一价汞“新”形态的发现：环境稳定性及其效应

王颖; 方莹莹; 阴永光

doi:10.7536/PC240527

化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (3) :293-294 DOI: 10.7536/PC240527

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一价汞“新”形态的发现：环境稳定性及其效应

王颖 ¹ ,
方莹莹 ² ,
阴永光 ¹^,²^,^*

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Unveiling a “New” Species Mercurous Mercury: Assessing the Environmental Stability and Its Implications

Ying Wang ¹ ,
Yingying Fang ² ,
Yongguang Yin ¹^,²^,^*

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Abstract

Mercury (Hg) is a global pollutant. The redox transformation of Hg plays a pivotal role in the Hg global cycle, with mercurous mercury (Hg(I)) serving as an important intermediate theoretically. Due to the metastable nature of Hg(I), it was considered unstable and susceptible to dispropor-tionation. This finding not only challenged the traditional viewpoint that Hg(I) cannot exist in wa-ter, but also revealed that the stability of Hg(I) had a significant effect on the reduction process of Hg(II) in the natural water.

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王颖, 方莹莹, 阴永光. 一价汞“新”形态的发现：环境稳定性及其效应[J]. 化学进展, 2025, 37(3): 293-294 DOI:10.7536/PC240527

Ying Wang, Yingying Fang, Yongguang Yin. Unveiling a “New” Species Mercurous Mercury: Assessing the Environmental Stability and Its Implications[J]. Progress in Chemistry, 2025, 37(3): 293-294 DOI:10.7536/PC240527

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汞是高毒性的全球污染物，其氧化还原转化是控制汞全球迁移与生物累积的关键过程。理论上，汞的氧化还原多为单电子转移，一价汞（Hg(I)）是重要中间体。作为亚稳态汞，Hg(I) 易受前处理或分析方法的影响发生转化，难以被直接检测，其环境赋存及其在汞氧化还原循环中的作用认知尚属空白。

为理解和探索 Hg(I) 这一“新”离子态汞的环境化学行为，研究者建立了 2- 巯基乙醇络合-机械振荡萃取-液相色谱-电感耦合等离子体质谱（LC-ICP-MS）的方法，揭示了环境固相介质中 Hg(I) 的广泛赋存^[1]。进一步地，Hg(I) 被证实是植物叶片氧化零价汞（Hg(0)）的重要中间体^[2]，动力学拟合结果也显示 Hg(0) 被氧化成 Hg(I) 是汞液滴暗氧化生成二价汞（Hg(II)）的限速步骤^[3]。近期研究提示，Hg(I) 不仅是汞氧化还原的中间体，也在包括归中和歧化在内的环境汞转化中发挥重要作用。例如，美国橡树岭国家实验室顾宝华团队认为，Hg(I) 的归中生成可能介导了 Hg(0) 与 Hg(II) 的快速同位素交换（˂1 h）^[4]；加拿大曼尼托巴大学王飞越团队指出，历史银冶炼矿区土壤中由 Hg(I) 光解歧化生成的 Hg(0) 是该区域高浓度气态 Hg(0) 的重要来源^[5]。上述研究初步阐明了Hg(I) 可能通过归中-歧化反应影响汞的迁移转化，但环境中 Hg(I) 的稳定性仍有待厘清。目前，传统研究仍普遍认为水中低浓度的 Hg(I) 可发生快速歧化从而无法稳定存在^[6]。

2024 年，中国科学院生态环境研究中心阴永光研究团队首次证实了天然水中低浓度（μg•L^-1）的 Hg(I) 可稳定赋存，打破了环境水相中低浓度一价汞不能存在的传统学术认知，并在此基础上揭示了天然水 Hg(II) 还原中 Hg(I) 的生成与转化^[7]。

该研究首先通过重量法明确了高浓度 Hg(I)（mg•L^-1）可稳定赋存于水相，但发现 Hg(I) 在LC-ICP-MS 分析时发生了歧化反应（2Hg(I)→ Hg(0)+Hg(II)）。传统研究认为汞浓度较低时， Hg(I) 难以稳定存在且通常会发生歧化反应^[6]。该研究采用密度泛函理论计算发现，当 OH^- 和 Cl^- 存在时，Hg(0) 和 Hg(II) 归中生成 Hg(I) 的吉布斯自由能分别为－ 8 kcal•mol^-1 和－ 18.6 kcal•mol^-1，提示汞归中反应可自发进行。综上，Hg(I) 在水相中存在归中-歧化平衡，该平衡以归中为主。然而色谱分离打破了该平衡，Hg(I) 歧化产物 Hg(0) 和Hg(II) 的色谱分离抑制了汞的再归中，最终导致Hg(I) 的完全歧化。

为验证这一猜想，研究采用富集同位素示踪手段，明确了 ¹⁹⁹Hg(0) 和 ²⁰²Hg(II) 快速同位素交换与汞的自发归中-色谱分离歧化过程有关（自发归中：¹⁹⁹Hg(0)+²⁰²Hg(II)→[¹⁹⁹Hg(I)−²⁰²Hg(I)]，色谱分离歧化：[¹⁹⁹Hg(I)−²⁰²Hg(I)]→²⁰²Hg(0)+¹⁹⁹Hg(II)）。该结果进一步确认了汞的自发归中反应且低浓度Hg(I) 可保持稳定。

值得注意的是，该研究进一步在汞冶炼厂附近的溪流中检测到 Hg(I) 的赋存（4.4~6.1 μg•L^-1），占总溶解态汞的比例为 54%~70%，表明 Hg(I) 是该区域主要的汞形态之一。此外，研究发现天然水 Hg(II) 可还原生成 Hg(I)，环境配体（如 Cl^-和天然有机质等）可通过控制 Hg(I) 的稳定性进而影响 Hg(II) 的还原进程。

后水俣时代的汞污染形势依旧严峻，将 Hg(I) 这一“新”的形态纳入环境汞形态框架有助于深入理解汞的环境赋存、迁移与生物转化，可为预测汞的环境行为及实施汞的污染防治工作提供科学依据。因此，Hg(I) 的环境化学行为及其涉及的环境效应仍有待进一步思考和探索。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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Published
2025-03-24
Online Date
2025-02-05

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