Abstrakt
prášky z karbidu Chromu (Cr-C) a nitridu Chromu (Cr-N) byly porovnány s práškem z chromového kovu (CR-kov), aby se vyhodnotila jejich chemická stabilita v roztoku. Všechny tři prášky byly vystaveny v pěti různých syntetických biologických roztocích s různým pH a chemickým složením simulujících vybrané podmínky expozice člověka. Charakterizace prášků za použití GI-XRD odhalila, že převládajícími sypkými krystalickými fázemi byly Cr7C3 a Cr2N pro Cr-C a Cr-N. Nejvzdálenější povrch Cr-C, stanovený XPS, obsahoval Cr7C3 a Cr2O3 a odpovídající měření na Cr-N odhalilo Cr2N a CrN kromě Cr2O3. Přítomnost Cr2O3 byla ověřena vyšetřením XPS CR-kovového prášku. Střední velikost částic byla podobná pro CR-kov a Cr-N, ale o něco menší pro Cr-C. všechny tři prášky byly špatně rozpustné a uvolňovaly velmi malé množství chrómu (<0.00015 µg Cr / µg naložených částic) nezávisle na zkušebním roztoku. Mírně vyšší koncentrace chrómu byly stanoveny v kyselejších médiích (pH 1,7 a 4,5) ve srovnání s téměř neutrálními roztoky(pH 7,2 a 7,4). Cr-C uvolnil nejnižší množství Cr, přestože měl největší povrchovou plochu, což je vlastnost připisovaná silným kovalentním vazbám v matrici.
1. Úvod
chromový kov a sloučeniny chrómu se používají v široké škále aplikací od legování přes činění zvířecích kůží až po pigmentaci. Rozsáhlé použití vyvolává otázky týkající se možného nepříznivého účinku na lidské zdraví a na životní prostředí. V rámci regulačního rámce Evropského společenství práce, REACH (registrace, hodnocení, povolování a omezování chemických látek) nese odpovědnost za zajištění bezpečného používání všech výrobků Průmysl, a proto jsou povinni poskytovat informace o vlastnostech produktu, aby bylo možné bezpečné zacházení.
byly provedeny propracované studie, které generují údaje o aspektech uvolňování, rozpouštění a rozpustnosti chromu a slitin obsahujících chrom, jako jsou nerezové oceli a slitiny ferrochromia, údaje, které byly využity v rámci evropských právních předpisů o chemických látkách (REACH) zavedených v roce 2007. Bioaccessibility a aspekty dopadu chromu na životní prostředí byly diskutovány, například,. Studie rozpouštění týkající se materiálů obsahujících chrom, jako je karbid chromu a nitrid chromu, jsou však mnohem vzácnější a nebyly provedeny za účelem vyhodnocení interakcí s prostředím nebo lidským tělem . Karbid Chromu i nitrid Chromu se běžně používají jako povlaky na nerezových ocelích, což zvyšuje odolnost proti opotřebení a korozi, a proto byly důkladně prozkoumány . Ukázalo se, že karbid Chromu (Cr3C2) je prakticky nerozpustný ve vroucím HCl, zatímco Cr2N má vyšší rozpustnost v HCl ve srovnání s CrN . Kromě toho byly povrchové a objemové vlastnosti karbidu Chromu i nitridu Chromu pečlivě zkoumány technikami, jako jsou XPS, SEM a XRD .
vystavení kovových a keramických prášků v syntetických tělních tekutinách je důležité pro pochopení a získání informací o tom, jak částice a potenciální uvolňování kovu z prášků mohou ovlivnit životní prostředí nebo lidské tělo.
pracovní expozice práškům karbidu chromu a nitridu Chromu ve vzduchu je potenciálním problémem při výrobě a používání, a informace o uvolněném chromu jsou proto nezbytné pro posouzení potenciálních rizik pro lidské zdraví a životní prostředí.
v této studii byly prášky z kovu Chromu, karbidu Chromu (Cr7C3) a nitridu Chromu (Cr2N) vystaveny pěti různým syntetickým tělesným tekutinám, aby se zkoumal rozsah uvolňování chrómu. Celkové uvolněné množství chrómu bylo měřeno atomovou absorpční spektroskopií grafitové pece, GF-AAS, povrchové složení bylo hodnoceno pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie, XPS, a hromadné složení a fázové složení byly stanoveny pomocí rentgenové difrakce, GI-XRD.
cílem bylo poskytnout jedinečný soubor údajů o biologické dostupnosti in vitro pro použití v rámci REACH.
