AAC  >> Vol. 8 No. 3 (August 2018)

    化妆品中禁用物质分析方法的研究进展
    Advance on Analytical Methods of Prohibited Substances in Cosmetics

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作者:  

张 毅,吴绍精:深圳市检验检疫科学研究院,广东 深圳;
谢秀娟,范华均:广东药科大学,广东 广州

关键词:
化妆品禁用药物检测方法Cosmetics Prohibited Substances Analytical Methods

摘要:

化妆品是人们日常生活中的必需品。近年来,化妆品行业有滥用禁用物质的安全威胁,因此检测其含有的禁用物质,对保障化妆品市场的安全化具有重要意义。化妆品主要包括液剂、乳剂、乳膏剂和粉剂等,基质较为复杂,针对微量目标物的检测,合适的前处理方法与检测技术显得尤为关键。本文综述了近年来化妆品质量安全分析方法的研究进展,旨在为化妆品的检测提供技术参考。

Cosmetics are necessities in people’s daily life. However, the security of cosmetic industry has been threatened by adding the prohibited substances unrestrainedly recently. Therefore, it’s of great importance for the detection of the prohibited substances in them to maintain the safety of the cosmetics market. The main types of cosmetics include liquids, creams, powders and so on, which matrixes are complicated, so proper methods of pretreatment and detection are required for the trace target analytes. In this paper, some analytical methods for cosmetic samples are introduced, which may provide a technical instruction in analysis of cosmetic products.

1. 引言

随着社会经济的快速发展,人们越来越来追求精致美好的生活,因此化妆品的使用频率逐年上升。然而部分商家为增强产品疗效,常向化妆品中非法添加禁用物质,这就严重损害了消费者的合法权益以及身心健康。目前世界各国已相应出台了一系列有关化妆品的法律法规 [1] ,但非法添加的现象仍然屡禁不止。因此,国内外研究者利用各种现代分析技术,已建立起多种分析方法,用于保障化妆品的质量安全,本文对近年来化妆品常用的前处理方法及禁用物质主要的检测技术进行了综述。

2. 前处理方法

由于化妆品基质复杂多样,有害物质层出不穷,因此开发高通量的样品前处理方法从源头上保证信息不遗漏,对化妆品的质量安全监管至关重要。目前化妆品中常用的前处理方法主要包括浊点萃取(Cloud-point extraction, CPE)、固相萃取(Solid-phase extraction, SPE)、超声辅助萃取(Ultrasound-assisted extraction, UAE)、微波辅助萃取(Microwave-assisted extraction, MAE)和分散液液微萃取(Dispersive liquid-liquid microextraction, DLLME)等。表1系统总结了化妆品中常见前处理方法的适用对象及其优缺点。

2.1. 浊点萃取法(CPE)

1976年,Watanabe首次在研究中介绍了CPE [2] ,其机理为:临界胶束浓度以上的表面活性剂水溶液经加热或加盐后会产生相的分离,形成表面活性剂相和水相,待测组分则被富集至表面活性剂相中。该方法可同时对样品进行提取净化,且耗时短、环保(较少或者不使用有机溶剂) [3] ,目前主要用作液体、乳剂和膏霜类化妆品的前处理,萃取对象包括抗氧化剂(没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚等)、重金属离子(砷、铅、镉等)和二乙醇胺等。Liu等 [4] 采用表面活性剂十二烷基聚氧乙烯醚形成的胶束萃取化妆品(洗面奶、润肤乳、爽肤水)中4种抗氧化剂,液相色谱法测定,回收率为90%~110%,该方法经济环保,样品前处理步骤简单。Li [5] 等采用丹黄酰氯作为乳剂和膏霜类化妆品中二乙醇胺的衍生化试剂,衍生化产物经浊点法被萃取浓缩至表面活性剂相,液相色谱法分析,回收率范围为89.9%~96.4%,该方法在同一体系中同时实现了衍生化、萃取、浓缩三个步骤,具有简便、快速等特点。Altunay等 [6] [7] 分别建立了浊点萃取法分离富集唇膏、洗发露等化妆品中的重金属元素,并结合光谱法、色谱法测定,该方法萃取效率好、富集倍数高,适用于多种不同基质化妆品的分析。

2.2. 固相萃取(SPE)

SPE作为色谱分析最常用的前处理方法之一,目前已广泛应用于水中痕量污染物 [8] 与果蔬中农药残留的分析 [9] 等。该方法因操作简单、富集倍数高,近年来逐渐被应用于液体、乳剂及膏霜类化妆品的分析,萃取的对象主要有糖皮质激素(氢化可的松、泼尼松龙、地塞米松等)、中药有效成分(黄芩苷、生物碱等)和亚硝胺类物质等。根据目标物的性质,选择合适的固相萃取填料进行分离富集,其中常用的固相萃取柱一般为市售的C18、PSA和HLB等,部分研究则通过合成分子印迹聚合物进行固相萃取。近年来有关SPE在化妆品中的应用见表2

