食品包裝紙中甲醛檢測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建與優(yōu)化

趙甜甜 牟冬 孫桂軍 姜薇 孫玉華

摘 要：本文以紙芯片為檢測(cè)平臺(tái)，將甲醛與乙酰丙酮反應(yīng)生成的黃色物質(zhì)轉(zhuǎn)移到紙芯片上，干燥后拍照，用軟件獲取灰度值，建立了食品包裝紙中甲醛的檢測(cè)方法。同時(shí)研究了疏水溶質(zhì)、生成物體積、干燥時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。結(jié)果表明，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，甲醛的線性范圍為0～6.0 mg·L-1，方法檢出限為

0.18 mg·L-1，加標(biāo)回收率為97.1%～108.0%。

關(guān)鍵詞：紙芯片；食品包裝紙；甲醛

Construction and Optimization of Formaldehyde Detection Platform in Food Packaging Paper

ZHAO Tiantian， MU Dong， SUN Guijun， JIANG Wei， SUN Yuhua

（Weifang Institute for Product Quality Inspection， Weifang 261031， China）

Abstract： Based on the paper chip as the detection platform， the yellow substance generated by the reaction of formaldehyde and acetylacetone was transferred to the paper chip， dried and photographed， and the gray value was obtained by software. The detection method of formaldehyde in food packaging paper was established. The effects of hydrophobic solutes， product volume， and drying time on the detection results were also studied. The results showed that under the optimal experimental conditions， the linear range of formaldehyde was 0～6.0 mg·L-1， the detection limit of the method was 0.18 mg·L-1， and the recovery rate of the added standard was 97.1%～108.0%.

Keywords： paper-based microfluidic chips; food packaging paper; formaldehyde

近年來，隨著食品多樣化的發(fā)展，食品包裝紙得到了廣泛應(yīng)用，如干果等使用的牛皮紙和白卡紙、蛋糕等使用的硅油紙、糖果等使用的玻璃紙等，但這些紙產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中使用的原紙、膠水和油墨等可能會(huì)引入甲醛[1]。甲醛是一種無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，嚴(yán)重威脅著人體的生命健康。甲醛可直接損傷人的口腔、咽喉和食道，長(zhǎng)期接觸低濃度甲醛，會(huì)對(duì)人體的免疫系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等造成損傷，使人體出現(xiàn)頭暈、乏力等中毒癥狀，甚至有致癌風(fēng)險(xiǎn)，所以測(cè)定食品包裝紙中的甲醛具有重要意義[2]。傳統(tǒng)的甲醛檢測(cè)方法包括分光光度法[3-4]、氣相色譜

法[5-6]、液相色譜法[7-8]等，其中分光光度法受限于分光光度計(jì)的樣品室，不利于多樣品的同時(shí)快速檢測(cè)，而氣相色譜法和液相色譜法均需要大型昂貴的儀器，這都限制了這些方法的應(yīng)用。

紙芯片是一種微流控芯片，因其具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、不需要復(fù)雜的設(shè)備，以及其基底與其他化學(xué)或生物檢測(cè)物具有很好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)診斷[9-10]、環(huán)境檢測(cè)[11-12]以及食品質(zhì)量控制[13-14]等方面得到了廣泛應(yīng)用。本文以紙芯片作為檢測(cè)平臺(tái)，在乙酸-乙酸銨緩沖體系中，甲醛與乙酰丙酮反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，通過將生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片上，干燥后拍照，用軟件獲取灰度值，建立了以紙芯片為平臺(tái)的食品包裝紙中甲醛的檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

乙酸、正庚烷，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙酸銨、乙酰丙酮，分析純，天津市鑫鉑特化工有限公司；凡士林，天津博迪化工股份有限公司；甲醛溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（10.3 mg·mL-1），中國(guó)計(jì)量科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)研究院；石蠟，拼多多工品蠟業(yè)店；烷基烯酮二聚體，山東旺升新材料科技有限公司；超純水（18 MΩ·cm），所有的試劑均為現(xiàn)用現(xiàn)配。

烘箱，上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司；華為9XPRO手機(jī)（4 800萬像素）；1號(hào)定性濾紙，Whatman公司；繪圖模板，濟(jì)陽市宇一文具店。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紙芯片的構(gòu)建

