王雪梅,　王　娟,　杜彤彤,　馬曉敏,　盧小泉,2(. 西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 2. 甘肅省生物電化學(xué)與環(huán)境分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730070)

隨著人們生活水平的不斷提高,化妝品的種類逐漸多樣化,防曬也成為當(dāng)今化妝品領(lǐng)域的熱門(mén)話題之一。太陽(yáng)中的紫外線分為UVA(400～320 nm)、UVB(320～290 nm)和UVC(280 nm以下),通常,280 nm以下的紫外線可導(dǎo)致皮膚曬黑、曬傷,甚至?xí)T發(fā)皮膚癌[1]。目前,歐盟及各國(guó)對(duì)紫外線吸收劑的使用量已做出了限量要求[2];日本禁止把甲氧基肉桂酸異戊酯與一些特定成分(乙基戊酯、對(duì)氨基苯甲酸乙酯等)一起使用[2];美國(guó)要求4-甲基芐亞基樟腦在防曬霜等化妝品基質(zhì)中的使用限量為4%[2]。我國(guó)2007版《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》對(duì)28種防曬劑的限量值也做了明確規(guī)定,例如二苯酮類防曬劑在化妝品中的使用量應(yīng)小于10%[3]。

目前,紫外吸收劑的檢測(cè)方法有高效液相色譜法[4-6]和氣相色譜法[7]等?；瘖y品形態(tài)多樣,成分復(fù)雜,基質(zhì)干擾物多,因此必須在分析檢測(cè)前選擇合適的樣品前處理技術(shù)以分離富集樣品中的目標(biāo)化合物。傳統(tǒng)的化妝品前處理方法有消解法、液液萃取法和濁點(diǎn)萃取法等[8],但這些方法操作復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),有機(jī)溶劑用量大。近幾年一些新型技術(shù)被用于化妝品的樣品前處理中,如固相萃取(SPE)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)、液相微萃取(LPME)、分散液液微萃取(DLLME)、超聲輔助萃取(UAE)和微波輔助萃取(MAE)等[8-10]。其中,SPE具有操作簡(jiǎn)便、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),減少了環(huán)境污染,是化妝品前處理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種方法,固相萃取劑是該技術(shù)的核心,根據(jù)不同的目標(biāo)物選擇合適的固相萃取劑可提高其對(duì)目標(biāo)物的選擇性和分析的靈敏度。

本文以自制的石墨烯海綿(GS)為固相萃取劑,結(jié)合高效液相色譜測(cè)定了不同形態(tài)化妝品中6種新型紫外吸收劑,同時(shí)優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件,得到了較寬的線性范圍,較低的檢出限和定量限,提高了方法的靈敏度。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器和試劑

Agilent 1260高效液相色譜儀(美國(guó)安捷倫公司); FD-1A-50冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司); Ultra plus熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(德國(guó)蔡司公司); AS1Win比表面積分析儀(美國(guó)康塔儀器公司); SMART-N超純水機(jī)(上海康雷分析儀器有限公司)。

硝酸為分析純(太倉(cāng)滬試試劑有限公司);硫酸、高錳酸鉀、丙酮均為分析純(北京化工廠);硝酸鈉為分析純(煙臺(tái)市雙雙化工有限公司);過(guò)氧化氫(純度30%,上海沃凱生物技術(shù)有限公司);乙醇為分析純(天津凱通化學(xué)試劑有限公司);水合肼(純度≥85%,上海中秦化學(xué)試劑有限公司);多壁碳納米管(MWCNT,純度>97%,深圳市納米科技有限公司); C18填料(美國(guó)安捷倫科技有限公司);甲醇為色譜純(美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司);石墨為化學(xué)純(上海山浦化工有限公司)。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):2-(2′-羥基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑(UV-P)、2-(2′-羥基-3′,5′雙(a,a-二甲基芐基)苯基)苯并三唑(UV-234)、2′-(2′-羥基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-326)、2-(2′-羥基-3′,5′-二特丁基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)、2-[2-羥基-3,5-二(1,1-二甲基丙基苯基)]-2H-苯并三唑(UV-328)和2-[2-羥基-5-(1,1,3,3-四甲丁基)苯基]苯并三唑(UV-329),純度均>98.0%,均購(gòu)自梯希愛(ài)化成工業(yè)發(fā)展有限公司。

護(hù)膚水、乳、美白霜、防曬霜和隔離霜均為市售。

1.2　標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:分別準(zhǔn)確稱取6種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 mg,用甲醇配制成質(zhì)量濃度均為10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,于4 ℃保存;標(biāo)準(zhǔn)工作液:移取適量標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,用甲醇逐級(jí)稀釋至所需濃度?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:分別準(zhǔn)確稱取6種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 mg,用甲醇配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,于4 ℃保存,實(shí)驗(yàn)中用甲醇將其稀釋至所需濃度。

