一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法

1.一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用扫集法在晴朗无风的天气下收集大气降尘，筛除其中大颗粒杂物，自然风干，筛取粒径小于63μm的降尘用于重金属分析；
步骤二、称取0.2g降尘样品，加入8.0mL浓硝酸和2.0mL高氯酸，依次50℃加热3小时，75℃加热1小时，100℃加热1小时，125℃加热1小时，150℃加热3小时，175℃加热2小时，190℃加热3小时近干，冷却后加入5％稀硝酸离心取上清，使用电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP‑MS)测试上清液中各类重金属浓度；
步骤三、称取0.2g降尘样品进行生物有效性的提取，具体操作方法如下：
(1)首先，配制2L的甘氨酸提取液：称取60.056g甘氨酸，加入1400‑1600ml去离子水溶解，一边滴加HCl，一边加入去离子水，直到最后总体积达到2L；
(2)称取0.2g降尘样品，加入25ml提取液，在37℃下充分震荡1‑1.5小时，使得降尘中重金属与甘氨酸提取液充分反应，测试反应后提取液的pH为1.0‑2.0，否则需重新震荡和反应；
(3)将反应混合物4000rpm离心15分钟，离心后的上清液过醋酸纤维滤膜，取过滤后的溶液进行重金属测定，所测得的含量即为重金属生物有效性部分的含量CSBET，计算重金属生物有效性所占重金属总量的贡献率；
步骤四、降尘中重金属主要通过口食直接摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径进入人体，根据美国EPA人体暴露风险评估方法，其健康风险计算模型如下所示：
(1)暴露剂量计算方法，如下所示：
其中，Ding为食物摄入途径日平均暴露量，Dinh为呼吸吸入途径日平均暴露量，Ddermal为皮肤接触途径日平均暴露量，LADD为致癌重金属吸入途径的终身日平均暴露量，单位均为‑1 ‑1
mg·(kg·d) ；C为实测降尘重金属总含量的浓度，单位为mg·kg ；Bioaccessibility％为重金属有效性占总量比例；IngR为经口食摄入的降尘频率，单位为mg/d；InhR为经呼吸吸
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入的降尘频率，单位为m/d；EF为暴露频率；ED为暴露年限；SL为皮肤黏着度，单位为mg/cm ；
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SA为暴露皮肤表面积，单位为cm ；ABS为皮肤吸收因子；PEF为大气降尘产生因子；BW为平均体重；AT为非致癌风险；
(2)降尘中重金属不同暴露途径的健康风险计算方法，如下所示：
HQ＝D/RfD0
HI＝∑HQ＝HQing+HQinh+HQdermal
Risk＝LADD×SF0
TotalRisk＝∑Risk＝Risking+Riskinh+Riskdermal
其中，HQ为非致癌风险商，表示单种污染物通过某一途径的非致癌风险；HQing、HQinh、HQdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径对人体产生的非致癌健康风险；HI为通过三种途径对人体产生的总非致癌健康风险；RfD0为日暴露健康风险‑1
参考剂量，单位为mg·(kg·d) ，表示每天每kg人体摄取的重金属元素不会引起人体不良反应的污染物最大量；当HQ、HI小于等于1.0时，认为重金属对人体的非致癌健康风险危害较小或没有明显伤害；当HQ、HI大于1.0时，认为重金属存在非致癌风险，有可能对人体造成危害；斜率系数SF0表示人体暴露于一定剂量某种污染物下产生致癌效应的最大概率，单位‑1
为mg·(kg·d) ；Risk为致癌风险，表示癌症发生的概率，通常以单位数量人口出现癌症患‑6 ‑4
者的比例表示，若Risk在10 ～10 之间，即每1万‑100万人增加1个癌症患者，则降尘中重金属的污染物不具备致癌风险；Risking、Riskinh、Riskdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触对人体产生的致癌健康风险；Total Risk为通过三种途径对人体产生的总致癌健康风险；
所述步骤四中的重金属有效性占总量比例计算公式为：Bioaccessibility％＝CSBET/C×100％；
所述步骤四中的非致癌风险计算公式为：AT＝ED×365；
所述步骤三中的甘氨酸溶液PH为1.5；
