蔬菜中重金属含量测量.doc

苏州科技学院本科生毕业设计（论文）蔬菜中重金属含量分析摘 要 本文分析了中国蔬菜重金属污染现状并介绍了铅、镉的危害。实验探究以常见蔬菜为样品，运用火焰原子吸收光谱法对其铅、镉含量进行了测定。加标回收率为93.9%98.6%。通过实验数据对比分析，得出以下结论： 1. 白萝卜不同部位其铅、镉含量不同。露土部分的铅、镉含量分别为0.24mg/kg、0.12mg/kg，地下部分的铅、镉含量分别为0.22mg/kg、0.17mg/kg。露地部分的铅含量比地下部分高，但其镉含量比地下部分低。且白萝卜样品中铅的含量高于镉的含量，铅尚未达到污染程度，而镉已远超国标范围。2. 不同等级的青菜、菠菜、鸡毛菜其铅、镉含量不同。普通等级的铅含量（2.18mg/kg、1.56mg/kg、0.605mg/kg）都高于精品类（1.62mg/kg、0.635mg/kg、0.276mg/kg）；普通等级的镉含量（0.0780mg/kg、0.118mg/kg、0.0386mg/kg）也都高于精品类（0.0382mg/kg、0.0446mg/kg、0.0220mg/kg）。且普通蔬菜的铅含量均已超标，精品类只有鸡毛菜的铅含量未超标。而镉含量的测定结果相对要乐观些，只有普通等级的青菜与菠菜的镉含量超标，其他都正常。3. 不同产地土豆的铅、镉含量存在差异。铅含量由高到低的顺序为：上海（1.14mg/kg）苏州（0.682mg/kg）南通（0.621mg/kg）；镉含量由高到低的顺序为：南通（1.00mg/kg）苏州（0.220mg/kg）上海（0.101mg/kg）。三种产地的土豆的铅、镉含量均已超标。关键词：火焰原子吸收光谱法；铅；镉；蔬菜Analysis of heavy metals in vegetablesABSTRACT The present situation of heavy metal pollution in Chinese vegetables and the harms of lead and cadmium were introduced. Flame atomic absorption spectrophotometry was used to determine contents of lead and cadmium in seasonal vegetables. The addition standard recoveries are 93.9%98.6%. Conclusions have been drawn as follows:1. The contents of lead and cadmium in the soil-exposing part are 0.24mg/kg and 0.12mg/kg respectively; the contents in the underground part are 0.22mg/kg and 0.17mg/kg respectively. The former is higher than the latter. And the contents of lead are larger than those of cadmium. The levels of lead in ternip samples have not reached the degree of pollution, but the levels of cadmium have been far beyond the GB standards.2. The contents of lead in pakchoi, spinach and Chinese little greens are 2.18mg/kg, 1.56mg/kg and 0.605mg/kg for common level, 1.62mg/kg, 0.635mg/kg and 0.276mg/kg for fine level, respectively. The cadmium contents are 0.0780mg/kg, 0.118mg/kg and 0.0386mg/kg for common level, 0.0382mg/kg, 0.0446mg/kg and 0.0220mg/kg for fine level, respectively. The data show that the contents of Pb and Cd in common vegetables are higher than those in fine vegetables. And the amounts of lead in three common vegetable samples are beyond GB standard. Only the amount of