CN107817289A - 水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法 - Google Patents

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    • G01N27/64—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber

Abstract

本发明公开了一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，包括如下步骤：步骤一、分别测定土壤中污染源A、污染源B及水稻籽粒中的Cd同位素比值δA、δB和δt；步骤二、依照源解析公式(1)计算出污染源A对水稻籽粒中镉元素的贡献率fA： 其中，δt为待解析水稻籽粒中镉元素同位素比值，α为土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数，δA为污染源A的镉同位素比值，δB污染源B的镉同位素比值，待解析水稻籽粒收获于土壤。如上所述，根据本发明，通过对将不同污染源、水稻籽粒中同位素比值代入公式，辅以分馏系数α的校正，可以精确的对水稻籽粒中的镉污染来源进行定量解析，确定不同污染源对水稻籽粒中镉来源的贡献率。

Description

水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法
技术领域
本发明属于食品安全技术领域，涉及一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法。
背景技术
随着工业采矿业的发展，我国环境特别是耕地土壤中的重金属污染问题逐步暴露，据环保部调查和国土资源部调查结果显示，我国土壤镉(Cd)超标率约为7％，其中重度镉污染点位比例为0.5％。造成了约10％-20％的水稻籽粒(即大米)中镉含量超标。分析水稻籽粒中的镉污染来源，是控制水稻镉污染的前提条件。
环境中的Cd元素存在8种同位素，分别是106Cd，108Cd，110Cd，111Cd，112Cd，113Cd，114Cd和116Cd，由于不同来源的污染中的镉同位素组成存在差异，所以可以根据水稻籽粒中的Cd同位素比例特征和不同污染源中Cd同位素比例特征的关系来判断水稻籽粒中镉污染的来源。
目前对农产品中重金属污染溯源主要是依托矿物元素指纹特征及污染源距离、含量输入模型等方法。这些方法对污染源的解析精度存在较大不确定性，更无法精确的对不同污染源的贡献率进行定量解析。已有利用铅同位素对小麦等植物进行溯源的研究报道，由于水稻籽粒中镉同位素检测困难和水稻籽粒中镉同位素分馏系数的不确定，目前还没有水稻籽粒中的镉污染来源解析的报道。
目前已有少量研究利用镉同位素追溯土壤及其他无机物质中镉来源的方法。张羽旭(2010)尝试用Cd同位素示踪云南兰坪超大型铅锌矿区的金顶镇附近不同污染源共同造成的土壤重金属Cd污染，为追溯该地区的Cd污染源进行了初步研究，并取得了较合理的结果。Cloquet(2006)等研究了法国北部一个铅锌冶炼厂附近受污染的表层土壤中δ114Cd的系统变化，表明该地区的镉同位素分馏主要受冶炼影响。利用表层土壤中镉浓度和δ114Cd可以揭示镉污染的三个主要来源(工业灰尘、矿渣及农业)及其在各个采样点的相对贡献率。
但是由于稻米籽粒中的Cd同位素测定较为复杂，并且稻米籽粒中的Cd同位素与土壤中的Cd同位素存在生长的分馏效应，即由于稻米的选择性吸收原因土壤中的Cd同位素与稻米籽粒中的同位素比例会存在差异，不考虑分馏系数将会导致Cd同位素溯源结果出现偏差。这些原因导致目前仍然没有基于同位素示踪技术的水稻籽粒(包括其他作物)中的Cd污染来源解析方法。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法。
本发明提供的技术方案为：
一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，包括：
步骤一、分别测定土壤中污染源A、污染源B及水稻籽粒中的Cd同位素比值δA、δB和δt；
步骤二、依照源解析公式(1)计算出污染源A对水稻籽粒中镉元素的贡献率fA：
其中，δt为待解析水稻籽粒中镉元素同位素比值，α为土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数，δA为污染源A的镉同位素比值，δB为污染源B的镉同位素比值，所述待解析水稻籽粒收获于所述土壤。
优选的是，所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，还包括如下步骤：
步骤三、计算得出污染源B对水稻籽粒中镉元素的贡献率fB：
fB＝1-fA。
优选的是，所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法中，步骤二中，获得所述土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数α的值包括如下步骤：
1.1)向无Cd污染土壤中按照一定浓度土添加Cd元素，之后于所述土壤中种植水稻；
1.2)待水稻成熟后收获，分别对土壤样品和水稻籽粒样品进行镉同位素比值测定，再利用如下公式计算获得土壤Cd同位素特征δ114/110Cd土壤和水稻籽粒Cd同位素特征δ114/110Cd籽粒，
