Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и фтором при использовании зубных паст

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2012. Вып. 1. С. 246-253 Химия

УДК 502:549:546

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и фтором при использовании зубных паст

Н. П. Матвейко, С. В. Алферов

Аннотация. Определены важнейшие показатели безопасности 8 видов зубных паст: рН водной суспензии; содержание фторида, цинка, кадмия, свинца и меди. Установлено, что шесть видов изученных зубных паст удовлетворяют требованиям стандарта и СанПиН. Вместе с тем в двух образцах зубных паст содержание тяжелых металлов превышает требования стандарта и СанПиН в 2 и 5 раз соответственно.

Ключевые слова: зубные пасты, тяжелые металлы, потенциометрия, вольтамперометрия.

Введение

Для обеспечения здорового, полноценного и комфортного образа жизни человек использует многообразные средства гигиены. Наиболее широко распространенным средством гигиены являются зубные пасты, которые ежедневно (часто неоднократно) использует практически каждый человек. Зубные пасты представляют собой композиции, в состав которых входит значительный перечень различных веществ: абразивные, увлажняющие, связующие, пенообразующие, поверхностно-активные компоненты, консерванты, вкусовые наполнители, вода и лечебно-профилактические средства. Многие ингредиенты зубных паст являются достаточно токсичными, например фториды и лаурилсульфаты щелочных металлов. Хроническая интоксикация фторидом натрия вызывает заболевание костей и суставов, называемое флюорозом скелета. Фтор способен нарушать функцию щитовидной железы и повреждать человеческий мозг. Исследования, проведенные учеными США, показали, что фториды стимулируют рост опухолей и различных видов рака [1, 2].

Лаурилсульфат натрия очень хорошо проникает через кожу, изменяет белковый состав клеток, накапливается в тканях глаз, увеличивает риск возникновения язвенных поражений полости рта, это вещество оказывает

влияние на детородную функцию у мужчин, является потенциальным мутагеном и канцерогеном [3].

Помимо компонентов, специально вводимых в состав зубных паст, в них могут содержаться также тяжелые металлы. Все это обусловливает необходимость регламентирования требований к качеству зубных паст. Органолептические, физико-химические, микробиологические показатели качества зубных паст изложены в технических нормативных правовых актах (ТНПА): ГОСТ 7983-99, СанПиН 10-64 Республики Беларусь и СанПиН 1.2.676 Российской Федерации [4-6]. Важнейшими показателями безопасности зубных паст являются рН водной суспензии зубных паст, масса фторида в пересчете на фтор, массовая доля суммы тяжелых металлов.

Цель работы — определить рН водной суспензии, массу фторида в пересчете на фтор, содержание тяжелых металлов в наиболее часто применяемых зубных пастах.

Материалы и методы

Для исследований взяты образцы восьми наиболее широко применяемых зубных паст разного состава и различных производителей. Показания к применению и основной состав исследованных зубных паст приведены в табл.

1. Из табл. 1 видно, что практически все зубные пасты (за исключением пасты № 2) содержат фторид натрия. Согласно данным, представленным на упаковке зубной пасты, наименьшее количество фторида (в пересчете на фтор) содержит зубная паста № 8 — 500 мг/кг. В зубной пасте № 6 содержание фторида больше — 900 мг/кг. Для пасты № 1 в информации на упаковке указано содержание фторида (в пересчете на фтор) 500-1500 мг/кг. В зубных пастах №№ 3,5,7 содержится фторида натрия 1450 мг/кг (в пересчете на фтор). Наибольшее количество фторида натрия, как указано на упаковке, содержится в зубной пасте № 4 — 1476 мг/кг.

Определение концентрации водородных ионов (рН 25 % — ной водной суспензии зубных паст).

Методика определения концентрации водородных ионов изложена в стандарте ГОСТ 29188.2 [7].

Определение содержания фторида в зубных пастах.

Массовую долю фторида определяли потенциометрически после обработки зубной пасты раствором кислоты [4] с использованием рН-метра марки рН 150М, ионселективного фторидного электрода типа ЭГ-VI и хлорсеребряного электрода сравнения ЭВЛ-1М3 при рН раствора 5,0-5,5.

