Forskare vid University Johannesburg har utvecklat en effektiv och känsligare metod för att testa för farliga nivåer av tungmetaller som arsenik, kadmium och krom i grönsaker och vatten. Metoden kan användas för att testa andra livsmedel, också. Det är möjligt att testa för flera metaller samtidigt och processen kan automatiseras. Processen involverar teknik som är lätt tillgänglig i laboratorier i utvecklingsländer.

Spårmetaller som bly (Pb), arsenik (As), kadmium (Cd) och tallium (Tl) är giftiga även vid mycket låga koncentrationer. Arsenik, sexvärda kadmium- och kromföreningar är också erkända som cancerframkallande ämnen av International Agency for Research on Cancer (IARC) och US National Toxicology Program (NTP). Genom att kombinera korrekta och etablerade tekniker, Metoden gör det möjligt att testa för flera spårmetaller samtidigt.

"Studien ger en enkel, snabb och känslig metod för laboratorier med begränsade resurser. Forskningsresultaten kan också förbättra livsmedelskvaliteten för konsumenterna, " säger huvudförfattaren Prof Philiswa Nomngongo, SARChI ordförande för nanoteknologi för vatten vid University of Johannesburg.

"Denna studie bidrar med data som kan användas som referens när man sätter upp eller reviderar riktlinjerna för högsta tillåtna nivåer i vanliga grönsaker och välsmakande vatten, " tillägger hon.

"Metoden är miljövänlig och följer principerna för grön analytisk kemi. Den introducerar inte sekundära föroreningar."

Ny kombination av tekniker

Tidigare studier använde liknande metoder, men för analys av organiska föroreningar säger Dr Luthando Nyaba, medförfattare till studien, även vid University of Johannesburg.

"Detta är första gången där en lerbaserad adsorbent kombineras med en grumlingspunktsextraktionsmetod för samtidig analys av spårmetaller i grönsaker och välsmakande vatten, " han säger.

"Med denna metod, vi omvandlar fasta grönsaksprover till flytande form. Detta gör det möjligt att direkt analysera spårmetaller med ett lämpligt analysinstrument. Direkt, simultananalys gör att fler grönsaksprover kan analyseras samtidigt, snabbare än tidigare, ", tillägger Nyaba.

Metoden använder ultraljudsassisterad grumlingspunktextraktion och dispersiv mikrofastfasextraktion för att förkoncentrera prover från grönsaker och vatten. Proverna analyseras sedan direkt med induktivt kopplad plasmaoptisk emissionsspektrometri. Utrustningen som används för forskningen är några år gammal, säger Nomngongo. Dock, han säger, "Om vi ​​köper grönsaker klockan 8.00 på morgonen, vi har analysresultaten senast 1:00 på eftermiddagen, " tillägger hon.

För att identifiera spårmetaller i livsmedel och vatten krävs analytiska kemitekniker. Dessa utvecklas med tiden, ungefär som appar på mobiltelefoner, han säger.

"Utvecklarna av en telefonapp kan fixa programvarubuggar utan att skriva om appen helt. De lägger till korrigeringar till en ny version, och användare laddar ner den nya versionen för att dra nytta av det.

"Analytiska kemister är som mjukvaruutvecklare, göra uppdateringar av en befintlig metod för att göra dem kompatibla med nya analytiska kemiprinciper. I detta fall, ett av våra mål var att avsevärt minska mängden farliga lösningsmedel som traditionellt används vid testning av spårmetaller, ", tillägger Nyaba.

Svårt att upptäcka

Över hela världen, oönskade spårmetaller dyker upp i grönsaker och dricksvatten. Dessa metaller är bland många föroreningar som allvarligt påverkar människors hälsa. Att övervaka vilka metaller som förekommer i livsmedel och drycker kan verkligen utmana ett laboratorium. Först, laboratorier kan ofta inte direkt mäta vissa spårmetaller i livsmedel, eftersom de förekommer i koncentrationer som är för låga för att utrustningen ska kunna upptäcka dem. Detta innebär att sofistikerade metoder och dyr utrustning behövs för att upptäcka förekomsten av vissa spårmetaller. För det andra, grönsaker är till sin natur komplicerade att noggrant analysera för kemiska grundämnen, och kräver ofta lång tid, tidskrävande procedurer för att förbereda prover för metallprovning. Detta innebär att övervakningen av spårmetaller i jordbruksprodukter i allmänhet är långsam, dyr, och kan endast göras av högt kvalificerade vetenskapsmän. För utvecklingsländer, övervakning kan vara otillgänglig på grund av det.

Att hålla sig frisk, människor behöver äta grönsaker och dricka vatten. Högkvalitativa grönsaker innehåller många mikronäringsämnen, inklusive spårmetaller som kroppen behöver för att fungera väl. Men höga doser av vissa metaller kan göra människor sjuka, även om hälsotillstånd som cancer kan ta år att manifestera. Andra är så giftiga att mycket låga mängder kan göra människor extremt sjuka inom dagar eller veckor.

"Vi måste äta mat som innehåller några spårmetaller, som koppar, zink och järn. Men andra är giftiga – bly, arsenik kadmium, kvicksilver, bland andra. Å ena sidan, grönsaker är en viktig del av människans näring. På den andra, de är bra ackumulatorer av tungmetaller, " säger Nomngongo. "Att känna till nivån av metallföroreningar i grönsakerna vi äter och vattnet vi dricker kan göra skillnad för hälsa och livskvalitet, " tillägger hon.

Metaller överallt

Oönskade metaller påverkar matgrödor och dricksvatten över hela världen. Tungmetallföroreningar från urbanisering, fabriker, gruvor, och andra industrier filtrerar in i källor för dricksvatten och bevattning inom jordbruket. Vissa jordbruksgödselmedel, inklusive återanvänt avloppsslam, påverkar också livsmedelsgrödor. Många av dessa metaller bioackumuleras i människokroppen, hos djur, växter och miljö. Detta innebär att metallerna inte kan avlägsnas och att de resulterande problemen bara kan hanteras, inte botad.

Världshälsoorganisationen (WHO) och nationella regeringar publicerar riktlinjer för dricksvatten och andra standarder som visar vilka nivåer av metaller i mat och vatten som sannolikt påverkar människors hälsa. Och WHO:s internationella byrå för cancerforskning (IARC) och US National Toxicology Program (NTP) publicerar listor över kända och troliga cancerframkallande ämnen hos människor.

Lokalt, forskningsresultaten kan bidra till att förbättra livskvaliteten för samhällen som är beroende av de studerade vattenkällorna, säger Nomngongo. "Resultaten kan också hjälpa den sydafrikanska regeringen och miljöskyddsmyndigheter att fastställa, se över och upprätthålla vattenkvalitetsbestämmelser, " tillägger hon.