火焰原子吸收分光光度法测定化妆品中总镉的含量的测量不确定度评定.pdf

第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023火焰原子吸收分光光度法测定化妆品中总镉的含量的测量不确定度评定程如雾,石兴红,杨淡梅,刘兆宾,符秋美,邱颖姮,邬晓鸥(深圳市药品检验研究院,国家药品监督管理局化妆品监测评价重点实验室,广东 深圳 518057)摘 要:采用微波消解法处理样品、火焰原子吸收分光光度法测定化妆品中总镉的含量,并根据 JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示 建立数学模型,对上述方法的不确定度进行分析评定。经计算,其测量不确定度主要来源于标准曲线拟合及测量重复性,而称样及稀释过程引入的不确定度则较小;因此,为降低不确定度,提高结果准确性,需定期对仪器进行检定,以保证仪器处于稳定良好的状态。关键词:火焰原子吸收分光光度法;化妆品;总镉;不确定度中图分类号:TQ658.2 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)09-0088-04 第一作者:程如雾(1994-),女,药师,主要从事保健食品、化妆品检测。通讯作者:石兴红(1986-),女,主管药师,主要从事药品、保健食品、化妆品检验。Evaluation of Measurement Uncertainty in Determination of Total Cadmiumin Cosmetics by Flame Atomic Absorption SpectrophotometryCHENG Ru-wu,SHI Xing-hong,YANG Dan-mei,LIU Zhao-bin,FU Qiu-mei,QIU Ying-heng,WU Xiao-ou(NMPA Key Laboratory for Monitoring and Evaluation of Cosmetics,Shenzhen Institute for Drug Control,Guangdong Shenzhen 518057,China)Abstract:The samples were treated by microwave digestion and the content of total cadmium in cosmetics wasdetermined by flame atomic absorption spectrophotometry.A mathematical model was established according to JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement,the uncertainty of the above methods was analyzed andevaluated.The uncertainty of measurement was mainly derived from the fitting and measurement repeatability of standardcurve,while the uncertainty introduced in the weighing sample and dilution process was smaller.Therefore,in order toreduce the uncertainty and improve the accuracy of the results,the instrument should be confirmed regularly to ensure theinstrument was in a stable and good state.Key words:flame atomic absorption spectrophotometry;cosmetics;total cadmium;measurement uncertainty化妆品是指以涂擦、喷洒或者其他类似的方法散布于人体表面任何部位(皮肤、毛发、指甲、口唇等),以达到清洁、消除不良气味、护肤、美容和修饰目的的日用化学工业产品1。正是由于化妆品的这些功能,随着人们生活水平的提高,对化妆品的需求不断增长。然而化妆品是一把双刃剑,在给人们带来美丽的同时也给别人带来潜在的伤害,所以选择化妆品要慎重。