陶瓷制品中鉛鎘溶出量的檢測與風(fēng)險評估

摘 要：針對日用陶瓷制品中鉛鎘溶出可能危害人體健康的問題，采用原子吸收光譜法對市售陶瓷制品進行鉛鎘溶出量檢測。研究不同摩擦條件、浸泡溫度對鉛鎘溶出的影響，分析溶出機理。結(jié)果表明：長期使用摩擦后的陶瓷制品鉛鎘溶出量顯著高于新品；溫度每升高2℃，鉛鎘溶出量增加8%-12%；動態(tài)摩擦7次后鉛鎘溶出量達到平衡。建議加強使用過程中的溫度控制，限制持續(xù)摩擦以降低鉛鎘溶出風(fēng)險。研究成果為陶瓷制品安全使用提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：陶瓷制品；鉛鎘溶出；原子吸收光譜；摩擦影響；溫度影響

1 前言

陶瓷制品在生產(chǎn)過程中，為提高產(chǎn)品性能和美觀效果，常添加含鉛、鎘的釉料和顏料。這些重金屬元素在特定條件下可能從陶瓷表面溶出，通過食物等途徑進入人體，造成慢性中毒。鉛可損害神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，鎘可累積于肝腎等器官導(dǎo)致功能障礙。因此，準確評估陶瓷制品中鉛鎘的溶出特性及影響因素，對保障消費者健康具有重要意義。現(xiàn)有研究主要集中在檢測方法的建立，對使用過程中溶出行為的研究相對不足。

2鉛鎘溶出機理與危害分析

2.1陶瓷制品中鉛鎘來源

陶瓷制品中的鉛鎘主要來源于三個方面：釉料中添加的助熔劑、彩繪陶瓷的顏料以及原料中的殘留。在制造過程中，為降低釉料熔點、增強釉面光澤度，常將鉛化合物作為助熔劑添加到釉料中。彩繪陶瓷按工藝可分為釉上彩、釉中彩和釉下彩，其中釉上彩由于烤燒溫度較低（800-900℃），顏料不能完全熔融進入釉層，導(dǎo)致重金屬溶出風(fēng)險較高。釉中彩的烤燒溫度適中，顏料可部分熔入釉層，冷卻后被釉層覆蓋，手感較為光滑。釉下彩采用高溫一次燒成，花面完全被釉層覆蓋，重金屬溶出風(fēng)險最低[1]。此外，陶土或高嶺土等原料中也可能含有微量鉛鎘元素，這些元素在高溫?zé)七^程中難以完全去除，會殘留在成品中。

2.2溶出機理研究

陶瓷釉面與酸性溶液接觸時的鉛鎘溶出過程涉及復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。如圖1所示，溶出機理可分為三個階段：首先，在酸溶液中H3O+的作用下，釉面中的堿金屬離子（K+、Na+等）優(yōu)先溶出，在釉層形成大量空位；其次，內(nèi)部的Pb2+、Cd2+通過擴散作用遷移至表面，占據(jù)這些空位；最后，表面富集的鉛鎘離子與酸發(fā)生反應(yīng)并溶出。實驗研究表明，釉層厚度與溶出量呈正相關(guān)，這是由于厚釉層含有更多可溶出的鉛鎘離子。在實際使用過程中，溫度升高會加快離子擴散速率，增加溶出量；機械摩擦則會破壞釉面結(jié)構(gòu)，加速重金屬釋放。

2.3健康風(fēng)險分析

鉛鎘通過食物鏈進入人體后會產(chǎn)生嚴重的健康危害。鉛具有蓄積性和親和性，可在各類器官和組織中富集，主要危害神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，引起貧血、記憶力下降等癥狀。兒童對鉛特別敏感，可影響智力發(fā)育。進入人體的鎘主要在肝、腎、胰腺和骨骼中累積，導(dǎo)致神經(jīng)痛、骨質(zhì)疏松和內(nèi)分泌紊亂等疾病。而且由于重金屬的蓄積性，這些危害往往具有不可逆轉(zhuǎn)性，治療難度大。據(jù)研究，長期使用的陶瓷器皿鉛鎘溶出量可達新品的1.5-2倍，使用溫度每升高2℃，溶出量增加8%-12%。特別是在盛裝酸性食物時，溶出風(fēng)險更高。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了規(guī)范使用陶瓷制品的重要性，也為制定安全標準提供了依據(jù)。

