飲用水中重金屬的暴露評估

谷傳玲，王俊平，王 碩

(天津科技大學食品營養與安全教育部重點實驗室，天津300457)

飲用水中重金屬的暴露評估

谷傳玲，王俊平，王 碩*

(天津科技大學食品營養與安全教育部重點實驗室，天津300457)

目的:通過對飲用水中的重金屬的暴露評估，為飲用水中化學物質的暴露評估提供方法參考。方法:運用@risk 4.5軟件建立膳食暴露模型，對飲用水中的8種重金屬(鋅、鎳、錳、鐵、砷、汞、鉛、鉻)進行概率暴露評估。結果:人群中所有人對飲用水中的鎳、汞和鉛的暴露水平都小于對應的ADI。鉻、砷、鋅、鐵、錳的暴露水平大于對應ADI的人群比例分別是0.03%、0.17%、0.29%、0.37%、3.01%。結論:鎳、汞和鉛的暴露水平不會對成年人群造成健康風險。鉻、砷、鋅、鐵、錳的暴露水平對很小一部分人群的健康造成風險。

飲用水，重金屬，暴露評估

1 材料與方法

1.1 評估依據

根據WHO公布的食品中化學物質風險評估的概念與步驟［4］進行。飲用水中重金屬濃度數據來自2008年對我國某地區184個飲用水水樣的檢測結果。分析采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)方法檢測，檢測靈敏度完全能夠保障殘留限量要求。

Pinar Kavcar［5］等人的研究對土耳其西部城市伊茲密爾市居民每日飲水量進行抽樣調查，并對抽樣數據進行擬合，得出其每日飲水量符合平均值為1.991L、標準差為1.391的對數正態分布。同樣該研究通過調查分析得出該市居民體重符合平均值為65.56kg、標準差為13.02的對數正態分布。2002年臺灣衛生局對一般人群進行體重調查分析，結果顯示成年男性體重為(64.8±10)kg，成年女性體重為(56.3±9.1)kg。本研究結合WHO推薦的每日飲水量2L和成年人平均體重60kg的報道，并借鑒以上研究，將我國居民每日飲水量定義為平均值為2L、標準差為1.5的對數正態分布;將我國成年人體重定義為平均值為60、標準差為15的對數正態分布。

表1 金屬元素檢出情況分析表

1.2 工具

采用國際上廣泛使用的風險分析軟件—@RISK4.5對數據進行分析處理，得到飲用水中重金屬濃度的最佳擬合分布，然后建立痕量金屬的膳食暴露模型，最后采用Monte Carlo模擬技術［6］，得到暴露量的置信值。@RISK和Monte Carlo技術的結合，能使結果更接近實際。

2 暴露評估及風險描述

2.1 樣本濃度分析

本研究184個樣本來自洞庭湖周邊地區180個實際采樣點，采樣數量的確定是根據限點增量(即選擇代表性強的采樣點，每個采樣點進一步增加采樣數，盡可能符合統計要求)基本原則，具體采樣點則采用隨機抽樣方法確定。每個采樣點采取3份樣本，2份檢測用，1份備留。在該184個分析樣本中，104個樣本來自自來水，70個樣本來自井水，5個樣本來自泉水，2個樣本來自河水，1個樣本來自湖水。

表1為樣本中金屬離子檢出頻率、超標率、最高濃度的分析結果。

由表1可知，在被檢測的重金屬中，檢出頻率在85%以上的元素有鋅、銅、鎳、錳、砷、汞、鉻;檢出頻率在50%～85%之間的重金屬有鐵、銀、鉛;檢出頻率在50%以下的只有鎘。從超標角度來看，只有錳、鐵、砷3種元素超標。其中錳有14個樣本超標，其中最高濃度超過標準15倍以上;鐵有2個樣本超標，其中一個超過標準50多倍;砷有2個樣本超標，其中一個超過標準10多倍。

2.2 確定進行風險評估的重金屬

Pinar Kavcar［3］等在研究中對于檢出頻率低于50%的痕量金屬不進行風險評估，本研究以此為參考，對于檢出頻率只有26.6%，所有樣本均無超標，且樣本最高濃度只有2.93μg/L的鎘不再進行風險評估。

WHO對銅制定的準則值是2000μg/L，我國國標對銅的限值是1000μg/L，本研究樣本中銅的最高濃度僅為8.19μg/L，還不到我國國標的百分之一，并且飲用水中的銅對人體攝入銅總量的貢獻率僅為10%，顯然不用再對其進行風險評估。

本研究中銀的濃度不足國標的百分之一，且WHO研究表明人體連續70年每日攝入銀濃度為100μg/L的飲用水，對健康仍無風險，本研究中銀的最高濃度僅為0.03μg/L，顯然不用再對其進行風險評估。

對于鋅，雖然其濃度沒有超標，但是最高濃度接近標準，所以本研究要對其進行風險評估。另外鎳、汞、鉛、鉻雖然都沒有超標，但是其最高濃度達到了一定的數值，并且它們的生物毒性很強，所以需對其進行風險評估。對于已超標的錳、鐵、砷必須進行風險評估。