lead in fine Chinese little greens is below GB standard. And only the ordinary pakchoi and spinach have cadmium levels beyond GB standard, while others are normal.3. As for potatoes of different origins, the order of lead contents is: Shanghai (1.14mg/kg) Suzhou (0.682mg/kg) Nantong (0.621mg/kg); the order of cadmium contents is: Nantong (1.00mg/kg) Shanghai (0.101mg/kg) Suzhou (0.220mg/kg). The lead and cadmium content for potato from three origin were overweight.Key words: Flame atomic absorption spectrometry；lead；cadmium; vegetablesIII目 录1绪论11.1研究背景11.1.1我国蔬菜的重金属污染现状11.1.2蔬菜中重金属的污染来源31.1.3蔬菜的分类31.1.4研究意义41.2重金属铅41.2.1铅的简介41.2.2铅的理化性质41.2.3铅对人类健康的危害51.3重金属镉51.3.1镉的简介51.3.2镉的理化性质61.3.3镉对人类健康的危害6 1.4 蔬菜中铅、镉的测量方法7 2实验部分92.1实验原理92.2主要实验仪器与试剂92.3实验步骤102.3.1标准溶液的配制102.3.2样品溶液的配制102.3.3火焰原子吸收分光光度计测定Pb、Cd含量103结果与讨论123.1标准曲线的绘制123.2白萝卜样品中Pb、Cd的测定结果13 3.2.1 不同部位中同种元素含量比较14 3.2.2 不同元素的含量比较153.3不同等级蔬菜中Pb、Cd的测定结果153.4不同产地土豆中Pb、Cd的测定结果173.5 铅、镉回收率实验19结论22致谢23参考文献24附件A 外文文献译文25附件B 外文文献原文311绪论1.1 研究背景1.1.1 我国蔬菜的重金属污染现状 20世纪90年代以来，我国蔬菜产业迅速发展，成为世界上最大的蔬菜生产国。目前，我国受重金属污染的耕地近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5。每年因土壤污染而导致的粮食减产高达1000万吨，直接经济损失100亿元以上1。近年来，对蔬菜重金属污染已有很多研究，监测和防治重金属的污染已成为世界各国普遍关注的热点问题。伴随着现代工业的迅猛发展，环境污染日渐加剧，生活质量也受到了很大影响。工业“三废”的排放、城市产生的生活垃圾、污泥和农药、化肥的不合理使用，导致蔬菜重金属污染越来越严重，蔬菜的品质也得到了质疑。蔬菜是人们生活中离不开的重要农产品，其品质的高低，特别是蔬菜中积累性和持续性危害的重金属含量的多少，将直接影响到人们的健康和生活质量。20世纪80年代以来，国内外专家愈来愈重视环境中被生物吸收的污染物在生物体内累积和分布规律的研究。目前关于植物特别是蔬菜对重金属污染物吸收以及重金属在蔬菜体内的累积和分布的研究为数不多，且研究涉及蔬菜和重金属种类较少2。长期食用那些重金属含量超标蔬菜, 会产生急性或慢性毒性反应, 还有致畸、致癌和致突变的等潜在危害。蔬菜在餐饮中扮演重要的角色，也是人体所需营养的重要来源，因此对蔬菜中的重金属铅、镉的研究很有必要，具有极大的现实意义。蔬菜中含有丰富的矿质元素、维生素和膳食纤维等多种营养物质。一直以来, 人们比较关心过量使用农药所引起的蔬菜安全性和化肥所引起品质下降，以及对环境的污染问题, 而重金属污染却没有引起人们太多的重视。从目前情况分析来看，我国蔬菜重金属元素污染状况还算可观，尚未达到十分严重的程度。但从局部地区来看，特别是城郊这块区域，污染情况还是比较严重的，所以重金属污染有待高度重视，这方面的研究也就显的相当重要。由于城郊和城市接壤，交通相对来说比较方便，是蔬菜生产的重要区域，但是城郊又往往和工业生产区、污灌区（灌溉水源受到污染的区域）、交通干线接近，因此也同时成为重金属污染的重要区域。北京、上海、杭州、天津、广州、沈阳、成都、南京、重庆、西安等大中城市都曾比较系统地对郊区菜园土壤及蔬菜中的重金属污染状况作过一些详细的检测和调查研究工作，基本摸清了蔬菜重金属污染现状。从1982年开始，北京市曾先后后在市郊的朝阳区高碑店乡、丰台区南苑乡、石景北区的衙门口等处主要污染菜区布点采样进行调查研究，调查结果显示：各区的白菜、萝卜和茄子3个种类蔬菜在As、Hg和Cr的检测中，其含量大致是处在相同水平，唯茄子含Hg浓度稍高，但还未超过有关的食品卫生标准3。