化妆品中的有害物质主要有:重金属、激素、抗生素等2。其中重金属是化妆品中造成危害的重要因素之一,所以重金属是化妆品检测中必检项目。金属元素镉属于重金属元素之一,是银白色有光泽的金属,和锌一起存在于自然界中。镉及其化合物并没有美容作用,是化妆品禁用物质,但是经常出现在化妆品中。因为粉饼、粉底经常用到的闪锌中有镉的存在,它作为杂质就被带到了化妆品中。金属镉的毒性不大,但是其化合物毒性很强。镉及其化合物对心脏、肾脏、肝脏、骨骼均有伤害,可以影响机体正常的新陈代谢3。有研究表明,长期使用含镉及其化合物的化妆品,可引发慢性中毒。同时,镉能破坏钙磷的代谢,镉离子能取代骨骼中的钙离子,导致钙在骨质上无法正常沉积,妨碍骨胶原的正常固化成熟,进而导致软骨病。镉也能破坏铜、锌、锰、硒等一系列微量元素的代谢,导致心脏扩张和早产儿死亡,诱发肺癌4。我国 化妆品安全技术规范(2015 年版)根据化妆品中有关重金属及安全性风险物质的风险评价结果,增加了镉的限量要求,规定化妆品中镉的含量不得超过 5 mg/kg5,表明国家对化妆品中重金属镉的危害越来越重视。据 GB/T 27025-2019/ISO/IEC 17025:2017 检测和校准实验室能力的通用要求,检测实验室应具有并应用评定测量不确定度的程序6。本文采用 化妆品安全技术规范(2015 年版)1.5 镉火焰原子吸收分光光度法5对化妆品中总镉的含量进行测定,根据 JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示7的要求,分析测定过程、建立不确定度测量模型、分析不确定度来源,从样品前处理、标准曲线拟合、测量重复性等方面进行不确定度评定,探讨各不确定度分量对测定结果的影响,为评价检测报告提供科学依据。1 仪器与实验材料第 51 卷第 9 期程如雾,等:火焰原子吸收分光光度法测定化妆品中总镉的含量的测量不确定度评定89 1.1 仪 器AA240FS/240Z 原子吸收分光光度计,美国瓦里安公司;XS204 万分之一电子天平,瑞士梅特勒公司;MARS5 微波消解仪,美国 CEM 公司;电加热板,英国 BIBBY STERILIN 公司;Synergy R System 纯水器,默克密理博实验室设备有限公司。1.2 实验材料100 mL、50 mL 容量瓶,10 mL、3 mL、2 mL、1 mL 移液管依据 JJG 196-2006 常用玻璃量器检定规程8检定为 A级;10 mL 比色管;镉单元素标准溶液,浓度:1000 g/mL,编号:GSB 04-1721-2004,批号:203006-8,国家有色金属及电子材料分析测试中心;硝酸(优级纯),德国默克公司;实验用水(去离子水);盐酸羟胺(分析纯),上海凌峰试剂有限公司;氯化钠:分析纯,广州化学试剂厂;样品为化妆品(乳液)中镉定量分析质控样品,厂家:中国检验检疫科学研究院测试评价中心,批号:QC-MU-708A。2 实验方法2.1 仪器操作条件镉元素灯电流 10 mA,波长 228.8 nm,狭缝 1.0 nm,氘灯扣除背景;火焰法测定:火焰类型空气-乙炔,燃气流2.0 L/min。2.2 镉标准系列溶液的制备精密量取镉单元素标准溶液 1 mL 至 100 mL 容量瓶中,用 2%硝酸溶液定容至刻度,摇匀,即得镉标准储备溶液(10 g/mL);分别依次精密量取上述镉标准储备溶液(10 g/mL)0 mL、1 mL、2 mL、2 mL、3 mL、10 mL 于 100 mL、100 mL、100 mL、50 mL、50 mL、100 mL 容量瓶中,用 2%硝酸溶液定容至刻度,摇匀,即分别得到浓度为 0 g/mL、0.1 g/mL、0.2 g/mL、0.4 g/mL、0.6 g/mL、1.0 g/mL 的镉标准系列溶液。2.3 样品溶液制备精密称取已均匀的样品约 0.5 g 于清洗好的聚四氟乙烯消解罐中,加入硝酸 10 mL,放入恒温电加热设备中 80 加热20 min 取下,严格按照微波消解系统操作手册进行操作。依法消解完全后,取出冷却,开罐,将消解好的含样品的消解罐放入 110 电加热器中,驱除样品中多余的氮氧化物,以免干扰测定。将样品转移至 10 mL 具塞比色管中,用去离子水洗涤消解罐数次,合并洗涤液,加入盐酸羟胺溶液 0.5 mL,用去离子水定容至刻度,摇匀,即得;同时同法制备空白溶液。