电感耦合等离子体质谱法测定纹身贴中17种有害元素及其迁移量

蔡宇峰，蒋莹，周姣，邵秋凤

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

纹身贴是用于皮肤表面进行美化或装饰的一类产品。纹身贴的工艺技术多为水转印技术，其材质主要由背纸、油墨、胶黏剂和覆膜组成[1]。根据纹身贴的使用期限和方法，可以分为普通纹身贴和永久性纹身贴。普通纹身贴将图案直接转印到皮肤上，经过酒精擦拭可以清除，而永久性纹身贴通过刺破皮肤达到永久保留图案的效果。市场上的纹身贴，因其色彩多样、造型丰富，深受各年龄段人群的喜爱，尤其是儿童[2]。然而这些色彩艳丽的纹身贴中含有的油墨却曝出可能存有大量重金属元素的隐患。我国媒体相继报道在纹身油墨中检出镍[3]，在纹身贴中检出铅和钴[4]。有毒且致癌的元素隐藏在纹身贴的图案油墨中，当纹身贴中的油墨与皮肤长期接触时，可以通过张开的毛孔渗进皮肤，导致皮肤过敏，同时儿童在使用卡通图案的纹身贴时，有可能利用唾液浸湿背纸再贴到皮肤上，存在嘴巴舔舐的情况。通过不同途径富集在体内的有害元素达到一定量时将会导致人体中毒[5]。经市场调研，部分纹身贴属于三无产品，有些仅在背后标注了使用说明，没有标注生产厂商及执行标准。随着我国对纹身贴类产品监管的逐步加强，对此类产品建立一种快速高效的有害元素及其迁移量的检测方法，可为企业或监管部门的检测工作提供参考。

欧盟国家将纹身贴视为化妆品和玩具，按照化妆品和玩具的相关要求进行监管。在美国、加拿大、澳大利亚等国家，纹身贴产品按照化妆品进行监管，因此需要按照化妆品的质量要求进行检测[6]。美国的强制性标准ASTM F963-17和我国的强制性标准GB 6675.4—2014《玩具安全 第4 部分：特定元素的迁移》均对玩具中8 种可溶性重金属含量进行了限定[7]，欧盟也不断对EN 71-3：2019+A1：2021《玩具安全 第3部分：特定元素的迁移》中特定元素最大使用限量进行修订[8]，2016 年12 月1 日起实施的《化妆品安全技术规范》则主要针对化妆品进行有害元素的测定[9]。纹身贴产品既符合化妆品的特性，又具有玩具的属性，建立适合纹身贴产品的有害元素及其迁移量的检测方法十分必要。

目前进行多元素测定方法主要使用电感耦合等离子体质谱法[10]。笔者采用水转印法对样品进行预处理[11]，有效分离纹身贴中的油墨，然后用微波消解法处理样品，可以避免易挥发元素的损失[12]，同时利用模拟人体胃液和模拟人体汗液对样品浸泡提取，采用电感耦合等离子体质谱法[13-14]分别对纹身贴样品中17 种有害元素含量及其在模拟人体胃液和模拟人体汗液中的迁移量进行测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪：NexION 2000型，美国珀金埃尔默仪器有限公司。

微波消解仪：CEM MARS 6 型，培安CEM 微波化学(中国)技术中心。

电子天平：Sartorius BT224S型，感量为0.1 mg，赛多利斯(上海)贸易有限公司。

超纯水处理系统：Milli-Q IQ 7000型，美国密理博公司。

24种金属元素混合标准溶液：其中含有硼、铝、铬、锰、钴、镍、铜、锌、砷、锶、镉、锡、锑、钡、铅元素，编号为GSB04-1767-2004，各元素质量浓度均为100 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

汞单元素标准溶液：编号为GSB 04-1737-2004，质量浓度为1 000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

硒单元素标准溶液：编号为GSB 04-1751-2004，质量浓度为1 000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

