一种提高化妆品中甲醛含量检测的稳定性和灵敏度的双波长光谱方法

闫 宁，张舒心，柴欣生,2*

(1.华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室，广东 广州 510640；2.国家纸制品质量监督检验中心，广东 东莞 523080)

一种提高化妆品中甲醛含量检测的稳定性和灵敏度的双波长光谱方法

闫 宁1，张舒心1，柴欣生1,2*

(1.华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室，广东 广州 510640；2.国家纸制品质量监督检验中心，广东 东莞 523080)

提出了一种基于双波长光谱法(以500 nm吸光度为基准并结合414 nm处的吸光度)快速测定化妆品中甲醛含量的方法。结果表明：采用单波长的计算方法(不考虑基线漂移)产生的误差时，平行试验结果之间的相对标准偏差(RSD)可达11.5%，而该方法的RSD最大仅为0.46%。同时该方法能够有效地校正扣除萃取液颜色和基线漂移的影响，且定量下限为7.4 mg/kg。该方法具有分析时间短、操作便捷、灵敏度高、结果准确的优点，适用于化妆品中甲醛的检测。

化妆品；甲醛；双波长；可见光谱法

随着生活水平的提高，化妆品的使用在人们的日常生活中占很大比重。为了获得理想的使用效果，化妆品中往往添加了众多的化学成分。然而，这些化学成分如果超过一定的限量，会对人体产生危害。近年来，在诸多有关化妆品质量安全问题中，甲醛含量的超标是较为严重的问题之一。尽管甲醛具有很好的防腐效果[1-2]，但其超过一定的限量就会引起皮肤黏膜受到刺激，出现皮肤过敏、恶心、头痛等不良反应，甚至会引起人体肝肺功能异常及致癌、致突变的遗传效应[3-5]。为此，我国《化妆品卫生规范》[6]将甲醛作为一项强制性的检测指标并规定其浓度不得大于0.2%。因此，准确测定化妆品中甲醛含量的分析方法，对于保证产品质量、保障使用者的安全具有非常重要的意义。 化妆品质量安全检测技术正在逐步研究中[7]，目前甲醛的检测方法主要有分光光度法[8-9]、气相色谱法[10-11]和液相色谱法[12-13]。由于甲醛在温度 150 ℃以下的空气以及其它气相基质中不稳定[14]，会快速自聚形成二聚体、三聚体或者与水分结合生成甲二醇，因此，采用直接气相色谱或顶空气相色谱分析会导致检测结果误差大。为克服这一缺点，通常将甲醛先与二硝基苯肼反应生成稳定的甲醛衍生物后再进行气相色谱分析[8,15]。采用高效液相色谱分析时，甲醛本身在紫外波长处无显著吸收，在检测前需与显色剂(如2,4-二硝基苯肼溶液)进行预处理反应后才能进行色谱分析[8,16-17]。衍生化或显色反应的处理步骤不仅繁琐、耗时，也易引入操作误差。因此，目前在各类标准中，基于光谱分析的分光光度法在甲醛的检测中最为常用；该方法是通过在无色甲醛加入显色剂(乙酰丙酮)，之后测其在414 nm波长处的吸光度或吸光强度以实现对甲醛的定量分析。然而，在实际应用中发现，对于有色样品(如指甲油)，必须将添加显色剂前后两次测得的吸光度数值相减，其差值则是由甲醛而产生的吸光度。可以预见，在两次测定中的任何不确定性(如试液中细小悬浮颗粒和光谱仪稳定性等因素引起的基线漂移问题)均会对检测结果的稳定性和灵敏度产生显著的影响。为此，很有必要对现有方法进行改进，以克服分光光度法在测定有色样品中低含量甲醛时的不足。

本文按照我国《化妆品卫生规范》[6]中检测甲醛的实验条件和步骤，显色前后试液因细小颗粒散射和仪器稳定性等因素对光谱吸光度检测的影响，提出了一种可有效扣除上述影响的双波长光谱的甲醛含量检测方法，并对其检测重现性和灵敏度进行了评价。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

