"Всякое излишество есть порок"
Луций Сенека
В последние годы, в связи с индустриализацией и химизацией промышленного производства, использованием новых технологий, а так же из-за возросшего количества автотранспорта значительно увеличилось поступление тяжелых металлов (ТМ) в окружающую среду, и как следствие по пищевым цепочкам в организм человека. Ряд публикаций последних лет посвящен изучению различных аспектов, связанных с поступлением ТМ в объекты окружающей среды, и воздействию этих веществ на организм человека и животных. Среди них основополагающими являются работы Воробьевой А.И.(1970), Кабата-Пендиас А., Пендиас X. (1989), Ильина В.Б.(1991), Гильденскнольда Р.С.(1992), Покатилова Ю.Г. (1993), Поздняковского В.М. (1996), Тутельяна В.А. (1997), Саломатина А.Д. (1999), Фомичева Ю.П. (2000).
В течение ряда лет кафедрой неорганической и аналитической химии проводятся многоплановые исследования по изучению содержания тяжёлых металлов в растениях, почвах и плодах, произрастающих на территории Республики Алтай. Это обстоятельство послужило основанием для обобщения данных и выполнения исследований по изучению содержания ТМ в пищевых продуктах растительного происхождения.
Цель нашей работы: изучение содержания некоторых тяжелых металлов (Zn, Cd, Pb) в пищевых продуктах растительного происхождения (ягодах, фруктах, овощах) на территории г.Горно-Алтайска , Майминского района и импортных фруктах.
Известно, что в почвах тяжёлые металлы находятся в различных формах. Например, при выветривании Cd легко переходит в раствор, где присутствует в виде Cd 2+. Он так же образует растворимые комплексные ионы (CdCl+ , CdOH+ , CdHCO+3 , CdCl-3 , Cd(OH)2-4 ) и органические хелаты. Главное валентное состояние кадмия в природных средах +2, и наиболее важные факторы, контролирующие подвижность ионов кадмия, - это рН и окислительно-восстановительный потенциал. В сильно окислительных условиях Cd образует собственные минералы (CdО, CdСО3 ), а также накапливаться в фосфатах и биогенных осадках (биолитах).
Свинец с почвах находится преимущественно в минеральных формах (РbS, РbO, РbSO4 , РbO*РbSO4 ) , тогда как в выхлопных газах автомобилей Рb присутствует в виде галогенидных солей (например, РbBr2 , РbBrCl, Рb(OH)Br, (РbO)2 PbBr2 ). Содержащие Рb частицы выхлопных газов неустойчивы и легко превращаются в оксиды, карбонаты сульфаты.
Катион Zn2+ образует с некоторыми анионами малорастворимые соли: Zn(CN)2, ZnCO3, ZnS, ZnC2O4. Недостаток цинка приводит к разнообразным нарушениям метаболизма растений, снижает скорость обменных процессов и роста.
В число объектов исследования были определены наиболее распространённые пищевые продукты растительного происхождения: ягоды (облепиха, жимолость, вишня, черная и красная смородина, клюква); овощи (редька, перец, свёкла, морковь, огурец, картофель); фрукты (банан, груша - конференция, яблоко - рубин, мандарин - марокко, виноград - розовый).
Для анализа пищевых продуктов на содержание тяжелых металлов (Zn, Cd, Pb) применялся инверсионный вольтамперометрический метод исследования прибором "Экотест-ВА" (рис1.) с применением комбинированного стеклоуглеродного электрода "3 в 1"
Методика позволяет проводить определение Zn, Cd, Pb в одном растворе методом добавок. В пробе с помощью программного обеспечения "Экотест - ВА" используем в качестве аналитического сигнала площадь пиков на вольтамперограммах.
Для каждого объекта проводилось трёхкратное исследование и получены вольтамперограммы.
Рис. 1. Прибор "Экотест-ВА"
Пример вольтамперограммы представлен на рисунке 2.
Виды вольтамперограмм и результаты измерений приведены ниже
Рис. 2. Вольтамперограмма исследования (пример)
1 - аликвота пробы
2 - аликвота пробы с добавками РЬ и Сd
Концентрация ионов расчитывается по следующей формуле:
C m - Сигнал площади пиков на вольтамперограммме.
