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大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征



全 文 :祝云龙,孙小舟,胡亚辉. 大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征[J]. 江苏农业科学,2014,42(2):248 - 250.
大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征
祝云龙1,孙小舟1,胡亚辉2
(1.湖北文理学院地理科学系,湖北襄阳 441053;2.河南省许昌环境工程研究有限公司,河南许昌 461000)
摘要:蒌蒿是洞庭湖区分布广泛且有重大经济价值的食用作物,并且是大通湖及东洞庭湖区的主要水生植物。研
究发现,洞庭湖区蒌蒿的主要污染物是镉,其次是砷、铅、汞,东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家农产品安
全限量标准的 25. 4 ~ 47. 6、18. 6 ~ 37. 6 倍。蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强,且在同一植物的不同器官中
对重金属的吸收富集能力有明显的差异,一般为根部大于茎叶部。
关键词:蒌蒿;重金属;富集作用;含量特征
中图分类号:X835 文献标志码:A 文章编号:1002 - 1302(2014)02 - 0248 - 02
收稿日期:20133 - 06 - 19
基金项目:国家自然科学基金(编号:41151044);湖北省教育厅项目
(编号:Q20122501)。
作者简介:祝云龙(1978—),男,河南太康人,博士,副教授,研究方向
为湿地资源与环境。E - mail:zhylong78@ 163. com。
蒌蒿(Artemisia selengensis)别称藜蒿、芦蒿、水艾、水蒿
等,为菊科蒿属多年生草本植物,分布范围较广,主要生长在
低洼潮湿的水沟边以及山坡、荒滩、沼泽淡水湖草滩地,其风
味独特,营养丰富,富含多种生理活性物质和多种微量元素,
具有较高的药用价值与食用价值。但蒌蒿也是一种富集镉的
植物,其食用部分镉的富集量基本与土壤中的镉含量
接近[1]。
由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大[2]等特点,
因此植物组织中的重金属含量与周边环境中重金属元素的含
量呈正相关关系。植物组织中的很多元素含量是周边环境中
的几十甚至是上百倍[3],并通过食物链的迁移和转化,最终
对人的生命健康构成危害,如镉在人体内可长期滞留,半衰期
长达 40 年,有致癌和致畸作用;砷会在人体的肝、肾、肺、骨
骼、肌肉等部位积蓄,引起慢性中毒,进而导致神经系统、血液
系统、消化系统等损伤,诱发皮肤癌、肺癌等疾病,潜伏期可长
达几年至几十年;铅对肾脏和肝脏均有损害作用;汞不但能引
起肾脏疾病,还能引起慢性中毒[4 - 5]。因此,选取人们经常食
用的莲藕和蒌蒿作为研究对象,通过分析植物体内的重金属
含量,不但可以指示环境中的重金属含量,还可以为人们的食
物提供品质参考,而且可以为采用改变种植模式来修复沉积
物中的重金属污染提供依据。
1 材料与方法
1. 1 样品的采集
选择大通湖区、东洞庭湖南区、东洞庭湖北区 3 个具有代
表性的采样区,于 2005 年 11 月进行采样,采集蒌蒿的茎叶、
根及根部周边的沉积物。蒌蒿用不锈钢刀采集,沉积物放入
聚乙烯塑料袋中密封并低温保存,带回实验室后立即进行预
处理。
1. 2 样品的处理和分析
将蒌蒿根、茎叶分别用自来水冲洗干净,再用去离子水冲
洗后剪碎,在 80 ℃条件下烘干至恒重。称取 5. 00 g 样品于
250 mL 三角烧杯中,分别加入 5 mL HClO4、20 mL HNO3、
2. 5 mL H2SO4(50%),放置数小时后置于电热板上加热,若
溶液变为棕色,应补加 HNO3 使有机物分解完全,冷却后加
15 mL水,再加热至冒白烟,定容。采用石墨炉原子吸收分光
光度法测定植物样品中的镉、铅含量,采用非色散原子荧光光
度法测定植物样品中的砷含量。称取 1. 00 g 左右的样品于
聚四氟乙烯管中,加 2 ~ 4 mL HNO3 浸泡过夜,再加 2 ~ 3 mL
