农产品中重金属污染及其检测技术课程论文

1、研究生课程论文成 绩批阅时间评 语：教师签名： 注：请任课教师用红色笔批阅论文。农产品中重金属污染及其检测技术摘要：各种农产品中重金属污染正威胁着人们的正常生活。本文综述了农产品中重金属污染的来源与危害，并介绍了农产品中重金属检测技术。关键词：农产品，重金属污染，检测AbstractVarious heavy metal pollution in the agricultural products is threatening people's normal life . In this paper, the sources and hazards of heavy metal pol

2、lution in agricultural products are summarized, and the technology of detecting heavy metal in agricultural products is introduced.Keywords：agricultural products,heavy metal pollution,detection随着人们生活水平日益提高及保健 意 识 逐 渐 增 强，食品 安 全 问 题 越 来越受到人们的关注。无公害食品、绿色食品、有机食品等安全食品备受消费者的青睐。经检测发现，有些农产品虽然农药残留量在标准限量以下，但

3、常因重金属含量超标而达不到无公害农产品或绿色食品的要求1。重金属是指密度大于6.0g/cm3的金属元素（砷具有金属的部分性质，列为重金属之一），按照这一定义除了食品卫生标准所列的铅，砷，汞，铬，镉（Pb，As，Hg，Cr，Cd）以外，铜（Cu），锌（Zn），锰（Mn），镍（Ni）等常见元素也属于重金属。这些元素不同程度地存在于不同的农产品中，虽然重金属污染一般不会对人体造成急性危害，但是重金属可以通过食物链在人体中累积，从而危害人们的身体健康。重金属污染具有多源性、隐蔽性强、迁移性小、毒性大、化学行为和生态效应复杂等特点。可以通过食物链的富集累积 作用进入人体，并能通过某些迁移方式进人水体、大

4、气2。本文分析了农产品中重金属的来源以及讨论了重金属污染的健康危害，并对农产品中重金属的检测技术进行了综述。1农产品中重金属污染的危害1.1重金属污染对农作物的危害重金属对农作物产生的危害随重金属性质的不同而有所差异，总体上可归结为两类危害：一类是当重金属含量超过一定限度时，农作物的生长发育会受到危害。如铜等重金属，虽然能够在一定程度上被作物吸收，但大部分积累在根部，几乎不向地上部分转移。在重金属的浓度尚未积累到对人畜有害之前，农作物就已枯死或者生长受到抑制，这一类重金属有铜、锰、砷、铬、镍、锌、铅等。另一类是在重金属的浓度增高到对农作物的生长发育产生危害之前，农作物就已经受到潜在的有害污染，

5、这种污染可以通过食物链危及人类和动物的健康，这一类重金属有镉、汞等。我国受镉、铅、汞等重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5。全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元3。1.2重金属污染对人体的危害铜、汞、镉等重金属元素的含量是反映食品安全的重要指标，长期食用重金属含量超标的食品会引起严重的疾病，损害人体器官及神经系统，给人类带来灾难性的影响。金属通过食物链在生物界迁移转运，并逐级浓集放大。即使在环境中浓度很低的重金属，经过食物链的逐级转移浓集，以“植物-动物（肉、内脏、蛋、乳等）-人”的方式进入人

6、体，大大提高了人对金属的接触量，从而增加了有毒金属对人体健康的潜在危害性。当金属的吸收量大于体外排出量时，金属就要在体内蓄积起来，导致慢性中毒，如汞中毒能导致细胞代谢紊乱，精神障碍等，急性中毒还可以引发休克和肾衰竭；镉中毒会引起贫血，并对肾功能造成损害；铅中毒能以难溶的磷酸盐形式沉积在骨骼内，在一定生理条件改变时释放，引起血液、神经、消化系统的病症，如头痛、失眠、意识模糊、腹绞痛等4。日本熊本县曾发生的震惊世界的“水俣病”事件就是由于汞在鱼体内富集，人类食用了这种鱼而造成的汞中毒。研究还发现，食用含镉植物将导致人体骨质疏松、诱发癌变、肝肾功能紊乱以及高血压等症。20世纪60年代末在日本富山县发

