溫少楷 夏澤敏 梁文耀 吳 謙 譚焯針 譚建華 席紹峰 郭長虹

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣州 511447)

硼酸是三氧化二硼溶于水生成的結(jié)晶化合物，屬無機(jī)酸，主要有四硼酸H2B4O7(又稱焦硼酸)，偏硼酸(HBO2)n與正硼酸H3BO3(也稱為原硼酸)。對細(xì)菌和真菌均有弱的抑制作用，因無刺激性，常用于皮膚、黏膜的防腐。硼酸在人體中不可被新陳代謝，在人體內(nèi)有蓄積現(xiàn)象產(chǎn)生，可導(dǎo)致人體的大部分臟器受損，并伴有惡心、嘔吐等現(xiàn)象的發(fā)生[1,2]。《牙膏用原料規(guī)范(GB 22115-2008)》中規(guī)定牙膏中硼酸和硼酸鹽在牙膏中的最大使用濃度為0.1%(以硼酸計(jì))，并且明確說明不應(yīng)用于3歲以下兒童使用的產(chǎn)品，在產(chǎn)品標(biāo)簽上應(yīng)注明“勿吞服；3歲以下兒童勿用”。

目前，關(guān)于硼酸和硼酸鹽的檢測方法主要有亞甲胺-H分光光度法[3,4]、姜黃試紙法[5]、電位滴定法[6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7,8]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[9]、離子色譜法[2,10,11,12]、離子色譜-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等[13]。關(guān)于牙膏中硼酸和硼酸鹽的檢測，目前只有采用姜黃試紙法的報(bào)道。采用亞甲胺-H分光光度法測定牙膏中硼酸和硼酸鹽的含量時(shí)，牙膏中存在的高含量鈣離子對分析測定干擾較大，且亞甲胺-H分光光度法存在前處理步驟繁瑣，分析時(shí)間長，顯色后穩(wěn)定時(shí)間不長等缺點(diǎn)，其應(yīng)用受到限制。此外，姜黃試紙法測定牙膏中硼酸和硼酸鹽，只能進(jìn)行定性檢測且特異性和準(zhǔn)確性較差；電感耦合等離子體質(zhì)譜法或電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定是樣品中總硼含量，當(dāng)硼元素不是一硼酸鹽形式存在時(shí)，會導(dǎo)致檢測結(jié)果偏高。然而，通過離子色譜法，可以區(qū)分不同形態(tài)硼，使分析結(jié)果更準(zhǔn)確。因此，本方法擬采用超聲輔助提取-離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定牙膏中硼酸和硼酸鹽，為廣大日化行業(yè)的檢測機(jī)構(gòu)和企業(yè)用戶提供一種快捷簡便、準(zhǔn)確高效的測定方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

離子色譜儀(美國賽默飛公司)；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國賽默飛公司)；Milli-Q超純水器(美國Millipore公司)；IKA MS3 digital渦旋振蕩器(德國IKA公司)；SK8200H超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)；BS 224S電子天平(德國賽多利斯公司)；C18固相萃取小柱(500 mg，6 mL)(美國Waters公司)。

硼酸(CAS號10043-35-3)，w>98%，美國Stanford Chemicals公司；甲醇，色譜純，德國Merck公司；硝酸，色譜級，上海阿拉丁試劑公司；甘露醇，色譜級，上海阿拉丁試劑公司；超純水，電阻率為18.2MΩ·cm。

硝酸水溶液(5%，體積分?jǐn)?shù))：準(zhǔn)確移取50 mL硝酸置于適量水中，再加水稀釋至1000mL，混勻。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確稱取硼酸的標(biāo)準(zhǔn)品100mg (精確至0.1mg)，用水溶解定容至100mL塑料容量瓶中，配制成質(zhì)量濃度約為1000mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。使用時(shí)，稀釋至所需要的質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 樣品處理

將牙膏試樣擠出約20mm后，準(zhǔn)確稱取樣品1g(精確至0.001g)于50mL塑料圓底離心管，加入5%硝酸溶液25mL，渦旋3min，混勻，超聲20min，于5000r/min離心10min。取適量上清液過微孔濾膜，濾液加載至依次用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，棄去前5mL流出液，收集后續(xù)流出液待測。

1.4 儀器條件

色譜條件：色譜柱：IonPac ICE-Borate (9mm×250mm，7.5μm)；流動相：3mmol/L HNO3+60mmol/L甘露醇混合水溶液；流速：1.0mL/min；柱溫：30℃；進(jìn)樣體積：100μL。

電感耦合等離子體質(zhì)譜條件：選擇同位素：硼11；功率：1300W；載氣流量：1.1L/min；輔助氣流量：1.0L/min；冷卻器流量：15L/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取方式及溶解的選擇