Определение тяжелых металлов в зубных пастах методом инверсионной вольтамперометрии.

В зубных пастах регламентируется массовая доля суммы тяжелых металлов, которая не должна превышать 0,002% [5,6]. Однако концентрация каждого конкретного элемента не регламентируется, что не позволяет судить о том, какой же из элементов в этой сумме находится в больших

Таблица 1

Показания к применению и основной состав зубных паст

№ образ- ца Показания к применению Основные ингредиенты

1 2 3

1 Профессиональная защита от кариеса, защита от пародонтоза Глицерофосфат кальция, лауралсульфат натрия, фторид натрия, оксид титана

2 Комплексный уход и отбеливание чувствительной эмали Лаурилсульфат натрия, гидроксиапатит, нитрат калия, гидрокарбонат натрия, оксид титана (IV), гидратированный оксид кремния (IV), цитрат цинка

3 Тройная защита, укрепление эмали, защита от действия кислот Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, оксид титана (IV), гидратированный оксид кремния (IV), гидроксид натрия, глицерин, экстракт лимона

4 Реминерализует и укрепляет эмаль, защита от кариеса, замедляет процесс потемнения зубов при курении, употреблении чая, кофе Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, оксид титана (IV), гидратированный оксид кремния (IV), оксид кремния (IV), экстракт лимона

5 Защита от кариеса, профилактика пародонтоза Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, гидратированный оксид кремния (IV), пирофосфат калия, дигидропирофосфат натрия, триклозан, экстракт лимона

6 Профилактика кариеса, бережное отбеливание Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, оксид титана (IV), гидратированный оксид кремния (IV), бензоат натрия, глицерин, экстракт мяты

7 Защита от кариеса и пародонтоза Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, гидратированный оксид кремния (IV), гидроксид натрия, триклозан, экстракт лимона

8 Предотвращает кариес, для детей старше 2 лет Лаурилсульфат натрия, фторид натрия, гидратированный оксид кремния (IV), пирофосфат натрия, вкусовая добавка “Клубника”

или меньших количествах, поэтому в работе проведены исследования по определению в зубных пастах цинка, кадмия, свинца и меди.

Наиболее доступным методом для определения тяжелых металлов в зубных пастах является инверсионная вольтамперометрия, имеющая

высокую чувствительность, хорошую воспроизводимость и экспрессность, невысокую стоимость оборудования [9].

Анализ на содержание тяжелых металлов выполнялся с применением анализатора вольтамперометрического марки ТА-4 и двухэлектродной электрохимической ячейки. В качестве индикаторного электрода использовали амальгамированную серебряную проволоку, а в качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода — хлорсеребряный электрод в 1М растворе хлорида калия.

Вольтамперные кривые регистрировали на фоне 0,4 М раствора муравьиной кислоты при условиях, изложенных в работе [10], определение выполняли методом добавок. Расчет содержания тяжелых металлов в пробах растительных масел выполняли по разности кривых фона, пробы и пробы с добавкой с использованием специализированной компьютерной программы «УЛЬаЪТх». Все результаты обрабатывали методами математической статистики [8].

Результаты и обсуждение

Измерение рН водных суспензий зубных паст.

Основной задачей измерения значений рН водных суспензий зубных паст было определить, насколько соответствуют значения этого показателя, полученные экспериментально, требованиям технических нормативных правовых актов (ТНПА) [4-6], согласно которым значение рН водных суспензий зубных паст не должны выходить за пределы интервала 5,5-10,5.

В табл. 2 представлены результаты измерения рН 25 % — ной водной суспензии зубных паст и их математической обработки.

Таблица 2

Значения рН 25 %-ной водной суспензии исследованных зубных паст

№ образца Средне арифметическое значение рН

1 2 3 4 5

1 7,31 0,018 0,25 7,31±0,03

2 8,34 0,014 0,17 8,34±0,02

3 6,01 0,022 0,36 6,01±0,03

4 6,07 0,017 0,29 6,07±0,03

5 7,42 0,010 0,13 7,42±0,02

6 7,33 0,031 0,42 7,33±0,05

7 7,94 0,019 0,24 7,94±0,03

8 8,23 0,010 0,12 8,23±0,02

Таким образом, экспериментальное определение рН 25%-ных водных суспензии зубных паст позволило установить, что этот показатель соответствует требованиям ТНПА [4-6] и не выходят за интервал значений, регламентируемых этими документами.