2.3. 超声辅助萃取(UAE)

UAE是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、机械振动、乳化、扩散等多级效应,增加溶剂穿透力,从而加速目标成分进入溶剂,促进提取的进行 [18] 。该方法快速、高效、适用性广,是样品前处理中最简单的一种技术手段,可作为不同基质化妆品(如:固体、液体、乳液及膏霜类)的前处理方法,防腐剂(对羟基苯甲酸酯、脱氢乙酸和苯甲酸等)、激素(糖皮质激素、甾体激素、性激素等)和抗生素等均可采用该提取技术进行分析。李艺璇等 [19] 采用甲醇超声提取祛痘乳样品中的10种防腐剂,液相色谱法分析,回收率为71.89%~113.38%,RSD小于4.54%。Ma等 [20] 以甲醇和水的混合溶液作为乳液、面霜等化妆品的提取溶剂,采用液质联用法测定样品中的22种香豆素类衍生物,结果测得有3批为阳性,样品的回收率均在80.2%~93.1%之间,RSD均小于15%。杨德辉等 [21] 利用双频超声波萃取结合高效液相色谱法同时

Table 1. Applicable matrices, advantages and disadvantages of common pretreatment methods for cosmetic samples

表1. 化妆品样品常见前处理方法的适用对象以及优缺点

Table 2. SPE methods for pretreatment of cosmetics

表2. 固相萃取在化妆品样品前处理中的应用

测定乳霜类化妆品中7种甾体激素,回收率为86.0%~113.2%,检出限为20~50 ng/mL。Meng等 [22] 采用超声辅助提取法,从乳液和面霜化妆品中提取种100种非法添加物(抗生素、糖皮质激素、性激素),结合高分辨质谱进行测定,该方法灵敏度高、结果准确且可实现高通量筛查。

2.4. 分散液液微萃取(DLLME)

Rezaee等 [23] 于2006年首次提出了DLLME技术,其基本原理是微量萃取剂在分散剂作用下形成分散的液滴,均匀的分布于样品水溶液中并形成乳浊液,经离心分层后,目标物被萃取和富集至萃取剂中。该方法富集效率高,有机溶剂使用量少,多用于化妆水和洗发露等水溶性化妆品的分析,萃取的目标物包括水溶性(甲醛、N-亚硝基二乙醇胺等)和脂溶性(防腐剂、维生素等)物质。Sharafi等 [24] 采用丙酮、十一醇和二乙基二硫代磷酸形成的混合体系注入到经微波消解后的样品水相中,并产生浑浊的分散液微萃取体系,离心后目标物铅离子被萃取至萃取剂十一醇中,经条件优化,该方法测得口红和染发剂中目标物的回收率可达90%~109.7%,RSD小于8.3%。Pilar等 [25] 采用加压液体萃取法分离获得样品中的生育酚和生育三烯酚,结合乙腈与四氯化碳形成的微萃取体系进行富集净化,毛细管液相色谱进行分析,目标物的回收率在87%~105%之间,相应的RSD小于7.8%。Chisvert等 [26] 将丙酮和水快速注入甲苯样品液中混合形成液相微萃取体系,面霜、沐浴露中的N-亚硝基二乙醇胺被萃取至水中,液相色谱法测定,回收率为87%~117%,该方法已成功用于乳膏和沐浴露等化妆品的分析,且萃取过程不使用毒性大的有机氯溶剂,绿色环保。Xue等 [27] 建立了氯仿和异丙醇的分散体系用于萃取水剂和油状化妆品中的7种防腐剂,高效毛细管电泳测定,回收率为71.1%~112.6%。

2.5. 微波消解法

Abu-Samra等 [28] 首次采用微波消解法处理生物样品,其原理是通过分子极化和离子导电两个效应对物质直接加热,促使固体样品表层快速破裂,产生新的表面与溶剂作用,该方法快速、高效、安全,近年来常用于提取固体类化妆品中的重金属元素。陈文亮等 [29] 采用微波消解法检测固态化妆品中硒的含量,回收率为92.5%~103.6%,RSD为0.98%~2.53%。何霜等 [30] 建立了超级微波消解法测定乳剂、粉剂和霜膏等化妆品中8种重金属元素,回收率为88.5%~108.5%,RSD均小于3.89%。Alqadami等 [31] 采用微波消解法提取美白类化妆品中的6种重金属,回收率为90%~105%,RSD均小于3%。Kim等 [32] 同样采用微波消解法测定粉末类化妆品中3种有害元素,并首次开发了用于粉末状化妆品方法验证和质量控制的参考物质,可满足化妆品行业的监管需求。部分研究也采用微波消解法提取化妆品中的硼和硼酸盐 [33] 等。

