食品纸塑复合包装材料中重金属在土壤中迁移影响因素的研究

黎 菲，周 洋，黄 茜，孟信刚

(1景德镇学院 生物与环境工程学院， 江西 景德镇 334000；2景德镇市卫生学校， 江西 景德镇 333000)

食品纸塑复合包装材料兼有塑料和纸的特性。除了塑料中所含的单体和低聚物之外，在纸的制造工序中，还添加了荧光增白剂、抗油剂、润湿强度剂、黏合剂、印刷油墨等各种功能性添加剂[1-2]。因此，该包装材料存在重金属转移，游离单体和分解产物超标的问题，并且有可能转移到食物、土壤和水中，会进一步危害人类的身体健康，还会影响环境[3-6]。然而目前的文献大多集中于重金属在水中的迁移研究，且缺乏系统性[7-9]。因此，讨论不同温度、不同材料重金属迁移到土壤中的迁移情况，可以为居民选择食品纸塑复合包装材料及食品包装工艺完善措施提供了良好的依据。本文利用分光光度法[10]考察三种具有代表性的食品纸塑复合包装材料中重金属在土壤中的迁移规律[11-12]，分析材料中的铬迁移到土壤中后其含量变化情况，有利于更好地了解纸塑复合材料中重金属的最终去向，从而了解该材料在环境中的危害，并提醒人们改进材料的生产工艺。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料与设备

药品和试剂：二苯碳酰二肼、乙醇、硝酸(ρ=1.42，优级纯)、高锰酸钾(优级纯)，购于南通润丰石油化工有限公司；硫酸(ρ=1.84，优级纯)，购于余姚市川越贸易有限公司；磷酸(85%，优级纯)，购于山东艺鸿化工有限公司；叠氮化钠(优级纯)，购于湖北鑫润德化工有限公司；铬标准贮存溶液(ρCr=100mg/L)，购于天津市百伦斯生物技术有限公司，铬标准使用溶液1.00mg/L、二苯碳配上肼溶液(2.5g/L)。

仪器设备：离心机；721型分光光度计；电热板；25mL具塞比色管；锥形瓶；烧杯等玻璃器皿。

土壤样品处理：筛选后的土样0.5000g；浓硫酸(优级纯)1.5 mL；浓磷酸(优级纯)1.5mL；硝酸(优级纯)3mL，摇匀，电热板上加热消化。

1.2 试验方法

供试样品的处理：选择三种不同品牌的由食品纸塑复合包装材料所制成的牛奶盒进行试验，记为：1#、2#、3#。供试样品需进行切割，切割成0.5cm×0.5cm的碎片，增加其与土壤的接触面积。将切割后的材料与土壤均匀的混合在一起，尽量确保其不受其他情况的干扰。

待实验土壤采集与处理：采取梅花形布点法(表1)。用梅花形法在900cm2的样地中选取5份0-10cm深的土样。将沙砾、杂草等杂质去除，搅拌均匀，装入塑料袋，密封，贴上标签，存放于-20℃下环境中。使用时，将其置于室温。

表1 梅花形布点法

食品纸塑复合材料中的重金属迁移到土壤的实验方案：取10个100mL烧杯，其中一个为空白，不要放置试样。其他9个烧杯取与初步处理的土壤质量相同的土壤，挖一个高度和体积相同的坑。将相同质量的材料类型1#、2#、3#的样品放入其中，并用土掩埋。在不同类型的样本上进行三组平行实验。试样不应靠近墙壁和暴露在土壤表面。然后用一个平板覆盖以减少水的蒸发。两个月后在室温下对所有烧杯进行标记和测试。

表2 重金属迁移到土壤的实验方案

食品纸塑复合材料中的重金属在不同温度下迁移到土壤的实验方案：采用相同的土壤取样和处理方法，取10个100mL烧杯，其中一个烧杯为空白，不要放置试样。在另外9个烧杯中，对相同质量的土壤进行初步处理，将相同质量的材料类型1#、2#、3#放入试样中，与土壤一起掩埋。在不同类型的样本上进行三组平行实验。试样不应靠近墙壁和暴露在土壤表面。然后用一个平板覆盖以减少水的蒸发，标记所有烧杯，并将其分别放置在20℃，40℃，60℃的恒温箱内。

