ICP-AES-內梅羅指數法研究皮革工業區蔬菜中的重金屬污染

張勝幫，胡柏禧

（溫州大學生命與環境科學學院，浙江 溫州 325027）

ICP-AES-內梅羅指數法研究皮革工業區蔬菜中的重金屬污染

張勝幫，胡柏禧

（溫州大學生命與環境科學學院，浙江 溫州 325027）

目的：通過內梅羅綜合指數法分析皮革工業區種植的蔬菜重金屬含量，研究蔬菜食品的風險。方法：采用硝酸-雙氧水體系微波消解法對樣品進行消解，用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定蔬菜中重金屬元素Pb、Cd、Ni、Cr，并采用內梅羅綜合指數法對重金屬污染程度進行評價。結果：Pb、Cd、Ni、Cr元素的檢出限為0.3～4 μg/L，變異系數為0.59%～4.48%。回收率為86.4%～103.5%。青菜、白菜、芥菜、芹菜和蘿卜中重金屬元素的內梅羅污染綜合指數分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383。表明種植的青菜、芥菜、白菜、芹菜和蘿卜存在嚴重的食品安全風險。結論：可以采用內梅羅綜合指數法評價蔬菜中重金屬污染程度。

重金屬；皮革工業區；蔬菜；內梅羅綜合指數法；電感耦合等離子體原子發射光譜法；微波消解

蔬菜是人們日常食物結構的重要組成，為人體提供必需礦物元素、維生素和膳食纖維等多種營養成分。重金屬是食品污染物中一個大類，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、食物與環境中的重金屬污染[1-3]對人類健康的影響，尤其是農產品中重金屬的污染已經引起人們關注[4-6]，因此，對蔬菜重金屬污染進行調查及安全評價[7-10]研究，對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》重新規定了食品中污染物限量[11]。

由于許多重金屬污染環境后，在“食物鏈”中進行生物富集，使農產品中某些金屬元素含量明顯增高，影響食品安全[12]。而制革業可能產生大量污水，其污水成分復雜、較難處理，重金屬主要有Pb、Cd、Ni、Cr和As等元素[13-14]。GB 2762—2012對蔬菜中的Pb、Cd、Cr和As等作了嚴格的規定[11]。而Ni作為一種具有生物學作用的元素，能激活或抑制一系列的酶，如精氨酸酶、羧化酶等而發生其毒性作用，其化合物對人皮膚黏膜和呼吸道有刺激作用，可引起皮炎和氣管炎，甚至發生肺炎，誘發鼻咽癌和肺癌。因而更為人們關注，研究皮革工業區種植蔬菜中的重金屬含量，評價種植產品的食用風險[15-16]，具有一定的現實意義。

文獻[16-17]報道了蔬菜中重金屬的污染研究與評價，而制革工業區種植的蔬菜中重金屬的污染研究鮮見報道。對食品中重金屬的測定有不少的文獻報道[18]。目前檢測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射光譜-質譜法、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、基體效應小、線性范圍寬和多元素同時測定等優點廣泛應用于金屬元素測定中[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區種植蔬菜農田。

氫氟酸 上海五四化學試劑有限公司；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 中國醫藥集團上海化學試劑公司；硝酸鉛 浙江省溫州市化學用料廠；30%過氧化氫 宜興市第二化學有限公司；以上試劑均為分析純。高純鎘粒（純度99.999%） 上海化學試劑公司。用水為蒸餾水和超純水。

標準儲備液1：配制Pb、Cd、Ni、Cr標準溶液1 000 ?g/mL，儲備；標準儲備液2：國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院研制，用5%硝酸配制成臨時應用液。

ETHOS A型壓力自控密閉微波消解儀 上海新儀微波化學科技有限公司；IRIS ADVANTAGE型電感耦合等離子體發射光譜儀 美國熱電公司；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Retsch公司；Milli-Q超純水機美國密理博公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備與預處理

