ICP-AES-內(nèi)梅羅指數(shù)法研究皮革工業(yè)區(qū)蔬菜中的重金屬污染

張勝幫，胡柏禧

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325027）

ICP-AES-內(nèi)梅羅指數(shù)法研究皮革工業(yè)區(qū)蔬菜中的重金屬污染

張勝幫，胡柏禧

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325027）

目的：通過內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法分析皮革工業(yè)區(qū)種植的蔬菜重金屬含量，研究蔬菜食品的風(fēng)險(xiǎn)。方法：采用硝酸-雙氧水體系微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行消解，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定蔬菜中重金屬元素Pb、Cd、Ni、Cr，并采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果：Pb、Cd、Ni、Cr元素的檢出限為0.3～4 μg/L，變異系數(shù)為0.59%～4.48%?；厥章蕿?6.4%～103.5%。青菜、白菜、芥菜、芹菜和蘿卜中重金屬元素的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383。表明種植的青菜、芥菜、白菜、芹菜和蘿卜存在嚴(yán)重的食品安全風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)論：可以采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)蔬菜中重金屬污染程度。

重金屬；皮革工業(yè)區(qū)；蔬菜；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；微波消解

蔬菜是人們?nèi)粘Ｊ澄锝Y(jié)構(gòu)的重要組成，為人體提供必需礦物元素、維生素和膳食纖維等多種營(yíng)養(yǎng)成分。重金屬是食品污染物中一個(gè)大類，隨著人們生活水平的提高，重視食品安全的程度越來越高，污染作物、食物與環(huán)境中的重金屬污染[1-3]對(duì)人類健康的影響，尤其是農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的污染已經(jīng)引起人們關(guān)注[4-6]，因此，對(duì)蔬菜重金屬污染進(jìn)行調(diào)查及安全評(píng)價(jià)[7-10]研究，對(duì)于食品安全和健康問題有著重要意義。GB 2762—2012《食品中污染物限量》重新規(guī)定了食品中污染物限量[11]。

由于許多重金屬污染環(huán)境后，在“食物鏈”中進(jìn)行生物富集，使農(nóng)產(chǎn)品中某些金屬元素含量明顯增高，影響食品安全[12]。而制革業(yè)可能產(chǎn)生大量污水，其污水成分復(fù)雜、較難處理，重金屬主要有Pb、Cd、Ni、Cr和As等元素[13-14]。GB 2762—2012對(duì)蔬菜中的Pb、Cd、Cr和As等作了嚴(yán)格的規(guī)定[11]。而Ni作為一種具有生物學(xué)作用的元素，能激活或抑制一系列的酶，如精氨酸酶、羧化酶等而發(fā)生其毒性作用，其化合物對(duì)人皮膚黏膜和呼吸道有刺激作用，可引起皮炎和氣管炎，甚至發(fā)生肺炎，誘發(fā)鼻咽癌和肺癌。因而更為人們關(guān)注，研究皮革工業(yè)區(qū)種植蔬菜中的重金屬含量，評(píng)價(jià)種植產(chǎn)品的食用風(fēng)險(xiǎn)[15-16]，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

文獻(xiàn)[16-17]報(bào)道了蔬菜中重金屬的污染研究與評(píng)價(jià)，而制革工業(yè)區(qū)種植的蔬菜中重金屬的污染研究鮮見報(bào)道。對(duì)食品中重金屬的測(cè)定有不少的文獻(xiàn)報(bào)道[18]。目前檢測(cè)重金屬的主要方法有：原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜-質(zhì)譜法、分光光度法、熒光分析法、火焰原子吸收法、石墨爐法等。而微波法消解樣品，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（inductively couple plasma atomic emission spectrometer，ICP-AES）法以其檢出限低、精密度高、選擇性好、基體效應(yīng)小、線性范圍寬和多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于金屬元素測(cè)定中[19-22]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

