一、环境化学的概念
环境化学是环境科学的一门基础科学，是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的重要分支学科。环境化学是在化学科学传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。
环境化学具有跨学科的综合性质。它不仅运用化学的理论和方法，也借用物理、数学、生物、气象、地理及土壤等多门学科的理论和方法研究环境中的化学现象和本质，研究大
气、土壤及生物中污染化学物质的性质、来源、分布、迁移、转化、归宿、反应及对人类的作用和影响。环境化学研究的体系是化学污染物和环境背景物（天然物质）构成的多组分综合体系，这是个开放体系。在这个开放的研究体系中，时刻有物质流和能量流的传输，所受的影响复杂多变。除了化学因素外，还有物理因素（如光照、辐射等）、生物因素、气象、水文、地质及地理条件等，因而在探讨和研究化学污染物在环境中的变化规律和影响危害时，应综合多方面的因素才能得出符合实际的结论。例如，大气中硫氧化物等的大气污染，不仅要考虑它本身的化学变化，还要考虑光照、地形地貌、气象等条件的影响；水体中重金属汞等的污染，除了考虑其化学性质外，还应考虑水文、微生物、酶作用下的迁移转化；有机物、农药在环境中的转化，不但要研究光解和化学降解作用，还要研究生物的降解作用。
环境化学是一门新兴学科。它诞生于20世纪70年代初期，至今仅有40多年的历史。作为新兴学科，环境化学的研究工作还不够深入、不够全面，很多本质和规律尚未被揭露和
掌握，甚至许多概念还含混不清，定义尚不统一，表述还不一致，甚至环境化学本身的定义和范围都还未能统一。所有这些，还有待环境化学工作者继续努力、不断探索，为环境化学的发展、丰富和成熟做出贡献。
二、环境化学的发展历程
环境化学的发展大致可分为三个阶段：1970年以前为孕育阶段，20世纪70年代为形成阶段，80年代以后为发展阶段。
第二次世界大战以后至20世纪60年代，发达国家经济从恢复逐步走向高速发展，由于当时只注意经济的发展而忽视了环境保护，污染环境和危害人体健康的事件接连发生，事实促使人们开始研究和寻找污染控制途径，力求人与自然的协调发展。20世纪60年代初，由于当时有机氯农药污染的发现，农药中环境残留行为的研究就已经开始，这个阶段是环境化学的孕育阶段。
到了20世纪70年代，为推动国际重大环境前沿性问题的研究，国际科联1969年成立了环境问题专门委员会（(SCOPE),1971年出版了第一部专著《全球环境监测》，随后，在20世纪70年代陆续出版了一系列与环境化学有关的专著，这些专著在20世纪70年代环境化学研究和发展中起了重要作用。1972年在瑞典斯德哥尔摩召开了联合国人类环境会议，成立了联合国环境规划署（UNEP)，确立了一系列研究计划，相继建立了全球环境监测系统（GEMS)和国际潜在有毒化学品登记机构（IRPTC)，并促进各国建立相应的环境保护机构和学术研究机构。
20世纪80年代全面地开展了对各主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化学循环和各主要元素之间的相互作用、人类活动对这些循环产生的干扰和影响以及对这些循环有重大影响的种种因素的研究；重视了化学品安全性评价；开展了全球变化研究；涉及臭氧层破坏、温室效应等全球性环境问题，同时加强了污染控制化学的研究范围。
国际纯粹与应用化学联合会（(IUPAC）于1989年制订了“化学与环境”研究计划，开展了空气、水、土壤、生物和食品中化学品测定分析等六个专题的研究。1991年和1993年
在中国北京召开的亚洲化学大会和IUPAC会议上，环境化学就是重要议题之一。1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议（UNCED),国际科联组织了数十个学科的国际学术机构开展环境问题研究。