辽宁省农业环保监测站调查表明，各种蔬菜已受到不同程度的重金属污染，蔬菜综合超标率为36.1，受污染面积达到惊人的3600 hm2。1984年，天津市开展了无公害蔬菜生产基地选址的环境调查和主要蔬菜中重金属含量状况的调查研究，结果表明，各采样点蔬菜重金属含量的平均值均没有超过食品卫生标准，但不同蔬菜品种、不同的采样地点的样品中重金属含量有较大的差异，其中尤其是Hg的含量差异最为明显4。1994年，上海市报道了“上海地市主要蔬菜中重金属元素背景水平”，并在国内较早利用蔬菜的重金属背景含量水平，把蔬菜中重金属元素分为“未污”、“可疑”和“污染”三级，分级评价标准见。在我国的北方地区，沈阳市近郊的l万多hm2菜田的土壤已受到污染，对这些菜田上生产的大白菜进行了详细的重金属检测，结果显示铅的超标率为100，镉的超标率为58.3；黄瓜，镉的超标率为72.7，汞的超标率为27.2，铅为18.2。天津市也对市郊的大白菜、芹菜、水萝卜、小白菜4种蔬菜36个样品进行了检测，重金属的检出率为达到了100，镉超标40。在华中地区，以邵阳市为例，其市郊的部分蔬菜中，Cd的污染最为严重，各区所产的黄芽白、萝卜叶、大蒜的含Cd量都超过了限定标准。长沙市郊的小白菜叶含镉量也均超过标准的1.4倍，莴笋叶的含镉量超过标准标1.8倍。在我国的南部地区，南宁市蔬菜中重金属污染以Cd超标最为严重。调查表明，在l2个目标样点中有11个样点Cd都超标了，占91；其次是Pb，有12以上样点超出相关标准。上海宝山区青菜中6种重金属除铜、锌外，都受到了不同程度的污染，以镉最为严重，超标率14.5。宁波市各类蔬菜中的锌、镉、铬3种元素超标率都在60以上，其中镉最高为85，铬次之为72.3。蔬菜的污染面积和产量均占总量的70以上5。综合各调查研究结果来看，如果按照中国的蔬菜食品卫生标准，中国的各主要大、中城市郊区的蔬菜都已受到一定程度的重金属污染。尽管各城市采用的评价分析标准不一样，但重金属元素在蔬菜中的积累是相当明显的，部分已达到了比较高的残留水平，且有的甚至已远远超过了食品卫生标准。从以上我国几个主要城市郊区蔬菜重金属含量调查结果可见，蔬菜存在较为严重的污染问题，尤其是铅和镉污染还是比较惊人的，应当引起重视。1.1.2 蔬菜中重金属的污染来源蔬菜生产基地遭受农业生态环境中重金属污染、蔬菜生产过程中不合理使用化肥、农药，均可使蔬菜受到重金属污染。蔬菜收获后，不合理保鲜、储藏、加工而遭受二次污染现象也有一定程度的存在。蔬菜中重金属、硝酸盐、农药等有害物质，将影响到广大消费者的身体健康乃至威胁到消费者的生命安全。因此，蔬菜污染如何预防是现实生活中迫切需要解决的问题。我们需要深度地去了解这些已经存在的问题，然后商量出对策和采取措施去解决这些问题。蔬菜生产环境中的重金属污染物主要来自哪里呢？归纳一下：过量、频繁的使用农药；城市垃圾不经任何处理即当作肥料直接施用；污泥、污水在农业中的利用，磷肥的施用以及采矿也会造成不同程度的土壤重金属污染，导致蔬菜重金属含量超标；此外，汽车尾气的排放也会使得沿路两旁的菜地和蔬菜受到铅的污染。重金属经各种途径一般首先进入土壤并积累，蔬菜在通过根系从土壤中吸收富集重金属，有时候也可以通过叶片从大气中吸收气态或尘态铅、汞等重金属。1.1.3 蔬菜的分类蔬菜分类有很多标准，这边我们就按照蔬菜的器官分类的方法分类。该种分类方法有利于产品的采后应用。蔬菜植物的产品器官可分为根、茎、叶、花、果实五类，因此，也把蔬菜植物分为如下5类。 （1）根菜类这类蔬菜的食用器官为肉质根或块根。肉质根类包括萝卜、胡萝卜、大头菜（根用芥菜）、芜菁、根用甜菜等。块根类最常见的有豆薯、萝卜等。（2）茎菜类这类蔬菜食用部位为茎或变态茎，可分为地下茎类和地上茎类。地上茎有肉质嫩茎（如莴笋、菜薹、茭白、石刁柏、竹笋等）、肉质茎（如榨菜、球茎甘蓝等）和鳞茎类（如洋葱、百合、大蒜等）；地下茎类有地下块茎（如马铃薯、菊芋等）、根状块茎（如藕、姜等）和球茎类（如荸荠、慈姑、芋等）。（3）叶菜类这类蔬菜最为常见，相对来说生活中需求量也比较大，以普通叶片或叶球、叶丛、变态叶作为产品器官。普通叶菜类常见的有小白菜（不结球白菜）、叶用芥菜、菠菜、芹菜、苋菜、茼蒿等。结球叶菜类（如结球甘蓝、大白菜、结球莴苣、包心芥菜等）。香辛叶莱类常见的有葱、韭菜、芫荽、茴香等。鳞茎菜类（形态上是由叶鞘部膨大形成）包括洋葱、大蒜、胡葱、百合等。（4）花菜类这类蔬菜种类不多，常见的有花椰菜、金针菜、朝鲜蓟等。 （5）果菜类这类蔬菜的食用器官为果实或种子，包括瓠果类、浆果类、荚果类等。瓠果类包括南瓜、黄瓜、西瓜、甜瓜、冬瓜、瓠瓜、丝瓜、苦瓜等瓜类蔬菜。浆果类包括茄子、番茄、辣椒、香瓜茄、酸浆等。荚果类常见的有菜豆、豇豆、刀豆、毛豆、豌豆、眉豆、蚕豆、扁豆等。杂果类包括甜玉米、菱角等。1.1.4 研究意义随着21世纪的到来，科技进步了，环境污染也成了全球性的问题，日益严重。