无机污染物的环境行为和归趋模型 119
5.3.1 水环境中无机污染物的存在形态和生物可利用性 119
5.3.2 水体富营养化 122
5.3.3 水环境中重金属的化学平衡模型 124
本章基本要求 127
思考与练习 127
第2篇 大气环境化学
第6章 天然大气和重要污染物 129
6.1 大气的组成和停留时间 129
6.1.1 大气的组成 129
6.1.2 大气组分的停留时间 130
6.1.3 大气组分浓度表示方法 131
6.2 大气的主要层次 132
6.2.1 对流层 133
6.2.2 平流层 133
6.2.3 中间层 134
6.2.4 热层 134
6.3 大气中的离子及自由基 134
6.3.1 大气中的离子 134
6.3.2 大气中的自由基 135
6.4 大气中的重要污染物 137
6.4.1 含硫化合物 138
6.4.2 含氮化合物 140
6.4.3 含碳化合物 142
6.4.4 含卤素化合物 146
6.5 温室气体和温室效应 147
6.5.1 地球的热平衡 147
6.5.2 温室气体和温室效应 148
6.5.3 辐射强迫 149
本章基本要求 151
思考与练习 151
第7章 气相大气化学 152
7.1 大气光化学反应基础 152
7.1.1 光化学反应定律 152
7.1.2 光化学反应过程 153
7.2 氮氧化物的气相反应 153
7.2.1 氮氧化物的基本反应 153
7.2.2 NO、NO2和O3的基本光化学循环 154
7.2.3 氮氧化物气相反应动力学 156
7.3 二氧化硫的气相反应 156
7.3.1 SO2与氧原子的反应 157
7.3.2 SO2与其他自由基的反应 157
7.4 有机物的气相反应 158
7.4.1 碳氢化合物的一些重要反应 159
7.4.2 HO·与烯烃类、烃类、醛类、卤代烃、芳香烃的反应 159
7.4.3 烯烃与臭氧、原子氧和氮氧化物的反应 161
7.4.4 天然有机物的转化 163
7.5 光化学烟雾 163
7.5.1 光化学烟雾的特征 163
7.5.2 光化学烟雾的形成机制与臭氧生成机制 165
7.5.3 光化学烟雾的化学动力学机理 169
7.6 平流层化学 170
7.6.1 平流层的化学反应 171
7.6.2 南极“臭氧洞”现象及解释 174
7.6.3 北极上空的臭氧损耗 177
本章基本要求 178
思考与练习 178
第8章 液相大气化学 180
8.1 二氧化硫的液相反应 180
8.1.1 SO2的液相平衡 180
8.1.2 SO2的液相反应动力学 182
8.2 氮氧化物的液相反应 185
8.2.1 NOx的液相平衡 185
8.2.2 NH3和HNO3的液相平衡 187
8.2.3 NOx的液相反应动力学 188
8.3 酸沉降化学 188
8.3.1 酸雨的形成和危害 188
8.3.2 酸雨的化学组成 190
8.3.3 酸雨中的关键性离子组分 191
8.3.4 影响酸雨形成的因素 192
8.3.5 酸雨的来源及近年变化趋势 194
8.4 降水化学组分和pH的背景值 196
8.4.1 降水化学组分的背景值 196
8.4.2 降水pH的背景值 196
8.5 酸沉降临界负荷 197
8.5.1 临界负荷基本含义与临界化学标准 197
8.5.2 临界负荷计算方法 198
本章基本要求 200
思考与练习 200
第9章 大气颗粒物 202
9.1 大气颗粒物的分类 202
9.2 大气颗粒物的源和汇 203
9.2.1 大气颗粒物的来源 203
9.2.2 大气颗粒物的汇 203
9.3 大气颗粒物的粒度分布及表面性质 204
9.3.1 大气颗粒物的粒度分布 204
9.3.2 大气颗粒物的表面性质 206
9.4 大气颗粒物中的无机物 208
9.4.1 无机颗粒物的来源 208
9.4.2 无机颗粒物的组成 209
9.5 大气颗粒物中的有机物 211
9.5.1 大气颗粒物中有机物的类型及来源 211
9.5.2 多环芳烃 212
9.5.3 持久性有机污染物的大气传输 213
9.6 大气颗粒物对人体健康的影响 214
9.6.1 大气颗粒物对健康的影响 214
9.6.2 人体吸入量的估算 214
