快速檢測(cè)鞋服面料中鉻（VI）含量的方法研究

曲 良

（無(wú)錫輕工業(yè)大學(xué) 214036）

0 引言

與人體直接接觸的衣服和鞋子材料，由于存在有害物質(zhì)，可能會(huì)刺激皮膚或引起其他健康問(wèn)題。由于用于紡織和皮革行業(yè)的某些化學(xué)藥品的已知毒性，因此其使用受到法律或其他法規(guī)的限制或禁止[1～4]。這種物質(zhì)之一是鉻（VI），可能是用于皮革鞣制或紡織品涂飾過(guò)程的化學(xué)物質(zhì)（重鉻酸鉀，鉻酸鉀，重鉻酸鈉和鉻酸鈉）的化合物。根據(jù)生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)（EU Ecolabel 和Oekotex），最終產(chǎn)品中不應(yīng)存在該元素。皮膚接觸鉻化合物可導(dǎo)致敏感個(gè)體接觸性過(guò)敏性皮炎,具有很強(qiáng)的腐蝕性，并可能引起灼傷，從而促進(jìn)化合物的吸收并導(dǎo)致全身毒性。為了評(píng)估與化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的紡織品安全性，必須進(jìn)行許多實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以檢測(cè)不同的有害物質(zhì)V。這些方法耗時(shí)且價(jià)格昂貴，而且他們沒(méi)有告知被測(cè)物質(zhì)對(duì)人的有害影響[5～8]。確定生物測(cè)定在評(píng)估包含有害化學(xué)物質(zhì)的紡織品和皮革材料構(gòu)成的威脅中的有用性似乎是非常合理的，這是所描述研究的主要目的。為了實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，確定了測(cè)試生物對(duì)鉻（VI）溶液的敏感性閾值。從紡織品和皮革樣品中提取已知鉻含量進(jìn)行生物危害測(cè)試驗(yàn)證。

1 材料和方法

1.1 測(cè)試生物

梨狀四膜蟲(chóng)是一種單細(xì)胞生物，由于它符合大多數(shù)測(cè)試生物的要求，并且是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中常用的一種生物，因此被選為生物指示劑。梨形毛狀菌顯示出與人類細(xì)胞培養(yǎng)相似的敏感性，并允許對(duì)物質(zhì)和人類有機(jī)體的毒性做出有力的陳述。這是一種生物體，其細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌、酵母或藻類的細(xì)胞膜完全不同，從而形成了有毒化合物的屏障。此外，就生命功能，細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及基因功能而言，四膜蟲(chóng)細(xì)胞比其他模型微生物更接近人類細(xì)胞。

為了進(jìn)行毒理學(xué)測(cè)定，使用了來(lái)自英國(guó)Ambleside的藻類和原生動(dòng)物的培養(yǎng)物保藏中心的菌株編號(hào)為CCAP 1630/1W 的四膜蟲(chóng)四眼蟲(chóng)（Ehrenberg）Wolff 1947。將培養(yǎng)物溫育48h，并處于“對(duì)數(shù)”階段，即在集約生長(zhǎng)階段。

1.2 溶液和提取物的制備

為了評(píng)估紡織品和皮革材料的毒性，首先在1 至100mg/L 的重鉻酸鉀溶液中培養(yǎng)測(cè)試生物，然后將其重新計(jì)算為純鉻，然后在兩種材料的水提取物中以1.9 mg/l的濃度萃取1 號(hào)樣品中的Cr6+kg 和2 號(hào)樣品中的757mg/kg Cr6 +。由于2 號(hào)樣品的萃取物中鉻（VI）的含量非常高，用水將其稀釋至75%、50%和原始濃度的25%，這樣可以進(jìn)行更詳細(xì)的觀察。使用水作為提取劑是為了模擬濕物質(zhì)與人體皮膚的接觸。當(dāng)使用衣服或其他紡織品時(shí)，確實(shí)會(huì)偶爾或多或少地弄濕紡織品。

將純金屬離子溶液和材料提取物置于1.5mL 小杯中，然后加入懸浮在瓊脂中的受試微生物，從而獲得約5 000 個(gè)/mL 的細(xì)胞密度。將制備的樣品在28℃下孵育6 和24h，并直接測(cè)量溶液中細(xì)胞培養(yǎng)的光密度。為了觀察測(cè)試細(xì)胞增殖的變化，還使用了alamarBlue?細(xì)胞活力試劑，并且通過(guò)比色法測(cè)量570 nm 處的吸光度（使用600 nm 作為樣品）來(lái)記錄測(cè)試生物對(duì)樣品的鉻溶液和水提取物的反應(yīng)。

1.3 基于邏輯函數(shù)調(diào)節(jié)的毒性水平估算

為了評(píng)估鉻（VI）的毒性水平，用相對(duì)于梨形四膜蟲(chóng)的半數(shù)抑制濃度（IC50）表示，通過(guò)比色法獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠確定所研究物質(zhì)溶液相對(duì)于對(duì)照組的吸光度增加百分比抑制系數(shù)的形式。