2. Experimentální
prášky z Cr-kovu (o velikosti menší než 25 µm), karbidu Chromu (Cr-C, o velikosti menší než 40 µm) a nitridu Chromu (Cr-N, o velikosti menší než 40 µm) byly dodány společností Delachaux ve Francii. Cr-kovový prášek byl rozdrcen, PROSet a znovu rozdrcen za vzniku podobných velikostí částic jako Cr-C a CR-N prášky. Chemické sypké směsi založené na informacích dodavatelů jsou uvedeny v tabulce 1.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
měření měrné plochy povrchu na hmotnost, m2 / g, bylo provedeno pomocí bet analýzy (absorpce dusíku v kryogenních podmínkách) pomocí nástroje Micromeritics Gemini V v pěti různých místních oblastech.
měření distribuce velikosti částic bylo provedeno pro nejméně dva různé vzorky každého prášku ve fyziologickém roztoku pufrovaném fosfátem (PBS) za použití přístroje Malvern Mastersizer 2000 s disperzní jednotkou Hydro SM pracující za standardních podmínek. Jako vstupní parametry byly použity indexy lomu pro chrom (3.51) a vodu (1.33), voda je rozpouštědlem pro PBS.
morfologie částic prášků byla zkoumána pomocí rastrovací elektronové mikroskopie za použití elektronového mikroskopu s emisní pistolí, přístroje FEG-SEM, LEO 1530 se sloupcem Gemini.
identifikace možných krystalických fází byla provedena rentgenovou difrakcí výskytu pastvy, GI-XRD, prováděnou pomocí X ‚ PERT PRO PANALYTICKÉHO systému, vybaveného rentgenovým zrcadlem (CuKa záření – 𝜆=1.54050 Å, 35 mA, 45 kV) a 0,27° paralelním deskovým kolimátorem na difraktované straně. Měření byla prováděna s úhlem pastvy 88° oproti normálu povrchu.
pro stanovení složení nejvzdálenějšího povrchového filmu (2-10 nm) byla použita rentgenová fotoelektronová spektroskopie, XPS, UltraDLD spectrometer, Kratos Analytical, Manchester, UK, s monochromatickým al rentgenovým zdrojem (150 W). Široké a vysoké rozlišení spektra (20 eV průchozí energie) Cr2p, N1s, O1s a C1s byly ve třech různých oblastech. Kalibrace byla provedena přiřazením píku C–C, C–H na 285,0 eV. Pro všechna spektra byla použita lineární základní čára.
veškeré laboratorní vybavení bylo nejméně 24 hodin vyčištěno kyselinou v 10% kyselině dusičné a čtyřikrát opláchnuto ultračistou vodou (MilliQ 18,2 MΩcm) a před použitím vysušeno na okolním vzduchu. Všechny tekutiny byly připraveny za použití ultračisté vody (18,2 MΩcm) a analytických chemikálií. Složení jednotlivých tekutin je uvedeno v tabulkách 2 a 3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
expozice byly prováděny po dobu 2, 4, 8, 24 a 168 hodin za použití trojitých vzorků a plnění práškem 5±0,05 mg v 50 mL zkušebního roztoku pro každé období expozice. Prášky byly zváženy pomocí nádob Nalge polymethylpentenu (PMP) na rovnováze Mettler AT20 (čitelnost 2 µg), do které bylo opatrně přidáno 50 mL zkušebního roztoku. Prázdné vzorky (50 mL zkušebního roztoku bez přídavku prášků) byly vystaveny paralelně po celou dobu expozice. Nádoby byly umístěny do inkubátoru Stuart platform rocker inkubátoru, třepání za bilineárních podmínek (25 cyklů za minutu) při 37 ± 0,5°C.
po dokončených expozicích byly zbývající částice odstraněny z roztoku centrifugací, 3000 ot / min po dobu 10 minut a supernatant byl dekantován do HDPE baňky. Supernatant byl okyselen 65% supra čistou kyselinou dusičnou na pH nižší než 2 před analýzou celkové koncentrace kovu, což je standardní analytický postup, který zajišťuje, že veškerý kov je v roztoku. Úspěšné odstranění všech částic ze supernatantu bylo potvrzeno dynamickým rozptylem světla (přístroj Malvern zetasizer nano-ZS).
celkové koncentrace Chromu byly stanoveny pomocí atomové absorpční spektroskopie grafitové pece GF-AAS za použití nástroje PerkinElmer aanalyst 800. Naměřené koncentrace byly založeny na trojím odečtu každého vzorku a kontrolní vzorky byly analyzovány každých osm vzorků. Mez detekce (LOD) pro chrom v každé zkušební kapalině je uvedena v tabulce 3.
