薄膜扩散梯度(Diffusive Gradients in Thin-Films technique，DGT)技术已经被广泛地应用于水、土壤、沉积物环境中重金属有效态的原位采样和测量。DGT技术的主要特点是能够测量痕量的金属;能够原位采集金属的变化和分布;可以提供重金属有效态的时间平均浓度，对环境中的监测可以从几个小时到数个月，与传统采样方法相比还可以更好地反应重金属有效态的时空变化。　　第一篇主要介绍了环境中重金属污染的定义、来源、危害、特点等，综述了环境中重金属生物有效性和有效态的概念和测量，测量方法包括:超滤法、透析法、化学提取法、离子交换法、离子选择电极法、电化学伏安法等。重点介绍了一种原位被动测量环境中重金属有效态和预测重金属生物有效性的新方法，即薄膜扩散梯度技术(DGT)技术以及其原理、装置构造、DGT技术的扩散相和结合相的发展，总结了DGT技术在环境科学研究中的应用。评述了DGT技术的发展趋势以及本文的研究目的和创新之处。　　第二篇主要通过改变DGT装置的结合相和结合相对待测物的累积原理，建立了第一个能够测量有机物的以透析膜(CDM)为扩散相和0.050mol·L-1聚乙烯亚胺(PEI)溶液为结合相的DGT装置(CDM PEI DGT)，其原理为PEI的伯胺与醛类物质发生Schiff碱反应，为进一步开发能够原位测量优先监测污染物的DGT装置开辟一条新的途径。　　第二章主要研究了CDM PEI DGT对水中水杨醛的累积和测量，考察了pH值和离子强度对CDM PEI DGT累积能力的影响，测量了CDM PEI DGT对水杨醛的累积容量，并将其应用于外加标工业废水中;结果表明，通过改变DGT技术的结合相的种类和对待测物的累积原理，可以实现DGT技术对有机物的测量;(CDM PEI DGT能够准确地测量配制湖水和外加表工业废水中水杨醛的浓度，回收率分别为102.6％和92.6％，CDMPEI DGT对水杨醛的累积容量为14.4μmol·mL-1，当本体溶液的pH和离子强度分别在4.4-9.3和0.001-1mol·L-1(NaNO3)时，CDM PEI DGT对水杨醛的累积容量较好。　　第三章主要研究了CDM PEI DGT对水中香兰素的累积和测量;考察了pH值和离子强度对CDM PEI DGT累积能力的影响;测量了CDM PEI DGT对香兰素的累积容量;结果表明，CDM PEI DGT对配制湖水中香兰素的测量的准确欠佳，回收率为85.1％，CDM PEI DGT对香兰素的累积容量为3.9μmol·mL-1;当本体溶液的pH值在3.5～7.9时，CDM PEI DGT对香兰素有较好的累积容量，离子强度对CDM PEI DGT累积容量的影响较大，当离子强度在0.01-1M时，CDM PEI DGT对香兰素的累积容量基本不变。　　第三篇研究了以透析膜(CDM)为扩散相，三种高分子——聚丙烯酸钠(PAAS)、聚乙烯醇(PVA)、巯基聚乙烯醇(PVA-SH)水溶液为新型的液态结合相的DGT装置，即CDM PAAS DGT CDM PVADGT和CDM PVA-SH DGT，对水中重金属离子的选择性累积和测量;比较了CDM PAAS DGT和以聚乙烯苯磺酸(PSS)溶液为结合相的DGT装置(CDM PSS DGT)对不同形态的Cu的累积和测量。　　第四章主要研究了以透析膜(CDM)为扩散相，聚乙烯醇(PVA)溶液为新型的液态结合相的DGT装置(CDM PVADGT)对水中Cu2+的选择性累积和测量;在竞争和非竞争条件下，考察了CDM PVADGT对水中Zn2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Hg2+and Pb2+的累积;测定了PVA与Cu2+离子的条件配位稳定常数和累积容量;考察了本体溶液的酸度、离子强度对CDM PVADGT累积容量的影响;测量了外加标的天然水和工业废水中重金属的有效态浓度。