2 結(jié)果和討論

2.1 評(píng)價(jià)生物指示劑對(duì)六價(jià)鉻溶液的敏感性閾值

在實(shí)驗(yàn)的第一步，建立了梨形四膜蟲(chóng)對(duì)鉻（VI）溶液的敏感性閾值。在重鉻酸鉀中孵育6 和24h 的測(cè)試生物溶液中alamarBlue?顏色變化的結(jié)果如圖1 所示。

組對(duì)照的紅色特征和重鉻酸鉀的濃度表明測(cè)試細(xì)胞的數(shù)量大且活力高，這完全降低了alamarBlue?細(xì)胞活力試劑。對(duì)于濃度較高的溶液（取決于孵育時(shí)間），可以觀察到紫色，因此得出結(jié)論，溶液中含有的活細(xì)胞數(shù)量比對(duì)照組少得多。在濃度為50 mg/L（孵育6h 后）或15 mg/L（孵育24h 后）的溶液中，藍(lán)色占主導(dǎo)地位。此顏色是alamarBlue?非還原形式的特征，表示缺少活細(xì)胞或代謝能力喪失。在比色法測(cè)量的基礎(chǔ)上肉眼可見(jiàn)的顏色變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。在存在alamarBlue?細(xì)胞活力試劑的情況下根據(jù)比色法測(cè)量得出的結(jié)果差異不顯著(p<0.05)。

表1 溶液中鉻濃度對(duì)梨形四膜蟲(chóng)增殖的影響

活力指數(shù)的值表示為表1 中處理過(guò)的和未處理的細(xì)胞之間的百分比差異，表明鉻濃度為1 mg/L 似乎對(duì)吡蟲(chóng)無(wú)害。當(dāng)鉻對(duì)生物指示劑產(chǎn)生長(zhǎng)期影響時(shí)，當(dāng)5 mg/L抑制細(xì)胞增殖至對(duì)照組的65.5%時(shí)。對(duì)細(xì)胞增殖的顯著負(fù)面影響顯示溶液濃度為15 mg/L。在該濃度下，增殖率僅達(dá)到組對(duì)照組的39.8%（孵育24h）。比色法測(cè)量溶液中較高的鉻濃度（高于50 mg/L）時(shí)顯示出非常低的吸光度值，因此活力指數(shù)值較低：該水平為對(duì)照組的30–51%。這些發(fā)現(xiàn)不僅可以證明對(duì)細(xì)胞增殖的抑制，還可以證明細(xì)胞的高死亡率。

表2 列出了近似函數(shù)的基本特征。

表2 重鉻酸鉀的邏輯參數(shù)

使用6h 的孵育時(shí)間，在20.8 至44.9Crmg/L 的濃度范圍內(nèi)記錄了對(duì)照組（IC50）在50%處的細(xì)胞增殖抑制作用，而在孵育24h 后，IC50 的濃度明顯降低，即介于4.69 和18.6mg/L 之間。這些結(jié)果表明六價(jià)鉻對(duì)四膜蟲(chóng)的有害作用,在很大程度上取決于該元素在生物體上暴露的時(shí)間長(zhǎng)度。即使在極低濃度的Cr（VI）溶液中，長(zhǎng)時(shí)間暴露也會(huì)對(duì)生物指示劑產(chǎn)生強(qiáng)烈的負(fù)面影響。

2.2 紡織品和皮革材料毒性評(píng)估

在實(shí)驗(yàn)的第二步，分析了紡織品和皮革材料的水提取物中梨形四膜蟲(chóng)培養(yǎng)物生長(zhǎng)的抑制率。肉眼觀察到的alamarBlue?細(xì)胞活力試劑的顏色變化觀察結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，即：1 號(hào)樣品的提取物中出現(xiàn)紅色，表明受試生物的數(shù)量大，活力高，并且該樣品對(duì)生物指示劑沒(méi)有毒性作用；藍(lán)色的發(fā)生是由于在樣品2 號(hào)和它的解決方案（圖2）的提取物alamarBlue?試劑的不還原形式，證明關(guān)于活細(xì)胞此樣品的強(qiáng)有害影響。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于alamarBlue?分析法和梨形四膜蟲(chóng)的生物指示性測(cè)量方法非常適用于篩選和評(píng)估紡織品和皮革材料中所含鉻（VI）的毒性。從1 號(hào)樣品（含量為1.9mg/kg Cr（VI）的紡織品樣品）中提取的提取物對(duì)受試生物具有較低的細(xì)胞毒性作用。相對(duì)于2 號(hào)樣品，觀察到了強(qiáng)烈的有害作用，這是由于該樣品中鉻含量高（757mg/kg）所致。值得注意的是，根據(jù)生物指示方法估算的樣品中鉻含量的值與使用分析方法獲得的相似（EN 71-3）。通過(guò)擬議的梨形四膜蟲(chóng)作為生物指示劑的生物指示方法對(duì)紡織品提取物的毒性進(jìn)行的研究以及在目前的alamarBlue?細(xì)胞活力測(cè)定中進(jìn)行的比色測(cè)量證實(shí)了新發(fā)明的方法在紡織品安全性評(píng)估方面具有很高的效率化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。