综述：用于测定化妆品成分与污染物的绿色微萃取技术

《Analytica》：Green Microextraction Techniques for the Determination of Cosmetic Ingredients and Contaminants

　　

化妆品行业的快速增长和多样化导致配方日益复杂，含有大量生物活性成分、辅料和合成添加剂，通常通过先进的纳米结构体系递送。确保产品安全性、有效性和法规符合性需要能够准确检测声明成分和有害污染物（如重金属、邻苯二甲酸酯、亚硝胺以及禁用防腐剂和染料）的分析方法。传统样品制备方法通常溶剂消耗量大、耗时长且对环境造成负担，促使人们转向符合绿色分析化学原则的绿色微萃取策略。包括固相微萃取（SPME）、搅拌棒吸附萃取（SBSE）和分散液液微萃取（DLLME）在内的技术提供了小型化、节省溶剂的工作流程，对复杂化妆品基质具有更高的选择性和灵敏度。本综述总结了过去五年中用于测定化妆品中有机和无机物种的绿色微萃取方法的进展，重点介绍了它们与分离技术的集成以及在各类产品类别中的适用性，并强调了新兴趋势、分析挑战和朝着更可持续化妆品安全性评估的未来方向。

1. 1.
   引言
   化妆品行业在消费者需求增长、全球市场扩张和产品配方持续创新的推动下，产品多样性和化学复杂性均呈指数级增长。当今的化妆品和个人护理产品涵盖护肤霜、防晒霜、抗衰老精华、装饰性化妆品和多功能盥洗用品等广泛类别，每种产品均含有由数十至数百种化学物质组成的复杂配方，包括生物活性化合物（如肽、植物提取物和维生素）、乳化剂、防腐剂（如 parabens、isothiazolinones）、合成染料、紫外线（UV）滤光剂、表面活性剂和多种香料。美容功能与皮肤化妆品声称的融合进一步导致药物类成分的引入，通常以纳米结构或封装递送系统形式存在，从而增加了分析复杂性。与此同时，对稳健分析方法的需求变得至关重要，以确保产品安全性、有效性、标签准确性和法规符合性。准确量化和鉴定声明成分及非预期污染物对于保护消费者健康以及防止错误标签、假冒生产和掺假至关重要。有害污染物（包括铅、镉、砷等重金属，用作增塑剂和香料载体的邻苯二甲酸酯，某些表面活性剂系统中形成的副产物亚硝胺，以及禁用防腐剂和着色剂）的偶然或故意存在带来了显著毒理学和监管问题。传统样品制备方法（如固相萃取（SPE）和液液萃取（LLE））通常需要大量溶剂、冗长的处理时间，并造成环境和职业危害。相比之下，绿色微萃取技术（如 SPME、SBSE 和 DLLME）已成为环保替代方案。这些方法基于绿色分析化学（GAC）原则，强调减少危险试剂、最小化溶剂和能源消耗，并提高操作人员安全和环境兼容性。绿色微萃取技术通过提供小型化、节省溶剂的工作流程，显著减少所需有机溶剂体积和样品量，同时提高萃取选择性和灵敏度，体现了这些目标。通过策略性整合吸附材料、新型绿色溶剂（如离子液体、低共熔溶剂）和节能过程（如涡旋、超声波或微波辅助），这些技术即使在化学复杂的化妆品基质中也能实现高富集因子和定量回收率。此类创新不仅降低了分析程序对生态的影响，还简化了样品通量以及与气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）等先进检测平台的兼容性，使其非常适合化妆品安全性分析中的常规监测与法规符合性。本综述批判性审视了过去五年中用于测定化妆品中无机和有机物种的绿色微萃取技术的最新进展，重点放在每种方法的绿色方面及其在不同化妆品产品中的应用。
2. 2.
   吸附剂基微萃取
   吸附剂基微萃取是一种绿色、高效的样品制备方法，通过选择性吸附到固相材料上从复杂基质中分离目标分析物。SPME、SBSE 和织物相吸附萃取（FPSE）等技术利用多种吸附剂（包括二氧化硅、聚合物相和纳米材料）利用疏水性、π-π堆积和氢键等相互作用。这些方法最小化溶剂使用，增强灵敏度，并且非常适合化妆品中痕量分析，与气相色谱（GC）、液相色谱（LC）和毛细管电泳（CE）平台兼容。