7、生的“骨痛病”事件，就是由于当地居民食用了被镉污染的土壤生产的“镉米”而引起的。据美国环保局（EPA）的报告，2000年美国将近500万名妇女体内的汞含量高于安全标准，每年可能有高达30万名新生儿因为汞的侵害其智力和神经系统受到一定的影响。专家建议儿童、孕妇应尽量少食用深海鱼类和贝类，日本尽管不认为海产品中的汞足以对成人产生危害，厚生劳动省依然提示孕妇减少摄入以保护胎儿大脑的发育5。近年来，我国重金属污染事件也屡见不鲜，并呈高发态势，例如2009年湖南发生的儿童血铅超标事件以及浏阳市湘和化工厂镉污染等事件6，这引起了全社会的高度重视。2农产品中重金属污染来源随着人们对金属矿产品的需求量不断增大

8、，由此引发的环境污染日趋严重，重金属污染导致土壤和水源中的重金属含量超标，最终导致动农产品出现安全问题。据统计，全世界每年消耗的铅约有400万吨，镉消耗量约为2万吨，汞消耗量约为1万吨，砷消耗量约为2.4万吨，这些重金属只有少量被回收重新利用，而其余大部分以各种形式被排放到环境中造成污染7。某些地区自然地质条件特殊，环境中有较高的重金属含量。如在一些特殊地区，矿区、海底火山活动的地区，因为地层有毒金属的含量高而使动植物有毒金属含量显著高于一般地区。甘肃某有色金属工业区所产的牧草、小麦中的铅含量分别为59.42mg/kg和4.75mg/kg，镉含量分别为10.28mg/kg和2.49mg/kg，

9、显著高于非金属矿区8；开封地区的小麦和玉米中镉、铅、汞的超标率分别为9.46%和7.43%、1.84%和1.69%、3.57%和1.58%9；人为环境污染而造成的重金属污染是重金属污染的主要原因，如工业“三废”中有大量重金属元素被排放到土壤和水中，农药、化肥和农膜中也含有多种重金属。据报道，我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染10。它们通过生物富集作用最终危害人类健康。土壤污染是人类现在和未来都必须面对的最困难的环境课题。土壤一旦被污染，其中的污染物就很难清除，土壤污染过程是不可逆的，如发展成生态灾难，其危害和损失将难以估量。有毒重金属元素由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊、海洋或

10、土壤，使得这些河流、湖泊、海洋或土壤受到污染，它们不能被生物降解。鱼类或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者被重金属污染的大米、小麦等农作物被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒11。在农产品生产加工过程中，使用的金属器械、管道、容器以及加工时使用的食品添加剂不纯，含有某些金属元素及化合物，其有害重金属可溶出污染食品；在食品运输过程中，由于运输工具被污染，从而污染食品。3农产品中重金属检测技术3.1酶抑制法与生物传感器技术酶抑制法测定重金属的基本原理是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合改变了酶活性中心的结构和性质，引起酶活力下降，从而使底物-酶系统产生一系列变化，例如使显色

11、剂的颜色、pH、电导率和吸光度等发生改变，可以直接用肉眼或通过电信号、光信号进行定性或定量分析。由于重金属污染抑制土壤酶的活性。20世纪70年代，国内外学者就将土壤酶应用到土壤重金属污染检测的研究领域12，许多学者先后提出了脲酶、脱氢酶、磷酸酶、硫酸酶作为土壤重金属污染水平的指标13，其中芳香硫酸脂酶可能是最敏感的土壤酶14，而最常用的是脲酶15。生物传感器技术则是将特异性的蛋白质、酶及其复合体系固定于电极或生物膜上，实现对相应重金属的快速检测。采用脲酶抑制法与薄层色谱法联合测定重金属含量，Hg+、Cu2+和Ag+的检测限分别为0.020.02 ug/L和0.13ug/ L；脲酶平板半定量法对

