化妝品中砷的測定方法研究進展

熊汝琴,林 杰

（昭通學院，云南 昭通 657000）

隨著人類社會的發展進步,人們對美的追求越來越高,化妝品已成為日常生活中的必需品,但化妝品中通常含有重金屬、激素、抗生素、防腐劑等有毒有害物質,其安全性也越來越受到關注。砷是化妝品中常見的有害重金屬之一,化妝品中砷化物的來源主要有兩個方面:一是配方合理添加,由于微量砷與蛋白質中的多種氨基酸有極強的親和力,極易被人體吸收,對維持人體正常機能和新陳代謝有重要作用,皮膚吸收砷后,能使毛細血管略微腫大,拉伸皮膚,使皮膚保持光滑,減少皺紋產生,增強化妝品祛斑美顏的功效,因此很多美白祛斑的化妝品配方中含有微量砷。但也有一些不法商家以牟取暴利為目的,過量添加含砷化合物[1-2]。另一方面是由化妝品生產原料或者生產過程帶入,化妝品的生產原料主要是鋁硅酸礦物鹽、硅酸鎂礦物鹽、氧化鋅、碳酸鹽等物質,大都屬于沉積礦物,非常容易帶入一些有害重金屬元素。此外,生產過程中使用的儀器或反應催化劑,也可能帶入砷。正常情況下,人體攝入微量砷,能通過出汗、排泄等方式排出體外,攝入量和排出量基本平衡時,不會對人體造成危害[3]。但若長期使用含砷量超標的化妝品則會嚴重影響人體健康,砷化物能通過皮膚、消化道、呼吸道進入體內,擾亂人體細胞的正常代謝,使毛細血管長時間處于腫大狀態,對人體的呼吸系統、血液循環系統、神經系統等造成傷害,甚至引發惡性腫瘤[4-6]。因此,世界各國對化妝品中砷含量的檢測十分嚴格,我國現行的 《化妝品安全技術規范》(2015年版）中,將砷的限量標準由原來的10 mg/kg降低為2 mg/kg[7]。目前化妝品中砷的檢測方法主要有:砷斑法、銀鹽法、原子吸收光譜法、原子熒光法、X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法等。本文主要綜述了幾種檢測砷含量的方法原理和特點,期望人們對化妝品中的砷有更全面的認識,能更理性地選擇化妝品。

1 樣品處理方法

化妝品是各種原料調配加工成的復配混合物,基質比較復雜,檢測過程中干擾成分較多,因此檢測前需進行樣品的前處理。目前樣品預處理多采用濕式消解、干灰化法和微波消解法消解樣品。如果樣品消解不完全、溫度過高造成損失或者樣品浸提不完全,都有可能影響到檢測結果的準確性。

干法灰化是將化妝品高溫灼燒,除去有機成分后用酸復溶。該方法可使樣品破壞徹底,操作簡便,使用試劑少,但耗時長,溫度高,易造成汞、砷等易揮發元素的損失。

濕法常壓消解和微波消解均用強酸消解樣品,常用的消解體系有硝酸、硝酸-過氧化氫、硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸及硝酸-氫氟酸。但常壓消解耗時長,用酸量大,微波密閉消解結合了高壓和微波快速加熱的性能,能在短時間內使樣品消化完全,且操作簡單,能有效防止元素的損失和減少酸損耗,是近年來常用的樣品前處理技術。

2 化妝品中砷的測定方法

2.1 砷斑法

砷斑法又稱古蔡氏法,其原理是鋅與酸作用產生新生態氫氣,用氯化亞錫溶液將樣品中的砷還原為三價砷,再與氫氣作用生成具有揮發性的砷化氫,遇溴化汞試紙產生不同程度的黃色、棕色至黑色的砷斑。砷斑顏色的深淺與樣品中砷含量成正比,將樣品砷斑與相同條件下一定量的標準砷所產生的砷斑比較,即可判定砷鹽的含量范圍[8-9]。

該方法操作簡便、快速、成本低、實驗結果直觀,所用試劑氯化亞錫毒性較小而被廣泛應用,是 《中國藥典》收載的藥品中砷鹽含量限度檢查的法定方法。但砷斑法重現性較差,所用鋅粒粒徑、醋酸鉛棉花塞的松緊、操作人員的熟練程度等都對實驗結果有影響,并且氯化亞錫溶液在空氣中極易被氧氣氧化失去還原性,保存不易,也會影響砷含量的測定。方波等提出將氯化亞錫溶液改為固體參加反應也能保證其還原性,更易于保存,也可用于砷的測定[10]。

