超級微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定化妝品中40種元素*

潘小紅，趙 薇，涂曉琴，劉玉玲，殷 帥

(1 湖南省藥品檢驗檢測研究院，湖南 長沙 410001；2 湖南省藥品質(zhì)量評價工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410001)

化妝品可能因原料、人為添加或制作過程帶入等因素引起重金屬污染，2006年發(fā)生的 SK-II的“鉻釹事件”、2013年的歐舒丹鉛含量超標、2018年央視報道韓國愛茉莉太平洋的“銻”超標，事件說明化妝品中重金屬超標嚴峻，威脅著消費者的健康和環(huán)境[1]，建立快速、準確、同時分析多種重金屬元素的檢測方法具有十分重要意義。

樣品消解在化妝品重金屬測定中有著極為重要的作用，對檢測結(jié)果的準確起著決定性作用，我國《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)[2]收載的方法有濕法消解法、干法消解法和微波消解法。濕法消解法、干法消解法為開放式消解，會導致易揮發(fā)元素損失，容易導致樣品易受污染，微波消解在密閉環(huán)境下工作，對于易揮發(fā)元素可以避免損失，但是需要單獨罐體密閉和泄壓，同時耗酸量大[3]。超級微波消解技術(shù)是近幾年迅猛發(fā)展的先進微波消解技術(shù)，可以實現(xiàn)消解過程更高的溫度，更大的壓力，使用更少的溶劑，從而改善消解效果提高消解效率[4]，已被廣泛用于食品[5]、藥品[6]等行業(yè)的元素分析，化妝品[7]已有文獻報道。

本試驗采用超級微波消解樣品，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)具有檢測速度快、可進行實時檢測、線性范圍廣、靈敏性高、特異性強，幾乎可同時分析地球上的所有元素的技術(shù)[8]，建立化妝品中40種元素的ICP-MS檢測方法，并對通過“線上線下”相結(jié)合的方式采集的146批樣品進行測定與結(jié)果評價，以期為超級微波消解在化妝品元素含量測定的應(yīng)用提供一定的依據(jù)，同時為化妝品的質(zhì)量監(jiān)管提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

146批化妝品，其中：線下60批樣品：長沙市批發(fā)市場、超市、商場、母嬰店、藥店等購買；線上86批樣品：于1688、阿里巴巴、當當網(wǎng)、京東、聚美優(yōu)品、考拉海購、拼多多、蘇寧易購、淘寶網(wǎng)、天貓、網(wǎng)易嚴選、唯品會、小紅書、云集網(wǎng)、真快樂等14家電商平臺購買。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器

7700 Series電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS),美國Agilent；Multiwave 7000超級微波消解儀,奧地利安東帕Anton paar；XS204電子天平,瑞士Mettle Toledo；Milli-Q Advantage A10超純水機,美國Millipore。

1.2.2 試劑

銀(Ag)、砷(As)、鋇(Ba)、鈹(Be)、鉍(Bi)、鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銫(Cs)、銅(Cu)、銦(In)、鋰(Li)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、銣(Rb)、鈧(Sc)、鍶(Sr)、鉈(Tl)、釩(V)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y)35種混合標準溶液(濃度：100 μg/mL)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，(批號：GNM-M351260-2013)；鈦(Ti)、鉬(Mo)、銻(Sb)、汞(Hg)、釷(Th)、銠(Rh)、錸(Re)7種單元素標準溶液(濃度均為1000 μg/mL)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，批號分別為：GNM-STI-002-2013、GSB04-1737-2004、GSB04-1748-2004、GSB04-1729-2004、GNM-STH-002-2013、GSB04-1746-2004、GNM-SRE-003-2013)；含鈰 (Ce)、鈷(Co)、鋰(Li)、鎂(Mg)，釔(Y)、鈦(Ti)質(zhì)譜調(diào)諧液(濃度 1 μg/L)，美國Agilent；硝酸(優(yōu)級純)，德國Merck。

1.3 儀器條件

1.3.1 超級微波工作條件

啟動壓力：40 bar，冷卻溫度55 ℃，壓力釋放速率： 10 bar/min；消解程序：時間20 min，溫度220 ℃，壓力140 bar；時間30 min，溫度240 ℃，壓力140 bar。

1.3.2 ICP-MS工作條件

同心霧化器，鎳(Ni)采樣錐，載氣為氬氣，碰撞氣為氦氣，射頻功率1.55 kW，等離子體氣流量15.0 L/min，載氣流速1.0 L/min，補償氣流量0.8 L/min，采樣深度8.0 mm，樣品提升速率1.0 mI./min，蠕動泵采集轉(zhuǎn)速0.1 rpm，樣品測定次數(shù)3次，積分時間0.1 s，He模式。

1.4 實驗方法

1.4.1 標準溶液、內(nèi)標溶液的配制

用2%HNO3溶液將40種標準儲備溶液逐級稀釋成系列標準曲線溶液，其中Hg為0.0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 ng/mL；其余元素為0、4、8、16、24、32、40 ng/mL。Rh、Re混合內(nèi)標溶液濃度為100 ng/mL，在線添加。