為了研究皮革工業區種植產品中的重金屬含量，在龍灣某皮革工業區種植蔬菜的農田采集樣本，分5 個區域，按照A、B、C、D、E區標記，并按照接近皮革工業企業的遠近分為1#區域（近污染區，包括A、B、D區）和2#區域（遠污染區，包括C、E區）。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。準確稱取干燥過的樣品0.500 0 g放入聚四氟乙烯消解罐內，加入10 mL HNO3、2.5 mL H2O2和5 滴HF，微波消解系統消解30 min。經過實驗，選擇確定了微波消解的實驗條件，采用程序升溫法，消解步驟為：在5 min內溫度由室溫升至120 ℃，并維持5 min，再在10 min內升至180 ℃，維持15 min。經過30 min消解，樣品消解完全。消解結束后內罐冷卻到45 ℃以下，在通風櫥中，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。同時平行作空白試液，5% HNO3的酸性溶液為空白對照。

1.2.3 ICP-AES儀器測試條件[23]

射頻發生器功率：1150 W；輔助氣體流量：0.5 L/min；蠕動泵提取樣品流量：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。

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果的準確性。本實驗綜合分析強度、干擾情況及穩定性，選擇譜線干擾少、精密度好的分析線，元素波長分別為Cr 267.716 nm、Cd 214.438 nm、Pb 220.353 nm；Ni 280.386 nm。

1.2.5 標準曲線的制作

對Pb、Cd、Ni、Cr 4 種重金屬元素的標準溶液質量濃度和響應值關系進行研究。

1.2.6 方法的檢出限與精密度

對空白溶液重復測定10 次，取各元素的3 倍標準偏差為檢出限。

1.2.7 回收率測定

準確稱取0.500 0 g的樣品10 份于消解罐中，在各試樣中分別準確加入標準溶液，放置微波消解儀中消解，測定。平行作空白試液。

1.2.8 蔬菜的安全性評價

蔬菜樣品中含有的重金屬元素超過一定含量時，可能引發食品安全問題。本實驗直接采用內梅羅指數法[24]評估皮革工業區蔬菜中重金屬含量，進行蔬菜品質的安全性評價，并利用P內梅羅計算值確定污染等級。內梅羅綜合指數的計算公式：

式（1）～（3）中：C內梅羅為蔬菜中內梅羅統計含量；Pi為蔬菜中重金屬i的單項評價指數；Si為重金屬i的評價標準；P內梅羅為內梅羅綜合指數；Pmax為蔬菜中重金屬最大污染指數；P平均為蔬菜中重金屬平均污染指數。

內梅羅污染指數劃分等級見表1。

表1 內梅羅污染指數劃分等級[5]Table1 Polllution inex grades classifiedby Nimerlo composite index[25]

2 結果與分析

2.1 4 種重金屬元素的回歸方程

經檢測，得到4 種重金屬元素的回歸方程、相關系數以及線性范圍見表2。由表2可見，各元素測定的線性良好，相關系數不低于0.998 8。

表2 標準曲線的回歸方程、相關系數和線性范圍Table2 Linear range, regression and correlation coefficientsTable2 Linear range, regression and correlation coefficients

2.2 檢出限和回收率

實驗測得，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元素的變異系數依次為0.59%、4.15%、3.12%、4.48%。

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

表3 青菜中各元素的回收率實驗Table3 Recovery rates of heavy metal elements from spiked pakchoi

表4 其他樣品回收率實驗結果（n=5）=5Table4 Recovery rates of heavy metal elements from other vegetables (es (n = 5) = 5)

由表3、4可知，實驗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 蔬菜樣品的測定和內梅羅指數值

稱取干燥后的樣品各0.500 0 g，各測定10 次，參照1.2.2節的消解方法消解樣品，用ICP-AES法測定，同時進行空白試液。此次研究涉及的蔬菜均屬于新鮮蔬菜，根據GB 2762—2012，其限量值為Pb≤0.3 mg/kg、Cd≤0.05 mg/kg、Cr≤0.5 mg/kg，參照國家標準值上限評判污染等級。為了便于研究不同區域蔬菜樣品Ni的污染程度差異，結合蔬菜Ni含量[26]，參照GB 2762—2012中油脂中Ni限量標準：Ni≤1.0 mg/kg，設計蔬菜樣品Ni不大于1.0 mg/kg進行風險等級評估。