3溶出量檢測方法與實驗研究

3.1 檢測方法與條件

采用火焰原子吸收光譜法測定日用陶瓷鉛鎘溶出量。實驗使用AA240FS原子吸收光譜儀，配備鉛、鎘空心陰極燈。測定條件為：鉛元素測定波長283.30nm，燈電流6.00mA，光譜通帶0.50nm；鎘元素測定波長228.80nm，燈電流4.00mA，光譜通帶0.50nm。實驗采用國家標準溶液配制標準曲線，鉛配制濃度范圍0-8.0μg/mL，鎘配制濃度范圍0-0.5μg/mL。樣品前處理使用4%乙酸溶液作為萃取液，在（22±2）℃條件下浸泡24h。所有玻璃器皿使用前均用15%硝酸溶液浸泡24h后超純水沖洗[2]。通過單因素方差分析評估測量結(jié)果的不確定度，計算結(jié)果表明，在95%置信水平下，鉛的擴展不確定度為0.244μg/mL，鎘為0.018μg/mL。相對標準偏差小于5%，加標回收率在95%-105%之間，此方法檢出限低、重現(xiàn)性好，適用于陶瓷制品中痕量鉛鎘的準確檢測。

3.2 影響因素實驗

3.2.1 摩擦行為實驗

選取4個品牌的陶瓷水杯、碟和盤子各10套進行摩擦實驗。參照GB/T 32095.2-2015設(shè)計動態(tài)摩擦試驗方案，每次摩擦30min后在60℃下靜置1h為一個循環(huán)，進行7次循環(huán)試驗。如表1所示，單次動態(tài)摩擦后鉛鎘溶出量均小于10μg/L，但經(jīng)過7次循環(huán)摩擦后，鉛溶出量最高達到23.4μg/L，鎘溶出量最高達到16.4μg/L。比較新購買和使用超過1年的陶瓷制品，發(fā)現(xiàn)長期使用的樣品第一次浸泡的鉛溶出量為25.6μg/L，鎘溶出量為18.6μg/L，顯著高于新品數(shù)值。這表明摩擦?xí)茐奶沾捎悦娴慕Y(jié)構(gòu)完整性，加速重金屬的溶出[3]。

3.2.2 溫度影響實驗

選擇兩種不同型號的有釉陶瓷磚，在相同浸泡時間（24h）和浸泡液濃度（4%乙酸）條件下，研究溫度對鉛鎘溶出量的影響。實驗溫度設(shè)置為18℃、20℃、22℃、24℃和26℃。通過智能溫度巡檢儀嚴格控制實驗溫度，確保溫度波動在±0.5℃范圍內(nèi)。如表2所示，溫度每升高2℃，鉛鎘溶出量均呈現(xiàn)上升趨勢。對試樣1而言，溫度從18℃升至26℃時，鉛溶出量從0.483μg/L增加到0.693μg/L，增幅達43.5%；鎘溶出量從0.043μg/L增加到0.069μg/L，增幅達60.5%。這種現(xiàn)象可歸因于溫度升高加快了離子擴散速率，同時提高了釉面與酸液的反應(yīng)活性[4]。因此，在實際使用過程中應(yīng)嚴格控制使用溫度，避免在高溫環(huán)境下使用陶瓷制品盛裝酸性食物。

3.2.3 浸泡時間實驗

針對新購買的陶瓷水杯樣品，設(shè)置6組不同浸泡時間：4h、8h、12h、16h、20h和24h，研究鉛鎘溶出量隨時間的變化規(guī)律。每組實驗均設(shè)置3個平行樣，在恒溫（22±2℃）條件下進行。如表3所示，鉛鎘溶出量隨浸泡時間延長呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。在前12小時內(nèi)，溶出速率較快，鉛溶出量從0.35μg/L快速上升至0.95μg/L；之后溶出速度逐漸降低，24小時達到穩(wěn)定值1.17μg/L。鎘的溶出行為與鉛類似，表明溶出過程存在動力學(xué)平衡。這種變化趨勢與離子擴散理論相符，初期由于濃度梯度大，溶出速率快；隨著溶液中離子濃度增加，擴散驅(qū)動力減小，最終達到平衡。研究結(jié)果提示應(yīng)避免長時間使用陶瓷器皿盛裝酸性食物。

