一、環(huán)境化學(xué)的概念
環(huán)境化學(xué)是環(huán)境科學(xué)的一門基礎(chǔ)科學(xué)，是一門研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。它是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的重要分支學(xué)科。環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)科學(xué)傳統(tǒng)理論和方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以化學(xué)物質(zhì)引起的環(huán)境問(wèn)題為研究對(duì)象，以解決環(huán)境問(wèn)題為目標(biāo)的一門新興學(xué)科。
環(huán)境化學(xué)具有跨學(xué)科的綜合性質(zhì)。它不僅運(yùn)用化學(xué)的理論和方法，也借用物理、數(shù)學(xué)、生物、氣象、地理及土壤等多門學(xué)科的理論和方法研究環(huán)境中的化學(xué)現(xiàn)象和本質(zhì)，研究大
氣、土壤及生物中污染化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)、來(lái)源、分布、遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿、反應(yīng)及對(duì)人類的作用和影響。環(huán)境化學(xué)研究的體系是化學(xué)污染物和環(huán)境背景物（天然物質(zhì)）構(gòu)成的多組分綜合體系，這是個(gè)開(kāi)放體系。在這個(gè)開(kāi)放的研究體系中，時(shí)刻有物質(zhì)流和能量流的傳輸，所受的影響復(fù)雜多變。除了化學(xué)因素外，還有物理因素（如光照、輻射等）、生物因素、氣象、水文、地質(zhì)及地理?xiàng)l件等，因而在探討和研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的變化規(guī)律和影響危害時(shí)，應(yīng)綜合多方面的因素才能得出符合實(shí)際的結(jié)論。例如，大氣中硫氧化物等的大氣污染，不僅要考慮它本身的化學(xué)變化，還要考慮光照、地形地貌、氣象等條件的影響；水體中重金屬汞等的污染，除了考慮其化學(xué)性質(zhì)外，還應(yīng)考慮水文、微生物、酶作用下的遷移轉(zhuǎn)化；有機(jī)物、農(nóng)藥在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化，不但要研究光解和化學(xué)降解作用，還要研究生物的降解作用。
環(huán)境化學(xué)是一門新興學(xué)科。它誕生于20世紀(jì)70年代初期，至今僅有40多年的歷史。作為新興學(xué)科，環(huán)境化學(xué)的研究工作還不夠深入、不夠全面，很多本質(zhì)和規(guī)律尚未被揭露和
掌握，甚至許多概念還含混不清，定義尚不統(tǒng)一，表述還不一致，甚至環(huán)境化學(xué)本身的定義和范圍都還未能統(tǒng)一。所有這些，還有待環(huán)境化學(xué)工作者繼續(xù)努力、不斷探索，為環(huán)境化學(xué)的發(fā)展、豐富和成熟做出貢獻(xiàn)。
二、環(huán)境化學(xué)的發(fā)展歷程
環(huán)境化學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：1970年以前為孕育階段，20世紀(jì)70年代為形成階段，80年代以后為發(fā)展階段。
第二次世界大戰(zhàn)以后至20世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)從恢復(fù)逐步走向高速發(fā)展，由于當(dāng)時(shí)只注意經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而忽視了環(huán)境保護(hù)，污染環(huán)境和危害人體健康的事件接連發(fā)生，事實(shí)促使人們開(kāi)始研究和尋找污染控制途徑，力求人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。20世紀(jì)60年代初，由于當(dāng)時(shí)有機(jī)氯農(nóng)藥污染的發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥中環(huán)境殘留行為的研究就已經(jīng)開(kāi)始，這個(gè)階段是環(huán)境化學(xué)的孕育階段。
到了20世紀(jì)70年代，為推動(dòng)國(guó)際重大環(huán)境前沿性問(wèn)題的研究，國(guó)際科聯(lián)1969年成立了環(huán)境問(wèn)題專門委員會(huì)（(SCOPE),1971年出版了第一部專著《全球環(huán)境監(jiān)測(cè)》，隨后，在20世紀(jì)70年代陸續(xù)出版了一系列與環(huán)境化學(xué)有關(guān)的專著，這些專著在20世紀(jì)70年代環(huán)境化學(xué)研究和發(fā)展中起了重要作用。1972年在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)了聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議，成立了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP)，確立了一系列研究計(jì)劃，相繼建立了全球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（GEMS)和國(guó)際潛在有毒化學(xué)品登記機(jī)構(gòu)（IRPTC)，并促進(jìn)各國(guó)建立相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)。
20世紀(jì)80年代全面地開(kāi)展了對(duì)各主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化學(xué)循環(huán)和各主要元素之間的相互作用、人類活動(dòng)對(duì)這些循環(huán)產(chǎn)生的干擾和影響以及對(duì)這些循環(huán)有重大影響的種種因素的研究；重視了化學(xué)品安全性評(píng)價(jià)；開(kāi)展了全球變化研究；涉及臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等全球性環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)加強(qiáng)了污染控制化學(xué)的研究范圍。
