环境与生物体系中铝形态分析技术的新进展
杨小弟 章福平 王先龙 干 宁 邹公伟 毕树平3
(南京大学化学系,配位化学国家重点实验室,南京210093)
摘 要 铝的形态分析是研究环境和生物体系中铝的毒性,生物有效性和传输机理的关键.从IUPAC 2000 ,72 ,1453
和Analyst 2001 ,126(2)对元素形态概念的最新定义,在过去20年来,形态分析都是依据操作手段来进行"组形态"
(group species)分析.然而,随着近5年来分析技术的发展,对铝的形态分析逐步达到了"单形态"(individual species)
分析的水平.从以下两个方面对该领域的最新进展进行了评述,即:(1)组形态分析(fractionation):离子交换,电化学
分析和流动注射;(2)单形态分析(speciation):联用技术,核磁共振和计算机拟合.
关键词 铝的形态,单形态,组形态,分析技术,环境与生物体系,评述
2002206230收稿;2003202228接受
本文系国家自然科学基金(No . 20075011),教育部高校优秀青年教师奖励计划基金和南京大学配位化学国家重点实验室开放基金项目
1 引 言
环境与生物体系中铝的形态分析是当前环境化学和生物化学及其病理和毒理学研究的前沿课题,
它已成为人们对生态系统和人类健康关注的热点 1～4 .作为占地壳重量8 %的铝,由于在中性条件下溶
解度低,过去一直被认为是无毒元素,因此其在环境与生物学上的作用和意义长期为人们所忽视.然
而,自从1980年人们发现随着酸沉降现象加重,土壤和地表水中溶解铝含量大量增加,导致森林枯萎,
谷物收成下降和水生生物如鱼类死亡 5～7 以来,认识到进入土壤中的铝会改变土壤pH的缓冲容量,进
而影响一些重要元素如磷,钙和溶解有机碳等的循环.一方面,大量的体外(in vitro)实验证明了铝能抑
制许多基础代谢如三羧酸循环和糖酵解中的酶的活性 8 ,9 ;另一方面,通过许多途径(食物,药物和饮用
水)进入人体中的铝会导致一系列神经系统疾病,如老年痴呆症,阿尔茨海默症,帕金森症,透析脑病,骨
软化和贫血症等 10～13 .在这些研究中,特别是深入到铝的致毒机理研究时,都不可避免的涉及到铝的
赋存形态.这些都表明铝的形态分析的重要意义.
环境与生物体系中铝的毒性与其在水溶液中性质有关 14 .测定总铝意义不大,因为不同形态铝的
毒性相差甚远.在水生体系中铝的形态复杂:主要有自由铝(Al3 +),羟基铝络合物 AlOH2 +,Al(OH)+
2,
Al(OH)3,Al(OH)-
4],单核氟化铝(AlF2 +,AlF+
2,AlF3),单核硫酸铝(Al2SO+
4)以及天然有机配体形成的有
机铝(Al2Org)和聚合铝(Al2Poly)等.它们的分布取决于体系的pH值,不同配体浓度和总溶解有机碳
等.生物毒理学证明无机单核铝Al3 +,AlOH2 +和Al(OH)+
2毒性最大,聚合铝Al2Poly次之,而Al2F和Al2
Org毒性大为降低甚至消失.所以对铝的形态进行分离测定是一个引人关注而又十分重要的课
题 15～18 .然而,对环境生物样品中铝形态进行直接测定具有相当难度 19 :(1)天然水中参与铝的动力
学竞争反应的各种物种以及存在的形态数量繁多;(2)在环境和生物的水相体系中总铝含量较低,从清
澈中性水域和生物体内的μgPL级到棕色沼泽或低pH值水域的mgPL数量级;(3)有机物和其它物质对
测定有明显干扰;(4)特别是当一种形态发生变化时往往会导致另一种形态也随之而改变,从而增加
了测定的难度.
目前,得到广泛认同的铝形态分布为:在pH 5后才可
能开始出现Al(OH)-
4,在pH 8左右该形态占主导地位.通常将自由Al3 +和易变形态铝视为有毒形态

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