食品包裝紙中甲醛檢測平臺(tái)的構(gòu)建與優(yōu)化

趙甜甜，牟 冬，孫桂軍，姜 薇，孫玉華

（濰坊市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，山東濰坊 261031）

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，長期接觸低濃度甲醛，會(huì)對人體的免疫系統(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，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[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)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品甲醛遷移量的測定》（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 甲醛的檢測方法

（1）甲醛檢測原理。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）甲醛的檢測方法。取兩個(gè)食品包裝紙樣品，根據(jù)《食品安全國家標(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，灰度值越小）。以甲醛溶液濃度為橫坐標(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檢測結(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??；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)檢測區(qū)域，檢測區(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區(qū)域后，檢測區(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。

圖1 轉(zhuǎn)移到紙芯片上的生成物體積對檢測結(jié)果的影響（n=3）

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，檢測區(qū)域的灰度值和干燥時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。檢測區(qū)域的灰度值隨干燥時(shí)間的延長而增大，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，水浸濕了檢測區(qū)域，拍照時(shí)本底顏色過深，灰度值偏??；隨著檢測區(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。

圖2 干燥時(shí)間對檢測結(jié)果的影響（n=3）

2.4 直接比色管拍照和轉(zhuǎn)移到紙芯片上拍照結(jié)果對比

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）。

圖3 反應(yīng)后拍照結(jié)果對比圖

2.5 方法的回收率

為考察以紙芯片為檢測平臺(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。

表1 添加不同濃度的甲醛溶液的回收率（n=3）

2.6 甲醛的測定

采用建立的紙芯片檢測平臺(tái)對甲醛進(jìn)行了測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢測結(jié)果實(shí)物圖如圖4所示。可以看出，檢測區(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。

3 結(jié)論

本文以紙芯片作為檢測平臺(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定食品包裝紙中的甲醛。相比較其他的檢測平臺(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)測定。