材质元素对不锈钢杯重金属析出量的影响

涂　建，陈华才，范红伟，黄金飞,王国琴

(1.中国计量学院 光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018；2.浙江省家具与五金研究所，浙江 杭州 310007)



材质元素对不锈钢杯重金属析出量的影响

涂建1,2，陈华才1，范红伟2，黄金飞2,王国琴2

(1.中国计量学院 光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018；2.浙江省家具与五金研究所，浙江 杭州 310007)

【摘要】采用火花直读光谱仪分析了110批次不锈钢杯中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni7种材质元素的含量，同时采用石墨炉原子吸收分光光度法分析了它们的Pb、Cr、Ni、Cd、As5种重金属元素的析出量.研究了不锈钢材质对重金属元素析出量的影响.结果表明，材质元素Ni含量对重金属元素Pb的析出量有显著影响，材质元素C、Si、Mn、P含量对重金属元素Cr的析出量有显著影响，材质元素C、S、Mn、Cr、Ni含量对重金属元素Ni的析出量有显著影响，材质元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量对重金属元素As的析出量有显著影响.

【关键词】不锈钢；材质元素；重金属析出量；原子吸收光谱法

重金属迁移量(以下称析出量)是指在一定条件下，通过一定浓度的乙酸浸泡所析出的重金属含量，通常采用铅、铬、镍、镉、砷5种重金属析出量来表征食具容器的卫生安全性能[1].重金属析出量不仅是衡量不锈钢食具容器的重要指标之一，也是出口欧盟国家的重要技术指标[2].目前应用于食品接触材料加工制造的不锈钢按照显微组织分类主要有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢，由于马氏体不锈钢具有较高的硬度，多用来生产餐具，奥氏体不锈钢具有较好的加工性能和焊接性能，所以被广泛用于食具容器以及食品加工机械的制造[3].奥氏体材料制成的不锈钢杯在人们日常生活中广泛使用，其质量与人们的健康安全息息相关.不锈钢杯析出的重金属通过饮用水进入人体内，但水体中重金属不易溶解，大部分会迅速由水相转入固相，即迅速地在人体内结合到悬浮物和沉积物中，导致沉积在人体内中的重金属含量越来越多[4].不锈钢杯析出的重金属含量若超标，将危害人体的健康，特别是抵抗力弱的老人和儿童.所以对不锈钢杯中重金属析出量进行检测具有重要意义.

有研究表明，奥氏体不锈钢食具容器中铬、镍析出量远小于马氏体和铁素体；铬、镍析出量与乙酸浓度成正比，且马氏体不锈钢食具容器的铬、镍析出量增加幅度远大于奥氏体；浸泡静置时间对重金属迁移量的影响不明显[5-7].部分食品接触金属制品生产企业对金属原料的加工仅涉及切割、冲压、装配等过程，基本不影响金属的化学性质，因此对原料的管理就成为控制成品安全卫生项目是否合格的关键因素[8].但上述研究都没有表明原料本身材质元素的含量对重金属析出量的影响.为了研究两者关系，本文基于石墨炉原子吸收分光光度计和火花直读光谱仪，选取了用食品接触材料奥氏体不锈钢做成的不锈钢杯作为研究对象，研究不锈钢材质元素含量对其重金属析出量的影响以及两者关系，以利于提升对重金属析出量的检测方法，从而快速辨别出食品接触不锈钢重金属析出量是否超标，同时对减少危害人体健康的不锈钢食具容器也有一定的意义.

1材料与方法

1.1材料

110批次不锈钢杯.

1.2样品制备

实验样品的制备按照国家标准GB/T5009.81方法进行制样，将样品进行切割，从内胆上取2.5 cm×2 cm的样片5块，其中2块用金相磨砂纸打磨，用酒精擦拭干净，用于材质分析；另外3块先后用肥皂水、自来水和蒸馏水洗净、晾干，分别放入烧杯中，每个烧杯加入煮沸的4%乙酸溶液20 mL，加玻璃盖，小火煮沸30 min，冷却，补充4%乙酸至原体积，室温下放置24 h.将浸泡液倒入洁净玻璃瓶中供分析用[9-10].

1.3光谱分析

样品材质分析采用火花直读光谱仪(FM PRO，德国牛津)，测定产品中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni材质元素的含量.火花直读光谱仪分析条件：氩气纯度≥99.998%，供到仪器的压力0.3～0.4 MPa；仪器内抽真空至真空度≤0.1 mbar.

