基于ICP-MS法测定食品包装材料中重金属迁移量_张琳.pdf

2023 年第 4 期分析测试聚丙烯即 PP 塑料，分子式为（C2H4）n，是丙烯通过加聚反应得到的聚合物；聚乙烯即 PE 塑料，分子式为（C3H6）n，是乙烯通过加聚反应得到的聚合物。二者的物理属性与其他塑料材质相似，已被广泛应用于各行各业，其中，PP 塑料常见用于各种食品盒、卡扣盒、水杯、餐具等，PE 塑料常见用于各种薄膜、保鲜膜、一次性手套等。由于塑料产品在生产过程中重金属元素很容易残留其中，进而易对其接触的食品造成污染，严重的可能会进一步影响消费者身体健康 1。目前，国内关于塑料材质中重金属迁移量的检测方法主要有原子吸收光谱法 2,3、原子荧光光谱法 4、电感耦合等离子体光谱法 5,6 等。本文采用 4%乙酸体系对 3 种 PP 塑料材质的食品盒以及 3 种 PE塑料材质的食物袋进行前处理，再用 ICP-MS 检测其中的 Pb、Cd、Ba、As、Sb、Ni、Cr 等 7 种重金属迁移量。为 ICP-MS 法测定聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）食品包装材料中重金属迁移量的实际应用提供参考。1实验部分1.1仪器与试剂NexION 300 型 ICP-MS 仪（美国 PE 公司）；XS205 型电子分析天平（瑞士梅特勒公司）。Pb、Cd、Ba、As、Sb、Ni、Cr 标准溶液和质控样品均选用环境保护部标准样品研究所产品，标准溶液浓度均为 100mg L-1，质控样品浓度应适合本方法标准曲线，尽量避免稀释；乙酸、HNO3，均为优级纯，天津科密欧公司；实验用水为 Milli-Q 超纯水仪（美国密理博公司）自制去离子水。基于 ICP-MS 法测定食品包装材料中重金属迁移量张琳（西北工业大学，陕西 西安 710129）摘要：为了准确测定食品常用包装材料聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）中重金属迁移量，本文建立了使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）同时检测 Pb、Cd、Ba、As、Sb、Ni、Cr 等 7 种元素的方法。选用 4%乙酸体系对试样进行前处理，采用有证标准物质完成标准曲线的绘制并进行质量控制。结果表明，各元素标准曲线均呈现良好的线性关系。方法检出限在 0.0080.033g dm-2范围内，加标回收率为 90.2%106.2%，精密度（RSD%）在2.88%4.58%之间。该方法快捷可靠、灵敏度高，可广泛用于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）等食品包装材料中重金属迁移量的快速准确检测。关键词：ICP-MS；聚丙烯（PP）；聚乙烯（PE）；重金属；迁移量中图分类号：O657.31文献标识码：ADetermination of heavy metal migration in food packaging materials based on ICP-MSZHANG Lin（Northwestern Polytechnical University,Xian 710129,China）Abstract:In order to accurately determine the migration of heavy metals in polypropylene（PP）and polyethylene（PE）,a method for simultaneous determination of Pb,Cd,Ba,As,Sb,Ni,Cr,was developed by inductivelycoupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）.The samples were processed in 4%acetic acid system.Used thecertified standard material to complete the drawing of the standard curve and the quality control was carried outthroughout the whole process.The results showed that the standard curves of each element showed a good linear relationship.The detection limits of the method were in the range of 0.0080.033g dm-2.The recoveries were in therange of 91.6%106.2%,and the precision（RSD%）were in the range of 2.88%4.58%.This method is fast,reliableand sensitive,and can be widely used for rapid detection of heavy metal migration in PP,PE plastic materials.Key words:ICP-MS；polypropylene（PP）,polyethylene（PE）；heavy metal；migrationDOI：10.16247/ki.23-1171/tq.20230429收稿日期：2022-03-21作者简介：张琳（2001-），女，西北工业大学，大学本科在读，研究方向：材料科学与工程。Sum 331 No.4化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 4 期2023 年第 4 期表 4加标回收率测定结果Tab.4Results of recovery test回收率/%95.690.3101.296.598.1106.291.6元素加标浓度/g L-1Pb10Cd2.5Ba25As2.5Sb2.5Ni25Cr5.01.2标准曲线和质控样品由于 ICP-MS 可同时检测多种元素，故配置 7种元素的混合标准溶液，并将质控样品逐级稀释至适用浓度。