超声辅助提取-IC-ICPMS法测定牙膏中硼酸和硼酸盐

温少楷 夏泽敏 梁文耀 吴 谦 谭焯针 谭建华 席绍峰 郭长虹

(广州质量监督检测研究院，广州 511447)

硼酸是三氧化二硼溶于水生成的结晶化合物，属无机酸，主要有四硼酸H2B4O7(又称焦硼酸)，偏硼酸(HBO2)n与正硼酸H3BO3(也称为原硼酸)。对细菌和真菌均有弱的抑制作用，因无刺激性，常用于皮肤、黏膜的防腐。硼酸在人体中不可被新陈代谢，在人体内有蓄积现象产生，可导致人体的大部分脏器受损，并伴有恶心、呕吐等现象的发生[1,2]。《牙膏用原料规范(GB 22115-2008)》中规定牙膏中硼酸和硼酸盐在牙膏中的最大使用浓度为0.1%(以硼酸计)，并且明确说明不应用于3岁以下儿童使用的产品，在产品标签上应注明“勿吞服；3岁以下儿童勿用”。

目前，关于硼酸和硼酸盐的检测方法主要有亚甲胺-H分光光度法[3,4]、姜黄试纸法[5]、电位滴定法[6]、电感耦合等离子体质谱法[7,8]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[9]、离子色谱法[2,10,11,12]、离子色谱-电感耦合等离子体原子发射光谱法等[13]。关于牙膏中硼酸和硼酸盐的检测，目前只有采用姜黄试纸法的报道。采用亚甲胺-H分光光度法测定牙膏中硼酸和硼酸盐的含量时，牙膏中存在的高含量钙离子对分析测定干扰较大，且亚甲胺-H分光光度法存在前处理步骤繁琐，分析时间长，显色后稳定时间不长等缺点，其应用受到限制。此外，姜黄试纸法测定牙膏中硼酸和硼酸盐，只能进行定性检测且特异性和准确性较差；电感耦合等离子体质谱法或电感耦合等离子体原子发射光谱法测定是样品中总硼含量，当硼元素不是一硼酸盐形式存在时，会导致检测结果偏高。然而，通过离子色谱法，可以区分不同形态硼，使分析结果更准确。因此，本方法拟采用超声辅助提取-离子色谱-电感耦合等离子体质谱法测定牙膏中硼酸和硼酸盐，为广大日化行业的检测机构和企业用户提供一种快捷简便、准确高效的测定方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

离子色谱仪(美国赛默飞公司)；电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞公司)；Milli-Q超纯水器(美国Millipore公司)；IKA MS3 digital涡旋振荡器(德国IKA公司)；SK8200H超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司)；BS 224S电子天平(德国赛多利斯公司)；C18固相萃取小柱(500 mg，6 mL)(美国Waters公司)。

硼酸(CAS号10043-35-3)，w>98%，美国Stanford Chemicals公司；甲醇，色谱纯，德国Merck公司；硝酸，色谱级，上海阿拉丁试剂公司；甘露醇，色谱级，上海阿拉丁试剂公司；超纯水，电阻率为18.2MΩ·cm。

硝酸水溶液(5%，体积分数)：准确移取50 mL硝酸置于适量水中，再加水稀释至1000mL，混匀。

1.2 标准溶液的配制

分别准确称取硼酸的标准品100mg (精确至0.1mg)，用水溶解定容至100mL塑料容量瓶中，配制成质量浓度约为1000mg/L的标准储备液。使用时，稀释至所需要的质量浓度的标准工作溶液。

1.3 样品处理

将牙膏试样挤出约20mm后，准确称取样品1g(精确至0.001g)于50mL塑料圆底离心管，加入5%硝酸溶液25mL，涡旋3min，混匀，超声20min，于5000r/min离心10min。取适量上清液过微孔滤膜，滤液加载至依次用5mL甲醇、5mL水活化的C18固相萃取小柱，控制流速1～2mL/min，自然流出，弃去前5mL流出液，收集后续流出液待测。

1.4 仪器条件

色谱条件：色谱柱：IonPac ICE-Borate (9mm×250mm，7.5μm)；流动相：3mmol/L HNO3+60mmol/L甘露醇混合水溶液；流速：1.0mL/min；柱温：30℃；进样体积：100μL。