4 實驗結(jié)果與安全控制

4.1 摩擦作用分析

動態(tài)摩擦實驗結(jié)果顯示，摩擦行為顯著增加陶瓷制品的鉛鎘溶出量。新購陶瓷制品經(jīng)單次摩擦后，鉛溶出量為8.58-9.46μg/L，鎘溶出量為6.55-8.42μg/L；而經(jīng)過7次循環(huán)摩擦后，鉛溶出量升至19.6-23.4μg/L，鎘溶出量達14.8-16.4μg/L，增幅分別達到145%和130%。這一現(xiàn)象可從微觀結(jié)構(gòu)變化解釋：摩擦導(dǎo)致釉面產(chǎn)生微裂紋和缺陷，增加了與酸性溶液的接觸面積。通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)摩擦的釉面呈現(xiàn)平整致密結(jié)構(gòu)，而多次摩擦后出現(xiàn)明顯的網(wǎng)狀裂紋和剝落。長期使用的陶瓷制品由于日常清洗和使用過程中的反復(fù)摩擦，其表面損傷更為嚴重，導(dǎo)致首次浸泡時鉛鎘溶出量即達到較高水平（鉛25.6μg/L，鎘18.6μg/L）。

4.2 溫度影響評估

溫度對鉛鎘溶出量的影響呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。實驗數(shù)據(jù)表明，在18-26℃范圍內(nèi)，溫度每升高2℃，試樣1的鉛溶出量平均增加0.042μg/L，增幅為8.7%；鎘溶出量平均增加0.005μg/L，增幅為11.6%。升溫加快了重金屬離子的擴散速率和化學(xué)反應(yīng)速率，同時也降低了釉層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度超過24℃時，溶出量增長趨勢更為明顯，這表明存在臨界溫度效應(yīng)。對比兩種試樣的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同配方釉料對溫度的敏感性存在差異，這與釉層中重金屬結(jié)合形式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4.3 風(fēng)險控制措施

基于實驗研究結(jié)果，提出全面的風(fēng)險控制措施。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，嚴格控制原料中鉛鎘含量，優(yōu)化釉料配方，提高釉面耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性[5]。實驗證明，采用高溫一次燒成工藝的釉下彩產(chǎn)品，其鉛鎘溶出量顯著低于釉上彩。建議生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)先采用釉下彩工藝，并通過提高燒制溫度增強釉層致密度。在使用環(huán)節(jié)，避免以下高風(fēng)險行為：用鋼絲球等硬質(zhì)物品劇烈摩擦陶瓷表面；在高溫環(huán)境下使用；長時間盛裝酸性食品。針對不同使用場景，建議將環(huán)境溫度控制在22±2℃范圍內(nèi)，盛裝酸性食品時間不超過4小時。

5結(jié)語

通過對日用陶瓷制品鉛鎘溶出特性的系統(tǒng)研究，揭示了摩擦和溫度是影響溶出量的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，長期使用的陶瓷制品較新品溶出量增加40%-60%，溫度每升高2℃導(dǎo)致溶出量增加8%-12%。基于實驗結(jié)果，建議在使用過程中：控制使用環(huán)境溫度在22±2℃范圍內(nèi)；避免持續(xù)劇烈摩擦；定期更換長期使用的陶瓷器皿。同時，應(yīng)加強生產(chǎn)過程控制，優(yōu)化釉料配方，從源頭降低重金屬含量。這些發(fā)現(xiàn)為制定相關(guān)標準和安全使用指南提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻

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[4]雷子聰.溫度對陶瓷磚鉛鎘溶出量的影響研究[C]//國檢集團第一屆檢驗檢測人員崗位能力提升論文集.國檢集團陜西公司；，2020：2.

[5]李文杰，李麗華，李梅，等.萃取液提取方式對日用陶瓷鉛、鎘溶出量測定的影響及防控[J].陶瓷學(xué)報，2019，40（05）：686-692.

作者簡介：仲麗娟（1988.10'-），女，漢，山東省菏澤市，本科，助理工程師，質(zhì)量工程系列檢驗檢測專業(yè)