2.4 测 定表 1 标准系列溶液吸光度值示值Table 1 Absorbance value indication of series standard solutions浓度 c标/(g/mL)吸光度值 A标123平均吸光度值 A标0(空白)-0.0008-0.0002-0.0001-0.0040.1000.02100.02030.02150.02100.2000.04370.04270.04310.04320.4000.08310.08270.08390.08320.6000.12220.12360.12380.12321.0000.19810.19810.19870.1983标准曲线 A标=0.19854c标+0.00198,r=0.9996分别吸取镉标准系列溶液、空白溶液、样品溶液,照火焰原子吸收分光光度法依法测定吸光度值。由仪器自动将标准系列溶液的吸光度值减去空白标准溶液的吸光度值,得标准系列溶液吸光度值示值(原始数据见表 1),仪器自动用最小二乘法拟合“标准溶液浓度-吸光度值”标准曲线及线性方程。由仪器自动将样品溶液吸光度值减去空白溶液的吸光度值,从标准曲线上得到样品溶液镉含量浓度。2.5 数学模型样品镉含量计算公式为:X=cVmc样=(A样-B0 标)/B1 标式中:X样为样品中镉含量(X样=7.5 mg/kg),mg/kg;c样为样品中镉浓度(c 样=0.418 g/mL),g/mL;V 为样品稀释体积(V=10 mL),mL;m样为样品称样量(m样=0.5 g),g;A样为测定液中镉的吸光度值;B0 标为标准曲线线性方程的截距;B1 标为标准曲线线性方程的斜率,mL/g。3 不确定度来源分析与计算3.1 不确定度的来源由上述数学模型可知,不确定度的来源主要有:样品溶液中镉浓度的不确定度、样品稀释体积的不确定度及样品称样量的不确定度9。不确定度来源因果分析见图 1。图 1 XR的不确定度来源因果图Fig.1 Cause and effect diagram of uncertainty sources of XR测量模型表示为:XR=X样+R式中:XR为考虑重复性影响后样品中镉含量,mg/kg;R为 X样的测量重复性修正量,其值为零,不确定度非零,mg/kg。由不确定度传播律及 JJF1059.12012 公式(29)10,得:uc(XR)=u(X样)2+u(R)2urel(X样)=urel(c样)2+urel(m样)2+urel(V)2式中,uc(XR)为 XR的合成标准不确定度,mg/kg;u(X样)为样品中镉含量的标准不确定度,mg/kg;u(R)为 R 的测量重复性的标准不确定度,mg/kg;c 样 urel(X样)为样品中镉含量的相对标准不确定度;urel(c样)为样品中镉浓度的相对标准不确定度;urel(m样)为样品称样量的相对标准不确定度;urel(V)为样品稀释体积的相对标准不确定度。3.2 不确定度分量评定3.2.1 样品溶液镉浓度的相对标准不确定度 urel(c样)的评定样品溶液镉浓度的不确定度主要由标准曲线拟合引入7,由 c=(A-B0)/B1及 JJF1135-2005 公式(14)11,得:90 广 州 化 工2023 年 5 月u(c样)=sRB1标1n1+1n2+(c样-C标)2n2j=1(c标j-C标)2=0.00774 g/mLurel(c样)=u(c样)/c样=0.01851其中,sR=n2j=1A标j-(B0标+B1标c标j)2n2-2=0.00206式中:u(c样)为样品中镉浓度的标准不确定度,g/mL;SR为校准标准曲线的残差标准偏差;n1为样品溶液测量次数,n1=2;n2为标准溶液总共测量次数,n2=18;C标为标准溶液镉浓度平均值;c标 j为第 j 次测量的标准溶液浓度,g/mL;j为获得标准曲线的测量次数;A标 j为第 j 次测量标准溶液所得的吸光度值,即表 1 中 18 个吸光度值数据。3.2.2 供试品稀释体积的相对标准不确定度评定 urel(V)供试品稀释体积的标准不确定度 u(V)由 10 mL 比色管的允差、温差两项因素影响线性合成。查 JJG 10-2005 专用玻璃量器12,10 mL 比色管的容量允差为0.10 mL,认为是矩形分布,则允差的标准不确定度为0.103=0.0577 mL。定容时温度为 21,比色管检定/校准时温度为 20,由于液体的体积膨胀明显大于比色管的体积膨胀,可只考虑液体的体积膨胀,并认为体 积 胀 系 数 与 水 接 近,水 的 体 积 膨 胀 系 数 为0.00021-1,因此产生的体积增量为10 0.00021(21-20)mL=0.00210 mL,假设体积变化为矩形分布,温差引起的体积变化的标准不确定度为0.002103=0.00121 mL。