洛陽市谷物類食品中重金屬含量及污染評價

２０１５屆河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)洛陽市谷物類食品中重金屬含量及污染評價摘要實(shí)驗(yàn)采用消化爐消解-ICP技術(shù)，測定不同谷物類食品中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Pb的含量。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測得黑豆中鉛含量：0.203mg/kg,國家標(biāo)準(zhǔn)為小于等于0.2mg/kg，判定為超標(biāo)，黑芝麻中銅含量：13.750mg/kg，國家標(biāo)準(zhǔn)為小于等于10mg/kg,判定為超標(biāo)。其他谷物所測元素的含量均在國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值之下。研究新鄉(xiāng)市市售谷物重金屬污染現(xiàn)狀，采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行分析評價。結(jié)果表明：新鄉(xiāng)市市售谷物類食品中除黑芝麻中重金屬元素含量存在污染情況，其他谷物的測定值均低于檢測標(biāo)準(zhǔn)值，故判定新鄉(xiāng)市市售谷物大體上重金屬含量處于低污染或無污染狀態(tài)。關(guān)鍵詞：消化爐消解-ICP，谷物，重金屬元素含量,污染評價ＬｕｏｙａｎｇcitycommercialgraincontentandcontaminationassessmentofheavymetalsinfoodAbstractThedigestionfurnacedigestionICPtechnologyanddeterminationofdifferentcerealfoodheavymetals(as,CD,Cr,Cu,,Pbcontent.Theexperimentaldatacollectedmeasuredleadcontentinblackbean:0.203mg/kg.Nationalstandardsforlessthanorequalto0.2mg/kg,thejudgeexceeded,blacksesameincoppercontent:13.750mg/kg.Nationalstandardsforlessthanorequalto10mg/kg,judgedtobeexcessive.Thecontentofothergrainsmeasuredelementswereinthenationalfoodsanitationstandardvalue.StudyonXinxiangCitysalesituationofheavymetalpollutioninthegrain,wereanalyzedandevaluatedbyusingsinglefactorpollutionindexmethodandNemerowcomprehensivepollutionindexmethod.TheresultsshowthatmarketinXinxiangCityCerealsfoodcontaminationofthepresenceofthecontentsofheavymetalelementsinblacksesameinaddition,othergrainsmeasuredvaluewerebelowthedetectionstandardvalue,sothedecisioninXinxiangCitysoldgrainonthewholecontentsofheavymetalsinlowpollutionornopollutionstatus.Keywords:digestionfurnacedigestion-ICP,grain,heavymetals,pollutionassessment目錄TOC\o"1-3"\f\h\u引言 41實(shí)驗(yàn)部分 51.1儀器與試劑 51.2樣品的處理 51.3重金屬元素測定 51.3.1儀器工作條件和測定波長的選擇 61.3.2測定 62結(jié)果與分析 62.1谷物樣品中重金屬含量 62.2評價方法 72.2.1單因子污染指數(shù)法 72.2.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 73結(jié)論 8參考文獻(xiàn) 9致謝 10引言隨著我國人民生活水平的日益提高和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人們對糧食作物數(shù)量和質(zhì)量的需求不斷增長。人們也逐漸注意到食品中存在的重金屬污染情況。在20世紀(jì)50年代發(fā)生在日本1955-1972年骨痛病等事件就是由重金屬鎘造成的，正式由于這種污染事件的發(fā)生，重金屬污染問題研究逐漸被注意，最終被各國政府指定個中政策予以防范。