3. 禁用物质的检测方法

合适的前处理方法可保证样品信息在源头上不发生遗漏,但同时还应结合适当的检测方法对样品进行快速、高通量筛查。目前,化妆品中最常添加的禁用药物包括激素、抗生素、雌激素等,主要的检测方法有高效液相色谱法(High performance liquid chromatography, HPLC)、气相色谱法(Gas chromatography, GC)、液相色谱–质谱联用技术(Liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)、气相色谱–质谱联用技术(Gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)和毛细管电泳技术(Capillary electrophoresis, CE)等。表3总结了几种常见分析方法的检测对象及其优缺点。

3.1. 气相色谱法(GC)

GC法是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现物质的分离,因此主要用于测定热稳定性好、挥发性强的物质,近年来常作为低粘度的膏霜类、乳液类和水类化妆品中酚类化合物、有机溶剂等禁用物质的分析方法。常用的检测器包括:氢火焰离子化检测器(FID)、热导检测器(TCD)、电子捕获检测器(ECD),由于挥发性有机物在FID中几乎均有响应,因此FID是目前GC法中使用最为广泛的检测器。刘芸等 [34] 建立了GC-μFID法测定香水化妆品中的甲醇残留量,回收率为98.8%~103%,甲醇的绝对检出限为5 ng。王小兵等 [35] 采用顶空进样–毛细管柱–气相色谱法结合FID检测器测定化妆品中甲醇含量,平均回收率为99.7%,RSD为3.0%。刘迎春等 [36] 利用GC-μFID同时测定化妆品中7种酚类化合物,检出限为0.59~1.45 μg/mL,回收率为94.1%~110.0%。二烷 [37] 、香豆素类 [38] 等禁用物质也常用GC法进行测定。但GC法不能由色谱图直接给出未知物的定性结果,而必须由已知的标准品作对照,因此在一定程度上限制了GC法的发展。

3.2. 气相色谱–质谱联用法(GC-MS)

GC法具备快速、简便的特点,再结合MS高灵敏度、高选择性的优势,因此GC-MS法更适于痕量物质的分析,再利用标准数据库进行比对,GC-MS法可对样品实现快速、高通量筛查,相比GC法其应用范围大大增加。测定的目标物包括:有机溶剂、杀菌剂、农药、氮芥和二噁烷等挥发性禁用物质,具体见表4

Table 3. Target compound, advantages and disadvantages of common detection methods for cosmetic samples

表3. 化妆品样品常见分析方法的检测对象以及优缺点

Table 4. Application of GC-MS for the analysis of cosmetics

表4. 气相色谱–质谱联用技术在化妆品检测中的应用

3.3. 液相色谱法(LC)

LC具有分析速度快、灵敏度高、重现性好等特点,再加上不受目标物挥发性和热稳定性的影响,近年来已成为样品检测的主流方法,常用的检测器为紫外检测器,因此测定的目标物需含有共轭体系,目前该方法已广泛用于分析膏霜类、水剂类等基质稍简单的化妆品中抗生素、苯酚和蒽醌等非气态且具有紫外吸收的禁用物质。丁怡等 [52] 采用LC法测定水基类、凝胶类和膏霜类化妆品中的7种抗生素,回收率为86.1%~110.0%,RSD小于6.9%。兰玉坤等 [53] 建立RPLC法同时测定3种不同基质(乳液、凝胶和霜类)化妆品中的17种抗生素,回收率为68%~125%,RSD小于2.5%。陈沛金等 [54] 采用HPLC法测定油脂成分含量差异较大的两类化妆品中的苯酚和蒽醌,回收率为87%~102%,RSD小于4%,该方法未测得样品中含有两种禁用组分。赵江丽等 [55] 利用LC法测定不同基质美白祛斑产品中的苯酚和氢醌,回收率为98.4%~102.2%,RSD为0.3%~1.8%。化妆品中激素 [56] 、甲硝唑 [57] 、甲醛 [58] 和亚硝胺 [26] 等禁用物质也常采用LC法进行检测,通过比对保留时间和紫外吸收图谱即可对样品进行初步筛查,准确性大大提高。

3.4. 液相色谱–质谱联用法(LC-MS)

采用LC法分析时存在分离时间长、基质干扰严重的情况,且对被测物质的结构具有一定要求,质谱的出现则很好地解决了上述问题,LC-MS法快速准确、选择性好、灵敏度高,克服了无紫外吸收目标物的测定问题,尤其适用于复杂基质中的痕量和微量物质的分析。随着质谱技术的发展,LC-MS法已成为膏霜剂、乳剂类化妆品中的禁用物质的首选检测方法。近年来LC-MS法测定化妆品中禁用物质的示例见表5

3.5. 毛细管电泳法(CE)

