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环境中的有毒有害元素及其检测——铅(上)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2017-12-01

一、理化性质

铅在自然界里以化合物状态存在。纯净的铅是较软的、强度不高的金属,新切开的铅表面有金属光泽,但很快变成暗灰色,这是受空气中氧、水和二氧化碳的作用,表面迅速生成一层致密的碱式碳酸盐保护层的缘故。铅是除金和汞之外常见金属中最重的金属,它容易机械加工,具有熔点低、密度高、抗腐蚀等特点。

铅的化合物在水中溶解性不同,铅的氧化物不溶于水。而PbO(黄色,亦名密陀僧)易溶于硝酸,加热时溶于HCl和H2SO4,有氧存在的条件下,还能溶于醋酸,所以常用醋酸浸取处理含铅矿石;难溶于碱。PbO2(棕色)稍溶于碱而难溶于硝酸。PbCl2在冷水中溶解度较小,易溶于热水。醋酸铅、砷酸铅、硝酸铅可溶于水。硫酸铅、铬酸铅、硫化铅不溶于水,但部分可溶于酸性胃液中,所以口服有毒性。

铅的各种有机化合物的稳定程度由分子中有机基团性质和数目决定,一般芳基铅化合物比烷基铅化合物稳定,且随有机基团数目增多,稳定性提高。

烷基铅是一类重要的有机铅化合物。四甲基铅在常温(20℃)下是密度为1.9952g/mL的无色、带芳香味的油状液体,易挥发,沸点110℃,可溶于苯、醇、醚,不溶于水。四乙基铅(C2H5)4Pb在常温(18℃)下是密度为1.6600g/mL的无色、带特殊臭气的油状液体,易挥发,沸点1990C,可溶于苯、醚、微溶于乙醇,不溶于水。这两种化合物还能以任何比例与汽油互溶。在含铅汽油中,这类烷基铅被用作防震剂。

二、污染来源

20世纪以来,工业生产向大气排放含铅污染物量激剧增多。在大气中铅的各类人为污染源中,油和汽油燃烧释出的铅占半数以上。汽油中添加烷基铅作防震剂,致使汽车尾气排出的铅已成为当今城市空气中铅的最大污染源。

在汽车排气中所含有的铅,大多数是颗粒度为O.2~1.Oμm的细小微粒,还有一些是未发生反应的残余有机铅烟气。在微粒中的80%~90%是Pbxc1yBrz化合物,其余为NH4Cl及其与PbxClyBrz的加合物。

排气中的挥发性PbxClyBrz又能在大气中进一步生成PbCO3·Pb(OH)2和氧化铅的细粒气溶胶物质。较大颗粒可降落于距污染源不远的地面或水体,但细粒的或水合离子态的铅可能在大气中飘浮相当长的时间。降落在地面的铅可进一步污染土壤、水体和农作物。

由于铅被广泛应用于国民经济各个领域,各种工业废水、废渣、废气的排放已成为水体、土壤和大气中铅的主要污染源。采矿、冶炼、蓄电池、交通运输、印刷、塑料、涂料、焊接、陶瓷、橡胶、农药、汽油添加剂生产等都使用铅及其化合物。全世界每年铅消耗量约为400万吨,其中约有40%用于制造蓄电池,约25%以烷基铅的形式加入到汽油中作为防爆剂,其他主要用于建筑材料、电缆外套、制造弹药等方面。这些铅约1/4被重新回收利用,其余大部分以各种形式排放到环境中造成污染。

土壤中的铅污染主要来源于大气含铅尘粒的降落、含铅废渣的堆放、含铅污水灌溉农田、含铅污泥作肥料使用等。

水体中铅污染物主要来源于大气向水面降落的铅污染物和向水体排放的工业废水。

大气降尘或降水通常是海洋和淡水水系中最重要的铅污染源。据统计,全世界每年由空气转入海洋的铅量为40×106kg/L。

食品中铅的来源很多,包括动植物原料、食品添加剂、接触食品的管道、容器、包装材料、器具和涂料等,如锡酒壶、锡箔、劣质陶瓷、马口铁罐或导管镀锡和焊锡不纯、加工松花蛋用黄丹粉(PbO)等,均会使铅转入到食品中。