重金屬在生態(tài)環(huán)境中的存在對環(huán)境中的生物的生長發(fā)育有一定影響，另一方面重金屬可以通過食物鏈蓄積在人體中，從而可能對人體健康造成損害，所以，重金屬污染及其評價在現(xiàn)實(shí)生活中有很大的必要性。重金屬的含義指一類金屬元素，大約有40種，首要包含鎘、鉻、鉛、銅等。但是，如果從可能對人體健康產(chǎn)生危害的方面說，我們也把砷算作重金屬。重金屬離子是谷物類食品在生長過程中必需的微量元素，但是如果谷物中重金屬含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)就可能會對人體造成損傷?，F(xiàn)實(shí)社會中對人體健康有嚴(yán)重影響的污染物有很多，重金屬算是其中之一，重金屬污染物的主要特點(diǎn)：污染廣度大、持續(xù)影響的時間周期長、污染不易被發(fā)現(xiàn)、較不易或不能被降解，并可經(jīng)過食物鏈在人體體內(nèi)蓄積，并且有可能轉(zhuǎn)化為毒性更大的化合物，人體對此類污染物抵抗力較弱。重金屬污染在谷物中的存在，讓食品健康問題再次被人們所聚焦。重金屬可以通過多種方式進(jìn)入人體，比如：呼吸、皮膚接觸和飲食攝入等重金屬可以經(jīng)由過程多種體例進(jìn)入人體，好比：呼吸、身體觸碰和飲食攝取等。飲食攝取因?yàn)閿z取量大、飲食種類龐大、十五中重金屬含量差別明顯，成為人類攝取食物中重金屬的首要渠道。飲食攝入由于攝入量大、飲食種類復(fù)雜、十五中重金屬含量差異顯著等因素，成為人體攝入重金屬的主要途徑。鉛對人體的神經(jīng)造成破壞，引起很多并發(fā)癥，嚴(yán)重危害人體健康；鎘元素極易在人體中蓄積，有很長的潛伏期，不容易被及時發(fā)現(xiàn)，可能會造成很嚴(yán)重的后果。能引發(fā)骨節(jié)變形，腰樞紐關(guān)節(jié)頭受損，偶爾還能引發(fā)心血管病。在人體骨骼中的滯留半衰期為38a，發(fā)病后難以治療。As是傳統(tǒng)劇毒物，As2O3即砒霜，對人體有很大毒性，首要表現(xiàn)是神經(jīng)衰弱、腹痛、嘔吐、肝痛、肝大等消化系統(tǒng)疾病。并常伴隨皮膚癌、肝癌、腎癌、肺癌等發(fā)病率增高。鉻在自然界存在三價鉻和六價鉻兩種形式，三價鉻在人體中對人體機(jī)體是有益的，但是人體對六價鉻沒有需要。三價鉻沒有六價鉻更易被吸收，三價鉻和六價鉻之間可以通過生化作用相互轉(zhuǎn)換。重金屬鉻在谷類食品中存在的量不是很高，且大部分都是三價鉻。Cu對生物而言，不論是動物，還是植物，都是必需元素。人體缺乏銅會引起少血，毛發(fā)異樣，骨和動脈異常等。銅是人體必需的微量元素，可以很快進(jìn)入血液之中，Cu在血液中幫助鐵元素的傳遞蛋白質(zhì)，而且在血紅素蛋白生成中有很大的作用。而且在十五烹飪過程中，銅元素不易被破壞掉。谷類食品在世界范圍內(nèi)都是人類飲食結(jié)構(gòu)中占比最大的失誤，而且屬于終生消費(fèi)?，F(xiàn)在對谷物重金屬含量的測定有原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，本實(shí)驗(yàn)采用消化爐消解-ICP技術(shù)對新鄉(xiāng)市市售五類谷物（豆類，米，芝麻）中Pb、Cd、As、Cr、Cu含量進(jìn)行檢測，在不影響人體健康的情況下，希望人們對存在污染的谷物食品，慎重購買。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對谷物的重金屬污染狀況給出評價，給人們的飲食提供科學(xué)合理的依據(jù)并可以有效的遠(yuǎn)離谷物類食品可能會造成的食品安全問題。實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器與試劑Optima2100DV型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PE(Perkin-Elmer)公司），KDN-20C型消化爐（上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司），1000ug·ml鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、鉻（Cr）、銅（Cu）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家一級標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國計(jì)量科學(xué)研究院）;消煮管若干，50ml容量瓶若干，研磨機(jī)，烘箱。64%的濃硝酸、將64%的濃硝酸稀釋成2%的稀硝酸備用。濃硝酸與高氯酸按3：1的比例配置酸體系。本試驗(yàn)所用試劑為分析純（洛陽化學(xué)試劑廠），水均為實(shí)驗(yàn)室的去離子水。1.2樣品的處理采集的樣品來自新鄉(xiāng)市永輝超市,均為散裝.取一定量研磨，烘干.每個樣稱取0.5000g置于消煮管中，然后加入15ml64%的濃硝酸和5ml的高氯酸，靜置過夜，第二天在消化爐中進(jìn)行消解，第一階段消解溫度設(shè)為130℃，消煮半個小時，第二階段消解溫度設(shè)為180℃。