工业生产和石油等化石燃料的不合理燃烧使环境中的铅、镉等重金属的含量大大增加，这些重金属通过蔬菜的根、叶等组织吸收后在它们体内积累、富集。人们食用这些被污染的蔬菜后，其中的重金属也随之被人体吸收，这些重金属就会在人体内累积，不断的富集，使人体内的重金属含量不断的提高，到达一定的程度后引发一系列的健康问题。所以说要维系人类的健康，就要测定这些蔬菜中重金属的含量，一旦发现其重金属超标，就要将其处理掉，禁止人们食用。无论多大成果，本人觉得为人们的健康努力是一件很有意义的事。目前，蔬菜产品已由卖方市场转为买方市场，出现了结构性、季节性、地区性的过剩，有些地区的蔬菜生产仍按数量规模型的发展模式惯性增长，所以蔬菜供大于求的矛盾日益突出。因此，向质量要效益是蔬菜行业的当务之急。1.2 重金属铅1.2.1 铅的简介 铅是化学元素，其化学符号是Pb，原子序数为82。铅在地壳中含量不大，自然界中存在很少量的天然铅。但由于含铅矿物聚集，熔点又很低，使铅在远古时代就被人们所利用了。方铅矿（PbS）直到今天都是人们提取铅的主要来源。远古时代人们偶然把方铅矿投进篝火中，它首先被烧成氧化物，然后受到碳的还原，形成了金属铅。世界上，铅消费主要集中在铅酸蓄电池、化工等领域，而铅酸蓄电池则是铅消费的主要领域。1.2.2 铅的理化性质铅为带蓝色的银白色重金属，在空气中会很快氧化，从而表面被一层暗灰色的氧化物覆盖，所以我们一般看到的铅是灰暗色的。熔点327.502C，沸点1740C，密度11.3437g/cm3，硬度1.5，质地柔软，延展性强，没有氧化层的铅色泽光亮，抗腐蚀性能很高，因此它往往用来作为装腐蚀力强的物质（比如硫酸）的容器。加入少量锑或其它金属可以更加提高它的抗腐蚀力（类似于合金）。 金属铅在空气中受到氧、水和二氧化碳作用，其表面会很快氧化生成保护薄膜；在加热条件下，铅能很快与氧、硫、卤素化合；铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用，能与热或浓盐酸、硫酸反应；铅与稀硝酸反应，但与浓硝酸不反应；铅能缓慢溶于强碱性溶液。1.2.3 铅对人类健康的危害铅因为具有毒性，它可以破坏儿童的神经系统，它可以导致血液循环系统和脑的疾病。长期接触铅和它的盐（尤其是可溶的和强氧化性的PbO2）可以导致肾病和类似绞痛的腹痛。看看历史，许多人认为古罗马皇帝的老年痴呆是由于当时铅被用来作为水管（以及铅盐被用来作为加入酒中的甜物）造成的。而且，铅在人体里积蓄后是不会自动排除，只能通过某些药物来清除，所以少量铅进入身体不会被感知到，富集一定程度就会对身体造成很大的危害。摄入过多的铅及其化合物会导致心悸，易激动，并会使神经系统受损，甚至会致癌和致畸。铅含量的超标会对儿童产生非常大的负面影响，影响发育或者发育不良。 在日常生活中，把报纸等印刷品作为食物包装、家居装饰中使用含铅油漆、汽车尾气排放等均会引起铅中毒。铅进入人体后会阻碍血液的合成，导致人体贫血; 或经血液侵入大脑神经，造成脑组织损伤; 或通过胎盘，影响胎儿发育。适量补充维生素C能补足因体内摄取铅而引起的VC损耗，减缓铅中毒症状，并且促进铅的排出。此外，VE、VB1、VB2等均对改善铅吸收沉积的症状和促进生理功能恢复有一定的效果。含有铅盐的陶瓷制品也有可能间接导致中毒，尤其是当容器内的溶液是酸性的（比如果汁），这些酸性溶液可以溶解陶瓷中的铅离子,从而饮用这些果汁就会就会把铅带入身体，对身体造成危害，尤其对女孩子和年轻妇女，铅的害处可能非常大，甚至会影响到下一代6。1.3 重金属镉1.3.1 镉的简介 镉，由德国革丁根大学化学兼药学教授斯特罗迈尔在1817年发现。化学符号是Cd，原子序数是48，原子量112.41，元素名来源于拉丁文，原意是“菱锌矿”。镉是较稀有的元素，在地壳中的含量约为十万分之二，但这似乎并没有影响到它作为常见污染重金属的地位。镉在自然界都以化合物形式存在，最为常见的是硫镉矿。 镉是一种毒性很强的重金属，有“五毒之首”之称，是人体非必需的有毒元素。镉元素半衰期长达2030年，且具有富集作用，不宜生物降解。含镉废水污染了土壤。农产品通过生物富集作用积累了大量的镉。这些镉经食物链转移至人体内，受害者的初期症状为腰、背、下肢疼痛，以后疼痛逐渐加剧，步行时象鸭子般臀部左右摇摆，容易发生病理性骨折。日本人称之为“骨痛病”或“疼疼病”。2005 年北江镉污染事件、2006 年湘江镉污染事件、2012 年广西龙江镉污染事件及2013年镉大米事件让镉污染成为关注的热点之一。1.3.2 镉的理化性质镉是蓝白色质地柔软的有毒过渡金属，密度8.642 g/cm，比锡稍硬，比锌软，有韧性和延展性。镉在干燥空气中很稳定，潮湿空气中会氧化，从而表面覆盖一层氧化膜，红热时形成褐色氧化物，燃烧时会产生红色的火焰；镉与卤素在高温下能发生剧烈反应，形成卤化镉；可与硫直接化合成硫化镉；能溶于酸形成相对应的盐，但不溶于强碱。