1.4.2 樣品溶液的制備

精密稱取樣品0.3 g，至超級微波消解專用試管中，加 3 mL硝酸，按超級微波消解程序消解，消解后的樣品用超純水轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中并定容?？瞻兹芤?、基質(zhì)加標回收與樣品同時同樣處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干擾及消除方法的選擇

ICP-MS的干擾分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾(基體效應(yīng))。在電感耦合等離子體質(zhì)譜的實際應(yīng)用過程中，基體效應(yīng)的影響被稱為ICP-MS 多元素分析的瓶頸，消除方法有稀釋樣品、內(nèi)標法、標準加入法、去除基體等。質(zhì)譜干擾主要有同量異位素重疊、多原子或加合物離子、難熔氧化物離子、雙電荷離子。解決辦法主要通過優(yōu)化儀器條件參數(shù)、選擇無干擾同位素，干擾校正方程，冷等離子體技術(shù)，碰撞/反應(yīng)池技術(shù)等[9]。

本試驗一方面驗通過質(zhì)譜調(diào)諧優(yōu)化儀器工作參數(shù)，使儀器質(zhì)量軸、靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項指標達到最佳，另一方面選擇合適的同位素和內(nèi)標元素避免同質(zhì)異位素多原子離子的干擾及監(jiān)控和校正分析信號的短期和長期漂移[10]，40種元素的測量同位素及內(nèi)標元素的選擇見表1所示，其中序號1～24用銠作內(nèi)標，序號25～40用錸作為內(nèi)標。

表1 測量同位素及內(nèi)標元素Table 1 Isotopes and internal standard elements

2.2 樣品前處理優(yōu)化

化妝品為日用化學工業(yè)產(chǎn)品[11]，可使用原料有8972多種[12]，劑型復雜，選擇適用所有化妝品的消解方法要求相比較高。

本試驗對樣品取樣量、消解酸體系及超級微波工作條件進行了優(yōu)化，消解完成的樣品以樣品顏色和加標回收率判斷，以無色透明澄清液體和回收率接近100%為依據(jù)確定最佳參數(shù)。對不同劑型的樣品進行測定分析和優(yōu)化，試驗條件為，取 0.3 g，加3.0 mL硝酸，溫度220 ℃、壓力140 bar消解20 min，溫度240 ℃、壓力140 bar消解30 min。

2.3 標準曲線及線性方程考察

儀器優(yōu)化后，各元素由儀器測得的線性方程、線性相關(guān)系數(shù)見表2，結(jié)果表明，汞元素在0～2.0 ng/mL，其他39種元素在0～40 ng/mL范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(R)為0.9969～1.0000。

表2 40種元素的線性方程和相關(guān)系數(shù)Table 2 Linear equations and correlation coefficients(r)of 40 elements

2.4 檢出限和定量下限的考察

檢出限的高低能準確地反應(yīng)儀器的性能。參照《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》 (2015年版)，檢出限和定量下線定義分別為3倍20份空白標準值的標準偏差對的質(zhì)量或濃度，本試驗以2%硝酸溶液進樣測定 20次，取樣量0.3 g，稀釋25倍，40種元素的檢出限在0 .1～6.0 μg/kg，結(jié)果見表3所示。

2.5 加標回收、精密度的考察

為了驗證此方法的準確性和可靠性，對膏霜類、蠟基類、液體類三種劑型分別進行了加標回收率試驗，加標為低、中、高三種濃度，其中低、高濃度為三水平，中濃度為六水平，用以考察方法的精密度。精密稱取樣品0.3 g，分別加入混合標準溶液(汞的濃度為0.1 μg/mL，其他元素的濃度為2.0 μg/mL) 50 μL、100 μL和300 μL。

表3的結(jié)果表明，三種劑型加標平均回收率為回收率為86.8%～113.6%，精密度為1.1%～5.7%，滿足《國食藥監(jiān)許【2010】455號 化妝品中禁用物質(zhì)和限用物質(zhì)檢測方法驗證技術(shù)規(guī)范》的要求[13]。

表3 40種元素的回收率、精密度和檢出限Table 3 Recoveries， precisions， limits of detection(LODs)and limits of quantification(LOQs)of 40 elements

續(xù)表3

2.6 實際樣品的測定及結(jié)果評價

根據(jù)建立的方法，對市面上“線上線下”相結(jié)合的方式采集的146批樣品進行40種元素的測定，并對結(jié)果進行了統(tǒng)計分析和評價。

2.6.1 汞(Hg)、鉛(Pb)、砷(As)、鎘(Cd)四種元素的結(jié)果分析

汞(Hg)均小于0.01 mg/kg，鉛(Pb)均小于0.6 mg/kg，砷(As)均小于 0.2 mg/kg，鉻(Cd)均小于0.03 mg/kg，4種元素符合《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)的要求。