國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（(IUPAC）于1989年制訂了“化學(xué)與環(huán)境”研究計(jì)劃，開(kāi)展了空氣、水、土壤、生物和食品中化學(xué)品測(cè)定分析等六個(gè)專題的研究。1991年和1993年
在中國(guó)北京召開(kāi)的亞洲化學(xué)大會(huì)和IUPAC會(huì)議上，環(huán)境化學(xué)就是重要議題之一。1992年在巴西里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議（UNCED),國(guó)際科聯(lián)組織了數(shù)十個(gè)學(xué)科的國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開(kāi)展環(huán)境問(wèn)題研究。
1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第一次授予三位環(huán)境化學(xué)家Crutzen,Rowland和Molina,他們首先提出平流層臭氧破壞的化學(xué)機(jī)制。Ciutzen于1970年提出了NOx理論，Rowland和Molina于1974年提出了CFCs理論，這幾位化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中得到驗(yàn)證。從發(fā)現(xiàn)平流層中氧化氮可以被紫外輻射分解而破壞全球范圍的臭氧層開(kāi)始，追蹤對(duì)流層大氣中十分穩(wěn)定的CFCs類化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入平流層的同樣歸宿，闡明了影響臭氧層厚度的化學(xué)機(jī)理，使人類可以對(duì)耗損臭氧的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行控制。這些理論的研究成果因1985年南極“臭氧洞”的發(fā)現(xiàn)而引起全世界的震動(dòng)，從而導(dǎo)致1987年《蒙特利爾議定書》的簽訂。
我國(guó)環(huán)境化學(xué)研究已有近40年歷史。20世紀(jì)70年代，主要圍繞工業(yè)“三廢”處理、重金屬污染、環(huán)境容量與環(huán)境背景值調(diào)查和污染源普查等開(kāi)展工作。“八五”與“九五”期
間，主要針對(duì)我國(guó)面臨的重大環(huán)境污染問(wèn)題開(kāi)展研究，如光化學(xué)煙霧、區(qū)域酸雨的形成與控制、典型有機(jī)污染物環(huán)境行為、廢水無(wú)害化與資源化等。最近10年，在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技部等資助下，在有毒有害污染物的環(huán)境行為、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、污染修復(fù)與治理等領(lǐng)域開(kāi)展了較深入的研究，取得了一系列具有國(guó)際影響的創(chuàng)新性成果，為國(guó)家環(huán)境保護(hù)決策提供了重要科學(xué)數(shù)據(jù)。
三、環(huán)境化學(xué)的任務(wù)
環(huán)境化學(xué)的主要任務(wù)可歸納成以下六個(gè)方面：
①研究環(huán)境的化學(xué)組成，建立環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的分析方法；
②掌握環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)，從環(huán)境化學(xué)的角度揭示環(huán)境形成和發(fā)展規(guī)律，預(yù)測(cè)環(huán)境的未來(lái)；
③研究和掌握環(huán)境化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的形態(tài)、分布、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律；
④查清環(huán)境污染物的來(lái)源；
⑤研究污染物的控制和治理的原理及方法；
⑥研究環(huán)境化學(xué)物質(zhì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及人類的作用和影響等。
四、環(huán)境化學(xué)發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)
環(huán)境化學(xué)是一門快速發(fā)展的新興交叉學(xué)科，其研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，研究深度不斷增加，研究焦點(diǎn)與人們關(guān)注的熱點(diǎn)緊密結(jié)合，呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢(shì)。
1．研究方法不斷完善
環(huán)境化學(xué)工作者越來(lái)越多地應(yīng)用化學(xué)、生物學(xué)、毒理學(xué)、流行病學(xué)及數(shù)學(xué)等其他學(xué)科的新思維、新方法和新技術(shù)研究環(huán)境問(wèn)題，如在環(huán)境污染化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用大氣科學(xué)的方法和數(shù)學(xué)模型研究污染物的長(zhǎng)距離傳輸；在理論環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用定量結(jié)構(gòu)一效應(yīng)關(guān)系研究污染物的劑量一效應(yīng)關(guān)系和結(jié)構(gòu)一毒性之間的關(guān)系；在環(huán)境毒理學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用基因組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、金屬組學(xué)及環(huán)境組學(xué)等各種組學(xué)技術(shù)研究相關(guān)科學(xué)問(wèn)題。此外，環(huán)境化學(xué)從傳統(tǒng)的熱力學(xué)平衡方法發(fā)展到應(yīng)用動(dòng)力學(xué)方法。
