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基于Icp-Oes的兰契市不同市场菜地蔬菜重金属含量测定及健康风险评估

Ratna Ghosh1,莱西玛·Xalxo1马尼克Ghosh和2

1兰契大学家庭科学系(营养学部),兰契,834001印度。

2Birla理工学院,梅斯拉,兰契,835215印度。

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.8.3.13

采用电感耦合等离子体-发射光谱法(ICP-OES)对兰契市不同地点(部落人口为主)采集的蔬菜中重金属含量进行了评估,并通过确定金属污染指数(MPI)进行了健康风险评估。每日金属摄入量(DIM)和健康风险指数(HRI)。蔬菜中Pb、Cd和Ni的含量均超过了PFA的允许限值。所有站点的铅(Pb)浓度都高于PFA允许的限度。在所有地点采集的13种蔬菜中,甜菜、黄瓜、豌豆、豆类、女士手指、Corriender叶和番茄的铅含量都很高。Cd、Co、Pb的健康风险指数为> 1。Site-6和Site-8黄瓜镉的健康风险指数分别为1.64和2.38。在菠菜中Site-6和Site-8分别为2.19和2.15。黄瓜中Pb的健康风险指数为> 1(所有地点;Site-8中3.54),Pea(除Site-10外的所有site; 2.45 in Site-7), Beans (All sites; 1.38 in Site-9), Lady’s finger (All sites; 2.03 in Site-7), and Tomato (All sites except Site-10; 2.79 in Site-8). Lead and cadmium were among the most abundant heavy metals in the selected vegetables. The excessive content of these heavy metals in food may causes number of diseases. HRI more than 1 is considered to be not safe for human health. In present study, HRI indicates considerable risk and negative impact on human health.

蔬菜;ICP-OES;健康风险指数;金属污染指数;兰契;部落

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基于Icp-Oes的蔬菜重金属含量测定及健康风险评估。世界环境2013;8(3)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.8.3.13

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基于Icp-Oes的蔬菜重金属含量测定及健康风险评估。2013;8(3)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=5268


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收到: 2013-11-03
接受: 2013-11-28

介绍

重金属是重要的环境污染物,特别是在具有高度的气压的区域。它们在植物中的存在,大气,土壤和水,即使在痕迹,也会对所有生物造成严重问题。污水污泥中的重金属存在,用作农业肥料是作物和环境素质的主要问题,以及它们对人类健康的影响,因为大多数重金属由于其不动物性质而持久(Devkota等,2000;Itanna,2002; Keller等,2002; McBride,2003)。从生物固体到土壤的金属转移到土壤中,随后植物造成潜在的健康风险,因为它们可以进入食物链和环境(Ghaedi等,2008)。植物摄取是污泥传承的重金属进入食物链的主要途径之一(Chaney,1990)。农业土壤的重金属的投入对土壤肥力产生负面影响,并在人类食物链中积累(Mclaughlin等,1999)。重金属的食物污染取决于它们在土壤中的流动性及其生物利用度。虽然一些流动性和生物利用度因素易于测量,但食物风险污染的测定是棘手的。危险物质的调节,处理和生物修复需要评估除人类以外的一些生活物种的风险,或对整个生态系统的危害进行评估。 Heavy metal accumulation in soils is of concern in agricultural production due to the adverse effects on food quality (safety and marketability), crop growth (due to phytotoxicity) (Ma et al., 1994; Msaky and Calvert, 1990; Fergusson, 1990) and environmental health (soil flora/fauna and terrestrial animals). The mobilization of heavy metals into the biosphere by human activity has become an important process in the geochemical cycling of these metals. This is acutely evident in urban areas where various stationary and mobile sources release large quantities of heavy metals into the atmosphere and soil, exceeding the natural emission rates (Nriagu, 1989; Bilos et al., 2001) and it is often caused by accidental releases of chemicals or the improper disposal of hazardous waste. Increased inputs of metals and synthetic chemicals in the terrestrial environment due to rapid industrialization coupled with inadequate environmental management in the developing country like India, has led to large-scale pollution of the environment. These chemicals in the terrestrial environment clearly pose a significant risk to the quality of soils, plants, natural waters and human health. Heavy metal content of soil is of major significance in relation to their fertility and nutrient status (Gowd et al., 2010).