其中，(114Cd/110Cd)样品是所测定样品的114Cd/110Cd值，(114Cd/110Cd)标准是标准NISTSRM 3108的114Cd/110Cd值；
则，土壤至水稻籽粒的镉同位素分馏系数α＝(δ114/110Cd籽粒+1000)/(δ114/110Cd土壤+1000)。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明依托水稻籽粒中镉元素的同位素特征，可以精确的对水稻籽粒中的镉污染来源进行定量解析，确定不同污染源对水稻籽粒中镉元素来源的贡献率。本发明通过测定水稻籽粒与土壤中镉元素的分馏系数，开发出了依托同位素指纹技术对水稻籽粒中镉元素来源进行追溯的方法，与矿物元素指纹等方法相比，能精确确定不同污染源的贡献率，对污染源的追溯效果更好。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明基于已授权的专利技术突破了水稻籽粒中镉同位素的检测方法(多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法，ZL2015101519104)，提出了水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，确定了稻米籽粒及各个器官中Cd同位素与土壤中Cd同位素的分馏系数，解决了利用同位素示踪技术对水稻籽粒中Cd污染来源解析的两大困难。
本发明提供一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，包括：
步骤一、测定土壤至水稻籽粒的镉同位素分馏系数α，
步骤二、分别测定土壤污染源A、污染源B及水稻籽粒中的Cd同位素比值δA、δB和δt。
步骤三、依照源解析公式(1)计算出污染源A对水稻籽粒中镉元素的贡献率fA：
步骤四、计算得出污染源B对水稻籽粒中镉元素的贡献率fB：
fB＝1-fA
其中，δt为待解析水稻籽粒中镉元素同位素比值，α为土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数，δA为污染源A的镉同位素比值，δB为污染源B的镉同位素比值，所述带解析水稻籽粒收获于所述土壤。水稻籽粒在本发明中也称为糙米。
在本发明一个实施例中，作为优选，步骤一中，获得所述土壤至至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数α的值包括如下步骤：
1.1)向无Cd污染土壤中按照一定浓度土添加Cd，之后于所述土壤中种植水稻；
1.2)待水稻成熟后收获，分别对土壤样品和水稻籽粒样品进行镉同位素比值测定，再利用如下公式计算获得土壤Cd同位素特征δ114/110Cd土壤和水稻籽粒Cd同位素特征δ114/110Cd籽粒，
其中，(114Cd/110Cd)样品是所测定样品的114Cd/110Cd值，(114Cd/110Cd)标准是标准NISTSRM3108的114Cd/110Cd值；
1.3)经测试，得出δ114/110Cd籽粒＝0.20±0.06，δ114/110Cd土壤＝-1.08±0.01；
1.4)利用所的δ114/110Cd土壤和δ114/110Cd籽粒值，计算土壤至水稻籽粒的镉同位素分馏系数,镉同位素分馏系数α＝(δ114/110Cd籽粒+1000)/(δ114/110Cd土壤+1000)＝1000.2/998.92≈1.0013。
作为优选，采用多接收电感耦合等离子体质谱方法测定所述镉元素同位素比值。即采用发明名称为“多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法”，申请号为201510151910.4，申请日为2015年04月01日的发明专利申请公开的方法进行镉元素同位素比值测定。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，现提供如下的实施例进行说明：
实施例1
某水稻种植区有两个镉污染可能的来源，分别是某冶炼厂A，和某电池生产厂B。分别采集A厂、B厂及稻米籽粒，测定镉同位素特征。
得出δ114/110CdA厂＝0.52
δ114/110CdB厂＝-0.13
δ114/110Cd稻米＝0.34
代入公式
结果为：冶炼厂A对水稻籽粒中的镉来源贡献率约为72.38％，电池生产厂贡献率约为27.62％。
这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，由于可以精确的对水稻籽粒中的镉污染来源进行定量解析及设定有水稻籽粒与土壤中镉元素的分馏系数，因此，能精确确定不同污染源的贡献率，对污染源的追溯效果更好。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、分别测定土壤中污染源A、污染源B及水稻籽粒中的Cd同位素比值δA、δB和δt；
步骤二、依照源解析公式(1)计算出污染源A对水稻籽粒中镉元素的贡献率fA：
<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，δt为待解析水稻籽粒中镉元素同位素比值，α为土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数，δA为污染源A的镉同位素比值，δB为污染源B的镉同位素比值，所述待解析水稻籽粒收获于所述土壤。
