亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：多通道人工模拟胃肠系统评估土壤污染物人体有效性方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，涉及土壤污染的人体健康风险评价，特别是涉及土壤污染风险评价的实验系统及方法的建立。
背景技术：
现有的土壤重金属污染研究，大多是以土壤—植物系统为切入点，研究重金属通过食物链途径进入人体的总量。毫无疑问，食物链是重金属进入人体内的一个非常重要的来源。在我国，人们已经充分认识到污染土壤上生长的作物或农产品中所含的重金属过高，可能会对人体健康造成的�：�。通过污染土地的各种修复措施，包括物理(如客土等)、化学(加入土壤添加剂和钝化剂等)和生物方法(如植物提取等)，或土地利用方式的改变和调整，经由食物链进入人体的重金属大量减少。因此，在食物链途径的重金属摄入量逐步得以有效控制的情况下，无意的经口部摄入(手—口直接接触活动)在很多情况下会成为人体摄入重金属的重要来源。特别是对于儿童而言，由于其缺乏卫生意识和野外活动时间较长，因缺乏卫生意识，重金属污染的土壤会粘在手上，在玩�：徒呈敝苯咏胂溃蚨贾戮谏闳肟沙晌亟鹗粑廴就寥赖娜颂灞┞兜闹饕揪�。一般而言，儿童的经口无意的土壤摄入量可达50-200毫克/天。有报导表明，儿童通过有意经口摄入的土壤量甚至可能高达60克/天。儿童正于生长发育阶段，对重金属污染比成年人更为敏感。因此，非常有必要采取有效方法，来评估重金属污染土壤的人体经口摄入的有效性，为确定土壤重金属的临界值或环境清洁目标值提供可靠的依据。
评估土壤中的重金属对人体的生物有效性，通常有两种方法，即动物实验和体外实验。传统的动物口服毒性实验的结果通常认为是相当可靠的，但这种方法的应用，受到其相对较长的实验周期和较高的实验费用的限制。正因为如此，更为快速和经济的土壤重金属有效性的浸提法评估则被提出。许多研究均表明，基于生理学的体外实验，与动物实验的结果表现出良好的相关性。近十年来，该法不断得以改进和完善，其应用范围正在日益拓宽。
在我国土壤重金属污染点多面广的背景下，可靠地评估人体经口摄入的土壤中的有毒重金属的有效性，已成为提高我国人民健康质量所不可忽视的焦点问题之一。体外实验的出现和发展，为这种评估提供了一种经济、快速和有效的手段。一方面，通过体外法筛选甄别出污染程度较为严重，可能危害人体健康的土壤后，可以结合动物实验进行毒理学的深入研究。另一方面，可应用体外实验快速检验土壤修复措施的有效性。此外，已有一些研究者着手应用体外法研究土壤重金属进入消化道可能发生的形态特征及不同形态重金属跨膜吸收迁移的定性和定量规律，并可借此从形态转化机理上，评价修复措施的可行性和有效性。因此，可以预期，体外实验在我国重金属污染土壤的人体健康风险评价和修复措施的效果评估研究具有相当广阔的应用前景，进而为制定更为全面地保障人体健康的土壤质量标准或清洁标准，以及修复措施决策，提供可靠的科学依据。
体外实验的结果的可靠性主要取决于实验系统在多大程度上模拟人体的胃肠消化系统。在这种背景下，本发明提出应用人工模拟胃肠模拟系统，作为一种更为可靠的体外实验系统，在反应条件上最大程度地模拟人体胃肠消化系统的实际环境，快速测定土壤重金属污染物经口摄入的有效性，进而评估土壤重金属污染对人体的健康风险，并可用于土壤污染修复措施的有效性的评价。

发明内容
本发明的目的是快速筛查重金属污染土壤，明确土壤重金属对人体的经口摄入有效性，用于土壤重金属污染的人体健康风险和土壤污染修复措施有效性的评价，为制定合理且经济的土壤重金属清洁目标体系提供可靠依据。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一套多通道人工模拟胃肠系统评估土壤污染物人体有效性方法，包括下列步骤
a、建立多通道人工模拟胃肠系统；b、土壤样品的采集和处理；c、配制人工消化液；d、将土样和人工消化液加入多通道人工模拟胃肠系统；e、在控制一定的反应条件，经过一定时间后，从系统的人工胃肠反应器的反应容器内采集一定量的水样；f、过滤后，测定水样中的污染物含量。
所述的方法，其a步中所述建立多通道人工模拟胃肠系统，包括氩气供应子系统(氩气钢瓶，分流排和气体流量计)、多通道人工胃肠模拟反应器(8个反应器)和自动酸碱滴定仪；其中，氩气供应子系统与多通道人工胃肠模拟反应器相连，人工胃肠模拟反应器的反应容器的4/5置于水浴槽中，自动酸碱滴定仪的探头置于人工胃肠模拟反应器的反应容器内的反应液中，其加液头置于反应液上方2～3cm。。