1995年诺贝尔化学奖第一次授予三位环境化学家Crutzen,Rowland和Molina,他们首先提出平流层臭氧破坏的化学机制。Ciutzen于1970年提出了NOx理论，Rowland和Molina于1974年提出了CFCs理论，这几位化学家的实验室模拟结果在现实环境中得到验证。从发现平流层中氧化氮可以被紫外辐射分解而破坏全球范围的臭氧层开始，追踪对流层大气中十分稳定的CFCs类化学物质扩散进入平流层的同样归宿，阐明了影响臭氧层厚度的化学机理，使人类可以对耗损臭氧的化学物质进行控制。这些理论的研究成果因1985年南极“臭氧洞”的发现而引起全世界的震动，从而导致1987年《蒙特利尔议定书》的签订。
我国环境化学研究已有近40年历史。20世纪70年代，主要围绕工业“三废”处理、重金属污染、环境容量与环境背景值调查和污染源普查等开展工作。“八五”与“九五”期
间，主要针对我国面临的重大环境污染问题开展研究，如光化学烟雾、区域酸雨的形成与控制、典型有机污染物环境行为、废水无害化与资源化等。最近10年，在国家自然科学基金、国家科技部等资助下，在有毒有害污染物的环境行为、迁移转化规律、环境风险评价、污染修复与治理等领域开展了较深入的研究，取得了一系列具有国际影响的创新性成果，为国家环境保护决策提供了重要科学数据。
三、环境化学的任务
环境化学的主要任务可归纳成以下六个方面：
①研究环境的化学组成，建立环境化学物质的分析方法；
②掌握环境的化学性质，从环境化学的角度揭示环境形成和发展规律，预测环境的未来；
③研究和掌握环境化学物质在环境中的形态、分布、迁移和转化规律；
④查清环境污染物的来源；
⑤研究污染物的控制和治理的原理及方法；
⑥研究环境化学物质对生态系统及人类的作用和影响等。
四、环境化学发展的总体态势
环境化学是一门快速发展的新兴交叉学科，其研究领域不断扩展，研究深度不断增加，研究焦点与人们关注的热点紧密结合，呈现出如下发展趋势。
1．研究方法不断完善
环境化学工作者越来越多地应用化学、生物学、毒理学、流行病学及数学等其他学科的新思维、新方法和新技术研究环境问题，如在环境污染化学领域，应用大气科学的方法和数学模型研究污染物的长距离传输；在理论环境化学领域，应用定量结构一效应关系研究污染物的剂量一效应关系和结构一毒性之间的关系；在环境毒理学领域，应用基因组学、代谢组学、蛋白质组学、金属组学及环境组学等各种组学技术研究相关科学问题。此外，环境化学从传统的热力学平衡方法发展到应用动力学方法。
2．研究内容不断丰富
关注的污染物不断增加，从重金属、常见有机污染物逐渐转向持久性有毒污染物和新型污染物，如澳代联苯醚、全氟辛烷化合物、内分泌干扰物、纳米颗粒物以及污染物的降解和代谢产物；研究体系更加接近真实环境，由单一污染发展到复合污染，由单一介质发展到多介质体系。
3．研究深度不断增加
由传统的现状调查等表象研究发展到注重机制机理研究，从分子、细胞、个体、种群水环境化学平发展到生态系统研究；从研究高浓度、单一污染的短期生态效应转向研究低浓度、复合污染的长期效应。
4．研究领域不断扩大
由室内环境发展到室外环境；由多介质界面行为研究发展到区域环境调控；由区域环境发展到全球环境；从生物有效性发展到毒性机制；从生态毒理学发展到健康效应；环境化学不断与其他学科交叉和渗透，形成环境与健康等新的重要研究方向。
五、环境化学的内容、特点及研究方法
1．环境化学主要的研究内容
(1)环境污染化学环境污染化学是研究化学污染物在环境中的变化，包括迁移、转化过程中的化学行为、反应机理、积累和归宿等方面的规律。化学污染物在大气、水体、土壤
中迁移，并伴随着发生一系列化学的、物理的变化，形成了大气污染化学、水污染化学、土壤污染化学和污染生态化学。
在环境这个开放体系中，参与反应的物质品种多，含量低，反应复杂，影响因素很多，促进反应的光能和热能又难以准确模拟，因此必须发展新的技术和理论来进行研究。如近年来运用系统分析方法，研究多元和多介质体系中污染物迁移和转化反应机理，就为进行环境污染的预测、预报，以及环境质量评价等提供了科学的依据。