2.如权利要求1所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤三、计算得出污染源B对水稻籽粒中镉元素的贡献率fB：
fB＝1-fA。
3.如权利要求1所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，其特征在于，步骤二中，获得所述土壤至水稻籽粒中的镉同位素分馏系数α的值包括如下步骤：
1.1)向无Cd污染土壤中按照一定浓度土添加Cd，之后于所述土壤中种植水稻，所述无Cd污染土壤采自0-20cm耕层，pH值6.7的土壤；
1.2)待水稻成熟后收获水稻籽粒，分别对土壤样品和水稻籽粒样品进行镉同位素比值测定，再利用如下公式计算获得土壤Cd同位素特征δ114/110Cd土壤和水稻籽粒Cd同位素特征δ114/110Cd籽粒，
其中，(114Cd/110Cd)样品是所测定样品的114Cd/110Cd值，(114Cd/110Cd)标准是标准NISTSRM3108的114Cd/110Cd值；
则，镉同位素分馏系数α＝(δ114/110Cd籽粒+1000)/(δ114/110Cd土壤+1000)。
4.如权利要求3所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，其特征在于，采用多接收电感耦合等离子体质谱方法测定所述镉元素同位素比值。
5.如权利要求3所述的水稻籽粒中镉元素污染来源的解析方法，其特征在于，所述α＝1.0013。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110069897A (zh) * 2019-05-30 2019-07-30 华北电力大学 一种基于同位素技术的大气细颗粒物来源解析方法和装置
CN112179974A (zh) * 2020-09-11 2021-01-05 浙江省农业科学院 一种基于稳定同位素与多元素特征分析的土壤铅污染源识别方法
CN114062476A (zh) * 2021-10-28 2022-02-18 中国科学院地球化学研究所 一种土壤Cd/Pb复合污染双金属同位素源解析方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101419208A (zh) * 2008-11-29 2009-04-29 太原理工大学 一种解决空气颗粒物来源解析中遇到的共线性问题的方法
CN102520123A (zh) * 2011-12-13 2012-06-27 中国农业科学院农产品加工研究所 一种辅助分析小麦籽粒中铅污染源的方法
CN104713939A (zh) * 2015-04-01 2015-06-17 中国农业科学院农产品加工研究所 多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101419208A (zh) * 2008-11-29 2009-04-29 太原理工大学 一种解决空气颗粒物来源解析中遇到的共线性问题的方法
CN102520123A (zh) * 2011-12-13 2012-06-27 中国农业科学院农产品加工研究所 一种辅助分析小麦籽粒中铅污染源的方法
CN104713939A (zh) * 2015-04-01 2015-06-17 中国农业科学院农产品加工研究所 多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DOMINIK J. WEISS.ETAL: "Application of Nontraditional Stable-Isotope Systems to the Study of Sources and FATE of METALS in the ENVIRONMENT", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY》 *
YUYOU ZHI.ETAL: "Source identification and apportionment of soil cadmium in cropland of Eastern China: a combined approach of models and geographic information system", 《J.SOILS SEDIMENTS》 *
王银泉等: "镉同位素示踪技术在土壤和沉积物镉污染来源解析中的应用进展", 《矿物学报》 *
赵多勇等: "铅同位素比率分析技术在食品污染源解析中的应用", 《核农学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110069897A (zh) * 2019-05-30 2019-07-30 华北电力大学 一种基于同位素技术的大气细颗粒物来源解析方法和装置
CN112179974A (zh) * 2020-09-11 2021-01-05 浙江省农业科学院 一种基于稳定同位素与多元素特征分析的土壤铅污染源识别方法
CN114062476A (zh) * 2021-10-28 2022-02-18 中国科学院地球化学研究所 一种土壤Cd/Pb复合污染双金属同位素源解析方法及系统

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