火焰原子吸收法测定陶瓷制品中铅和镉的溶出量.pdf

第 52 卷第 9 期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.9 2023 年 9 月 Liaoning Chemical Industry September，2023 收稿日期收稿日期：2023-01-29 作者简介作者简介：于文斌（1993-），男，助理工程师，硕士研究生，辽宁朝阳人，2021 年毕业于辽宁石油化工大学化学工程专业，研究方向：从事理化检验与分析工作。通信作者通信作者：何丰翼（1995-），男，助理工程师，硕士研究生，研究方向：分析化学。火焰原子吸收法 测定陶瓷制品中铅和镉的溶出量 于文斌，张璐璐，张茹月，何丰翼*（南通市疾病预防控制中心，江苏 南通 226000）摘 要：建立了火焰原子吸收法测定食品接触用陶瓷制品中铅、镉溶出量的测定方法。结果表明，相关系数均大于 0.999，铅、镉的方法检出限分别为 0.07、0.007 mg/L，加标回收率分别为 97.83%和94.91%，相对标准偏差分别为 1.06%、2.94%。同时对比分析了不同乙酸溶液浓度、浸泡时间和浸泡温度对陶瓷制品铅、镉溶出量的影响，确定最优条件为使用 4%浓度乙酸在 22 条件下浸泡 24 h。该方法简便高效，精密度好，准确度高，可用于日用陶瓷制品中铅、镉溶出量测定。关 键 词：火焰原子吸收法；陶瓷；铅和镉；溶出量 中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：1004-0935（2023）09-1392-04 陶瓷从古至今一直都是人们盛放食物的主要容器，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高等特点，在人们的日常生活中被广泛应用。但是，在日用陶瓷制品生产制作的过程中，为了提高陶瓷强度和耐腐蚀性及装饰和美化的目的，通常会在陶瓷表面施加一层釉料1，这些釉料的原料可能含有铅和镉的金属氧化物等化工原料，是食品接触用陶瓷制品中重金属的主要来源2-4。这些重金属在一定条件下会向与其接触的食品迁移从而对人身体健康造成危害。其中铅和镉是对人体的伤害最大。铅在身体中长期积累会对神经、肾脏和内分泌等多个系统造成危害。镉会损害肾脏、骨骼和血管，造成多系统损伤5-6。因此，建立对食品接触用陶瓷制品中可溶性铅、镉的测定方法，对食品接触用陶瓷制品的安全性评价具有重要意义。目前对于金属元素铅、镉的检测方法主要有光谱法、电化学法和生物法，其中光谱法的稳定性高、精确度好，是现阶段检测金属元素应用最广泛的检测方法7-8。光谱法包括原子荧光光谱法、石墨炉原子吸收法、火焰原子吸收法。火焰原子吸收法具有干扰少、选择性性强、成本低等优点，被广泛应用于重金属元素的检测中9-10。本文采用火焰原子吸收光谱法，建立对食品接触用陶瓷制品中溶出的铅、镉的测定方法，为日用陶瓷生产品质管理和重金属迁移的准确检验提供参考依据。1 材料与方法 1.1 仪器与试剂 仪器：ZA3300 型火焰原子吸收分光光度计（日立科学仪器（北京）有限公司，配火焰原子化器，铅、镉空心阴极灯）；Milli-Q 型超纯水系统（美国密理博公司）；其他均为实验室常用仪器设备。试剂：铅单元素溶液标准物质 GBW08619（1 000 mg/L，中国计量科学研究院）；镉单元素溶液标准物质 GBW08612（1 000 mg/L，中国计量科学研究院）；冰乙酸（分析纯，99.5%，国药集团化学试剂有限公司）；硝酸（优级纯，国药集团化学试剂有限公司）。试验材料：市售同一批次直径约 150 mm 圆形陶瓷盘 3 组，其中白色、青色和印花各 1 组。1.2 实验方法 1.2.1 试剂配制 4%乙酸溶液（体积分数）：量取 20.0 mL 冰乙酸，加 480 mL 水，混匀。用作食品模拟物。5%硝酸溶液（体积分数）：量取 50 mL 硝酸，加至 950 mL 水中，混匀。1.2.2 标准溶液配制 铅标准系列溶液：吸取 100 mg/L 铅单元素标准溶液 1.00 mL 于 100 mL 容量瓶中，加 5%硝酸溶液至刻度，混匀，作为 10.0 mg/L 铅标准中间液；分别吸取铅标准中间液 0、0.500、1.00、2.00、3.00、第 52 卷第 9 期 于文斌，等：火焰原子吸收法测定陶瓷制品中铅和镉的溶出量 1393 4.00 mL 于 10.0 mL 容量瓶中，加 4%乙酸溶液至刻度，混匀。配制成铅标准系列溶液的质量浓度分别为 0、0.500、1.00、2.00、3.00、4.00 mg/L。镉标准系列溶液：吸取 1 000 mg/L 镉单元素溶液 1.00 mL 于 100 mL 容量瓶中，加 5%硝酸溶液至刻度，混匀，作为 10.0 mg/L 镉标准中间液；分别吸取镉标准中间液 0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 mL于 100 mL 容量瓶中，加 4%乙酸溶液至刻度，混匀。