3. Výsledky a diskuse
3.1. Objemové a povrchové charakteristiky neexponovaných prášků
rozdíly ve tvaru částic a morfologii mezi zkoumanými prášky jsou znázorněny na obrázku 1. Jednotlivé částice drceného (srov. experimentální) Cr-kovový prášek byl převážně tvarován jako tenké(1-5 µm) vločky, typicky velikosti mezi 10 a 20 µm, Obrázky 1(A) a 1 (b). Částice byly velmi nepravidelné a odhalily praskliny v důsledku křehkých vlastností chromového kovu a postupu drcení. Plocha BET byla stanovena na 0,46 m2 / g. povrchová plocha prášku Cr-N byla relativně podobná, 0.61 m2 / g, a částice vykazovaly přítomnost několika velkých vytesaných balvanovitých částic, typicky o velikosti 20-30 µm, na které se částice menší velikosti (⩽5 µm) ve velké míře přilepily, Obrázky 1(c) a 1 (d). Kromě toho bylo v prášku přítomno významné množství menších částic (<10 µm), všechny s ostrými hranami. Přes velké rozdíly ve velikosti částic a morfologii mezi kovem Cr a práškem Cr-N, byly stanoveny velmi podobné povrchové plochy, účinek, o kterém se předpokládá, že souvisí s vysoce prasklým povrchem jednotlivých kovových vloček Cr zvyšujících povrchovou plochu. Prášek Cr-C odhalil podobnou morfologii částic jako prášek Cr-N s výjimkou přítomnosti výrazně většího počtu částic menší velikosti (<10 µm) a přítomnosti pouze několika, i když velmi velkých balvanů, obrázků 1(e) a 1(f). V důsledku toho tento prášek vyústil v největší měřenou plochu povrchu, 1.26 m2/g.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
sekundární elektronové obrazy rozdílů ve tvaru a morfologii jednotlivých částic kovu Cr (a, b), Cr-N (c, d) a Cr-C (E, f) prášky pomocí SEM.
Cr2N byla identifikována jako převládající krystalická fáze prášku Cr-N podle šetření GI-XRD . Kromě toho byl pozorován slabý odraz 43,6° (2θ), který může být případně přiřazen orientaci CrN (200). Obě fáze jsou podle literatury termodynamicky stabilní . Kromě toho byly pozorovány hlavní difrakční vrcholy chromového kovu. Vypočtený hmotnostní poměr objemového složení dusíku k Chromu (0.08), na základě informací o dodavateli byl nižší než stechiometrický poměr pro Cr2N (0,12), který podporuje výskyt také chromového kovu ve sypkém prášku. Přítomnost Cr2N i CrN byla patrná z analýzy nejvzdálenějšího povrchu pomocí XPS. Cr, N, O A C byly hlavními prvky pozorovanými na povrchu. XPS spektra Cr2p3 / 2 a N1s jsou uvedeny na obrázku 2.
(a)
(b)
(a)
(b)
XPS spektra N1s a Cr2p3/2 s vysokým rozlišením pro prášek Cr-N.