蔬菜樣品，采集于龍灣某皮革工業(yè)區(qū)種植蔬菜農(nóng)田。

氫氟酸 上海五四化學(xué)試劑有限公司；濃硝酸 上海振興化工二廠有限公司；氯化鉻 亭新化工試劑廠；氯化鎳 中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；硝酸鉛 浙江省溫州市化學(xué)用料廠；30%過氧化氫 宜興市第二化學(xué)有限公司；以上試劑均為分析純。高純鎘粒（純度99.999%） 上海化學(xué)試劑公司。用水為蒸餾水和超純水。

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1：配制Pb、Cd、Ni、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 ?g/mL，儲(chǔ)備；標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液2：國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院研制，用5%硝酸配制成臨時(shí)應(yīng)用液。

ETHOS A型壓力自控密閉微波消解儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；IRIS ADVANTAGE型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 美國(guó)熱電公司；CP224S型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；ZM200型超離心碾磨儀 德國(guó)Retsch公司；Milli-Q超純水機(jī)美國(guó)密理博公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備與預(yù)處理

為了研究皮革工業(yè)區(qū)種植產(chǎn)品中的重金屬含量，在龍灣某皮革工業(yè)區(qū)種植蔬菜的農(nóng)田采集樣本，分5 個(gè)區(qū)域，按照A、B、C、D、E區(qū)標(biāo)記，并按照接近皮革工業(yè)企業(yè)的遠(yuǎn)近分為1#區(qū)域（近污染區(qū)，包括A、B、D區(qū)）和2#區(qū)域（遠(yuǎn)污染區(qū)，包括C、E區(qū)）。將所采集的蔬菜樣品用自來水沖洗干凈后，分別用蒸餾水和超純水清洗并晾干，在烘箱中，95～105 ℃烘干至質(zhì)量恒定，冷卻后，粉碎，研磨，通過100 目篩，置于干燥器中備用。

1.2.2 微波消解制樣

選用HNO3-H2O2消解體系。準(zhǔn)確稱取干燥過的樣品0.500 0 g放入聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，加入10 mL HNO3、2.5 mL H2O2和5 滴HF，微波消解系統(tǒng)消解30 min。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，選擇確定了微波消解的實(shí)驗(yàn)條件，采用程序升溫法，消解步驟為：在5 min內(nèi)溫度由室溫升至120 ℃，并維持5 min，再在10 min內(nèi)升至180 ℃，維持15 min。經(jīng)過30 min消解，樣品消解完全。消解結(jié)束后內(nèi)罐冷卻到45 ℃以下，在通風(fēng)櫥中，加入0.5 mL 5%硼酸溶液，去除多余的氫氟酸，用超純水定容至25 mL，待測(cè)。同時(shí)平行作空白試液，5% HNO3的酸性溶液為空白對(duì)照。

1.2.3 ICP-AES儀器測(cè)試條件[23]

射頻發(fā)生器功率：1150 W；輔助氣體流量：0.5 L/min；蠕動(dòng)泵提取樣品流量：1.85 L/min；玻璃同心霧化器，旋流霧化室；霧化器壓力：27 psi；工作氣體：氬氣（純度99.99%以上）；軸向觀測(cè)。

1.2.4 分析線的選擇

ICP-AES法分析線的選擇直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。本實(shí)驗(yàn)綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇譜線干擾少、精密度好的分析線，元素波長(zhǎng)分別為Cr 267.716 nm、Cd 214.438 nm、Pb 220.353 nm；Ni 280.386 nm。

1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

對(duì)Pb、Cd、Ni、Cr 4 種重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度和響應(yīng)值關(guān)系進(jìn)行研究。

1.2.6 方法的檢出限與精密度

對(duì)空白溶液重復(fù)測(cè)定10 次，取各元素的3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限。

1.2.7 回收率測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.500 0 g的樣品10 份于消解罐中，在各試樣中分別準(zhǔn)確加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，放置微波消解儀中消解，測(cè)定。平行作空白試液。

1.2.8 蔬菜的安全性評(píng)價(jià)