9.7 大气颗粒物的源解析 215
9.7.1 扩散模型法 215
9.7.2 受体模型法 216
9.8 大气颗粒物的区域污染 219
9.8.1 大气颗粒物浓度的时空变化 219
9.8.2 大气颗粒物污染特征 220
9.8.3 区域复合污染控制 220
9.8.4 灰霾 223
本章基本要求 225
思考与练习 225
第3篇 土壤环境化学
第10章 土壤的组成和性质 228
10.1 土壤的分层 228
10.2 土壤的组成 229
10.2.1 土壤矿物质 229
10.2.2 土壤有机质 235
10.2.3 土壤水分 238
10.2.4 土壤空气 239
10.3 土壤的主要理化性质 240
10.3.1 土壤的质地 240
10.3.2 土壤的胶体性质 241
10.4 土壤的离子交换与吸附 245
10.4.1 离子交换与吸附反应 245
10.4.2 表面配合模型 250
10.5 土壤的酸碱度 254
10.5.1 土壤的酸度 254
10.5.2 土壤的碱度 256
10.5.3 土壤的缓冲作用 257
10.5.4 土壤酸碱性的环境意义 259
10.6 土壤的氧化还原作用 260
10.6.1 土壤的氧化还原电位 260
10.6.2 土壤中主要的氧化还原体系 260
10.6.3 土壤中氧化还原反应的环境意义 262
本章基本要求 263
思考与练习 263
第11章 氮、磷及重金属在土壤中的迁移转化 264
11.1 氮在土壤中的迁移 264
11.1.1 土壤中氮的来源 264
11.1.2 土壤中氮的形态 264
11.1.3 氮在土壤中转化的重要过程 265
11.1.4 氮的流失 266
11.1.5 氮污染 267
11.2 磷在土壤中的迁移 268
11.2.1 土壤中磷的来源 268
11.2.2 土壤中磷的形态 268
11.2.3 土壤的固磷作用 270
11.2.4 磷肥的污染 270
11.3 土壤重金属污染 272
11.3.1 土壤元素背景值和土壤环境容量 272
11.3.2 控制重金属在土壤中归趋的主要反应 275
11.4 土壤-植物系统中重金属的归趋 277
11.4.1 重金属在土壤-植物体系中的累积和迁移 278
11.4.2 植物对重金属污染的耐受机制 281
11.4.3 重金属的植物修复 281
11.4.4 典型重金属在土壤-植物系统中的主要归趋 283
本章基本要求 288
思考与练习 288
第12章 有机污染物在土壤中的迁移转化 289
12.1 土壤中的典型有机污染物 289
12.1.1 农药 289
12.1.2 多环芳烃类 289
12.1.3 多氯联苯 290
12.1.4 二英 290
12.1.5 石油类 290
12.1.6 其他 291
12.2 有机污染物在土壤中的吸附与迁移 292
12.2.1 有机污染物在土壤中的吸附 292
12.2.2 离子型有机物在土壤上的吸附 294
12.2.3 非离子型有机物在土壤有机质上的吸附 300
12.2.4 非离子型有机物在矿物表面上的吸附 304
12.2.5 有机污染物在土壤中的挥发、扩散和迁移 308
12.3 有机污染物在土壤中的降解 309
12.3.1 非生物降解 309
12.3.2 生物降解 313
12.4 土壤中有机污染物的修复方法 314
12.4.1 原位微生物催化降解 315
12.4.2 原位化学氧化 316
本章基本要求 318
思考与练习 318
第4篇 化学物质的生物效应和生态风险
第13章 污染物的存在形态及生物可利用性 320
13.1 环境介质中的金属形态 320
13.1.1 水体中金属形态 320
13.1.2 土壤中金属形态 320
13.1.3 大气中金属形态 322
13.2 金属形态的分析技术及应用 323
13.2.1 天然水中溶解态金属形态分析 323
13.2.2 沉积物/土壤中的重金属或类金属形态分析 325
13.3 金属形态的生物可利用性与形态调控 332
13.3.1 生物可利用性概念 332
13.3.2 溶解态金属的生物可利用性 333
13.3.3 土壤沉积物金属的生物可利用性 334
13.3.4 金属生物可利用性的调控 336