ve spektrech Cr2p3/2 s vysokým rozlišením byly pozorovány tři hlavní složky odpovídající různým chemickým druhům chrómu. První vrchol při 574,8±0,2 eV byl přiřazen Cr2N a druhá složka CrN se středem 576,1 ± 0.3 eV, v souladu s nálezy z literatury . Vzhledem k překrytí píku lze tento vrchol také připsat Cr2O3, což je také indikováno výrazným vrcholem O1s při 530,6 eV typickém pro Cr2O3 . Přítomnost CrN byla ověřena při řešení píku N1s s dusíkatými složkami přiřazenými nitridu v Cr2N a CrN pozorovanými při 398,1 ± 0,3 eV a 396,8 ± 0,3 eV . Podíl mezi píky dusíku přiřazenými Cr2N a CrN naznačoval relativní poměr povrchu 1: 1. Druhá složka se středem 399,5 ± 0.3 eV byl vyřešen z vrcholu N1s a byl pravděpodobně přičítán dusičnanům Chromu, jak je uvedeno v literatuře . Třetí složka se středem 577,5 ± 0,5 eV byla navíc vyřešena pro pík Cr2p3/2 a přiřazena jiným oxidovaným sloučeninám Chromu (III), jako je Cr(OH) 3 nebo CrOOH, s dalšími vrcholy O1s se středem 532,0 ± 0,2 a 533,4 ± 0,2 eV. Tyto kyslíkové píky mohou být také přičítány C-O A C=O v oxidovaných povrchových kontaminantech uhlíku, které jsou patrné ze spekter C1s (spektra nejsou zobrazena) . Podobná pozorování s oxidovaným chromem na površích nitridu Chromu byla popsána v literatuře .
identifikace oxidovaných sloučenin chromu na povrchu prášku Cr-N byla v souladu se zjištěními pro prášek CR-metal, který jasně odhalil vrchol kovového Chromu při 574,4 eV (Cr2p3/2) a pík při 576,0±0,2 přiřazený Cr2O3 (O1s 530,4 eV) a široký pík přiřazený oxidovaným druhům Cr(III), jako jsou Cr(OH) 3 a CrOOH, se středem 577,1 ± 0,3 eV .
Cr7C3 byla převládající krystalická fáze stanovená měřením GI-XRD prášku Cr-C vykazujícím všechny hlavní odrazy . Jeho přítomnost byla dále podpořena vypočteným hmotnostním poměrem objemového složení uhlíku a chromu 0,11, velmi podobným jeho teoretickému stechiometrickému poměru (0,10). Cr7C3 je podle zjištění literatury nejtepleji stabilním existujícím karbidem Chromu ve srovnání s Cr3C2 a Cr23C6 . Přítomnost karbidů Chromu byla dále podpořena nálezy XPS ukazujícími vrchol C1s na 283.8 eV odpovídající vazbě Cr-C a vrchol Cr2p3/2 při 574,6 eV přiřazený karbidu Chromu (Cr7C3). XPS také identifikoval píky přisuzované oxidovaným druhům Chromu (III) (zejména Cr2O3) podobné pozorováním provedeným pro prášek Cr-N.
3.2. Distribuce velikosti částic a rozsah uvolňování chrómu v biologických roztocích relevantních pro scénáře expozice člověka
distribuce velikosti každého prášku v PBS je uvedena na obrázku 3 a sestavena v tabulce 4 Jak podle objemu (hmotnosti) částic, tak podle počtu částic (pouze Cr-C a Cr-N). V souladu s morfologickým vyšetřením pomocí SEM, Obrázek 1, kovový prášek Cr odhalil relativně rovnoměrné rozložení velikosti v roztoku se střední velikostí částic (na základě objemu) 16 µm (𝑑0,5), což znamená, že 50% částic mělo průměr 16 µm nebo méně. Byla pozorována nerovnoměrná distribuce velikosti částic pro prášek Cr-N se dvěma doménami s hodnotami 𝑑0.5 4 a 26 µm (objem). Různě velké částice byly v souladu s morfologickým vyšetřením pomocí SEM, Obrázek 1. Menší částice (𝑑0.5-1 µm) přítomný a částečně prokázaný SEM, že přilne k větším částicím prášku Cr-N za suchých podmínek, byl dispergován v roztoku, obrázek 3. V rozporu s ostatními prášky byl prášek Cr-C heterogenní, jak dokládají rozdíly v distribuci čísel mezi různými vzorky. Pro prášek Cr-C bylo pozorováno velké rozložení čísel jak menších (𝑑0,5-0,3 µm), tak větších částic (𝑑0,5-1,6 µm). Nebyla pozorována heterogenita vzorku pro distribuci větších částic podle objemu (𝑑0,5-7,7 µm).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| —nepočítá se. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a)
(b)
(a)
(b)
rozdělení velikosti částic podle objemu a počtu CR kovu, Cr-C (heterogenní vzorky) a CR-n prášku v PBS stanoveno pomocí laserové difrakce.