所述步骤三中的醋酸纤维滤膜孔径为0.45um。

一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于健康风险评估技术领域，具体涉及到一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法。\n背景技术\n[0002] 大气降尘是悬浮于大气中的颗粒物在重力、降水、湍流等因素的作用下降落于地表的大气颗粒物的总称，包括无机非金属颗粒、金属颗粒和有机颗粒的不均匀混合物，是联系大气、土壤、水体等多介质的重要纽带，也与人类关系紧密结合的一种环境要素。重金属难降解，可长期残留于环境中，易通过食物链系统对动植物和人体发生富集作用并产生毒害。降尘中多种重金属如：铅、铬、砷、铜、锌、镍等主要来源于工业污染、交通污染及建筑扬尘等，不仅可通过水体、大气、土壤等介质进入动植物并影响生态系统和环境安全，还可通过口食摄入、呼吸吸入和皮肤接触等途径进入人体，对人体健康产生潜在危害。\n[0003] 重金属的生物有效性(Bioaccessibility)是指重金属能被生物吸收或对生物产生毒性的性状，是衡量重金属元素健康影响和生态影响的关键指标。对环境中重金属进行风险评估是进行其风险管理的前提。近年来，众多学者对大气降尘中重金属进行了健康风险评估，但是模型在应用时主要集中在对重金属总含量的评估，缺乏对重金属生物有效性的考虑，从而导致健康风险评估中对重金属暴露剂量估算的误差，这也造成健康风险评估模型不确定性的一个重要来源。\n发明内容\n[0004] 对于现有技术中对于大气降尘中重金属健康风险评估中存在的取样不标准，提取重金属生物有效性的步骤太简单等技术问题，本发明提供一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法。\n[0005] 本发明的技术方案是：一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法，包括以下步骤：\n[0006] 步骤一、采用扫集法在晴朗无风的天气下收集大气降尘，筛除其中大颗粒杂物，自然风干，筛取粒径小于63μm的降尘用于重金属分析；\n[0007] 步骤二、称取0.2g降尘样品，加入8.0mL浓硝酸和2.0mL高氯酸，依次50℃加热3小时，75℃加热1小时，100℃℃加热1小时，125℃加热1小时，150℃加热3小时，175℃加热2小时，190℃加热3小时近干，冷却后加入5％稀硝酸离心取上清，使用电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP‑MS)测试上清液中各类重金属浓度；\n[0008] 步骤三、称取0.2g降尘样品进行生物有效性的提取，具体操作方法如下：\n[0009] (1)首先，配制2L的的甘氨酸提取液：称取60.056g甘氨酸，加入1400‑1600ml去离子水溶解，一边滴加HCl，一边加入去离子水，直到最后总体积达到2L；\n[0010] (2)称取0.2g降尘样品，加入25ml提取液，在37℃下充分震荡1‑1.5小时，使得降尘中重金属与甘氨酸提取液充分反应，测试反应后提取液的pH为1.0‑2.0，否则需重新震荡和反应；\n[0011] (3)将反应混合物4000rpm离心15分钟，离心后的上清液过醋酸纤维滤膜，取过滤后的溶液进行重金属测定，所测得的含量即为重金属生物有效性部分的含量CSBET，计算重金属生物有效性所占重金属总量的贡献率(Bioaccessibility％)；\n[0012] 步骤四、降尘中重金属主要通过口食直接摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径进入人体，根据美国EPA人体暴露风险评估方法，其健康风险计算模型如下所示：\n[0013] (1)暴露剂量计算方法，如下所示：\n[0014]\n[0015]\n[0016]\n[0017]\n[0018] 其中，Ding为食物摄入途径日平均暴露量，Dinh为呼吸吸入途径日平均暴露量，Ddermal为皮肤接触途径日平均暴露量，LADD为致癌重金属吸入途径的终身日平均暴露量，单‑1 ‑1\n位均为mg·(kg·d) ；C为实测降尘重金属总含量的浓度，单位为mg·kg ；\nBioaccessibility％为重金属有效性占总量比例；IngR为经口食摄入的降尘频率，单位为\n3\nmg/d；InhR为经呼吸吸入的降尘频率，单位为m/d；EF为暴露频率；ED为暴露年限；SL为皮肤\n2 2\n黏着度，单位为mg/cm ；SA为暴露皮肤表面积，单位为cm ；ABS为皮肤吸收因子；PEF为大气降尘产生因子；BW为平均体重；AT为非致癌风险；\n[0019] (2)降尘中重金属不同暴露途径的健康风险计算方法，如下所示：\n[0020] HQ＝D/RfD0\n[0021] HI＝∑HQ＝HQing+HQinh+HQdermal\n[0022] Risk＝LADD×SF0\n[0023] Total Risk＝∑Risk＝Risking+Riskinh+Riskdermal\n[0024] 其中，HQ为非致癌风险商，表示单种污染物通过某一途径的非致癌风险；HQing、HQinh、HQdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径对人体产生的非致癌健康风险；HI为通过三种途径对人体产生的总非致癌健康风险；RfD0为日暴露健‑1\n康风险参考剂量，单位为mg·(kg·d) ，表示每天每kg人体摄取的重金属元素不会引起人体不良反应的污染物最大量；当HQ、HI小于等于1.0时，认为重金属对人体的非致癌健康风险危害较小或没有明显伤害；当HQ、HI大于1.0时，认为重金属存在非致癌风险，有可能对人体造成危害；斜率系数SF0表示人体暴露于一定剂量某种污染物下产生致癌效应的最大概‑1\n率，单位为mg·(kg·d) ；Risk为致癌风险，表示癌症发生的概率，通常以单位数量人口出‑6 ‑4\n现癌症患者的比例表示，若Risk在10 ～10 之间(即每1万‑100万人增加1个癌症患者)，则该物质不具备致癌风险；Risking、Riskinh、Riskdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触对人体产生的致癌健康风险；Total Risk为通过三种途径对人体产生的总致癌健康风险。\n[0025] 进一步地，所述步骤四中的重金属有效性占总量比例计算公式为：\nBioaccessibility％＝CSBET/C×100％。\n[0026] 进一步地，所述步骤四中的非致癌风险计算公式为：AT＝ED×365。\n[0027] 进一步地，所述步骤三中的甘氨酸溶液PH为1.5。\n[0028] 进一步地，所述步骤三中的醋酸纤维滤膜孔径为0.45um。\n[0029] 相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法，根据大气中降尘进入人体的三种途径将收集到的降尘样品处理分为三组，分别对经食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径进入人体对人体产生的总致癌健康风险进行计算，本发明将重金属的生物有效性与重金属的健康风险评估模型相结合，可从重金属暴露剂量合理估算的角度降低健康风险模型的不确定性，也为环境中重金属污染相关的标准和法规的指定提供了科学依据。总之，本发明提供了一种操作方便、评估科学、误差小的风险评估方法，为人们对降尘中重金属的致癌风险进行评估预防。\n附图说明\n[0030] 图1是本发明的流程示意图。\n具体实施方式\n[0031] 为便于对本发明实施例的理解，下面结合附图1和具体实施例来对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。\n[0032] 一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法，包括以下步骤：\n[0033] 步骤一、采用扫集法在晴朗无风的天气下收集大气降尘，筛除其中大颗粒杂物，自然风干，筛取粒径小于63μm的降尘用于重金属分析；\n[0034] 步骤二、称取0.2g降尘样品，加入8.0mL浓硝酸和2.0mL高氯酸，依次50℃加热3小时，75℃加热1小时，100℃加热1小时，125℃加热1小时，150℃加热3小时，175℃加热2小时，\n190℃加热3小时近干，冷却后加入5％稀硝酸离心取上清，使用电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP‑MS)测试上清液中各类重金属浓度。