2.1 固相萃取（SPE）

SPE 技术采用少量吸附剂（通常为几百毫克），填充在柱管或注射器筒中。吸附剂经调节后，通常数百毫升的水样通过，目标分析物被保留，大部分水被弃去，然后用小体积有机溶剂洗脱保留的分析物。该方法具有试剂和材料消耗低以及处理时间短等优点。有研究开发了基于分子印迹的膜保护微固相萃取（μSPE）方法用于测定化妆品中的局部麻醉剂。以布比卡因为模板分子，通过本体聚合合成分子印迹聚合物（MIP），并填充到中空纤维（HF）中作为萃取相，形成膜保护 μSPE 装置。样品 pH 为 9 时萃取效率最高。该方法对布比卡因及其类似物在 0.4–50 mg/L 浓度范围内呈线性响应，检出限（LODs）和定量限（LOQs）分别为 0.01–0.71 mg/L 和 0.04–2.35 mg/L。另有研究提出 Fe₃O₄@pectin@acetamide 用于化妆品中对羟基苯甲酸酯类（parabens）的磁性 SPE。甲基、乙基、丙基和丁基对羟基苯甲酸酯通过高效液相色谱（HPLC）分离，回收率良好。还有研究报道了多壁碳纳米管（MWCNT）@Zn 氧化物@磁铁矿纳米复合材料用于磁性 SPE 测定罗丹明 B，回收率超过 95%。G. Wejnerowska 等人比较了 SPE 和填充吸附剂微萃取（MEPS），发现 MEPS 富集因子较低（约 20），而 SPE 可达约 1000，但两者均显著减少有机溶剂消耗。此外，通过一步原位光聚合制备多孔整体聚合物微萃取棒用于定量糖皮质激素，回收率在 68.99% 至 111.54% 之间。总体而言，尽管基于 SPE 和 μSPE 的方法仍然强大且多功能，但许多报道的应用存在明显不足，包括检测限相对较高、依赖大量样品预处理、洗脱过程中溶剂消耗显著，以及即使使用先进吸附剂材料选择性和灵敏度提升也有限。

2.2 固相微萃取（SPME）

SPME 是一种无溶剂样品制备技术，用于从气体、液体或固体中分离和浓缩分析物。通常采用涂层纤维选择性吸附或吸收目标化合物，然后热解吸或溶剂洗脱进行分析。有研究利用斜发沸石涂层磁性纳米复合材料 SPME 定量化妆品中的罗丹明 B，仅需 10 mg 吸附剂即可高效萃取，回收率在 92.03% 至 101.52% 之间。S. Dugheri 等人提供了全自动 SPME 和 SPME Arrow 方案测定化妆品中毒性甲醛，经 O-(2,3,4,5,6-五氟苄基)-羟胺（PFBHA）衍生化后，SPME 和 SPME Arrow 的 LOD-LOQ 范围分别为 11–36 ng/L 和 8–26 ng/L。另有研究制造了多金属氧酸盐/还原氧化石墨烯复合材料作为 SPME 吸附剂用于某些 parabens 的萃取。ZnS@GO@WMCNTs 纳米复合材料嵌入 SPME 基底用于萃取罗丹明 B，LOD 为 4.8 μg/L，富集因子为 44。还合成了介孔苯腈功能化共价有机框架（TpBD-CN-COF）作为新型 SPME 纤维涂层，用于萃取六种对羟基苯甲酸酯，线性范围宽，LOD 低至 0.003–0.042 μg/L。总体而言，尽管这些研究凸显了 SPME 的多功能性和新材料开发的创造性，但也揭示了几个反复出现的弱点：许多方案因需要溶剂洗脱、衍生化试剂或大量后萃取处理而与“无溶剂”概念相矛盾；通过复杂纳米复合材料和 COF 材料实现的分析增益与更简单、更成熟的萃取方法相比往往有限；验证通常局限于少量加标水平和样品类型，对基质效应、涂层耐久性和实验室间重现性的评估不足。

2.3 搅拌棒吸附萃取（SBSE）

SBSE 是一种无溶剂样品制备技术，用于从液体样品中分离和浓缩痕量有机化合物。它采用涂有吸附相（通常为聚二甲基硅氧烷（PDMS））的磁力搅拌棒，在搅拌样品时吸收分析物。A. Chisvert 研究团队提出了三种不同的基于 SBSE 的方法。首先，开发了测定化妆品中多环芳烃（PAHs）的 SBSE 方案，使用 CoFe₂O₄ 纳米颗粒掺入还原氧化石墨烯（rGO）片中的磁性复合材料作为吸附剂，经 GC-MS 测定，在所有测试样品中均发现禁用的 PAHs。其次，将磁性纳米颗粒包埋在聚(二乙烯基苯-co-N-乙烯基吡咯烷酮)共聚物中，测定化妆品中禁用和限用香料成分（Lilial、Lyral 和甲基-N-甲基邻氨基苯甲酸酯），富集因子为 18–26，LODs 为 0.01–0.1 μg g^?1。第三，使用 CoFe₂O₄-Strata-X?-RP 复合材料作为磁性吸附材料，通过 LC-MS/MS 分离化妆品中的四氢大麻酚，富集因子为 19.3。总体而言，这些研究证明了 SBSE 结合创新磁性吸附材料时的多功能性、稳健性和高分析潜力，满足监管控制和质量保证的严格要求。