12、Hg+的检测为0.1ug/L0.2u g/L；脲酶测温滴定法和电势滴定法分别可以测定浓度为1mg/L的Ag+和lmg/Ll0mg/L的Cd2+。刘京萍等16利用葡萄糖氧化酶抑制法检测食品中的pb2+，检出限为1.4 mg/L，标回收率在92.7 105.7。Shukor等17以木瓜蛋白酶为检测用酶，通过酪蛋白-考马斯亮蓝法检测。结果表明Hg、As、Pb、Zn对酶的50抑制浓度（IC50）分别为0.39 mg/L、0.40 mg/L、2.16 mg/L、2.11mg/L。对Cr和Cd的最低定量检出限分别为0.004mg/L和0.1 mg/L Shukor等18研究表明Hg2+和Zn的丝氨酸蛋白酶

13、IC50分别为5.78 mg/L和l6.38mg/L，最低检出限分别为0.06 mg/L和1.06 mg/L。3.2光谱法光谱法是比较传统的方法，主要有原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、X荧光光谱、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）、紫外可见分光光度法（UV）等。日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）分析，但对国内用户而言，仪器成本过高。也有的采用X荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不好19。林文旭20介绍了原子吸收光谱法检测农产品中重金属元素的原理，探讨了检测技术关键环节影响分析结果因素，并

14、提出合理的质量控制措施，提高检测的精密度和准确度。原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectrometry，AAS）是通过蒸气相中被测金属基态原子对其,原子共振辐射的吸收强弱来测定样品中被测元素含量的方法21-22。石墨炉原子吸收光谱法的检测限可达到10.10-10.14 g/L，而火焰原子吸收光谱法的检测限可达到10.9g/L。该方法的优点是选择性较好，灵敏度较高，适用范围广。缺点主要表现在，多数非金属元素不能直接测定，而且测定不同的元素的时候需要更换不同的元素灯，不便于多种元素的同时测定；对于复杂试样，干扰比较严重，操作复杂，仪器昂贵。重金属检测也多采用分光光度法，其检

15、测原理是：重金属与显色剂（通常为有机化合物），发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。在特定波长下，比色检测。万益群等23利用蜡相分光光度法测定茶叶中痕量锰，检出限为1.6×l0-99/mL，方法灵敏度是液相光度法的10倍。原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激发下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光光谱具有发射谱线简单，灵敏度高于原子吸收光谱法，线性范围较宽，干扰较少的特点，能够进行多元素同时测定，可用于分析汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉、锌等11种元素。3.3免疫学法近年来迅速发展的免疫学分析法具有灵敏度高，特

16、异性强，分析速度快等特点，其中酶联免疫吸附法（Enzyme-linked immunosorbnent assy，ELISA）技术较为成熟且样本前处理简单，便于大批量样本快速检测，可以适应重金属残留含量的微、痕量分析。ELISA检测重金属残留含量，目前应用于实际工作中的主要技术类型分为双抗体夹心法、间接法、竞争法，同时Dot-ELISA法、捕获ELISA法、酶循环法（Enzymatic cycling-ELISA）、BAS也ISA法等新方法，虽然一些新方法目前并未完全应用到重金属残留含量的检测领域，有些还处在探索阶段，但是国内外不同的研究小组正在开展研究工作，为未来重金属快速测技术的研究提供了

17、思路24。杨凤丽25等采用双功能螯合剂（异硫氰基苯甲基-乙二胺四乙酸，ITCBE）使汞离子与载体蛋白（匙孔血蓝蛋白，KLH）偶联，获得了免疫抗原KLH.ITCBE.Hg（U）。以该抗原免疫BALB/C小鼠，取免疫小鼠的脾细胞与骨髓瘤细胞融合，杂交瘤细胞用ELISA方法筛选及有限稀释法亚克隆化，获得了5株可稳定分泌抗汞单克隆抗体的杂交瘤细胞株（E/H9、E/82、1/Fll、1/H7和B/B11）。杂交瘤细胞染色体数目在97104之间，所分泌的抗体均为Isi、K型，其中杂交瘤细胞株E/Ib、1/F1和B/Bl细胞培养上清液效价分别达1：640、1：320、1：160，腹水效价分别达1：6400、