结果表明，聚乙烯醇能够作为DGT技术的一种新的液态结合相;以0.030mol·L-1PVA溶液为结合相的DGT装置在竞争和非竞争条件下，对Cu2有较好的选择性，并可以选择性的累积和测量配制水中Cu2+，测量回收率为97.5％;在外加标河水和工业废水中，CDM PVADGT对有效态+的测量回收率分别为25.0％和4.2％;当溶液的pH在5.6-8.4、离子强度在0.0001-0.01M之间变化时将不会影响CDM PVADGT对Cu2+的累积;CDM PVADGT对Cu2+的累积容量为3μmol·mL-1。PVA-Cu2+的条件配位稳定常数(log K)分别为10.5。　　第五章主要研究了CDM PAAS DGT对水中重金属离子的选择性累积和测量;测定了PAAS与重金属离子的条件配位稳定常数和累积容量;考察了本体溶液的酸度、离子强度对CDM PAAS DGT累积容量的影响;测量了外加标的天然水和工业废水中重金属的有效态浓度;并比较了CDM PSS DGT和CDM PAAS DGT对同一水体中重金属的有效态浓度。结果表明，聚丙烯酸钠能够作为DGT技术的一种新的液态结合相;以0.0030mol·L-1PAAS溶液为结合相的DGT装置可以选择性的定量的累积和测量配制水中的Cu2+和Cd2+，回收率分别为98.9％和103.3％;由于河水中天然有机物(DOC=10.4mg CL-1)对Cu2+和Cd2+的配位作用，CDM PAAS DGT对外加标河水中Cu2+和Cd2＋有效态的测量回收率分别为8.5％和27.5％;在过滤工业废水中，由于两种结合相PAAS和PSS对Cd2+的配位能力的不同，CDM PAAS DGT有效态Cd2+的测量值（回收率=14.2％）是CDM PSS DGT测量值（回收率＝2.7％）的五倍;CDM PAAS DGT装置对Cu2+和Cd2+的累积容量分别为0.416μmol·mL-1和0.498μmol·mL-1;在pH4-9范围内，酸度基本不影响PAAS对Cu2+和Cd2+的累积，离子强度对PAAS对Cu2+和Cd2+的累积有较强的影响，随着离子强度的不断增大，PAAS对Cu2+和Cd2+的累积能力逐渐下降;PAAS与Cu2+和Cd2+的条件配位稳定常数(log K)分别为6.98和5.61。　　第六章主要利用巯基乙酸改性了聚乙烯醇(PVA)，制得了水溶性的巯基聚乙烯醇(PVA-SH);对其结构和性质进行了IR、DTA、TGA表征;并将其应用于DGT技术中;CDM PVA-SH DGT对水中重金属离子的选择性累积和测量;测定了PVA-SH与重金属离子的条件配位稳定常数和累积容量;考察了本体溶液的酸度、离子强度对CDMPVA-SH DGT累积容量的影响;测量了外加标的天然水中重金属的有效态浓度。经光谱表征巯基成功的接枝到PVA的侧链上，巯基含量为1.65％（w/w);巯基改性后的PVA-SH对Cd2+的累积能力明显大于PVA;作为DGT装置结合相的PVA-SH溶液的浓度为0.0010mol·L-1;CDM PVA-SH DGT对Cd2+有较好选择性，Cd2+/Zn2+、Cd2+/Co2+和Cd2+/Ni2+的相对选择系数分别为10.45、16.34和23.01;CDM PVA-SH DGT装置对Cd2+的累积容量为0.234μmol·mL-1;当本体溶液的pH值在5.5～9.9范围内时，不影响CDM PVA-SHDGT对Cd2+的累积;随着本体溶液的离子强度的增加，CDM PVA-SH DGT对Cd2+累积容量基本不变;CDM PVA-SH DGT装置能够定量的测量水中的Cd2+，测量回收率为100.7％;CDM PVA-SH DGT可以有效的测定工业废水和加标河水中不稳定的Cu2+;上述结果表明PVA-SH溶液可以作为DGT技术新的液态结合相。　　第四篇中给出了本文的总结论，聚乙烯亚胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、巯基聚乙烯醇均可以作为DGT技术的新型液态结合相。