钪、锗、铟、铽内标混合储备溶液：编号为N9303832，各元素质量浓度均为10 μg/mL，珀金埃尔默仪器(上海)有限公司；

盐酸：电子级，质量分数为37%，苏州晶瑞化学有限公司。

硝酸：电子级，质量分数为65%，苏州晶瑞化学有限公司。

乙酸乙酯：色谱纯，国药集团化学试剂有限公司。

模拟胃液：准确量取6.3 mL 电子级盐酸，用纯水稀释至1 000 mL。

模拟汗液：准确称取氯化钠5 g、尿素1 g、DL乳酸1 g，用纯水稀释至1 000 mL。

氩气：液氩，纯度(体积分数)为99.999%，上海伟创标准气体有限公司。

氦气：纯度(体积分数)为99.99%，上海伟创标准气体有限公司。

彩色纹身贴样品：编号分别为1#～5#，市售。

1.2 仪器工作条件

射频功率：1 400 W；等离子体气：氩气，流量为15 L/min；辅助气：氩气，流量为1.2 L/min；雾化气：氩气，流量为1.12 L/min[15]；碰撞模式：KED模式；反应气：氦气；定量方法：内标法。17种目标元素和内标元素的质量数分别见表1和表2。

表1 17种目标元素的质量数Tab.1 Mass numbers of 17 target elements

表2 内标元素的质量数Tab.2 Mass numbers of internal standard elements

1.3 溶液配制

16种元素混合标准溶液：硼、铝、铬、锰、钴、镍、铜、锌、砷、硒、锶、镉、锡、锑、钡、铅的质量浓度均为1 mg/L，取1 只100 mL 塑料容量瓶，分别加入24 种金属元素混合标准溶液1 mL、硒单元素标准溶液0.1 mL，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至标线，混匀。

16 种元素系列混合标准工作溶液：取5 只100 mL 塑料容量瓶，分别加入16 种元素混合标准溶液0.5、1、2.5、5、10 mL，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至标线，配制成16种元素的质量浓度均分别为5、10、25、50、100 μg/L的系列混合标准工作溶液。

汞元素标准储备溶液：1 mg/L，取一只100 mL塑料容量瓶，加入0.1 mL 汞单元素标准溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至标线，混匀。

汞元素系列标准工作溶液：取5只100 mL塑料容量瓶，分别加入0.1、0.2、0.4、0.8、1.0 mL汞元素标准储备溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至标线，配制成汞的质量浓度分别为1、2、4、8、10 μg/L的系列标准工作溶液。

混合内标溶液：取1 只100 mL 塑料容量瓶，加入0.2 mL 钪、锗、铟、铽内标混合储备溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至标线，配制成钪、锗、铟、铽的质量浓度均为20 μg /L的混合内标溶液。

1.4 样品处理

1.4.1 测定纹身贴中有害元素含量的样品处理

将纹身贴背纸用纯水润湿并进行一定程度的按压，将图案转印至覆膜，用玻璃棒刮取油墨层，放入干燥缸内干燥24 h。称取干燥后的样品0.1 g (精确至0.1 mg)，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸，置于微波消解器中消解，消解程序：在120 ℃下保持10 min，升温至220 ℃，保持30 min。冷却后，用孔径为0.45 μm 的滤膜过滤，用纯水洗涤3 次，合并滤液并转移至25 mL 容量瓶中，用纯水定容至标线作为样品溶液。同时做试剂的空白试验。

1.4.2 测定纹身贴中有害元素迁移量的样品处理

在室温下，用50 mL塑料离心管，按照样品面积为10 cm2、模拟胃液或模拟汗液体积为50 mL 的比例，将样品分别浸没在模拟胃液和模拟汗液中，然后放入(37±2) ℃恒温水浴中超声30 min，用0.45 μm的滤膜过滤，收集滤液作为样品溶液。同时做模拟胃液或模拟汗液的空白试验。

1.5 实验方法

按照1.2 仪器工作条件，依次将空白溶液，系列标准工作溶液，待测样品溶液导入电感耦合等离子体质谱仪中，同时按照样品溶液与混合内标溶液体积比为1∶1 的比例在线加入混合内标溶液进行校正。以待测元素的质量浓度为横坐标，以质谱响应值为纵坐标，绘制标准工作曲线，利用质量浓度与质谱响应值的线性关系计算样品中待测元素的含量。

