化妆品中砷的测定方法研究进展

熊汝琴,林 杰

（昭通学院，云南 昭通 657000）

随着人类社会的发展进步,人们对美的追求越来越高,化妆品已成为日常生活中的必需品,但化妆品中通常含有重金属、激素、抗生素、防腐剂等有毒有害物质,其安全性也越来越受到关注。砷是化妆品中常见的有害重金属之一,化妆品中砷化物的来源主要有两个方面:一是配方合理添加,由于微量砷与蛋白质中的多种氨基酸有极强的亲和力,极易被人体吸收,对维持人体正常机能和新陈代谢有重要作用,皮肤吸收砷后,能使毛细血管略微肿大,拉伸皮肤,使皮肤保持光滑,减少皱纹产生,增强化妆品祛斑美颜的功效,因此很多美白祛斑的化妆品配方中含有微量砷。但也有一些不法商家以牟取暴利为目的,过量添加含砷化合物[1-2]。另一方面是由化妆品生产原料或者生产过程带入,化妆品的生产原料主要是铝硅酸矿物盐、硅酸镁矿物盐、氧化锌、碳酸盐等物质,大都属于沉积矿物,非常容易带入一些有害重金属元素。此外,生产过程中使用的仪器或反应催化剂,也可能带入砷。正常情况下,人体摄入微量砷,能通过出汗、排泄等方式排出体外,摄入量和排出量基本平衡时,不会对人体造成危害[3]。但若长期使用含砷量超标的化妆品则会严重影响人体健康,砷化物能通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内,扰乱人体细胞的正常代谢,使毛细血管长时间处于肿大状态,对人体的呼吸系统、血液循环系统、神经系统等造成伤害,甚至引发恶性肿瘤[4-6]。因此,世界各国对化妆品中砷含量的检测十分严格,我国现行的 《化妆品安全技术规范》(2015年版）中,将砷的限量标准由原来的10 mg/kg降低为2 mg/kg[7]。目前化妆品中砷的检测方法主要有:砷斑法、银盐法、原子吸收光谱法、原子荧光法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。本文主要综述了几种检测砷含量的方法原理和特点,期望人们对化妆品中的砷有更全面的认识,能更理性地选择化妆品。

1 样品处理方法

化妆品是各种原料调配加工成的复配混合物,基质比较复杂,检测过程中干扰成分较多,因此检测前需进行样品的前处理。目前样品预处理多采用湿式消解、干灰化法和微波消解法消解样品。如果样品消解不完全、温度过高造成损失或者样品浸提不完全,都有可能影响到检测结果的准确性。

干法灰化是将化妆品高温灼烧,除去有机成分后用酸复溶。该方法可使样品破坏彻底,操作简便,使用试剂少,但耗时长,温度高,易造成汞、砷等易挥发元素的损失。

湿法常压消解和微波消解均用强酸消解样品,常用的消解体系有硝酸、硝酸-过氧化氢、硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸及硝酸-氢氟酸。但常压消解耗时长,用酸量大,微波密闭消解结合了高压和微波快速加热的性能,能在短时间内使样品消化完全,且操作简单,能有效防止元素的损失和减少酸损耗,是近年来常用的样品前处理技术。

2 化妆品中砷的测定方法

2.1 砷斑法

砷斑法又称古蔡氏法,其原理是锌与酸作用产生新生态氢气,用氯化亚锡溶液将样品中的砷还原为三价砷,再与氢气作用生成具有挥发性的砷化氢,遇溴化汞试纸产生不同程度的黄色、棕色至黑色的砷斑。砷斑颜色的深浅与样品中砷含量成正比,将样品砷斑与相同条件下一定量的标准砷所产生的砷斑比较,即可判定砷盐的含量范围[8-9]。

该方法操作简便、快速、成本低、实验结果直观,所用试剂氯化亚锡毒性较小而被广泛应用,是 《中国药典》收载的药品中砷盐含量限度检查的法定方法。但砷斑法重现性较差,所用锌粒粒径、醋酸铅棉花塞的松紧、操作人员的熟练程度等都对实验结果有影响,并且氯化亚锡溶液在空气中极易被氧气氧化失去还原性,保存不易,也会影响砷含量的测定。方波等提出将氯化亚锡溶液改为固体参加反应也能保证其还原性,更易于保存,也可用于砷的测定[10]。

