砷哭了，不是重金屬的“重金屬”

很多時(shí)候，涉及到水體污染、環(huán)境污染甚至是化妝品污染[1]，只要我們提到重金屬，人們就會(huì)想到汞、鉛、砷、鎘等，那么其中的砷屬于重金屬么？重金屬的定義是什么？為什么重金屬污染里面會(huì)提到砷？

1. 重金屬的定義

在化學(xué)里面，我們給重金屬的定義為：密度在4.5 g/cm3以上的金屬。原子序數(shù)從23（釩）~92（鈾）中，除去砷、硒、溴、氪、碲、碘、氙、砹、氡9種非金屬元素，以及锝這一人造元素，共有60種天然金屬元素，如圖1。在這60種元素中，除去銣、鍶、釔、銫、鋇、鈁這6種元素，其余54種金屬密度均大于4.5 g/cm3（見(jiàn)表1）。因此，從密度的角度來(lái)看，這54種金屬均屬于重金屬。但是在元素分類(lèi)時(shí)，其中有的劃歸了稀土金屬，有的劃歸了貴金屬等，見(jiàn)表2。余下的13種金屬中，與重污染事件密切相關(guān)的主要是鉛、汞、鎘、鉻這4種金屬。

圖1 23~92號(hào)天然金屬元素在元素周期表中排布（如圖方框中所示）

表1 60種天然金屬元素的密度

表2 54種重金屬元素分類(lèi)

2. 重金屬的危害及毒性

由于缺乏環(huán)保意識(shí)，在礦石開(kāi)采、金屬冶煉、機(jī)械制造和農(nóng)業(yè)灌溉等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們會(huì)無(wú)意中將大量的重金屬元素排放到環(huán)境中[2]，進(jìn)而引發(fā)水體或土壤的污染，從而影響人類(lèi)的健康和安全。重金屬污染具有可富集、難降解，毒性大、治理難的特征，大多重金屬污染事件是經(jīng)由口攝入引起[3]，過(guò)量攝取重金屬，會(huì)出現(xiàn)急性中毒癥狀，主要表現(xiàn)為嘔吐、腹痛、下泄，呼吸困難，潰瘍等，被吸收進(jìn)體內(nèi)后，可損害各種組織的生理機(jī)能，甚至導(dǎo)致死亡。此外，重金屬對(duì)胎兒的發(fā)育損害更大，尤其是汞元素，這在日本的“水俁病”事件中得到證實(shí)[4]。下面對(duì)幾種常見(jiàn)的重金屬毒性進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，見(jiàn)表3。

表3 常見(jiàn)重金屬的毒性

3. 砷元素

砷，俗稱(chēng)砒，在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第VA族，屬于非金屬元素，在自然界中分布廣泛，動(dòng)物、植物、海產(chǎn)品中都可能含有微量的砷元素。在自然界中，砷主要以硫化物如雄黃[5]的形式存在。砷的各種化合物應(yīng)用也很廣泛，常用于除草劑、殺菌劑，以及木材防腐、制藥、顏料等行業(yè)。

3.1 名稱(chēng)演變

砷的化合物有很多，曾被作為“遺產(chǎn)藥”使用，從古至今，各個(gè)國(guó)家均有使用，但同一種礦物在不同國(guó)家不同時(shí)期名稱(chēng)也會(huì)有所不同。砷的礦物以雄黃和雌黃居多，早在公元前4世紀(jì)，亞里士多德的著作中將其命名為Arsenikon（最初指雌黃），意為“強(qiáng)有力的”，而雄黃Orpiment，來(lái)自羅馬博物學(xué)家Plony的Auripigmentum（金黃色的顏料）衍變而來(lái)。英語(yǔ)中的雄黃Realgar更接近“雞冠石”，例如稱(chēng)雄黃酒為“Realgar wine”，在介紹中國(guó)節(jié)日習(xí)俗時(shí)經(jīng)常用到。在中國(guó)，對(duì)砷礦物的命名更為復(fù)雜，古代煉丹家和醫(yī)師為了保持神秘[6]，給它起了很多名字，如表4、圖2所示。

表4 中國(guó)古代對(duì)砷礦物的別稱(chēng)

圖2 砷及其化合物外觀（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

砒霜是三氧化二砷As2O3最經(jīng)典的名稱(chēng)，它是由砒石加工提煉而成，純度更高，性狀也發(fā)生了改變，砒石常用于殺滅細(xì)菌，用于治療寒痰哮喘、瘧疾、痔瘡或癬瘡，而砒霜?jiǎng)t具有蝕瘡和去腐以及殺蟲(chóng)的功效，同時(shí)毒性也更強(qiáng)。