然而,高浓度的这些金属会产生毒性。其他不属于必需元素组的金属,如Pb、Cr等,在低浓度时可被生态系统所耐受,但在高浓度时则对生态系统有害。可溶性金属化合物和交换配合物中的金属被认为是可供植物吸收的。长期接触镉、铜、铅、镍等重金属会对人体健康造成有害影响(Reilly, 1991年)。

在这项研究中,我们估计了来自牧场市不同市场地点(部落主导人群)所收集的CD,Co,Cr,Cu,Pb,Ni和蔬菜中的浓度。该研究在兰丘(23°21'纬度85°20'纬度,729米(2,392英尺)上方的海平面上,在印度的贾坎德大海,729米(2,392英尺)。位于这个城市的各种小型产业。各种各样的大面积都无法获得清洁水资源,因此农民使用治疗和未经处理的废水进行灌溉。治疗和未经处理的灌溉废水的长期用途也可能增加蔬菜中重金属的摄取和积累。从耕地场所,这些蔬菜供应给批发蔬菜市场,其余的进入当地市场。将污染水平与PFA和ASTDR指南进行比较,以评估重金属对公共卫生的潜在危害。本研究背后的假设是污染环境中蔬菜的废水,运输和营销部位的灌溉可以通过表面沉积提升蔬菜中重金属的水平。

材料和方法

研究区域

在恰尔肯德邦兰其市城区和郊区的不同市场点随机采集13种蔬菜,估算其重金属总含量。兰契市(北纬23°21′东经85°20′,海拔729米(2392英尺))是印度恰尔肯德邦的首都。8个路边市场:1号场(Lalpur Market)、2号场(BIT More Market)、3号场(Daily Market)、4号场(Kanke Road Market)、5号场(Booti More Market)、6号场(RIMS Market)、7号场(Morabadi Stadium Market)、8号地块(巴胡市集)和9号地块(信实超市和10号地块(大市集))用于采购蔬菜。一份与Site-1到Site-4相关的报告已经在之前的一项研究中讨论过(Ghosh et al., 2011)。目前的研究仅集中于Site-5至Site-10。

抽样

新鲜成熟的蔬菜被带到实验室,主要用自来水清洗,以去除土壤颗粒。用吸墨纸除去蔬菜表面多余的水分后,将样品切成小块,分别装入袋子,放入烤箱中,直到达到恒定的重量。样品在70°C的烘箱中干燥48小时,然后研磨成粉末。研磨后的样品通过2毫米大小的筛网,然后在室温下保存以便进一步分析。

表1 表1:常用名称和植物学
用于研究的蔬菜名称

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分析性程序

消化

干燥和切片蔬菜样品用电动搅拌机磨成粉末,储存在塑料袋中直到分析。用7ml HNO重复消化约0.5克样品(含空白样品)3.和0.5 ml H2O2在一个多个地方TM3000微波消解系统(Anton Paar)。这是一种工业型微波炉,可以配备各种附件,以优化样品消化。在这种情况下,预先清洗的HF-100容器被用于一个8位转子。压力/温度(P/T)传感器配件,可以同时测量一个容器的温度和压力,也被使用。所有容器的温度监测与红外温度传感器配件。该装置通过在消化过程中远程测量每个容器衬底表面的温度,为所有容器中的反应提供热保护。消化程序由加热30分钟和冷却15分钟组成,如表2所示。

样品完全溶解,形成清晰的溶液。冷却后,用Whatman®定量滤纸(44号无灰级)过滤样品,滤液用Millipore水保持至100ml。
表2:样品制备的微波消解程序 表2:微波消解
样品制备程序