1.3.3 镉对人类健康的危害镉进入人体后，在体内形成镉硫蛋白，通过血液传输到达全身，并有选择性地蓄积于肾、肝中。肾脏可蓄积吸收量的1/3，是镉中毒的主要器官。此外，在脾、胰、甲状腺、睾丸和毛发也有一定的蓄积。镉的排泄途径主要通过粪便，也有极少量的可从尿液中排出。 在正常人的血液中，镉的含量是非常低的，一旦接触镉后就会迅速升高，但停止接触后可立即恢复正常。镉与含羟基、氨基、巯基的蛋白质分子结合，能使许多酶系统受到抑制，从而影响到肝、肾器官中酶系统的正常功能。镉还会损伤肾小管，使人出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿等症状，并使尿钙和尿酸的排出量大大增加。镉可通过呼吸道和消化道进入人体，长期过量接触镉会引起慢性中毒，会对肾造成一定的损害，晚期病例则会出现肾功能不正常，并可伴有骨骼病变；短时间内吸收大量的镉可引起急性中毒，会出现恶心、呕吐、腹痛等不良症状。急性镉中毒，大多数是由于在生产环境中一次吸入或摄入大量镉化物引起的。大剂量的镉是一种局部强刺激剂。含镉气体通过呼吸道会引起呼吸道刺激症状，如出现肺炎、肺水肿、呼吸困难等。镉从消化道进入人体，则会出现呕吐、胃肠痉挛、腹泻等症状，严重的可因肝肾综合症死亡。从动物实验和人群的流行病学调查研究中发现，镉还能使温血动物和人的染色体发生畸变7-8。预防镉中毒的营养摄入：蛋白质应充足，减少血红蛋白含量下降和低蛋白血症，应食低脂肪，因为膳食脂肪会增加镉的吸收；钙摄入量不低于800毫克，高钙膳食对镉中毒有保护作用；摄入适量的锌，补锌能促进金属硫蛋白的合成，减少肝肾损害，促进恢复；摄入足够的抗坏血酸可对镉的毒性产生拮抗作用。1.4 蔬菜中铅、镉的测量方法1、光度法：国家标准中第三标准法双硫腙比色法测食品中铅含量。主要是利用pH=8.59.0时，硫离子与双硫腙生成红色配合物，溶于三氯甲烷，加入柠檬酸铵，氰化钾与盐酸羟铵等，排除铁、铜、锌等杂质离子的干扰，与标准系列比较定量。国际中测镉的第三法则是用在碱性溶液中镉离子与6-溴苯并噻唑偶氮萘酚形成红色络合物，溶于三氯甲烷，氰化钾等剧毒物质，故应用具有一定的局限性9。2、原子荧光光谱法：基本原理是基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。准确配制铅镉系列的标准溶液，在实验工作条件下，测定这两个元素的荧光强度，得到线性回归方程，再将待测样品的荧光强度代入方程即可得到样品中铅镉的浓度。该法快速、简便、准确且灵敏度高，校正曲线的线性范围宽，能进行多元素同时测定10。 3、火焰原子吸收光谱法（FAAS）：火焰原子吸收光谱法具有较高的灵敏度，相对费用较低，易实现在线分析等优点。在重金属元素的分析中应用很广泛。FAAS 是标准检验方法中的一种，最低检出限为4 g /ml。FAAS操作简单，分析速度快，测定高浓度元素时干扰小、信号稳定，但该方法也存在一些缺点，测定每种元素均需要相应的空心阴极灯，这对检测工作带来不便。且样品预处理步骤复杂，时间长，易受污染，空白值高，灵敏度低，试剂用量大，分析结果易受影响等11,12。 4、石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)：与FAAS相比，GFAAS样品预处理简单、灵敏度高、测量精度好，可分析固体或气体试样。试样经灰化或酸消解后，注入原子吸收分光光度计石墨炉中，电热原子化后吸收283.3nm共振线，在一定浓度范围，其吸收值与铅含量成正比，与标准系列比较定量。分别准确量取一定量的铅镉储备液，配置一系列标准溶液后按所选工作仪器条件用原子吸收分光光度计测出各溶液吸光度并制作A-C标准曲线，得出其一元线性回归方程。再测出一定量试样溶液吸光度，代入回归方程中即可得到铅镉含量13。5、 等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）：等离子体发射光谱法可以同时测定样品中的多元素的含量。当氩气通过等离子体火炬时，经射频发生器所产生的交变电磁场使其电离、加速并与其他氩原子碰撞。这种链锁反应使更多的氩原子电离，形成原子、离子、电子的粒子混合气体，即等离子体。等离子体火炬可达60008000K的高温。过滤或消解处理过的样品经进样器中的雾化器被雾化并由氩载气带入等离子火炬中，气化的样品分子在等离子体火炬的高温下被原子化、电离、激发。不同元素的原子在激发或电离时可发射出特征光谱，所以等离子体发射光谱可用来定性测定样品中存在的元素。特征光谱的强弱与样品中原子浓度无关，与标准溶液进行比较，即可定量测定样品中各元素的含量。该法快速、准确、灵敏度高，但运行成本较高，可同时测定多种元素，只测定铅镉两种元素较浪费14。2 实验部分本论文实验探究以一些常见的时令蔬菜为样品，按照不同等级、不同产地以及同种蔬菜不同部位来进行分组对照。