در کتب و مراجع گوناگون تعاریف و تفسیرهای مختلفی از فلزات سنگین به عمل آمده است. علت اطلاق لفظ سنگین، وزن مخصوص بالاتر از 6 گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد، که این فلزات دارا هستند. این فلزات دارای نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی میباشند.
به طوری که در این گروه جیوه Hg پائین‌ترین نقطه جوش یعنی oc87/38- و مولیبدن (Mo) بالاترین نقطه جوش یعنی c 0 4612 را دارا میباشد.
اکسید فلزات سنگین در جدول تناوبی هرچه به طرف گازهای نادر پیش برویم، در طبیعت پایدارتر است، و در سیستم بیولوژی با مولکول‌های آلی ایجاد کمپلکس‌های پایدار می‌نماید.
حضور برخی از این عناصر از نظر تغذیه حائز اهمیت میباشد. در حالی که در شرایط مشابه حضور برخی از آنها در بافت زنده مضر میباشد. نیاز پستانداران به روی و مس به مراتب بیشتر از ید و سلینیوم و غلظت آهن و روی در بافت‌های حیوان ضروری‌تر از منگنز و کبالت میباشد.
برخی عناصر غیر ضروری مانند برم (Br) و ربیدیوم (Rb) و سیلیکون در مقایسه با فلزات کمیاب ضروری با غلظت بالا در بافت نرم و خون حضور دارند.
فلزات سنگین نظیر آهن- روی و مس برای تعداد زیادی از آنزیم‌ها در حکم یک کانون فعال هستند. این فلزات در غلظت‌های پائین در بدن یافت میشود، ولی اثر فوق‌العاده‌ای در بدن دارند.
فلزات سنگین نظیر نقره (Ag)، کادمیوم (Cd)، قلع (Sn)، جیوه (Hg)، سرب (Pb)، و فلزاتی که خاصیت الکترونگاتیویته زیادی دارند مانند مس، نیکل و کبالت، میل ترکیبی شدیدی با گروه‌های آمینی و سولفیدریل دارند.
آنزیم‌ها به وسیله این فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. به علاوه این فلزات در عمل سوخت و ساز بدن وارد شده و عمل متابولیسم را مختل می‌نمایند.
درجه سمی بودن فلزات سنگین را از میزان الکترونگاتیویته آنها می‌توان طبقه بندی نمود، که به این ترتیب با پایداری کمپلکس‌های مشتق شده از این فلزات هماهنگی می‌کند. طبقه‌بندی این فلزات به صورت زیر میباشد.
Hg- Cu- Sn- Pb- Ni- Co- Cd- Fe- Zn- Mn- Mg- Ca- Sr- Cr
1-نقش بهداشتی فلزات سنگین
در دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی اهمیت فلزات سنگین در سیستمهای بیولوژیکی انجام گرفته است. علت این بررسی‌ها افزایش نگرانی کسانی بوده است، که در مناطق صنعتی زندگی می‌کنند، و در تماس دائمی و مستقیم با این عناصر بوده‌اند، که امکان اثر بیولوژیکی محیط بر روی اینها وجود داشته است. در حقیقت نقش عناصر جزیی و اثرات مفید و مضر آنها بر روی سیستم بیولوژیکی انسان از اهمیت خاصی برخوردار است. از 90 عنصر شیمیایی که در پوسته زمین یا اتمسفر وجود دارد، فقط 12 تای آنها به میزان زیادی در بدن انسان وجود دارند که عبارتند از:
Cn- Fe- Mg- Cl- Na- S- K- P- N- H- C- O
از این عناصر چهارتای اول 96% وزن کل ارگان زنده را تشکیل می‌دهد و بقیه 6/3% آن را شامل می‌گردد، و حدود 70 عنصر باقیمانده 4/0 بقیه را شامل می‌شوند، که اینها عناصر جزئی میباشند. چنین بنظر می‌رسد، که از این 70 عنصر 14تای آنها برای متابولیسم بدن انسان ضروری میباشند.
جورج موریسون [1] عناصر جزئی را به سه دسته تقسیم می‌کند.
الف) آنهایی که برای جانوران عالی ضروری میباشند.
ب) آن دسته از عناصر که ضرورت آنها ممکن میباشد.
ج) آن دسته از عناصر که ضروری نمی‌باشند.
عناصر ضروری برای متابولیسم بدن انسان عبارتند از: کرم، کبالت، مس، فلوئور، آهن، ید، منگنز، مولیبدن، نیکل.