2.2 银盐法

银盐法测定砷含量的基本原理是:样品经灰化或消解处理后,用碘化钾、氯化亚锡将As5+还原为As3+,As3+与锌粒和酸作用产生的氢气反应生成砷化氢气体,通过醋酸铅棉去除硫化氢干扰后,用银盐溶液(由二乙基二硫代氨基甲酸银-三乙醇胺-氯仿溶液配制成）吸收砷化氢气体,砷化氢还原二乙基二硫代氨基甲酸银生成红棕色的胶态银,用分光光度计通过比色标准溶液定量测定砷的含量[11-12]。张卫国等使用硝酸银-聚乙烯醇-乙醇溶液,以体积为1∶1∶2配制新银盐溶液,避免了原银盐溶液中氯仿对人体的伤害。但在测试应用中发现,当室温低于15℃时,吸收液放置8 h以上,会出现白色絮状物,影响胶态银的形成而不能使用[13-14]。另外除酸度、锌粒颗粒的大小对反应速度有较大的影响之外,室温变化对砷化氢气体与银盐溶液的显色反应影响很大。银盐法在检测实践中较为成熟,标准曲线的线性范围较大,样品经过灰化后全量用于分析,避免了因样品稀释可能产生的误差,但由于受样品处理过程、硫化氢的干扰、锌粒大小多种因素的影响,常出现标准曲线的相关系数低,样品平行试验中的相对偏差过大等问题[15]。

2.3 原子吸收光谱法

原子吸收法测定样品中砷含量的原理是将样品消化处理后,在原子化器中使其原子化,测定其共振线(193.7 nm）的吸收峰,从而进行定量测定。李宝凡采用石墨炉原子吸收法测定化妆品中的砷,用硝酸-过氧化氢消化处理样品后,加硝酸镍溶液消除基体干扰,实验测定硝酸镍最佳浓度为0.01～0.02 g/mL,硝酸镍溶液浓度过高会使砷测定结果偏低,浓度过低则不能完全消除干扰。在石墨炉中砷原子化,测其共振线吸收峰,对砷进行定量,实验结果砷的回收率为98.3%～98.7%,相对标准偏差为0.65%～1.50%[16]。祁熊[17]使用硝酸-过氧化氢溶液预消化样品后,再用微波消解仪进一步消解样品,避免样品中砷的残余,以0.1 mg/mL硝酸镍溶液为基体改进剂,并采用多步斜坡升温,将干燥分为90℃和120℃两步,灰化分为550℃和1400℃两步升温,去除基体干扰同时保护好元素砷,并运用塞曼扣背景使抗背景干扰能力大大提高。

原子吸收法测定砷含量具有灵敏度高、精密度好、选择性好、操作简便、分析速度快、自动化检测等优点,是大批量样品实验室检测的首选方法。但是该方法所用仪器昂贵,成本较高,且所用仪器较笨重,只能在实验室中测定,不适用于样品中砷含量现场快速检测。

2.4 原子荧光法

原子荧光法(AFS）测定化妆品中砷含量的原理是样品经消化处理后,加还原剂还原,砷可形成气态氢化物,在原子化器中砷空心阴极灯照射下,基态砷原子被激发至高能态,再返回基态时发射出特征波长的荧光,其荧光强度在一定条件下与被测溶液中砷浓度成正比,通过与标准比较进行定量,进而确定砷含量。

高卫东等[18]使用硝酸微波消解样品,2.0%硼氢化钾作为还原剂、体积分数5%的硝酸溶液作为载流液,选择合适的仪器条件,得到标准曲线方程If=27.440C+127.209,r=0.9988,检出限为0.0407 μg/L,相对标准偏差为1.5%,平均加标回收率95.1%。颜小翔等[19]用硝酸-高氯酸处理样品,能提高样品的消解,硝酸、高氯酸属于挥发性酸,不干扰测定。由于硫脲-抗坏血酸溶液稳定性不好,保存不易,抗坏血酸还原性极强,容易被氧化,造成实验试剂的浪费和不方便,他们提出使用硫脲代替硫脲-抗坏血酸溶液。由于砷及其化合物在水中只能微溶,在盐酸中可溶,他们使用盐酸代替水对样品的溶解、洗涤、消解等,避免实验样品的损失。实验结果表明,砷的回收率为97.6%～101.88%,砷含量的标准偏差小于5.0%。张爱平、张万峰等研究了原子荧光光谱法同时测定化妆品中汞和砷含量的方法。讨论了样品前处理条件、仪器条件的优化、离子的干扰和消除、酸度、硼氢化钾溶液浓度、预还原剂、载流液对测定结果的影响。结果表明原子荧光光谱法抗干扰能力强、灵敏度高、检出限低、回收率高,可广泛用于化妆品中砷、汞含量的检测[20-21]。