2 结果与讨论

2.1 测定纹身贴中有害元素含量的样品处理

纹身贴类产品分为3层，如图1所示。

图1 纹身贴结构示意图Fig.1 Structure diagram of tattoo stickers

若按照一般玩具的标准方法进行测试，仅仅是去除表面的覆膜，将背纸和油墨一起测试。但实际作用于皮肤表面的部分主要是中间层的油墨和胶黏剂混合层，背纸上的油墨和胶黏剂很难直接从产品表面刮取下来，因此如何分离背纸上的油墨和胶黏剂是该方法关注的重点。

在测定纹身贴中有害元素含量时，分别考察水转印法和整体空白扣除法两种样品处理方式。

水转印法是基于纹身贴易于水转的特点，直接将纹身贴背纸用纯水润湿，并进行一定程度的按压，分离背纸后将油墨和胶黏剂混合层直接转印到覆膜上面，放入干燥缸内干燥，然后进行微波消解。同时以覆膜作为水转印法的空白试验。

整体空白扣除法是去除覆膜后将纹身贴背纸连同油墨和胶黏剂混合层一起进行微波消解，同时将不含图案(油墨和胶黏剂)的背纸作为空白试验进行消解。测定结果扣除空白后即为纹身贴油墨和胶黏剂中的有害元素含量。

表3为不同消解温度下两种样品处理方法处理编号为1#～4#的纹身贴样品时铝元素的测定结果。由表3可知，当消解温度为180 ℃时，整体空白扣除法消解带有背纸的纹身贴样品时消解不完全，会产生残渣；当消解温度为220 ℃时，虽然能完全消解，但背纸中含有的干扰物质，抑制了铝元素的测试结果，增加了定量的不确定性。水转印法更易于消解完全，且通过空白试验发现覆膜中并不含有待测元素，因此直接转印对检测结果几乎没有影响。当消解温度为180 ℃时，水转印法也会有消解不完全的情况。综合考虑，选择水转印法作为纹身贴预处理方式，消解温度为220 ℃。

表3 纹身贴中铝元素含量测定结果Tab.3 Determination results of aluminum content in tattoo stickers

2.2 测定纹身贴中有害元素迁移量的样品处理

测定纹身贴中17种有害元素迁移量时，分别考察溶剂溶解萃取法和水转印法两种样品处理方法。

(1) 水转印法。同17种有害元素含量测定方法类似，考虑到油墨的质量较小，采用面积迁移试验方法进行测试。将10 cm2纹身贴用纯水润湿并按压，将油墨和胶黏剂直接转印到覆膜上，放入干燥缸内干燥，然后将样品粉碎成长、宽均小于0.5 mm 的碎屑，置于50 mL离心管中，加入50 mL模拟胃液或模拟汗液，放入恒温水浴中，在37 ℃温度下超声30 min，用0.45 μm的滤膜过滤。

(2) 溶剂溶解萃取法。根据纹身贴中的油墨和胶黏剂易溶于有机溶剂的特定，将纹身贴中的油墨和胶黏剂溶解于有机溶剂中。取10 cm2纹身贴，放入50 mL离心管中，加入20 mL有机溶剂乙酸乙酯，用超声波溶解油墨和胶黏剂混合层，然后加入50 mL模拟胃液或模拟汗液，放入恒温水浴中，在37 ℃温度超声30 min。将有机相分离，保留无机相，用0.45 μm的滤膜过滤。

两种样品处理方法处理编号为1#～4#的纹身贴样品时铝元素在模拟胃液中的迁移量测定结果见表4。由表4可知，乙酸乙酯虽然可以很好地溶解油墨和胶黏剂，但在加入模拟胃液或模拟汗液超声萃取时，一方面水相和有机相不易分离，另一方面有机溶剂中也可能含有部分待测元素，导致测定结果不准确。而水转印法将油墨和胶黏剂转印到覆膜上，在进行萃取时，只需将干燥后的样品粉碎到足够小，就能将纹身贴中的有害元素迁移出来，对测定结果并无太大影响，因此选取水转印法作为有害元素迁移量的样品处理方法。