2.3.1 蔬菜樣品的測定結果

蔬菜樣品中各元素的含量測定結果見表5。按照實驗方法1.2.8節分別計算1#區域（A、B、D區）和2#區域（C、E區）蔬菜樣品中各元素的內梅羅綜合指數。

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

續表5

表5表明，研究的4 種元素在2#區域種植蔬菜的污染程度明顯低于1#區域的污染程度；2#區域種植蔬菜中重金屬污染，除了蘿卜中元素Pb外，其余污染等級不高于Ⅲ，多數處于安全或警戒線以內。而1#區域種植蔬菜中重金屬污染，除了白菜、芥菜中元素Ni外，其余污染等級不低于Ⅳ，多數處于重污染。相對皮革生產企業的距離遠近，污染程度結果明顯的差異，說明皮革生產企業對于種植的蔬菜可能有直接的影響。

根據表5綜合1#區域分析表明，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，污染等級多數達到Ⅴ；Cr、Cd污染程度次之，污染等級為Ⅲ～Ⅴ，以Ⅴ為多；Ni相對較小，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。同一區域，對于不同的種植蔬菜而言，污染程度的內梅羅指數（P內梅羅）有1～2 個等級的差異，分析結果對于土壤污染后，選擇種植的蔬菜品種具有指導性意義，可以通過進一步研究，選擇適宜于污染土壤的種植品種。

2.3.2 蔬菜樣品內梅羅指數分析

取最大風險數據代表蔬菜樣品內梅羅污染綜合指數，1#區域蔬菜中重金屬污染評價結果見表6，最大風險元素為Pb。1#區域青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內梅羅污染綜合指數分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383。由于整體污染程度達到重污染，尤其重金屬Pb污染的影響，本區域農田不宜種植青菜、芥菜、白菜、芹菜和蘿卜。2#區域青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內梅羅污染綜合指數分別為1.670、1.080、1.657、1.952、3.317，明顯低于1#區域。如果進行土壤治理時，首先考慮治理其中Pb的問題。

表6 重金屬污染評價Table 6 Evaluation of heavy metal contamination

3 討 論

GB 2762—2005《食品中污染物限量》中沒有作出關于Ni的要求，而在GB 2762—2012中，對油脂及其制品中氫化植物油及氫化植物油為主的產品作出規定，說明Ni對食品的污染已經引起重視，但范圍有限。本研究結合蔬菜Ni含量，參照GB 2762—2012 油脂中Ni≤1.0 mg/kg，設計蔬菜樣品Ni≤1.0 mg/kg，研究不同區域蔬菜樣品Ni的污染程度差異，盡管不夠準確，但有一定的參考意義。其限量標準需要專家評估制定。

實驗結果表明，靠近皮革生產企業的1#區域蔬菜的重金屬污染，青菜、白菜、芥菜、芹菜、蘿卜中的內梅羅污染綜合指數分別為4.028、3.014、3.345、7.111、7.383，而相應遠離皮革生產企業的2#區域的內梅羅污染綜合指數對應分別為1.670、1.080、1.657、1.952、3.317，明顯低于1#區域。所研究的2#區域種植蔬菜中重金屬污染，除了蘿卜中元素Pb外，其余污染等級不高于Ⅲ，多數處于安全或警戒線以內。而1#區域種植蔬菜中重金屬污染，除了白菜、芥菜中元素Ni外，其余污染等級不低于Ⅳ，多數處于重污染。相對皮革生產企業的距離遠近，污染程度結果明顯的差異，說明皮革生產企業對于種植的蔬菜可能有直接的影響。因此，將1#區域作為典型的皮革工業區種植的蔬菜重金屬含量進行報告。

依據國家食品安全標準限值，從安全率的角度[27]評價不同區域蔬菜中重金屬超標的影響程度，采用計算公式：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重金屬超標個數；Nj-t為被調查蔬菜j重金屬總個數。計算結果得到，1#區域蔬菜的不安全率很高，說明皮革工業區蔬菜中的重金屬超標率很高。雖然具有一定價值，但因具體重金屬元素污染程度卻表達不夠清晰而有所限制。

目前我國還沒有較系統的蔬菜重金屬污染評價標準，本實驗采用硝酸-雙氧水體系微波消解法對樣品進行消解后，使用ICP-AES法測定，根據內梅羅指數法分析評價蔬菜中重金屬污染程度，得到重金屬元素對蔬菜污染程度，為判斷蔬菜的安全性提供了良好分析手段與依據，以期制定出相應的評價辦法提供參考，具有一定的實際應用價值。

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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研究。E-mail：sbzhang@wzu.edu.cn