水嘴的铅析出问题探讨

黄文佳

（南安市质量计量检测所，福建 南安 362300）

水嘴的铅析出问题探讨

黄文佳

（南安市质量计量检测所，福建 南安 362300）

近年来，水嘴的铅析出问题受到公众的广泛关注，引发人们对水龙头用水安全的恐慌，同时也引起各相关政府部门的重视。2014年，《陶瓷片密封水嘴》标准完成修订并发布实施，其中一项重要的变化就是增加水嘴中金属（包括铅）污染物析出的限量指标，及对其相应的实验方法进行规范。为探究影响水嘴中铅析出量的因素，给进一步改进水嘴质量提供参考，文中分析了水嘴中铅质量分数与铅析出量的关系，并阐述了水嘴铸造工艺对铅析出量的影响。

水嘴；铅析出量；铅质量分数；水嘴铸造工艺

1 前言

水嘴作为厨卫的主要产品之一，与人们的日常生活息息相关：日常饮用、煮饭甚至刷牙都要接触到水嘴。2013年7月14日上海电视台在《七分之一》节目中，公布了上海电视台与华东理工大学某实验室合作对13个水嘴样品铅析出的检测结果。结果不容乐观，其中多家中外知名品牌的产品，铅析出超标量多达十几倍甚至几十倍。随后水嘴铅析出超标问题迅速发酵，各大媒体都争相转载、追踪报道。小小的水龙头，成为了人们聚焦的中心。

事实上，水嘴铅析出指标不达标并不少见，在近年来的水嘴监督抽查中，它是导致水嘴质量不合格的一个重要因素。如近三年上海市水嘴产品质量监督抽查结果分别为：2012年抽查水嘴74批次,不合格26批次，其中5批次浸泡水铅析出量超标，占不合格批次的19.23%；2013年抽查水嘴68批次，不合格21批次，其中6批次浸泡水铅析出量超标，占不合格批次的28.57%；2014年抽查水嘴62批次，不合格23批次，其中7批次浸泡水铅析出量超标，占不合格批次的30.43%。可见铅析出量属于容易超标的项目，是影响水嘴质量达标的一个重要因素。

对铅析出量进行把关是因为铅是严重危害人类健康的重金属元素，它主要的靶器官是神经系统和造血系统，可影响神经、造血、消化、肝、肾及心血管系统[1]。铅通过肠道和呼吸道吸收入人体后，随血流分布到全身各器官和组织，血液中的铅部分通过肾脏由尿液排出体外，部分从大便排出，其余储存在骨骼里。人体内的铅95%以上都以不易溶解盐的形式沉积在骨骼中，骨骼中的铅的半衰期约为20～30年。有研究表明：骨铅可溶解到血液，再分布到其他组织、脏器产生毒作用。骨铅对骨细胞的功能也有直接或间接影响，如在骨骼发育期造成骨骼畸形、骨骼和乳齿发育不良等[2]。

人体正常血铅低于100µg/L，当血铅为100～200µg/L为轻度铅中毒，超过200µg/L为重度铅中毒。血液中的铅主要与红血球内的血红蛋白紧密结合进行运输，血液中铅的半衰期约为3～5周，平均大约为1个月。入侵体内的铅会随着血液循环，损伤小脑和大脑皮质细胞，干扰代谢活动，造成贫血、脑水肿、间质性肾炎及肝肿大等症状。新生婴儿可由脐血接触母亲的血铅，血铅会对新生婴儿早期神经行为发育产生不良影响[3]。由于未发育成熟的胎儿脑内皮细胞不能阻止铅进入人脑组织，儿童神经系统对于铅极为敏感。儿童长期接触低浓度铅，会导致行为功能的改变，常见的有模拟学习困难、空间综合能力下降、运动失调、多动、易冲动、注意力不集中、侵袭性增强和智商下降等[4]。

因此水嘴质量尤其是铅析出量关乎全国民众的日常生活健康。人们对食品、日常生活卫生安全问题的日益关注，给水嘴市场的发展带来机遇和挑战。为了顺应水嘴行业的发展和市场需要的变化，进一步规范我国水嘴产品的生产和销售，促进产品质量的不断提高，质检总局和标准化委员会联合发布《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2014）[5]（以下简称“2014版国标”），并于2014年12月1日起正式实施，届时《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2003）[6]（以下简称“2003版国标”）宣告作废。

2 标准中关于水嘴铅析出的相关规定

2014年12月1日，陶瓷片密封水嘴国家标准GB 18145—2014正式实施，其中一项重要变化是水嘴中金属污染物析出的限量指标性质由行业推荐更改为国家强制。由于2003版国标中未强制执行水嘴的铅含量及其析出量限量指标，所以国内多数水嘴生产企业未将铅析出量作为品质评判标准，并针对该项目做出厂把关检验，因此市场上销售的水嘴质量参差不齐，铅析出量超标率高，严重危及人体尤其是婴幼儿健康。2014版国标对金属污染物析出量指标的强制性规定有利于促进企业把好水嘴的出厂质量关，规范水嘴市场，降低危害人体健康隐患。

