食品紙塑復合包裝材料中重金屬在土壤中遷移影響因素的研究

黎 菲，周 洋，黃 茜，孟信剛

(1景德鎮學院 生物與環境工程學院， 江西 景德鎮 334000；2景德鎮市衛生學校， 江西 景德鎮 333000)

食品紙塑復合包裝材料兼有塑料和紙的特性。除了塑料中所含的單體和低聚物之外，在紙的制造工序中，還添加了熒光增白劑、抗油劑、潤濕強度劑、黏合劑、印刷油墨等各種功能性添加劑[1-2]。因此，該包裝材料存在重金屬轉移，游離單體和分解產物超標的問題，并且有可能轉移到食物、土壤和水中，會進一步危害人類的身體健康，還會影響環境[3-6]。然而目前的文獻大多集中于重金屬在水中的遷移研究，且缺乏系統性[7-9]。因此，討論不同溫度、不同材料重金屬遷移到土壤中的遷移情況，可以為居民選擇食品紙塑復合包裝材料及食品包裝工藝完善措施提供了良好的依據。本文利用分光光度法[10]考察三種具有代表性的食品紙塑復合包裝材料中重金屬在土壤中的遷移規律[11-12]，分析材料中的鉻遷移到土壤中后其含量變化情況，有利于更好地了解紙塑復合材料中重金屬的最終去向，從而了解該材料在環境中的危害，并提醒人們改進材料的生產工藝。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料與設備

藥品和試劑：二苯碳酰二肼、乙醇、硝酸(ρ=1.42，優級純)、高錳酸鉀(優級純)，購于南通潤豐石油化工有限公司；硫酸(ρ=1.84，優級純)，購于余姚市川越貿易有限公司；磷酸(85%，優級純)，購于山東藝鴻化工有限公司；疊氮化鈉(優級純)，購于湖北鑫潤德化工有限公司；鉻標準貯存溶液(ρCr=100mg/L)，購于天津市百倫斯生物技術有限公司，鉻標準使用溶液1.00mg/L、二苯碳配上肼溶液(2.5g/L)。

儀器設備：離心機；721型分光光度計；電熱板；25mL具塞比色管；錐形瓶；燒杯等玻璃器皿。

土壤樣品處理：篩選后的土樣0.5000g；濃硫酸(優級純)1.5 mL；濃磷酸(優級純)1.5mL；硝酸(優級純)3mL，搖勻，電熱板上加熱消化。

1.2 試驗方法

供試樣品的處理：選擇三種不同品牌的由食品紙塑復合包裝材料所制成的牛奶盒進行試驗，記為：1#、2#、3#。供試樣品需進行切割，切割成0.5cm×0.5cm的碎片，增加其與土壤的接觸面積。將切割后的材料與土壤均勻的混合在一起，盡量確保其不受其他情況的干擾。

待實驗土壤采集與處理：采取梅花形布點法(表1)。用梅花形法在900cm2的樣地中選取5份0-10cm深的土樣。將沙礫、雜草等雜質去除，攪拌均勻，裝入塑料袋，密封，貼上標簽，存放于-20℃下環境中。使用時，將其置于室溫。

表1 梅花形布點法

食品紙塑復合材料中的重金屬遷移到土壤的實驗方案：取10個100mL燒杯，其中一個為空白，不要放置試樣。其他9個燒杯取與初步處理的土壤質量相同的土壤，挖一個高度和體積相同的坑。將相同質量的材料類型1#、2#、3#的樣品放入其中，并用土掩埋。在不同類型的樣本上進行三組平行實驗。試樣不應靠近墻壁和暴露在土壤表面。然后用一個平板覆蓋以減少水的蒸發。兩個月后在室溫下對所有燒杯進行標記和測試。