uvolňování chrómu z různých prášků bylo kvantifikováno pro časová období až jeden týden za standardních podmínek v umělých biologických tekutinách s různým pH a složením relevantním pro kontakt s člověkem. Vzhledem k tomu, že se předpokládá , že uvolňování rozpuštěných druhů kovů, v rozsahu, který nelze předvídat z objemových kompozičních údajů, vyvolává akutní účinky na lidské zdraví, může měření uvolněných druhů kovů do umělých tělesných tekutin naznačovat, zda je pravděpodobné, že dojde k toxicitě in vivo, alespoň akutní.
uvolněné množství chromu z celkového množství chromu v různých prášcích bylo pro všechny prášky a zkušební kapaliny velmi nízké (<0,02%). To je znázorněno na obrázku 4 po 168 hodinách expozice. Obecným trendem pro všechny prášky bylo mírně zvýšené množství uvolněného chrómu se zvyšující se kyselostí tekutin, například umělá lysozomální tekutina (ALF-pH 4,5) a žaludeční šťáva (GST-pH 1,5), viz obrázek 4. Uvolněné množství chrómu vyjádřené v % (µg Cr / µg Cr*100) se snížilo podle následujících sekvencí pro různé prášky: i) Cr-kov: GST (<0.017%) > ALF (<0.010%) > ASW (<0.003%) > PBS (<0,0002%) ≈ GMB (<0,0004 %), (ii) Cr-N: GST (<0,015%) ≈ ALF (<0.014%) > ASW (<0.007%) > PBS (<0, 0030%) ⩾ GMB (<0, 002%), (iii) Cr-C: GST (<0, 0050%) ⩾ ALF (< 0, 0040%) as ASW (<0.003%) > PBS (<0,0006%) GM GMB (<0,0008%).
(a)
(b)
(a)
(b)
uvolňování chrómu z prášků Cr-C, Cr-N A CR-kovu exponovaných po dobu 168 h v různých biologických médiích vyjádřených jako množství chrómu uvolněného na množství chrómu v naloženém prášku (µg/µg), (a) a uvolněné množství chromu normalizované na povrchovou plochu (BET). Údaje z hlášené literatury pro Cr2O3 vystavené za stejných podmínek jsou zahrnuty pro srovnání. Chybové pruhy odpovídají směrodatné odchylce trojitých vzorků.
rozdíly v rychlosti uvolňování mezi prášky nemohly být přičítány rozdílům v povrchové ploše(BET) za suchých podmínek, obrázek 4 písm.b) nebo odpovídající distribuci velikosti částic v roztoku (srov. Obrázek 3), protože nejnižší uvolňování bylo získáno z prášku s největší plochou povrchu a nejmenší velikostí částic (Cr-C—1,26 m2/g), ve srovnání s Cr-N (0 .61 m2 / g) s významným počtem menších částic a Cr-kov (0,46 m2 / g)s primárně většími vločkovitými částicemi (srov. Obrázek 2).
velmi nízké koncentrace Chromu byly uvolněny z prášku chromového kovu (specifická povrchová plocha 0,46 m2 / g)v důsledku přítomnosti pasivních povrchových oxidů bohatých na chrom (III). Po 168 hodinách expozice in vitro syntetickým biologickým tekutinám různého složení a pH byly stanoveny následující uvolněné koncentrace Chromu; <15 µg/L v umělé lysozomální tekutině (ALF) a umělé žaludeční tekutině (GST), <3 µg/L v umělém potu (ASW) a <1,5 µg/L v PBS pufru a Gambleově roztoku (GMB). I když byl zřejmý Časový a pH účinek, po 168 hodinách expozice bylo rozpuštěno pouze méně než 0,02% celkového množství naloženého prášku, viz obrázek 5. Vyšší množství uvolněného chrómu z povrchů povrchových oxidů bohatých na chrom vystavených roztokům s vysokou kyselostí je v souladu s předchozími studiemi .