2- شناسایی عوامل آلوده کننده آبها از نظر فلزات سنگین
بطور کلی آبها به چهارطریق ممکن است به فلزات سنگین آلوده شوند.
1- هوا
2- خاک
3- فاضلاب‌های صنعتی- خانگی
4- زباله (شیرابه زباله)
پس آبهای صنعتی- مواد زائد حاصل از فعالیت‌های روزمره زندگی، (زباله) و تخلیه انواع فضولات حیوانی و انسانی به داخل آبهای سطحی و زیرزمینی، سهم مهمی در ایجاد این نوع آلودگیها را، در آب دارا هستند.
احتمال آلوده شدن آبها بخصوص آبهای سطحی از طریق هوا، (هنگام بارندگی بویژه بارندگی‌های شدید بسیار بالاست). مقادیر زیادی از انواع آلوده کننده‌ها، نظیر مواد موجود در گرد و غبار و گازهای ناشی از فعالیت‌های صنعتی در باران حل شده، و در نتیجه این آلودگیها به آبهای پذیرنده وارد می‌گردد. (به علت PH اسیدی باران، برخی از عناصر مانند کادمیوم در آب باران حل میشود).
خاک یکی دیگر از منابع آلودگی آبها میباشد. جنس خاک نقش موثری در آلودگیهای آب می‌تواند داشته باشد. به عنوان مثال آب پس از عبور از لایه زیرزمینی، که جنس آن سنگ گالن میباشد؛ به علت وجود سرب در آن، در انتقال سرب پذیرنده نقش دارد؛ و به علت استفاده از آفت‌کش‌ها در کشاورزی و کاربرد کودهای شیمیایی، مقادیر معتنابهی از فلزات سنگین می‌توانند وارد آبها شوند. کیفیت آبها در اثر وجود مواد آلوده کننده بر هم خورده، و در این میان تاثیر مواد آلوده کننده، مانند فلزات سنگین بیشتر میباشد .
جدول 15- استانداردهای فلزات سنگین در آب آشامیدنی، بر اساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی سال 1983، و ویژگیهای آب آشامیدنی موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران سال 1364
| نام ماده |
علامت |
حداکثر مقدار قابل قبول mg/1 |
حداکثر مجاز mg/1 |
ملاحظات |
| ارسنیک برحسب |
As |
صفر |
5% |
|
| کادمیوم |
Cd |
005/0 |
1% |
|
| کروم 6 |
Cr+6 |
صفر |
5% |
|
| سرب |
Pb |
5% |
Jan-00 |
|
| جیوه |
Hg |
001/0 |
001/0 |
|
| نقره |
Ag |
صفر |
5% |
|
| مس |
Cu |
5% |
1 |
|
| روی |
Zn |
5 |
15 |
|
| آلومینیوم |
Al |
- |
- |
در مراجع رقمی |
| وانادیوم |
|
- |
- |
ذکر نشده است |
| کبالت |
Co |
- |
- |
|
3- فلزات سنگین (اثرات- منابع- کاربرد)
بحث در مورد هر یک از فلزات سنگین بسیار گسترده بوده، به طوری که در این مختصر نمی‌توان آنها را کاملاً شناسایی نمود.
مهمترین فلزات سنگین عبارتند از:
کروم- مس
سرب- کادمیوم
روی - ارسنیک
نیکل- نقره
آلومینیوم- وانادیوم- کبالت
1-3- کروم
اغلب صخره‌ها و خاک‌ها حاوی مقادیر کمی کروم میباشند.
سنگ معدن متعارف آن کرومیت هست، که از آن فلز سه ظرفیتی کروم بدست می‌آید. کروم 6 ظرفیتی بندرت به صورت طبیعی یافت میشود. فقط شکل سه ظرفیتی آن پایدار است، و کروم 6 ظرفیتی به سرعت به وسیله مواد آلی احیاء می‌گردد. کروم در نتیجه سوختن سوخت‌های فسیلی چوب - کاغذ و نیز از ته نشست مواد، در صنایع و اکسیداسیون کروم معدنی و غیره بوجود می‌آید.
این عنصر ممکن است در پساب واحدهای آبکاری، در پساب طرحهای خنک کننده و یا در آب گردش کننده در تجهیزات سرد کننده‌ای که کروم در آنها بکار رفته وجود داشته باشد.