1.3　石墨烯海綿的制備

首先根據(jù)改進(jìn)的Hummers法[11]制備氧化石墨。將制備好的氧化石墨用去離子水配成5 000 mg/L的溶液,超聲分散得到氧化石墨烯(GO)分散液,然后在冰箱中冷凍48 h,使其完全冷凍結(jié)冰;將其快速轉(zhuǎn)移至-50 ℃的冷凍干燥機(jī)中冷凍48 h,得到海綿狀固體,此時(shí)稱其為氧化石墨烯海綿(GOS)。最后將GOS置于大燒杯中,并在燒杯內(nèi)壁滴入2 mL水合肼;將燒杯放入干燥箱中,于90 ℃持續(xù)干燥1 h,氧化石墨烯海綿的部分含氧官能團(tuán)在肼蒸氣的氛圍下被還原,GOS被還原形成石墨烯海綿。

1.4　固相萃取柱的制備

稱取15 mg GS,填入下部裝有篩板的2 mL SPE小柱中,再蓋上篩板,適當(dāng)擠壓,使填充密實(shí),防止樣品從材料與萃取柱的邊緣漏出,影響吸附效果,然后分別用10 mL超純水和甲醇清洗小柱。

1.5　樣品前處理

分別取各護(hù)膚品1 g,置于不同離心管中,加入10 mL甲醇,超聲分散15 min,以8 000 r/min離心10 min,上清液用0.2 μm聚丙烯微孔濾膜過(guò)濾,所有樣品于4 ℃保存待用。

分別移取上述樣品溶液800 μL于SPE柱中,用洗耳球?qū)⑷芤捍党龊?用800 μL丙酮洗脫目標(biāo)化合物,收集洗脫液,待儀器分析。

1.6　分析條件

色譜柱:Agilent Zorbax SB-C18柱(150 mm×4.6 mm, 5 μm,美國(guó)Agilent公司);柱溫:30 ℃;流動(dòng)相:甲醇-水(95∶5, v/v);等度洗脫;進(jìn)樣量:20 μL;流速:0.7 mL/min,檢測(cè)波長(zhǎng):340 nm。

2　結(jié)果與討論

2.1　石墨烯海綿的表征

圖1為石墨烯海綿的光學(xué)照片和掃描電鏡圖。由圖1可知,石墨烯海綿是由二維石墨烯片相互搭接構(gòu)筑成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),由石墨烯復(fù)合納米片充當(dāng)“孔壁”相互交聯(lián)后形成了許多大孔結(jié)構(gòu),孔的尺寸在100 μm左右;在肉眼下即可看到GS具有疏松、多孔的結(jié)構(gòu)。石墨烯納米片之間主要是依靠范德華力、π-π相互作用力相連。這種多孔的結(jié)構(gòu)增大了材料的比表面積,有利于增強(qiáng)材料的吸附性能。

圖 1　石墨烯海綿的(a)光學(xué)照片和(b)掃描電鏡圖Fig. 1　(a) Optical photograph and (b) scanning electron microscope image (SEM) of graphene sponge (GS)

圖 2　(a)氧化石墨烯海綿和(b)石墨烯海綿的X射線衍射圖Fig. 2　X-ray diffraction patterns of (a) graphene oxide sponge (GOS) and (b) GS

圖2為氧化石墨烯海綿和石墨烯海綿的X射線衍射圖。由圖2可知,GOS在2θ=11°有一個(gè)明顯的峰,這是由于GOS含有較多的含氧官能團(tuán),因而導(dǎo)致層間距增大,產(chǎn)生了明顯的衍射峰,說(shuō)明獲得了氧化完全的GOS; GS在2θ=25°有尖銳的特征衍射峰,該衍射峰代表石墨烯的(002)晶面衍射峰,此時(shí)單層碳原子緊密堆積,說(shuō)明成功地制備了石墨烯海綿。

2.2　洗脫劑種類和體積的選擇

以1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(800 μL)為目標(biāo)溶液進(jìn)行分析,優(yōu)化洗脫劑的種類和體積。

6種紫外線吸收劑屬不同取代基的苯并三唑類化合物,均為弱極性或非極性物質(zhì),不溶于水,易溶于甲醇、丙酮、苯、四氫呋喃、甲苯等有機(jī)溶劑,且在苯、甲苯中的溶解性較強(qiáng)。鑒于甲苯和苯具有較強(qiáng)的毒性,實(shí)驗(yàn)中未予以考慮。實(shí)驗(yàn)考察了甲醇、丙酮和正己烷作為洗脫劑時(shí)6種紫外線吸收劑的洗脫情況(見(jiàn)圖3)?？梢钥闯?相對(duì)于正己烷和甲醇，丙酮對(duì)目標(biāo)物有更強(qiáng)的洗脫能力,故選擇丙酮作為洗脫劑。

表 1　6種分析物的線性方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、檢出限和定量限Table 1　Linear equations, correlation coefficients (r), linear ranges, limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of the six analytes

Y: peak area;X: mass concentration, μg/L.

