散粉类化妆品中镍、铜和铁的分析：皮肤暴露及健康风险的初步评估

《Toxics》：Analysis of Ni, Cu, and Fe in Loose Cosmetic Products: A Preliminary Dermal Exposure and Health Risk Assessment

　　

散粉类化妆品在日常妆容中被广泛使用；然而，它们可能构成消费者接触金属的一个来源，这些金属既有作为结构性矿物颜料而被有意添加的，也有作为原料来源的污染物而被无意引入的。本研究旨在定量测定波兰市场上散装面部化妆品（包括散粉、修容产品和眼影）中镍、铜和铁的浓度，并评估潜在的人体健康风险。经验证的微波消解后，研究人员采用微波等离子体-原子发射光谱法（MP-AES）对样品进行分析。通过计算危害商（HQ）、危害指数（HI）和终生癌症风险（LCR），对皮肤暴露的非致癌和致癌健康风险进行了评估。在所测试的大多数产品中均检测到了所分析的金属。四个化妆品样品中未检出镍，而其余产品中的镍浓度范围为0.45至37.57 mg/kg。铜浓度介于0.83至35.39 mg/kg之间，而铁浓度则从0.03×103变化至109.56×103 mg/kg。计算得到的HQ和HI值（最大HI = 8.91×10??）远低于1，表明不存在显著的非致癌健康风险。镍的估算终生癌症风险在安全范围内（5.63×10?12至8.28×10??）。因此，通过慢性皮肤暴露于所分析的金属不太可能对消费者构成全身毒性或致癌风险。然而，在浓度最高的样品中检测到的镍和铜含量可能会在敏感个体中引发局部过敏反应。这些发现强调了监测化妆品生产中使用的矿物原料纯度的必要性。

**散粉类化妆品中镍、铜和铁的分析：皮肤暴露及健康风险的初步评估——论文解读**

**一、研究背景与现存问题**

化妆品已成为现代消费者日常生活中不可或缺的组成部分，其历史可追溯至古代文明时期利用植物和动物来源原料的配方。现代化妆品中频繁检出重金属，这些元素要么作为功能性组分和矿物颜料被有意引入，要么因原料纯化不足或生产缺陷而作为原料污染物被无意带入。尽管单次使用后这些元素的痕量浓度通常不会立即构成全身性健康风险，但长期慢性使用受污染产品可能导致生物蓄积及不良局部皮肤反应，如接触性皮炎或荨麻疹。因此，严格的立法框架禁止或严格限制特定物质的允许浓度以保障公众健康。

在装饰性配方中评估金属浓度时，必须在毒理学上严格区分有意添加以实现结构或颜料功能的元素（如氧化铁中的铁）与真正的非功能性化学杂质（如镍）。散粉类化妆品构成一个独特的类别，其定义为通过合成或天然鬃毛刷及化妆粉扑施加于皮肤上的粉末状原料。这些产品通常直接涂抹于清洁后的皮肤，或叠加于湿性液体粉底或妆前乳之上以增强附着力和持久性。面部散粉主要用于定妆，而散装腮红、古铜粉和高光粉则用于勾勒面部轮廓并在不同面部区域引入特定的色调变化。眼影则专门用于美化眼周区域，呈现广泛的色谱。

重金属通过三种不同的生理途径被人体吸收：皮肤吸收、经口摄入和吸入。根据欧洲法规(EC) No 1223/2009，镍及其所有化合物被完全禁止作为有意添加成分用于化妆品中，唯一合法例外是在良好生产规范下技术上不可避免的痕量存在（例如作为天然矿物颜料的杂质）。相比之下，美国的监管方法较欧洲更为宽松，FDA未对化妆品中的镍实施特定禁令，但通过对着色剂和矿物颜料（如氧化铁）的严格纯度要求间接进行监管。

镍过敏是一个相对常见的健康问题，反复暴露可能导致镍在皮肤中蓄积并引发过敏性接触性皮炎。铜在美容学中被认为可能有助于激活和加速皮肤组织再生过程，并具有抗菌特性，但铜衍生物可能表现出强烈的刺激作用，尤其是在受损表皮屏障上使用时。铁支持真皮中的皮肤再生、解毒过程和胶原蛋白合成，氧化铁是面部化妆品中的常见成分，具有优异的遮盖性能，提供强烈着色并有助于呈现哑光外观，也用于防晒产品。尽管氧化铁通常被认为是安全的着色剂，但其在面部化妆品中的存在可能与某些健康风险相关，包括局部过敏反应和极端情况下的生物蓄积风险。