(2)环境分析化学环境分析化学是取得环境污染各种数据的主要手段，必须运用化学分析技术，测量化学物质在环境中的本底水平和污染现状。环境中污染物种类繁多，而且含量极低，相互作用后的情况则更为复杂，因此要求采取灵敏度高、准确度高、重现性好和选择性好的手段。不仅对环境中的污染物做定性和定量的检测，还对它们的毒性，尤其是长期低浓度效应进行鉴定；应用各种专门设计的精密仪器，结合各种物理和生物的手段进行快速、可靠的分析。为了掌握区域环境的实时污染状况及其动态变化，还应用自动连续监测和卫星遥感等新技术。
(3)污染物的生物效应污染物的生物效应是当前环境化学研究领域里十分活跃的研究课题，它综合运用化学、生物、医学三方面的理论和方法，研究化学污染物造成的生物效应，如致畸、致突变、致癌的生物化学机理，化学物质的结构与毒性的相关性，多种污染物毒性的协同和拮抗作用的化学机理，污染物食物链作用的生物化学过程等。随着分析技术和分子生物学的发展，环境污染的生物化学研究取得很大进展，并与环境生物学、环境医学相互交叉渗透，成为当前生命科学的一个重要组成部分。
(4）污染控制化学主要研究与污染控制和修复有关的化学机制与工艺技术中的化学问题，为开发经济、高效的污染控制及修复技术，发展清洁生产工艺提供理论依据。20世纪
80年代之前，污染控制化学主要围绕末端污染控制模式开展研究，对发展污染控制技术和治理环境污染产生了积极作用。之后，污染控制理念由污染源末端治理向“预防为主”、“综合利用”、“零排放”等过渡，污染控制化学开始在“清洁生产”、“绿色化学”、“生态工业”、“循环经济”等全过程控制模式中发挥重要作用。目前，污染控制化学面临着巨大挑战，需要从源头控制并减少污染物产生，也要提高末端污染治理效率，修复已被污染的环境。
(5)理论环境化学应用物理化学、系统科学和数学的基本原理和方法以及计算机仿真技术，研究环境化学中的基本理论问题，主要包括环境系统热力学、动力学、化学污染物结
构一活性关系以及环境化学行为与预测模型。早期理论环境化学主要研究有毒有机污染物的结构一活性关系。随着环境化学行为研究的不断深入，理论环境化学开始关注并研究环境污染热力学和动力学、化学污染物在环境介质中的微观界面行为及反应机理、污染物的环境归趋和生态风险评价数学模型、污染物的界面效应和环境现象的非线性和非平衡理论、环境化学方法学体系等。
环境化学的研究成果已受到各国政府和科学界的高度重视。随着科学技术水平和人类环保意识的提高，环境化学研究将更加深入，其成果必将促进人类社会与自然的和谐发展。
2．现代的环境化学研究的特点
(1)从微观的原子、分子水平来阐明宏观的环境问题，以小见大，不再拘泥于对环境问题的宏观描述，而是从深层的机制去理解和解决问题。
(2)综合性强，涉及方方面面的学科领域。环境化学学科本身是边缘科学，继承了各个前导学科的理论和技术，应用来解决实际的环境问题，并在发展过程中交流各学科的新思
路、新理论、新方法。
(3)量微，不仅是研究对象本身（污染物）在圈层中的含量极低，而且研究和分析手段也尽量采用低浓度和超低浓度的水平，以尽量贴近自然界的实际，并避免造成人为的再次
污染。
(4）研究体系复杂，体现在污染现象本身不是一种简单的过程，其因果关系也不是简单的单一机制，影响因素也是多方面的。
(5)应用性强，涉及的都是与人类生存发展息息相关的实际问题。
(6)学科发展还很年轻，基础数据还极为缺乏，理论构架的系统性相对较弱，更多的是沿用前导学科的已有理论，仍有极大的发展空间。
3．环境化学的研究方法
环境化学的主要研究方法包括现场实测、实验室研究、模型模拟研究。
(1)现场实测研究在所研究区域直接布点采样，采集数据，了解污染物的时空分布，同步监测污染物变化规律，现场实测有地面监测、航测等，人力物力需求较大。
(2）实验室研究包括环境物质分析、基础研究，基础物性数据测定，实验模拟研究等。进行实验室模拟研究时可以排除气象、地形等物理影响因素，单纯研究化学因素部分；也可以仅对1-2个影响因素进行考察而把其他的一些影响因素暂时排除在外。
(3)计算机模拟研究计算机模拟研究主要通过建立数学模型，进行参数估值和模型检验，模拟化学物质在环境中的迁移、转化、归宿过程，证明实测结果的可信度，预测污染的发展趋势。
环境化学研究中，主要以化学方法为主，也配之以物理、生物、地学、气象学等其他学科的研究方法。