13.4 有机污染物的形态及生物可利用性 338
13.4.1 土壤中有机污染物的形态 338
13.4.2 土壤中有机污染物的生物可利用性 339
本章基本要求 341
思考与练习 342
第14章 化学物质的生物吸收和生物浓缩 343
14.1 化学物质的吸收和转化 343
14.1.1 生物膜的结构 343
14.1.2 化学物质通过生物膜的方式 343
14.1.3 化学物质的生物转运 345
14.1.4 污染物的生物转化 349
14.2 生物富集、生物积累和生物放大作用 351
14.2.1 生物富集 352
14.2.2 生物积累 354
14.2.3 生物放大 355
14.3 生物组织中物质的浓缩机理 356
14.3.1 生物体某组织生物浓缩的机理模型 356
14.3.2 生物浓缩模型 357
本章基本要求 359
思考与练习 359
第15章 微生物对环境中化学物质的作用 360
15.1 微生物在环境中的重要性 360
15.1.1 微生物在环境中的作用 360
15.1.2 微生物酶催化的氧化还原反应 361
15.2 碳、氮、硫的微生物转化 362
15.2.1 碳的微生物转化 362
15.2.2 氮的微生物转化 364
15.2.3 硫的微生物转化 368
15.3 金属及类金属的微生物转化 370
15.3.1 铁的微生物转化 370
15.3.2 汞的微生物转化 371
15.3.3 砷的微生物转化 373
15.4 有机污染物的微生物降解 374
15.4.1 烃类的微生物降解 374
15.4.2 农药的微生物降解 376
本章基本要求 379
思考与练习 380
第16章 污染物的环境生态风险 381
16.1 污染物对生物的毒性作用 381
16.1.1 毒性作用 381
16.1.2 遗传毒理学的“三致”效应 384
16.1.3 污染物的联合作用 388
16.2 生物标志物和早期预警 390
16.2.1 生物标志物 390
16.2.2 生物的氧化损伤机制 393
16.2.3 生态风险的早期预警 396
16.3 有机物的定量构效关系 397
16.3.1 概述 398
16.3.2 量子化学参数在QSAR研究中的应用 401
16.3.3 3D-QSAR方法简介 406
16.4 生态风险表征方法 407
16.4.1 生态风险及其特点 407
16.4.2 生态风险评价 408
本章基本要求 410
思考与练习 411
部分课后习题参考答案 412
参考文献 414
在线试读：
第1章 绪论
1.1 环境化学的形成
在历史发展的进程中，人类为了自身的生存和发展不断地开发和利用自然资源，导致环境污染问题时有发生。20世纪30年代，一些国家只注重经济发展而缺乏环境保护的意识，使污染事件和危害人体健康的事件时有发生，*著名的是“世界八大公害”，其中马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件和四日哮喘事件这五个公害是排放大量污染气体和粉尘引起的，另外三个公害（水俣病事件、痛痛病事件和米糠油事件）是由于污染而*终引起食物中毒的事件。这些事件引起了世界的震惊，促使人们思考它们发生的根源及其所造成的危害，自觉或不自觉地开展一些研究，*初侧重于污染物检测手段、寻找污染控制途径等，这就为环境化学学科的诞生准备了条件。而且，当人类对自然资源不适当地开发和利用时，还将引起生态环境的破坏、水土流失、土壤退化、气候变化等，从而导致大量生物资源急剧减少，反过来又破坏了人类赖以生存的环境，也就是人们常说的“大自然的报复”。
20世纪70年代以来，发生的许多公害事件的严重程度已远远超过了八大公害事件。例如，1984年印度博帕尔市的一家农药厂约有45万t农药剧毒原料甲基异氰酸酯被泄漏到大气中，导致2500人即时中毒死亡，3天后死亡人数增至8000人，受伤人数达50万人，成为世界上*严重的中毒事件。1986年苏联切尔诺贝利核电站泄漏爆炸事件，使北欧、东欧等地区大气层中放射性尘埃增高达一周之久。这也是世界上**次核电站污染环境的严重事故。同年，瑞士一家化工厂的仓库发生爆炸事件，大量有毒化合物随灭火剂一起流入莱茵河，致使一些城市中的河水、自来水和井水不得不禁止使用。