本研究的目的是定量评估波兰零售市场上用于面部和眼部妆容的散粉类化妆品（散粉、修容产品和眼影）中选定金属（镍、铜和铁）的含量，并评估与其长期使用相关的潜在健康风险。该研究的新颖之处在于，尽管液体和乳液类化妆品中金属的存在已被广泛研究，但散粉类配方在近期毒理学文献中仍相对较少被关注，尤其是在波兰国内市场背景下。选择这三种特定元素进行研究，是基于它们在散粉类化妆品基质中各自不同的技术功能和毒理学意义：铁代表装饰性化妆品的结构和颜料骨架（主要通过氧化铁）；镍是欧洲法律严格禁止的物质且是强效接触性过敏原；铜则处于中间位置，偶尔作为功能性试剂，但也存在与局部皮肤刺激和活性氧生成相关的风险。

**二、主要关键技术方法**

研究人员从波兰零售市场购买了三组散粉类化妆品：散粉（P1–P4）、修容产品（古铜粉BR1、腮红BL1、高光粉H1–H2）和眼影（E1–E6），采用分层随机抽样策略覆盖不同商业细分市场和零售价位段（平价、大众市场和中高端）。样品经微波消解（Topex+系统，Preekem，中国）后，使用微波等离子体-原子发射光谱法（MP-AES 4210，Agilent Technologies，美国）测定金属浓度。研究评估了线性、检出限（LOD）、定量限（LOQ）、重复性、中间精密度和加标回收率等验证参数，并考察了高浓度铁对镍和铜测定的潜在基质效应。健康风险评估采用美国环保署（USEPA）模型，计算慢性每日皮肤暴露量（CDDE）、危害商（HQ）、危害指数（HI）和终生癌症风险（LCR），参数依据SCCS指南和RIVM数据设定，并在最坏情景原则下假设产品直接涂抹于裸露皮肤。统计分析包括单因素方差分析（ANOVA）及Tukey事后检验、Pearson相关性分析、主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA，Ward法，欧氏距离）。

**三、研究结果**

**3.1 分析性能与验证指标**

研究人员对所建立的微波辅助消解及后续MP-AES测定方法进行了全面验证。所有分析物均获得优异的线性（R2 > 0.9999）。LOD和LOQ适用于化妆品样品分析，仅样品H2、E2、E3和E6中的镍浓度低于LOD。重复性以相对标准偏差（RSD）表示，范围为2.6%至9.1%，中间精密度范围为1.8%至11.4%，表明方法具有良好的重复性和稳定性。镍、铜和铁的加标回收率分别为96.0%–98.2%、92.8%–96.8%和94.7%–97.5%，证实了方法的准确性。仅在低镍和低铜浓度下观察到高浓度铁引起的基质效应，必要时采用稀释或标准加入校准。消解程序对消解时间和温度的微小变化具有稳健性，而H?O?的存在对于化妆品基质的高效分解至关重要。

**3.2 化妆品样品中分析金属的浓度**

镍在除四个样品（高光粉H2和眼影E2、E3、E6）外的所有分析样品中均被检出。散粉中镍浓度为0.56至37.57 mg/kg，修容产品中为0.45至3.76 mg/kg（一个样品低于LOD），眼影中为0.60至3.89 mg/kg（半数样品低于LOD）。所有化妆品中镍浓度最高的是散粉P4（37.57 ± 0.53 mg/kg），显著高于其他所有测试化妆品。类别分析显示，散粉中的镍含量显著高于修容产品和眼影。

铜在所有分析样品中均被检出。散粉中铜浓度为1.80至35.39 mg/kg，修容产品中为0.83至3.46 mg/kg，眼影中为1.33至27.19 mg/kg。浓度最高的是散粉P1（35.39 ± 0.30 mg/kg），最低的是高光粉H2（0.83 ± 0.07 mg/kg）。类别分析显示铜含量在各类别间无统计学显著差异。

铁在所有分析样品中均被检出。散粉中铁浓度为0.61×103至109.56×103 mg/kg，修容产品中为1.99×103至31.09×103 mg/kg，眼影中为0.03×103至66.55×103 mg/kg。浓度最高的是散粉P2（109.56×103 ± 2.14×103 mg/kg），最低的是眼影E2（0.03×103 ± 0.01×103 mg/kg）。类别分析显示铁含量在各类别间无统计学显著差异。

