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陶瓷餐具中铅含量的测定及简易处理方法
摘要:陶瓷餐具是我国五千年文化的延存,凝结着中华民族的艺术才华和智慧,但在色彩斑斓的陶瓷餐具制造过程中,使用了大量含有一定量铅,镉的颜料,这些重金属离子在使用中会逐步释放,对人体产生危害.因此,本实验采用双硫腙法对陶瓷餐具的铅含量进行了测定,结果表明所收集的陶瓷餐具中铅的含量均接近和超过WTO规定的标准.针对实验结果我认为可采用醋酸和微波加热法对购置的陶瓷餐具进行处理,从而使餐具的使用安全可靠.
关键词:陶瓷餐具,铅,比色法,双硫腙法
一 前言
陶瓷餐具是我国五千年文化的延存,结晶着中华民族的艺术才华和智慧,与我们每个人的日常生活息息相关.但是,在餐具的制造过程中,为了使餐具更加美观,人们会使用大量的无机颜料,而这些颜料一般都含有一定量的铅和镉等重金属离子,尤其是餐具内壁的花纹,更容易在使用过程中释放出这些重金属离子,对我们人体造成危害.因此,陶瓷餐具中金属离子含量的问题已经引起科学家越来越多的关注[1].
针对人们用餐具盛放米醋,浸泡腌菜,孩子用餐具盛放弱酸性饮料这些日常生活习惯,我走访了专家,并查阅了大量的资料,最后设计了用一定浓度的醋酸浸泡餐具观察铅离子释放的实验方案,希望通过实验,提醒人们在购买和使用餐具时尽量避免使用内壁有花纹的餐具.
二 仪器和试剂
1.仪器:U-3400分光光度计,50毫升比色管,100毫升比色管.
2.试剂:双硫腙,柠檬酸铵,盐酸羟胺,酚红指示剂,氨水,三氯甲烷,盐酸,氢氧化钠,醋酸.(以上试剂均为分析纯)
三 实验方法
1.样品的购置
陶瓷餐具在杭州市某农贸市场中的购得.
图1 陶瓷餐具样品
2.样品的处理
1) 按照文献报导[2],将所购置的样品用醋酸(4%, v/v)浸泡,煮沸2小时,再浸泡24小时,浓缩浸泡液,待分析.
2) 将所购置的样品用醋酸(4%, v/v)和NaCl(10%),体积比为1:1的溶液浸泡,煮沸2小时,再浸泡24小时,浓缩浸泡液,待分析.
3) 将所购置的样品用NaCl(10%)浸泡,煮沸2小时,再浸泡24小时,浓缩浸泡液,待分析.
4) 将所购置的样品用醋酸(4%,v/v)浸泡,微波炉加热(中火)3分钟,浓缩浸泡液,待分析.
5) 将所购置的样品用醋酸(4%,v/v)浸泡,微波炉加热(中火)5分钟,再浸泡24小时,浓缩浸泡液,待分析.
3.标准曲线的绘制
铅浓度的测定采用文献[3]报导的双硫腙显色法进行.双硫腙法是以双硫腙为络合剂,在PH为8-9时与铅形成酒红色的络合物,在520纳米波长有最大吸收,并测定其吸收值.
吸取2.50,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00毫升铅标准溶液(相当于25.0,30.0,35.0,40.0,45.0,50.0毫克铅)于100毫升比色管中,加无铅双蒸馏水至20毫升,加入2毫升柠檬酸铵溶液,1毫升20%的盐酸羟胺和2滴酚红指示剂,用1:1氨水调节至红色,混匀,各加5.0毫升双硫腙使用液,剧烈振摇1分钟,静止分层,取三氯甲烷层加入1cm比色皿中,在520纳米波长处测定吸光度,绘制标准曲线.
4.样品的测定
将上述样品处理后的样液,经浓缩后定容至20毫升,加入2毫升柠檬酸铵溶液,1毫升20%的盐酸羟胺和2滴酚红指示剂,用1:1氨水调节至红色,混匀,各加5.0毫升双硫腙使用液,剧烈振摇1分钟,静止分层,三氯甲烷层加入1cm比色皿中,在520纳米波长处测定吸光度.
四 实验结果
1. 图2 和图3分别是双硫腙法对铅标准品的显色照片和铅标准曲线图.
图2 双硫腙法对铅标准品的显色照片 图3 铅标准曲线
铅标准品的浓度分别为25.0,30.0,35.0,40.0,45.0,50.0 mg/mL,所得的标准曲线方程式为: A = 2.700×10-3C+0.2510 ( n=6, R2=0.99)
从标准曲线来看,显色浓度与铅含量具有良好的相关性.
2.为检验杭州市农贸市场中的陶瓷餐具含铅量的情况,本实验收集杭州市某农贸市场中的红色花纹,蓝色花纹,青色花纹,绿色花纹和花色汤瓢样品,经过处理后他们均显示出有较高的铅含量.图4 是样品的显色照片.
图4 陶瓷餐具样品的显色照片
3.针对所购置的陶瓷餐具样品中铅含量的程度,我们的实验着重筛选了红色花纹和蓝色花纹的陶瓷餐具进行进一步的实验.表1为实验结果.