V - Объем анализируемого раствора пробы в ячейке до внесения добавки.
V t - Объём пробы, приготовленный из навески пробы.
Vp - Объём раствора пробы, внесённый в анализируемый раствор.
m - Масса навески пробы.
Экспериментально полученные данных представлены в таблицах. (1,2,3)
Таблица 1
Содержание Pb, Cd, Zn (мг/кг) в ягодах
|
облепиха |
жимолость |
клюква |
вишня |
красная смородина |
черная смородина |
ПДК мг/кг |
Zn |
12,3 |
0,9 |
9,6 |
0,08 |
1,25 |
9,8 |
10 |
Cd |
0,11 |
0,62 |
0,42 |
0,38 |
8,4 |
1,06 |
0,03 |
Pb |
0,098 |
17,5 |
0,08 |
0,17 |
0,74 |
7,25 |
0,4 |
Таблица 2
Содержание Pb, Cd, Zn (мг/кг) в овощах
|
редька |
перец |
свёкла |
морковь |
огурец |
картофель |
ПДК мг/кг |
Zn |
1,5 |
0,47 |
0,5 |
3,06 |
3,2 |
3,1 |
10 |
Cd |
0,5 |
2,8 |
1,2 |
0,6 |
0,2 |
0,52 |
0,03 |
Pb |
0,98 |
1,2 |
1,3 |
0,3 |
2,4 |
0,4 |
0,5 |
Таблица 3
Содержание Pb, Cd, Zn (мг/кг) во фруктах
|
банан |
груша "конференция" |
яблоко "рубин" |
мандарин "марокко" |
виноград "розовый" |
ПДК мг/кг |
Zn |
10,5 |
6,08 |
26,25 |
1,25 |
4,5 |
10 |
Cd |
0,19 |
0,12 |
1,3 |
2 |
1,1 |
0,03 |
Pb |
1,3 |
0,33 |
0,08 |
2,4 |
0,8 |
0,4 |
Согласно литературным данным ПДК для фруктов, ягод и овощей составляет Zn =10 мг/кг; Cd = 0,03 мг/кг; Pb = 0,4 мг/кг.
Экспериментально установлено, что содержание исследуемых концентраций в ягодах находится в пределах Zn =0,9-12,3 мг/кг; Cd = 0,11-8,4 мг/кг; Pb = 0,08-17,5 мг/кг; в овощах Zn =0,5-3,2 мг/кг; Cd = 0,2-2,8 мг/кг; Pb = 0,3-2,4 мг/кг; во фруктах Zn =1,25-26,25 мг/кг; Cd = 0,12-2 мг/кг; Pb = 0,08-2,4 мг/кг, что соответствует ПДК, однако полученные данные показывают, что в некоторых объектах наблюдается превышение содержания свинца в вишне до 0,23 мг/кг, в облепихе до 0,302 мг/кг.
Повышенное содержание тяжёлых металлов в исследуемых объектах объясняется условиями выращивания, использованием удобрений, произрастания.
Превышающему значению так же может способствовать кислая реакция почв и обильные осадки, способствующие выносу тяжёлых металлов в нижние части почвы.
Растения способны аккумулировать тяжёлые металлы, переносить их из нижележащих слоёв в верхние части после их отмирания, процессы транспирации и испарения -так же влияет на концентрацию токсикантов в верхних почвенных горизонтах, на которых выращиваются овощные и плодово-ягодные культуры.
Можно предположить, что повышенное содержание связано с тем, что накопление происходит в почве с поступлением из воздуха и переносом тяжёлых металлов при сжигании угля, в большей степени для свинца. Кроме того, географическое расположение Горно-Алтайска может способствовать накоплению тяжёлых металлов в природных объектах.
В связи с этим необходим постоянный систематический контроль за уровнем содержания ТМ в объектах окружающей среды, с целью контроля и регулирования процесса накопления миграции и аккумуляции ТМ в пищевых продуктах.
Литература
- Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва-растения. Новосибирск.:наука .Сиб.отд-ние, 1991.-151с.
- Зыскин В.М Применение комплекса "Экотест-ВА" для контроля содержания свинца и кадмия в пищевых добавках.
- Волков С.Н Кадмий. Проблемы изучения состояния в техногенном цикле миграции.