饮水中的铅可能来自河流、井、岩石、土壤、大气沉降和被工业污染的含铅废水,而最多的还是由含铅管道系统污染的。据估计,来自含铅金属水管的自来水中铅的含量可高达50μg/L。大多数天然水中约含铅5μg/L。WHO建议饮水中的最大允许限量为50μg/L。

酒精饮料中的铅污染是普遍存在的,尤其是用传统的方法酿造时更容易受铅的污染。啤酒厂和酒厂所使用的铅管和其他含铅设备常会引起酒中铅污染。在酒桶和酒罐上使用青铜龙头也会引起酒中铅污染。水果汁在陶器罐中储藏三天后,铅含量可达到1300mg/L。所以饮料生产容器或储藏容器铅含量的卫生检验是必要的。

汽车尾气的排放,使道路两旁的谷物、蔬菜、瓜果等农作物可受到空气中含铅悬浮颗粒的严重污染。农作物也可通过根部从土壤中摄取溶解性铅。加工松花蛋用黄丹粉(PbO)可使禽蛋受到铅污染。肉、鱼和其他动物性食品中由于环境污染也不同程度含有铅。打猎时使用的铅子弹留在猎物体内,可使猎物肉中含有大量的铅。大量食用含铅的猎物肉很容易引起食物中毒。已有充足的证据表明,美国、加拿大和英国等国的野鸟和动物是人体摄入铅的重要来源。

有机铅化合物在水中溶解度小、稳定性差,尤其在光照下容易分解。但在鱼体内有机铅化合物的含量可达到总铅量的10%左右,包括烷基铅和芳基铅。

三、毒性与危害

由于铅广泛存在于环境中,机体可通过食品、饮水、吸烟、大气等途径摄入铅,但人体所摄入的铅主要来自于食品。Kehoe计算平均每个美国人每天从食品中摄入的铅量约O.3mg,从水中和其他饮料以及污染的大气中摄入的铅约O.1mg。铅的摄入量取决于食物的摄入量和污染食物中铅的含量。

环境中的烷基铅可经呼吸道、消化道和皮肤吸收进入体内。经消化道摄入的铅,约有5%~10%主要在十二指肠被吸收,经过肝脏后,部分随胆汁再次排入肠道中。铅在体内易蓄积在骨骼之中。儿童对铅的吸收率要比成人高出4倍以上。当人体中摄人多量铅后,主要对血液循环、神经、消化和泌尿系统产生毒性效应。

(一)急性毒性

铅的毒性与其化合物的性质与其他因素影响有关。一般认为软组织中的铅能直接引起有害作用,而硬组织内的铅则具有潜在的毒性作用。摄取5mg/kg体重的铅即可引起人的急性中毒。对大鼠经口的LD50,砷酸铅为1005mg/kg体重,四乙基铅为355mg/kg体重。

铅中毒可引起多个系统症状,但最主要的症状为食欲不振、口有金属味、流涎、失眠、头痛、头昏、肌肉关节酸痛、腹痛便秘或腹泻、贫血等,严重时出现痉挛、抽搐、瘫痪、循环衰竭。

(二)亚慢性和慢性毒性

铅的毒性主要是由于其在人体的长期蓄积所造成的神经毒性和血液毒性。当长期摄入铅后,可在体内造成积累而产生蓄积毒性。铅的吸收和毒性与许多因素的影响有关。

低钙状况下可促进胃肠道对铅的吸收和骨骼等组织中的铅释放。缺锌和铁也可增加铅的储存而加重铅的毒性。这可能是由于铅附着于钙、锌、铁的结合部位,如红细胞结合部位,增加了铅的积蓄和毒性。食品中果胶物质含量增加,可减少铅吸收。刺梨、纤维素、一些氨基酸和其他维生素也有减少铅吸收的功能。

摄入的铅在消化道吸收后,可在人体内蓄积,90%的铅以不溶性磷酸三铅的形式存在于骨骼中,少量蓄积在肝、脑、肾和血液中,生物半衰期一般为4~5个月,在骨骼中时间更长。蓄积在体内的铅,根据其数量、侵害部位、时间长短及机体的敏感性不同而表现出各种危害。

参考资料:环境中有毒有害物质与分析检测


【关键词】铅,烷基铅,芳基铅,污染,国家标准物质网 

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