蔬菜樣品中含有的重金屬元素超過一定含量時(shí)，可能引發(fā)食品安全問題。本實(shí)驗(yàn)直接采用內(nèi)梅羅指數(shù)法[24]評(píng)估皮革工業(yè)區(qū)蔬菜中重金屬含量，進(jìn)行蔬菜品質(zhì)的安全性評(píng)價(jià)，并利用P內(nèi)梅羅計(jì)算值確定污染等級(jí)。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)的計(jì)算公式：

式（1）～（3）中：C內(nèi)梅羅為蔬菜中內(nèi)梅羅統(tǒng)計(jì)含量；Pi為蔬菜中重金屬i的單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)；Si為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；P內(nèi)梅羅為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；Pmax為蔬菜中重金屬最大污染指數(shù)；P平均為蔬菜中重金屬平均污染指數(shù)。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃分等級(jí)見表1。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃分等級(jí)[5]Table1 Polllution inex grades classifiedby Nimerlo composite index[25]

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種重金屬元素的回歸方程

經(jīng)檢測(cè)，得到4 種重金屬元素的回歸方程、相關(guān)系數(shù)以及線性范圍見表2。由表2可見，各元素測(cè)定的線性良好，相關(guān)系數(shù)不低于0.998 8。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程、相關(guān)系數(shù)和線性范圍Table2 Linear range, regression and correlation coefficientsTable2 Linear range, regression and correlation coefficients

2.2 檢出限和回收率

實(shí)驗(yàn)測(cè)得，Pb、Cd、Ni、Cr元素的檢出限分別為0.6、4、0.3、4 g/L；Pb、Cd、Ni、Cr元素的變異系數(shù)依次為0.59%、4.15%、3.12%、4.48%。

準(zhǔn)確稱取0.500 0 g的青菜10 份于消解罐中，在各試樣中分別準(zhǔn)確加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，放置微波消解儀中消解，分別放入消解罐中，準(zhǔn)確加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行微波消解，用去離子水定容至25 mL。加入量和測(cè)定結(jié)果見表3。平行作空白試液。同理，取白菜等樣品各5 份，進(jìn)行重金屬元素的回收率測(cè)定，結(jié)果見表4。

表3 青菜中各元素的回收率實(shí)驗(yàn)Table3 Recovery rates of heavy metal elements from spiked pakchoi

表4 其他樣品回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=5）=5Table4 Recovery rates of heavy metal elements from other vegetables (es (n = 5) = 5)

由表3、4可知，實(shí)驗(yàn)中青菜中各元素回收率為87.6%～96.7%，白菜中各元素回收率為89.5%～95.9%，芥菜中各元素回收率為93.6%～103.5%，芹菜中各元素回收率為86.4%～96.9%，蘿卜中各元素回收率為89.0%～96.6%，回收率各元素回收率良好。綜合后，回收率為86.4%～103.5%。

2.3 蔬菜樣品的測(cè)定和內(nèi)梅羅指數(shù)值

稱取干燥后的樣品各0.500 0 g，各測(cè)定10 次，參照1.2.2節(jié)的消解方法消解樣品，用ICP-AES法測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行空白試液。此次研究涉及的蔬菜均屬于新鮮蔬菜，根據(jù)GB 2762—2012，其限量值為Pb≤0.3 mg/kg、Cd≤0.05 mg/kg、Cr≤0.5 mg/kg，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值上限評(píng)判污染等級(jí)。為了便于研究不同區(qū)域蔬菜樣品Ni的污染程度差異，結(jié)合蔬菜Ni含量[26]，參照GB 2762—2012中油脂中Ni限量標(biāo)準(zhǔn)：Ni≤1.0 mg/kg，設(shè)計(jì)蔬菜樣品Ni不大于1.0 mg/kg進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。

2.3.1 蔬菜樣品的測(cè)定結(jié)果

蔬菜樣品中各元素的含量測(cè)定結(jié)果見表5。按照實(shí)驗(yàn)方法1.2.8節(jié)分別計(jì)算1#區(qū)域（A、B、D區(qū)）和2#區(qū)域（C、E區(qū)）蔬菜樣品中各元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)。