CE是以高压电场为驱动力,毛细管为分离通道,根据样品组分间的淌度和分配行为上不同而实现分离的一项技术,主要用于无机离子和生物大分子的检测,该方法具有简便、快速、可实现微量分析等特点,在化妆品禁用物质的检测方面也有一定的应用。李疆等 [73] 采用毛细管区带电泳(CZE)测定化妆品中的

Table 5. Application of LC-MS for the analysis of cosmetics

表5. 液相色谱–质谱联用技术在化妆品检测中的应用

米诺地尔,回收率在93.4%~95.9%之间,RSD为3.3%~3.7%,采用该方法测定4批育发样品,结果均呈阴性。郭成方等 [74] 采用大体积进样-非匀强电场扫集微乳毛细管电动色谱法测定化妆品中的糖皮质激素,在最优条件下,目标物的富集倍数高达800以上。该方法适于不同基质化妆品中禁用物质的分析,但由于重现性较差,因此主要用于测定化妆品中的限用物质 [75] [76] 和防腐剂 [77] [78] 等,对于禁用物质的检测,该方法还需做进一步的改进。

3.6. 拉曼光谱法

拉曼散射效应 [79] 是指光照射到物质上时,散射光与入射光的频率和传播方向均产生了改变的一种非弹性散射,该现象首先由印度物理学家C.V. Roman发现。拉曼光谱法具有极高的灵敏度,可对痕量物质进行分析,其中显微拉曼光谱因灵敏度高、分析速度快、稳定性好、无破坏无污染等特点,因此特别适用于现场检测,其光路图如图1所示,即将外界激光光源通过拉曼探头,经由双光路切换器耦合进入显微镜系统,并聚焦于样品位置处,实现对物体的拉曼激发,随后滤光片对被激发点所返回的光进行过滤,透过狭缝后经光栅进行分光,最后利用微型光谱仪对接收到的拉曼光及荧光进行采谱及分析。李革等 [80] 采用拉曼光谱快速筛查化妆品中的甲硝唑,检出浓度可低至0.1%左右。张慧敏等 [81] 利用显微激光拉曼光谱仪测定了乳剂、水剂、膏霜剂、粉剂等化妆品的真伪及质量,该方法简便快捷,有望成为化妆品行业实时监控和质量管理的工具。陈宇宇等 [82] 以金纳米粒子作为表面增强拉曼散射基底,采用显微激光拉曼光谱仪测定儿童化妆品中的二噁烷,并取得了满意的测定结果。

3.7. 其他方法

除上述6种检测方法外,化妆品中的禁用物质还采用离子迁移谱法(Ionmobility spectrometry, IMS) [83] [84] 、X射线衍射仪–偏光显微镜联用法 [85] 等进行测定。

4. 结论与展望

随着化妆品行业的快速发展,其安全性也越来越受到人们的关注,由于化妆品基质复杂,对于微量目标物的分析,需选用合适的前处理方法及适当的检测手段。微波辅助萃取作为一种传统的前处理方法,主要用于化妆品中重金属的分离提取。超声辅助萃取法由于操作简便、提取效率高而被广泛使用,但对目标物的萃取选择性低,基质干扰较严重,再加上有机溶剂的使用量大,因此近年来相继出现了浊点萃取、固相萃取、分散液–液微萃取等绿色环保的前处理技术。但上述方法对目标物的提取均不具有广谱性,由于化妆品中检测对象繁多,因此开发高通量、高选择性、高灵敏度的前处理方法一直是该研究领

Figure 1. Schematic of the laser micro-Raman spectrometery

图1. 激光显微拉曼光谱仪的示意图

域的热点。对于目标物的检测,毛细管电泳法因分析速度快、有机试剂的使用量少,近年来逐渐应用于化妆品的分析,但重现性差一直是该方法所要解决的关键问题;色谱法因操作简单、灵敏度高等特点而被广泛使用,但易出现假阳性的结果,因此无法对阳性样品进行最终确证;液质联用法准确性高、灵敏度好,是鉴别化妆品中禁用药物的首选方法,但操作复杂、维修费用高;拉曼光谱法作为一种新兴技术,具有灵敏度高、分析速度快等优点,但其最大的一个缺点是荧光散射现象会对拉曼光谱分析产生干扰,由于拉曼散射光较弱,若样品基质存在荧光吸收,拉曼光谱将会被荧光所淹没,因此该方法还有待进一步的发展。由此可见,开发快速简便、准确性高、重现性好且成本较低的检测技术是未来的发展趋势。

基金项目

深圳市科技计划项目(JCYJ20160530190156590)资助。

NOTES

*通讯作者。

文章引用:
张毅, 谢秀娟, 吴绍精, 范华均. 化妆品中禁用物质分析方法的研究进展[J]. 分析化学进展, 2018, 8(3): 152-163. https://doi.org/10.12677/AAC.2018.83019

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