标准曲线和质控样品的稀释液均使用 5%稀 HNO3，贴好标签备用。标准曲线浓度见表 1。1.3样品前处理选取代表性强的试样，将试样外表面清洗干净后，自然晾干备用。按照 食品安全国家标准中食品接触材料及制品迁移试验与处理方法通则 GB5009.156-2016 规定，将一定面积试样裁剪后置于装有 4%乙酸的烧杯中进行全浸没迁移试验。迁移试验结束后，搅拌浸泡液使其混匀备用。测定的同时按 10%比例做空白试验。1.4仪器条件提前预热仪器，调节仪器状态，并按表 2 设置工作参数。2结果与讨论2.1标准曲线与检出限在工作条件下，对 1.2 配制的混合标准使用液进行依次测定，根据浓度/响应值，采用一次回归方程绘制回归曲线。从结果上看，各元素标准曲线均呈现良好的线性关系，相关系数（R）均大于 0.9990，可满足测定要求。对 4%乙酸空白溶液进行 11 次平行测定，用 3 倍标准偏差对应的溶液浓度作为仪器的检出限 IDLs。按照截取 6dm2试样进行迁移试验，浸泡液体积为 1L 进行计算，得出各元素方法检出限 MDLs。各元素回归曲线方程、相关系数及检出限见表 3。2.2精密度随机选取一试样，准确截取 6 组适量试样，按照1.3 进行迁移试验。迁移试验后进行 6 个平行样的测定，计算相对标准偏差。结果显示，Pb 为 4.25%，Cd为 3.63%，Ba 为 3.18%，As 为 4.16%，Sb 为 3.89%，Ni 为 2.88%，Cr 为 4.58%，符合精密度相关要求。2.3加标回收率本文加标回收率的测定选取空白加标的方式进行测定。即按照所测试样完全一样的前处理条件以及仪器分析条件，在空白样品中添加标准溶液。由于试样中7 种重金属迁移量均较低，因此，加标浓度为各元素标准曲线最低点浓度（0 浓度点除外）。结果见表 4。由表 4 可见，加标回收率在 90.3%106.2%之间，说明 ICP-MS 法适用于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）食品包装材料中 Pb、Cd、Ba、As、Sb、Ni、Cr 等 7 种重金属迁移量的测定，具有较高的准确度。2.4质控样品的测定质控样品的测定也是对方法准确性的一种检验，各元素质控样品置信区间以及实际测定结果见表 5。由表 5 可见，各元素质控样品测定结果均位于置信区间内。元素质量数标准曲线浓度/g L-1123456Pb209.977010204080160Cd110.90402.55.0102040Ba137.90502550100200400As74.921602.55.0102040Sb120.90402.55.0102040Ni59.933202550100200400Cr51.940505.010204080表 1各元素标准曲线浓度Tab.1Standard curve concentration元素回归方程RIDL/g L-1MDL/g dm-2Pby=9394x-50290.99970.090.015Cdy=5720 x-4780.99940.050.008Bay=6282x-20210.99990.200.033Asy=4528x-3360.99950.120.020Sby=3100 x-2290.99930.150.025Niy=2997x-17840.99940.060.010Cry=3595x-5150.99960.110.018表 3各元素线性回归方程及检出限Tab.3Linear regression equation and detection limit张琳：基于 ICP-MS 法测定食品包装材料中重金属迁移量表 2ICP-MS 仪工作参数Tab.2Conditions of ICP-MS射频功率/W1.01.21516009008载气等离子气体电压/V脉冲透镜流量/L min-1雾化气302023 年第 4 期表 6试样中 7 种重金属迁移量（g dm-2）Tab.6Contents of seven heavy metal migrations in samples元素PP 试样 1PP 试样 2PE 试样 2PE 试样 3PbNDNDNDNDCdNDNDNDNDBaAsSb7.21ND1.215.18ND1.383.74ND0.613.25ND0.51NiCr1.89ND1.42ND0.89ND0.95NDPP 试样 3PE 试样 1NDNDNDND5.604.25NDND1.450.561.251.10NDND注：ND 表示测定值低于方法检出限，记未检出。张琳：基于 ICP-MS 法测定食品包装材料中重金属迁移量2.5试样测定选取 3 种 PP 材质一次性餐盒，3 种 PE 材质包装袋，按照本文建立的方法和条件测定餐盒和包装袋中 7 种重金属迁移量。R=CVSRDF式中C：浸泡液浓度，g L-1；V：浸泡液体积，L;SR:样品表面积，dm2；DF：稀释因子。测定结果见表 6。表 5各元素质控样品测定结果（g L-1）Tab.5Determination results of quality control sample元素置信区间Pb29.61.6Cd15.01.0Ba62531As14.61.5Sb39.82.4Ni62731Cr45219测定结果是否合格30.5是14.5是638是13.8是39.6是641是440是由表 6 可见，试样中 Pb、Cd、Cr、As 未检出，含量较大的为 Ba 元素，试样中均有所检出，迁移量范围为 3.607.21g dm-2；Ni 元素全部检出，迁移量范围为 1.111.89g dm-2；Sb 元素含量较低，迁移量范围为 0.511.45g dm-2。本文选取的 6 种试样均为市场常见食品包装材料，由表 6 可知，聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）食品包装材料中重金属迁移量含量虽然很低，但仍有不同程度的重金属迁移到浸泡液中。3结论本文运用 ICP-MS 法对食品包装用聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）材料中 7 种重金属迁移量进行了测定，样品前处理采用 4%乙酸浸泡法，该处理方法可模