乙酰丙酮试剂(按照我国《化妆品卫生规范》[6]中检测甲醛方法配制)，甲醛溶液(质量分数约为37%)，硫酸钠溶液(250 g/L)。

8453型紫外-可见分光光度计(美国Agilent公司)，石英比色皿(光程10 mm)，台式恒温振荡器(上海精宏实验设备有限公司)，H2050R离心机(湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司)，10 mL和50 mL具塞比色管若干，水系滤膜(0.45 μm)。

1.2 样品的测定

1.2.1 样品预处理[6]准确称取样品2.5 g置于50 mL具塞比色管中。加硫酸钠溶液25 mL，振荡后，加水至刻度，于40 ℃水浴中恒温放置1 h。将样品溶液快速冷却，转入离心管中，在3 000 r/min转速下离心。用玻璃漏斗过滤，滤液作为待测溶液。

1.2.2 测 定 取待测溶液5 mL于10 mL具塞比色管中。加乙酰丙酮的乙酸铵溶液5.00 mL，摇匀，置于40 ℃水浴中加热30 min，室温下放置30 min使之冷却。同时为了减小溶液本身或者加显色剂之后溶液浊度的影响，另取待测溶液5.00 mL，加乙酸铵缓冲溶液5.00 mL，摇匀、冷却，作为比色时的参比液。

另取甲醛标准使用溶液及水各5.00 mL，分别加入乙酰丙酮的乙酸铵溶液5.00 mL，与样品做相同的加热、冷却处理。

将上述所有待测液用10 mm的比色皿在分光光度计中于414 nm和500 nm波长处测定吸光度。

2 结果与讨论

2.1 标准甲醛溶液的全光谱和标准曲线的建立

图1为不同浓度的甲醛标准溶液与乙酰丙酮显色剂显色后的吸收光谱图。如图所示，显色后的标准溶液的光谱在414 nm处有最大吸光度。溶液中甲醛浓度在2～10 mg·L-1范围内，与对应的吸光度呈良好的线性关系，符合郎伯-比尔定律[6]。而当溶液中甲醛浓度超过11.1 mg·L-1时，超出标准曲线的检测范围，会影响紫外分光光度计检测的稳定性及可靠性。因此，当被测溶液在414 nm处不存在除了甲醛以外有吸光度的物质时，可根据414 nm处吸光度和校正曲线定量检测溶液中甲醛的含量。

2.2 甲醛光谱法检测中其它可能的干扰因素

在分析实际样品时，可以观察到经离心后的待测溶液以及显色后的溶液也会呈现轻度浑浊[9]。为了减小该浊度对吸光度检测的干扰，在实验时以不含乙酰丙酮的乙酸铵缓冲溶液作为校正液。采取对显色前后的溶液分别进行吸光度的测定，并将两次测定的吸光度与校正液的吸光度相减，所得数值之差，即为甲醛显色的净吸光度值。在3次检测中，由于溶液中细小颗粒散射或仪器自身的稳定性所引起光谱基线漂移均有差异，因此会对甲醛检测的可靠性和准确性造成影响。

图2A为某一化妆品的萃取液在显色后，平行测定3次所得到的吸收光谱图；图2B为扣除试剂空白后样品溶液的校正的光谱图。由图可知，尽管为同一溶液，但3次测定的光谱重合性远差于对标准溶液的测定，这证明溶液中细小颗粒散射会引起显著的光谱基线漂移。对于甲醛含量很低的样品，该基线漂移将会影响方法的测定精度，并对测定结果产生很大的误差。因此，需要引入消除基线漂移的处理手段对本方法进行改进。

2.3 双波长可见光谱法的建立及计算

由图1可知，500 nm是甲醛标准溶液显色后谱图的峰谷。观察图2在500 nm以上波长的吸光值情况可知，其基线的漂移并非简单平移，而是有倾斜。与试剂空白在414 nm的吸光值相比，500 nm处的吸光值比更长波长处的吸光值更为近似，可以更好扣除基线漂移的影响。因此，选取离主要的检测波长(即414 nm)最近的波长(如：500 nm是峰谷的波长)作为基准，将甲醛显色物质的峰值波长(414 nm)和谷值波长(500 nm)的吸光度相减，可以客观地得到甲醛在414 nm处的净吸收值。具体的双波长推导公式如下。