Определение содержания фторида в зубных пастах.

На основании результатов измерения потенциала фторидного электрода в градуировочных растворах в полулогарифмических координатах строили график зависимости значения потенциала фторидного электрода (мВ) от концентрации фторид-иона в растворе (моль/л),представленный на рисунке.

Й

кГ

ц

я

к

Я"

я

и

н

о

я

<и

я

я

о

г

я

со

<и

си

Я

ч

си

Он

и

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

1 267

Еср » = -19,1 1п(С) Я2 = 0,991 + 49,84

С р 234

180

131 С І

ОІ12

0,01

ОД

0,00001 0,0001 0,001

С, моль/л

Аппроксимация результатов анализа стандартных растворов

Используя измеренные значения потенциала фторидного электрода и градуировочную зависимость, было рассчитано содержание фторида в пробах зубных паст. Результаты исследований представлены в табл. 3.

Анализ данных табл. 3 показывает, что содержание фторида (в пересчете на фтор, мг/кг) для всех изученных образцов зубной пасты соответствует информации, представленной на упаковке. При этом величина показателя «масса фторида в пересчете на фтор (мг/кг)» не превышает требований СанПиН 10-64 и СанПиН 1.2.676 — 1500 мг/кг.

Инверсионно-вольтамперометрическое определение тяжелых металлов в зубных пастах.

Результаты, полученные на основании анализов пробы каждого вида зубной пасты, представлены в табл. 4.

Поскольку в изученных зубных пастах не обнаружен кадмий, то в табл. 4 колонка кадмия отсутствует. Из табл. 4 видно, что в четырех видах зубных

Таблица 3

Результаты исследования содержания фторида в зубных пастах

№ образца зубной пасты Концентрация фторида в растворе, Сф-104, моль/л Содержание фторида (в пересчете на фтор), Мг, мг/кг Относительное стандартное отклонение (Я), % Интервальное значение с доверительной вероятностью 95%, (Мср ±Ах), мг/кг

1 3,567 1350 1,1 1350±41

2 0 0 0 0

3 3,775 1440 0,9 1440±25

4 3,892 1470 1,0 1470±40

5 3,655 1430 1,0 1430±40

6 2,344 890 1,0 890±25

7 3,839 1450 1,0 1450±40

8 1,295 490 1,9 490±20

паст № 4,6,7,8 не содержится свинец. В зубных пастах № 2,5,7 не обнаружена медь. Во всех изученных образцах зубных паст содержится цинк.

Таблица 4

Содержание металлов в зубных пастах

№ образца зубной пасты Содержание металлов (х ± Ах), мг/кг Суммарное содержание металлов

Zn Вг, % РЬ Вг , % Си ^ \0 СО мг/кг СІ с а м%

1 41,80±0,03 0,05 0,242±0,002 0,6 0,419±0,003 0,5 42,461 0,0042

2 20,40±0,02 0,08 0,048±0,001 1,1 — — 20,448 0,0020

3 4,04±0,02 0,32 0,0050± ±0,0004 5,3 0,017± ±0,0003 1,3 4,062 0,0004

4 3,95±0,01 0,34 - — 0,117±0,001 0,7 4,067 0,0004

5 10,40±0,04 0,28 0,011±0,001 3,2 — 10,411 0,0010

6 9,24±0,04 0,29 - — 1,150±0,006 0,4 10,390 0,0010

7 102,00± ±0,04 0,03 — - — 102,00 0,0102

8 6,19±0,03 0,31 - — 0,084±0,001 0,9 6,274 0,0006

Сопоставляя полученные результаты с требованиями ТНПА, можно сделать вывод о том, что шесть видов изученных зубных паст удовлетворяют требованиям стандарта и СанПиН [4-6]. Вместе с тем в зубных пастах № 1 и № 7 содержание тяжелых металлов, экспериментально установленное

нами, превышает требования стандарта и СанПиН [4-6] в 2 и 5 раз соответственно. При этом повышенное содержание тяжелых металлов в них обусловлено преимущественно присутствием цинка, что может быть обусловлено введением в зубные пасты оксида цинка с целью придания им отбеливающих свойств. Следует отметить, что приведенные значения содержания тяжелых металлов характеризуют конкретные, использованные в настоящей работе образцы зубных паст и не могут быть распространены на другие, в том числе аналогичные виды зубных паст.