2.3 未檢出樣本濃度的處理對于污染物，未檢出并不代表樣本中不含該物質。盡可能接近實際地來表述這些未檢出樣本的濃度，有利于對敏感人群和高暴露人群的保護。一般我們會采用0、1/2LOD、1/2LOQ、LOD或LOQ來表示未檢出樣本的濃度［4］。本研究采用1/2LOD來表示未檢出樣本的濃度。

2.4 暴露評估

化學物質暴露的途徑主要有經口、經皮膚和吸入。這里對痕量金屬的暴露僅考慮經口途徑。建模方法采用概率評估法，即用概率分布來描述模型中的參數或結果，以表示該參數的不確定性和變異性。模型采用Monte Carlo模擬技術，運用風險分析軟件@RISK4.5運行與分析。

2.4.1 各重金屬濃度的分布 飲用水中重金屬濃度數據屬于樣本數據，同時屬于連續數據，又因該類數據最小值為0，所以在擬合前先選擇符合上述條件的分 布:Exponetial，Gamma，InvGauss，LogLogistic，Lognorm，Pareto，Pearson5，Paerson6，Weibull。然后擬合，結合擬合優度檢驗和Difference圖、P-P圖、Q-Q圖確定最佳擬合分布。

擬合優度檢驗的方法主要有3種:Chi-Sq檢驗、K-S檢驗和A-D檢驗。這3種檢驗各有優缺點:Chi -Sq檢驗應用最廣泛，既適合于離散數據又適合于連續數據，但它的結果受間隔個數的影響;K-S檢驗和A-D檢驗只適合于連續數據，且結果不受間隔個數影響，其中K-S檢驗強調分布中央和輸入數據的擬合度，A-D檢驗強調分布尾部與輸入數據的擬合度。在本研究中，主要關注人群暴露于含較高濃度重金屬的飲用水造成的風險，所以以強調尾部檢驗的A-D檢驗為主，結合A-D檢驗、Chi-Sq檢驗、Difference圖、P-P圖和Q-Q圖來確定最佳擬合分布。各重金屬濃度的擬合分布見表2。

表2 飲用水中各重金屬最佳擬合分布及相關參數

表3 暴露評估結果統計

表4 飲用水中重金屬的風險描述

2.4.2 膳食暴露模型的建立

CDI是慢性每日暴露量(μg/kg·d·bw)，C是飲用水中污染物的濃度(μg/L)，DI是飲用水的平均每日攝入量(L/d)，BW是體重(kg)。

公式中的每一個概率分布都是暴露模型參數的輸入分布。采用蒙特卡羅進行模擬，模擬中每次反復，軟件都會從定義的分布中隨機地選擇數據，然后進行計算，所有的計算結果構成的新的分布就是模擬的結果。模擬中反復次數的設定思路如下:總的反復次數(總的反復次數=一次模擬中反復的次數×模擬的次數)直接影響到輸出分布穩定性。為了保證輸出分布的穩定性(即運行到一定次數，再增加反復次數，輸出分布幾乎沒有變化)，必須運行足夠次數的反復。對于不同的分布，保證輸出分布的穩定性所需反復次數也不同，在本研究中我們將模擬次數設置為1次，反復次數設置為自動，將Auto-Stop Simulation Convergence Percentage設定為1%來保證模擬分布的穩定性，通過以上設置來保證每個輸出分布趨于穩定。具體結果見表3。

2.5 風險描述

風險描述定義為:在危害識別、危害描述和暴露評估的基礎上，對評估過程中伴隨的不確定性，危害發生的概率，對特定人群的健康產生已知或潛在不良作用的嚴重性進行的一個定性或/和定量的估計。(CAC，2004)，本研究用暴露量大于ADI(由于通過飲用水對某種物質的暴露只占人體總膳食暴露的一部分，這里指的ADI是飲用水對應的那部分)的人群比例來描述飲用水中重金屬對人體造成的風險。具體結果見表4。

由表4可知，對于鎳、汞和鉛，其在飲用水中的含量對整個成年人群健康不會造成風險，雖然本次抽樣不存在鉻超標和鋅超標，但是還是分別有0.03%和0.29%的人會因為飲用該類飲用水而引起風險，特別是對于具有致癌毒性的鉻，國家有必要對其限值制定進行進一步的探討。而對于存在錳超標、砷超標和鐵超標的飲用水，需要找出超標對應的水源，并找出超標的具體原因，從而改善當地水質，保證當地居民飲水安全。

2.6 靈敏度分析

在飲用水中重金屬的暴露評估過程中存在很多的不確定性，例如消費者的每日飲水量和體重都是結合文獻進行的假設，另外ADI的確定本身也存在很多不確定性。在這里無法對這些不確定性進行分析，但是可以通過@RISK的旋風圖分析得出，膳食暴露模型中對膳食暴露影響由大到小依次是飲用水中重金屬的濃度，居民的飲水量和居民體重，因此，只有更好地控制飲水中重金屬的濃度才能控制膳食暴露量。