**3.3 分析金属间的相关性分析**

基于14个独立商业产品平均值计算的Pearson相关系数显示，镍与铜（r = ?0.135）、镍与铁（r = ?0.024）以及铜与铁（r = ?0.232）之间均不存在统计学显著的全局线性关系，表明这些金属在所分析的配方中可能不具有共同的污染来源。

**3.4 主成分分析（PCA）**

主成分分析的前两个主成分分别解释了总方差的41.94%（PC1）和34.02%（PC2），累计方差达75.96%。双标图显示，由眼影E1、E2和E6、高光粉H2、散粉P3和古铜粉BR1组成的标准配方簇聚集在原点附近，表现出高度均一的低水平基线金属谱。散粉P2和眼影E4向铁向量方向强烈迁移，反映其重度氧化铁颜料基质；散粉P4沿负PC2轴垂直向下迁移，精确对应镍向量轨迹，突出其关键污染异常；散粉P1和眼影E3沿负PC1轴向铜载荷向量方向强烈拉动。

**3.5 层次聚类分析（HCA）**

层次聚类分析（Ward法，欧氏距离，对数变换连接距离）生成的树状图在最高连接距离水平上将评估的化妆品解析为两个主要分支。最低子分支将散粉P2和眼影E4单独分离，反映其由大量铁基颜料驱动的独特组成状态。上部主分支进一步细分为不同类别节点：散粉P4、P3和高光粉H2形成紧密连接的子簇；眼影E2和E6直接与散粉P1配对；腮红BL1和眼影E5在极低连接距离下聚合，显示近乎完美的组成同质性。大多数眼影、高光粉和修容产品在较低连接距离阈值下密集聚集，证实了标准商业配方中存在均匀、无差异的基线谱。

**3.6 定量健康风险评估结果**

在所有评估的化妆品中，镍、铜和铁的HQ值均远低于安全阈值（HQ < 1），累积危害指数（HI）同样远低于安全阈值（最大HI = 8.91×10??，对应散粉P2），表明联合暴露于镍、铜和铁在假定暴露条件下不会构成显著的非致癌健康风险。镍的终生癌症风险（LCR）在检测到镍的产品中介于5.63×10?12（眼影E1）至8.28×10??（散粉P4）之间，远低于10??的可接受阈值，表明与测试化妆品相关的致癌风险在可耐受范围内。

**四、讨论与结论**

**讨论部分总结：**

**4.1 镍**：镍在所有功能类别中均严格作为非故意的、技术上不可避免的原料杂质存在。散粉中的镍含量呈统计学显著高于修容产品和眼影。散粉P4中升高的镍含量（37.57 mg/kg）可能源于矿物原料（如氧化铁、二氧化钛）中的天然杂质，或产品成分中米粉对土壤和灌溉水中镍的蓄积。尽管全身性致癌风险可忽略不计（LCR远低于10??），但镍作为强效接触性过敏原，其在敏感人群中的局部皮肤反应风险值得关注。镍氧化物需经氧化溶解后释放游离Ni2?离子，作为半抗原穿透皮肤屏障，通过Toll样受体4通路激活IV型迟发型超敏反应。散粉P4的镍浓度远超建议的5 mg/kg消费品安全阈值，对镍过敏人群构成真实的皮肤病学风险。

**4.2 铜**：铜在评估基质中呈现明显的操作二元性。在大多数产品中，铜作为偶然的、技术上不可避免的背景痕量杂质存在；而仅在散粉P2中，铜作为有意添加的护肤活性成分（INCI成分中声明含有葡萄糖酸铜）。金属铜的致敏潜力远低于镍，但游离Cu2?离子可通过类Fenton反应生成高活性羟基自由基，诱导局部氧化应激和急性皮肤炎症。相比之下，P2中有意使用的葡萄糖酸铜是化学稳定的螯合结构，在商业浓度下无刺激性和致敏性。

**4.3 铁**：在14个评估的散粉类化妆品中，铁在12个产品中主要作为有意添加的结构性组分和矿物着色剂而非污染物，其大量元素负荷直接通过标签上声明的氧化铁颜料引入。相比之下，无颜料散粉P4和眼影E6中检测到的低浓度铁代表真正的非故意背景加工杂质。高浓度氧化铁颜料在正常使用条件下被认为是化学惰性物质，所有测试样品的皮肤危害商远低于安全阈值，全身性慢性风险可忽略不计。

