材質(zhì)元素對不銹鋼杯重金屬析出量的影響

涂　建，陳華才，范紅偉，黃金飛,王國琴

(1.中國計量學(xué)院 光學(xué)與電子科技學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江省家具與五金研究所，浙江 杭州 310007)

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材質(zhì)元素對不銹鋼杯重金屬析出量的影響

涂建1,2，陳華才1，范紅偉2，黃金飛2,王國琴2

(1.中國計量學(xué)院 光學(xué)與電子科技學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江省家具與五金研究所，浙江 杭州 310007)

【摘要】采用火花直讀光譜儀分析了110批次不銹鋼杯中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni7種材質(zhì)元素的含量，同時采用石墨爐原子吸收分光光度法分析了它們的Pb、Cr、Ni、Cd、As5種重金屬元素的析出量.研究了不銹鋼材質(zhì)對重金屬元素析出量的影響.結(jié)果表明，材質(zhì)元素Ni含量對重金屬元素Pb的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素C、Si、Mn、P含量對重金屬元素Cr的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素C、S、Mn、Cr、Ni含量對重金屬元素Ni的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量對重金屬元素As的析出量有顯著影響.

【關(guān)鍵詞】不銹鋼；材質(zhì)元素；重金屬析出量；原子吸收光譜法

重金屬遷移量(以下稱析出量)是指在一定條件下，通過一定濃度的乙酸浸泡所析出的重金屬含量，通常采用鉛、鉻、鎳、鎘、砷5種重金屬析出量來表征食具容器的衛(wèi)生安全性能[1].重金屬析出量不僅是衡量不銹鋼食具容器的重要指標之一，也是出口歐盟國家的重要技術(shù)指標[2].目前應(yīng)用于食品接觸材料加工制造的不銹鋼按照顯微組織分類主要有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，由于馬氏體不銹鋼具有較高的硬度，多用來生產(chǎn)餐具，奧氏體不銹鋼具有較好的加工性能和焊接性能，所以被廣泛用于食具容器以及食品加工機械的制造[3].奧氏體材料制成的不銹鋼杯在人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛使用，其質(zhì)量與人們的健康安全息息相關(guān).不銹鋼杯析出的重金屬通過飲用水進入人體內(nèi)，但水體中重金屬不易溶解，大部分會迅速由水相轉(zhuǎn)入固相，即迅速地在人體內(nèi)結(jié)合到懸浮物和沉積物中，導(dǎo)致沉積在人體內(nèi)中的重金屬含量越來越多[4].不銹鋼杯析出的重金屬含量若超標，將危害人體的健康，特別是抵抗力弱的老人和兒童.所以對不銹鋼杯中重金屬析出量進行檢測具有重要意義.

有研究表明，奧氏體不銹鋼食具容器中鉻、鎳析出量遠小于馬氏體和鐵素體；鉻、鎳析出量與乙酸濃度成正比，且馬氏體不銹鋼食具容器的鉻、鎳析出量增加幅度遠大于奧氏體；浸泡靜置時間對重金屬遷移量的影響不明顯[5-7].部分食品接觸金屬制品生產(chǎn)企業(yè)對金屬原料的加工僅涉及切割、沖壓、裝配等過程，基本不影響金屬的化學(xué)性質(zhì)，因此對原料的管理就成為控制成品安全衛(wèi)生項目是否合格的關(guān)鍵因素[8].但上述研究都沒有表明原料本身材質(zhì)元素的含量對重金屬析出量的影響.為了研究兩者關(guān)系，本文基于石墨爐原子吸收分光光度計和火花直讀光譜儀，選取了用食品接觸材料奧氏體不銹鋼做成的不銹鋼杯作為研究對象，研究不銹鋼材質(zhì)元素含量對其重金屬析出量的影響以及兩者關(guān)系，以利于提升對重金屬析出量的檢測方法，從而快速辨別出食品接觸不銹鋼重金屬析出量是否超標，同時對減少危害人體健康的不銹鋼食具容器也有一定的意義.