\n[0035] 步骤三、称取0.2g降尘样品进行生物有效性的提取，具体操作方法如下：\n[0036] (1)首先，配制2L的的甘氨酸提取液：称取60.056g甘氨酸，加入1400去离子水溶解，一边滴加HCl，一边加入去离子水，直到最后总体积达到2L，PH达到1.5；\n[0037] (2)称取0.2g降尘样品，加入25ml提取液，在37℃下充分震荡1小时，使得降尘中重金属与甘氨酸提取液充分反应，测试反应后提取液的pH为1.0；\n[0038] (3)将反应混合物4000rpm离心15分钟，离心后的上清液过0.45um醋酸纤维滤膜，取过滤后的溶液进行重金属测定，所测得的含量即为重金属生物有效性部分的含量CSBET，计算重金属生物有效性所占重金属总量的贡献率(Bioaccessibility％)，计算公式为：\nBioaccessibility％＝CSBET/C×100％；\n[0039] 步骤四、降尘中重金属主要通过口食直接摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径进入人体，根据美国EPA人体暴露风险评估方法，其健康风险计算模型如下所示：\n[0040] (1)暴露剂量计算方法，如下所示：\n[0041]\n[0042]\n[0043]\n[0044]\n[0045] 其中，Ding为食物摄入途径日平均暴露量，Dinh为呼吸吸入途径日平均暴露量，Ddermal为皮肤接触途径日平均暴露量，LADD为致癌重金属吸入途径的终身日平均暴露量，单‑1 ‑1\n位均为mg·(kg·d) ；C为实测降尘重金属总含量的浓度，单位为mg·kg ；\nBioaccessibility％为重金属有效性占总量比例；IngR为经口食摄入的降尘频率，单位为\n3\nmg/d；InhR为经呼吸吸入的降尘频率，单位为m/d；EF为暴露频率；ED为暴露年限；SL为皮肤\n2 2\n黏着度，单位为mg/cm ；SA为暴露皮肤表面积，单位为cm ；ABS为皮肤吸收因子；PEF为大气降尘产生因子；BW为平均体重；AT为非致癌风险，计算公式为：AT＝ED×365；\n[0046] (2)降尘中重金属不同暴露途径的健康风险计算方法，如下所示：\n[0047] HQ＝D/RfD0\n[0048] HI＝∑HQ＝HQing+HQinh+HQdermal\n[0049] Risk＝LADD×SF0\n[0050] Total Risk＝∑Risk＝Risking+Riskinh+Riskdermal\n[0051] 其中，HQ为非致癌风险商，表示单种污染物通过某一途径的非致癌风险；HQing、HQinh、HQdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种途径对人体产生的非致癌健康风险；HI为通过三种途径对人体产生的总非致癌健康风险；RfD0为日暴露健‑1\n康风险参考剂量，单位为mg·(kg·d) ，表示每天每kg人体摄取的重金属元素不会引起人体不良反应的污染物最大量；当HQ、HI小于等于1.0时，认为重金属对人体的非致癌健康风险危害较小或没有明显伤害；当HQ、HI大于1.0时，认为重金属存在非致癌风险，有可能对人体造成危害；斜率系数SF0表示人体暴露于一定剂量某种污染物下产生致癌效应的最大概‑1\n率，单位为mg·(kg·d) ；Risk为致癌风险，表示癌症发生的概率，通常以单位数量人口出‑6 ‑4\n现癌症患者的比例表示，若Risk在10 ～10 之间(即每1万‑100万人增加1个癌症患者)，则该物质不具备致癌风险；Risking、Riskinh、Riskdermal分别为降尘中重金属通过食物摄入、呼吸吸入和皮肤接触对人体产生的致癌健康风险；Total Risk为通过三种途径对人体产生的总致癌健康风险。\n[0052] 根据本发明提供的一种基于金属SBET的降尘中重金属健康风险评估方法，收集南京某公园大气降尘，对降尘样品进行预处理，获得南京某公园大气降尘中重金属的总含量，如表1所示。\n[0053] 表1南京某公园降尘中重金属总量(单位：mg/kg)\n[0054]\n[0055] 根据SBET方法提取重金属生物有效性部分，计算重金属生物有效性所占重金属总量的贡献率Bioaccessibility％，如表2所示。\n[0056] 表2南京某公园降尘中重金属生物有效性占总量的贡献率(％)\n[0057]\n[0058] 根据健康风险评估的公式，计算降尘中重金属对不同人群非致癌暴露风险和致癌风险，结果如表3所示。\n[0059] 表3南京某公园降尘中重金属的非致癌风险指数和致癌风险\n[0060]\n[0061] 整体来说，各重金属的非致癌风险系数HQ均小于1，且总非致癌风险指数HI也均小于1，因此降尘中重金属对人体不存在非致癌风险，单种重金属各暴露途径总的非致癌风险排序为As>Pb>Cr>Mn>V>Cd>Ni>Cu>Zn>Co；儿童的非致癌风险高于成人；各暴露途径的非致‑6 ‑4\n癌风险排序为口食摄入＞皮肤接触＞呼吸摄入。致癌重金属As的致癌风险在10 ‑10 之间，表明As存在一定的致癌风险，但是在可接受范围之内，其他元素Cd、Cr、Ni和Co的致癌风‑6\n险均小于10 ，表明均不存在致癌风险。\n[0062] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。