配制成镉标准溶液系列浓度分别为：0、0.100、0.200、0.400、0.600、0.800 mg/L。1.2.3 样品制备 将陶瓷盘清洗后，用去离子水冲洗 3 次后自然晾干。将所有样品在 22 条件下放置，然后分别向每个经预处理的陶瓷盘样品中倒入 22 的 4%乙酸溶液 50 mL，用硼砂质玻璃将盘口覆盖防止浸泡液蒸发。然后将陶瓷盘放置在避光条件下，于22 恒温浸泡 24 h。放置后，搅拌溶液使其足够均匀后，将 50 mL 浸泡液转移至 100 mL 容量瓶中，再用约 50 mL 的 4%乙酸溶液冲洗盘子，并将冲洗液转移至容量瓶中，定容至刻度，混匀待测，同时做试样空白试验。1.2.4 仪器参数 测定信号选择 BKG 校正，通过偏振塞曼法的背景校正信号进行测定。其他工作参数见表 1。表 1 火焰原子吸收分光光度计工作参数 元素 波长/nm 狭缝/nm 灯电流/mA 空气流量/（Lmin-1）乙炔流量/（Lmin-1）燃烧器 高度/mm Pb 283.3 1.3 7.5 15.0 2.0 7.5 Cd 228.8 1.3 7.5 15.0 1.8 5.0 2 结果与分析 2.1 标准曲线与检出限 按浓度由低到高的顺序分别将铅、镉标准系列溶液在原子火焰吸收分光光度计上测定其吸光值，以标准系列溶液浓度为横坐标，对应的吸光值为纵坐标分别制作铅、镉标准曲线，铅、镉元素的相关系数均大于 0.999。按照试验方法，连续重复测定 10 次空白样品，计算测定值的标准偏差，以 3 倍标准偏差与标准曲线斜率的比值计算检出限，得出铅元素检出限为 0.07 mg/L，镉元素检出限为 0.007 mg/L。线性范围、线性方程及相关系数见表 2。表 2 线性方程、相关系数与检出限 元素 线性范围/（mgL-1）线性方程 相关系数 检出限/（mgL-1）Pb 04.00 Y=2.75910-2X-1.42510-4 0.999 8 0.070 Cd 00.800 Y=0.1507X+4.07610-3 0.999 8 0.007 2.2 方法精密度和准确度 为了验证方法的精密度与准确度，对空白加标样品进行 7 次平行测定，计算同时进行空白加标回收实验，空白加标在与样品相同的前处理和测定条件下进行分析。结果见表 3 所示，相对标准偏差小于 2.94%，空白试样加标回收率为 94.91%97.83%，表明试验方法具有较好的精密度和准确度。表 3 精密度与回收率 元素 测定平均值/（mgL-1）相对标准偏差 RSD/%加标量/（mgL-1）回收 率/%Pb 2.45 1.06 2.50 97.83 Cd 0.24 2.94 0.250 94.91 2.3 试验条件优化选择 2.3.1 乙酸浓度选择 试验分别使用体积分数为 0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%的乙酸溶液作为食品模拟物浸泡陶瓷盘样品，试验中乙酸浓度分别对铅和镉溶出量的影响如图 1 所示，从图中结果可以看出，随着乙酸浓度的增加，会逐渐加大陶瓷表面的铅和镉溶出量，但是当达到一定浓度时，溶出量趋于稳定，乙酸浓度达到 4%时，溶出量的的增幅最大，超过 4%时，溶出量并无明显增大，说明 4%的乙酸已经使陶瓷表面铅和镉的溶出达到平衡状态。因此确定试验选择乙酸溶液浓度为 4%作为最佳浓度。图 1 乙酸浓度对溶出量影响 2.3.2 浸泡时间选择质量分数 选择印花陶瓷盘用 4%乙酸溶液分别浸泡 2、8、1394 辽 宁 化 工 2023年9月 12、16、24、36、48 h，比较不同浸泡时间对铅、镉溶出情况的影响。其结果如图 2 所示。由图可以看出，铅、镉溶出量随着浸泡时间增加而增大。其中镉元素在浸泡 12 h 后溶出量逐渐稳定，铅元素在浸泡 24 h 后溶出量趋于稳定，综合考虑，选择浸泡24 h 作为最佳浸泡时间。图 2 浸泡时间对溶出量影响 2.3.3 浸泡温度选择 用 4%乙酸溶液浸泡印花陶瓷盘，分别将其放入恒温箱中 24 h，设定恒温箱温度为 12、22、32、42。其测定结果见图 2，由图 3 可看出，铅、镉在低温环境中溶出量较低，在 32、42 条件下溶出量略高于 22。综合考虑食品的存放储存大部分在室温条件下，结合浸泡温度试验结果，选择22 作为最终试验浸泡温度。图 3 浸泡温度对溶出量影响 2.4 样品结果分析 对每组陶瓷盘样品中各随机抽取 3 个样品进行铅、镉溶出量试验，测定结果见图 4。依据现行国家标准中陶瓷制品对铅、镉迁移量限定值，所有检测样品结果均为合格，其中铅溶出量最大为 0.654 mg/L，镉溶出量最大为 0.022 9 mg/L。印花陶瓷盘相比于白色和青色陶瓷盘，铅、镉溶出量略高，多颜色印花和印花凹凸表面可能由于其釉料中重金属含量相对较多及釉层较厚导致陶瓷容器铅、镉的溶出量较高。图 4 样品测定结果 3 结 论 本文通过应用火焰原子吸收光谱法测定食品接触用陶瓷制品中铅、镉溶出量，铅、镉检出限分别为 0.07 mg/L 和 0.007 mg/L，加标回收率分别为97.83%和 94.91%，相对标准偏差分别为 1.06%和2.94%，方法简便高效、具有良好的准确度和精密度。