表2 重金屬遷移到土壤的實驗方案

食品紙塑復合材料中的重金屬在不同溫度下遷移到土壤的實驗方案：采用相同的土壤取樣和處理方法，取10個100mL燒杯，其中一個燒杯為空白，不要放置試樣。在另外9個燒杯中，對相同質量的土壤進行初步處理，將相同質量的材料類型1#、2#、3#放入試樣中，與土壤一起掩埋。在不同類型的樣本上進行三組平行實驗。試樣不應靠近墻壁和暴露在土壤表面。然后用一個平板覆蓋以減少水的蒸發，標記所有燒杯，并將其分別放置在20℃，40℃，60℃的恒溫箱內。

表3 重金屬在不同溫度下遷移到土壤的實驗方案

待測樣品的測定[13-14]：取待測離心水樣5mL于25mL具塞比色管[15]，加入最佳量的磷酸和硫酸溶液，加入高錳酸鉀溶液至紫紅色。在沸水中煮15分鐘，如果紫紅色褪色，繼續加入高錳酸鉀溶液，直到不褪色為止。滴入疊氮化鈉溶液，搖勻至顏色褪色，冷卻比色管，定容，加入最佳量的二苯碳酰二肼溶液，搖勻。于波長540nm，測取吸光度。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

根據實驗的結果顯示，波長在540nm時，利用分光光度計，以蒸餾水為參比得到的吸光度為縱坐標，鉻標準使用液濃度(mg/L)為橫坐標，繪制標準曲線(圖1)。趨勢線方程為y=0.5751x+0.0022，R2為0.9997。根據標注曲線數據可知，標準曲線線性良好，可為后續樣品的檢測提供準確的定量分析。

圖1 鉻標準曲線

2.2 樣品的測定

本文開展對食品紙塑復合包裝材料中重金屬在土壤中遷移規律的研究，討論不同溫度、三種不同材料重金屬遷移到土壤中的遷移情況，結果見表4和表5。根據表4的實驗數據結果可知，1#測定的土樣中鉻的濃度分別是0.049mg/g、0.051mg/g、0.047mg/g ，與原始土樣鉻濃度0.046mg/g相比，1#土樣中鉻濃度比原始高； 2#分別是0.048mg/g、0.048mg/g、0.047mg/g；3號分別是0.046mg/g、0.050mg/g、0.047mg/g，都比原始土樣鉻濃度高。從以上數據可知，食品紙塑復合包裝材料中有重金屬遷移到土壤中。不同的食品紙塑復合包裝材料中重金屬遷移含量有所不同。

表4 食品紙塑復合材料中的重金屬遷移到土壤中的含量

根據表5的實驗數據結果可知，1#測定的土樣中鉻的濃度分別是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。從實驗數據可知，在同一個溫度重金屬的遷移不同，如20℃下，土樣中鉻的濃度由小到大排列為：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。在同一樣品中，隨著溫度的升高，食品塑復合材料中的重金屬遷移量增加[16]。

表5 食品塑復合材料中的重金屬在不同溫度下遷移到土壤中的含量

綜上所述，在相同的時間內，隨著溫度的升高，遷移到土壤中的鉻的含量就越高。其中這三種材料中重金屬的遷移量最大的是1#樣品，最小的是3#樣品。根據GB 15618-1995土壤環境質量標準，結合實驗土壤的情況，得知鉻的土壤限定值為0.15mg/g,而本次實驗測得的土壤中鉻的濃度要比國家標準所要求的鉻的濃度要小，本次實驗選用的三種復合材料不會給土壤造成污染。

3 結論

本文主要考察三種具有代表性的食品紙塑復合包裝材料中鉻在土壤中的遷移規律，同時研究這三種材料在不同的溫度下，鉻遷移到土壤中的情況，研究結果顯示，溫度越高，則從食品紙塑復合材料中遷移到土壤中的金屬鉻就越多。食品紙塑復合材料中的重金屬遷移到土壤的檢測最優條件為[17]：波長為540nm、硫酸(1+1)的用量是0.25mL、磷酸(1+1)的用量是1mL、顯色劑添加量是2mL，這三種材料中重金屬遷移到土壤中的含量均低于國標中土壤鉻含量的限定值，三種復合材料對環境友好，不會給土壤造成污染。