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
uvolňování chrómu z prášků Cr – C, Cr-N A CR-kovu vystavených až 168 h v syntetických biologických tekutinách různého pH a složení (roztok GMB-Gamble, pH 7,2; PBS-fosfát pufrovaný fyziologický roztok, pH 7,4; ASW-umělý pot, pH 6,5; ALF-umělá lysozomální tekutina, pH 4,5; GST-žaludeční tekutina, pH 1,7) vyjádřeno jako množství uvolněného chrómu na množství chrómu v naloženém prášku (µg Cr / µg Cr V Cr-N, Cr-C, Cr-kov). Chybové pruhy odpovídají směrodatné odchylce trojitých vzorků. Relativně vysoké směrodatné odchylky souvisejí s heterogenitou prášku a nízkými uvolňovanými koncentracemi chrómu (<5 µg / L).
prášek Cr-C byl nejméně rozpustný prášek zkoumaný, pravděpodobně kvůli silným kovalentním vazbám uvnitř matrice . Karbidy chromu jsou podle literatury chemicky stabilní, nerozpustné ve vodě a také nerozpustné nebo špatně rozpustné v HCl . K uvolňování chrómu z Cr-C došlo primárně během počátečních 24 hodin expozice v téměř neutrálních roztocích GMB a PBS, obrázek 5. Další množství chrómu, i když stále velmi nízké hladiny, bylo uvolněno mezi 24 a 168 hodinami do určité míry v ASW a ve vyšší míře v kyselých médiích ALF a GST. Mírně vyšší uvolňování Chromu po dlouhých expozičních obdobích může souviset s částečným rozpuštěním oxidů Chromu (III) pozorovaných na povrchu prášku Cr-C pomocí XPS, což je účinek pozorovaný také u prášku Cr-metal. Srovnání s dříve provedenými identickými expozicemi prášku Cr2O3 v ASW a ALF ukazuje vyšší uvolněná množství chrómu z prášku Cr-C, avšak stále na velmi nízkých hladinách (<0,005% nebo 0,00002 µg / cm2 / h). Toto srovnání bylo relevantní, protože všechny prášky odhalily přítomnost oxidů Chromu (III), primárně Cr2O3 na povrchu.
uvolňování chrómu z prášku Cr-N bylo po 168 hodinách přibližně 2-3krát vyšší ve srovnání s práškem Cr-C ve všech tekutinách, i když na stále velmi nízkých úrovních (<0,015% uvolněného chrómu ve srovnání s množstvím chrómu v naloženém prášku). XPS analýza CR-N částic vystavených v GST po dobu 168 hodin ukazuje, že poměr CrN/Cr2N na nejvzdálenějším povrchu se zvýšil z 1,3 na 2,4 ve srovnání s neexponovanými částicemi. Tyto výsledky jsou v souladu s literaturou, kde Cr2N je významně rozpustnější ve srovnání s CrN v HCl při 100°C a významně rozpustnější v HCl ve srovnání s H2SO4 i HNO3 . Přestože nebyly poskytnuty žádné informace o podmínkách pokojové teploty, výsledky jsou v souladu s pozorováním v této studii s vyšším uvolněným množstvím chrómu v GST (složeným z HCl, srov. Tabulka 2) ve srovnání s ostatními tekutinami. Téměř podobné množství chromu bylo uvolněno v PBS (pH 7.2) stejně jako v GST, alespoň během prvních 24 hodin, pozorování, které lze vysvětlit podobnými molárními koncentracemi chloridu, 0,15 a 0,17 M v PBS a GST. Expozice v ALF a GST přinesly velmi podobné množství uvolněného chrómu po 168 hodinách expozice (rozpuštění 0,014%, 0,00014 µg / cm2 / h). Tento účinek nelze přičíst molární koncentraci chloridu, protože je významně nižší v ALF (0, 06 M) ve srovnání s GST. To však lze vysvětlit vyšším rozpuštěním Cr2N v tomto roztoku ve srovnání s CrN podle zjištění Lyutaya a Kulik v kombinaci s částečným rozpuštěním oxidů Chromu (III) pozorovaných na povrchu prášku Cr-N pomocí XPS. Další důvod může souviset s přítomností organických komplexotvorných činidel, jako je kyselina citronová v ALF, dříve prokázáno, že zvyšuje uvolňování kovů včetně chrómu z nerezové oceli .
uvolněné množství chromu je vyjádřeno v % (µg Cr / µg Cr*100).
