ICP-MS 法同时测定一次性可降解餐饮具中10 种重金属含量

王敏 汪仕韬 吴敏 邢伟齐 卲卫卫

（1.江阴公用事业集团有限公司；2.江阴市食品安全检测中心；3.江苏澄信检验检测认证股份有限公司，江苏 江阴 214431）

0. 引言

随着人们环保意识的提高和政府对环保的重视，一次性可降解餐饮具已经成为现代餐饮业的重要组成部分，得到了广泛的应用和推广[1-2]。与传统的塑料餐具相比，一次性可降解餐饮具有环保、方便、卫生、安全等优点，深受消费者的喜爱[3]。在享受一次性可降解餐饮具带来便利的同时，也要关注其安全性，特别是重金属方面[4-5]。材料中残留的重金属与食品接触时会发生迁移，对食品造成污染[6-7]。重金属的摄入对人体健康会造成慢性中毒、致癌、免疫力下降和神经系统受损等不良影响[8-11]。市场监管总局、国家标准委于2020 年11 月发布的《一次性可降解餐饮具通用技术要求》（GB/T 18006.3-2020）[12]和2021 年11 月发布的《生物降解塑料与制品降解性能及标识要求》（GB/T 41010-2021）[13]都对一次性可降解餐饮具中重金属含量做出了明确的限量要求。

目前，我国对一次性可降解餐饮具中重金属含量的检测研究报道相对较少，亟需加快研究一种更加科学、准确、快速的方法来测定一次性可降解餐饮具中10 种重金属。本研究利用电感耦合等离子体质谱法，通过优化微波消解、仪器工作条件，建立同时测定一次性可降解餐饮具中铬（Cr）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、硒（Se）、钼（Mo）、镉（Cd）、铅（Pb）等10 种重金属含量，并达到提高结果准确性，提升重金属检测效率的目的。

1. 材料与方法

1.1 仪器与设备

NexION©350 电感耦合等离子体质谱仪（美国，PerkinElmer）；CEM Mars240/50 微波消解仪（美国，培安）；XS205U 电子天平（梅特勒－托利多）。

1.2 试剂与标物

铬、钴、镍、铜、锌、砷、硒、钼、镉、铅多元素贮备液（Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Pb=0.5mg/L，Cu、Zn=5mg/L，Mo=0.05mg/L，上海淮恒科技有限公司）；HNO3（UP 级，苏州晶瑞化学有限公司），H2O2（优级纯，江阴江化微电子材料股份有限公司）；实验用水由labTower 超纯水机（ThermoFisher）制备。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

取一次性可降解餐饮具样品适量，将试样剪碎至5mm×5mm 以下。准确称取样品0.2~0.5g（精确至0.1mg），置于微波消解罐中，依次加入5mL 硝酸和3mL 过氧化氢，盖紧密封，用微波消解仪进行消解，微波消解条件见表1。消解完成后，用水定容至25mL，摇匀备用，同时制备试剂空白样品及加标回收样品。

1.3.2 标准溶液配制

准确移取一定量的多元素贮备液，用硝酸溶液（5+95）稀释配成混合标准工作溶液。由于质谱检测时，Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb 等会有多个同位素，对应不同的质量数，以干扰小、丰度大、灵敏度高为原则选择同位素，各元素质量数质量浓度及内标元素见表2。

表2 十种元素质量数及质量浓度Table2 Mass number and concentration of ten elements

1.3.3 仪器条件

优化微波消解仪、电感耦合等离子体质谱仪的工作条件，使待测各重金属元素的灵敏度等达到分析要求。ICP-MS 仪器操作条件见表3。

表3 ICP-MS 仪器操作条件Table3 ICP-MS Instrument Operating Conditions

1.3.4 样品溶液测试

取适量定容溶液装入样品管，进行ICP-MS测定。

2. 结果与分析

2.1 微波消解条件选择

2.1.1 消解试剂的选择

测定一次性可降解餐饮具样品中的重金属，样品的消解是重要关键一环。样品消解常用的消解液有HNO3、HClO4及H2O2。经过对比分析，在相同的微波消解程序下使用 5mLHNO3和3mLH2O2对样品进行消解，样品消解更完全，消解液也更干净透明。因此，选择HNO3、H2O2消解液体系。

2.1.2 消解温度的选择

消解温度的选择取决于样品的性质和分析目的。为确保样品完全消解，综合考虑反应速率、反应完全性和产物稳定性等因素，本研究分别试验了175℃、180℃、185℃、190℃、195℃等5个消解温度，每个消解温度各保持20min，当消解温度为190℃时，样品消解彻底，呈澄清状态。

2.2 标准曲线与检出限

根据试验确定的仪器工作条件对Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb 等10 种重金属不同浓度的标准溶液进行测定分析，绘制标准曲线。检出限是指分析方法能够检测出被分析物的最低浓度。本试验通过对空白样品测定11次后计算标准偏差，以试验结果3 倍标准偏差对应浓度计为仪器检出限，仪器检出限为0.0520~0.8016μ g/L；同时称量0.2g 样品按上述条件消解，消解完成定容至25mL 后计算，方法检出限为0.0065~0.1002mg/kg。各元素线性回归方程及检出限见表4。

表4 各元素线性回归方程及检出限Table4 Linear regression equations and detection limits for each element

从表4 可以看出10 种重金属元素在线性范围内呈现良好线性关系，相关系数（R2）均≥0.999，能够满足对上述10 种重金属的测定。

2.3 精密度试验

精密度是指在相同条件下，同一试样各测定值的符合程度。本试验选取一次性可降解餐饮具试样，准确称取0.25g（精确至0.1mg），按上述条件进行消解，并定容至25mL 进行测定。取样品进行平行测定6 次，并计算相对标准偏差。其中，Cr 为2.31%、Co 为3.76%、Ni 为1.15%、Cu 为4.73%、Zn 为5.29%、As 为2.36%、Se 为5.13%、Mo 为4.12%、Cd 为1.98%、Pb 为1.07%。

2.4 回收率试验

按照上述样品前处理步骤和仪器条件，通过在空白试样中添加低、中、高三个浓度的多元素混合标准溶液进行测定分析，并计算加标回收率，范围在87.1%～106.3%之间，测定结果见表5。从表5 可看出，该方法适用铬、钴、镍等10 种重金属元素的含量测定，准确度高。

2.5 试样测定

从市场上购买常见的吸管、餐盒、餐碗、勺子、叉子等5 种一次性可降解餐饮具，按照本文建立的方法和条件测定一次性可降解餐饮具中10 种重金属含量，发现5 种一次性可降解餐饮具重金属指标检测结果中，检测结果均低于国家标准中规定的限量标准值，结果见表6。

3. 结论

本研究采用硝酸-过氧化氢作为消解液，应用优化好的微波消解条件和ICP-MS 仪工作条件进行测定，建立了ICP-MS 法同时测定一次性可降解餐饮具中铬（Cr）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、硒（Se）、钼（Mo）、镉（Cd）、铅（Pb）等10 种重金属含量的测定方法。实验结果表明，该方法与原子吸收光谱分析法相比，具有操作简单、灵敏度高、准确度高、检出限低等优点，可满足一次性可降解餐饮具中10 种重金属同时测定的要求，将为一次性可降解餐饮具的检测和监管提供强有力的技术支撑。