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所有使用的试剂都是默克,分析等级(AR),包括不同重金属已知浓度的标准储备溶液。采用氩激光电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES) (2100DV型ICP-OES, Perkin Elmer, USA)测定蔬菜样品中的重金属浓度。光谱范围为160 ~ 900 nm,在200 nm处分辨率为0.009 nm。仪器采用紫外敏感的双背照CCD阵列探测器。

重金属浓度以干重为基础计算。所有分析重复进行了6次。采用Microsoft Excel(2007版)对蔬菜样品的重金属污染水平进行均值、中位数、最小值、最大值和标准差的计算。

数据分析

金属污染指数(MPI)

通过计算重金属污染指数(MPI)来检测各类蔬菜的重金属含量。该指数是通过计算蔬菜中所有金属含量的几何平均值得到的(Usero等,1997)。

MPI(μg/ g)=(cf1 x cf2 x .... x cfn)1 / n


式中,Cfn =样品中金属n的浓度。

估计每日重金属摄入量

平均每人每天饮食的数据收集从一项调查,平均每日蔬菜摄入量计算进行的一项调查显示,50人的平均体重60公斤,年龄18岁到70岁都要求他们的日常摄入特定的蔬菜从每个样本中每个实验区域。日摄入量按下式计算:

每日金属摄入量(DIM) = C金属x维食物的摄入量/B平均体重

在那里,C金属D食物的摄入量andB平均体重代表蔬菜中重金属含量(µg g-1)、每日蔬菜摄入量和平均体重(Singh et al., 2010)。

健康风险指数(HRI)

健康风险指数的计算方法为试验蔬菜的估计暴露量与口服参考剂量的比值(Cui等,2004年)。口服参考剂量(RfDo)为4 × 10-21 x 103毫克公斤-1一天-1铜和镉的含量分别为0.004、0.02和1.5 mg kg-1一天-1铅,镍和铬,分别(美国环保局,1997年)。估计暴露量是用重金属的每日摄入量除以其安全限度得出的。超过1的指数被认为对人类健康不安全(美国环保局,2002年)。

因此,健康风险指数= DIM/RfDo,

这里,RfDo(口服参考剂量)表示终生口服暴露的安全水平

统计分析

重金属浓度以干重为基础计算。所有分析重复进行了6次。评价蔬菜样品重金属污染水平、平均值、中位数、最小值、最大值和标准差。对不同地点(Site-1 ~ Site-10)蔬菜的重金属污染指数进行方差分析(ANOVA)检验,评估不同地点、灌溉方式、环境污染物等因素对蔬菜重金属浓度差异的显著性。所有分析均使用Microsoft Excel (Version 2007)和GraphPrism 5进行。

结果与讨论

重金属的浓度水平

本研究估算了从路边市场和有组织市场采集的不同蔬菜中镉(Cd)、钴(Co)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)和铅(Pb)等重金属的浓度范围。从本地市场收集的蔬菜中,Cd、Ni和Pb的平均浓度以图表形式汇总(图1至图3)。所有地点的铅(Pb)浓度均高于全氟化镓允许限量。在所有地点采集的13种蔬菜中,甜菜、黄瓜、豌豆、豆类、女士手指、Corriender和番茄的铅含量都很高。在所选蔬菜中,Site-5的豌豆中Pb含量最高,其次是Site-7和Site-8。Site-6和Site-8采集的黄瓜和Site-6采集的菠菜中均检测到镉(Cd)。在所有地点采集的豌豆和豆类中,发现镍(Ni)的浓度较高。女士的手指也含有一定量的镍。蔬菜中这三种重金属(Pb、Cd和Ni)的含量均超过了PFA的允许限值。蔬菜中的高污染可能与灌溉用水、农田土壤中的污染物或公路交通的污染密切相关(Igwegbe et al., 1992;邱等,2000)。
图1 表1
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图2 图2:镍(Ni)的平均浓度(n=6)
在所有蔬菜中从部门-5收集到现场-10
与PFA标准限值比较。镍是
(P<0.001)
Site-5和Site-6的豆子
相比Site-10