1材料與方法

1.1材料

110批次不銹鋼杯.

1.2樣品制備

實驗樣品的制備按照國家標準GB/T5009.81方法進行制樣，將樣品進行切割，從內(nèi)膽上取2.5 cm×2 cm的樣片5塊，其中2塊用金相磨砂紙打磨，用酒精擦拭干凈，用于材質(zhì)分析；另外3塊先后用肥皂水、自來水和蒸餾水洗凈、晾干，分別放入燒杯中，每個燒杯加入煮沸的4%乙酸溶液20 mL，加玻璃蓋，小火煮沸30 min，冷卻，補充4%乙酸至原體積，室溫下放置24 h.將浸泡液倒入潔凈玻璃瓶中供分析用[9-10].

1.3光譜分析

樣品材質(zhì)分析采用火花直讀光譜儀(FM PRO，德國牛津)，測定產(chǎn)品中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni材質(zhì)元素的含量.火花直讀光譜儀分析條件：氬氣純度≥99.998%，供到儀器的壓力0.3～0.4 MPa；儀器內(nèi)抽真空至真空度≤0.1 mbar.

采用石墨爐原子吸收分光光度計(AA6300，日本島津)檢測浸泡液中鉛、鉻、鎳、鎘、砷5種重金屬元素的析出量.石墨爐原子吸收分光光度計分析條件：空心陰極燈工作電流應(yīng)保持額定電流的40%～60%，在分析之前，調(diào)整空心陰極燈光的發(fā)射與檢測器的接受位置為最佳狀態(tài)，光路準直，保證提供最大的測量能量；選用共振吸收線為分析線；光電倍增管的工作電壓選擇在最大工作電壓的1/3～2/3；石墨爐原子化條件：干燥溫度100 ℃，時間60 s，灰化時間約為30 s；鉛、鉻、鎳、鎘、砷標準溶液(1 mg/mL，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院)，用去離子水將標準溶液配成所需要的濃度；保護氣氬氣的純度≥99.995%.

2結(jié)果與分析

2.1材質(zhì)元素含量

110批次不銹鋼杯其材質(zhì)中7種元素的含量如表1.

2.2重金屬析出量

110批次不銹鋼杯中鉛、鉻、鎳、鎘、砷5種重金屬元素的析出量如表2.

2.3重金屬析出量與材質(zhì)元素含量的關(guān)系

通過統(tǒng)計分析軟件SPSS對兩組數(shù)據(jù)進行方差分析，得到實驗分析結(jié)果如表3.

表1　材質(zhì)元素分析結(jié)果(n=110)

表2　重金屬析出量分析結(jié)果(n=110)

表3　重金屬元素析出量與材質(zhì)元素含量的相關(guān)性

通過SPSS方差分析，研究了不銹鋼表面材質(zhì)元素C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni的含量對鉛、鉻、鎳、鎘、砷五種重金屬元素析出量的影響.結(jié)合表3，分析結(jié)果表明：

1)材質(zhì)元素Ni含量對重金屬元素鉛的析出量有顯著影響(F=12.467，P<0.001).

2)材質(zhì)元素C、Si、Mn、P含量對重金屬元素鉻的析出量都有顯著影響；其中材質(zhì)元素C的含量對于重金屬元素鉻的析出量的影響最大(F=9.662，P<0.001)，其次是材質(zhì)元素P(F=4.623，P<0.001)，材質(zhì)元素Si(F=3.689，P<0.001)，最后是材質(zhì)元素Mn(F=2.572，P<0.001).