2.5 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS）是将电感耦合等离子体技术与质谱技术联合起来的一种新分析方法。样品在高温离子源中蒸发、离解、原子化和电离,使样品中的元素形成一价正离子。在真空系统内,正离子被拉出并按质荷比分离,检测器将离子转化为电子脉冲,然后由积分测量线路计数,电子脉冲的大小与样品中分析离子的浓度有关,通过与已知的标准物质比较,即能实现未知样品的痕量元素定量分析。

林平等[22]用电感耦合等离子体质谱法测定化妆品中的As、Hg和Pb,采用内标元素钪校正砷,铕校正铅和汞,能有效克服仪器的基体效应,提高了实验的精确度和准确度。通过对10组样品进行砷的测定,方法检出限为:0.03～0.05 ng/mL,标准偏差为0.3%～5.0%,回收率为95%～105%。刘少轻等[23]采用硝酸-氢氟酸体系微波消解样品,外标法绘制工作曲线,内标法校正基体效应,同时测定化妆品中砷、铅、汞、铬、铍、镉、锑、铊等八种有害金属元素,方法检出限为0.03～6.0 ng/g,加标回收率为91.2%～110.8%。符传武等[24]建立了一种无需使用内标溶液就能同时测定美白祛斑化妆品中汞、砷、铅、镉、铬五种元素的外标ICP-MS法。将样品经硝酸和过氧化氢微波消解后,测定发现:汞、砷、铅、镉、铬混合标准溶液在0～100 ng/mL范围内线性关系良好,相关系数为0.9998～1.0000,各元素最低检出浓度均小于0.1 mg/kg,加标回收率在97.5%～108.6%之间。该方法简便、灵敏,有较低的检出限,具有良好的精密度和准确度。可见,电感耦合等离子体质谱法具有分析速度快、灵敏度高、检出限低、线性范围宽、干扰少,还能同时进行多种元素的测定等优点,但实验所用等离子体质谱仪比较昂贵,消解处理过的样品是酸性,容易对质谱仪造成损伤,减少质谱仪使用次数,增大实验支出经费,因此限制了电感耦合等离子体质谱法的应用。

2.6 X射线荧光光谱法

X-射线荧光光谱法进行定性和定量分析的基本原理是:当试样受到高能量子照射时,核的内层电子吸收辐射能量后发生跃迁,在内层电子轨道上形成空穴处于激发态,此时整个原子体系的稳定性很差,在极短的时间内,体系中处于较高能态的电子会自发跃迁回到内层填充空穴,而使原子恢复到低能的状态,同时将过剩的能量以X-射线的形式放出,所产生的X-射线即为代表各元素特征的X-射线荧光谱线。通过测定样品中每种元素辐射出的特征X-射线的波长,即能够对样品中的元素进行定性分析。样品中每种元素所辐射出的特征X-射线的强度与该元素在样品中的质量百分浓度之间存在一定的线性关系,采取恰当的方法进行校正后,根据谱线强度即可实现对待测元素的定量分析[25]。

杨乐萍等[26]用聚焦式X-射线荧光光谱仪测定液体化妆品中的铅、砷,测定结果相对标准偏差均小于5.0%,其检出限分别为3.0、1.0 mg/L,均与标准方法测定结果相符,证明X-射线荧光光谱法的可行性。但由于溶解的样品液面存在反光、不平正等,会影响X射线仪的对焦,影响实验结果。他们提出一种新进样方法——瓶口贴膜法,用聚酯膜加以巩固样品溶液的液面,防止液面的反光对实验的结果造成影响。王谦等[27]建立悬浮进样-全反射X射线荧光光谱法(TXRF）法对膏霜类化妆品中Pb、As、Hg元素含量进行测定,结果表明铅、砷、汞在0.01～1.60 μg/mL浓度范围内线性关系良好(R2≥0.998）, 检出限分别为0.005、0.004和0.006 μg/mL,测定精密度分别为7.8%～14.9%、6.6%～13.3%和7.6%～14.6%。X射线荧光光谱与一般的原子发射光谱相比谱线简单、干扰较少、易解析和进行定性分析；检测时间短；并且分析仪器从光源到各个部件都具有极高稳定性使精准度显著提高,且操作便捷,易于进行自动化及在线分析。

3 结 语

检测化妆品中砷的含量,砷斑法是应用最早,实践最成熟的方法,但仅限于对样品的定性检测,无法做到定量测定。银盐法实验简便快速,不需要昂贵仪器,适合所有实验室开展,但反应时间长,试剂用量较多,重现性较差,灵敏度较低。随着消费者对化妆品安全性的日益重视,对其中有害成分含量测定的准确性要求不断提高,更灵敏、快速、简便的仪器分析方法,如原子吸收光谱法、原子荧光法、电感耦合等离子体质谱法和X-射线荧光光谱法应用越来越广泛。