此外，人类合成化学品和使用的化学品种类与数量急剧增加也带来环境污染的问题。全世界化学品的产量已从20世纪50年代的700万t增加到2015年的4.85亿t，它们通过生产、储藏、运输、应用及*后处理进入环境。有人预言，化学污染如果不加以注意和控制，*终可能导致20%以上现有的动植物种类灭绝。
显然，环境污染问题促进了环境化学研究的发展。例如，通过煤烟型大气污染问题的研究发展了硫和气溶胶化学；通过光化学烟雾污染的研究发展了大气光化学；通过酸雨污染的研究发展了降水化学；这三个领域正是大气化学的三个主要研究方向。另外，当污染物进入水体后，又将怎样迁移、转化，也是研究的重点之一。
化学肥料和农药的施用以及工业和生产排出的废弃物进入土壤，造成农药、重金属和其他化学物质在土壤中的积累，并在作物中残留。20世纪60年代，美国生物学家雷切尔·卡森写了一本《寂静的春天》，预言大量施用农药将造成生态破坏，使鸟语花香的春天变得死气沉沉，在世界范围内引起极大反响，也迫使人类不得不研究采取保护环境的相应措施。因此，对化学物质在大气、水体、土壤等自然环境中引起的化学现象的研究发展极为迅速，一些原来不受重视的化学问题，从保护自然环境和人体健康的角度出发，成为重要的、亟待解决的问题。为了探讨这些问题，人们逐渐发展了新的研究方法和手段，提出了新的观点和理论，于是形成了一门新的分支学科——环境化学。
环境化学是随着人类社会相继出现的环境问题而发展起来的新兴学科，至今尚没有一个统一的定义。我国国家自然科学基金委员会化学科学部组织编写的《环境化学学科前沿与展望》一书中提出了一个较为普遍接受的定义：环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的学科。
1.2 环境化学的特点
环境化学是环境科学的核心组成部分，也是环境科学与化学的综合和交叉，它起源于化学，但又不同于原来的化学学科，因为它是从环境的角度来考虑问题。一般情况下，环境中的化学污染物是指由人类活动产生，与天然环境化学组分共存和相互作用，有可能产生不良生态效应或健康效应的化学物质。它们在环境介质中也会有各种不同的形态变化，这就决定了环境化学研究的对象是多组分、多介质的复杂体系。同时，化学污染物在环境中的含量很低，一般只有ppm或ppb级水平，有的甚至低到ppt级或超痕量的飞克（fg）级水平。它们分布广泛，迁移转化速度较快，且在不同时空条件下有明显的动态变化。为了获得化学污染物在环境中的含量、存在形态和污染程度，不仅要对污染物进行定量检测，还要对其毒性和影响作出鉴定，研究化学污染物在环境中的迁移、转化和归趋，特别是污染物在环境中的积累、相互作用和生物效应等问题，包括污染物存在形态的生物可利用性，化学污染物致畸、致突变、致癌作用机理，化学物质的结构与毒性之间的相关关系，污染物的生态效应和在食物链中传递对人体健康的危害等，需要应用化学、生物学、生态学、毒理学、医学和地学等许多学科的基础理论和方法来进行研究。这种多学科、多介质、多层次的研究不仅大大丰富了环境化学研究的内容，也为环境化学提供了许多新的生长点，推动了环境化学和这些学科的互相渗透及交叉。环境组学、环境纳米化学、环境计量学等一些新的交叉学科出现，也会进一步推动环境化学的发展。
1.3 环境化学的研究对象、任务和范围
环境化学是一门在化学科学的传统理论和方法论基础上发展起来的新兴学科，它以环境问题作为研究对象，以解决环境问题作为目标。为了保护人类的环境，环境化学必须回答下列问题：
（1）在空气、水体、土壤和食品中，存在着哪些潜在有害物质？
（2）这些物质来自哪里？
（3）它们在环境介质中和不同界面之间是怎样迁移、转化的？*终的归趋是什么？
（4）潜在有害物质对生态环境和人体健康的危险程度与暴露程度的依赖关系如何？
（5）有何种方案能缓解或消除已有影响，以及防止产生危害的方法和途径是什么？
显然，这些问题的解决正是环境化学研究的主要任务。目前主要研究内容为：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源及其在不同环境介质之间迁移、转化的化学行为和归趋；有害物质对环境和生态系统及人体健康产生效应的机制和风险；有害物质已造成影响的缓解和消除，以及防止产生危害的方法和途径等。
