于海英,林鈺鎵,張良雨,蔣亞奇,胡德福,李啟艷

(山東省食品藥品檢驗研究院 化妝品原料質(zhì)量控制重點實驗室,濟南 250101)

硼酸及硼酸鹽均屬于消毒防腐藥[1-4],對急性咽喉類、牙齦腫痛、中耳炎有很好的療效,可作為原料添加到牙膏中。硼酸及硼酸鹽具有一定毒性,過量使用將產(chǎn)生一些中毒性臨床癥狀,如食欲減退、消化不良,嚴(yán)重時會造成嘔吐、腹瀉,甚至休克昏迷。3歲以下嬰幼兒的皮膚結(jié)構(gòu)不完整,角質(zhì)層未發(fā)育成熟,吸收速率快、皮膚抵抗力差,更容易發(fā)生過敏反應(yīng)。GB 22115-2008《牙膏用原料規(guī)范》[5]規(guī)定硼酸、硼酸鹽和四硼酸鹽在牙膏中的最大允許使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%(以硼酸計),且不應(yīng)用于3歲以下嬰幼兒產(chǎn)品中。牙膏在2021年以前被劃分為日常用品,規(guī)范化管理較欠缺,直至2021年1月1日《化妝品監(jiān)督管理條例》正式實施,才將牙膏納入化妝品管理行列,結(jié)束了牙膏“三不管”時代。因此,牙膏中硼酸及硼酸鹽含量的測定方法的相關(guān)研究較少,而食品或藥品中硼酸及硼酸鹽的測定方法多為比色法[6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[7]、高效液相色譜法(HPLC)[8-10]、自動電位滴定法[11]等,化妝品中的相關(guān)方法為紫外分光光度法,這些方法的前處理較為復(fù)雜,選擇性差,不適用于基質(zhì)復(fù)雜的牙膏中硼酸及硼酸鹽含量的測定。鑒于此,本工作以離子排阻色譜法測定牙膏中硼酸及硼酸鹽含量(均以硼酸計,下同),方法簡單、快速、準(zhǔn)確,可為牙膏產(chǎn)品的規(guī)范化管理提供技術(shù)支撐。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Dionex ICS-5000型離子色譜儀,配Dionex AS自動進樣器、四元梯度分析泵、ACRS-ICE 500型排斥型陰離子微膜抑制器(9 mm)、電導(dǎo)檢測器、Chromeleon 6.80 SR9型色譜工作站;Cleanert ICRP小柱;Milli-Q 型超純水機;SQP secura 225D-1CN 型電子天平;KQ-500DE 型數(shù)控超聲波清洗器。

硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 mg·L-1,批號為20181026。

硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:取1 000 mg·L-1硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.01,0.05,0.20,0.50,1.00mL置于10mL聚乙烯容量瓶中,用水稀釋至刻度,配制成質(zhì)量濃度分別為1.0,5.0,20.0,50.0,100.0 mg·L-1的硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

甘露醇、四甲基氫氧化銨均為分析純;甲烷磺酸的純度不小于99%;甲醇為色譜純;氮氣純度為99.99%;試驗用水為超純水,電阻率18.2 MΩ·cm。

10批牙膏樣品均采購于市場,其中包含5批兒童牙膏。

1.2 儀器工作條件

IonPac ICE Borate離子排斥分析柱(250 mm×9 mm);柱溫30℃;淋洗液為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;再生液為25 mmol·L-1四甲基氫氧化銨和15 mmol·L-1甘露醇的混合溶液,在線加入,流量1.0 mL·min-1;進樣量25μL。

1.3 試驗方法

取樣品0.50 g(精確到0.000 1 g),加入90%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲醇溶液5 mL,渦旋1 min,用水稀釋至25.0 mL,搖勻,超聲提取20 min 后,以10 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心5 min,取上清液待凈化。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。將上清液傾倒入活化好的Cleanert IC-RP小柱中,棄去前4 mL流出液,收集后續(xù)流出液,按照儀器工作條件測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 流出液棄去體積的選擇

牙膏基質(zhì)比較復(fù)雜,為避免離子色譜柱被污染,影響分離效果,試驗選擇在測定前增加凈化步驟,而凈化柱選擇了Cleanert IC-RP小柱,該凈化柱可吸附待測液中的有機物,使無機物流出而被檢測。為避免柱體內(nèi)殘留的活化液稀釋樣品,需要棄去部分流出液。為確定最佳棄去體積,以100.0 mg·L-1硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液為待測對象,按照儀器工作條件分別測定過柱后流出的第1,2,3,4,5,6個1 mL 流出液中硼酸的含量,所得結(jié)果見圖1。

圖1 不同流出液中硼酸的測定值Fig.1 Determination values of boric acid in different effluents

由圖1可知,硼酸測定值隨流出次序的增加先增加后趨于穩(wěn)定,當(dāng)流出次序不小于4時,硼酸測定值基本不變。因此,試驗選擇棄去的流出液的體積為4 mL。