**4.4 类别与多变量趋势的毒理学和技术意义**：单变量和多变量统计的整合成功识别出个别高风险产品，显示特定散粉和眼影充当各元素的独立浓度峰值。类别比较揭示散粉呈现显著更高的镍污染风险，而铜和铁水平因组内高方差而在类别间重叠。缺乏显著Pearson相关性表明镍、铜和铁可能不具有单一共享的原料污染来源。PCA和HCA结果进一步支持独立进入机制的假设：铁的极端浓度直接与其功能角色相关（氧化铁颜料），而镍和铜（除P2中的活性成分外）作为非故意痕量杂质进入化妆品基质，可能来源于滑石、云母和高岭土等天然矿物基底中伴生的过渡金属地质化学沉积物。密集聚类表明大多数标准配方具有高度组成相似性，安全性评估不能依赖类别层面的泛化，需要对特定批次进行定期的、多元素独立监测。

**4.5 健康风险表征与展望**：所有分析产品均受欧洲法规(EC) No 1223/2009约束，镍及其化合物的有意使用被严格禁止，但法规允许技术上不可避免的痕量非故意存在。定量风险评估（HQ、HI、LCR）不能替代法规规定的全面化妆品安全评估，而是作为客观验证在现实市场条件下技术上不可避免杂质的全身性消费者安全的定量筛选工具。该方法的一个主要局限在于仅依赖皮肤吸收途径，由于标准毒理学数据库中缺乏铜、铁和可溶性镍盐的消费者吸入参考浓度，以及SCCS指南仅对口腔卫生产品和唇部化妆品参数化意外摄入模型，多途径暴露评估在数学上不可行。在最大化假设（直接涂抹于裸露皮肤）下计算的累积HI仍远低于基准值，模型成功充当了皮肤暴露的保护性上限阈值。

**研究结论翻译：**

本研究对波兰零售市场上可获得的散粉类彩色化妆品（包括散粉、修容产品和眼影）中的选定金属（镍、铜、铁）进行了全面的筛选水平评估，并评估了与其使用相关的健康风险。所应用的微波辅助消解和MP-AES程序经过验证，证明适用于可靠测定所分析化妆品基质中的这些元素。分析样品的INCI列表信息使得对检出的铁和铜进行更可靠的解释成为可能。根据声明的成分，除散粉样品P4和眼影样品E6外，大多数分析产品中存在含铁颜料或其他铁基成分，而含铜成分仅在散粉样品P2中声明。因此，在含有声明的铁基或铜基成分的产品中，这些金属可能与有意添加的组分相关，而在无此类声明的产品中，它们的存在更可能归因于污染物。然而，即使在含铁基或铜基成分的产品中，杂质的贡献也不能完全排除。基于该初步筛选的结果，可以就所评估产品的化学、技术和毒理学状态得出几个关键结论：所分析的散粉配方中确认的可定量水平的镍、铜和铁直接受商业产品的结构和功能组成控制。铁在大多数含颜料配方中主要作为有意掺入的结构性着色剂而非意外污染物。铜在评估基质中表现出双重操作状态，要么作为功能性护肤活性成分引入，要么作为嵌入散装基质中的非故意背景痕量杂质存在。相比之下，镍在所有功能类别中仅作为非故意的、技术上不可避免的原料杂质发挥作用。全身性风险的定量筛选表明，所有调查产品类别中的个体皮肤危害商和累积危害指数均比公认毒理学风险评估基准值1.0低多个数量级。同样，为镍计算的终生癌症风险远低于10??的安全可忽略参数，证实慢性皮肤暴露于这些化妆品极不可能对消费者造成全身毒性或致癌效应。与已证实的全身性安全概况形成鲜明对比的是，最高浓度样品中测得的镍（高达37.57 mg/kg）和铜（高达35.39 mg/kg）的局部浓度升高，构成触发局部皮肤病学反应的风险。在已有超敏反应或皮肤屏障受损的消费者中，这些绝对浓度负荷完全足以诱导过敏性接触性皮炎或外周刺激反应。为了成功弥合全身性数学安全与局部致敏风险之间的差距，建议原料供应商以天然矿物化妆品成分中总镍的严格技术纯度为目标。最终，由于十四个商业项目的小样本量和仅皮肤途径的专属关注，这些结果必须严格解释为初步筛选，而非整个国家市场的权威代表性图谱。然而，它们明确强调了持续独立监测化妆品纯度的必要性，并为未来开发整合吸入和摄入途径的多途径暴露模型以全面保护消费者健康提供了合理依据。