2014版国标在7.4条款中洗面器及厨房水嘴的金属污染物析出值规定：铅析出统计值（Q）不大于5µg/L。同时在附录B对水嘴中金属污染物析出检测方法进行规范。该方法主要参照美国国家卫生基金会（NSF）编写的标准NSF/ANSI 61[7]进行少量修改。2003版国标的检验方法是推荐参照GB/T 17219—1998执行。2014版国标与2003版国标铅析出检测方法对比如表1：

表1 2014版国标与2003版国标铅析出检测方法对比

与2003版国标相比，2014版国标在前处理明显更加细致，能够更好地清理水嘴内表面杂质和油脂，以保证检测的真实性。最后的检测结果采用对9个数据进行数学统计的方式相较于2003版国标更加科学，降低了数据的测量误差。

2014版国标中对铅析出统计值（Q）的计算公式主要分两步，第一步是对实验室浓度标准化。

式中：

X ——标准化浓度，单位为微克每升（µg/L）；

C ——实验室测试水样中金属污染物的浓度，单位为微克每升（µg/L）；

VL——试验用浸泡液的体积，单位为升（L）；

VL1——标准化体积，单位为升（L），此处规定为1L；

CMV——冷水调节因子（样品排除只接触热水的内腔体积与样品整个内腔体积的比值）。

第二步是计算铅析出统计值（Q）。

计算标准化浓度自然对数值：

计算单个样品的标准化浓度自然对数值平均值：

公式：

计算3个样品的平均值:

计算样品标准化浓度自然对数值平均值的标准偏差s：

铅析出统计值：

公式：

式中：

K1——确定铅析出统计值（Q）的常数值，为2.60281；

i ——为样品（1,2,3）；

j——为实验日期（3,4,5,10,11,12,17,18,19）；

3 影响水嘴铅析出量的因素

目前企业生产水嘴所采用的材料主要是铜合金，少部分使用锌合金（2014版国标已明确规定了水嘴产品与水接触的部件不得使用锌合金等易腐蚀性材料）、不锈钢、塑料。企业所使用的铜合金一般是黄铜，主要成分是铜和锌。在黄铜中加入少量铅能够提高高温下黄铜的塑性，方便黄铜的机械加工。完全不加入铅的铜合金在水嘴的制作中会出现切削困难、锻造性差等问题，且制成的成品抗应力和耐腐蚀性能都比较差、容易开裂。

目前，水嘴企业常用的铜合金材料有：铸 造 铜 合 金ZCuZn40Pb2（Cu58.0～60.0、Pb0.5～2.5）和ZCuZn33Pb2（Cu57.0～61.0、Pb1.0～3.0）[9]、加工铜HPb59-3（Cu 57.5～59.5、Pb2.0～ 3.0） 和 HPb59-1（Cu57.0～ 61.0、Pb0.8～1.9）[10]。有些企业为了追求利润，采购低等级的铜合金，甚至选用回收铜，造成水嘴壳体成分复杂，铅含量提高。实验中水嘴在浸泡液中析出的铅正是来自铜合金中的铅。铜合金中铅含量的高低是否与铅析出量多少有关系，是文中要进一步探讨的问题。

3.1 铅析出量与铅含量的相关性分析

铅析出统计值（Q）是由标准化浓度X进行统计学处理后得出的统计值。由公式（1），影响标准化浓度X主要有实验室测试水样中金属污染物浓度c（µg/L）、试验用浸泡液的体积VL（L）、CMV冷水调节因子。根据公式，标准化浓度X与这三个因素分别成线性正相关，随着这三个因素的增大而增大。其中试验用浸泡液的体积VL（L）、CMV冷水调节因子是由产品内腔结构决定。实验室测试水样中金属污染物的浓度c的铅来源于水嘴中的铜合金。为了研究水嘴铜合金的铅质量分数与铅析出量之间联系，文中主要以铸造铜件和加工铜件水嘴为例，对两个变量进行回归分析。

表2 铸造铜件水嘴中铅质量分数及铅析出量检验结果[11]

表3 加工铜件水嘴中铅质量分数及铅析出量检验结果[11]

首先把每一对（xi，yi）看成直角坐标系中的一个点，在图中标出n个点。

图1 铸造铜件水嘴中铅析出量与铅质量分数散点图

图2 加工铜件水嘴中铅析出量与铅质量分数散点图

从图1可以看出两个变量确实存在某种关系：当铅质量分数增加时，铅析出量也呈现上升趋势。图2中两个变量间关系不明显需要进一步的分析。分别计算两类水嘴铜合金中铅质量分数与铅析出量的相关系数r（相关系数用以表示两个变量线性关系的密切程度）。

其中：

套用公式分别计算表3和表4数据得

相关系数r的绝对值越大线性相关越强。当r＞0时，称两个变量正相关，这时x值增加时，y值也有增大的趋势。反正r＜0时，则称为负相关。计算得出的相关系数是根据样本得出，即使实际上两个变量不相关，但是求出的相关系数不见得恰好等于0，因此必须对相关系数进行检验。