2．研究?jī)?nèi)容不斷豐富
關(guān)注的污染物不斷增加，從重金屬、常見(jiàn)有機(jī)污染物逐漸轉(zhuǎn)向持久性有毒污染物和新型污染物，如澳代聯(lián)苯醚、全氟辛烷化合物、內(nèi)分泌干擾物、納米顆粒物以及污染物的降解和代謝產(chǎn)物；研究體系更加接近真實(shí)環(huán)境，由單一污染發(fā)展到復(fù)合污染，由單一介質(zhì)發(fā)展到多介質(zhì)體系。
3．研究深度不斷增加
由傳統(tǒng)的現(xiàn)狀調(diào)查等表象研究發(fā)展到注重機(jī)制機(jī)理研究，從分子、細(xì)胞、個(gè)體、種群水環(huán)境化學(xué)平發(fā)展到生態(tài)系統(tǒng)研究；從研究高濃度、單一污染的短期生態(tài)效應(yīng)轉(zhuǎn)向研究低濃度、復(fù)合污染的長(zhǎng)期效應(yīng)。
4．研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大
由室內(nèi)環(huán)境發(fā)展到室外環(huán)境；由多介質(zhì)界面行為研究發(fā)展到區(qū)域環(huán)境調(diào)控；由區(qū)域環(huán)境發(fā)展到全球環(huán)境；從生物有效性發(fā)展到毒性機(jī)制；從生態(tài)毒理學(xué)發(fā)展到健康效應(yīng)；環(huán)境化學(xué)不斷與其他學(xué)科交叉和滲透，形成環(huán)境與健康等新的重要研究方向。
五、環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容、特點(diǎn)及研究方法
1．環(huán)境化學(xué)主要的研究?jī)?nèi)容
(1)環(huán)境污染化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)是研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的變化，包括遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程中的化學(xué)行為、反應(yīng)機(jī)理、積累和歸宿等方面的規(guī)律?；瘜W(xué)污染物在大氣、水體、土壤
中遷移，并伴隨著發(fā)生一系列化學(xué)的、物理的變化，形成了大氣污染化學(xué)、水污染化學(xué)、土壤污染化學(xué)和污染生態(tài)化學(xué)。
在環(huán)境這個(gè)開(kāi)放體系中，參與反應(yīng)的物質(zhì)品種多，含量低，反應(yīng)復(fù)雜，影響因素很多，促進(jìn)反應(yīng)的光能和熱能又難以準(zhǔn)確模擬，因此必須發(fā)展新的技術(shù)和理論來(lái)進(jìn)行研究。如近年來(lái)運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，研究多元和多介質(zhì)體系中污染物遷移和轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理，就為進(jìn)行環(huán)境污染的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，以及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等提供了科學(xué)的依據(jù)。
(2)環(huán)境分析化學(xué)環(huán)境分析化學(xué)是取得環(huán)境污染各種數(shù)據(jù)的主要手段，必須運(yùn)用化學(xué)分析技術(shù)，測(cè)量化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的本底水平和污染現(xiàn)狀。環(huán)境中污染物種類繁多，而且含量極低，相互作用后的情況則更為復(fù)雜，因此要求采取靈敏度高、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好和選擇性好的手段。不僅對(duì)環(huán)境中的污染物做定性和定量的檢測(cè)，還對(duì)它們的毒性，尤其是長(zhǎng)期低濃度效應(yīng)進(jìn)行鑒定；應(yīng)用各種專門設(shè)計(jì)的精密儀器，結(jié)合各種物理和生物的手段進(jìn)行快速、可靠的分析。為了掌握區(qū)域環(huán)境的實(shí)時(shí)污染狀況及其動(dòng)態(tài)變化，還應(yīng)用自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感等新技術(shù)。
(3)污染物的生物效應(yīng)污染物的生物效應(yīng)是當(dāng)前環(huán)境化學(xué)研究領(lǐng)域里十分活躍的研究課題，它綜合運(yùn)用化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)三方面的理論和方法，研究化學(xué)污染物造成的生物效應(yīng)，如致畸、致突變、致癌的生物化學(xué)機(jī)理，化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的相關(guān)性，多種污染物毒性的協(xié)同和拮抗作用的化學(xué)機(jī)理，污染物食物鏈作用的生物化學(xué)過(guò)程等。隨著分析技術(shù)和分子生物學(xué)的發(fā)展，環(huán)境污染的生物化學(xué)研究取得很大進(jìn)展，并與環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)相互交叉滲透，成為當(dāng)前生命科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。
(4）污染控制化學(xué)主要研究與污染控制和修復(fù)有關(guān)的化學(xué)機(jī)制與工藝技術(shù)中的化學(xué)問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的污染控制及修復(fù)技術(shù)，發(fā)展清潔生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。20世紀(jì)