2.2 銀鹽法

銀鹽法測定砷含量的基本原理是:樣品經灰化或消解處理后,用碘化鉀、氯化亞錫將As5+還原為As3+,As3+與鋅粒和酸作用產生的氫氣反應生成砷化氫氣體,通過醋酸鉛棉去除硫化氫干擾后,用銀鹽溶液(由二乙基二硫代氨基甲酸銀-三乙醇胺-氯仿溶液配制成）吸收砷化氫氣體,砷化氫還原二乙基二硫代氨基甲酸銀生成紅棕色的膠態銀,用分光光度計通過比色標準溶液定量測定砷的含量[11-12]。張衛國等使用硝酸銀-聚乙烯醇-乙醇溶液,以體積為1∶1∶2配制新銀鹽溶液,避免了原銀鹽溶液中氯仿對人體的傷害。但在測試應用中發現,當室溫低于15℃時,吸收液放置8 h以上,會出現白色絮狀物,影響膠態銀的形成而不能使用[13-14]。另外除酸度、鋅粒顆粒的大小對反應速度有較大的影響之外,室溫變化對砷化氫氣體與銀鹽溶液的顯色反應影響很大。銀鹽法在檢測實踐中較為成熟,標準曲線的線性范圍較大,樣品經過灰化后全量用于分析,避免了因樣品稀釋可能產生的誤差,但由于受樣品處理過程、硫化氫的干擾、鋅粒大小多種因素的影響,常出現標準曲線的相關系數低,樣品平行試驗中的相對偏差過大等問題[15]。

2.3 原子吸收光譜法

原子吸收法測定樣品中砷含量的原理是將樣品消化處理后,在原子化器中使其原子化,測定其共振線(193.7 nm）的吸收峰,從而進行定量測定。李寶凡采用石墨爐原子吸收法測定化妝品中的砷,用硝酸-過氧化氫消化處理樣品后,加硝酸鎳溶液消除基體干擾,實驗測定硝酸鎳最佳濃度為0.01～0.02 g/mL,硝酸鎳溶液濃度過高會使砷測定結果偏低,濃度過低則不能完全消除干擾。在石墨爐中砷原子化,測其共振線吸收峰,對砷進行定量,實驗結果砷的回收率為98.3%～98.7%,相對標準偏差為0.65%～1.50%[16]。祁熊[17]使用硝酸-過氧化氫溶液預消化樣品后,再用微波消解儀進一步消解樣品,避免樣品中砷的殘余,以0.1 mg/mL硝酸鎳溶液為基體改進劑,并采用多步斜坡升溫,將干燥分為90℃和120℃兩步,灰化分為550℃和1400℃兩步升溫,去除基體干擾同時保護好元素砷,并運用塞曼扣背景使抗背景干擾能力大大提高。

原子吸收法測定砷含量具有靈敏度高、精密度好、選擇性好、操作簡便、分析速度快、自動化檢測等優點,是大批量樣品實驗室檢測的首選方法。但是該方法所用儀器昂貴,成本較高,且所用儀器較笨重,只能在實驗室中測定,不適用于樣品中砷含量現場快速檢測。

2.4 原子熒光法

原子熒光法(AFS）測定化妝品中砷含量的原理是樣品經消化處理后,加還原劑還原,砷可形成氣態氫化物,在原子化器中砷空心陰極燈照射下,基態砷原子被激發至高能態,再返回基態時發射出特征波長的熒光,其熒光強度在一定條件下與被測溶液中砷濃度成正比,通過與標準比較進行定量,進而確定砷含量。

高衛東等[18]使用硝酸微波消解樣品,2.0%硼氫化鉀作為還原劑、體積分數5%的硝酸溶液作為載流液,選擇合適的儀器條件,得到標準曲線方程If=27.440C+127.209,r=0.9988,檢出限為0.0407 μg/L,相對標準偏差為1.5%,平均加標回收率95.1%。顏小翔等[19]用硝酸-高氯酸處理樣品,能提高樣品的消解,硝酸、高氯酸屬于揮發性酸,不干擾測定。由于硫脲-抗壞血酸溶液穩定性不好,保存不易,抗壞血酸還原性極強,容易被氧化,造成實驗試劑的浪費和不方便,他們提出使用硫脲代替硫脲-抗壞血酸溶液。由于砷及其化合物在水中只能微溶,在鹽酸中可溶,他們使用鹽酸代替水對樣品的溶解、洗滌、消解等,避免實驗樣品的損失。實驗結果表明,砷的回收率為97.6%～101.88%,砷含量的標準偏差小于5.0%。張愛平、張萬峰等研究了原子熒光光譜法同時測定化妝品中汞和砷含量的方法。討論了樣品前處理條件、儀器條件的優化、離子的干擾和消除、酸度、硼氫化鉀溶液濃度、預還原劑、載流液對測定結果的影響。結果表明原子熒光光譜法抗干擾能力強、靈敏度高、檢出限低、回收率高,可廣泛用于化妝品中砷、汞含量的檢測[20-21]。

