食品紙塑復(fù)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(zhèn)學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院， 江西 景德鎮(zhèn) 334000；2景德鎮(zhèn)市衛(wèi)生學(xué)校， 江西 景德鎮(zhèn) 333000)

食品紙塑復(fù)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(rùn)濕強(qiáng)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(zhuǎn)移，游離單體和分解產(chǎn)物超標(biāo)的問(wèn)題，并且有可能轉(zhuǎn)移到食物、土壤和水中，會(huì)進(jìn)一步危害人類的身體健康，還會(huì)影響環(huán)境[3-6]。然而目前的文獻(xiàn)大多集中于重金屬在水中的遷移研究，且缺乏系統(tǒng)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(fù)合包裝材料及食品包裝工藝完善措施提供了良好的依據(jù)。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(fù)合包裝材料中重金屬在土壤中的遷移規(guī)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(fù)合材料中重金屬的最終去向，從而了解該材料在環(huán)境中的危害，并提醒人們改進(jìn)材料的生產(chǎn)工藝。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

藥品和試劑：二苯碳酰二肼、乙醇、硝酸(ρ=1.42，優(yōu)級(jí)純)、高錳酸鉀(優(yōu)級(jí)純)，購(gòu)于南通潤(rùn)豐石油化工有限公司；硫酸(ρ=1.84，優(yōu)級(jí)純)，購(gòu)于余姚市川越貿(mào)易有限公司；磷酸(85%，優(yōu)級(jí)純)，購(gòu)于山東藝?guó)櫥び邢薰?；疊氮化鈉(優(yōu)級(jí)純)，購(gòu)于湖北鑫潤(rùn)德化工有限公司；鉻標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液(ρCr=100mg/L)，購(gòu)于天津市百倫斯生物技術(shù)有限公司，鉻標(biāo)準(zhǔn)使用溶液1.00mg/L、二苯碳配上肼溶液(2.5g/L)。

儀器設(shè)備：離心機(jī)；721型分光光度計(jì)；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(yōu)級(jí)純)1.5 mL；濃磷酸(優(yōu)級(jí)純)1.5mL；硝酸(優(yōu)級(jí)純)3mL，搖勻，電熱板上加熱消化。

1.2 試驗(yàn)方法

供試樣品的處理：選擇三種不同品牌的由食品紙塑復(fù)合包裝材料所制成的牛奶盒進(jìn)行試驗(yàn)，記為：1#、2#、3#。供試樣品需進(jìn)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(shí)驗(yàn)土壤采集與處理：采取梅花形布點(diǎn)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(zhì)去除，攪拌均勻，裝入塑料袋，密封，貼上標(biāo)簽，存放于-20℃下環(huán)境中。使用時(shí)，將其置于室溫。

表1 梅花形布點(diǎn)法

食品紙塑復(fù)合材料中的重金屬遷移到土壤的實(shí)驗(yàn)方案：取10個(gè)100mL燒杯，其中一個(gè)為空白，不要放置試樣。其他9個(gè)燒杯取與初步處理的土壤質(zhì)量相同的土壤，挖一個(gè)高度和體積相同的坑。將相同質(zhì)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(jìn)行三組平行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)靠近墻壁和暴露在土壤表面。然后用一個(gè)平板覆蓋以減少水的蒸發(fā)。兩個(gè)月后在室溫下對(duì)所有燒杯進(jìn)行標(biāo)記和測(cè)試。

表2 重金屬遷移到土壤的實(shí)驗(yàn)方案

食品紙塑復(fù)合材料中的重金屬在不同溫度下遷移到土壤的實(shí)驗(yàn)方案：采用相同的土壤取樣和處理方法，取10個(gè)100mL燒杯，其中一個(gè)燒杯為空白，不要放置試樣。在另外9個(gè)燒杯中，對(duì)相同質(zhì)量的土壤進(jìn)行初步處理，將相同質(zhì)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(jìn)行三組平行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)靠近墻壁和暴露在土壤表面。然后用一個(gè)平板覆蓋以減少水的蒸發(fā)，標(biāo)記所有燒杯，并將其分別放置在20℃，40℃，60℃的恒溫箱內(nèi)。

表3 重金屬在不同溫度下遷移到土壤的實(shí)驗(yàn)方案

待測(cè)樣品的測(cè)定[13-14]：取待測(cè)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(xù)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(zhǎng)540nm，測(cè)取吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，波長(zhǎng)在540nm時(shí)，利用分光光度計(jì)，以蒸餾水為參比得到的吸光度為縱坐標(biāo)，鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度(mg/L)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)。趨勢(shì)線方程為y=0.5751x+0.0022，R2為0.9997。根據(jù)標(biāo)注曲線數(shù)據(jù)可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好，可為后續(xù)樣品的檢測(cè)提供準(zhǔn)確的定量分析。

圖1 鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 樣品的測(cè)定

本文開(kāi)展對(duì)食品紙塑復(fù)合包裝材料中重金屬在土壤中遷移規(guī)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(jié)果見(jiàn)表4和表5。根據(jù)表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，1#測(cè)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(hào)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(shù)據(jù)可知，食品紙塑復(fù)合包裝材料中有重金屬遷移到土壤中。不同的食品紙塑復(fù)合包裝材料中重金屬遷移含量有所不同。

表4 食品紙塑復(fù)合材料中的重金屬遷移到土壤中的含量

根據(jù)表5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，1#測(cè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在同一個(gè)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(fù)合材料中的重金屬遷移量增加[16]。

表5 食品塑復(fù)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(shí)間內(nèi)，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(jù)GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)土壤的情況，得知鉻的土壤限定值為0.15mg/g,而本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的土壤中鉻的濃度要比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所要求的鉻的濃度要小，本次實(shí)驗(yàn)選用的三種復(fù)合材料不會(huì)給土壤造成污染。

3 結(jié)論

本文主要考察三種具有代表性的食品紙塑復(fù)合包裝材料中鉻在土壤中的遷移規(guī)律，同時(shí)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(jié)果顯示，溫度越高，則從食品紙塑復(fù)合材料中遷移到土壤中的金屬鉻就越多。食品紙塑復(fù)合材料中的重金屬遷移到土壤的檢測(cè)最優(yōu)條件為[17]：波長(zhǎng)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(guó)標(biāo)中土壤鉻含量的限定值，三種復(fù)合材料對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)給土壤造成污染。