不銹鋼餐具在不同介質(zhì)中金屬溶出的研究

邱寶渭，陳東華

(廣東石油化工學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣東 茂名 525000)

通常所說(shuō)的不銹鋼是以鐵、鉻和鎳為主，加上其他少量元素所組成的30 多種合金系列的通稱［1］。在不銹鋼誕生后的100 年以來(lái)，不銹鋼的應(yīng)用得到了巨大的發(fā)展［2］，由于其具有優(yōu)越的防腐性能以及不易生銹等優(yōu)良特性，制成的器皿美觀耐用，因此，越來(lái)越多被用來(lái)制造餐、廚具，并逐漸進(jìn)入廣大家庭。但是如果不銹鋼餐具使用不當(dāng)，其中的鐵、鉻和鎳等元素就會(huì)滲進(jìn)食物，在人體內(nèi)蓄積，致人中毒或?qū)C(jī)體健康造成多方面的損害［3］。本實(shí)驗(yàn)研究了不銹鋼餐具在4 種介質(zhì)(自來(lái)水、食鹽、醋酸、醋酸和食鹽的混合物)中主體元素鐵、鉻和鎳金屬溶出的問題，以期對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钪姓_使用不銹鋼餐具提供一些理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

佳某企業(yè)生產(chǎn)的16 cm 加厚型不銹鋼圓盤;鐵、鉻和鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L);乙酸、硝酸、氯化鈉均為分析純。

AA-6300C 島津原子吸收儀;上海汗諾HNJD-0505L 恒溫槽等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在4 個(gè)200 mL 燒杯中分別放入上述不銹鋼餐具裁成的小片各一片，再分別加入不銹鋼餐具在日常生活使用中經(jīng)常接觸到的一定量［4］4 種介質(zhì):自來(lái)水(直接取自自來(lái)水龍頭，模擬不銹鋼餐具在使用中接觸水的環(huán)境);醋酸(濃度為4%，模擬不銹鋼餐具用于盛裝食用醋酸的情況);食鹽(濃度為0.25%，模擬不銹鋼餐具盛裝食鹽調(diào)煮過的食物環(huán)境，如煲湯、炊菜或裝湯和菜等);由食鹽(0.25%)和醋酸(4%)組成的混合介質(zhì)(模擬不銹鋼餐具用于盛裝糖醋排骨、糖醋魚或腌制酸菜等環(huán)境)。然后分別在25 ℃和100 ℃溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間處理后，使用島津AA-6300C 原子吸收分光光度測(cè)試儀測(cè)出不銹鋼餐具中鐵、鉻和鎳三主體元素的溶出量［4］。

1.3 準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)

采用加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度，見表1。

表1 鐵、鉻和鎳回收率的測(cè)定(mg/L)Table 1 The recovery rate determination of iron，chromium and nickel

2 結(jié)果與討論

2.1 自來(lái)水

由圖1 可知，該產(chǎn)品在自來(lái)水中，不管在25 ℃，還是在100 ℃下，不管浸泡的時(shí)間為1 h，還是24 h幾乎沒有鐵、鉻、鎳金屬溶出(低于儀器測(cè)出的下限，測(cè)不出來(lái))。因?yàn)椴讳P鋼表面有一薄薄的不產(chǎn)生反應(yīng)的鈍化膜，其主要成分是氧化鉻膜，但也會(huì)有少量其它元素。一般生產(chǎn)廠認(rèn)為不銹鋼一定要經(jīng)過鈍化處理才在表面形成這層薄膜，其實(shí)只要不銹鋼表面干凈無(wú)污物，其表面一接觸空氣即會(huì)自動(dòng)生成保護(hù)膜，且持久，并具有自行修復(fù)能力，由于有這層保護(hù)膜，所以不銹鋼才不會(huì)像碳鋼或鑄鋼那樣生銹。加上不銹鋼中的鎳改變了其晶體結(jié)構(gòu)，提高鐵鉻合金的鈍化傾向，進(jìn)一步增加了其耐腐蝕的性能［5］，所以在自來(lái)水環(huán)境中，不銹鋼不會(huì)被腐蝕而導(dǎo)致金屬溶出。這個(gè)結(jié)論說(shuō)明不銹鋼餐具在自來(lái)水環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間和高溫下使用都是安全的。