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研[7,8,9]，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定各類樣品中硼酸含量時(shí)，不是直接測定樣品中硼酸及硼酸鹽，而是通過微波消解進(jìn)行前處理，測定樣品中總硼含量來間接得出硼酸含量。硼酸及硼酸鹽的水溶性較強(qiáng)，在酸性條件下，硼酸鹽以硼酸的形式存在。牙膏一般具有較好的水分散性，為了準(zhǔn)確測定游離態(tài)硼酸含量，本方法采用硝酸溶液作為提取溶劑。在樣品處理過程中，碳酸鈣基質(zhì)牙膏中碳酸鈣與硝酸發(fā)生反應(yīng)，會使酸濃度發(fā)生改變，考慮到不同品牌的碳酸鈣基質(zhì)牙膏中碳酸鈣含量的差異以及高酸度對儀器使用壽命的影響因素，本方法采用5%的硝酸溶液作為提取溶劑。

2.2 離子色譜柱的選擇

硼酸通常有離子交換和離子排斥兩種分離方式。采用離子交換方式時(shí)，流動相為氫氧化鈉溶液，該方式下出峰時(shí)間較短，且流動相鹽分對于ICP-MS系統(tǒng)影響較大，可能導(dǎo)致霧化器、中心管賭塞，中心管頭和矩管也可能堆積熔融的鹽分，從而影響檢測靈敏度。而離子排斥方式使用的流動相中所含甘露醇和硼酸形成一價(jià)絡(luò)合物，具有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免硼酸根的電離由于其電離常數(shù)小而受淋洗液pH值的影響。分離效果和色譜峰形相對較好，結(jié)果如圖1所示，且與ICP-MS具有更好的兼容性。因此，本方法選擇以硼酸鹽專用離子排斥柱IonPac ICE-Borate作為分離色譜柱。

圖1 硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)和陽性樣品 (b)IC-ICP-MS譜圖

2.3 IC流動相的選擇

本方法基于硼酸鹽專用離子排斥柱IonPac ICE-Borate對流動相進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)文獻(xiàn)查閱，本試驗(yàn)參考對比了“硝酸溶液+甘露醇”和“甲基磺酸鈉+甘露醇”兩種流動相體系。結(jié)果表明，兩種流動相體系對硼酸的分離效果均良好，且對硼酸的色譜行為影響不明顯。其中硝酸是實(shí)驗(yàn)室常用試劑，綜合考慮本方法選擇3mmol/LHNO3+60mmol/L甘露醇混合水溶液作為流動相。

2.4 電感耦合等離子體質(zhì)譜條件的選擇

根據(jù)試驗(yàn)情況，最終確定電感耦合等離子體質(zhì)譜條件如下：選擇同位素：硼11；功率：1300W；載氣流量：1.1L/min；輔助氣流量：1.0L/min；冷卻器流量：15L/min。

2.5 線性方程和檢出限

在1.4儀器條件下對系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定。以硼酸質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)，對應(yīng)峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。以3倍信噪比(S/N=3)計(jì)算方法檢出限，以10倍信噪比(S/N=10)計(jì)算定量限。線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限見表1。

表1 硼酸的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

由表1可知，硼酸的質(zhì)量濃度在0.1～10.0mg/L范圍內(nèi)與色譜峰面積呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9997，檢出限為1mg/kg，定量限為10.0mg/kg。

2.6 精密度試驗(yàn)及加標(biāo)回收試驗(yàn)

選用二氧化硅基質(zhì)、碳酸鈣基質(zhì)和磷酸氫鈣基質(zhì)3種空白牙膏樣品為加標(biāo)基質(zhì)，按1.3方法進(jìn)行處理，分別加入低、中、高3個(gè)加標(biāo)水平的硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.4儀器條件下平行測定6次，測定結(jié)果見表2。由表2可知，樣品加標(biāo)回收率為91.4%～96.0%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.97%～5.20%，表明本方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，滿足分析要求。

表2 精密度試驗(yàn)和加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.7 實(shí)際樣品的分析

采用本方法對市售的31批次牙膏樣品(其中16批次二氧化硅基質(zhì)牙膏，8批次碳酸鈣基質(zhì)牙膏，6批次磷酸氫鈣基質(zhì)牙膏，1批次不確定基質(zhì)類型)進(jìn)行硼酸和硼酸鹽含量的測定。結(jié)果顯示，共10批次牙膏樣品檢出含硼酸，其中六批次樣品中硼酸的檢測結(jié)果范圍為2.94～364mg/kg，其余四批次樣品的檢測結(jié)果小于2.5mg/kg。

3 結(jié)論

本研究采用超聲輔助酸提取-離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜建立了牙膏中硼酸和硼酸鹽的檢測方法。對提取條件、離子色譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜條件等進(jìn)行了優(yōu)化，并將該方法應(yīng)用于不同基質(zhì)牙膏的檢測。結(jié)果表明，硼酸能夠與雜質(zhì)進(jìn)行有效分離，且方法精密度好，準(zhǔn)確度高，滿足相關(guān)檢測需求，可為牙膏產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控提供有力的技術(shù)支撐。