表1 不同条件下餐具铅离子的释放量
陶瓷餐具
实验条件
红色花纹餐具(重量0.38千克)
(mg/kg)
蓝色花纹餐具(重量0.28千克)
(mg/kg)
醋酸(4%, v/v)
醋酸+微波(5分钟)
醋酸+微波(3分钟)
NaCl (10%)
醋酸+ NaCl(10%)(1:1)
488.3
687.8
560.6
671.1
354.7
718.1
762.6
692.2
557.6
590.9
图5 陶瓷餐具样品与标准曲线对照的显色照片
从对样品的检测结果显示,用微波加热3分钟和5分钟后的样品浸泡液中铅含量比只用醋酸浸泡样品的浓度明显增加,说明微波加热法可能会使铅的溶出速度加快,而且从两种陶瓷餐具的实验结果来看,增加微波加热时间,浸泡液中铅浓度增加.
用NaCl(10%)溶液处理浸泡样品,对红色花纹餐具而言,铅的浓度增加明显,说明NaCl(10%)盐溶液在一定程度上也会增加红色花纹餐具中铅的溶出;而对蓝色花纹餐具而言,NaCl(10%)对其影响较小,说明盐溶液对不同的颜料影响不同.
用醋酸+ NaCl(10%)混合溶液浸泡样品的实验结果显示,对蓝色花纹餐具而言,所测定的铅含量比用醋酸(4% v/v)浸泡的样品要高.
针对以上实验结果发现,在微波炉作用下,用氯化钠溶液或醋酸溶液浸泡餐具,都能使餐具释放出较多的铅离子.因此,我设想,如果用微波炉对餐具进行处理,是否能加快重金属离子的释放,使不安全的餐具在处理后,对人体的危害变小呢 我设计了进一步的实验.
4.将样品用醋酸浸泡24小时及微波炉处理后,再进行醋酸处理,然后对样品中铅含量的测定值.(实验结果见表2)
表2 微波炉处理后餐具的铅离子释放量
陶瓷餐具
实验条件
红色花纹餐具(重量0.38千克)
(mg/kg)
蓝色花纹餐具(重量0.28千克)
(mg/kg)
醋酸+微波(5分钟)
再用醋酸浸泡1小时
488.3
121.4
718.1
194.1
实验结果显示样品用醋酸浸泡24小时和微波炉处理后,样品再进行醋酸处理,其铅含量明显降低.
五 讨论
在实验过程中,我在辅导教师的帮助下,严格按照文献[2]所提出的有关陶瓷品中铅含量测定时应注意的操作问题,如浸泡温度的控制在25±1°C,浸泡时间上在煮沸2小时后,再浸泡24h±10min,在容器上用薄膜加盖,减少醋酸的挥发.
根据世界卫生组织(WTO)及美国和加拿大食品卫生机构规定的标准,陶瓷餐具中铅的含量标准是600mg/Kg [4-6],即每千克陶瓷餐具中铅的重量不高于600毫克.以这个浓度为标准,我所收集的陶瓷餐具样品中铅的含量均接近或超过这个标准.
通过文献的查阅,我发现陶瓷制品的烧制温度为1250-1350°C,而颜料中铅的化合物一般为铅丹(Pb3O4)和黄丹(PbO),前者的分解温度为500°C,熔融温度为880°C,后者的熔融温度为850°C.因此,在陶瓷制品中即使使用了铅丹,在1000°C的高温下,铅的化合物已经发生熔融或者已经挥发,有的则与石英生成了不溶于水的硅酸铅.因此,我们的餐具在通常情况下使安全的.
通过实验证明,铅元素在餐具的使用过程中都可能溶出.但是不同的使用方法铅溶出的浓度各有不同,其中微波加热会明显增加铅在浸泡液中的浓度.
因此,我们建议,第一,选购陶瓷餐具应该在正规的大商场里购买,而不要贪图便宜去街头地摊上购买;第二,尽量不要选择内壁花纹色彩过于鲜艳的陶瓷餐具;第三,在陶瓷餐具的使用时,不要长时间用米醋或盐水浸泡餐具,这样会使餐具中的铅等重金属元素溶出.
最后,我建议,如果购买了内壁有鲜艳花纹的陶瓷餐具,除了用一般的清水或洗洁精清洗餐具表面的污垢外,可以用低浓度的醋酸(或食用米醋)浸泡24小时后,再用微波炉中火加热5分钟.经过这样处理的陶瓷餐具,可以去除表面颜料中一些游离的铅,从而可以安全地用于日常生活中,其铅的含量会大大低于世界卫生组织规定的陶瓷餐具中铅的标准.
六 参考文献
1 潘荣,王凌莉,姚继烈 陶瓷墙地砖铅溶出量的探讨 中国陶瓷 2006;42(6):44-46
2 唐志阳 日用陶瓷品铅,镉溶出量检测应注意的问题 山东陶瓷 2006;29(4):32-34
3 刘福岭 食品物理与化学分析方法 轻工业出版社 1987;284-289
4 张雷,沈建兴,李传山 无铅压电陶瓷制备方法的研究进展 硅酸盐通报 2007;26(5):957-961
5 汪宝华 原子吸收光度法测定陶瓷颜料中高含量铅 佛山陶瓷 1992;3:22-25
6 秦建芳,袁先红,赵亮 谈无铅化陶瓷装饰的标准及无铅颜料的应用 山东陶瓷 2008;31(1):22-23