环境化学随着环境问题的出现而产生，并在与其他学科的交叉融合中迅速发展，已在解决重大环境问题中发挥重要作用，逐渐形成了环境化学的分支学科。
（1）环境分析化学：应用现代分析化学的新原理、新方法、新技术测定和分析环境介质中有害物质的种类、价态、形态及含量。
（2）环境污染化学：应用化学的基本原理和方法研究有害物质在大气、水体、土壤等环境介质中的形成机制、迁移转化过程中的化学行为和生态效应，为环境污染控制与修复提供科学依据。
（3）污染控制化学：研究与污染控制和修复有关的化学机制及工艺技术中的化学问题，为开发经济、高效的污染控制及修复技术，发展清洁生产工艺提供理论依据。
（4）污染生态化学：在种群、个体、细胞和分子水平上研究有害物质与生物之间的相互作用过程，以及引起生态效应的化学原理、过程和机制。
（5）理论环境化学：应用物理化学、系统科学和数学的基本原理和方法及计算机仿真技术研究环境化学中的基本理论问题，主要包括环境系统热力学、动力学、有害物质结构-活性关系及环境化学行为与预测模型。
1.4 环境化学发展动向
环境问题逐渐成为全球关注的焦点，环境化学研究也随着环境问题的加剧在各个领域向纵深发展，出现了新的趋势。研究理念从被动研究环境出现的重大环境问题向主动预防环境污染、解决可能出现的环境问题转变；环境分析从监测元素总量向元素存在形态的生物可利用性及毒性相关性转变，从关注重金属、常见有机污染物向持久性有机污染物及新型有机污染物转变，从研究高浓度、单一污染的短期效应向低浓度、复合污染的长期效应转变；研究介质从单一介质、局部地区向多介质界面、区域及全球范围转变；研究方法从传统的调查向应用多学科新技术、新方法交叉研究转变。这些转变进一步推动环境化学学科的快速发展。面对极为复杂的环境问题，开展污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控原理、纳米颗粒物的环境行为和生物效应、环境友好和功能材料在污染控制中的应用以及化学污染物暴露与食品安全等研究是未来环境化学研究的重要发展方向（中国科学院，2016）。
环境化学就是在认识和解决实际环境问题过程中形成的学科，在为环境保护决策提供科学依据方面将起着关键和核心作用。下面仅就国际发展动向及我国存在的一些问题作简要介绍。
1.4.1 环境分析化学
要深刻了解环境污染程度、追溯污染来源、认识污染进程，都需要有足够选择性、灵敏度高的环境监测测试方法，因此环境分析化学和环境监测新技术的研究无疑是保护环境、发展环境化学的一项基础性工作。
近年来，环境分析化学发展非常迅猛。据统计，每年发表相关环境分析类论文超过1万篇。进入21世纪以来，样品的采集和前处理技术，特别是以半透膜装置（semipermeable membrane devices，SPMDs）、固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）为代表的被动采样技术，已用于采集空气和水介质中的环境污染物。薄膜梯度扩散（diffusion-gradient in thin-films，DGT）技术则主要用于金属离子、营养元素和类金属元素的被动采样。质谱与各种采样、分离技术的在线联用也成为测定复杂基体痕量污染物的研究热点，检测能力不断提高，污染物超痕量分析已达到飞克级水平。智能化计算机和高速电子器件与检测器的使用，使环境监测周期大大缩短。高效分离手段、各种化学和生物选择性传感器的使用，使得直接测定复杂基体中污染物含量成为可能。
样品采集和前处理是制约环境分析化学发展的主要因素之一。据统计，目前样品前处理时间占整个分析过程的70%～80%，也是导致产生分析误差的主要原因。近年来，重点研究可供时空分辨、生物可利用性以及可提供污染物浓度的实时或接近实时信息的简单快速采样和检测一体化的样品采集技术，被动采样技术就是突出的代表。被动采样技术（passive sampling technique）可在不影响主体溶液情况下进行原位采样，在数天至几个月内得到污染物的时间权重平均浓度，具有无须动力、灵敏度高、成本较低、适合大规模采样等优点，较好地克服了主动采样难以反映不断变化的环境状况及生物效应等缺点。