运用火焰原子吸收光谱法（FAAS）对样品中的铅、镉含量进行测定。通过实验数据对比分析，对这些常见的时令蔬菜的安全程度进行评估。2.1 实验原理图2.1 火焰原子吸收分光光度计示意图 火焰原子吸收分光光度计的工作原理为：元素被加热原子化，成为基态原子蒸汽，对空心阴极灯发射的特征辐射进行选择性吸收。利用待测元素的共振辐射，通过其原子蒸汽，测定其吸光度的装置称为原子吸收分光光度计。它有单光束、双光束、双波道、多波道等结构形式。其基本结构包括光源，原子化器，光学系统和检测系统。它主要用于痕量元素杂质的分析，具有灵敏度高及选择性好两大主要优点，广泛应用于特种气体、金属有机化合物、金属醇盐中微量元素的分析。在一定浓度范围内，其吸收强度与试液中被测元素的含量成正比。其定量关系可用郎伯-比耳定律:A= -lg I/I0 = -lgT = KcL式中I为透射光强度；I0为发射光强度；T为透射比；L为光通过原子化器光程(长度)，每台仪器的L值是固定的；c是被测样品浓度。2.2 主要实验仪器与试剂主要实验仪器为火焰原子吸收分光光度计（3510型，上海惠普）、电子天平（ALL-110.4，赛多利斯）、马弗炉（TDW，浦东荣丰）和电炉（DL-I-15，天津泰斯特）。主要试剂为分析纯硝酸、硝酸铅和氯化镉，配制溶液用水均为蒸馏水。2.3 实验步骤2.3.1 标准溶液的配制1）Pb标准溶液称取硝酸铅置于50mL烧杯中，加入50mL 2%硝酸溶液，加热溶解，移入1000mL容量瓶中，用2%硝酸溶液定容至刻度，摇匀得铅标准储备液。分别吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL铅标准储备液置于50 mL容量瓶中，用2% 稀硝酸定容，摇匀，备用。2）Cd标准溶液实验操作步骤如前所述。2.3.2 样品溶液的配制1）样品的选取本次实验研究所用的白萝卜、鸡毛菜（普通和精品）、青菜（普通和精品）、菠菜（普通和精品）、土豆（来自苏州、上海、南通三个不同产地）均来自大润发超市。白萝卜选购露地上、地下两个样品（地部分呈浅青色，地下部分呈白色）。2）样品处理及样液制备先用去离子水将新鲜的白萝卜冲洗干净,自然风干，然后用电子天平准确称取50g每份的白萝卜样品各5份，剪碎，置于瓷坩埚中，先小火在电炉上炭化至无烟，移入马弗炉500 25灰化2h，冷却，用0.5 mol/L硝酸将灰分溶解，用滴管将试样消化液洗入或过滤入（视消化后试样的盐分而定）100 mL 容量瓶中，用水少量多次洗涤瓷坩埚，洗液合并于容量瓶中并用2%的稀硝酸定容至刻度，混匀备用，制备露地、地下两部分样品的待测液，待测。其他样品处理步骤及样液制备过程如上所述。2.3.3 火焰原子吸收分光光度计测定Pb、Cd含量1）打开电脑；2）打开原子吸收分光光度计电源开关，双击电脑桌面“AAWin”图标，选择“联机”，确定后，等待仪器联机；3）主界面“样品”项设置好标准品系列浓度后，将2%硝酸溶液放到进样管处，并准备好废液桶，开启通风设施；4）打开空气和乙炔气：打开空气，压力0.22-0.24MPa，使用调压阀调节（拔按操作）。打开乙炔气，压力0.05-0.07MPa。先开主阀，使用扳手，打开一点即可（逆开顺关）；然后开二次阀，0.05过一点即可；5）点击主界面“点火”项，原子吸收仪主盖可盖上。若无法点火成功，检查仪器后方瓶口是否未液封，加水液封即可。原子吸收分光光度计主机右下角有红色按钮，可临时中断乙炔气，减少浪费，并避免来回开关气阀；6）点火时当出现“啪啪”的声音表示乙炔气已到达燃烧头位置，方可点火成功。点火后加热10min左右后，烧空白进行清洗（2%硝酸清洗最好）2-3min即可；7）开始测量时，先测空白，空白测定时，先校零，待吸光度值稳定为0.000时开始测定（主菜单“设置”项下“参数设置”可以设置重复测量次数，一般设为3次，可“手动”或“自动”测量）；8）当空白测得吸光值不为0.0000.002之间时，终止测量。点击“测量对象”下“标准样品”再测定，点击右键，选择“重新测量”；9）空白测量后，样品测定时，待A值稳定后，再“开始”测量，当每个样品三次重复测量A值差异较大时，重新测量，同上步操作；10）测定完后，打印校正曲线、样品测定表格和工作参数表格；11）实验结束后，先关乙炔气总阀（逆开顺关），再关二次阀（松即为关），此时火焰即会熄灭。然后关空气，先关“开关”，再按“放气阀”；12）关闭软件，再关原子吸收分光光度计电源开关后，关闭电脑即可。3 结果与讨论3.1 标准曲线的绘制表3.1 铅标准系列溶液吸光度值 波长：283.3nm 能量：78铅标液序号吸光度1吸光度2吸光度3平均值10.0000.0000.0000.00020.1200.1230.1200.12130.2270.2280.2290.22840.3210.3250.3290.32550.4600.4610.4620.46160.5610.5650.5690.565图3.1 铅系列溶液的标准曲线由图3.1可见，铅系列标准溶液在00.1ug/ml浓度范围之间有良好的线性关系，线性回归方程为y=5.6314x+0.0018，线性相关系数为0.9985。