2.6.2 鋇(Ba)、鎳(Ni)、鉻(Cr)元素組分的結(jié)果分析

《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)化妝品禁用組分 (表1)中三類組分：鋇鹽類(除硫酸鋇， 表 3 中的硫化鋇及表 6 中著色劑的不溶性鋇鹽， 色淀和顏料外)，鎳鹽類(碳酸鎳、二氫氧化鎳、二氧化鎳、一氧化鎳 、硫酸鎳、硫化鎳)，鉻、鉻酸及其鹽類(以 Cr6+計)的檢測結(jié)果，鋇 (Ba)為0～45.2 mg/kg，鎳(Ni)為0～6.71 mg/kg，鉻(Cr)為0～22.9 mg/kg，3種元素在《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)均未有限量規(guī)定，參照其他行業(yè)標準的限度，如參考《中國藥典》[14]膠囊鉻的不得過百萬分至二的限度要求，最高值超過限度11倍，參考《食品安全國家標準 食品中污染物限量GB2762-2017》4.6鎳 油脂及其制品≤1.0 mg/kg，最高超出限值6倍以上，存在一定的安全風險，建議開展這三種元素及其鹽的限度研究。

2.6.3 錳(Mn)元素組分的結(jié)果分析

錳(Mn)元素測定結(jié)果為0～28.5 mg/kg，《已使用化妝品原料目錄(2021年版)》暫未收錄含錳的化合物，《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)收錄的CI 77745：磷酸錳( Mn3(PO4)2·7H2O)，作為著色劑使用，未有限量規(guī)定，查看該產(chǎn)品標簽，未有此成分，陳潔[15]等對《口唇類化妝品中錳的人體健康風險評估》報道，口唇類化妝品中錳安全限量為45 mg/kg，因此認為安全狀況良好，安全風險較低，但此次產(chǎn)品均為涂抹皮膚用，此安全限量僅供參考。

2.6.4 銀(Ag)元素組分的結(jié)果分析

145批樣品的銀(Ag)測定結(jié)果均小于0.01 mg/kg，1批結(jié)果為6.83 mg/kg，查看標簽，成分顯示有網(wǎng)絡(luò)曝光含氰化銀鉀的白頭翁提取物。

2.6.5 鈦(Ti)、鋰(Li)、鍶(Si)、銅(Cu)元素組分的結(jié)果分析

鈦(Ti)元素測定結(jié)果為0.2～83.5 mg/kg，結(jié)果范圍寬，查看《已使用化妝品原料目錄(2021年版)》收錄的含鈦原料有10種；145批樣品的鋰(Li)測定結(jié)果均小于0.15 mg/kg，1批結(jié)果為5.52 mg/kg，查看樣品標簽，成分顯示有二硬脂二甲銨鋰蒙脫石，推測這是鋰元素測定值高的原因，二硬脂二甲銨鋰蒙脫石為《已使用化妝品原料目錄(2021年版)》可用原料。鍶(Si)元素測定結(jié)果為0 mg/kg～29.6 mg/kg、(Cu)元素測定結(jié)果為0～4.2 mg/kg，根據(jù)《已使用化妝品原料目錄(2021年版)》，含鍶原料有4種、含銅原料有16種。

2.6.6 16種稀土元素組分的結(jié)果分析

銣(Rb)為0～5.8 mg/kg；釹(Nd)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、鏑(Dy)、鉺(Er)、銪(Eu)、釓(Gd)、鈥(Ho)、镥(Lu)、釤(Sm)、鋱(Tb)、銩(Tm)、釔(Y)、鐿(Yb)16種稀土元素含量測定結(jié)果均小于0.1 mg/kg，參考我國發(fā)布食品安全國家標準《食品中污染物限量GB2762-2005》規(guī)定，茶葉中稀土元素為2.0 mg/kg的限量要求，化妝品種的稀土元素污染的風險程度低；其他元素均小于0.3 mg/kg。

3 結(jié) 論

(1)本實驗建立的超級微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定化妝品中40種元素，優(yōu)化了消解程序，降低硝酸使用量，具有低檢出限、高靈敏度、重現(xiàn)性好，可以同時、方便、快捷測定各元素的含量，實現(xiàn)了樣品分析的快速性和高效性。

(2)實際樣品測定發(fā)現(xiàn)：①我國化妝品有限量規(guī)定的汞、鉛、砷、鎘4種元素以及16種稀土元素安全狀況良好，安全風險較低。②禁用組分鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋇(Ba)及其鹽存在一定的存在一定的安全風險，建議開展這三種元素及其鹽的限度研究。③1批含多種植物原料的樣品中鉻、錳、鎳、鋇、銅、銣、鍶、鈦元素測定結(jié)果均為146批樣品中的最高值；1批標簽成分顯示含網(wǎng)扒成分“白頭翁提取物”的銀含量高，推測可能為原料污染，建議監(jiān)管部門加強對化妝品原料中元素的分析與風險評估。