前处理则是发展快速高效、安全可靠、微型化和环境友好的技术，其中各种无溶剂化萃取技术、仪器辅助型萃取技术和以纳米材料、分子印迹等为基础的萃取技术代表着前处理技术的发展前沿。例如，浊点萃取（cloud point extraction）是以表面活性剂的浊点现象为基础，利用表面活性剂的胶束水溶液在特定外界条件诱导下产生的相分离现象。再如，在含纳米材料的水样中加入高于临界胶束浓度的非离子表面活性剂TritonX-114（TX-114）， 纳米材料表面将自组装TX-114形成胶束，从而使纳米材料富集在TX-114相中得到分离，这是一种环境友好的纳米材料高效分离和富集技术，可用于萃取半导体量子点（CdSe/ZnS/FEG）、金属氧化物纳米颗粒（Fe3O4/HA、TiO2）、贵金属纳米颗粒（Ag、Au）及碳纳米材料（C60、SWCNTs）等。应用该技术富集分离的纳米材料可很好地保持原有形貌和大小，为研究纳米材料在环境中的行为变化提供有效手段（Takagai and Hinze，2009；Liu et al，2009）。
加压流体萃取（pressurized liquid extraction，PLE）、微波辅助萃取（microwave-assisted extraction，MAE）、超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE）、亚临界水萃取（subcritical water extraction，SWE）等仪器辅助增加型萃取技术，对污泥、底泥、土壤和生物体等固体或半固体样品进行高效萃取，正迅速取代索氏提取、自动索氏提取等技术，已被许多官方机构作为标准方法使用。
随着经济高速发展，许多新型污染物如多溴联苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）、全氟化合物（perfluorinated compounds，PFCs）、药物和个人护理用品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）、多氯萘（polychlorinated naphthalenes，PCNs）、短链氯化石蜡（short-chain chlorinated paraffins，SCCPs）及人工纳米材料等不断出现，它们在多种介质中的含量、环境行为和生态效应以及可能产生的生态风险都成为目前环境研究关注的热点，迫切需要发展测定新型污染物的高效、灵敏的仪器分析方法及快速简便的样品前处理技术。因此，应用高新技术（如激光、微波、分子束、核技术、纳米技术等）从根本上革新原来的分析方法、步骤和程序应是今后环境分析化学发展的主要方向。
1.4.2 水环境化学
1. 新型持久性有机污染物的环境行为和生态效应
PFCs、PBDEs、PPCPs等作为一类新型的持久性有机污染物（POPs）在水环境中广泛存在，它们在水环境中的存在形态、环境行为及对人体健康可能带来的潜在危害尚不清楚，而且低浓度长期暴露会对生态环境产生多大危害尚不得而知，因此必须在今后的研究中给予高度关注。
PFCs是一类生物积累强、对人体多脏器产生毒性的污染物，它在水中的溶解度大，可在水环境中长期存在，至今尚无适用于监测水环境PFCs污染简便易行的方法。因此，研究并建立环境中PFCs监测的标准定量方法已经成为当务之急，并在此基础上系统研究PFCs在水环境中的分布、存在形态、迁移转化规律及生态效应，研究它们的毒性效应和致毒机理，以及对生态环境和人体健康可能带来的潜在危害。
PBDEs已被认为是一类在全球广泛存在的持久性有机污染物，目前研究主要集中在沉积物和大气方面，而在水体和土壤方面的研究非常有限。因此，今后应加强PBDEs及其代谢物在水体、土壤环境中的环境行为和生态效应方面的研究，特别是在电子工业发达和电子垃圾回收地区的污染现状，在生物和非生物介质中迁移转化和对生态环境、人体健康的潜在危害方面的研究；关注不同溴取代阻燃剂的长距离迁移能力、PBDEs在水环境和生物体内的代谢转化途径及PBDEs母体和代谢转化产物（尤其是羟基化和甲基化产物）对低等水生生物的毒理效应及机制研究。
