基于煅烧辅助光纤激光诱导击穿光谱技术实现防晒霜中钛/锌含量的同步检测

推荐：本研究针对防晒霜中TiO2/ZnO纳米颗粒检测需酸消解、成本高的问题，开发了煅烧辅助光纤激光诱导击穿光谱（FL-LIBS）技术。通过低功率激光（0.15 GW/cm2）结合改进的单点多线校准法（OP-MLC），实现了Ti/Zn同步检测（LOD达0.046/0.473 mg/g），精度提升至7.77%，为化妆品安全监管提供高效环保新方案。

　　

随着纳米材料在防晒化妆品中的广泛应用，二氧化钛(TiO₂)和氧化锌(ZnO)纳米颗粒的安全性问题引发关注。这些物理防晒剂虽能有效阻挡紫外线，但近年研究发现其可能引发细胞毒性、氧化应激和DNA损伤。欧盟、美国和中国均对防晒产品中TiO₂/ZnO含量实施严格限制（最高25%），但传统检测方法如ICP-AES/ICP-MS需复杂酸消解，X射线荧光光谱(XRF)设备昂贵，难以满足日常监管需求。

针对这一技术瓶颈，南京先丰纳米材料科技有限公司的研究团队在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》发表创新成果，开发出煅烧辅助光纤激光诱导击穿光谱(FL-LIBS)检测技术。该研究通过800℃煅烧将防晒霜转化为固体片剂，采用50W光纤激光器（0.15 GW/cm²低功率）激发等离子体，结合改进的单点多线校准法(OP-MLC)，成功实现Ti/Zn同步检测。关键技术包括：1）优化样品煅烧-压片预处理流程；2）基于Saha-Boltzmann方程计算等离子体参数；3）开发整合等离子体温度(T)和电子密度(N_e)的修正算法。

等离子体特性研究
通过移动最小值法扣除光谱基线，选用Ti II 336.1 nm和Zn II 255.7 nm谱线计算电子密度（3.27-4.54×10¹⁶ cm^-3）。Saha-Boltzmann图示法测得等离子体温度4480-5450 K，满足McWhirter判据的局部热平衡条件，自吸收系数0.28证实等离子体光学薄层特性。

常规LIBS性能评估
TiO₂/ZnO混合标准片显示：Zn校准曲线线性优异（R²>0.99），而Ti呈现双斜率特征（低浓度区斜率248.37 vs 高浓度区32.27）。湿基LOD达0.046 mg/g（Ti）和0.473 mg/g（Zn），回收率119.5%（Ti）和115.0%（Zn），但精度仅12.88%。

改进OP-MLC方法突破
引入等离子体参数校正后，Ti分析线性从0.9699提升至0.9989。对11种市售防晒霜检测显示：改进方法精度提升至7.77%，相对定量误差（11.16%）较常规LIBS降低53%，回收率优化至101.09%（Ti）和97.30%（Zn）。

该研究创新性地将煅烧预处理与低功率FL-LIBS结合，解决了有机基质激光烧蚀效率低的难题。通过等离子体参数动态校正，显著克服了TiO₂含量差异导致的基质效应（表现为烧蚀坑直径与等离子体参数的协同变化）。相比需要核反应堆的INNA法和万元级XRF设备，该技术设备成本降低90%，单样检测时间缩短至5分钟，为化妆品企业质控和监管部门现场检测提供理想工具。未来通过扩展标准物质库和优化多元素分析算法，该技术有望拓展至重金属快速筛查等领域。