原子吸收光谱法测定塑料食品包装材料中有害重金属

杨茜

摘 要：在国内，塑料食品包装因具有独特的耐腐蚀性、防潮性而被广泛使用，铅、铜、锌等是塑料食品包装袋的主要重金属污染元素，我国已发布的重金属检验最直接的方法是比色法。采用原子吸收光谱法测定聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料中的重金属含量，结果表明，标准曲线均呈现良好的线性关系，检出限为0.009～0.125 mg/kg。与国家标准中的比色法相比，原子吸收光谱法具有可操作性强、测定数据准确度高等优点，可广泛应用于PET材料中重金属的快速检测。

关键词：原子吸收光谱法；塑料食品包装材料；有害金属测定

由于国内市场需求量大，塑料食品包装呈现出种类繁多、性能良好的特点。在化工生产中，聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate，PET）由醇酯缩聚反应制得，因其耐酸碱盐的化学特性且腐蚀性和防潮性都优于纸质包装袋而被广泛应用于各类型的食品包装中[1]。当前，食品安全检测受到广泛关注，根据国家发布的抽验数据，Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd是塑料食品包装中重金属污染的主要元素，含量超標的重金属元素会随着食物进入人体并沉积，危害人们的健康。现在，国内外针对塑料食品包装袋中重金属含量的检测方法有很多，如电感耦合等离子体-质谱法、原子吸收法、原子荧光法等[2]。2016年，我国发布并实施了GB 31604.9—2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 食品模拟物中重金属的测定》，提出比色法是塑料包装袋中重金属铅最直接的检测方法，实验原理是：重金属铅在酸性条件下易与硫化钠发生化学反应产生黄棕色的硫化铅，通过与铅标准显色溶液标准管相比较来确定铅含量[3]。实验过程中会产生硫化氢气体，这是一种无色、剧毒的酸性气体，臭味难闻，人体过量吸入会造成急性中毒或慢性人体损害[4]。本研究采用原子吸收光谱法建立了一种测定塑料食品包装材料中重金属含量的实验方法，具有实验流程简单、检测准确度高的优点，可在实验过程中减小毒素对人员和环境的危害。

1 原子吸收光谱法测定塑料食品包装中重金属的研究进展

当前，重金属超标食品安全检测受到各方的关注。全球已发布的重金属对人体的危害等相关研究结果显示，汞、铅、铬以及砷会在一定程度上损伤人体神经系统以及呼吸系统[5]。随着人们对食品安全的关注程度越来越高，各个国家对食品的相关检测越来越严格，针对塑料包装有害金属含量测定的研究不断深入，根据待测金属元素种类以及浓度的不同，国内外相关检测者采用氢化物发生-原子吸收方法以及石墨炉原子吸收方法来测定塑料包装袋中不同重金属元素的含量[6]。此外，还建立了原子吸收光谱法与免疫分析法、高效液相色谱法等联合使用的实验模型，与传统的化学分析方法相比，能高效测定食品中的重金属含量，具有准确度较高、检出限低、分析速度较快以及选择性好等优势[7]。本研究主要综述了原子吸收光谱法测定塑料食品包装袋中汞元素、铅元素、铬元素等重金属含量的过程。

2 原子吸收光谱法的实验原理

原子吸收光谱法被广泛应用于重金属含量的测定，是一种灵敏度高、选择性强、测定范围广的常用分析手段[8]。原子吸收光谱法的工作原理（见图1）是：在空心阴极灯发射光下，当原子受光辐射通过原子蒸汽且辐射频率等于原子中电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量的频率时，不同元素吸收来自不同波段的入射光照后，原子从入射辐射中吸收能量，产生共振吸收。待测元素的气态基态原子会吸收从光源发出的被测元素的特征辐射线，元素原子共振吸收的辐射光和元素含量呈正比，可以根据辐射减弱的程度求得样品中被测元素的含量。电子在原子基态和第一激发态之间跃迁，产生了原子吸收光谱[9]。

3 实验部分

3.1  实验仪器

烧杯、玻璃棒、原子吸收分光光度计、容量瓶、超级微波消解仪、电子分析天平、量筒、移液管等。

3.2  实验试剂

去离子水，分析纯冰乙酸，HNO₃，Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd标准溶液（质量浓度均为100 mg/L），过氧化氢溶液等。

3.3  标准溶液

3.3.1  标准曲线质量浓度

用量筒分别量取一定量的6种标准溶液置于烧杯中，逐渐加入质量分数为5%的稀硝酸溶液，逐级稀释至所适用质量浓度，按配制元素和质量浓度（见表1）分别贴好标签放置备用。

3.3.2  实验样品质量浓度

以100 mg/L的Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd标准溶液为母液，配制表2实验样品的系列质量浓度，按标准曲线范围适当稀释后，根据元素种类和质量浓度贴上标签备用。

3.3.3  样品前处理

随机选取具有代表性的塑料食品包装，用超纯水将试样外表面清洗干净后晾干，将待检测的塑料食品包装袋剪碎至5 mm×5 mm以下用于实验，用分析天平准确称量0.2～0.5 g处理后的塑料食品包装试样并放在洁净干燥的聚四氟乙烯消解罐中，用标签做好标记，用量筒量取1 mL超纯水加入消解罐内润湿试样，再分别移取3 mL H₂O₂和5 mL HNO₃依次加入，搅拌均匀加塞后按表3的数据进行仪器设定和时间控制，在最佳消解条件下进行微波消解。实验结束后移出消解仪，放置一段时间，待消解罐冷却后，取出样品并用少量纯水冲洗消解罐内壁和内盖，移入容量瓶后继续加水定容至25 mL摇匀备用，在相同的实验条件下同时测定10%空白试样。