PPCPs是国际上持久性有机污染物的另一个研究热点，深入开展抗生素在水环境中的迁移转化、环境暴露水平下典型抗生素水生态毒性与机制等方面的研究，建立生态风险评估和预测方法体系，为使用抗生素环境安全标准的修订和水环境标准制定提供科学依据。应特别重视长期滥用抗生素产生的抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs）对环境造成的潜在基因污染，这些基因污染物可以通过物种间遗传物质的交换无限制地传播，具有遗传性且很难控制和消除，一旦形成将对人类健康和生态系统安全造成长期不可逆的危害。世界卫生组织（WHO）将抗生素抗性基因列为21世纪威胁人类健康*重大的挑战。因此，迫切需要开展抗生素抗性基因在环境中的来源、传播和扩散机制，以及其可能对生态环境和人体健康长期的潜在危害方面的研究。同时还应对个人防护品如紫外线防护剂、香料、染发剂等合成化学品对生态环境和人体健康的潜在危害开展研究。
纳米材料的广泛应用可导致纳米颗粒通过不同途径进入环境，纳米材料的环境行为及对环境和人类健康的潜在危害受到人们的关注。定量描述纳米颗粒在环境中的行为是评价环境风险的基础，但其独特的理化性质使传统的预测评价方法不完全适用于纳米颗粒，因此对纳米颗粒环境行为的定量描述还需要开展大量的研究。纳米材料生物毒性效应虽然开展了不少研究，但在实验室模拟研究中，纳米颗粒物浓度远高于实际环境，且毒性实验中一些干扰因素没有很好地排除，纳米颗粒自身毒性仍有待验证，现有研究很难阐明纳米材料的生态毒性效应和评价其安全性。因此，开展纳米颗粒毒性效应的定量表征和安全性评价研究仍是今后关注的重点。
2. 水华暴发机制和主要衍生物的生态危害
氮、磷富集导致水体富营养化被认为是国际上*普遍的水环境问题。营养盐的富集导致生态系统发生变化，但许多过程和现象的机制仍不清楚，所以蓝藻水华暴发机制和水体营养盐的富集对水生态系统的影响仍然是未来一段时间的研究热点。水华暴发主要衍生物藻毒素危及水质、生态系统及人类健康，目前主要集中在水质和微囊藻毒素生物累积调查，以及饮用水和渔产品的健康风险研究，需加强微囊藻毒素对整个水生态系统的结构与功能的影响，以及在水生生态系统各营养级水平的积累和传递作用方面的研究。而且，需要开展微囊藻毒素低剂量长期暴露对水生生物的毒理学研究，特别是野外原位条件下蓝藻水华暴发对水生生物造成的生态毒理效应研究，在分子水平上揭示其微观致毒机理，阐明其对水生生态系统的影响，建立适合我国国情的水华成灾的生态安全阈值指标体系，为控制和消除水华暴发产生的危害提供依据。同时，应关注因灌溉含有微囊藻毒素的湖水进入土壤而对土壤生态系统可能带来的影响。
3. 水质基准
水质基准（water quality criteria）是制定水环境质量标准及评价、预测和防治水体污染的主要依据。美国和欧盟都较早地开展了水质基准的系统研究。美国的水质研究始于20世纪初，1974年正式公布了《水质基准》，已建立了较为完善的水质基准推导理论和方法学，2009年USEPA颁布的水质基准包括120项优先控制污染物和47项非优先控制污染物的淡水（海水）的急性和慢性，以及人体健康等6类基准值。加拿大（1987年）和澳大利亚（2004年）都分别制定了相关的《水质指南》，但目前乃有许多污染物没有相对应的水质基准。国际上目前主要采用评价因子法、物种敏感度分布曲线法、生态毒理模型法和毒性百分数排序法等推导水生生物基准，但是不同的推导方法得出的基准会有所不同（冯承莲等，2012）。
我国水质基准研究较晚，现行水质标准限值大多直接采用和借鉴国外水质标准或水质基准。近年来，已有许多课题组开展了环境基准的研究，指出环境暴露、效应识别和风险评估是基准研究的三个关键步骤，初步建立了具有我国区域特点的环境质量基准理论、技术和方法体系，初步提出了具有生态分区差异性的水生生物基准制定方法技术体系，对我国水环境基准研究的发展起到积极作用。今后基准研究应围绕污染物的生物可利用性、明确生物富集机理和毒性效应、构建毒性预测模型以及新型污染物水质基准理论方法学等方面开展研究。
1.4.3 大气污染化学
20世纪末，随着城市化和工业化进程的加速，机动车数量高速增长，导致空气中除了原有的高浓度SO2和颗粒物外，NOx和挥发性有机污染物（VOCs）的浓度也快速增加，在夏、秋两季的高温和强紫外线作用下形成光化学污染。许多城市地区煤烟型污染和光化学污染共存且相互耦合，使大气环境面临新的问题。
1. 大气化学过程与全球气候变化之间的关系
按现有CO2等主要温室效应的气体浓度上升速率估算，今后半个世纪世界平均温度可