不銹鋼餐具在不同介質中金屬溶出的研究

邱寶渭，陳東華

(廣東石油化工學院 化學與生命科學學院，廣東 茂名 525000)

通常所說的不銹鋼是以鐵、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，不銹鋼的應用得到了巨大的發展［2］，由于其具有優越的防腐性能以及不易生銹等優良特性，制成的器皿美觀耐用，因此，越來越多被用來制造餐、廚具，并逐漸進入廣大家庭。但是如果不銹鋼餐具使用不當，其中的鐵、鉻和鎳等元素就會滲進食物，在人體內蓄積，致人中毒或對機體健康造成多方面的損害［3］。本實驗研究了不銹鋼餐具在4 種介質(自來水、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，以期對人們日常生活中正確使用不銹鋼餐具提供一些理論依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

佳某企業生產的16 cm 加厚型不銹鋼圓盤;鐵、鉻和鎳標準溶液(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 實驗方法

在4 個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常接觸到的一定量［4］4 種介質:自來水(直接取自自來水龍頭，模擬不銹鋼餐具在使用中接觸水的環境);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煮過的食物環境，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(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境)。然后分別在25 ℃和100 ℃溫度下，經過一定時間處理后，使用島津AA-6300C 原子吸收分光光度測試儀測出不銹鋼餐具中鐵、鉻和鎳三主體元素的溶出量［4］。

1.3 準確度的評價

采用加標回收率評價準確度，見表1。

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

2 結果與討論

2.1 自來水

由圖1 可知，該產品在自來水中，不管在25 ℃，還是在100 ℃下，不管浸泡的時間為1 h，還是24 h幾乎沒有鐵、鉻、鎳金屬溶出(低于儀器測出的下限，測不出來)。因為不銹鋼表面有一薄薄的不產生反應的鈍化膜，其主要成分是氧化鉻膜，但也會有少量其它元素。一般生產廠認為不銹鋼一定要經過鈍化處理才在表面形成這層薄膜，其實只要不銹鋼表面干凈無污物，其表面一接觸空氣即會自動生成保護膜，且持久，并具有自行修復能力，由于有這層保護膜，所以不銹鋼才不會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構，提高鐵鉻合金的鈍化傾向，進一步增加了其耐腐蝕的性能［5］，所以在自來水環境中，不銹鋼不會被腐蝕而導致金屬溶出。這個結論說明不銹鋼餐具在自來水環境中長時間和高溫下使用都是安全的。

圖1 主體金屬元素在自來水中的溶出量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24 h 浸泡，溶出量都在國標允許范圍內［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構:外層水合層，富Fe，內層脫水層，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境持續長時間使用。

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“點”上快速溶解，導致金屬發生小孔腐蝕。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電能力，促進了腐蝕的發生［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，這是由于在酸介質和氯離子的雙重因素作用下導致的，甚至在高溫下鉻的溶出量已超出了國標范圍，說明此餐具在此環境下不安全，應引起注意。說明不銹鋼餐具不適合在高溫下長時間盛裝酸性食物或電解質的食物。

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 結論

從以上4 種情況可以看出，不銹鋼餐具除了在自來水中不溶出外，在另外的介質中都會溶出，并且隨溫度的升高、時間的增加而增大，如果使用時間不長，主體金屬元素的溶出量都不會超出國標范圍，使用都是安全的。如果使用時間較長，并且在酸性或有食鹽的環境下，因為有可能某些金屬的溶出量會超出國家允許的標準，危及到身體的健康。雖然上述測試只是一個品牌的不銹鋼餐具，但制造不銹鋼餐具的原材料基本相同，結論有一定的代表性，希望這對人們正確使用不銹鋼餐具有一定的幫助。

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

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

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

［4］ 中華人民共和國衛生部，中國國家標準化委員會.GB/T 5009.81—2003 不銹鋼食具容器衛生標準的分析方法［S］.北京:中國標準出版社，2004.

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

［6］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫局，中國國家標準化委員會. GB 9684—1988 不銹鋼食具容器衛生標準［S］.北京:中國標準出版社，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.