ICP—MS在水庫水源地重金屬污染健康風險評價中的應用

徐波 曹丹

摘 要：自20世紀80年代以來，電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）以其超低檢出限（<0.1ppt）、高精密度（RSD<3%）、干擾少、動態線性范圍寬（>108）、分析速度快（<3min）、分析元素全、可多種元素同時分析、光譜簡單、可定量分析和可進行同位素測定等優點逐漸占據了元素分析的主要位置，被廣泛的應用到環境分析（水質、土壤、大氣）、臨床醫學、藥學、食品及化妝品、電子工業和核醫學（同位素分析）等領域。本文建立了一套多種重金屬元素同時測定的檢測方法，該方法可以對水庫水源地多種重金屬污染進行快速定量測定，具有良好的準確度、精密度和檢出限，可以為健康風險評價提供準確的數據。

關鍵詞：ICP-MS；水庫；水源地；重金屬污染；風險評價

在20世紀80年代，電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）分別由英國Surrey大學與VG公司、美國的Iowa州立大學Ames實驗室和加拿大的Sciex公司研制成功，電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）以其獨特的分析能力得到了快速的發展。電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）除了C、H、O等極少數元素不能分析外，元素周期表上的絕大多數元素都能分析。與電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）相比，ICP-MS檢出限約高出了3個數量級；與石墨爐法原子吸收分光光度計（GF-AAS）相比，ICP具有可同時快速測量多種元素的優點；此外，ICP-MS還具有檢測同位素的能力。

目前ICP-MS已被國際計量委員會（CIPM）確認為最具權威的化學計量方法之一，本文以河南陸渾水庫為例，建立了一套ICP-MS檢測法并采用美國環境署的水環境健康風險評價模型對洞庭湖水系中的As、Cd、Pb、Cu和Zn重金屬含量進行了健康風險評價。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

電感耦合等離子體質譜儀（美國Perkin-Elmer公司，型號：DRC-e）；萬分之一電子天平（日本島津公司，型號：AUY220）；可控溫電熱板（天津塞得利斯，型號：700H）；玻璃量器若干；超純水（電阻率18.2MΩ·cm）；優級純硝酸；優級純鹽酸；As、Cd、Pb、Cu、Zn標準溶液（國家標準物質研究中心）。

1.2 儀器條件

霧化氣流速：0.94L/min；輔助氣流速：0.40L/min；泵轉速：4rpm；功率：1.40kW；保留時間：30s；掃描次數：20；樣品重復次數：6。在測量樣品前應使用調諧液對儀器進行調諧，優化儀器的雙電荷比率、靈敏度和氧化物比率，達到實驗要求范圍才能進樣。

1.3 標準溶液配制和樣品預處理

將As、Cd、Pb、Cu和Zn單標準溶液配制成混標溶液，并采用1%濃度的HNO3逐級稀釋到所需的梯度序列，為了較好適應實際樣品，As、Cd濃度配制為（0～25）μg/L，Pb、Cu、Zn濃度配制為（0～0.50）mg/L。

采集的樣品需經過0.45μm微孔濾膜的過濾，棄去前段約80mL溶液，收集到測量所需體積溶液，使用硝酸調節溶液的pH<2后進行測量。

1.4 實驗結果與討論

實驗結果表明As、Cd、Pb、Cu和Zn的線性相關系數均能達0.999以上，精密度RSD均小于3%，采用此實驗方法受干擾性小，可以達到檢測目的。空白溶液采用1%濃度HNO3重復測量10次，依據各元素的線性數據可計算檢出限。對陸渾水庫水樣一年四季進行4次采樣，測量時對被測樣品重復測量6次，取平均值。實驗結果如表1所示：

2 健康風險評價

2.1 重金屬污染健康風險評價的意義

重金屬是水環境常見的一類污染物，且具有可累積性、高穩定性和不可降解的特點。人們可能通過食物、呼吸、皮膚暴露或者飲水等途徑攝入重金屬污染物，從而對人體健康造成傷害。水環境中的重金屬元素含量可能會低于目前的相關水質標準，但是因為其毒性大，依然可能成為潛在的污染物，應該足夠引起人們的重視。