80年代之前，污染控制化學(xué)主要圍繞末端污染控制模式開(kāi)展研究，對(duì)發(fā)展污染控制技術(shù)和治理環(huán)境污染產(chǎn)生了積極作用。之后，污染控制理念由污染源末端治理向“預(yù)防為主”、“綜合利用”、“零排放”等過(guò)渡，污染控制化學(xué)開(kāi)始在“清潔生產(chǎn)”、“綠色化學(xué)”、“生態(tài)工業(yè)”、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”等全過(guò)程控制模式中發(fā)揮重要作用。目前，污染控制化學(xué)面臨著巨大挑戰(zhàn)，需要從源頭控制并減少污染物產(chǎn)生，也要提高末端污染治理效率，修復(fù)已被污染的環(huán)境。
(5)理論環(huán)境化學(xué)應(yīng)用物理化學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和數(shù)學(xué)的基本原理和方法以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，研究環(huán)境化學(xué)中的基本理論問(wèn)題，主要包括環(huán)境系統(tǒng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)污染物結(jié)
構(gòu)一活性關(guān)系以及環(huán)境化學(xué)行為與預(yù)測(cè)模型。早期理論環(huán)境化學(xué)主要研究有毒有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)一活性關(guān)系。隨著環(huán)境化學(xué)行為研究的不斷深入，理論環(huán)境化學(xué)開(kāi)始關(guān)注并研究環(huán)境污染熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、化學(xué)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的微觀界面行為及反應(yīng)機(jī)理、污染物的環(huán)境歸趨和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型、污染物的界面效應(yīng)和環(huán)境現(xiàn)象的非線性和非平衡理論、環(huán)境化學(xué)方法學(xué)體系等。
環(huán)境化學(xué)的研究成果已受到各國(guó)政府和科學(xué)界的高度重視。隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類環(huán)保意識(shí)的提高，環(huán)境化學(xué)研究將更加深入，其成果必將促進(jìn)人類社會(huì)與自然的和諧發(fā)展。
2．現(xiàn)代的環(huán)境化學(xué)研究的特點(diǎn)
(1)從微觀的原子、分子水平來(lái)闡明宏觀的環(huán)境問(wèn)題，以小見(jiàn)大，不再拘泥于對(duì)環(huán)境問(wèn)題的宏觀描述，而是從深層的機(jī)制去理解和解決問(wèn)題。
(2)綜合性強(qiáng)，涉及方方面面的學(xué)科領(lǐng)域。環(huán)境化學(xué)學(xué)科本身是邊緣科學(xué)，繼承了各個(gè)前導(dǎo)學(xué)科的理論和技術(shù)，應(yīng)用來(lái)解決實(shí)際的環(huán)境問(wèn)題，并在發(fā)展過(guò)程中交流各學(xué)科的新思
路、新理論、新方法。
(3)量微，不僅是研究對(duì)象本身（污染物）在圈層中的含量極低，而且研究和分析手段也盡量采用低濃度和超低濃度的水平，以盡量貼近自然界的實(shí)際，并避免造成人為的再次
污染。
(4）研究體系復(fù)雜，體現(xiàn)在污染現(xiàn)象本身不是一種簡(jiǎn)單的過(guò)程，其因果關(guān)系也不是簡(jiǎn)單的單一機(jī)制，影響因素也是多方面的。
(5)應(yīng)用性強(qiáng)，涉及的都是與人類生存發(fā)展息息相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。
(6)學(xué)科發(fā)展還很年輕，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還極為缺乏，理論構(gòu)架的系統(tǒng)性相對(duì)較弱，更多的是沿用前導(dǎo)學(xué)科的已有理論，仍有極大的發(fā)展空間。
3．環(huán)境化學(xué)的研究方法
環(huán)境化學(xué)的主要研究方法包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室研究、模型模擬研究。
(1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究在所研究區(qū)域直接布點(diǎn)采樣，采集數(shù)據(jù)，了解污染物的時(shí)空分布，同步監(jiān)測(cè)污染物變化規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)有地面監(jiān)測(cè)、航測(cè)等，人力物力需求較大。
(2）實(shí)驗(yàn)室研究包括環(huán)境物質(zhì)分析、基礎(chǔ)研究，基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬研究時(shí)可以排除氣象、地形等物理影響因素，單純研究化學(xué)因素部分；也可以僅對(duì)1-2個(gè)影響因素進(jìn)行考察而把其他的一些影響因素暫時(shí)排除在外。
(3)計(jì)算機(jī)模擬研究計(jì)算機(jī)模擬研究主要通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行參數(shù)估值和模型檢驗(yàn)，模擬化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿過(guò)程，證明實(shí)測(cè)結(jié)果的可信度，預(yù)測(cè)污染的發(fā)展趨勢(shì)。
環(huán)境化學(xué)研究中，主要以化學(xué)方法為主，也配之以物理、生物、地學(xué)、氣象學(xué)等其他學(xué)科的研究方法。