所述的方法，其所述氩气供应子系统，包括氩气钢瓶，分流排和气体流量计，氩气钢瓶通过减压阀与分流排连通，分流排的多个通道中设有气体流量计。
所述的方法，其所述人工胃肠模拟反应器，包括控制面板，玻璃反应容器和由聚四氟包被的搅拌器，控制面板与分流排的多个通道连通，反应容器和搅拌器与控制面板固连，通道的下端和搅拌器置于反应容器内的下部。
所述的方法，其所述自动酸碱滴定仪的探头置于人工胃肠模拟反应器的反应容器内的反应液中，其加液头置于反应液上方2～3cm。
所述的方法，其所述反应容器为6～8个。
所述的方法，其b步中所述土壤样品的采集和处理，由于本方法所关注的是人群(特别是儿童)在户外活动中手—口接触活动经口摄入的污染土壤对人体的健康风险，加之，通常＜0.25mm的土壤颗粒会粘附在手上，本方法要求采集表层0～5cm土壤，风干，过0.25mm筛，�。�0.25mm土样进行下一步的分析。
所述的方法，其c步中所述配制人工消化液，其方法是每批样品配制模拟胃液5升，内含0.13～0.17M NaCl，加入柠檬酸2.0～3.0克、苹果酸2.0～3.0克、乳酸2.0～2.2毫升、冰乙酸2.0～3.0毫升和胃蛋白酶6.0～6.5克，用12M HCl将pH值调到1.3～1.7；备用。
所述的方法，其在d步中，是向各反应容器中分别加入550～650毫升的人工消化液和过0.25毫米筛的待测土壤6克。
所述的方法，其在e步中，将反应容器置于37℃水浴中，在人工消化液中以0.8～1.2升/分的速度通入氩气，以创造厌氧环境，以80～120转/分搅动，开始胃阶段，采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在1.3～1.7，反应1小时后，用针筒吸取20毫升模拟胃反应液；然后，在各反应容器中分别加入NaHCO3粉末，调节pH值至6.8～7.2，再加入0.34～0.38克胰蛋白酶和1.1～1.3克胆盐，开始小肠阶段，采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在6.8～7.2，4小时后，用针筒吸取20毫升反应液。
所述的方法，其在f步中，将所采集的模拟胃或小肠反应液置于离心管中，以10000转/分离心10分钟，0.45微米过滤，采用原子吸收法分析滤液中的污染物含量。
本发明方法经试验表明，该方法的重复性好，能快速地测得土壤重金属的经口摄入有效性，可用于快速筛查污染土壤并评价土壤修复措施的有效性。


图1是经本发明提出用于测定土壤重金属经口摄入有效性的多通道人工模拟胃肠系统。
具体实施例方式
在评估重金属污染土壤对人体健康的风险中，采用本发明所提出的多通道人工模拟胃肠系统和体外实验方法，测定污染土壤经口摄入后，在胃和小肠阶段中人工模拟消化液中的可溶态重金属的含量，可用于快速筛查污染土壤，为制定相应的土壤清洁目标值提供依据，并可用于土壤修复措施有效性的评价。
一、多通道人工模拟胃肠系统的建立本发明在原有简单的智能药物溶出试验仪的基础上，自制多通道人工模拟胃肠系统(如图1)，更为真实地模拟了人体胃肠的消化过程。该系统由氩气供应系统(包括氩气钢瓶、减压阀、分流排和流量计)，水浴槽(控温精度±0.3℃，包括8个玻璃反应容器和由聚四氟包被的搅拌器)和自动酸碱滴定仪组成。
二、待测土壤样品的采集和准备采集污染区表层0～5cm土壤，风干，过0.25mm筛，�。�0.25mm土样进行下一步的分析。
三、测定土壤样品经口摄入的有效性在本发明设计的多通道人工模拟胃肠系统的反应容器中，加入6克过0.25毫米筛的土壤样品和550～650毫升人工模拟消化液(含0.13～0.17M NaCl，0.04～0.06％柠檬酸，0.04～0.06％苹果酸，0.04～0.044％乳酸，0.04～0.06％冰乙酸和0.12～0.172％蛋白酶，pH 1.3～1.7)，通入氩气(0.8～1.2升/分)，80～120转/分搅动，开始胃模拟阶段，采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在1.3～1.7，1小时后吸取20毫升胃模拟反应液；在各反应容器中加入NaHCO3粉末调节pH至6.8～7.2，再加入0.34～0.38克胰蛋白酶和1.1～1.3克胆盐，开始小肠模拟阶段，自动滴定控制以HCl或NaHCO3在pH 6.8～7.2，4小时后吸取20毫升小肠模拟反应液。