如果记它们真正的相关系数为ρ，在x时一般变量，y服从等方差正态分布的假定下，对如下假设H0:ρ=0，H1:ρ≠0，其拒绝域：

在显著水平ɑ=0.05时r0.975（26）=0.374，r0.975（9）=0.602。r1=0.7095，|r1|＞0.374相关性显著。由此可知铸造铜件水嘴中铅质量分数与铅析出量具有正线性相关，铸造铜件水嘴铅的质量分数越高，其铅析出量也会升高。其一元线性回归方程为y=0.0473x-0.0065，r2=0.2503，|r2|＜0.602说明加工铜件水嘴中铅质量分数及铅析出量不具有线性相关性。

3.2 铸造工艺对铅析出量的影响

除了水嘴所使用的铜合金铅质量分数对铅析出量有影响外，水嘴制造流程中铸造工艺对铅析出量同样有影响。水嘴壳体铸件的内腔结构相对复杂，壁厚不均匀，存在一些凸台、交叉及厚壁的局部结构[12]。目前水嘴壳体铸造工艺主要有砂型铸造和金属型铸造，与砂型铸造相比，金属型铸造有以下几个优势：所生产出来的铸件，其机械性能比砂型铸件高；铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定；铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少。目前大部分企业都采用金属型铸造工艺生产水嘴壳体。

水嘴铸造成型时温度为一千多摄氏度，铅的熔点为327.5℃，在铜液浇入金属型腔铸件凝固时，低熔点成分和易熔杂质的分布从外部到中心逐渐增多。由于铅熔点低，在成型时铅偏析在内外表面，铸件内外表面的铅含量比内部高得多[13]。这种偏析现象主要原因是由于各种铸造合金在结晶过程中发生了溶质再分配的结果。在晶体长大过程中，由于是在铸造条件下，结晶速度大于溶质的扩散速度，从而使先析出的固相与液相的成分不同，先结晶与后结晶晶体的化学成分也不相同，甚至同一晶粒内各部分的成分也不一样。铅偏析导致水嘴铸件内外表面的铅质量分数偏高，间接影响水嘴的铅析出量。

4 结论

文中对2003版和2014版《陶瓷片密封水嘴》在水嘴中金属污染物析出的限量指标方面的变化进行对比讨论，分析了影响铅析出量的因素：1、数据分析得出铸造铜件和加工铜件水嘴铅质量分数与其铅析出量具有正相关性，其中铸造铜件水嘴的铅质量分数与铅析出量具有正线性相关；2、实践中不同铸造工艺会导致铸件铅偏析的不同，能间接影响水嘴的铅析出量。对铅析出量影响因素的分析，有利于为推进水嘴质量改进工作提供依据和方向。

[1]杨田，王文瑞.食品中铅污染与人体健康[J].世界最新医学信息文摘，2014，14（7）：44-46.

[2] 吕京.骨铅的生物学意义[J].国外医学卫生学分册，2000，27（3）：148-149.

[3] Kang sheng Liu，Jiahu Hao，et al.The effect of lead levels in the umbilical cord blood with the neurobehavioral development and Its related factors [J].Chinese Journal of Birth Health and Heredity，2012，20（1）：111-115.

[4]靳月灿，蔡淼，赵然.水中几种常见重金属污染物对人体健康的危害及对策[J].资质文摘管理版，2010，5：146.

[5] GB 18145-2014. 陶瓷片密封水嘴[S].

[6] GB 18145-2003. 陶瓷片密封水嘴[S].

[7] NSF/ANSI61-2012. 饮用水系统部件-健康影响[S].

[8] GB/T 17219-1998. 生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评估标准[S].

[9] GB/T 1176-2013. 铸造铜及铜合金[S].

[10] GB/T 5231-2012. 加工铜及铜合金牌号和化学成分[S].

[11]卢利用，许秀兰，张景武，蒋武.水嘴的铅析出量分析及风险评估[J].现代食品科技，2013，7：1710-1715.

[12]郭国文,李元元，陈生隘，罗宗强.金属型铸造黄铜水嘴体工艺的研究[J].铸造，2000，4：198-201.

[13]李中原，许远俊，戴求斌.解读水龙头铅析出测试标准NSF/ANSI 61 Section 9 [J].科学时代，2014，3.

Discussion about Lead Extraction of Faucet

HUANG Wen-Jia
(Nan’an Supervision Testing Institute of Quality & Metrology, Nan’an 362300,Fujian,China)

Recently,Lead extraction of faucets have gained widely attention, and the safety of tap water have caused a panic, and all relevant government departments payed more attention to it. In 2014, the Ceramic Cartridge Faucets( GB18145-2014 ) was modified and published. One important change is that this vision increases some indictors including lead extraction and its experimental method. For looking into the causes of lead extraction and looking for the way to improve faucets’ quality, the paper analysis the correlation between lead extraction and lead content of faucets, and describes the effect of the faucet casting process on lead extraction.

Faucet; Lead extraction; Lead content; The faucet casting process

2015-03-31

黄文佳，男，南安市质量计量检测所，助理工程师，在职研究生