圖 3　不同洗脫劑對(duì)6種紫外吸收劑回收率的影響Fig. 3　Effect of different eluent on the recoveries of the six UV filters UV-P: 2-(2′-hydroxy-5′-methyl-phenyl) benzotriazole; UV-234: 2-(2-hydroxy-benzotriazole-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl)phenol; UV-326: 2-tert-butyl-6-(5-chloro-2-hydroxy-benzotriazole-2-yl)-4-methylphenol; UV-327: 2-(2′-hydroxy-3′,5′-di-tert-butylphenyl)-5-chlorobenzotriazole; UV-328: 2-(2′-hydroxy-3′,5′-dipentylphenyl) benzotriazole; UV-329: 2-(2-hydroxy-benzotriazole-2-yl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol.

考察了丙酮的體積(200、500、800和1 000 μL)對(duì)6種紫外吸收劑回收率的影響(見(jiàn)圖4)。結(jié)果表明,采用800 μL丙酮時(shí),可獲得最佳的萃取效率。

同時(shí)考察了溶劑的pH值和離子強(qiáng)度對(duì)吸附解析過(guò)程的影響,結(jié)果表明,二者對(duì)目標(biāo)化合物峰面積的影響不大,所以后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程不對(duì)此進(jìn)行改變。

圖 4　丙酮的體積對(duì)6種紫外吸收劑回收率的影響Fig. 4　Effect of volume of acetone on the recoveries of the six UV filters

2.3　吸附能力對(duì)比

本實(shí)驗(yàn)選用商品化的多壁碳納米管和C18填料進(jìn)行對(duì)比,按照優(yōu)化的固相萃取條件,以未檢測(cè)到目標(biāo)物的空白樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。采用不同吸附材料時(shí)的色譜圖見(jiàn)圖5?？梢钥闯?GS的吸附效率高于多壁碳納米管和C18填料,這是由于紫外吸收劑與GS除表面吸附作用外,紫外吸收劑具有的苯環(huán)、五元環(huán)或六元環(huán)結(jié)構(gòu)與GS的π電子體系易形成π-π共軛作用,因此GS對(duì)紫外吸收劑具有較好的吸附能力,回收率高,凈化效果好。

圖 5　采用不同吸附材料時(shí)6種紫外吸收劑的色譜圖Fig. 5　Chromatograms of the six UV filters using different materials as SPE adsorbents MWCNT: multiwalled carbon nanotube. Peaks: 1. UV-P; 2. UV-329; 3. UV-326; 4. UV-324; 5. UV-328; 6. UV-327.

2.4　線性關(guān)系和檢出限

按1.2節(jié)所述方法配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,以化合物的峰面積為縱坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)表1)。6種目標(biāo)化合物除UV-P外,相關(guān)系數(shù)(r)均>0.999,說(shuō)明各目標(biāo)化合物在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。根據(jù)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)檢出限的定義[12],計(jì)算6種目標(biāo)物的檢出限(S/N=3)和定量限(S/N=10),分別為0.08～1.82 μg/L和0.26～6.07 μg/L。

2.5　回收率和精密度

按1.5節(jié)和1.6節(jié)方法對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行處理和分析,得到的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示,除了護(hù)膚水外,6種紫外吸收劑在其余護(hù)膚品中均有不同程度的檢出,其中防曬霜和隔離霜中檢測(cè)到紫外吸收劑的種類最多。

表 2　實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果Table 2　Test results of real samples

ND: not detected.

在經(jīng)測(cè)定不含6種紫外線吸收劑的空白護(hù)膚水樣品中添加低、中、高3個(gè)水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,同樣按1.5節(jié)和1.6節(jié)方法進(jìn)行樣品處理和分析。6種紫外線吸收劑的平均回收率為61.1%～119.0%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于1%(n=6)(見(jiàn)表3)。由此可見(jiàn),該方法具有良好的準(zhǔn)確性和精密度。

表 3　護(hù)膚水樣品中6種紫外線吸收劑的加標(biāo)回收率和精密度(n=6)Table 3　Spiked recoveries and precisions of the six UV filters in skin lotion samples (n=6)

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備了石墨烯海綿固相萃取劑,并建立了固相萃取-高效液相色譜測(cè)定不同化妝品中6種紫外線吸收劑的方法。方法的靈敏度、回收率及重復(fù)性均符合殘留分析要求。該方法前處理過(guò)程簡(jiǎn)單,具有良好的線性關(guān)系和精密度,可為定性和定量分析化妝品中的紫外線吸收劑提供一種準(zhǔn)確有效的檢測(cè)方法。該方法的建立能為進(jìn)一步研究苯并三唑類紫外線吸收劑的暴露水平和環(huán)境行為奠定基礎(chǔ)。

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