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重金属残留_砺行生命科学

时间:2022-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:重金属残留_砺行生命科学1.2.3 重金属残留1.2.3.1 重金属种类重金属指相对密度大于4或5的金属,约有45种,如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必需,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。随着污水灌溉而进入土壤的重金属,以不同的方式被土壤截留固定。

重金属残留_砺行生命科学

1.2.3 重金属残留

1.2.3.1 重金属种类

重金属指相对密度大于4或5的金属,约有45种,如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必需,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。

1.2.3.2 重金属污染现状及危害

重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤环境,引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害。重金属对人体危害巨大,可引发多种疾病,并可影响接触的植物、动物等生物体生长不良、致癌,如随废水排出的重金属,即使浓度小,也可在藻类和底泥中积累,被鱼和贝的体表吸附,产生食物链浓缩,从而造成公害。如日本的水俣病,就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞,在经生物作用变成有机汞后造成的;又如痛痛病,是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境,造成目前地表铅的浓度已显著提高,致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍,损害了人体健康。重金属是重要的环境污染物质,对人体健康的危害严重、影响周期长,环境一旦受重金属污染,治理难度大、费用高。(www.guayunfan.com)

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一,也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加,土壤重金属污染日益严重,目前,全世界平均每年排放Hg约1.5万吨,Cu 340万吨,Pb 500万吨,Mn 1 500万吨,Ni 100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查,在约140万公顷的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4%。

煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属,石油中含有相当量的Hg(0.02~30mg/kg)。这类燃料在燃烧时,部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气,其中10%~30%沉降在距排放源十几公里的范围内。据估计,全世界每年约有1 600吨的汞是通过煤和其他石化燃料燃烧而排放到大气中去的。例如比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量就有Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3 750g。

利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术,主要是把污水作为灌溉水源来利用。由于我国工业迅速发展,工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放,从而造成污灌区土壤重金属Hg,Cd,Cr,Pb等含量逐年增加。随着污水灌溉而进入土壤的重金属,以不同的方式被土壤截留固定。95%的Hg被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附,土壤Hg含量0.194mg/kg就会造成重度污染。污水中的As多以3价或5价状态存在,进入土壤后被铁、铝氢氧化物及硅酸盐黏土矿物吸附,也可以和铁、铝、钙、镁等生成复杂的难溶性砷化合物。Pb很容易被土壤有机质和黏土矿物吸附。

一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤,造成土壤重金属污染。如随着我国畜牧生产的发展,产生大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物,这类农业固体废弃物中含有植物所需N、P、K和有机质,同时由于饲料中添加了一定量的重金属盐类,因此作为肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn等重金属元素的含量。磷石膏属于化肥工业废物,由于其有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物,并可以改良酸性土壤,从而被大量施入土壤,造成了土壤中Cr,Pb,Mn,As含量增加。磷钢渣作为磷源施入土壤时,土壤中发现有Cr的累积。

1.2.3.3 重金属检测方法及趋势

(1)光度法 分光光度法主要是通过加入某种能够使体系显色的物质,显色后,与标准系列比较定量。它操作简单,定量性好,适于在实验室中使用。根据所加入的物质使显色剂显色程度的不同,与标准系列比较定量。比如,利用重金属元素与试剂反应后显色在紫外光下有吸收的原理来测定重金属的含量。在一定pH条件,S2-能与铅、锌、汞、铜、锑等10余种重金属离子生成化合物而显色,方法可靠,重现性好,平均回收率97.204%,RSD=1.48%。利用在表面活性剂聚乙烯醇(PVA124)存在下,在硝酸介质中,汞与碘化物形成络阳离子后与罗丹明B(RHB)形成可溶性多元离子缔合物,在595nm处有最大吸收来测定儿科制剂王氏保赤丸中汞的含量。与药典法相比,结果无显著性差异。

但分光光度法易受环境因素的影响,温度、湿度、加液时间、加液顺序、反应时间等都对测定结果产生影响。并且有些方法中要用到吡啶或氯仿作溶剂,毒性大,不易推广。

(2)电化学法 是近年来发展较快的一种方法,它以经典极谱法为依托,在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等。电化学法的检测限较低,测试灵敏度较高,但条件要求比较苛刻。

(3)原子吸收法 包括石墨炉原子吸收法、火焰原子吸收法,以及其他一些不同前处理条件下使用原子吸收分光光计的方法。原子吸收法是目前在食品测定中应用最广泛的方法,但仪器昂贵,设备复杂,基体干扰严重。

汞的含量测定常用冷原子吸收法。主要是利用汞在常温下蒸气压较高和在空气中不易氧化的特点,将样品消化后还原生成Hg,用载气将汞蒸气吹出通过石英吸收池,汞蒸气对汞空心阴极灯的辐射产生吸收,从而达到定量分析的目的,目前对汞检测最高灵敏度可达0.8ng/mL。

(4)免疫学方法检测 目前重金属检测的主要方法大多需要复杂的前处理如高温、高压、强酸消化等,仪器设备昂贵,检测费力费时成本高,不适应实践中快速简便的需要。

重金属的免疫学检测是一种新型的重金属检测方法,与传统检测方法相比,具有省时、省力、费用低廉、便于携带、易于操作等优点,能用于重金属污染物的现场快速检测和常规检测,这对于重金属污染地区的补救和恢复工作具有很大的意义,因而发展和普及应用潜力很大。

国外学者通过选择或合成双功能螯合剂螯合重金属离子并与载体蛋白偶联制备出完全抗原,进一步制备出金属特异性单抗。目前应用免疫学检测方法检测环境中的重金属离子还处于实验室的试验阶段,初步实验结果表明免疫检测法具有用作重金属免疫检测传感器的能力,并且越来越多的重金属检测模型被开发出来。金属特异性抗体-抗原的结合属性的初步研究表明,影响抗体对抗原识别的主要因素有:金属离子的半径、电子和形态上的并协性;螯合剂的结构;金属离子-螯合剂复合物三维结构和价态结构;抗体中的某些氨基酸残基能与抗原中金属离子直接配位以及与抗原中的螯合剂部分发生相互作用(疏水作用、氢键作用等)。

(5)其他检测方法 近20年来,人们开发了多种生物传感器用于测定水溶液中的毒性化合物,由于毒性物质能抑制酶的活性,因此研制酶传感器来检测环境污染物正在成为生物传感器研究的热点,并开始用于重金属的测定。但由于各种重金属离子对于酶活性的抑制效应相差很大,重金属离子对酶抑制的广谱性使得检测单一重金属存在着相当的困难。因此,以重金属的酶抑制法为基础的方法应用到各种环境介质和食品的快速检测中还存在着一定的困难。

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