3 結論

本文主要對飲用水中的8種重金屬進行了暴露評估，由結果可知，當地飲水中鎳、汞、鉛的含量不會對當地居民健康造成不良影響;對于不存在超標問題的鉻和鋅，其暴露量仍可能對人體健康造成影響，由此可見，中國國標在一定程度上并不能保證所有人的健康，所以要依據科學的風險評估，對我國的飲用水中的鉻和鋅的標準進行修訂，另外修訂標準時，還要結合成本效益分析，否則制訂過高的標準，則會增加生產企業的生產成本。對于存在錳、砷和鐵超標的飲用水樣本，我們應快速找出對應水源，展開調查，進一步取樣分析，找出污染原因，立即采取措施改善水質，確保當地居民安全飲水。

［1］羅祎，陳冬東，唐英章，等.論食品安全暴露評估模擬模型［J］.食品科技，2007(2):21-24.

［2］劉元寶，王燦楠，吳永寧，等.膳食暴露定量評估模型及其變異性和不確定性研究［J］.中國衛生統計，2008，25(1): 7-14.

［3］祝云龍，姜加虎，孫占東，等.洞庭湖沉積物中重金屬污染特征與評價［J］.湖南科學，2008，20(4):477-485.

［4］Zeghnoun A，Pascal M，Fréry N，et al.Dealing with the nondetected and non-quantified data.the example of the serum dioxin adaa in the French dioxin and incineratorsstudy［J］. Epidemiological Study on Mswi Operation，2007，69:2288-2289.

［5］Pinar Kavcar，Aysun Sofuoglu，Sait C Sofuoglu.A health risk assessment for exposure to trace metals via drinking water ingestion pathway［J］.International Journal of Hygiene and Environmental Health，2009，212:216-227.

［6］Monte Carlo.對大米為來源地鎘膳食暴露風險評估的初步研究［J］.中國釀造，2008(10):52-54.

Exposure assessment for heavy metals in drinking water

GU Chuan-ling，WANG Jun-ping，WANG Shuo*
(Key Laboratory of Food Nutrition and Safety，Tianjin University of Science＆Technology，Ministry of Education，Tianjin 300457，China)

Object:To direct exposure assessment of chemicals in drinking water，a exposure assessment of heavy metals was conducted in drinking water.Method:a probabilistic risk assessment for eight heavy metals(zinc，nickel，manganese ferrum，arsenic，hydrargyrum，lead，chromium)was conducted and dietary exposure model was established by@Risk 4.5.Results:The chronic daily intake(CDI)of nickel，hydrargyrum and lead were bigger than the corresponding acceptable daily intake(ADI)for all the adults.The proportion of the CDI was higher than that of the ADI，with the amount of chromium，arsenic，zinc，ferrum and hydrargyrum reaching 0.03%，0.17%，0.29%，0.37%，3.01%respectively.Conclusion:There were no risk of nickel，hydrargyrum，lead for adults at this exposure. Exposures of chromium，arsenic，zinc，ferrum，hydrargyrum were not acceptable for a small proportion of adults.

drinking water;heavy metals;exposure assessment

TS201.6

A

1002-0306(2011)11-0374-04

水是生命之源，健康的水源是人民生活最基本的保障。但是近年來污水排放，過度施肥等現象使水質面臨著前所未有的污染，直接威脅到了飲用水安全，飲用水的安全管理面臨嚴峻挑戰。風險評估是食品安全科學管理的科學基礎，《食品安全法》明確規定相關標準的制定要建立在科學評估的基礎上。膳食暴露評估是風險評估的關鍵步驟，本文便以飲用水中重金屬的膳食暴露評估為例，介紹其方法，從而指導飲用水的膳食暴露評估。對膳食暴露評估而言，其方法可分為點評估和概率評估。點評估是指對食品中化學物質的濃度、食品消費量和人的體重等參數都使用單一的“最佳猜想值”以計算膳食暴露量［1］，目前因數據有限，中國主要采用該方法對食品中的化學物質進行膳食暴露評估，但是該方法沒有考慮到膳食暴露模型中每個參數所有可能的情況，暴露估計值可能跟實際暴露值偏離很大，因此其結果不能很好地指導標準和決策的制定。概率評估［2］是指食品中化學物質的濃度、食品消費量和人體體重3個變量至少有一個用分布表示，它能考慮變量所有可能的取值，從而使膳食暴露量估計更接近實際人群的膳食暴露量，到目前為止，在國內采用該方法對食品中化學物質進行暴露評估的文獻幾乎沒有，加之往年洞庭湖底監測結果表明，洞庭湖底質受到鎘等重金屬污染明顯［3］。因此，本文在前期調查的基礎上，采用概率評估方法對洞庭湖周邊地區飲用水中的痕量金屬進行暴露評估，對評估方法進行初步探索，從而指導我國膳食暴露評估的研究。

2010-11-15 *通訊聯系人

谷傳玲(1985-)，女，碩士，研究方向:食品安全檢測及風險評估。