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紙、紙板和紙漿中砷含量檢測技術研究與應用

簡介

砷是一種廣泛存在于自然界中的有毒元素，其化合物可通過工業污染、原料污染或生產加工過程遷移至紙類產品中。紙、紙板和紙漿作為日常生活及工業領域的重要材料，廣泛應用于食品包裝、印刷、醫療用品等領域。若其中砷含量超標，可能通過接觸或遷移對人體健康造成嚴重危害，例如慢性中毒、癌癥風險增加等。因此，建立科學、精準的砷含量檢測方法，對保障產品質量和消費者安全具有重要意義。

檢測適用范圍

砷含量檢測主要適用于以下場景：

1. 食品接觸類紙制品：如食品包裝紙、餐巾紙、紙杯等，需嚴格控制砷遷移量，避免污染食品。
2. 兒童用紙制品：包括課本、彩印紙、玩具包裝等，因兒童對有毒物質更為敏感，需滿足更高安全標準。
3. 醫療及衛生用紙：如醫用紗布包裝紙、衛生紙等，需避免砷通過皮膚接觸或傷口進入人體。
4. 工業用紙漿原料：造紙原料（如木漿、廢紙漿）可能因環境污染導致砷富集，需從源頭控制。 此外，出口貿易中，紙類產品需符合歐盟REACH法規、美國FDA標準等國際要求，砷檢測是重要合規內容。

檢測項目及簡介

砷含量的檢測核心在于測定樣品中總砷含量及可溶性砷形態分析：

1. 總砷含量檢測 通過消解樣品后測定砷的總量，反映紙類產品的整體污染水平。
2. 無機砷形態分析 區分三價砷（As³?）和五價砷（As??），因三價砷毒性更強，需單獨評估其風險。
3. 遷移量檢測 模擬實際使用條件（如接觸水、酸性溶液），測定砷從紙制品中的溶出量，評估實際暴露風險。

檢測參考標準

國內外針對紙類產品中砷含量的檢測已制定多項標準，主要包括：

1. ISO 10775:2015 《紙、紙板和紙漿－砷含量的測定－原子熒光光譜法》 國際標準化組織（ISO）發布的權威方法，適用于各類紙漿及紙制品。
2. GB/T 2678.2-2021 《紙漿、紙和紙板中砷的測定 第2部分：電感耦合等離子體質譜法》 中國國家標準，采用高靈敏度質譜技術，適用于痕量砷檢測。
3. EN 645:2020 《與食品接觸的紙和紙板材料－砷、鎘、鉛、汞的測定》 歐盟標準，規定食品接觸類紙制品中砷及其他重金屬的限值及檢測流程。
4. TAPPI T 266 om-2018 《紙漿和紙中砷含量的測試方法》 美國紙漿與造紙工業技術協會標準，提供傳統分光光度法操作指南。

檢測方法及儀器

目前主流的檢測方法包括原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）和分光光度法，具體流程如下：

1. 原子熒光光譜法（AFS）

   • 原理：樣品經酸消解后，砷化合物被還原為砷化氫氣體，通過原子熒光光譜儀測定熒光強度，定量分析砷含量。
   • 儀器：原子熒光光譜儀、微波消解系統、恒溫水浴鍋。
   • 特點：靈敏度高（檢出限可達0.01 mg/kg）、操作簡便，適用于大批量樣品篩查。

2. 電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

   • 原理：消解后的樣品霧化進入等離子體離子源，砷離子經質譜分離后檢測其質荷比（m/z=75），實現痕量砷定量。
   • 儀器：ICP-MS儀、超純水系統、超聲波萃取儀。
   • 特點：檢出限低（0.001 mg/kg）、可同時檢測多種元素，但設備成本較高。

3. 分光光度法

   • 原理：砷與顯色劑（如二乙基二硫代氨基甲酸銀）反應生成有色絡合物，通過分光光度計測定吸光度值。
   • 儀器：紫外-可見分光光度計、馬弗爐、離心機。
   • 特點：設備普及、成本低，但靈敏度較低（檢出限約0.1 mg/kg），適用于常規檢測。

關鍵步驟說明：

• 樣品前處理：需將紙制品剪碎后，采用硝酸-過氧化氫體系微波消解，或通過酸性溶液浸泡提取可溶性砷。
• 質量控制：加入標準物質（如NIST SRM 1575a松針標準品）進行回收率測試，確保檢測結果準確性。

結語

隨著全球對紙類產品安全性的重視，砷含量檢測技術持續向高靈敏度、高效率方向發展。通過結合不同檢測方法的優勢，并嚴格遵循國際及國家標準，能夠有效控制紙制品中的砷污染風險。未來，快速檢測設備（如便攜式X射線熒光光譜儀）的研發與應用，將進一步推動檢測流程的優化，為行業提供更全面的質量保障。