2.5 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS）是將電感耦合等離子體技術與質譜技術聯合起來的一種新分析方法。樣品在高溫離子源中蒸發、離解、原子化和電離,使樣品中的元素形成一價正離子。在真空系統內,正離子被拉出并按質荷比分離,檢測器將離子轉化為電子脈沖,然后由積分測量線路計數,電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關,通過與已知的標準物質比較,即能實現未知樣品的痕量元素定量分析。

林平等[22]用電感耦合等離子體質譜法測定化妝品中的As、Hg和Pb,采用內標元素鈧校正砷,銪校正鉛和汞,能有效克服儀器的基體效應,提高了實驗的精確度和準確度。通過對10組樣品進行砷的測定,方法檢出限為:0.03～0.05 ng/mL,標準偏差為0.3%～5.0%,回收率為95%～105%。劉少輕等[23]采用硝酸-氫氟酸體系微波消解樣品,外標法繪制工作曲線,內標法校正基體效應,同時測定化妝品中砷、鉛、汞、鉻、鈹、鎘、銻、鉈等八種有害金屬元素,方法檢出限為0.03～6.0 ng/g,加標回收率為91.2%～110.8%。符傳武等[24]建立了一種無需使用內標溶液就能同時測定美白祛斑化妝品中汞、砷、鉛、鎘、鉻五種元素的外標ICP-MS法。將樣品經硝酸和過氧化氫微波消解后,測定發現:汞、砷、鉛、鎘、鉻混合標準溶液在0～100 ng/mL范圍內線性關系良好,相關系數為0.9998～1.0000,各元素最低檢出濃度均小于0.1 mg/kg,加標回收率在97.5%～108.6%之間。該方法簡便、靈敏,有較低的檢出限,具有良好的精密度和準確度。可見,電感耦合等離子體質譜法具有分析速度快、靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、干擾少,還能同時進行多種元素的測定等優點,但實驗所用等離子體質譜儀比較昂貴,消解處理過的樣品是酸性,容易對質譜儀造成損傷,減少質譜儀使用次數,增大實驗支出經費,因此限制了電感耦合等離子體質譜法的應用。

2.6 X射線熒光光譜法

X-射線熒光光譜法進行定性和定量分析的基本原理是:當試樣受到高能量子照射時,核的內層電子吸收輻射能量后發生躍遷,在內層電子軌道上形成空穴處于激發態,此時整個原子體系的穩定性很差,在極短的時間內,體系中處于較高能態的電子會自發躍遷回到內層填充空穴,而使原子恢復到低能的狀態,同時將過剩的能量以X-射線的形式放出,所產生的X-射線即為代表各元素特征的X-射線熒光譜線。通過測定樣品中每種元素輻射出的特征X-射線的波長,即能夠對樣品中的元素進行定性分析。樣品中每種元素所輻射出的特征X-射線的強度與該元素在樣品中的質量百分濃度之間存在一定的線性關系,采取恰當的方法進行校正后,根據譜線強度即可實現對待測元素的定量分析[25]。

楊樂萍等[26]用聚焦式X-射線熒光光譜儀測定液體化妝品中的鉛、砷,測定結果相對標準偏差均小于5.0%,其檢出限分別為3.0、1.0 mg/L,均與標準方法測定結果相符,證明X-射線熒光光譜法的可行性。但由于溶解的樣品液面存在反光、不平正等,會影響X射線儀的對焦,影響實驗結果。他們提出一種新進樣方法——瓶口貼膜法,用聚酯膜加以鞏固樣品溶液的液面,防止液面的反光對實驗的結果造成影響。王謙等[27]建立懸浮進樣-全反射X射線熒光光譜法(TXRF）法對膏霜類化妝品中Pb、As、Hg元素含量進行測定,結果表明鉛、砷、汞在0.01～1.60 μg/mL濃度范圍內線性關系良好(R2≥0.998）, 檢出限分別為0.005、0.004和0.006 μg/mL,測定精密度分別為7.8%～14.9%、6.6%～13.3%和7.6%～14.6%。X射線熒光光譜與一般的原子發射光譜相比譜線簡單、干擾較少、易解析和進行定性分析；檢測時間短；并且分析儀器從光源到各個部件都具有極高穩定性使精準度顯著提高,且操作便捷,易于進行自動化及在線分析。

3 結 語

檢測化妝品中砷的含量,砷斑法是應用最早,實踐最成熟的方法,但僅限于對樣品的定性檢測,無法做到定量測定。銀鹽法實驗簡便快速,不需要昂貴儀器,適合所有實驗室開展,但反應時間長,試劑用量較多,重現性較差,靈敏度較低。隨著消費者對化妝品安全性的日益重視,對其中有害成分含量測定的準確性要求不斷提高,更靈敏、快速、簡便的儀器分析方法,如原子吸收光譜法、原子熒光法、電感耦合等離子體質譜法和X-射線熒光光譜法應用越來越廣泛。