表5 蔬菜樣品中各元素的含量和內(nèi)梅羅指數(shù)Table 5 The contents of heavy metal elements and Nimerlo composite

續(xù)表5

表5表明，研究的4 種元素在2#區(qū)域種植蔬菜的污染程度明顯低于1#區(qū)域的污染程度；2#區(qū)域種植蔬菜中重金屬污染，除了蘿卜中元素Pb外，其余污染等級(jí)不高于Ⅲ，多數(shù)處于安全或警戒線以內(nèi)。而1#區(qū)域種植蔬菜中重金屬污染，除了白菜、芥菜中元素Ni外，其余污染等級(jí)不低于Ⅳ，多數(shù)處于重污染。相對(duì)皮革生產(chǎn)企業(yè)的距離遠(yuǎn)近，污染程度結(jié)果明顯的差異，說明皮革生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于種植的蔬菜可能有直接的影響。

根據(jù)表5綜合1#區(qū)域分析表明，各種蔬菜中研究的重金屬污染，污染程度最大的重金屬元素為Pb，污染等級(jí)多數(shù)達(dá)到Ⅴ；Cr、Cd污染程度次之，污染等級(jí)為Ⅲ～Ⅴ，以Ⅴ為多；Ni相對(duì)較小，除芥菜、白菜為Ⅱ外，芹菜、蘿卜等為Ⅲ～Ⅳ。

分別分析表5中，1#區(qū)域蔬菜的重金屬污染，芹菜、蘿卜污染程度大，受到的污染程度一致，PbⅤ、CdⅤ、NiⅣ、CrⅤ。青菜受污染程度次之，為PbⅤ、CdⅣ、NiⅢ、CrⅣ的污染。芥菜與白菜受污染程度相對(duì)較輕，明顯低于芹菜、蘿卜的污染程度，芥菜為PbⅣ、CdⅢ、CrⅡ、NiⅢ；白菜為PbⅣ、CdⅢ、NiⅡ、CrⅢ。5種蔬菜受重金屬污染程度依次是蘿卜、芹菜＞青菜、芥菜＞白菜。同一區(qū)域，對(duì)于不同的種植蔬菜而言，污染程度的內(nèi)梅羅指數(shù)（P內(nèi)梅羅）有1～2 個(gè)等級(jí)的差異，分析結(jié)果對(duì)于土壤污染后，選擇種植的蔬菜品種具有指導(dǎo)性意義，可以通過進(jìn)一步研究，選擇適宜于污染土壤的種植品種。

2.3.2 蔬菜樣品內(nèi)梅羅指數(shù)分析

取最大風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)代表蔬菜樣品內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)，1#區(qū)域蔬菜中重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果見表6，最大風(fēng)險(xiǎn)元素為Pb。1#區(qū)域青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383。由于整體污染程度達(dá)到重污染，尤其重金屬Pb污染的影響，本區(qū)域農(nóng)田不宜種植青菜、芥菜、白菜、芹菜和蘿卜。2#區(qū)域青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)分別為1.670、1.080、1.657、1.952、3.317，明顯低于1#區(qū)域。如果進(jìn)行土壤治理時(shí)，首先考慮治理其中Pb的問題。