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图3 图3:铅(Pb)的平均浓度(n = 6)
在所有蔬菜中从部门-5收集到现场-10
与PFA标准限值比较。铅浓度
P<0.01)
与其他站点相比,Site-5的豌豆。

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各种蔬菜中的镉含量从0.116 ppm到2.150 ppm不等。Site-8采集的菠菜中Cd的浓度最高为2.150 ppm,而Site-5采集的豌豆中Cd的浓度最低为0.116 ppm。Site-6和Site-8中黄瓜和菠菜的Cd浓度均显著高于其他部位(P<0.001)。Site-6和Site-8黄瓜的健康风险指数(HRI)分别大于1.64和2.38。在菠菜中,Site-6和Site-8的HRI分别为2.19和2.15(图4)。HRI大于1被认为对人类健康不安全(美国环保局,2002年)。急性剂量的镉可导致严重的胃肠道刺激、呕吐、腹泻和过多的流涎,剂量为每公斤体重25毫克的镉可导致死亡。长期低水平接触镉可导致不良的健康影响,包括胃肠道、血液学、肌肉骨骼、肾脏、神经和生殖方面的影响。慢性口服暴露后,镉的主要靶器官是肾脏(ATSDR 1999a)。
图4: 图4中镉的健康风险指数(HRI)
所有从5号点到10号点采集的蔬菜(HRI Cd >
Site-6和Site-8在黄瓜中的应用菠菜Site-6)

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钴(Co)含量从0.300 ppm到1.466 ppm不等。Co在Site-5采集的胡萝卜中浓度最低,为0.300 ppm。另一方面,Site-7甜菜中Co的最高浓度为1.466 ppm,但低于Site-3中观测到的1.633 ppm (Ghosh等人,2011)。卷心菜的健康风险指数均大于1(除Site-5;Site-6、番茄(Site-6、8和10)、马铃薯(Site-9和Site-10;Site-3甜菜和Site-4菠菜中Co的浓度显著高于其他站点(P<0.05) (Ghosh et al, 2011)。过量一氧化碳可导致心绞痛、哮喘、心肌病、红细胞增多症和皮炎。人类食用Co的安全限量为0.05至1毫克/天(美国毒物和疾病登记署,1994年)。
图5 图5:从Site-5到Site-10收集的所有蔬菜中钴(Co)的健康风险指数(HRI)。(HRI Co > 1
Site-9对马铃薯和黄瓜的影响;土豆Site-10;
Site-7萝卜、菠菜、卷心菜;番茄的
场地-6、场地-8、场地-10)