采用石墨炉原子吸收分光光度计(AA6300，日本岛津)检测浸泡液中铅、铬、镍、镉、砷5种重金属元素的析出量.石墨炉原子吸收分光光度计分析条件：空心阴极灯工作电流应保持额定电流的40%～60%，在分析之前，调整空心阴极灯光的发射与检测器的接受位置为最佳状态，光路准直，保证提供最大的测量能量；选用共振吸收线为分析线；光电倍增管的工作电压选择在最大工作电压的1/3～2/3；石墨炉原子化条件：干燥温度100 ℃，时间60 s，灰化时间约为30 s；铅、铬、镍、镉、砷标准溶液(1 mg/mL，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)，用去离子水将标准溶液配成所需要的浓度；保护气氩气的纯度≥99.995%.

2结果与分析

2.1材质元素含量

110批次不锈钢杯其材质中7种元素的含量如表1.

2.2重金属析出量

110批次不锈钢杯中铅、铬、镍、镉、砷5种重金属元素的析出量如表2.

2.3重金属析出量与材质元素含量的关系

通过统计分析软件SPSS对两组数据进行方差分析，得到实验分析结果如表3.

表1　材质元素分析结果(n=110)

表2　重金属析出量分析结果(n=110)

表3　重金属元素析出量与材质元素含量的相关性

通过SPSS方差分析，研究了不锈钢表面材质元素C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni的含量对铅、铬、镍、镉、砷五种重金属元素析出量的影响.结合表3，分析结果表明：

1)材质元素Ni含量对重金属元素铅的析出量有显著影响(F=12.467，P<0.001).

2)材质元素C、Si、Mn、P含量对重金属元素铬的析出量都有显著影响；其中材质元素C的含量对于重金属元素铬的析出量的影响最大(F=9.662，P<0.001)，其次是材质元素P(F=4.623，P<0.001)，材质元素Si(F=3.689，P<0.001)，最后是材质元素Mn(F=2.572，P<0.001).

3)材质元素C、Mn、S、Cr、Ni含量对重金属元素镍的析出量都有显著影响；其中材质元素Ni的含量对于重金属元素镍的析出量的影响最大(F=3.608，P<0.001)，其次是材质元素Cr(F=3.180，P<0.001)，材质元素S(F=2.679，P=0.002)，材质元素C(F=2.551，P=0.09)，最后是材质元素Mn(F=1.645，P=0.041<0.05).

4)材质元素含量对重金属元素镉的析出量无显著影响.

5)材质元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量对重金属元素砷的析出量都有显著影响；其中材质元素Cr含量对重金属元素砷的析出量影响最大(F=5.041，P<0.001)，其次是材质元素Ni(F=4.109，P<0.001)，材质元素P(F=2.324，P=0.004)，材质元素Si(F=1.860，P=0.032)，最后是材质元素Mn(F=1.794，P=0.021<0.05).

3结语

采用火花直读光谱仪分析了110批次不锈钢杯之材质中7种元素的含量，同时采用石墨炉原子吸收分光光度法分析了铅、铬、镍、镉、砷5种重金属元素的析出量，研究了不锈钢材质对重金属元素析出量的影响.结果表明，材质元素Ni含量对重金属元素铅的析出量有显著影响，材质元素C、Si、Mn、P含量对重金属元素铬的析出量有显著影响，材质元素C、S、Mn、Cr、Ni含量对重金属元素镍的析出量有显著影响，材质元素Si、Mn、P、Cr、Ni含量对重金属元素砷的析出量有显著影响.不锈钢杯的材质元素含量和表面重金属元素的析出量存在一定关系.根据研究结果，不锈钢水杯生产企业在选购材料的时候，不仅要关注材质中重金属的含量，同时也要关注其中C、S、Si、Mn、P、Cr、Ni等材质元素的含量，因为这些元素的含量也影响着重金属元素的析出量.

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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

【文章编号】1004-1540(2016)01-0048-04

DOI:10.3969/j.issn.1004-1540.2016.01.009

【收稿日期】2015-12-01《中国计量学院学报》网址：zgjl.cbpt.cnki.net

【基金项目】浙江省重点科技创新团队项目(No.2010R50028).

【作者简介】涂建(1993- )，男， 江西省南昌人，硕士研究生，主要研究方向为光谱分析、理化检测．E-mail:944982488@qq.com

【中图分类号】O657.3

【文献标志码】A

通信联系人：陈华才，男，研究员.E-mail:544867537@qq.com