3)材質(zhì)元素C、Mn、S、Cr、Ni含量對重金屬元素鎳的析出量都有顯著影響；其中材質(zhì)元素Ni的含量對于重金屬元素鎳的析出量的影響最大(F=3.608，P<0.001)，其次是材質(zhì)元素Cr(F=3.180，P<0.001)，材質(zhì)元素S(F=2.679，P=0.002)，材質(zhì)元素C(F=2.551，P=0.09)，最后是材質(zhì)元素Mn(F=1.645，P=0.041<0.05).

4)材質(zhì)元素含量對重金屬元素鎘的析出量無顯著影響.

5)材質(zhì)元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量對重金屬元素砷的析出量都有顯著影響；其中材質(zhì)元素Cr含量對重金屬元素砷的析出量影響最大(F=5.041，P<0.001)，其次是材質(zhì)元素Ni(F=4.109，P<0.001)，材質(zhì)元素P(F=2.324，P=0.004)，材質(zhì)元素Si(F=1.860，P=0.032)，最后是材質(zhì)元素Mn(F=1.794，P=0.021<0.05).

3結(jié)語

采用火花直讀光譜儀分析了110批次不銹鋼杯之材質(zhì)中7種元素的含量，同時采用石墨爐原子吸收分光光度法分析了鉛、鉻、鎳、鎘、砷5種重金屬元素的析出量，研究了不銹鋼材質(zhì)對重金屬元素析出量的影響.結(jié)果表明，材質(zhì)元素Ni含量對重金屬元素鉛的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素C、Si、Mn、P含量對重金屬元素鉻的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素C、S、Mn、Cr、Ni含量對重金屬元素鎳的析出量有顯著影響，材質(zhì)元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量對重金屬元素砷的析出量有顯著影響.不銹鋼杯的材質(zhì)元素含量和表面重金屬元素的析出量存在一定關(guān)系.根據(jù)研究結(jié)果，不銹鋼水杯生產(chǎn)企業(yè)在選購材料的時候，不僅要關(guān)注材質(zhì)中重金屬的含量，同時也要關(guān)注其中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni等材質(zhì)元素的含量，因為這些元素的含量也影響著重金屬元素的析出量.

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Relationship between the precipitation amounts of heavy metals and material elements in stainless steel cups

TU Jian1,2, CHEN Huacai1, FAN Hongwei2, HUANG Jinfei2, WANG Guoqin2

(1. College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China； 2. Zhejiang Furniture and Hardware Research Institute, Hangzhou 310007, China)

Abstract:The contents of seven material elements C, S, Si, Mn, P, Cr and Ni of 110 batches of stainless steel cups were tested by using a spark direct reading spectrometer. At the same time, the precipitation amounts of five heavy metal elements Pb, Cr, Ni, Cd and As of these stainless steel cups were analyzed by using an atomic absorption spectrophotometer. The relationship between the precipitation of the heavy metals and the material elements in the stainless steel cups was studied. The material content of Ni had significant impact on the precipitation amounts of the heavy metal Pb. The material contents of C, Si, Mn and P had significant impact on the precipitation amounts of heavy metal Cr. The material contents of C, S, Mn, Cr and Ni had significant impact on the precipitation amounts of the heavy metal Ni. The material contents of Si, Mn, P, Cr and Ni had significant impact on the precipitation amounts of the heavy metal As.

Key words:stainless steel; material elements; heavy metal precipitation amount; atomic absorption spectroscopy

【文章編號】1004-1540(2016)01-0048-04

DOI:10.3969/j.issn.1004-1540.2016.01.009

【收稿日期】2015-12-01《中國計量學(xué)院學(xué)報》網(wǎng)址：zgjl.cbpt.cnki.net

【基金項目】浙江省重點科技創(chuàng)新團隊項目(No.2010R50028).

【作者簡介】涂建(1993- )，男， 江西省南昌人，碩士研究生，主要研究方向為光譜分析、理化檢測．E-mail:944982488@qq.com

【中圖分類號】O657.3

【文獻標志碼】A

通信聯(lián)系人：陳華才，男，研究員.E-mail:544867537@qq.com