表4 纹身贴中铝元素在模拟胃液中迁移量测定结果Tab.4 Determination results of migration amount of aluminum in tattoo stickers in simulated gastric juice

2.2.1 萃取方式选择

选择已知含量的阳性样品，用水转印法进行预处理，然后用模拟胃液对样品进行萃取。在37 ℃下，分别考察超声波萃取和水浴加热震荡萃取两种萃取方式的测定结果，其中水浴振荡萃取振荡时间为1 h，静置1 h，测定结果见表5。由表5可知，超声萃取30 min 和水浴震荡1 h 的测定值接近，但超声萃取用时更少，为提高检测效率选用超声萃取方式萃取。

表5 不同萃取方式纹身贴中4种元素在模拟胃液中迁移量测定结果Tab.5 Determination results of migration amount of four elements in tattoo stickers in simulated gastric juice at different extraction methods

2.2.2 汗液萃取温度选择

纹身贴暴露在皮肤表面有可能遇到温度较低的空调房间或太阳暴晒的户外，分别选择28、37、42 ℃对1#样品进行超声波萃取试验，结果如表6。由表6可知，在相同条件下，萃取温度越高，有害元素的迁移量越高。因为人体表面温度通常为37 ℃，而纹身贴通常贴在皮肤表层，所以选择37 ℃作为萃取温度。

表6 不同温度时纹身贴中4种元素在模拟汗液中迁移量测定结果Tab.6 Measurement results of migration of four elements in tattoo stickers in simulated sweat at different temperatures

2.3 质谱干扰及矫正

采用内标法消除操作条件对测定结果的干扰，采用45Sc、74Ge、115In、159Tb为内标，质量浓度为20 μg/L。多原子离子干扰是ICP-MS法测试中最常见且最严重的质谱干扰[16]，采用碰撞模式(KED 模式)消除多原子离子干扰。

2.4 线性方程与检出限、定量限

在1.2 仪器工作条件下，分别测定1.3 中配制的系列标准工作溶液和空白溶液，以各元素质量浓度为横坐标，以质谱响应值为纵坐标，分别绘制标准曲线，计算线性方程和相关系数。

按照所建方法测定阴性样品11次，计算测定值的标准偏差，以3倍标准偏差作为方法检出限，以10倍标准偏差作为方法的定量限。

17 种元素的质量浓度线性范围、线性方程、相关系数、方法检出限、定量限以及在模拟胃液和模拟汗液中迁移量的检出限、定量限见表7。由表7 可知，17 种元素的线性相关系数均大于0.999，线性良好。

表7 17种元素质量浓度线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限Tab.7 Linear range of 17 element mass concentrations, linear equation, correlation coefficient, detection limit and quantification limit

2.5 加标回收与精密度试验

分别对5#样品中17 种元素含量及其在模拟胃液和模拟汗液中的迁移量进行测定，然后用16种元素混合标准溶液和汞单元素标准溶液进行加标回收试验，其中硼、铝、铬、锰、钴、镍、铜、锌、砷、硒、锶、镉、锡、锑、钡、铅元素的加标质量浓度均为50 μg/L，汞元素的加标质量浓度为5 μg/L。在1.2 仪器工作条件下平行测定7 次，计算待测元素的相对标准偏差和加标回收率，结果列于表8。由表8可知，17种元素测定结果的相对标准偏差(RSD)为2.9%～15.0% (n=7)，样品加标回收率为80.0%～119.2%，表明该方法满足痕量分析要求。

表8 加标回收与精密度试验结果Tab.8 Results of spiked recovery and precision test

3 结语

用水转印法对纹身贴样品进行预处理，有害元素含量的测定用微波消解进行样品预处理，有害元素迁移量的测定采用模拟胃液和模拟汗液在37 ℃下超声提取30 min，利用电感耦合等离子体质谱法分别进行纹身贴有害元素含量和迁移量的测定，该方法满足纹身贴中多种有害元素含量及其迁移量的测定。