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目前的调查显示,铜(Cu)变化范围为3.933 ppm到22.300 ppm。从Site-8采集的番茄中Cu浓度最高(22.300 ppm),从Site-7采集的马铃薯中Cu浓度最低(3.93 ppm)。铬(Cr)浓度从0.266到7.833 ppm不等。Site-6采集的番茄中Cr含量最高(7.833 ppm),而Site-7采集的萝卜和甘蓝中Cr含量最低(7.833 ppm)。在各种蔬菜中,镍的含量从0.200到5.833 ppm不等。Site-5豌豆和Site-6豌豆的镍含量较高,为5.833 ppm,而Site-5生姜的镍含量较低,为0.200 ppm。与Site-10相比,Site-5和Site-6的豌豆和豆类中的镍含量显著升高(P<0.001)。过量摄入镍会导致低血糖、哮喘、恶心、头痛,以及鼻腔和肺部癌症等流行症状。在本研究中,铅(Pb)含量的浓度从0.466 ppm到12.066 ppm不等。从Site-5收集的豌豆中发现了高浓度的Pb (12.066 ppm),但低于Site-1中观察到的Pb (13.733 ppm) (Ghosh等人,2011)。 The concentration of Lead was found to be significantly higher (P<0.01) in Tomato, Pea and Cucumber of Site-5 in comparison to Site-2, Site-3, Site-9 and Site-10. Spinach collected from Site-10 showed low concentration of Pb (0.466 ppm). Health risk index for Pb was found more than 1 in Cucumber (All sites; 3.54 in Site-8), Pea (All sites except Site-10; 2.45 in Site-7), Beans (All sites; 1.38 in Site-9), Lady’s finger (All sites; 2.03 in Site-7), and Tomato (All sites except Site-10; 2.79 in Site-8) (Figure 6). Todd (1996) emphasized that most of the accumulated Lead is sequestered in the bones and teeth. This causes brittle bones and weakness in the wrists and fingers. Lead that is stored in bones can reenter the blood stream during periods of increased bone mineral recycling (i.e., pregnancy, lactation, menopause, advancing age, etc.). Mobilized lead can be redeposited in the soft tissues of the body and can cause musculoskeletal, renal, ocular, immunological, neurological, reproductive, and developmental effects (ATSDR 1999b).
图6: 图6:从Site-5到Site-10收集的所有蔬菜中铅(Pb)的健康风险指数(HRI)。(HRI Pb > 1
所有站点中的黄瓜、豆子和女手指;豌豆
-5、-7、-8、-9;Site-6卷心菜;
除Site-10外所有站点的番茄)

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金属污染指数(MPI)

为金属污染监测提供了一种可靠、准确的方法。在不同蔬菜中,豌豆的MPI值最高,其次是黄瓜。13种蔬菜中有7种的MPI更高,即超过2。这些蔬菜有豌豆、黄瓜、西红柿、豆类、菠菜、女手指和卷心菜。较高的MPI表明,这些蔬菜可食用部分重金属积累较多,可能会导致更大的人体健康风险。各监测点(Site-1至Site-10)的各类蔬菜金属污染指数见图7。Site-6和Site-8均为高危点,所有蔬菜的MPI均大于1。在蔬菜中豌豆,豆子。甜菜和黄瓜的重金属污染程度较高。方差分析(double factor without Replication)结果显示,在蔬菜方面,P值(1.12E-38)低于显著性水平(0.05),F值(50.513)高于F crit(1.843),即蔬菜之间的MPI存在显著性差异。 Similarly, in case of Sites, the P value (4.65E-10) was less than the significance level (0.05), so we can reject the null hypothesis that the means are equivalent. F (9.017) was observed more than F crit (1.968) so we can reject the null hypothesis i.e. there is a significant difference between MPI among the Sites.
图7 图7:各种金属污染指数
所有工地的蔬菜(Site-1至Site-10)

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结论

重金属不仅影响蔬菜的营养价值,而且对使用这些食物的人类也有有害影响。HRI值大于1表明对人类健康有相当大的负面影响风险。关于食品质量的国家和国际条例已经降低了人体食品中有毒金属的最高允许水平;因此,食品质量的一个日益重要的方面应该是控制食品中微量金属的浓度(Radwan etal ., 2006)。重金属的残留仍然以污染物的形式存在于蔬菜和环境中。最近研究了它们在局部、区域和全球尺度上的发生和远距离运移。在发展中国家,重金属污染越来越受到公众和政府组织的关注。人类接触蔬菜中重金属污染的主要途径很少。这里的数据显示,蔬菜中的铅、镉和钴可能对消费者构成健康风险。本研究提供了有关恰尔肯德邦兰契重金属污染的额外数据。 It is suggested that regular survey of heavy metals should be done on all food commodities in order to evaluate whether any health risks from heavy metal exposure do exist, to assure food safety and to protect the end user from food that might injure their health.

承认

作者感谢梅斯拉伯拉理工学院药物科学系的负责人,为开展这项工作提供了设施,以及梅斯拉兰奇伯拉理工学院中央仪器设备的Sanjay Swain博士,感谢他在分析工作中不断提供帮助。

参考
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