3.4  实验结果计算

3.4.1  标准曲线与检出限

在设定的实验条件下，按仪器操作流程依次对3.3.1配制的溶液进行测定，记录实验数据，根据响应值与工作标样质量浓度之间的线性关系，采用一次回归方程绘制回归曲线。实验结果表明，检测的Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd元素标准曲线均呈现良好的线性关系，经过计算得出相关系数R2均大于0.999 0。

按照上述实验过程和计算方式做空白实验对比，对空白溶液进行11次平行测定，计算标准偏差，仪器检出限（Instrument Detection Limits，IDLs）为计算3倍的标准偏差所对应的质量浓度，经过计算得出检出限的区间在0.070～1.000 μg/L。

用分析天平准确称量0.2 g塑料食品包装试样进行消解，转移到容量瓶后用超纯水定容至25 mL，根据实验结果计算得出各重金属元素方法检出限（Method Detection Limits，MDLs）的区间在0.009～0.125 mg/kg。测定的各重金属元素线性回归方程和计算的R²、检出限如表4所示。

3.4.2  精密度的计算

采用控制变量法随机选取一试样，用分析天平准确称量6组适量试样进行平行测定。根据3.3.3样品前处理方法对称量的6组试样进行消解前处理，将消解后得到的溶液转入容量瓶，加入超纯水定容至25 mL。按原子吸收光谱法依次对6组试样进行测定，记录实验数据并计算6组测量结果的相对标准偏差。实验测定结果表明，测定的试样中Fe为2.33%、Pb为3.61%、Cu为5.11%、Mn为3.19%、Zn为4.32%、Cd为5.25%。

3.4.3  试样测定

随机选取6种品牌塑料食品包装袋作为实验样品，采用原子吸收光谱法，在最佳實验条件下，测定PET材料中的重金属质量分数，实验结果如表5所示。

由表5的实验结果可知，在随机选取的试样中6种重金属元素均有检出，其中，Zn的质量分数最高，在2.058～4.264 mg/kg；其次为Fe，经过实验数据计算得出质量分数在1.458～2.548 mg/kg；质量分数最低的重金属元素为Cd，在0.048～0.074 mg/kg，且在抽取的试样2、4中未发现；Mn的质量分数相对较低，维持在0.139～0.199 mg/kg，并且试样1和2均未检出；Cu和Pb的质量分数相近，Cu未在试样4和6中检出，Pb未在试样2和3中检出，质量分数分别在1.589～2.428 mg/kg和1.317～2.214 mg/kg。

4 实验结论分析

本研究介绍了GB 31604.9—2016标准中对样品进行前处理和空白实验测定，根据原子吸收光谱法的实验原理测定PET材料食品包装中6种元素含量的过程，阐明了利用原子吸收光谱法测定重金属含量的仪器条件，并根据实验结果得到回归方程、绘制回归标准曲线。经实验验证，采用原子吸收光谱法测定塑料食品包装材料中的有害重金属，具有检出限低、精密度高、操作简便的优点，标准曲线均呈现良好的线性关系，检出限为0.009～0.125 mg/kg，适用于塑料食品包装材料中重金属含量的快速测定。

5 结语

不同形态的重金属往往有不同的物理化学性质，原子吸收光谱法能对塑料中的多种元素进行高精确度检测。重点介绍了塑料包装袋中重金属测定方法之一的原子吸收光谱法的工作原理，并根据测定结果对原子吸收光谱法在重金属元素测定中的相关系数、线性方程、精密度计算进行综合介绍，同时对原子吸收光谱法标准溶液配制、操作流程、实验准确度进行详细分析，展现原子吸收光谱法在重金属检测方面的发展前景。相信随着原子吸收光谱法的不断发展、原子吸收光谱仪自动化水平的不断提高和原子吸收光谱法在水质检测中的联合应用，原子吸收光谱法会在我国重金属污染检测中发挥越来越重要的作用。

[参考文献]

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Determination of harmful heavy metals in plastic food packaging materials by atomic absorption spectrometry

Yang Qian

（Xiangxi Tujia and Miao Autonomous Prefecture Quality Inspection and Metrology Verification Center， Xiangxi 416000， China）

Abstract：Plastic food packaging is widely used in China because of its unique corrosion resistance and moisture resistance. Lead， copper and zinc are the main heavy metal pollution elements in plastic food packaging. The most direct determination method for heavy metals published in China is colorimetry. The determination of heavy metals in polyethylene terephthalate （PET） materials by atomic absorption spectrometry showed that the standard curves all showed a good linear relationship， the detection limit was between 0.009 and 0.125 mg/kg. Compared with the colorimetry in the national standard， atomic absorption spectrometry has the advantages of strong operability and high accuracy of determination data， and can be widely used for rapid detection of heavy metals in PET materials.

Key words： atomic absorption spectrometry; plastic food packaging materials; determination of harmful metals