砷哭了，不是重金屬的“重金屬”

很多時候，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（見表1）。因此，從密度的角度來看，這54種金屬均屬于重金屬。但是在元素分類時，其中有的劃歸了稀土金屬，有的劃歸了貴金屬等，見表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

2. 重金屬的危害及毒性

由于缺乏環(huán)保意識，在礦石開采、金屬冶煉、機械制造和農(nóng)業(yè)灌溉等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們會無意中將大量的重金屬元素排放到環(huán)境中[2]，進而引發(fā)水體或土壤的污染，從而影響人類的健康和安全。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]，過量攝取重金屬，會出現(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，被吸收進體內(nèi)后，可損害各種組織的生理機能，甚至導(dǎo)致死亡。此外，重金屬對胎兒的發(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[4]。下面對幾種常見的重金屬毒性進行簡要的介紹，見表3。

表3 常見重金屬的毒性

3. 砷元素

砷，俗稱砒，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，各個國家均有使用，但同一種礦物在不同國家不同時期名稱也會有所不同。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“強有力的”，而雄黃Orpiment，來自羅馬博物學(xué)家Plony的Auripigmentum（金黃色的顏料）衍變而來。英語中的雄黃Realgar更接近“雞冠石”，例如稱雄黃酒為“Realgar wine”，在介紹中國節(jié)日習(xí)俗時經(jīng)常用到。在中國，對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 中國古代對砷礦物的別稱

圖2 砷及其化合物外觀（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

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

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，其實單質(zhì)砷基本無毒，大部分砷的硫化物毒性也沒有這么強烈。按照化合物的性質(zhì)來區(qū)分，可分為有機砷和無機砷，無機砷的毒性要強于有機砷，在無機砷中，三價砷和五價砷較為常見，以三價砷的毒性更大，約為五價砷的60倍。

砷在進入人體后，會蓄積在骨骼、肝臟、腎臟、脾等部位，對神經(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感覺神經(jīng)產(chǎn)生影響，例如疼痛、反應(yīng)遲鈍等；嚴重的砷中毒會影響運動神經(jīng)，例如四肢無力、癱瘓或者腦組織病變等。慢性砷中毒會引起神經(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)時間特別長，需要長達數(shù)年，且完全恢復(fù)的幾率很??；砷暴露最常見的癥狀是角質(zhì)層增厚、皮膚顏色加深，嚴重者患皮膚癌；砷還會通過胎盤影響胎兒的發(fā)育；急性或慢性砷暴露都會影響到血液系統(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，因此稱之為類金屬，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橐暈橹亟饘兕悇e[8]。因此，在我國《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類重金屬一起被作為重點管控的污染物進行管理。

5. 結(jié)束語

我們通常見到的重金屬污染中俗稱的“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，又稱其為類金屬。它在環(huán)境污染和毒性上與重金屬高度類似，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

[1]張涵,宋紅杰,呂弋. 化妝品世界的“重金屬污染案”. 大學(xué)化學(xué),2022,37(9):264
[2]竇紅賓,郭唯. 重金屬污染及其對水土的危害. 生態(tài)經(jīng)濟,2022,38(11):5
[3]井村伸正,永沼章,周耀群. 重金屬環(huán)境污染的毒性機理. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,1982(4):24
[4]萬雙秀,王俊東. 汞對人體神經(jīng)的毒性及其危害. 微量元素與健康研究,2005(2):67
[5]陳楊,王楚茵,姚妮,等. 雄黃的形態(tài)砷與價態(tài)砷在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化和蓄積. 中南藥學(xué),2022,20(6):1359
[6]王奎克,朱晟,鄭同,等. 砷的歷史在中國. 自然科學(xué)史研究,1982(2):21
[7]王鳳娟. 防曬類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”時期我國重金屬污染防治研究. 中國資源綜合利用,2022,40(9):127
[9]環(huán)境保護部. 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].
作者簡介：張瑋瑋（1986—），女，河北雄縣人，高工，主要從事分析化學(xué)、無機化學(xué)研究。