通过优化迁移试验中乙酸浓度、浸泡时间和温度条件，确认最优条件为使用 4%浓度乙酸在 22 条件下浸泡 24 h。同时，对不同样品测定表明，白色陶瓷容器铅、镉溶出量一般低于带颜色或印花图案的陶瓷容器。此方法可适用于日用陶瓷制品的铅、镉迁移量测定，为生产品质管理及重金属迁移风险评估提供参考方法和保障。参考文献：1彭忠婷,钟雪莲,阮代锬,等.陶瓷釉料的研究现状及其展望J.广州化工,2019,47(22):14-16.2赵淑忠,姜波,张和贵.日用陶瓷铅镉溶出风险分析与防范J.中国陶瓷,2016,52(11):48-52.3董黎明,李杨杨,周祺,等.白酒陶瓷包装的重金属溶出研究概况与展望J.食品科学技术学报,2018,36(2):84-94.4 刘华兰,陈再辉,刘正华,等.浅谈日用陶瓷重金属的危害源及控制J.中国陶瓷工业,2014,21(4):28-31.5杨帆.1 例陶瓷釉料工铅中毒合并镉中毒的诊断与讨论J.江苏预防医学,2017,28(1):101-102.6黄芸,袁洪,黄志军,等.环境重金属暴露对人群健康危害研究进展J.中国公共卫生,2016,32(8):1113-1116.7胡秀智.原子吸收光谱法在食品金属检测中的研究进展J.现代食品,2021(9):20-22.8郑伟.土壤中重金属铅的检测技术研究进展J.辽宁化工,2021,50(10):1598-1600.9张元,谢旭,赵文志,等.电感耦合等离子体发射光谱法与蒸发浓缩-火焰原子吸收法测定饮用水中 6种元素的方法比较J.当代化工,2020,第 52 卷第 9 期 于文斌，等：火焰原子吸收法测定陶瓷制品中铅和镉的溶出量 1395 49(12):2876-2879.10毛晨鹏,于兆飞,周芯,等.火焰原子吸收法测定酸洗废液中重金属的应用研究J.环境污染与防治,2019,41(7):814-819.Determination of Dissolved Lead and Cadmium in Ceramic Products by Flame Atomic Absorption Spectrometry YU Wen-bin,ZHANG Lu-lu,ZHANG Ru-yue,HE Feng-yi（Nantong Center for Disease Control and Prevention,Nantong Jiangsu 226000,China）Abstract:A method for the determination of lead and cadmium in ceramic products for food contact by flame atomic absorption spectrometry was established.The results showed that the correlation coefficients were greater than 0.999.The detection limits of lead and cadmium were 0.07 mgL-1 and 0.007 mgL-1,respectively.The recoveries were 97.83%and 94.91%,respectively.The relative standard deviations were 1.06%and 2.94%,respectively.At the same time,the effects of different acetic acid solution concentration,soaking time and soaking temperature on the dissolution of lead and cadmium in ceramic products were compared and analyzed.The optimum conditions were determined to be soaking for 24 h with 4%acetic acid at 22.The method is simple and efficient,has good precision and high accuracy,and can be used for the determination of lead and cadmium dissolution in daily ceramic products.Key words:Flame atomic absorption method;Ceramics;Lead and cadmium;Dissolved amount （上接第 1381 页）Selection and Application of Isoprene Rubber Antioxidant YANG Xiao-tian,ZHAO Qing-bo,ZHAO Hong-fu,CHENG Peng-fei,KANG Jian-ming（Xinjiang