离子排阻色谱法测定牙膏中硼酸及硼酸盐的含量

2022-08-16于海英林钰镓张良雨蒋亚奇胡德福李启艳

理化检验-化学分册 2022年8期

于海英,林钰镓,张良雨,蒋亚奇,胡德福,李启艳

(山东省食品药品检验研究院化妆品原料质量控制重点实验室,济南 250101)

硼酸及硼酸盐均属于消毒防腐药[1-4],对急性咽喉类、牙龈肿痛、中耳炎有很好的疗效,可作为原料添加到牙膏中。硼酸及硼酸盐具有一定毒性,过量使用将产生一些中毒性临床症状,如食欲减退、消化不良,严重时会造成呕吐、腹泻,甚至休克昏迷。3岁以下婴幼儿的皮肤结构不完整,角质层未发育成熟,吸收速率快、皮肤抵抗力差,更容易发生过敏反应。GB 22115-2008《牙膏用原料规范》[5]规定硼酸、硼酸盐和四硼酸盐在牙膏中的最大允许使用质量分数为0.1%(以硼酸计),且不应用于3岁以下婴幼儿产品中。牙膏在2021年以前被划分为日常用品,规范化管理较欠缺,直至2021年1月1日《化妆品监督管理条例》正式实施,才将牙膏纳入化妆品管理行列,结束了牙膏“三不管”时代。因此,牙膏中硼酸及硼酸盐含量的测定方法的相关研究较少,而食品或药品中硼酸及硼酸盐的测定方法多为比色法[6]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[7]、高效液相色谱法(HPLC)[8-10]、自动电位滴定法[11]等,化妆品中的相关方法为紫外分光光度法,这些方法的前处理较为复杂,选择性差,不适用于基质复杂的牙膏中硼酸及硼酸盐含量的测定。鉴于此,本工作以离子排阻色谱法测定牙膏中硼酸及硼酸盐含量(均以硼酸计,下同),方法简单、快速、准确,可为牙膏产品的规范化管理提供技术支撑。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Dionex ICS-5000型离子色谱仪,配Dionex AS自动进样器、四元梯度分析泵、ACRS-ICE 500型排斥型阴离子微膜抑制器(9 mm)、电导检测器、Chromeleon 6.80 SR9型色谱工作站;Cleanert ICRP小柱;Milli-Q 型超纯水机;SQP secura 225D-1CN 型电子天平;KQ-500DE 型数控超声波清洗器。

硼酸标准溶液:1 000 mg·L-1,批号为20181026。

硼酸标准溶液系列:取1 000 mg·L-1硼酸标准溶液0.01,0.05,0.20,0.50,1.00mL置于10mL聚乙烯容量瓶中,用水稀释至刻度,配制成质量浓度分别为1.0,5.0,20.0,50.0,100.0 mg·L-1的硼酸标准溶液系列。

甘露醇、四甲基氢氧化铵均为分析纯;甲烷磺酸的纯度不小于99%;甲醇为色谱纯;氮气纯度为99.99%;试验用水为超纯水,电阻率18.2 MΩ·cm。

10批牙膏样品均采购于市场,其中包含5批儿童牙膏。

1.2 仪器工作条件

IonPac ICE Borate离子排斥分析柱(250 mm×9 mm);柱温30℃;淋洗液为3 mmol·L-1甲烷磺酸和60 mmol·L-1甘露醇的混合溶液,流量1.00 mL·min-1;再生液为25 mmol·L-1四甲基氢氧化铵和15 mmol·L-1甘露醇的混合溶液,在线加入,流量1.0 mL·min-1;进样量25μL。

1.3 试验方法

取样品0.50 g(精确到0.000 1 g),加入90%(体积分数,下同)甲醇溶液5 mL,涡旋1 min,用水稀释至25.0 mL,摇匀,超声提取20 min 后,以10 000 r·min-1转速离心5 min,取上清液待净化。Cleanert IC-RP 小柱先用10 mL 甲醇淋洗,再用10 mL水淋洗,然后水平放置,平衡20 min。将上清液倾倒入活化好的Cleanert IC-RP小柱中,弃去前4 mL流出液,收集后续流出液,按照仪器工作条件测定。