表3.2 镉标准系列溶液吸光度值 波长：228.8nm 能量：80编号吸光度1吸光度2吸光度3平均值10.0000.0000.0000.00020.0400.0420.0440.04230.0790.0810.0830.08140.1130.1160.1190.11650.1500.1530.1560.15360.1890.1900.1910.190 图3.2 镉系列溶液的标准曲线由图3.2可知，镉标准溶液在00.1ug/mL浓度范围之间有良好的线性关系，线性回归方程为y=1.8829+0.0029，线性相关系数为0.9992。3.2 白萝卜样品中Pb、Cd的测定结果表3.3 白萝卜样品中铅的测定结果样品样品编号Abs浓度ug/mL地上样品10.0240.2420.0260.2530.0250.2440.0230.2350.0280.27地下样品10.0230.2220.0250.2330.0210.2140.0240.2250.0180.19表3.4 白萝卜样品中镉的测定结果样品样品编号Abs浓度ug/mL地上样品10.0090.0920.0110.1130.0120.1240.0120.1350.0120.12续表样品样品编号Abs浓度ug/mL地下样品60.0170.1870.0150.1580.0160.1690.0170.18100.0190.201）铅含量计算先计算露地部分。如表3.3所示，去掉离群值0.27 ug/mL后，浓度平均值是：（0.24+0.25+0.24+0.23）/4=0.24g/mL；总铅量是：0.24g/mL50mL=12g；铅的浓度：12g/50g = 0.24g/g =0.24 mg/kg。再计算地下部分。去掉离群值0.19 ug/mL后，浓度平均值是：（0.22+0.23+0.21+0.22）/4=0.22g/mL；总铅量是：2.2g/mL50mL=11g；铅的浓度：11g/50g =0.22g/g = 0.22mg/kg。2）镉含量计算先计算露地部分。如表3.4所示，去掉离群值0.09 ug/mL后，浓度平均值是：（0.11+0.12+0.13+0.12）/4=0.12g/mL；总镉量是：0.12g/mL50mL=6g；镉的浓度：6g /50g = 0.12g/g =0.12mg/kg。再计算地下部分。去掉离群值0.20 ug/mL后，平均值是：（0.18+0.15+0.16+0.18）/4=0.17g/mL；总镉量是：0.17g/mL50mL=8.5g；镉的浓度：8.5g/50g =0.17g/g =0.17mg/kg。3.2.1 不同部位中同种元素含量比较由实验结果可知：白萝卜露地部分的铅含量是0.24mg/kg，地下部分是0.22 mg/kg，露地部分的铅含量较地下部分高；露地部分的镉含量是0.12mg/kg，地下部分是0.17mg/kg，露地部分的镉含量并没有地下部分高。3.2.2 不同元素的含量比较由实验数据结果可知，白萝卜样品中铅的含量比镉大。根据国家现行标准（GB 15201-94）规定，蔬菜（球茎、叶菜、食用菌类除外）的铅含量应0.1mg/kg，球茎类及叶菜类的铅含量应0.3 mg/kg，镉含量应0.05 mg/kg。由此可知，白萝卜样品中的铅并没有超标，而镉的含量已远远超出国家标准，达到了比较严重的污染级别。究其原因，可能存在以下几点：第一、同种蔬菜对不同的重金属的吸收量是不同的；第二、该样品萝卜的生产基地镉的含量较高，超过了国家有关蔬菜产生基地土壤的重金属含量标准。镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料方面或作为塑胶稳定剂，其污染源主要是铅锌矿以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物作原料或触媒的工厂；而铅的主要污染源是汽车和石油燃料的燃烧。可初步推断该项蔬菜基地可能靠近冶金工厂或染料厂等重工业区，而不是在拥挤的公路边。3.3 不同等级蔬菜中Pb、Cd的测定结果表3.5 不同等级蔬菜中的铅含量样品铅含量测定值（mg/kg）铅含量平均值（mg/kg）RSD(%)精品鸡毛菜0.3020.2760.1440.2340.294普通鸡毛菜0.5210.6050.1980.7380.557精品青菜1.421.620.1361.851.60普通青菜2.102.180.04132.162.28精品菠菜0.3720.6350.3780.6920.840普通菠菜1.571.560.1601.301.80表3.6 不同等级蔬菜中的镉含量样品镉含量测定值（mg/kg）镉含量平均值（mg/kg）RSD(%)精品鸡毛菜0.02240.02200.1410.01870.0248普通鸡毛菜0.04200.03860.07510.03720.0367精品青菜0.04520.03820.1810.03800.0315普通青菜0.0820.07800.05130.0740.078精品菠菜0.04500.04460.1550.05120.0375普通菠菜0.1250.1180.2540.0880.140图3.3 不同等级的蔬菜中的铅含量图3.4 不同等级的蔬菜中的镉含量 由图3.3和图3.4可知，普通蔬菜中的铅、镉含量都要高于精品蔬菜。