表3 重金属在不同温度下迁移到土壤的实验方案

待测样品的测定[13-14]：取待测离心水样5mL于25mL具塞比色管[15]，加入最佳量的磷酸和硫酸溶液，加入高锰酸钾溶液至紫红色。在沸水中煮15分钟，如果紫红色褪色，继续加入高锰酸钾溶液，直到不褪色为止。滴入叠氮化钠溶液，摇匀至颜色褪色，冷却比色管，定容，加入最佳量的二苯碳酰二肼溶液，摇匀。于波长540nm，测取吸光度。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

根据实验的结果显示，波长在540nm时，利用分光光度计，以蒸馏水为参比得到的吸光度为纵坐标，铬标准使用液浓度(mg/L)为横坐标，绘制标准曲线(图1)。趋势线方程为y=0.5751x+0.0022，R2为0.9997。根据标注曲线数据可知，标准曲线线性良好，可为后续样品的检测提供准确的定量分析。

图1 铬标准曲线

2.2 样品的测定

本文开展对食品纸塑复合包装材料中重金属在土壤中迁移规律的研究，讨论不同温度、三种不同材料重金属迁移到土壤中的迁移情况，结果见表4和表5。根据表4的实验数据结果可知，1#测定的土样中铬的浓度分别是0.049mg/g、0.051mg/g、0.047mg/g ，与原始土样铬浓度0.046mg/g相比，1#土样中铬浓度比原始高； 2#分别是0.048mg/g、0.048mg/g、0.047mg/g；3号分别是0.046mg/g、0.050mg/g、0.047mg/g，都比原始土样铬浓度高。从以上数据可知，食品纸塑复合包装材料中有重金属迁移到土壤中。不同的食品纸塑复合包装材料中重金属迁移含量有所不同。

表4 食品纸塑复合材料中的重金属迁移到土壤中的含量

根据表5的实验数据结果可知，1#测定的土样中铬的浓度分别是20℃，0.050mg/g；40℃，0.053mg/g；60℃，0.054mg/g。2#：20℃，0.048mg/g；40℃，0.050mg/g；60℃，0.052mg/g。3#：20℃，0.048mg/g；40℃，0.050mg/g；60℃ ，0.051mg/g。从实验数据可知，在同一个温度重金属的迁移不同，如20℃下，土样中铬的浓度由小到大排列为：3# 0.048mg/g=2# 0.048mg/g<1# 0.050mg/g；40℃下：3# 0.050mg/g=2# 0.050mg/g<1# 0.053mg/g；60℃下：3# 0.051 mg/g<2# 0.052mg/g<1# 0.054mg/g。在同一样品中，随着温度的升高，食品塑复合材料中的重金属迁移量增加[16]。

表5 食品塑复合材料中的重金属在不同温度下迁移到土壤中的含量

综上所述，在相同的时间内，随着温度的升高，迁移到土壤中的铬的含量就越高。其中这三种材料中重金属的迁移量最大的是1#样品，最小的是3#样品。根据GB 15618-1995土壤环境质量标准，结合实验土壤的情况，得知铬的土壤限定值为0.15mg/g,而本次实验测得的土壤中铬的浓度要比国家标准所要求的铬的浓度要小，本次实验选用的三种复合材料不会给土壤造成污染。

3 结论

本文主要考察三种具有代表性的食品纸塑复合包装材料中铬在土壤中的迁移规律，同时研究这三种材料在不同的温度下，铬迁移到土壤中的情况，研究结果显示，温度越高，则从食品纸塑复合材料中迁移到土壤中的金属铬就越多。食品纸塑复合材料中的重金属迁移到土壤的检测最优条件为[17]：波长为540nm、硫酸(1+1)的用量是0.25mL、磷酸(1+1)的用量是1mL、显色剂添加量是2mL，这三种材料中重金属迁移到土壤中的含量均低于国标中土壤铬含量的限定值，三种复合材料对环境友好，不会给土壤造成污染。