现行国家标准甲醛含量测定的单波长法未考虑基线漂移的影响，由甲醛产生的吸光值(A)是其显色后在414 nm的吸光值(A2)减去显色前的吸光值(A1)，即:

A=A2-A1

(1)

当考虑到在样品显色前后的试液吸光度测定时均存在基线漂移，并以500 nm处的吸光值作为基线漂移的依据，其在414 nm处真实的吸光度(即：扣除基线漂移)可表示为:

(2)

联立式(1)和(2)得到甲醛显色后的吸光度为:

(3)

根据朗伯-比尔定律，溶液中甲醛的浓度和吸光值成正比，即:

A=kc

(4)

将式(3)代入式(4)并整理可得到：

(5)

根据检测试液制备时化妆品的用量和萃取液的体积，结合式(5)可得到化妆品样品中甲醛含量的计算公式为:

(6)

式中，C为样品中甲醛的含量(mg/kg),c为读自工作曲线上萃取液中甲醛的质量浓度(mg/L),k为双波长工作曲线的斜率,V为萃取液的定容体积(mL),w为试样质量(g)。

2.4 方法的评价

2.4.1 与单波长可见光谱法测定精度的比较 表1为某一样品的显色组分(3组)进行平行测定所得到的3次吸光度及其相对标准偏差(RSD)。由表可知，采用单波长的计算方法RSD可达11.5%。若采用双波长法进行基线漂移的扣除，其RSD最大仅为0.46%。很显然，双波长法减少了吸光度测定的不确定性，使检测结果更可靠。

表1 样品平行测定的吸光度及其相对标准偏差Table 1 Absorbances and RSDs of parallel testing

2.4.2 方法的定量下限 按国家标准规定的单波长可见光谱法，对不同浓度的甲醛标准溶液进行光谱测量，根据所得数据求得标准曲线，即:A=0.053(±0.012)+0.133(±0.002)c，式中A为吸光度,c为甲醛标准溶液的浓度(mg/L)。

若采用双波长光谱法处理方法，所得标准曲线为:A=0.009(±0.005)+0.135(±0.001)c。

2.5 应用实例

按照上述步骤对市售化妆品进行检测，再分别按照单波长法和双波长法计算样品中的甲醛含量，结果如表2所示。由表2可知，由于萃取液中细微颗粒的影响，单波长法对甲醛含量测定的结果普遍高于双波长法。这种差异随着样品中甲醛含量的增加而减小。因此，双波长法在检测低含量甲醛时，比单波长法具有更高的准确性。

表2 两种方法计算样品中的甲醛含量Table 2 Formaldehyde content of samples by two methods

*:no detected，** the calculation of RD is based on single-wavelength method(*表示未检出，**相对误差计算以单波长法为基准)

3 结 论

本文提出一种检测化妆品中甲醛含量的双波长光谱法。通过与单波长法测定结果精度和检出限的比较，证明双波长可见光谱法能够有效地消除基线漂移的影响，进而使测定方法具有更好的灵敏度和可靠性，因此，可满足对于化妆品中低含量甲醛检测的要求。

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Improvement of Formaldehyde Analysis in Cosmetic Products by a Dual-wavelength Spectroscopy

YAN Ning1，ZHANG Shu-xin1， CHAI Xin-sheng1,2*

(1.State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；2.National Paper Products Quality Supervision Inspection Center，Dongguan 523080，China)

In this paper，a method was presented for the determination of formaldehyde in cosmetics based on a dual-wavelength spectroscopy，in which both absorbances at 414 nm and 500 nm were used.The results showed that the relative standard deviation(RSD) of the method is only 0.46%，while it is 11.5% by the single-wavelength method.The limit of quantitation(LOQ) of the dual-wavelength method is 7.4 mg/kg.The present method is sensitive and accurate,and is suitable for the the determination of low content formaldehyde in cosmetic products.

cosmetics;formaldehyde;dual-wavelength；visible spectrometry

2016-04-03；

2016-06-20

国家自然科学基金资助项目(21576105)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.11.024

O657.3；TQ224.122

A

1004-4957(2016)11-1500-05

*通讯作者：柴欣生，教授，研究方向：化学过程传感及过程控制的研究，Tel：020-87113713，E-mail:xschai@gmail.com