将所采集的胃和小肠模拟反应液在10000转/分离心，取上清液，0.45微米过滤，测定滤液中的重金属含量，从而获得污染土壤中的重金属经口摄入的有效性。
实施例采集安徽阜阳市肖口镇居民区附近的表层0～5cm铅污染土壤，将其风干，过0.25mm筛，其基本理化性质pH值为8.0，有机质含量为1.7％，全磷含量(以P2O5)为0.13％，有效磷含量为26.7mg kg-1，总铅含量为10000mg kg-1。在土壤中加入10000mg kg-1羟基磷灰石，以期达到降低土壤中铅的经口摄入的有效性，土壤继续稳定达5个月(每星期加入去离子水，以保持20％的含水量)。
将不加羟基磷灰石和加羟基磷灰石的铅污染土壤各称取6克，加入600毫升本发明所提出的人工模拟消化液(按前述给出的各浓度范围的平均值配制)，采用本发明所设计的多通道人工胃肠模拟系统，经1小时的胃阶段反应(pH 1.5)和4小时的小肠阶段反应(pH 7)，分别吸取20毫升的胃和小肠模拟反应液，分析可溶态铅的含量。
结果表明，对于不加羟基磷灰石的铅污染土壤而言，胃和小肠阶段土壤铅的有效性分别为90％和21％；在对于加羟基磷灰石的铅污染土壤而言，胃和小肠阶段土壤铅的有效性分别为88％和1.1％，说明羟基磷灰石的加入，并未明显降低土壤铅在人体胃中的有效性，但可喜的是，能非常有效地降低土壤铅在小肠内的有效性，约达20倍，而人体的主要吸收器官是小肠，证明其修复效果是相当好的。该试验结果的重复性好，相对误差均在5％以内。因此，本发明所提出的多通道人工模拟胃肠实验系统和体外实验方法能有效地测定土壤重金属经口摄入的有效性，用于大量重金属污染土壤的快速筛查，以评价重金属污染土壤的人体健康风险及土壤修复措施有效性。
一种高效和更为可靠的人工胃肠模拟系统，测定土壤重金属经口摄入的有效性的方法，其包括下列步骤a、多通道人工模拟胃肠系统的建立；b、土壤样品的采集和处理；c、配制人工消化液；d、将土样和人工消化液加入多通道人工模拟胃肠系统；e、在控制一定的反应条件，经过一定时间后，从系统的人工胃肠反应器的反应容器内采集一定量的水样；f、过滤后，测定水样中的可溶态污染物含量。
所述的方法，其所述多通道人工模拟胃肠系统，包括氩气供应子系统(氩气钢瓶，分流排和气体流量计)、多通道人工胃肠模拟反应器(8个反应器)和自动酸碱滴定仪。
所述的方法，其所述待测土壤采集和处理，要求采集表层0-5cm土壤，风干，过0.25mm筛，�。�0.25mm土样进行下一步的分析。
所述的方法，其所述c步准备人工模拟消化液，方法是每批样品配制模拟胃液5升，内含0.13～0.17M NaCl，加入柠檬酸2.0～3.0克、苹果酸2.0～3.0克、乳酸2.0～2.2毫升、冰乙酸2.0～3.0毫升和胃蛋白酶6.0～6.5克，用12M HCl将pH值调到1.3～1.7；备用。
所述的方法，其d步中所述的方法为在各反应容器中加入550～650毫升的人工消化液和过0.25毫米筛的待测土壤6克。
所述的方法，其e步中所述的方法为将反应容器置于37℃水浴中，在人工消化液中通0.8～1.2升/分氩气，以创造厌氧环境，80～120转/分搅动，采用自动酸碱滴定仪采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在1.3～1.7，反应1小时后，用针筒吸取20毫升反应液；然后，在各反应容器中加入NaHCO3粉末，调节pH值在6.8～7.2，再加入0.34～0.36克胰蛋白酶(pancreatin，可购自Sigma公司)和1.1～1.2克胆盐(bile extract，可购自Sigma公司)，开始小肠阶段，采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在6.8～7.2，4小时后，用针筒吸取20毫升反应液。
所述的方法，其f步中所述的方法为将所采集的模拟胃或小肠反应液置于离心管中，10000转/分离心10分钟，0.45微米过滤，采用原子吸收法分析滤液中的污染物含量。
权利要求