3.2 砷及其化合物的毒性

一提到砷，大家第一反應(yīng)就是有毒，這都是拜最經(jīng)典的含砷毒劑—三氧化二砷（As2O3），也就是砒霜所賜，其實(shí)單質(zhì)砷基本無(wú)毒，大部分砷的硫化物毒性也沒(méi)有這么強(qiáng)烈。按照化合物的性質(zhì)來(lái)區(qū)分，可分為有機(jī)砷和無(wú)機(jī)砷，無(wú)機(jī)砷的毒性要強(qiáng)于有機(jī)砷，在無(wú)機(jī)砷中，三價(jià)砷和五價(jià)砷較為常見(jiàn)，以三價(jià)砷的毒性更大，約為五價(jià)砷的60倍。

砷在進(jìn)入人體后，會(huì)蓄積在骨骼、肝臟、腎臟、脾等部位，對(duì)神經(jīng)、心血管、呼吸、生殖、血液等系統(tǒng)產(chǎn)生危害。中等程度的砷中毒在早期主要對(duì)感覺(jué)神經(jīng)產(chǎn)生影響，例如疼痛、反應(yīng)遲鈍等；嚴(yán)重的砷中毒會(huì)影響運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，例如四肢無(wú)力、癱瘓或者腦組織病變等。慢性砷中毒會(huì)引起神經(jīng)病變，主要表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征、皮膚損害、口腔炎癥或者肝腎損害等，其恢復(fù)時(shí)間特別長(zhǎng)，需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，且完全恢復(fù)的幾率很??；砷暴露最常見(jiàn)的癥狀是角質(zhì)層增厚、皮膚顏色加深，嚴(yán)重者患皮膚癌；砷還會(huì)通過(guò)胎盤(pán)影響胎兒的發(fā)育；急性或慢性砷暴露都會(huì)影響到血液系統(tǒng)，使白血球、紅血球、血小板下降，嗜酸性白血球數(shù)上升[7]。

4. 砷與重金屬的關(guān)系

砷在元素周期表中處于金屬元素和非金屬元素分界線上，因此稱(chēng)之為類(lèi)金屬，也叫做準(zhǔn)金屬，其物理、化學(xué)性質(zhì)也介于金屬和非金屬之間，具有銀灰色金屬光澤，密度為5.72 g/cm3，在環(huán)境中同樣具有生物累積、不可降解等特性，其毒性與治療方法也與重金屬類(lèi)似，所以在環(huán)境污染及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⑸橐暈橹亟饘兕?lèi)別[8]。因此，在我國(guó)《優(yōu)先控制化學(xué)品名錄（第一批）》[9]《有毒有害水污染物名錄（第一批）》[10]和《有毒有害大氣污染物名錄（2018年）》[11]中，砷與鉛、汞、鎘、鉻4類(lèi)重金屬一起被作為重點(diǎn)管控的污染物進(jìn)行管理。

5. 結(jié)束語(yǔ)

我們通常見(jiàn)到的重金屬污染中俗稱(chēng)的“五毒”汞、鎘、鉛、鉻、砷中雖然包括砷，但砷并不屬于重金屬，它是非金屬，因其位于金屬與非金屬邊界線上，又稱(chēng)其為類(lèi)金屬。它在環(huán)境污染和毒性上與重金屬高度類(lèi)似，所以在環(huán)境領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)范疇內(nèi)視為重金屬。

參考文獻(xiàn)

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[3]井村伸正,永沼章,周耀群. 重金屬環(huán)境污染的毒性機(jī)理. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1982(4):24
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[7]王鳳娟. 防曬類(lèi)化妝品中紫外線吸收劑和重金屬鉛及砷的質(zhì)量控制檢測(cè)方法研究[學(xué)位論文]. 華東理工大學(xué), 2014
[8]徐克,葉旌,田祎,等. “十四五”時(shí)期我國(guó)重金屬污染防治研究. 中國(guó)資源綜合利用,2022,40(9):127
[9]環(huán)境保護(hù)部. 優(yōu)先控制化學(xué)品名錄（第一批）. （2017-12-28）[2023-03-01].
[10]中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部. 有毒有害水污染物名錄（第一批）. （2019-07-24）[2023-03-01].
[11]中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部. 有毒有害大氣污染物名錄（2018年）. （2019-01-25）[2023-03-01].
作者簡(jiǎn)介：張瑋瑋（1986—），女，河北雄縣人，高工，主要從事分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)研究。