Tianli Petrochemical Holding Group Co.,Ltd.,Karamay Xinjiang 833699,China）Abstract:As an indispensable auxiliary agent in rubber production,antioxidants play a vital role in improving the properties of rubber.Isoamyl rubber is a kind of polymer,it has high Mooney and viscosity,in order to remove solvent oil in the production process,high temperature,high pressure steam and hot water have to be used in the stripping process and post-treatment dehydration process to get rid of hexane oil in rubber,which leads to high consumption of antioxidants,so the selection of antioxidants for isoprene rubber is extremely demanding.In this paper,the mechanism of action of different kinds of antioxidants and the way of selecting the antioxidant in the initial trial were introduced as well as the effect of the industrial trial in the later stage of rare earth isoprene rubber.Key words:Antioxidants;Isoprene;Mooney （上接第 1384 页）Research Progress of Biochar Passivation of Heavy Metals in Sludge Aerobic Compost MING Zhong-yan,KANG Han*（School of Municipal and Environmental Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang Liaoning 110168,China）Abstract:Aerobic composting is a commonly used sludge treatment technology,but its application is always restricted by the content of harmful heavy metals in sludge.Traditional sludge composting treatment can only concentrate heavy metals,but cannot remove them.Adding biochar conditioner to compost can effectively promote the passivation of heavy metals to achieve the purpose of fixing heavy metals and reducing their bioavailability.However,the physicochemical properties of biochar prepared from different raw materials are quite different,which affects the passivation effect of biochar on heavy metals in sludge compost.In this paper,the preparation and physicochemical properties of biochar were introduced,the difference of heavy metal content and passivation effect of different types of biochar added to sludge compost were analyzed,and the shortcomings of biochar as a regulator in passivation of heavy metal in sludge compost was summarized.Key words:Sludge aerobic compost;Biochar;Heavy metal