表6 重金屬污染評(píng)價(jià)Table 6 Evaluation of heavy metal contamination

3 討 論

GB 2762—2005《食品中污染物限量》中沒有作出關(guān)于Ni的要求，而在GB 2762—2012中，對(duì)油脂及其制品中氫化植物油及氫化植物油為主的產(chǎn)品作出規(guī)定，說明Ni對(duì)食品的污染已經(jīng)引起重視，但范圍有限。本研究結(jié)合蔬菜Ni含量，參照GB 2762—2012 油脂中Ni≤1.0 mg/kg，設(shè)計(jì)蔬菜樣品Ni≤1.0 mg/kg，研究不同區(qū)域蔬菜樣品Ni的污染程度差異，盡管不夠準(zhǔn)確，但有一定的參考意義。其限量標(biāo)準(zhǔn)需要專家評(píng)估制定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，靠近皮革生產(chǎn)企業(yè)的1#區(qū)域蔬菜的重金屬污染，青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383，而相應(yīng)遠(yuǎn)離皮革生產(chǎn)企業(yè)的2#區(qū)域的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)對(duì)應(yīng)分別為1.670、1.080、1.657、1.952、3.317，明顯低于1#區(qū)域。所研究的2#區(qū)域種植蔬菜中重金屬污染，除了蘿卜中元素Pb外，其余污染等級(jí)不高于Ⅲ，多數(shù)處于安全或警戒線以內(nèi)。而1#區(qū)域種植蔬菜中重金屬污染，除了白菜、芥菜中元素Ni外，其余污染等級(jí)不低于Ⅳ，多數(shù)處于重污染。相對(duì)皮革生產(chǎn)企業(yè)的距離遠(yuǎn)近，污染程度結(jié)果明顯的差異，說明皮革生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于種植的蔬菜可能有直接的影響。因此，將1#區(qū)域作為典型的皮革工業(yè)區(qū)種植的蔬菜重金屬含量進(jìn)行報(bào)告。

依據(jù)國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)限值，從安全率的角度[27]評(píng)價(jià)不同區(qū)域蔬菜中重金屬超標(biāo)的影響程度，采用計(jì)算公式：Sj/%=（1—Nj-e/Nj-t）×100，式中：Sj為蔬菜j重金屬安全率/%；Nj-e為蔬菜j重金屬超標(biāo)個(gè)數(shù)；Nj-t為被調(diào)查蔬菜j重金屬總個(gè)數(shù)。計(jì)算結(jié)果得到，1#區(qū)域蔬菜的不安全率很高，說明皮革工業(yè)區(qū)蔬菜中的重金屬超標(biāo)率很高。雖然具有一定價(jià)值，但因具體重金屬元素污染程度卻表達(dá)不夠清晰而有所限制。

目前我國(guó)還沒有較系統(tǒng)的蔬菜重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)采用硝酸-雙氧水體系微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行消解后，使用ICP-AES法測(cè)定，根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)法分析評(píng)價(jià)蔬菜中重金屬污染程度，得到重金屬元素對(duì)蔬菜污染程度，為判斷蔬菜的安全性提供了良好分析手段與依據(jù)，以期制定出相應(yīng)的評(píng)價(jià)辦法提供參考，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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Heavy Metal Element Pollution of Cultivated Vegetables in Leather Industrial Zone by ICP-AES with Nimerlo Composite Index

ZHANG Shengbang, HU Boxi
(School of Life and Environmental Science, Wenzhou University, Wenzhou 325027, China)

Objective: To study the quality and safety of cultivated products in leather industrial zone. Methods: The heavy metal elements Pb, Cd, Ni and Cr in the vegetables were determined by ICP-AES after HNO3-H2O2digestion. The pollution degree was evaluated by Nimerlo composite index. Results: The detection limits for Pb, Cd, Ni and Cr was 0.3–4 μg/L, with coefficients of variation ranging from 0.59% to 4.48%, and the recovery rates of the metal elements from spiked samples were 86.4%–103.5%. Nimerlo composite index was 4.028, 3.014, 3.345, 7.111 and 7.383 for pakchoi, Chinese cabbage, mustard greens, celery and radish, respectively. Based on overall evaluation of heavy metal pollution, especially Pb, such farmland should not be planted vegetables including mustard greens, Chinese cabbage, celery and radish. Conclusion: The pollution degree of heavy metals in vegetables can be judged by the Nemero index.

metal element; leather industrial zone; vegetables; Nimerlo composite index; inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (ICP-AES); microwave digestion

X836；X17

A

1002-6630（2015）04-0221-05

10.7506/spkx1002-6630-201504044

2014-04-11

張勝幫（1964—），男，副教授，碩士，主要從事食品安全與資源開發(fā)研究。E-mail：sbzhang@wzu.edu.cn