虽然砷在地壳中相对罕见,丰度排在第二十位,但它分布广泛,并以高浓度与其他矿物如砷化物、硫化物和其他金属的磺酸盐结合在一起。游离金属是不常见的,砷主要以三种氧化态出现:砷酸盐(As (V))、亚砷酸盐(As(III))和砷化物(As(-III))。火山活动和热液来源是人类接触砷的主要原因。例如,黄石火山口,北美最大的火山系统,从间歇泉和喷气孔中释放出大量的砷。有些砷以不溶性硫化物的形式存在,但可溶性砷可为mmol l-1,是世界上可溶性砷浓度最高的砷之一。尽管含有大量的砷,但在这些溪流和水池中仍有大量的微生物生命。砷开始是还原形式,亚砷酸盐,但现在是被具有亚砷酸氧化酶的微生物快速生物氧化。远离源头,亚砷酸盐可以被具有呼吸性砷酸盐还原酶的微生物还原。一些砷挥发了,并且鉴定了将砷甲基化为三甲基胂的生物。采矿、铜冶炼和燃煤也会将砷引入到环境中。砷黄亚铁矿(FeAsS)是砷最常见的矿物形式,通常与其他元素有关,包括金和铜。这可能会使使用硫杆菌等生物体对矿石的生物浸出变得复杂,因为细菌产生的硫酸溶解金也会溶解砷,而砷对生物体是有毒的。来自古罗马铜矿的砷也是西班牙西南部里约热内卢地区的主要环境污染物。尽管河流中砷的浓度为毫摩尔,但生物仍会增殖,包括高度抗砷的真菌。


砷生物地理循环的概况

砷生物地理循环的概况


砷的人为来源包括除草剂、杀虫剂、灭鼠剂、木材防腐剂、动物饲料、油漆、染料和半导体。有些含有无机砷,如铬化砷酸铜(CCA),几十年来一直用于处理木材以抵御真菌和昆虫的攻击。如果木材不被密封,砷就会进入人类的水和食物供应过程中。无机砷和有机砷都用于农业和畜牧业。在上个世纪,Atochem/Elf Aquitaine以干燥剂L-10的形式销售的砷酸(H3AsO4)被委婉地称为“棉花收获助剂”,因为它被用来使棉花脱叶,以便种植下一茬棉花作物。虽然无机砷不再用于农业,但它仍然存在于美国南部的农田里。那块土地现在被用来种植水稻,来自这些州的杂货店大米构成了美国饮食中砷的最大非海鲜来源。单甲基砷酸盐(MMA)和二甲基砷酸盐(DMA)的钠盐和钙盐目前广泛用作除草剂和杀虫剂。在附近的草坪和花园商店出售的唯一有效成分是钙MMA。DMA和MMA也被广泛用作杀菌剂,由此产生的砷进入了佛罗里达州各市的供水系统。MMA也被降解为砷酸盐和亚砷酸盐,可能是通过微生物。在越南战争期间,美国在越南的稻田和其他作物上喷洒DMA(以“彩虹除草剂”蓝色剂的形式),以消除食物供应。一些细菌可以利用DMA作为碳源,并去甲基化为无机砷。有机砷也被用作生长促进剂和饲料补充剂在畜牧业中。例如,仅在马里兰州,罗沙松(4-羟基-3-硝基苯松酸)每年就被喂养5亿只鸡,以控制球虫肠道寄生虫,并顺利排泄。粪肥被用作作物的肥料,在堆肥过程中,罗沙松被厌氧降解,至少部分被梭状芽孢杆菌等细菌降解为无机砷,污染供水。使用有机砷作为饲料补充剂也有可能传播抗生素耐药性。

人类水和食物供应的砷污染是一个世界性的问题,但最糟糕的情况是在西孟加拉邦、印度和孟加拉国,那里有数千万居民暴露在危险水平的砷中。虽然这种砷来自天然来源,不是人为的,但它是人道主义原因干预的意外后果。为了帮助防止霍乱和疟疾等传染病的传播,联合国儿童基金会(儿童基金会)建议并资助建造用于饮水和灌溉的管井,以代替携带传染性微生物的地表水。虽然这种做法减少了感染的发生率,但井水中溶解的砷浓度超过了世界卫生组织(世卫组织)最大允许水平10 ppb的10到100倍,导致癌症和其他砷相关疾病的发病率飙升。井水中的砷是从哪里来的,还有些争议。大多数砷被固定在岩床中,所以它是如何进入水源的还不清楚。最近的数据表明,灌溉作物使有机物质向下渗透,为厌氧生物提供碳,降低了还原和溶解含砷矿物的可能性。事实上,固定化砷的位置实际上可能位于比最初认为的更高的地层中,因此砷实际上是从上面进入井的。

然而,越来越清楚的是,人类农业加上微生物活动与这场环境灾难有关。这强调了微生物在氧化和还原形式之间以及无机和有机物种之间的砷循环中所起的重要作用。砷酸盐被微生物吸收,主要是通过磷酸盐运输系统。细胞内砷酸盐是还原为亚砷酸盐,然后通过通道或主动流出系统被挤出细胞。细菌也可以利用砷酸盐作为厌氧呼吸的末端电子受体,生成亚砷酸盐作为产物。它们在富含砷酸盐的沉积物中的作用会导致地下水的砷污染。亚砷酸盐氧化微生物利用来自As(III)氧化的还原力来获得细胞生长的能量。土壤细菌还可以将亚砷酸盐甲基化为三甲基亚砷酸盐气体,将土壤砷返回到大气中。海洋微生物将无机砷转化为各种水或脂溶性有机砷,包括二甲基化和三甲基化砷衍生物、砷胆碱、砷甜碱、砷糖和砷脂。海洋微生物对砷甜菜碱的代谢完成了海洋生态系统中的砷循环。

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2019年,实验室取得了中国检验检测机构资质认定CMA证书,可向社会出具具有证明作用的数据和 结果,具有法律效力。同年,实验室参加的标准样品研究所组织的2019年度 IERM T19-33 土壤中重金属检测能力验证项目,砷、汞指标通过验证。

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