取一支普通的書寫用中性筆，吸除里面的墨水后將筆芯截?cái)?，保留筆尖以上約2 cm部分，然后灌注疏水性溶液。將0.1 g凡士林和1.0 g烷基烯酮二聚體加入12.5 mL正庚烷中，超聲溶解后，將此混合液作為疏水性溶液。用注射器吸取0.05 mL疏水性溶液并注入改裝的筆中，以直徑為10 mm的孔板為模具，在Whatman#1濾紙上繪出圓形圖案，于

100 ℃下烘干2 min。

1.2.2 乙酰丙酮溶液的配制

根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品 甲醛遷移量的測(cè)定》（GB 31604.48—2016）[15]中3.2.2方法配制乙酰丙酮溶液。稱取15.0 g無水乙酸銨溶于適量水中，移入100 mL容量瓶中，加40 μL乙酰丙酮和0.5 mL冰乙酸，用水定容至刻度，混勻。

1.2.3 甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取0.97 mL甲醛溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于100 mL水中，得到100 mg·L-1甲醛儲(chǔ)備液。使用時(shí)，分別用超純水將其稀釋成0 mg·L-1、1.0 mg·L-1、2.0 mg·L-1、3.0 mg·L-1、4.0 mg·L-1、5.0 mg·L-1和6.0 mg·L-1的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.4 甲醛的檢測(cè)方法

（1）甲醛檢測(cè)原理。在乙酸-乙酸銨緩沖體系中，甲醛與乙酰丙酮反應(yīng)會(huì)生成黃色化合物（3，5-二乙酰-1，4-二氫二甲基吡啶），該反應(yīng)過程中顏色的變化程度與甲醛含量成正比[16]。

（2）甲醛的檢測(cè)方法。取兩個(gè)食品包裝紙樣品，根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用紙和紙板材料及制品》（GB 4806.8—2016）[17]附錄A中A.5.3冷水提取方法提取甲醛，然后分別取5 mL樣品溶液和不同濃度的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL比色管中，分別加入5.0 mL乙酰丙酮溶液，蓋上瓶塞充分搖勻。將比色管于40 ℃水浴中放置30 min，取出后于室溫下冷卻，用移液器分別吸取5 μL反應(yīng)后的溶液于紙芯片上，干燥2 min后用手機(jī)拍照，照片用ImageJ軟件處理后得到灰度值（顏色越深，灰度值越?。Ｒ约兹┤芤簼舛葹闄M坐標(biāo)，以灰度值為縱坐標(biāo)，用OriginPro軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 疏水溶質(zhì)的選擇

紙芯片的疏水邊界是由疏水溶質(zhì)負(fù)載在紙上滲透整張紙后固化形成的，實(shí)驗(yàn)中選擇了石蠟和烷基烯酮二聚體兩種常用的疏水溶質(zhì)，分別取相同質(zhì)量的疏水溶質(zhì)，溶解在正庚烷中，得到相同濃度的疏水性溶液，灌注在改裝筆中制作紙芯片。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種疏水溶質(zhì)配制的疏水性溶液都能制作紙芯片，可以很好地將溶液限制在疏水邊界內(nèi)。但是石蠟配制的疏水性溶液極易凝固，會(huì)出現(xiàn)堵塞改裝筆筆頭的現(xiàn)象，無法連續(xù)制作紙芯片；而烷基烯酮二聚體配制的疏水性溶液較穩(wěn)定，未出現(xiàn)凝固堵塞筆頭的現(xiàn)象，所以本實(shí)驗(yàn)選擇烷基烯酮二聚體作為疏水溶質(zhì)。

此外，由于正庚烷的黏度較小，所以其在紙上的擴(kuò)散速率較快，使紙芯片的疏水邊界寬度不一致，從而導(dǎo)致檢測(cè)面積不一致。為了降低正庚烷在紙上的擴(kuò)散速度，使制作的紙芯片檢測(cè)面積一致，實(shí)驗(yàn)時(shí)在正庚烷中加入了適量的凡士林，增大了溶液黏度，限制了疏水性溶液的擴(kuò)散，保證了紙芯片檢測(cè)面積的一致。

2.2 轉(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物體積的選擇

本實(shí)驗(yàn)研究了轉(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物體積對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。將不同體積的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液