1.一种多通道人工模拟胃肠系统评估土壤污染物人体有效性方法，其特征在于包括下列步骤a、建立多通道人工模拟胃肠系统；b、土壤样品的采集和处理；c、配制人工消化液；d、将土样和人工消化液加入多通道人工模拟胃肠系统；e、在控制一定的反应条件，经过一定时间后，从系统的人工胃肠反应器的反应容器内采集一定量的水样；f、过滤后，测定水样中的污染物含量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于a步中所述建立多通道人工模拟胃肠系统，包括氩气供应子系统、多通道人工胃肠模拟反应器和自动酸碱滴定仪；其中，氩气供应子系统与多通道人工胃肠模拟反应器相连，人工胃肠模拟反应器的反应容器的4/5置于水浴槽中，自动酸碱滴定仪的探头置于人工胃肠模拟反应器的反应容器内的反应液中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述氩气供应子系统，包括氩气钢瓶，分流排和气体流量计，氩气钢瓶通过减压阀与分流排连通，分流排的多个通道中设有气体流量计。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述人工胃肠模拟反应器，包括控制面板，玻璃反应容器和由聚四氟包被的搅拌器，控制面板与分流排的多个通道连通，反应容器和搅拌器与控制面板固连，通道的下端和搅拌器置于反应容器内的下部。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述自动酸碱滴定仪的探头置于人工胃肠模拟反应器的反应容器内的反应液中，其加液头置于反应液上方2～3cm。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于所述反应容器为6～8个。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于b步中所述土壤样品的采集和处理，是采集表层0～5cm土壤，风干，过0.25mm筛，�。�0.25mm土样进行下一步的分析。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于c步中所述配制人工消化液，其方法是每批样品配制模拟胃液5升，内含0.13～0.17MNaCl，加入柠檬酸2.0～3.0克、苹果酸2.0～3.0克、乳酸2.0～2.2毫升、冰乙酸2.0～3.0毫升和胃蛋白酶6.0～6.5克，用12M HCl将pH值调到1.3～1.7；备用。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于在d步中，是向各反应容器中分别加入550～650毫升的人工消化液和过0.25毫米筛的待测土壤6克。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于在e步中，将反应容器置于37℃水浴中，在人工消化液中以0.8～1.2升/分的速度通入氩气，以创造厌氧环境，以80～120转/分搅动，开始胃阶段，采用自动酸碱滴定仪控制pH值在1.3～1.7，反应1小时后，用针筒吸取20毫升模拟胃反应液；然后，在各反应容器中分别加入NaHCO3粉末，调节pH值在6.8～7.2，再加入0.34～0.38克胰蛋白酶和1.1～1.3克胆盐，开始小肠阶段，采用自动酸碱滴定仪以HCl或NaHCO3控制pH值在6.8～7.2，4小时后，用针筒吸取20毫升反应液。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于在f步中，将所采集的模拟胃或小肠反应液置于离心管中，以10000转/分离心10分钟，0.45微米过滤，采用原子吸收法分析滤液中的污染物含量。
全文摘要
本发明一种多通道人工模拟胃肠系统评估土壤污染物人体有效性方法，属于环保技术领域，涉及土壤重金属污染的人体健康风险评价，及土壤重金属生物有效性测定的实验系统及方法。本发明包括下列步骤a.多通道人工模拟胃肠系统的建立；b.土壤样品的采集和处理；c.配制人工消化液；d.将土样和人工消化液加入多通道人工模拟胃肠系统；e.在控制一定的反应条件，经过一定时间后，从系统人工胃肠反应器的反应容器内采集一定量的水样；f.过滤后，测定水样中的可溶态重金属污染物含量。本发明的系统及方法，可以用于大量且快速地筛查污染土壤，测定污染物经口摄入人体的生物有效性，评价土壤污染对人体健康风险及土壤修复措施的有效性。
文档编号G01N21/31GK1719250SQ200410062338
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月6日 优先权日2004年7月6日
发明者朱永官, 唐翔宇 申请人:中国科学院生态环境研究中心