30%过氧化氢。盖好内盖、旋紧不锈钢外套后放入恒温干燥
箱中,于 120 ~ 140 ℃保持 3 ~ 4 h,在箱内自然冷却至室温后
将消化液全部洗入容量瓶中,定容至刻度后混匀备用。用冷
原子吸收光谱法测定蒌蒿样品中的总汞含量。
测定镉、铅所用的仪器为 220FS 200Z型原子吸收分光光
度计,检测限分别为 0. 01、0. 2 μg /L;测定铅、砷的仪器为
AF - 610A - 2500 型原子荧光光谱仪,检测限分别为 0. 001、
0. 02 μg /L。
2 结果与分析
2. 1 大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征
从图 1、表 1 中可以看出,东洞庭湖北区和南区蒌蒿根中
镉的平均含量分别为 2. 38、1. 27 mg /kg,分别是国家对农产品
中重金属安全限量标准的 47. 6、25. 4 倍;并且北区蒌蒿根中
镉的含量是南区的 1. 87 倍。由图 2 可以看出,东洞庭湖北
区、南区蒌蒿茎叶中的镉含量分别为 1. 88、0. 93 mg /kg,分别
是国家对农产品中重金属安全限量标准的 37. 6、18. 6 倍;北
区蒌蒿茎叶中镉的含量是南区的 2. 02 倍。由此可以看出,东
洞庭湖北区蒌蒿根、茎叶中的镉含量是东洞庭湖南区的 1. 9
倍,蒌蒿根中镉的含量是茎叶的 1. 3 倍,说明东洞庭湖北区比
南区的镉污染严重。
东洞庭湖北区、南区蒌蒿根中铅的平均含量分别为
9. 05、4. 34 mg /kg,分别是国家对农产品中重金属安全限量标
准的 45. 25、21. 70 倍;东洞庭湖北区蒌蒿根中铅的含量是南
区的 2. 1 倍。东洞庭湖北区、南区蒌蒿茎叶中铅的平均含量
分别为 5. 24、4. 36 mg /kg,分别是国家对农产品中重金属安全
限量标准的26. 2、21. 8倍;东洞庭湖北区蒌蒿茎叶中铅的含量
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表 1 GB 18406. 1—2001《农产品安全质量 无公害
蔬菜安全要求》对农产品中重金属的限量安全要求
金属元素 含量(mg /kg)
镉 0. 05
铅 0. 20
汞 0. 01
砷 0. 50
是南区的 1. 20 倍;蒌蒿根中铅的平均含量是茎叶的 1. 39 倍。
东洞庭湖北区、南区蒌蒿根中汞的平均含量分别为
0. 001 25、0. 001 21 mg /kg,没有超过国家对农产品中重金属
安全限量的标准,但北区蒌蒿根中汞的含量仍然大于南区汞
的含量;东洞庭湖北区、南区蒌蒿茎叶中汞的平均含量分别为
0. 001 53、0. 000 96 mg /kg,也没有超过国家对农产品中重金
属安全限量的标准,其中北区蒌蒿茎叶中汞的含量是南区的
1. 59 倍。蒌蒿茎叶中汞的平均含量是根中的 1. 01 倍,因此
根与茎叶对汞的富集能力差异不大。
由图 1 可以看出,东洞庭湖北区、南区蒌蒿根中砷的平均
含量分别为 13. 24、15. 12 mg /kg,分别是国家对农产品重金属
安全限量标准的 26. 48、30. 24 倍,且北区蒌蒿根中砷的含量
略小于南区。由图 2 可知,东洞庭湖北区、南区蒌蒿茎叶中砷
的平均含量分别为 1. 95、3. 34 mg /kg,分别是国家对农产品安
全限量标准的 3. 90、6. 68 倍,并且南区蒌蒿茎叶中砷的含量
是北区的 1. 71 倍;蒌蒿根中砷的平均含量是茎叶中的 5. 36
倍,说明根对砷的富集能力比茎叶强。
蒌蒿根、茎中的重金属元素镉、铅、汞的含量为北区大于
南区,而砷的含量是南区大于北区。从蒌蒿中重金属元素的
含量分析结果可以看出,蒌蒿能作为地区环境中重金属元素
的指示植物,能有规律地反映地区环境中重金属元素的时空
差异,指示信息较强。从蒌蒿的指示作用可看出,镉、铅、汞的
含量是北区大于南区,而砷的含量是南区大于北区,有地带性
差异,这与潘静娴等得出的结论[1]是一致的。
蒌蒿根对重金属镉、铅、砷的富集能力比茎叶强,但在对
汞的富集能力方面,根与茎叶相差不大。这是由于根中重金
属的迁移主要是在质外体中进行,所以向地上部分的转移主
要受到内皮层细胞凯氏带的限制,并且在重金属的压迫下,植
物会合成植物螯合肽,可以强烈地螯合重金属离子或者作为
一种运输工具把过多的重金属离子从细胞质中运送到液泡
中,从而保护植物的新陈代谢功能并减少重金属向地上部分