4. Závěry
nekovové prášky z karbidu Chromu (Cr-C) a nitridu Chromu (Cr-N) ve srovnání s chromovým kovem (CR-kov) byly charakterizovány a vystaveny prostředí in vitro simulujícímu expozice v různých lidských tekutinách a v povrchových vodách. Cílem bylo vytvořit jedinečné údaje o rozpustnosti, které budou použity pro hodnocení potenciálních rizik pro lidské zdraví a životní prostředí vyvolaných potenciální expozicí těmto práškům. Byly vyvozeny následující hlavní závěry.
uvolněné množství chromu z celkového množství chrómu vyjádřené v % (µg Cr / µg Cr*100) v různých prášcích bylo pro všechny prášky a zkušební kapaliny velmi nízké (<0,02%) nebo významně nižší v závislosti na zkušební tekutině a pH) a sníženo podle následujících sekvencí: i) Cr-kov: GST (<0.017%) > ALF (<0.010%) > ASW (<0.003%) > PBS (<0,0002%) ≈ GMB (<0,0004%), (ii) Cr-N: GST (<0,015%) ≈ ALF (<0.014%) > ASW (<0.007%) > PBS (<0,003%) GM GMB (<0,002%), (iii) Cr-C: GST (<0.005%) ⩾ ALF (< 0, 004%) AS ASW (<0.003%) > PBS (<0,001%) ≈ GMB (<0,001%).
distribuce velikosti částic Cr-kovu a Cr-N byly navíc podobné, což vedlo ke srovnatelným povrchovým plochám (BET). CR-kovové částice byly vločkovité a poměrně rovnoměrné velikosti, zatímco Cr-N obsahoval velké množství menších částic jak jako jednotlivé částice, tak přilnul k povrchům výrazně větších balvanovitých částic. Podobná pozorování byla provedena pro Cr-C s výjimkou výrazně většího množství menších částic (<10 µm) a pouze malého zlomku velmi velkých balvanovitých částic (40-50 µm), což má za následek plochu povrchu přibližně dvojnásobnou než u Cr-kovu a CrN.
Cr2N byl stanoven jako převládající složka prášku Cr-N podporovaného údaji GI-XRD a vypočtený hmotnostní poměr objemového složení dusíku k Chromu 0,09, podobný jeho stechiometrickému poměru (0,12). Nálezy XPS naznačovaly dodatečnou přítomnost CrN, rovněž indikovanou údaji GI-XRD a oxidovaných CR (III)-oxidů, zejména Cr2O3 na povrchu prášku.
hlavní krystalická fáze v prášku Cr-C byla GI-XRD stanovena jako Cr7C3 potvrzená podobností vypočteného poměru kompoziční objemové hmotnosti (0,11) a teoretického stechiometrického poměru (0,10). Cr7C3 byl také nejhojnějším karbidem pozorovaným pomocí XPS v spolu s vrcholy přisuzovanými Cr (III) – oxidy, (Cr2O3).
prášek Cr-C byl zkoumaným nejméně rozpustným práškem, pravděpodobně kvůli silným kovalentním vazbám uvnitř matrice. Částečné rozpuštění oxidů Chromu (III) pozorovaných na povrchu prášku Cr-C může být spojeno s mírným zvýšením uvolňování chrómu po dlouhých expozičních obdobích.
bylo pozorováno vyšší uvolňování chrómu z Cr-N ve srovnání s Cr-C a může souviset s rozdíly v rozpustnosti CrN a Cr2N, kde preferenční rozpouštění jednoho spolu s částečným rozpuštěním Cr2O3 při nižším pH vedlo ke srovnání zvýšené uvolňování chrómu.
potvrzení
konsorcium chromových kovů je uznáno za uvedení do provozu studie biologické dostupnosti chrómu uvolněného z karbidu Chromu, nitridu chromu a kovu Chromu v syntetických biologických médiích. Dr. Grant Darrie, ICDA, a Jean-Francois Chamaly, Delachaux, jsou vysoce ceněni za cenné diskuse. Výzkum uvedený v tomto článku byl společně financován společností Delachaux s .a. (Delachaux) a Londýnem & Scandinavian Metallurgical Co. Ltd. (LSM). Delachaux a Lsmudržují práva na náhradu údajů v rámci všech regulačních a zákonných programů, počítaje v to, ale bez omezení na dosah. Držení kopie tohoto článku, zcela nebo zčásti, nepředstavuje „legitimní držení“ studie a nevytváří žádná práva na použití studie nebo zde uvedených údajů pro jakoukoli chemickou registraci(například, ale bez omezení na, registrační program REACH) nebo jakýkoli jiný komerční účel.