2.4 其他吸附剂基微萃取

开发了快速、灵敏且环保的双重预浓缩方法测定呋喃香豆素，结合微基质固相分散萃取和场增强样品进样。使用分子筛 KIT-6 作为吸附剂，富集因子高达 300。A. Gutierrez-Serpa 等人报道了使用金属有机框架 DUT-52 的薄膜微萃取（TFME）定量化妆品中的内分泌干扰物，分析物通过超高压液相色谱-UV/Vis（UHPLC-UV/Vis）分离，膜可重复使用至少 10 次。

1. 3.
   液相基微萃取
   液相微萃取（LPME）通过将分析物分配到小体积不混溶溶剂中，提供了一种小型化、环保的传统溶剂萃取替代方案。DLLME、单滴微萃取（SDME）和空纤维 LPME 等技术提供高富集因子、低溶剂使用和与 GC-MS 及 LC-MS 的强兼容性。使用离子液体和低共熔溶剂等绿色溶剂进一步增强了选择性，符合可持续分析实践。

3.1 分散液液微萃取（DLLME）

DLLME 是一种样品制备技术，用于预浓缩液体中的痕量化合物。将小体积萃取溶剂和分散溶剂快速注入样品，形成细密云雾状分散体，极大增加相间接触面积，使目标分析物快速迁移到萃取剂中。尽管已有许多关于使用 DLLME 测定 parabens 的方案，但许多研究主要强调方法性能指标，而对稳健性和实际样品适用性的批判性评估有限。有研究提出气助 DLLME 使用低共熔溶剂测定 parabens，但装置重现性和操作简便性未充分讨论。Gao 等人开发了离子液体 DLLME 结合磁性固相萃取测定 parabens，但整体程序分析复杂，涉及多个制备和分离步骤，且萃取溶剂并非完全良性。还有研究使用超声辅助低共熔溶剂 DLLME 测定甲基对羟基苯甲酸酯，方法更简单环保，但分析范围高度受限。基于脂肪酸低共熔溶剂空气辅助 DLLME 测定丁基对羟基苯甲酸酯，回收率良好，但所需低共熔溶剂体积较大，与 DLLME 的主要优势之一（即最少萃取剂消耗）相矛盾。超声-涡旋辅助 DLLME 结合 HPLC-DAD 分析常见 UV 滤光剂（如阿伏苯宗、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、乙基己基三嗪酮、奥克立林和奥克立林甲氧基肉桂酸酯），使用生物衍生溶剂苯甲醚作为萃取剂，甲醇作为分散剂。尽管近期报道了七种基于 DLLME 测定罗丹明 B 的方案，但大多数主要侧重于展示可行性和良好的分析指标，而对方法选择性、稳健性和实际限制的批判性讨论有限。一些研究使用非离子表面活性剂合成疏水性低共熔溶剂，但表面活性剂本身的环境持久性削弱了真正的绿色声称。其他研究探索了疏水性低共熔溶剂组合，但使用四氢呋喃（THF）作为分散溶剂，与开发环境友好和溶剂最小化微萃取方法的核心目标相矛盾。基于超分子溶剂的 DLLME 提供简单、低成本和快速萃取，但依赖 UV-Vis 分光光度检测，在复杂化妆品基质中分析选择性有限。还有研究使用非anoic 酸作为绿色萃取溶剂，是向环保 DLLME 更令人信服的一步，但分析性能相对较弱，LOD 较高。此外，还有基于低共熔溶剂的 DLLME 同时测定罗丹明 B 和 Brilliant Blue，但季铵盐的毒性和生物降解性未充分讨论。开发了可持续 UV-Vis 分光光度法测定胭脂红（E122）染料，基于辛酸:Aliquat 336:CoCl₂ 低共熔溶剂。提出了基于绿色疏水性低共熔溶剂的微萃取方案定量性激素（β-雌二醇、睾酮、炔雌醇、雌酮、孕酮），回收率良好。还有研究采用柱后衍生化结合反相 DLLME 使用天然低共熔溶剂（胆碱:乳酸）测定 N-亚硝基二乙醇胺，蒙特卡洛模拟验证了方法的稳健性。A. Chisvert 团队提出涡旋辅助 DLLME 测定禁用 N-亚硝胺，但相对回收率范围宽，表明基质效应强。两种不同 DLLME 方法用于测定禁用丙烯酰胺，一种结合衍生化，另一种结合 LC-MS/MS，均取得满意结果。此外，还有使用糖醇基低共熔溶剂超声辅助 DLLME 萃取烟酰胺，以及串联离子液体分散微萃取测定人工汗液提取物中的铅和镉。通过离子对 DLLME 结合火焰原子吸收光谱（FAAS）测定超痕量金，磁性离子液体 DLLME 测定牛奶和化妆品中的雌激素。总之，DLLME 在化妆品分析中展现出显著的多功能性和适应性，持续实现高效预浓缩、快速传质和低检测限，其持续发展特别是通过更绿色溶剂和简化工作流程，使其成为满足化妆品安全性评估严格分析需求的未来导向技术。