Выводы

1. Экспериментально установлено, что значения рН 25%- ной водной суспензии, исследованных зубных паст, находятся в интервале от 6,01± 0,03 до 8,34± 0,02 и не выходят за интервал значений, регламентируемых ГОСТ 7983-99 и СанПиН [4-6].

2. Показано, что определение фтора в зубных пастах потенциометрическим методом с применением ионселективного фторидного индикаторного электрода типа ЭР-У1 возможно с относительной погрешностью, не превышающей 2,25 % и относительным отклонением менее 1,9 %.

3. Определено, что содержание фторида (в пересчете на фтор, мг/кг) для всех изученных образцов зубной пасты соответствует информации на упаковке. При этом величина показателя «масса фторида в пересчете на фтор (мг/кг)» не превышает требований СанПиН [5-6] — 1500 мг/кг.

3. Инверсионной вольтамперометрией определено содержание Zn, Сё, РЬ, Си, в образцах 8 видов зубных паст. Установлено, что наиболее высокое суммарное содержание тяжелых металлов характерно для паст № 7 (102,00 мг/кг или 0,0102 %) и № 1 (42,461 мг/кг или 0,0042 %), что обусловлено присутствием цинка и превышает требования СанПиН [5-6].

Список литературы

1. Фтор [Электронный ресурс]. 2011. Режим доступа: http://staynatural/ru/tag/ftor/. Дата доступа: 27.01.2012.

2. О вреде фтора в зубных пастах [Электронный ресурс]. 2010. Режим доступа: http://vorsinova.uc. Дата доступа: 27.01.2012.

3. Лаурилсульфат натрия [Электронный доступ]. 2009. Режим доступа: http://ecoplaneta.com.ua/page_8.html. Дата доступа: 27.01.2012.

4. Зубные пасты. Общие технические условия. ГОСТ 7983-99. Введ. 01.01.2001 Москва: Межгоссовет по стандартизации, метрологии и сертификации. 2000.

31 с.

5. Гигиенические требования к производству, качеству и безопасности средств гигиены полости рта: СанПиН 10-64 РБ 98. Введ. 26.04.1998. Минск: Минздрав РБ, 1999. 32 с.

6. Гигиенические требования к производству, качеству и безопасности средств гигиены полости рта: СанПиН 1.2.676-97. Введ. 20.11.1997. М., 2009. 68 с.

7. Изделия косметические. Метод определения водородного показателя рН: ГОСТ 29188-91. Введ. 24.12.1991. М.: Издательство стандартов, 1992. 5 с.

8. Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч.1. М.: Дрофа, 2004. С.122.

9. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир, 2003. 589 с.

10. Матвейко Н.П., Кулак А.И. Инверсионно-вольтамперометрическое определение тяжелых металлов в чайном материале // Изв. национальной академии наук Беларуси. Сер. химических наук. 2011. №3. С.59.

Матвейко Николай Петрович (feut@bseu.by), доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физикохимии материалов, Белорусский государственный экономический университет.

Алферов Сергей Валерьевич (dr_alf@rambler.ru), ассистент, кафедра биотехнологии, Тульский государственный университет.

Environmental pollution by heavy metals and fluorine using

toothpastes

N.P. Matveyko, S.V. Alferov

Abstract. For 8 types of toothpastes the major safety parameters such as pH, content of fluoride (in terms of fluoride, mg/kg), zinc, cadmium, lead and copper has been determined. It was shown that 6 samples of toothpastes are satisfied to the functional standard. At the same time the content of heavy metals in the samples №1 and №7 exceeds the requirement of the functional standards.

Keywords: toothpastes, heavy metals, potentiometry, voltamperometry.

Nikolay Matveyko (feut@bseu.by), doctor of chemical sciences, professor, head of the physicochemical material department, Belarus State Economic University.

Sergey Alferov (dr_alf@rambler.ru), assistant, department of biotechnology, Tula State University.

Поступила 23.01.2012