迁移。植物根系在呼吸作用、根系分泌物和根际微生物活动
的共同作用下,沉积物一般呈酸性和氧化性,在氧化作用下部
分重金属以氧化物的形式沉淀下来,从而减少植物对重金属
的进一步吸收[6]。
2. 2 植物对重金属元素的富集作用及评价
富集系数是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要
指标,富集系数越大,植物对重金属的富集能力越强。不同植
物及同一植物的不同器官对重金属的吸收富集能力都有明显
的差异。富集系数一方面反映了植物本身的富集特性,另一
方面也反映了重金属在植物体内的迁移能力。本研究采用大
通湖及东洞庭湖沉积物中的重金属质量分数的平均值作为背
景值来估算蒌蒿根和茎的富集系数,其计算公式为:
F =
Cw
Cp
式中:F为水生植物的富集系数;Cp 为植物中某元素的质量
分数(干重),mg /kg;Cw 为土壤中某元素的质量分数(风干
重),mg /kg。
环境中的重金属含量与植物组织中的重金属含量呈正相
关,植物组织中很多元素的含量是环境中的几十甚至是上百
倍,因此可以通过分析植物体内的重金属来指示环境中的重
金属水平。以大通湖和东洞庭湖底泥中重金属元素的平均含
量[7](洞庭湖沉积物中镉、铅、汞、砷的含量分别为 2. 38、
61. 95、0. 28、34. 53 mg /kg)作为研究莲子、藕和蒌蒿中重金属
含量的背景浓度,计算莲子、藕和蒌蒿的富集系数(表 2)。
由表 2 可知,蒌蒿根对重金属镉、铅、汞、砷富集能力的排
序为镉 >砷 >铅 >汞;蒌蒿茎叶对镉、铅、汞、砷的富集能力的
排序为镉 >铅 >砷 >汞。在湿生植物蒌蒿中,镉、铅、砷主要
积累在根部,而汞在根、茎叶中的积累量相差不大。在水生植
物莲藕中,铅、砷主要积累在根部,在果实中的积累较少,镉、
汞在莲子和藕中的积累程度相差不大。本试验结果表明:同
一水生植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显
的差异。
表 2 蒌蒿不同部位重金属的平均含量及富集系数
部位
镉 铅 汞 砷
平均含量
(mg /kg) 富集系数
平均含量
(mg /kg) 富集系数
平均含量
(mg /kg) 富集系数
平均含量
(mg /kg) 富集系数
蒌蒿根 1. 80 0. 756 7. 00 0. 113 0. 012 0. 042 9 13. 99 0. 405 2
蒌蒿茎叶 1. 63 0. 680 4. 88 0. 079 0. 013 0. 046 0 2. 50 0. 070 0
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用 SPSS软件对底泥中的重金属含量与蒌蒿中重金属的
含量作了相关分析,结果表明,底泥中的镉、铅、汞、砷含量与
蒌蒿根、茎叶中的镉含量没有相关性,说明底泥环境中镉、铅、
汞、砷的含量对蒌蒿根茎叶的影响不显著;蒌蒿根与茎叶中的
镉含量达到了显著的相关性(P < 0. 05),相关系数为 0. 915,
其他金属元素之间没有达到显著的相关性。
3 小结
东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家对农产
品安全限量标准的 25. 4 ~ 47. 6、18. 6 ~ 37. 6 倍;蒌蒿根、茎叶
中砷的含量分别是国家对农产品安全限量标准的
26. 48 ~ 30. 24、3. 90 ~ 6. 68 倍;蒌蒿根、茎叶中铅的含量分别
是国家对农产品安全限量标准的 21. 70 ~ 45. 25、21. 8 ~ 26. 2
倍;蒌蒿根、茎叶中汞的含量分别是国家对农产品安全限量标
准的 0. 096 ~ 0. 153、0. 121 ~ 0. 125 倍。蒌蒿中镉、铅、砷主要
积累在根部,而汞在根和茎中的积累量相差不大。
洞庭湖区蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强,且
同一植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显差
异,一般是根部的吸收富集能力大于茎叶部。
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夏昊云,乔秋菊. 微波消解 -浊点萃取原子吸收光谱法测定粮食中的铜[J]. 江苏农业科学,2014,42(2):250 - 252.