3.2 液液微萃取（LLME）

LLME 是经典液液萃取（LLE）的缩小版，通常使用微升级有机溶剂，使其更快、更便宜且更环保。基于低共熔溶剂涡旋辅助 LLME 结合荧光检测测定罗丹明 B，LOD 为 0.023 μg/L。类似方法用于测定 parabens，使用低粘度低共熔溶剂，回收率和精密度良好。还有研究使用低共熔溶剂 LLME 结合激发-发射荧光光谱和平行因子分析（PARAFAC）定量 parabens。GC 方法结合 LLME 测定香料中可疑过敏原，使用多种疏水性低共熔溶剂组分。热诱导 LLME 分离罗丹明 B，使用环己胺作为萃取溶剂，UV-Vis 检测。基于聚合物低共熔溶剂的 LLME 测定 parabens，使用聚乙二醇和薄荷醇，萃取时间缩短至 5 分钟。离子液体 LLME 定量天然化妆品中的大麻二酚，回收率约 80%。快速低共熔溶剂 LLME 结合分光光度法测定 Ponceau 4R 染料。还有研究使用低共熔溶剂 LLME 结合 FAAS 测定染发剂和指甲花样品中的铅和镉，以及测定化妆品中的铜和镉，其中低共熔溶剂可回收利用。可切换溶剂 LLME 定量水和化妆品中的罗丹明 B。总之，LLME 特别是与低共熔溶剂和先进溶剂系统结合时，已被证明是化妆品分析中强大、灵敏且多功能的方法，具有低检测限、良好精密度和高回收率，同时符合绿色分析化学原则。

3.3 其他微萃取技术

微波辅助微萃取使用低共熔溶剂（氯化胆碱:尿素）萃取柑橘香精霜中的氧杂环化合物，并结合 SPE 净化步骤。气体扩散微萃取用于分离香料过敏原，通过聚四氟乙烯（PTFE）膜将挥发性分析物从样品转移到接受相，该方法符合 GAC 和绿色样品制备（GSP）原则。云点萃取（CPE）用于分离和预浓缩苏丹 IV，以及超声辅助云点萃取测定 parabens，均取得良好回收率和精密度。

1. 4.
   结论
   化妆品配方日益复杂和更严格的法规要求推动了绿色微萃取技术的采用，作为传统样品制备方法的有效替代方案。与工业化妆品实验室常用的传统 SPE 和 LLE 方法相比，现代绿色微萃取方法将溶剂消耗降低了几个数量级，缩短萃取时间，通过工程吸附剂提高选择性，并显著降低环境和职业危害。吸附剂基技术（如 SPME、SBSE 和 FPSE）表现出优异的稳健性和重现性，同时几乎不需要有机溶剂。液相基微萃取方法，特别是采用低共熔溶剂和离子液体的 DLLME，提供最高的富集因子和灵敏度，特别适合痕量测定禁用物质。从环保角度，分光光度检测结合微萃取、基于 SPME 的方案和基于低共熔溶剂的 DLLME 代表最可持续的选择。总体而言，基于低共熔溶剂 DLLME 和吸附剂基 SPME/SPME Arrow 的微萃取技术提供了灵敏度、绿色性、稳健性和适合常规化妆品质量控制之间的最佳折衷。尽管取得了显著进展，但仍存在研究空白：缺乏评估方法绿色程度的标准化指标；许多方法使用加标样品而非广泛真实化妆品基质验证；关于长期稳健性、实验室间重现性和常规工业实施可扩展性的信息有限；自动化和在线耦合绿色微萃取技术与分析仪器仍待探索。