18、1：3200、1：6400。B/B11的亲和常数为2.981×108L/mol，特异性试验表明：B/B11与其它金属离子的交叉反应率均小于2，具有较高的特异性。高亲合力和高特异性的抗汞单克隆抗体在该研究中的成功制备，为建立农产品和环境中重金属汞的快速免疫检测方法奠定了基础。3.4快速检测技术天津市科委26是将具有特效显色反应的生物染色剂通过浸渍附载到试纸上，制备出重金属快速检测试纸，并通过反复研究获得了试纸与重金属的最佳反应条件。该试纸对重金属具有良好的选择性，测定重复性好。检测速度、灵敏度、准确度、精密度均达到了项目技术指标的要求，填补了我国在农产品和环境重金属快速检测技术中的空白

19、。为了实际操作方便，项目组还制备出了体积小巧，便于携带，操作简便，常温保存时间长的试剂盒。使用者不需专门培训，一次性使用，无需检修维护，检测成本低廉适宜于现场实时快速监测。据介绍，试纸及试剂盒对重金属检测灵敏度可达0.0l20mg/kg，准确率在95以上。而且只需10分钟就可对重金属进行快速检测，大大缩短了检测时间，提高了检测结果的时效性。传统的重金属检测方法（原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法和阳极溶出伏安法等）虽然灵敏度高、特异性强，但存在着仪器费用高、需要专业人员进行操作前处理时间长等缺陷，难以用于重金属的现场检测。随着人们对食品安全要求的不断提高，待测样品量迅速增加，传统的

20、检测技术已无法满足需求。一些新兴技术，如生物传感器、酶反应器、纳米探针、比色传感器等日益受到国内外学者的关注。利用溶胶-凝胶包埋金属指示剂阵列的方法，对汞、铅、锌、铜、镍等重金属离子进行富集，并对显色前后扫描图像的RGB值进行分析检测，检测限满足我国污水排放标准的要求，并且阵列的方法可对不同重金属离子同时加以区分。某实验采用DNA与金纳米探针相结合的方法检测水中的汞离子时，向体系中加入Hg2+，金纳米颗粒表面的DNA与Hg2+形成碱基对，使金纳米颗粒发生团聚，颜色由红色变为紫色。该法的检测限为3um，检测灵敏度可以通过增加纳米颗粒粒径或改变核苷酸序列得以提高。该法的优点是选择性好，检测速度快。

21、4总结与展望重金属是一类移动性差、难以降解并具有潜在危害的重要土壤污染物，具有隐蔽性、长期性和不可逆的特点，不但会严重影响农畜产品的产量与品质，更重要的是它能通过食物链的生物放大作用进入人体，威胁人体健康。因此，快速而又准确地检测样品中的重金属离子至关重要。国内外科学家已对农作物中重金属的检测给予了越来越高的重视，并做了大量相应的研究探索工作，对传统仪器检测方法也进行了很多改进和补充。虽然我国在这方面起步较晚，但作为一个农业生产大国和拥有约全球1/4人口的人口大国，农产品污染的检测至关重要，进一步加强农产品安全抽检和检测工作已刻不容缓。与此同时也应鼓励对新兴检测技术的研发与应用，以及对传统技术

22、革命性地改进，积极推动我国农产品污染检测技术朝着健康快速的方向发展，从而为更绿色、环保、低碳的生活撑起保护伞。参考文献1冯亮,张玥,温丽英. 重金属对农产品的影响及其检测方法J. 食品安全导刊,2011,03:46-48.2王纪华,韩平,陆安祥等. 重金属快速测定方法与仪器研发应用J. 农产品质量与安全,2012,01:48-52.3韩趁霞. 基于ICA的土壤重金属污染遥感弱信息分离技术与软件原型D. 中国地质大学（北京）,2009.4邓桂馨,滑静,张淑萍. 北京地区重金属污染检测技术J. 中国畜牧兽医,2008,03:123-125.5赵荣兴. 日本对鱼贝类汞含量蓄积机理的研究J. 现代渔业

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