微波消解－ICP－MS法同时测定食品用纸容器中15种元素

周法东，张 玮，李利元，孔维恒，高 峰，刘 鑫，卢晓宇

（1.沧州市产品质量监督检验所，河北 沧州 061000；2.河北省环境监测中心站，河北 石家庄 050051，3.北京出入境检验检疫局技术中心 北京 100026）

近年来，食品安全越来越受到人们的重视，食品包装工业发展非常迅速，食品包装常用材料之一的纸质包装，因其具有良好的机械操作性能、物理性能，并且环保等因素，已成为食品包装的重要原料来源之一。但纸质包装材料也有其自身缺点，例如在生产过程中会难免添加一些化学物质，如增塑剂、固化剂、防霉剂，这些添加的物质与食品接触，可能会迁移到食品中，引起食品的污染，进而损害消费者健康。因此，纸质食品包装材料的安全性成为人们广泛关注的话题［1－2］。欧盟出台的指令94／62／EC《包装和包装废弃物法令》［3］对包装及其废品中重金属的含量提出了相关的限量要求：自2001年6月30日起，各个欧盟成员国应保证所使用的包装及其材料中，铅、镉、汞以及铬的总量低于100mg／L。2006年10月24日，欧盟议会正式通过决议，规定在市场上纸包装制成品中铅、镉、砷三种重金属及其化合物的含量不得超过产品质量的0.01%［4］。尽管如此仍有多种重元素通过食品包装材料，非常隐蔽的进入食品中。因此，建立纸包装容器中元素的检测和分析方法是十分必要的。

目前测定元素的方法主要有石墨炉原子吸收光谱（GFAAS）法、火焰原子吸收光谱（FAAS）法、原子荧光光谱（AFS）法、电感耦合等离子体发射光谱（ICP－AES）法等，但有各自缺点，例如耗费时间长，基质效应较大、线性范围受限制等。ICP－AES法虽可以同时测定多种元素，但谱线干扰多，灵敏度略低，难以满足痕量分析的要求。ICP－MS法具有分析速度快，检出限较低、基质效应小、多元素同时分析等优点，能够对多种元素进行同时测定。针对元素测定的前处理，广泛采用的方法有干法消解、湿法消解和微波消解3种，其中微波消解具有较高的技术优势，可以防止部分易挥发元素损失，用酸量少，消解速度快，污染小，满足食品用纸容器中15种元素的同时测定的前处理要求。微波消解结合AFS、AAS在化矿、轻工领域有着广泛的应用［5－6］，微波消解结合ICP－MS测定蜂产品［7］也有应用。针对纸杯、纸餐盒等食品用纸容器的测定方法以微波消解结合GFAAS为主［8］，结合ICP－MS的检测技术未见报道。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

硝酸、双氧水（均为优级纯）混合标准溶液：将锂、铍、钛、钴、镍、铜、钼、银、镉、锡、锑、汞、铅、锰、砷单元素标准溶液（均够自于国家标物中心），用0.5mol／L硝酸溶液逐级稀释而成。

1.2 仪器与设备

DRC－E电感耦合等离子体质谱联用仪（美国PE公司）。采用调谐液优化后仪器工作条件为：离子透镜电压：6V；雾化室气体流量：0.88L／min；RF功率：1100W；辅助气体流量：1.2L／min；等离子体气流量：16L／min。其中砷的测定采用动态反应池模式，设定参数为Cell gas A：0.3 ；Cell gas B：0；RPa：00；RPq：0.5。

NOVAWAVE全自动的微波消解仪（加拿大SCP SCIENCE）。

Milli－Q超纯水机（美国Millipore公司）。

1.3 实验方法

将试样剪成0.5cm×0.5cm大小，混匀，准确称取0.500g于50mL石英管中，加入5mL硝酸（HNO3）和2mL过氧化氢（H2O2），轻轻摇匀，浸泡1h，盖紧消解管的盖子后放入微波消解器中。由于食品用纸容器常涂有蜡质或是聚乙烯塑料膜，故消解时最终温度要稍高，且维持时间较长，以便能充分消解样品，微波消解程序见表1。消解完毕后，取出冷却，开罐，驱除样品中多余的氮氧化物，自然冷却至室温后，用二次水稀释定容至10mL比色管中，摇匀待测，同时做空白实验。