综上,urel(V)=0.05772+0.00121210=0.00577。3.2.3 样品称样量的相对标准不确定度 urel(m样)的评定样品称样量的标准不确定度 u(m样)由电子天平最大允差、天平测量重复性两项因素影响线性合成。查天平检定证书,0 50 g 量程的允差绝对值为 0.5 mg,按矩形分布计算,则电子天平最大允差的标准不确定度为0.53=0.289 mg。查 JJG 1036-2008 电子天平13,天平的重复性允许误差限为 0.5 mg,认为服从矩形分布,则天平测量重复性的标准不确定度为0.53=0.289 mg。综上,urel(m样)=0.2892+0.28920.5=0.00082。3.2.4 样品镉含量的不确定度的合成由以上三项分量分析计算,合成样品镉含量的相对标准不确定度urel(X样)=urel(c样)2+urel(m样)2+urel(V)2=0.0194样品镉含量的标准不确定度:u(X样)=urel(X样)X=0.146 mg/kg3.3 评定测量重复性的标准不确定度 u(R)14化妆品中总镉的含量测定时,只做两份平行样,以平均值作为测量值。为提高自由度,平行操作 12 份,以贝塞尔公式计算标准差,按照 A 类不确定度评定,数据见表 2。表 2 样品中总镉含量重复测量数据Table 2 Repeated measurement data of total cadmiumcontent in samples序号m取样/g测定 c样/(g/mL)样品中镉含量X/(mg/kg)平均含量 x/(mg/kg)10.53709.3207.67220.58368.5357.26530.57289.2777.38540.53208.9277.65050.54438.9727.68060.56289.2217.49870.53289.2787.69580.55629.3127.49790.56129.4167.466100.52308.6247.7447.555标准差s=10i=1(Xi-x)210-1=0.1568正常检验取两次测样的平均值报告检测结果,故:u(R)=s/2=0.1109 mg/kg3.4 合成标准不确定度 uc(XR)由样品镉含量的标准不确定度及测量重复性的标准不确定度计算,uc(XR)=u(X样)2+u(R)2=0.18 mg/kg。3.5 评定扩展标准不确定度 U 及结果取置信区间为 95%,扩展因子 k=2,则扩展不确定度 U=2uc(XR)=0.36 mg/kg,镉含量的测量结果为(7.50.36)mg/kg。4 结 论采用火焰原子吸收分光光度法测定化妆品中总镉的含量时,由实际计算得知,其测量不确定度主要来源于标准曲线拟合及重复性测量,而供试品称样量及稀释引入的不确定度可忽略不计。因此,需定期对仪器进行检定,以保证仪器处于稳定良好的状态。参考文献1 中国食品药品检定研究院.化妆品安全技术规范读本S.北京:人民卫生出版社,2017.2 李梦华,孔维军,杨美华,等.化妆品中有毒有害物质污染现状及其检测方法研究进展J.中华中医药杂志,2016,31(6):2239-2242.3 刘美玲,刘佳.浅议化妆品中重金属元素的危害J.广东化工,2015,42(4):64.4 黄义峰,张艳.化妆品中重金属元素的危害及对策J.广州化工,2017,45(12):17-20.5 国家食品药品监督管理总局化妆品标准专家委员会.化妆品安全技术规范(2015 年版)S.北京:人民卫生出版社,2017.6 国家质量监督检验检疫总局.检测和校准实验室能力的通用要求(GB/T 27025-2019/ISO/IEC 17025:2017)S.北京:中国标准出版社,2019.(下转第 98 页)98 广 州 化 工2023 年 5 月图 17 化合物 6 的1H NMR 谱(溶剂:CD3OD)Fig.171H NMR spectra of Compound 6(solvent:CD3OD)图 18 化合物 6 的13C NMR 谱(溶剂:CD3OD)Fig.1813C NMR spectra of Compound 6(solvent:CD3OD)化合物 6:无色晶体,mp:209 211,三氯化铁-铁氰化钾试剂显色反应呈阳性,溴甲酚绿反应也呈阳性,说明该化合物可能为含有酚羟基的有机酸类化合物。