究其原因，蔬菜中重金属含量的高低与其生产过程和种植方式有关，尤其是与化肥的施用有着密切关系。精品蔬菜相较于普通蔬菜，对化肥的施用有着严格的控制。从这两张图，还能看出：在这三种蔬菜中，无论是精品还是普通的品质，青菜的铅含量最高，而菠菜的镉含量最高。比较表3.5和表3.6的数据可知：蔬菜中的铅含量要高于镉。根据国家现行标准（GB 15201-94）规定，三种蔬菜普通等级的铅含量均已超标，精品等级的只有鸡毛菜中的铅含量未超标。镉含量相对要乐观些：只有普通青菜跟普通菠菜超标，其他都未超标。3.4 不同产地土豆中Pb、Cd的测定结果表3.7 不同产地土豆中的铅含量产地铅含量测定值（mg/kg）铅含量平均值（mg/kg）RSD(%)苏州0.7410.6820.08800.6840.621南通0.6860.6210.1290.5310.646上海1.231.140.07021.101.08表3.8 不同产地土豆中的镉含量产地镉含量测定值（mg/kg）镉含量平均值（mg/kg）RSD(%)苏州0.2800.2200.2270.1900.190南通0.9601.000.04001.051.01上海0.07680.1010.3960.07470.152图3.5 不同产地土豆中的铅含量图3.6 不同产地土豆中的镉含量从图3.5和图3.6可知，不同产地土豆的铅含量从高到低的顺序为：上海苏州南通。而镉含量从高到低的顺序为：南通苏州上海。根据国家现行标准（GB 15201-94）规定，这三个产地的土豆铅镉含量均已超标。可见，蔬菜中重金属含量与产地有着很大的关系。究其原因，可能不同产地的空气质量、土壤不一样，从而造成蔬菜中重金属含量不一。3.5 铅、镉回收率实验表3.9 铅回收率实验试剂量与结果样品液样品中的铅（mg）铅加入量（mg）测定值（mg）回收率（%）平均回收率（%）白萝卜0.2340109.7595.195.70.23402019.596.30.23403028.995.6青菜1.62381011.3297.096.81.62382020.996.61.62383030.796.8鸡毛菜0.2763109.5692.995.50.27632019.696.40.27633029.597.3菠菜0.63521010.498.098.50.63522020.398.50.63523030.499.1土豆0.68201010.194.195.40.68202019.996.30.68203029.495.7由表3.9可知，蔬菜样品的铅加标回收率为95.4%98.5%。表3.10 镉回收率实验试剂量与结果样品液样品中的镉（mg）镉加入量（mg）测定值（mg）回收率（%）平均回收率（%）白萝卜0.1563109.5794.194.70.15632019.295.30.15633028.694.7续表样品液样品中的镉（mg）镉加入量（mg）测定值（mg）回收率（%）平均回收率（%）青菜0.0382109.8598.198.60.03822019.898.80.03823029.799.0鸡毛菜0.0220109.7897.696.80.02202019.396.50.02203028.996.3菠菜0.0446109.5695.295.00.04462019.094.80.04463028.594.9土豆0.2204109.6594.393.90.22042019.093.80.22043028.393.6由表3.10可知，蔬菜样品的镉加标回收率为93.9%98.6%。由实验数据结果可知，苏州市售蔬菜的重金属污染还是比较严重的。蔬菜受重金属污染的来源比较复杂，主要是农业土壤受重金属污染间接造成的。造成土壤重金属污染的主要原因是：1.施用污水灌溉和污泥。施用含有重金属的污水和污泥是造成蔬菜重金属残留的一个主要原因；2.施用城市垃圾。目前大多数城市的生活垃圾与工业废弃物还没有完全分开堆放，菜农施用的生活垃圾肥料虽在一定程度上提高了土壤养分，但其中工业废弃物的重金属成分也对土壤构成了影响；3.大气降尘和烟尘。大气的迁移和降尘作用是造成汞大面积污染的一个重要原因。烟尘重金属元素含量较高除造成土壤污染外，烟尘落在蔬菜叶面也可能被叶片组织吸收而累积，排放的汽车尾气，也引起沿交通干线土壤和蔬菜的铅污染；4.农业耕作措施.滥用农药和化肥等，会