健康風險評價（HRA）是通過對有害因子進行估算從而計算出該有害因子對人體健康的影響概率，進而評價出該有害因子風險的大小。因此，對水環境存在的重金屬污染進行健康風險評價具有非常重要的和現實的意義。

2.2 健康風險評價模型

目前，我國的健康風險評價體系還不完善，本文主要采用美國環境署（EPA）頒布的環境風險評價模型。水體中的重金屬污染物分為：非致癌污染物、致癌污染物和放射性污染物。在水庫水源地通常不會存在放射性污染物，因此本文不對放射性重金屬污染物進行評價。

目前，經環境保護局確認的危害性較大的重金屬污染物有As、Cd、Pb、Cu和Zn等，其中As、Cd是公認的致癌污染物，人體過多的攝入As、Cd會導致肝癌、皮膚癌等其它疾病。其中Pb、Cu、Zn三種元素相比As、Cd毒性較低，為非致癌污染物，但是過多攝入依然會導致人體累計和重金屬中毒。

目前，國際推薦的風險水平大約在10-6a-1～10-4a-1之間，根據我國的地質環境條件選擇美國環境署（EPA）推薦的1×10-4a-1作為水庫水源地重金屬污染健康風險評價標準，美國環境署（EPA）頒布的化學致癌物健康風險評價模型如下所示：

（2）有毒物健康風險評價模型

致癌健康風險評價模型中：

Rc表示水體中各種致癌物產生的年人均致癌風險總和；

Rcj為水體中各種致癌物產生的年人均致癌風險，單位a-1；

Dj為水體中致癌物j的單位體積質量下的日均暴露量，單位mg·（kg·d）-1；

qj為水體中致癌物j的致癌系數，依據國際癌癥研究機構和WHO頒布的As取值為15mg·（kg·d）-1，Cr為41mg·（kg·d）-1；

Y為人的平均壽命，本文取70年。

Q1是成年人每日的平均飲水量，本文取值2L；

Q2是兒童每日的平均飲水量，本文取值1L；

Cj 為致癌物j的質量濃度，單位mg·L-1；

W1和W2為成年的體重和兒童的體重，分別取70kg和25kg。

有毒物健康風險評價中：

Rn為表示水體中有毒物質產生的年人均致癌風險總和；

Rnk為水體中有毒物質產生的年人均致癌風險，單位a-1；

RfDk為有毒物質進入人體的參考劑量，單位mg·（kg·d）-1，依據國際癌癥研究機構和WHO頒布的Pb參考劑量為1.4×10-3mg·（kg·d）-1，Zn的參考劑量為0.3mg·（kg·d）-1，Cu的參考劑量為5×10-3mg·（kg·d）-1。

經計算可知：As的平均健康風險為4.68×10-5a-1，Cd的平均健康風險為9.53×10-7a-1，Cu的平均健康風險為2.38×10-10a-1，Zn的平均健康風險為8.14×10-12a-1，Pb的平均健康風險為1.28×10-9a-1，均小于美國環境署（EPA）推薦的1×10-4a-1標準，按照健康風險的大小進行排序如下：As>Cd>Pb>Cu>Zn，陸渾水庫的總健康風險為以上風險相加為：4.7×10-5a-1未達到1×10-4a-1風險警戒值。

3 結語

本文通過對水樣制備和ICP-MS的檢測條件進行實驗，建立了一套準確、快速和簡單的As、Cd、Pb、Cu、Zn元素的ICP-MS檢測方法，為水庫水源地重金屬污染健康風險評價提供了技術支持。

本文采用了美國環境署的風險評價模型對河南陸渾水庫的重金屬污染進行了健康風險評價，但是也存在只考慮了通過飲水進入人體和沒有考慮重金屬污染分布不均等不足，因此此評價方法還有待進一步完善。

參考文獻：

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