1H NMR(500 Mz,C3D6O)谱中(见图 17)化学位移 6.93(1H,d,J=8.23 Hz),7.61(1H,d,J=1.49 Hz),7.62(1H,dd,J=8.23,1.49 Hz)处的信号是苯环上质子 AMX 偶合体系存在的典型特征,提示分子中存在一个 1,3,4-三取代苯环结构片断,3.89(3H,s)显示有一甲氧基。13C NMR(125 Mz,C3D6O)谱(见图 18)化学位移112.6、114.6、121.9、124.0、147.2、151.2 处有 6 个碳信号也进一步说明分子中含有苯环,且无对称结构存在,166.8 处碳信号提示了与苯环直接相连的羧基存在,55.4 处碳信号为甲氧基的碳。另外,13C NMR 谱中化学位移 147.7,151.5 处的碳信号处于较低场,提示这两个碳其中一个可能与甲氧基相连,另外一个与酚羟基相连。化合物 6 的波谱常数和理化性质与文献11报道的 4-羟基-3-甲氧基苯甲酸基本一致,又名香草酸,故鉴定化合物 6 香草酸(vanillic acid)。4 结 论采用反复硅胶柱色谱分离纯化,从葫芦钻中分离得到 6 个有机酸类化合物,通过理化常数测定和光谱分析鉴定它们的化学结构,即天师酸(9E)-8,11,12-trihydroxyoctadecenoic acid1)、壬二酸(azelaic acid 2)、丁香酸(benzoic acid 3)、Glycoricacid(4)、琥珀酸(Succinic acid 5)、香草酸(vanillic acid 6)。其中化合物 1 4 首次由该药材中分离得到,为研究葫芦钻的药理研究提供基础。参考文献1 戴斌,丘翠嫦,李钊东,等.瑶医用药品种调查报告J.中草药,1997,28(12):746.2 戴斌,李钊东,邱翠嫦,等.“虎牛钻风”类传统瑶药的调查研究J.中国民族民间医药杂志,1998,31(2):28-31.3 黄琳芸,余胜民,钟鸣,等.瑶药葫芦钻提取物抗肿瘤作用的实验研究J.时珍国医国药,2007,l8(7):1590-1591.4 周法兴,梁培瑜.广西蛇药中藤桔及铁扫帚的酸性成分分离.中草药,1980,11(11):523.5 陈雪松,陈迪华,斯建勇,等.天师栗化学成分的研究J.药学学报,2000,35(3):198-200.6 李晓花,林立东,吴萍,等.黄桐树皮的化学成分研究J.热带亚热带植物学报,2007,15(1):35-39.7 董礼,李磊,廖志华,等.柴胡红景天化学成分的研究J.西北植物学报,2007,27(12):254-256.8 沈小玲,曾惠芳,陈珍,等.山橘的化学成分研究J.中国药学杂志,2002,37(1):14-17.9 Ajit K CHAKRAVARTY,Binaak DNS,Kazuo MASUDA,et al.Glycoricacid possessing a new 10-normegastigmane skeleton from GlycosmisarboreaJ.Chem.Pharm.Bull,1996,44(7):1421-1423.10 卢丹,李平亚,李静晖.紫丁香叶化学成分研究J.中草药,2003,34(8):688-689.11 梅文莉,戴好富.肥牛木根化学成分研究J.天然产物研究与开发,2006,18(1):243-245.(上接第 90 页)7国家质 量监督 检验检 疫总 局.测 量不 确定度 评 定 与 表 示(JJF1059.1-2012)S.北京:中国标准出版社,2013.8 国家质量监督检验检疫总局.JJG 196-2006 常用玻璃量器S.北京,2007.9 罗卓雅.食品药品检测测量不确定度评定实例(二)M.北京:中国质检出版社,2016.10 国家质量监督检验检疫总局.JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示S.北京:中国标准出版社,2013.11 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1135-2005 化学分析测量不确定度评定S.北京,2005.12 国家质量监督检验检疫总局.JJG 10-2005 专用玻璃量器S.北京,2005.13 国家质量监督检验检疫总局.JJG 1036-2008 电子天平S.北京,2008.14 石兴红,庞学斌,刘柳芳,等.高效液相色谱法测定化妆品中乙基己基三嗪酮含量的不确定度评定J.广东化工,2021,48(14):214-217.