2 结果与讨论

2.1 流出液弃去体积的选择

牙膏基质比较复杂,为避免离子色谱柱被污染,影响分离效果,试验选择在测定前增加净化步骤,而净化柱选择了Cleanert IC-RP小柱,该净化柱可吸附待测液中的有机物,使无机物流出而被检测。为避免柱体内残留的活化液稀释样品,需要弃去部分流出液。为确定最佳弃去体积,以100.0 mg·L-1硼酸标准溶液为待测对象,按照仪器工作条件分别测定过柱后流出的第1,2,3,4,5,6个1 mL 流出液中硼酸的含量,所得结果见图1。

图1 不同流出液中硼酸的测定值Fig.1 Determination values of boric acid in different effluents

由图1可知,硼酸测定值随流出次序的增加先增加后趋于稳定,当流出次序不小于4时,硼酸测定值基本不变。因此,试验选择弃去的流出液的体积为4 mL。

2.2 淋洗液浓度的选择

2.2.1 甲烷磺酸

样品溶液在进入离子排阻色谱柱时,由于色谱柱填料树脂的电荷密度较大,溶液中的阴离子受唐南(Donnan)排斥,无法进入树脂微孔,从而不被保留,中性分子可以进入树脂微孔而得到保留。硼酸属于弱酸性化合物,直接以水作淋洗液,硼酸会解离出部分阴离子,使其色谱峰拖尾严重,而酸性淋洗液可以有效抑制硼酸解离、延长保留时间、改善峰形,因此试验选择在水中添加电导较低甲烷磺酸,并考察了淋洗液中分别含0,1,2,3,4,5 mmol·L-1甲烷磺酸时对100.0 mg·L-1硼酸标准溶液测定的影响。结果显示,硼酸的保留时间随甲烷磺酸浓度的增加而延长,当甲烷磺酸的浓度不小于3 mmol·L-1时,保留时间适中,峰形较好。因此,试验选择将淋洗液中甲烷磺酸的浓度配制为3 mmol·L-1。

2.2.2 甘露醇

硼酸为弱酸,酸度常数Ka为5.8×10-10(25 ℃),摩尔电导率较低,检测灵敏度不够理想。甘露醇可与硼酸反应,生成具有较高响应值的络合物(Ka为1.1×10-5)[12],而响应值与甘露醇的浓度密切相关。试验考察了淋洗液中甘露醇浓度分别为20,30,40,50,60,70 mmol·L-1时对硼酸测定的影响。结果显示,当甘露醇的浓度为60 mmol·L-1时,硼酸响应值较大,因此试验选择将淋洗液中甘露醇的浓度配制为60 mmol·L-1。

2.3 再生液及其浓度的选择

再生液中OH-可与淋洗液中的H+发生中和反应,从而降低背景电导,增加目标物响应值。本工作根据所选用的色谱柱及淋洗液体系,选择以四甲基氢氧化铵和甘露醇的混合溶液为再生液。在测试时,再生液中的OH-与淋洗液中的H+的理论浓度比应为10[13],但是四甲基氢氧化铵的浓度会随阳离子交换膜的交换效率、流量等因素的变化而变化,因此试验考察了再生液中四甲基氢氧化铵的浓度分别为20,23,25,28,30,33,35 mmol·L-1时对系统平衡(30 min内基线漂移值小于0.02μS)后的背景电导的影响,结果见图2。

由图2可知,背景电导随四甲基氢氧化铵浓度的增加先降低后增加,当其浓度为25 mmol·L-1时,背景电导较低,因此选择将再生液中四甲基氢氧化铵的浓度配制为25 mmol·L-1。