溶液變得清澈透明并且不再有氣泡冒出時，再進(jìn)行低溫趕酸，酸趕盡后冷卻，過濾到50ml容量瓶中，用2%稀硝酸多次少量反復(fù)沖洗消煮管幾次，達(dá)到無損轉(zhuǎn)移，最后用2%稀硝酸定容，同時制作空白。1.3標(biāo)準(zhǔn)溶液配制將1000ug·ml鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、鉻（Cr）、銅（Cu）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液分別用2%HNO3逐級稀釋成5ug/ml的標(biāo)準(zhǔn)使用液。配制濃度分別為0、0.5、1、2、4、8mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列備用。1.4重金屬的測定1.4.1儀器工作條件和測定波長的選擇采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)進(jìn)行測定As、Cd、Cr、Cu、Pb、等五種重金屬元素各自濃度，該方法的工作條件如表1。電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定元素時每個元素可以同時選擇多條譜線的特點(diǎn)和對元素的測定靈敏度和元素之間的影響因素。選擇干擾少、發(fā)射凈強(qiáng)度大、背景低、信噪比高的譜線為待測元素的分析譜線。本實(shí)驗(yàn)各元素選擇的最佳分析譜線見表2表1ICP-AES工作條件射頻功率（kw） 輔助氣流量(L.min-1)霧化器流量(L.min-1)冷卻氣流量(L.min-1)試樣流量(mL.min-1)1.30.20.7151.5表2最佳分析譜線元素AsCdCrCuPb波長/nm193.696228.802267.716327.393220.353結(jié)果與分析2.1方法的準(zhǔn)確度和精確度為了確定方法的可靠性，對空白溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測定各元素的加標(biāo)回收率，并計(jì)算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。見表4，各種元素的回收率在94.30%—118.02%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.65%，表明此種方法具有良好的準(zhǔn)確度和精確度。表4精密度和回收率測定結(jié)果PbCdAsCrCu回收率（%）118.0297.31105.2094.03102.30RSD(%)0.851.242.480.750.512.2樣品測定結(jié)果用上面的方法，測定了五種谷物（黑豆，小黑豆，黑米，黑小米，黑芝麻）中Pb、Cd、As、Cr、Cu等五種元素的含量，測定結(jié)果見表3表3谷物重金屬含量(mg/kg)谷物樣品元素PbCdAsCrCu黑豆0.2030.045——9.170小黑豆0.1850.025——7.652黑米0.1260.067——3.462黑小米0.1750.043——4.856黑芝麻0.1490.084——13.750注：“—”表示未檢出2.3重金屬含量及特征五個供試樣品中，重金屬銅元素的含量居高（3.462—13.750mg/kg），其次是鎘元素（0.025—0.084mg/kg）,最低的是鉛元素的含量（0.126—0.203mg/kg）.2.4重金屬污染評價方法與標(biāo)準(zhǔn)重金屬污染評價方法與標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB2762—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)———食品中污染物限量》（見表5）表5食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目限量（mg/Kg）鉛（以Pb計(jì)）≦0.2鎘（以Cd計(jì)）≦0.1砷（以As計(jì)）總砷≦0.5，無機(jī)砷（——）鉻（以Cr計(jì)）≦1.0銅（以Cu計(jì)）≦10采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅（Nemerow)綜合污染指數(shù)法對谷物中重金屬的污染程度進(jìn)行評價（分級標(biāo)準(zhǔn)見表6）。單因子污染指數(shù)計(jì)算方法為Pi=Wi/Si（1）式中Pi為重金屬單因子污染指數(shù)，Wi為重金屬的實(shí)測質(zhì)量比，Si為重金屬的評價標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法全面反映了個污染物的作用，其兼顧了單因子污染指數(shù)的平均值和最高值，突出高濃度重金屬對谷類作物籽粒品質(zhì)的影響，計(jì)算公式為式中P綜合為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pmax為多種重金屬單因子指數(shù)（Pi）中的最大值，Pave為重金屬單因子指數(shù)（Pi）的平均值。