微波消解 -浊点萃取原子吸收光谱法测定粮食中的铜
夏昊云1,乔秋菊2
(1.南京理工大学泰州科技学院,江苏泰州 225300;2.泰州疾病预防控制中心,江苏泰州 225300)
摘要:建立以 8 -羟基喹啉(8 - HQ)为络合剂、TritonX - 114 为表面活性剂的浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定
痕量金属铜的分析方法,对影响金属离子萃取率的主要试验条件进行优化。结果表明,在最佳条件下,该方法检出限
为 0. 60 μg /L,相关系数为 0. 9986,RSD为 3. 1%,富集倍数为 15 倍。结合微波消解的预处理技术,将其应用于粮食中
痕量铜(Ⅱ)的测定,加标回收率为 97. 6% ~ 100. 8%。
关键词:铜;微波消解;浊点萃取;火焰原子吸收光谱法;粮食
中图分类号:O657. 31 文献标志码:A 文章编号:1002 - 1302(2014)02 - 0250 - 03
收稿日期:2013 - 05 - 28
基金项目:江苏省高等学校大学生实践创新训练计划(编号:
201313842014Y)。
作者简介:夏昊云(1980—),女,江苏泰州人,硕士,讲师,主要从事痕
量分析及其应用研究。E - mail:xiahaoyun@ 163. com。
铜是人体必需微量元素之一[1],对人体内分泌、造血细
胞的生长都有一定的生理作用,但摄入过量也会引起多种疾
病。我国国家标准中规定粮食中铜含量不得高于 10 mg /kg,
因此了解天然食物中含铜量对人们合理安排膳食具有重要意
义。当非离子表面活性剂的水溶液加热超过某一温度时,溶
液出现浑浊和相分离,这种现象称为浊点现象,此时的温度称
为浊点温度。浊点萃取(cloud point extraction,CPE)以非离子
表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础,通过改
变试验参数引发疏水性物质和亲水性物质的分离。因为表面
活性剂相的体积远小于水相,所以分析物在与基体分离的同
时也得到了一定程度的富集。与传统液 -液萃取技术相比
较,它不使用挥发性有机溶剂,对环境无污染[2],满足了绿色
分析发展的需要[3]。
目前测定微量铜的常见方法有分光光度法[4]、火焰原子
吸收光谱法[5 - 7]、石墨炉原子吸收光谱法[8]、电感耦合等离子
体发射光谱法[9]。火焰原子吸收光谱法操作简便、分析速度
快,结合浊点萃取的预处理技术,大大提高了测定灵敏度,改
善了分析性能。本研究以 8 -羟基喹啉为络合剂,以 Triton
X - 114 为表面活性剂,采用浊点萃取与火焰原子吸收光谱联
用法测定微波消解后粮食中的痕量铜,结果表明该方法能够
获得较低的检出限和较高的萃取率,用于实际样品分析,结果
令人满意。
1 材料与方法
1. 1 材料
大米、玉米、荞麦、绿豆样品,为市售。
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