电感耦合等离子体质谱条件：选择同位素：硼11；功率：1300W；载气流量：1.1L/min；辅助气流量：1.0L/min；冷却器流量：15L/min。

2 结果与讨论

2.1 提取方式及溶解的选择

根据文献调研[7,8,9]，采用电感耦合等离子体质谱法测定各类样品中硼酸含量时，不是直接测定样品中硼酸及硼酸盐，而是通过微波消解进行前处理，测定样品中总硼含量来间接得出硼酸含量。硼酸及硼酸盐的水溶性较强，在酸性条件下，硼酸盐以硼酸的形式存在。牙膏一般具有较好的水分散性，为了准确测定游离态硼酸含量，本方法采用硝酸溶液作为提取溶剂。在样品处理过程中，碳酸钙基质牙膏中碳酸钙与硝酸发生反应，会使酸浓度发生改变，考虑到不同品牌的碳酸钙基质牙膏中碳酸钙含量的差异以及高酸度对仪器使用寿命的影响因素，本方法采用5%的硝酸溶液作为提取溶剂。

2.2 离子色谱柱的选择

硼酸通常有离子交换和离子排斥两种分离方式。采用离子交换方式时，流动相为氢氧化钠溶液，该方式下出峰时间较短，且流动相盐分对于ICP-MS系统影响较大，可能导致雾化器、中心管赌塞，中心管头和矩管也可能堆积熔融的盐分，从而影响检测灵敏度。而离子排斥方式使用的流动相中所含甘露醇和硼酸形成一价络合物，具有较好的系统稳定性，避免硼酸根的电离由于其电离常数小而受淋洗液pH值的影响。分离效果和色谱峰形相对较好，结果如图1所示，且与ICP-MS具有更好的兼容性。因此，本方法选择以硼酸盐专用离子排斥柱IonPac ICE-Borate作为分离色谱柱。

图1 硼酸标准溶液(a)和阳性样品 (b)IC-ICP-MS谱图

2.3 IC流动相的选择

本方法基于硼酸盐专用离子排斥柱IonPac ICE-Borate对流动相进行优化，根据文献查阅，本试验参考对比了“硝酸溶液+甘露醇”和“甲基磺酸钠+甘露醇”两种流动相体系。结果表明，两种流动相体系对硼酸的分离效果均良好，且对硼酸的色谱行为影响不明显。其中硝酸是实验室常用试剂，综合考虑本方法选择3mmol/LHNO3+60mmol/L甘露醇混合水溶液作为流动相。

2.4 电感耦合等离子体质谱条件的选择

根据试验情况，最终确定电感耦合等离子体质谱条件如下：选择同位素：硼11；功率：1300W；载气流量：1.1L/min；辅助气流量：1.0L/min；冷却器流量：15L/min。

2.5 线性方程和检出限

在1.4仪器条件下对系列标准工作溶液进行测定。以硼酸质量浓度(x)为横坐标，对应峰面积(y)为纵坐标，绘制标准工作曲线。以3倍信噪比(S/N=3)计算方法检出限，以10倍信噪比(S/N=10)计算定量限。线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限见表1。

表1 硼酸的线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限

由表1可知，硼酸的质量浓度在0.1～10.0mg/L范围内与色谱峰面积呈良好的线性关系，相关系数为0.9997，检出限为1mg/kg，定量限为10.0mg/kg。

2.6 精密度试验及加标回收试验

选用二氧化硅基质、碳酸钙基质和磷酸氢钙基质3种空白牙膏样品为加标基质，按1.3方法进行处理，分别加入低、中、高3个加标水平的硼酸标准溶液，在1.4仪器条件下平行测定6次，测定结果见表2。由表2可知，样品加标回收率为91.4%～96.0%，测定结果的相对标准偏差为0.97%～5.20%，表明本方法具有良好的准确度和精密度，满足分析要求。

表2 精密度试验和加标回收试验结果

2.7 实际样品的分析

采用本方法对市售的31批次牙膏样品(其中16批次二氧化硅基质牙膏，8批次碳酸钙基质牙膏，6批次磷酸氢钙基质牙膏，1批次不确定基质类型)进行硼酸和硼酸盐含量的测定。结果显示，共10批次牙膏样品检出含硼酸，其中六批次样品中硼酸的检测结果范围为2.94～364mg/kg，其余四批次样品的检测结果小于2.5mg/kg。

3 结论

本研究采用超声辅助酸提取-离子色谱-电感耦合等离子体质谱建立了牙膏中硼酸和硼酸盐的检测方法。对提取条件、离子色谱和电感耦合等离子体质谱条件等进行了优化，并将该方法应用于不同基质牙膏的检测。结果表明，硼酸能够与杂质进行有效分离，且方法精密度好，准确度高，满足相关检测需求，可为牙膏产品的风险监控提供有力的技术支撑。