表1 微波消解程序

2 结果与讨论

2.1 消解体系的选择

本实验比较了5mL HNO3＋1mL H2O2、8mL HNO3＋1mL H2O2、5mL HNO3＋2mL H2O2和8mL HNO3＋1mL H2O2四种消解体系。结果表明，采用5mL HNO3＋1mL H2O2体系，样品消解不完全，选用5mL HNO3＋2mL H2O2、8mL HNO3＋1mL H2O2和8mL HNO3＋2mL H2O2体系时消解完全，溶液澄清。为使影响消解液空白、测试稳定性及酸对锥的腐蚀降到最低，在样品消解完全的基础上，尽量减少酸用量，以5mL HNO3＋2mL H2O2的消解体系最佳。

2.2 线性关系及方法检出限

根据不同元素的灵敏度，配制多元素混合标准曲线，各元素在0.5～100ug／L范围内线性关系良好，相关系数（R2）均大于0.999。不同元素的线性范围、检出限和定量限见表2。

表2 15种元素的线性范围、检出限和定量限

2.3 回收率和精密度

以纸杯为试样，分别添加定量限水平，按照本研究方法进行测定，每个水平单独测定10次，回收率及精密度实验结果详见表3。从表3可以明显看出，本方法测定的15种元素的相对标准偏差均低于5%，具有良好的精密度（以RSD%表示），且回收率均大于80%。

表3 15种元素的回收率和精密度（n＝11）

2.4 样品分析

选取不同品牌的纸杯和纸餐盒样品各5种，按照上述条件测定其元素含量，每种样品平行测定三次，以算术平均值作为实测结果见表4。结果表明各试样均符合限量要求，但是金属含量参差不齐，可能与材质、涂层和印刷油墨有关。

3 结论

本文采用微波消解联合电感耦合等离子体质谱法对食品用纸容器中15种元素的测定进行了测定。该方法具有检出限较低、灵敏度高等特点，并且操作简便、污染小，对样品检测定性确证方面具有的较高的实用价值和良好推广前景。

表4 样品分析结果（mg／kg）

［1］ 宋欢，王天娇，李波，等.纸质食品包装材料中化学物分析检测技术研究进展［J］.食品科学，2009，30（17）：339－344.

［2］ 苏淑坛，卫佳欢，蒋小良.，等.微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定纸质食品包装材料中的痕量镉［J］.化学分析计量，2013，2（2）：31－34.

［3］ Lamberty A，van Borm W，Quevauviller P，Fresen iusJ.The EU network on trace element speciation in full swing A nal，Chem，2001，370：811.

［4］ US－EPA.Perfluorooctyl sulfonates.proposed significant mew use rule，40CFR Part 721［EB／OL］.US Federal Register，Vol 67，No 47，Monday 11March 2002.［2002－03－11］.＼https：／／www.federalregister.gov／articles／2002／03／11／02－5746／perfluoroalkyl－sulfonates－significant－new－use－rule.

［5］ 刘曙，罗梦竹，金樱华，等.微波消解－化学蒸气发生－原子荧光光谱法同时测定铁矿石中的痕量砷和汞［J］.岩矿测试，2012，31（6）：456－462.

［6］ 邓小文，卫佳欢，蒋小良，等.微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定皮革制品及纺织品中痕量镉［J］.西部皮革，2013，35（8）：29－33.

［7］ 夏春，高柱，臧爱香.微波消解－电感耦合等离子体质谱法（ICP－MS）测定蜂蜜中多种元素［J］.现代农业科技，2013，2：278－279.

［8］ 苏淑坛，卫佳欢，蒋小良，等.微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定纸质食品包装材料中的痕量镉［J］.化学分析计量，2013，22（2）：31－34.