2.2 淋洗液濃度的選擇

2.2.1 甲烷磺酸

樣品溶液在進入離子排阻色譜柱時,由于色譜柱填料樹脂的電荷密度較大,溶液中的陰離子受唐南(Donnan)排斥,無法進入樹脂微孔,從而不被保留,中性分子可以進入樹脂微孔而得到保留。硼酸屬于弱酸性化合物,直接以水作淋洗液,硼酸會解離出部分陰離子,使其色譜峰拖尾嚴(yán)重,而酸性淋洗液可以有效抑制硼酸解離、延長保留時間、改善峰形,因此試驗選擇在水中添加電導(dǎo)較低甲烷磺酸,并考察了淋洗液中分別含0,1,2,3,4,5 mmol·L-1甲烷磺酸時對100.0 mg·L-1硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的影響。結(jié)果顯示,硼酸的保留時間隨甲烷磺酸濃度的增加而延長,當(dāng)甲烷磺酸的濃度不小于3 mmol·L-1時,保留時間適中,峰形較好。因此,試驗選擇將淋洗液中甲烷磺酸的濃度配制為3 mmol·L-1。

2.2.2 甘露醇

硼酸為弱酸,酸度常數(shù)Ka為5.8×10-10(25 ℃),摩爾電導(dǎo)率較低,檢測靈敏度不夠理想。甘露醇可與硼酸反應(yīng),生成具有較高響應(yīng)值的絡(luò)合物(Ka為1.1×10-5)[12],而響應(yīng)值與甘露醇的濃度密切相關(guān)。試驗考察了淋洗液中甘露醇濃度分別為20,30,40,50,60,70 mmol·L-1時對硼酸測定的影響。結(jié)果顯示,當(dāng)甘露醇的濃度為60 mmol·L-1時,硼酸響應(yīng)值較大,因此試驗選擇將淋洗液中甘露醇的濃度配制為60 mmol·L-1。

2.3 再生液及其濃度的選擇

再生液中OH-可與淋洗液中的H+發(fā)生中和反應(yīng),從而降低背景電導(dǎo),增加目標(biāo)物響應(yīng)值。本工作根據(jù)所選用的色譜柱及淋洗液體系,選擇以四甲基氫氧化銨和甘露醇的混合溶液為再生液。在測試時,再生液中的OH-與淋洗液中的H+的理論濃度比應(yīng)為10[13],但是四甲基氫氧化銨的濃度會隨陽離子交換膜的交換效率、流量等因素的變化而變化,因此試驗考察了再生液中四甲基氫氧化銨的濃度分別為20,23,25,28,30,33,35 mmol·L-1時對系統(tǒng)平衡(30 min內(nèi)基線漂移值小于0.02μS)后的背景電導(dǎo)的影響,結(jié)果見圖2。

由圖2可知,背景電導(dǎo)隨四甲基氫氧化銨濃度的增加先降低后增加,當(dāng)其濃度為25 mmol·L-1時,背景電導(dǎo)較低,因此選擇將再生液中四甲基氫氧化銨的濃度配制為25 mmol·L-1。

圖2 四甲基氫氧化銨濃度對背景電導(dǎo)的影響Fig.2 Effect of concentration of tetramethylammonium hydroxide on the background conductance

在最優(yōu)測試條件下,試劑空白、100.0 mg·L-1硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液以及樣品溶液的色譜圖見圖3。

圖3 試劑空白、硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液以及樣品溶液的離子色譜圖Fig.3 Ion chromatograms of reagent blank,boric acid standard solution and sample solution

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和測定下限

按照儀器工作條件測定硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以硼酸的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示:硼酸的線性回歸方程為y＝2.750×10-2x+5.000×10-4,線性范圍為1.0～100.0 mg·L-1,相關(guān)系數(shù)為0.999 9。

以3倍、10倍信噪比(S/N)計算硼酸的檢出限(3S/N)和測定下限(10S/N),所得結(jié)果分別為0.002%,0.005%。

2.5 重復(fù)性與穩(wěn)定性試驗

按照試驗方法平行分析同一批樣品6次,計算測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),所得結(jié)果為1.9%,表明方法的重復(fù)性良好。

按照試驗方法制備樣品溶液,并分別在室溫下放置0,5,10,15,20,24,36,48,60,72 h后測定,計算峰面積的RSD,結(jié)果為3.4%,表明樣品溶液在72 h內(nèi)基本穩(wěn)定。

2.6 回收試驗

按照試驗方法對實際樣品進行低、中、高等3個濃度水平的加標(biāo)回收試驗,計算回收率,結(jié)果見表1。

表1 回收試驗結(jié)果Tab.1 Results of test for recovery

由表1可知,硼酸的回收率為98.3%～105%,說明方法的準(zhǔn)確度較好。

2.7 樣品測定

按照試驗方法分析10批牙膏樣品,結(jié)果顯示,5批兒童牙膏和1批成人牙膏中未檢出硼酸及硼酸鹽,另外4 批牙膏中硼酸及硼酸鹽的檢出量為0.009%～0.084%,均未超過GB 22115-2008規(guī)定的限值(0.1%)。

本工作以90%甲醇溶液作提取劑,Cleanert ICRP小柱凈化樣品溶液,離子排阻色譜法測定其中硼酸及硼酸鹽的含量,該方法精密度和準(zhǔn)確度均較好,可為牙膏中硼酸及硼酸鹽的質(zhì)量控制提供檢驗依據(jù)。