不锈钢餐具在不同介质中金属溶出的研究

邱宝渭，陈东华

(广东石油化工学院 化学与生命科学学院，广东 茂名 525000)

通常所说的不锈钢是以铁、铬和镍为主，加上其他少量元素所组成的30 多种合金系列的通称［1］。在不锈钢诞生后的100 年以来，不锈钢的应用得到了巨大的发展［2］，由于其具有优越的防腐性能以及不易生锈等优良特性，制成的器皿美观耐用，因此，越来越多被用来制造餐、厨具，并逐渐进入广大家庭。但是如果不锈钢餐具使用不当，其中的铁、铬和镍等元素就会渗进食物，在人体内蓄积，致人中毒或对机体健康造成多方面的损害［3］。本实验研究了不锈钢餐具在4 种介质(自来水、食盐、醋酸、醋酸和食盐的混合物)中主体元素铁、铬和镍金属溶出的问题，以期对人们日常生活中正确使用不锈钢餐具提供一些理论依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

佳某企业生产的16 cm 加厚型不锈钢圆盘;铁、铬和镍标准溶液(1 000 mg/L);乙酸、硝酸、氯化钠均为分析纯。

AA-6300C 岛津原子吸收仪;上海汗诺HNJD-0505L 恒温槽等。

1.2 实验方法

在4 个200 mL 烧杯中分别放入上述不锈钢餐具裁成的小片各一片，再分别加入不锈钢餐具在日常生活使用中经常接触到的一定量［4］4 种介质:自来水(直接取自自来水龙头，模拟不锈钢餐具在使用中接触水的环境);醋酸(浓度为4%，模拟不锈钢餐具用于盛装食用醋酸的情况);食盐(浓度为0.25%，模拟不锈钢餐具盛装食盐调煮过的食物环境，如煲汤、炊菜或装汤和菜等);由食盐(0.25%)和醋酸(4%)组成的混合介质(模拟不锈钢餐具用于盛装糖醋排骨、糖醋鱼或腌制酸菜等环境)。然后分别在25 ℃和100 ℃温度下，经过一定时间处理后，使用岛津AA-6300C 原子吸收分光光度测试仪测出不锈钢餐具中铁、铬和镍三主体元素的溶出量［4］。

1.3 准确度的评价

采用加标回收率评价准确度，见表1。

表1 铁、铬和镍回收率的测定(mg/L)Table 1 The recovery rate determination of iron，chromium and nickel

2 结果与讨论

2.1 自来水

由图1 可知，该产品在自来水中，不管在25 ℃，还是在100 ℃下，不管浸泡的时间为1 h，还是24 h几乎没有铁、铬、镍金属溶出(低于仪器测出的下限，测不出来)。因为不锈钢表面有一薄薄的不产生反应的钝化膜，其主要成分是氧化铬膜，但也会有少量其它元素。一般生产厂认为不锈钢一定要经过钝化处理才在表面形成这层薄膜，其实只要不锈钢表面干净无污物，其表面一接触空气即会自动生成保护膜，且持久，并具有自行修复能力，由于有这层保护膜，所以不锈钢才不会像碳钢或铸钢那样生锈。加上不锈钢中的镍改变了其晶体结构，提高铁铬合金的钝化倾向，进一步增加了其耐腐蚀的性能［5］，所以在自来水环境中，不锈钢不会被腐蚀而导致金属溶出。这个结论说明不锈钢餐具在自来水环境中长时间和高温下使用都是安全的。

图1 主体金属元素在自来水中的溶出量Fig.1 The dissolution of the main elements in the tap water

2.2 醋酸

不锈钢餐具在醋酸中，主体元素都有溶出，并且溶出量随着时间的增加、温度的升高而增大，同等条件下溶出量的大小为:铁﹥镍﹥铬，虽经24 h 浸泡，溶出量都在国标允许范围内［6］。原因是在酸性溶液中不锈钢餐具表面的钝化膜呈两层结构:外层水合层，富Fe，内层脱水层，富Cr，随着腐蚀溶液pH值的升高，钝化膜中Fe 含量增加，Cr 含量下降，由于Fe 的氧化物易于溶解，因此在酸性溶液中被腐蚀增大［7］。故不锈钢餐具不适宜在酸性环境持续长时间使用。

图2 主体金属元素在醋酸溶液的溶出量Fig.2 The dissolution of the main elements in acetic acid

2.3 食盐

在0.25%的食盐水中三主体元素都溶出，情况与在醋酸中差不多，但溶出量比醋酸介质中小很多。由于食盐溶于水后电离出Cl－，其体积小，能穿透水膜，破坏金属表面的钝化膜，使钝化膜在若干个“点”上快速溶解，导致金属发生小孔腐蚀。而且生成的FeCl2和CrCl3等又易溶于水，且溶入水膜后将大大提高水膜的导电能力，促进了腐蚀的发生［8］。

图3 主体金属元素在食盐溶液的溶出量Fig.3 The dissolution of the main elements in the solution of the salt

2.4 食盐(0.25%)和醋酸(4%)

在此种介质中，不锈钢餐具中的主体元素铁、铬和镍大量溶出，这是由于在酸介质和氯离子的双重因素作用下导致的，甚至在高温下铬的溶出量已超出了国标范围，说明此餐具在此环境下不安全，应引起注意。说明不锈钢餐具不适合在高温下长时间盛装酸性食物或电解质的食物。

图4 主体金属元素在食盐和醋酸混合物溶液的溶出量Fig.4 The dissolution of the main elements in a mixed solution of the salt and the acetic acid

3 结论

从以上4 种情况可以看出，不锈钢餐具除了在自来水中不溶出外，在另外的介质中都会溶出，并且随温度的升高、时间的增加而增大，如果使用时间不长，主体金属元素的溶出量都不会超出国标范围，使用都是安全的。如果使用时间较长，并且在酸性或有食盐的环境下，因为有可能某些金属的溶出量会超出国家允许的标准，危及到身体的健康。虽然上述测试只是一个品牌的不锈钢餐具，但制造不锈钢餐具的原材料基本相同，结论有一定的代表性，希望这对人们正确使用不锈钢餐具有一定的帮助。

［1］ 陈林根，方文军. 工程化学基础［M］.2 版. 北京:高等教育出版社，2005:226.

［2］ 陈礼斌，高永春.不锈钢技术及其发展［J］.河北冶金，2011，183(3):5-12.

［3］ 宁兴龙.警惕!不锈钢制品对人体健康的影响［J］.金属世界，2000(2):8-9.

［4］ 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化委员会.GB/T 5009.81—2003 不锈钢食具容器卫生标准的分析方法［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［5］ 于福州.金属材料的耐蚀性［M］. 北京:科学出版社，2009:17-23.

［6］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫局，中国国家标准化委员会. GB 9684—1988 不锈钢食具容器卫生标准［S］.北京:中国标准出版社，1988.

［7］ Carmezim M J，Simoes A M，Monternor M F，et al.Capacitance behaviour of passive films on ferritic and austenitic stainless steel［J］. Corrosion Science，2005，47(3):581-591.

［8］ Burstein G T，Pistorius P C，Mattin S P. The nucleation and growth of corrosion pits on stainless steel［J］. Corrosion Science，1993，35(1/2/3/4):57-62.