圖1 主體金屬元素在自來(lái)水中的溶出量Fig.1 The dissolution of the main elements in the tap water

2.2 醋酸

不銹鋼餐具在醋酸中，主體元素都有溶出，并且溶出量隨著時(shí)間的增加、溫度的升高而增大，同等條件下溶出量的大小為:鐵﹥鎳﹥鉻，雖經(jīng)24 h 浸泡，溶出量都在國(guó)標(biāo)允許范圍內(nèi)［6］。原因是在酸性溶液中不銹鋼餐具表面的鈍化膜呈兩層結(jié)構(gòu):外層水合層，富Fe，內(nèi)層脫水層，富Cr，隨著腐蝕溶液pH值的升高，鈍化膜中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蝕增大［7］。故不銹鋼餐具不適宜在酸性環(huán)境持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。

圖2 主體金屬元素在醋酸溶液的溶出量Fig.2 The dissolution of the main elements in acetic acid

2.3 食鹽

在0.25%的食鹽水中三主體元素都溶出，情況與在醋酸中差不多，但溶出量比醋酸介質(zhì)中小很多。由于食鹽溶于水后電離出Cl－，其體積小，能穿透水膜，破壞金屬表面的鈍化膜，使鈍化膜在若干個(gè)“點(diǎn)”上快速溶解，導(dǎo)致金屬發(fā)生小孔腐蝕。而且生成的FeCl2和CrCl3等又易溶于水，且溶入水膜后將大大提高水膜的導(dǎo)電能力，促進(jìn)了腐蝕的發(fā)生［8］。

圖3 主體金屬元素在食鹽溶液的溶出量Fig.3 The dissolution of the main elements in the solution of the salt

2.4 食鹽(0.25%)和醋酸(4%)

在此種介質(zhì)中，不銹鋼餐具中的主體元素鐵、鉻和鎳大量溶出，這是由于在酸介質(zhì)和氯離子的雙重因素作用下導(dǎo)致的，甚至在高溫下鉻的溶出量已超出了國(guó)標(biāo)范圍，說(shuō)明此餐具在此環(huán)境下不安全，應(yīng)引起注意。說(shuō)明不銹鋼餐具不適合在高溫下長(zhǎng)時(shí)間盛裝酸性食物或電解質(zhì)的食物。

圖4 主體金屬元素在食鹽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 結(jié)論

從以上4 種情況可以看出，不銹鋼餐具除了在自來(lái)水中不溶出外，在另外的介質(zhì)中都會(huì)溶出，并且隨溫度的升高、時(shí)間的增加而增大，如果使用時(shí)間不長(zhǎng)，主體金屬元素的溶出量都不會(huì)超出國(guó)標(biāo)范圍，使用都是安全的。如果使用時(shí)間較長(zhǎng)，并且在酸性或有食鹽的環(huán)境下，因?yàn)橛锌赡苣承┙饘俚娜艹隽繒?huì)超出國(guó)家允許的標(biāo)準(zhǔn)，危及到身體的健康。雖然上述測(cè)試只是一個(gè)品牌的不銹鋼餐具，但制造不銹鋼餐具的原材料基本相同，結(jié)論有一定的代表性，希望這對(duì)人們正確使用不銹鋼餐具有一定的幫助。

［1］ 陳林根，方文軍. 工程化學(xué)基礎(chǔ)［M］.2 版. 北京:高等教育出版社，2005:226.

［2］ 陳禮斌，高永春.不銹鋼技術(shù)及其發(fā)展［J］.河北冶金，2011，183(3):5-12.

［3］ 寧興龍.警惕!不銹鋼制品對(duì)人體健康的影響［J］.金屬世界，2000(2):8-9.

［4］ 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).GB/T 5009.81—2003 不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［5］ 于福州.金屬材料的耐蝕性［M］. 北京:科學(xué)出版社，2009:17-23.

［6］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). GB 9684—1988 不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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.