單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法污染等級分級標(biāo)準(zhǔn)見表7表6重金屬污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)級別單因子污染指數(shù)污染等級綜合污染指數(shù)污染等級1Pi<1清潔P綜<0.7安全，清潔21<Pi<2輕污染0.7<P綜<1警戒線，尚清潔32<Pi<3中污染1<P綜<2輕度污染4Pi>3重污染2<P綜<3中度污染，受到重度污染5P綜>3重污染，受到嚴(yán)重污染根據(jù)單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的計(jì)算方法，可以得出下表的數(shù)據(jù)表7新鄉(xiāng)地區(qū)主要市售谷物重金屬單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)谷類作物單因子污染指數(shù)綜合污染指數(shù)污染等級PbCdAsCrCu黑豆1.0150.450——0.9170.911清潔小黑豆0.9250.250——0.7650.746清潔黑米0.6300.670——0.3460.612清潔黑小米0.8750.430——0.4860.749清潔黑芝麻0.7450.840——1.3751.192輕污染結(jié)論新鄉(xiāng)市市售谷物類食品中小黑豆、黑米、黑小米重金屬含量在標(biāo)準(zhǔn)值以下，黑豆的Pb含量和黑芝麻的Cu含量略高于國家標(biāo)準(zhǔn)，污染等級為輕度污染。另外實(shí)驗(yàn)測定元素的回收率，各種元素的回收率在94.30%—118.02%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.65%，表明此種方法具有良好的準(zhǔn)確度和精確度。通過單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對新鄉(xiāng)市市售谷物類食品的重金屬污染進(jìn)行單因子和綜合污染指數(shù)評價：Pb,Cu為輕污染，As、Cd、Cr為清潔，黑芝麻為輕污染等級，黑豆、小黑豆、黑米、黑小米為清潔。綜上，新鄉(xiāng)市市售谷物類食品總體重金屬污染情況處于低污染或無污染狀態(tài)。參考文獻(xiàn)[1]李戰(zhàn)，李坤.重金屬污染的危害與修復(fù)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技[J].2010(16):268-270.[2]盛蒂，朱蘭保，陳健.蚌埠地區(qū)主要谷物重金屬含量及健康評價，安全與環(huán)境學(xué)報(bào)[J].2014,14(4):263-266.[3]俞華齊，陸倪娟，劉輝.徐州市售谷類作物重金屬鉛、鎘污染分析評價，農(nóng)業(yè)與機(jī)械[J].2013（3）:59-62.[4]甄艷紅，成顏君，潘根興，李戀卿.中國部分市售大米中Cd、Zn、Se的含量及其安全評價,安全與環(huán)境學(xué)報(bào)[J].2008,8(1):119-122.[5]GB2762-2012食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量[S][6]萬婕，劉成梅，涂宗財(cái)，李俶，章文琴.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法分析不同產(chǎn)地大豆中的礦物元素含量;光譜學(xué)與光譜分析[J].2010,30(2):543-545.[7]DriK.E.Jarvs,A.L.Gray,R.S.Houk,電感耦合等離子體質(zhì)譜手冊[M]，北京：原子能出版社，1997,10.[8]楊剛,沈飛,鐘貴江,等,2011.西南山地鉛鋅礦區(qū)耕地土壤和谷類產(chǎn)品重金屬含量及健康風(fēng)險(xiǎn)評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),31(9)：2014-2021.[9]朱琳，曾曉丹，張福勝.五葉地錦種子中重金屬含量測定,廣州化工[J].2014,42(8).[10]王平、孫慧、張?zhí)m杰、關(guān)德峰等.黑米、黑豆、黑芝麻、中幾種微量元素的測定，鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào)[J]2000-03,2（1）:95-98[9].[11]呂琳琳，羅維巍，張?jiān)伱?微波消解.ICP-AES法測定蕎麥、燕麥、大麥中多種微量元素,食品科學(xué)[J].2009,30(8):187-189.[12]李百靈，周健，申治國，張慧敏.，ICP-AES和ICP-MS法測定大米中的微量元素,光譜實(shí)驗(yàn)室[J]