（5.0 mg·L-1）與乙酰丙酮反應(yīng)后的生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片上，干燥后拍照處理，結(jié)果如圖1所示。生成物體積為3～5 μL時(shí)，隨著體積的增大，灰度值逐漸減小；當(dāng)生成物體積超過5 μL時(shí)，灰度值幾乎不再發(fā)生變化。這可能是因?yàn)檗D(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物體積太少時(shí)，生成物無法完全充滿整個(gè)檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)區(qū)域的平均顏色深度淺，灰度值大，而隨著體積的逐漸增大，檢測(cè)區(qū)域的顏色深度逐漸加深，灰度值逐漸減小。當(dāng)轉(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物充滿檢測(cè)區(qū)域后，檢測(cè)區(qū)域的平均顏色深度不再發(fā)生變化，因此灰度值不再變化?？紤]到生成物體積對(duì)紙芯片的干燥時(shí)間也有影響，所以本實(shí)驗(yàn)選擇轉(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物體積為5 μL。

2.3 干燥時(shí)間的選擇

將5 μL甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（5.0 mg·L-1）與乙酰丙酮反應(yīng)后的生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片后，每隔30 s拍照，檢測(cè)區(qū)域的灰度值和干燥時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。檢測(cè)區(qū)域的灰度值隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，并在

2.0 min后灰度值基本不再變化。這可能是因?yàn)樯晌镛D(zhuǎn)移到紙芯片后，水浸濕了檢測(cè)區(qū)域，拍照時(shí)本底顏色過深，灰度值偏小；隨著檢測(cè)區(qū)域的干燥，本底顏色逐漸變淺，灰度值變大，在2.0 min時(shí)已達(dá)到完全干燥，灰度值不再發(fā)生變化。由此確定干燥時(shí)間（拍照時(shí)間）為生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片后2.0 min。

2.4 直接比色管拍照和轉(zhuǎn)移到紙芯片上拍照結(jié)果對(duì)比

取濃度為5.0 mg·L-1的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液和乙酰丙酮進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的生成物在比色管中直接拍照，結(jié)果如圖3（a）所示；將5 μL生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片，干燥后拍照，結(jié)果如圖3（b）所示。由圖可知，生成物在比色管中直接拍照后的灰度值非常不均勻，玻璃介質(zhì)對(duì)光線的反射和折射等因素影響了拍照結(jié)果，使每個(gè)比色管中溶液在照片中所呈現(xiàn)的顏色強(qiáng)度不一致，導(dǎo)致灰度值不一致，標(biāo)準(zhǔn)差大（σ=8.58，n=10）。而在紙芯片上拍照則可以避免這個(gè)問題，灰度值均勻，標(biāo)準(zhǔn)差?。é?2.05，n=10）。

2.5 方法的回收率

為考察以紙芯片為檢測(cè)平臺(tái)方法的準(zhǔn)確度，本文取濃度為5.0 mg·L-1甲醛溶液作為待測(cè)樣品，添加甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液使其理論濃度為6.0 mg·L-1和

8.0 mg·L-1，然后測(cè)定加標(biāo)后的濃度，計(jì)算加標(biāo)回收率。由表1可知，方法的回收率為97.1%～108.0%，表明該方法準(zhǔn)確可靠。

2.6 甲醛的測(cè)定

采用建立的紙芯片檢測(cè)平臺(tái)對(duì)甲醛進(jìn)行了測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢測(cè)結(jié)果實(shí)物圖如圖4所示?？梢钥闯?，檢測(cè)區(qū)域的顏色隨著甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的增大而逐漸加深，灰度值逐漸減小。當(dāng)甲醛濃度在0～6.0 mg·L-1時(shí)，檢測(cè)區(qū)域的灰度值與甲醛濃度呈良好的線性關(guān)系，線性方程為y=-13.152 3x+244.716 1，r=0.986 8，該方法的檢出限為0.18 mg·L-1（3σ/slope）。所測(cè)的兩個(gè)樣品中均未檢出甲醛（＜0.18 mg·L-1），表明該方法適用于食品包裝紙中甲醛的檢測(cè)。

3 結(jié)論

本文以紙芯片作為檢測(cè)平臺(tái)，通過將反應(yīng)生成物轉(zhuǎn)移到紙芯片上干燥后拍照，最后獲取灰度值的方法測(cè)定食品包裝紙中的甲醛。相比較其他的檢測(cè)平臺(tái)，本方法不需要昂貴的儀器設(shè)備，不需要復(fù)雜的操作步驟，并且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品的同時(shí)測(cè)定。

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