高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定化妝品中5種含溴防腐劑

潘 晨，王枚博，吳思霖，王欣美，于 建，張 凱，王 柯，鄭 榮

(上海市食品藥品檢驗(yàn)所，上海 201203)

目前，化妝品中含溴防腐劑的檢測(cè)方法有高效液相色譜-紫外檢測(cè)法(HPLC-UV)[3-5]、高效液相色譜-電化學(xué)檢測(cè)法(HPLC-ECD)[6]和氣相色譜法(GC)[7]。這些方法存在一定不足，HPLC-UV法測(cè)定時(shí)在低波長(zhǎng)附近的干擾大，易出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。HPLC-ECD法雖有較高靈敏度，但ECD檢測(cè)器對(duì)HPLC系統(tǒng)中存在的氧(空氣)非常敏感，易造成檢測(cè)器不穩(wěn)定[8]。GC法可分析在UV上無(wú)特異吸收峰的化合物，但本課題組在前期篩查中發(fā)現(xiàn)，部分含溴化合物(如溴氯芬)的響應(yīng)不理想，2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的線性范圍窄。《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)也僅對(duì)2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的液相色譜測(cè)定法進(jìn)行規(guī)定，其余4種防腐劑的檢測(cè)方法未作收錄。

高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(HPLC-ICP-MS)是近年來(lái)快速發(fā)展的一種非常適合元素形態(tài)分析的方法。該方法結(jié)合了HPLC的高效分離能力及ICP-MS的高靈敏特點(diǎn)，為溴及含溴化合物的測(cè)定提供了強(qiáng)有力的檢測(cè)手段[9-14]。本課題組前期建立了2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的HPLC-ICP-MS測(cè)定法[15]，但其流動(dòng)相的有機(jī)相比例超過(guò)5%時(shí)易造成ICP-MS錐孔堵塞甚至熄火。本文進(jìn)一步建立了同時(shí)測(cè)定化妝品中5種含溴防腐劑的HPLC-ICP-MS法，通過(guò)引入氬氧混合氣作為ICP-MS的反應(yīng)氣，可實(shí)現(xiàn)流動(dòng)相中高比例有機(jī)相分析，拓展了方法的適用范圍。該方法靈敏度高，準(zhǔn)確性好，可用于化妝品中含溴防腐劑的快速篩查。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、1200 型高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent公司)；DS-800DTH 型超聲儀(上海生析超聲儀器有限公司)；MS 3 basic 型渦旋儀(德國(guó)IKA公司)；5810R型離心機(jī)(德國(guó) Eppendoff公司)；Milli-Q Reference A+型超純水儀(德國(guó) Millipore公司)。

1.2 儀器條件

1.2.1 色譜條件色譜柱：Agilent Eclipse-C18(150 mm×4.6 mm，5 μm)；流動(dòng)相：A為0.1%甲酸，B為甲醇，梯度洗脫程序：0～3 min，75%A；3～8 min，75%～40%A；8～10 min，40%～0%A；10～13 min，0%A；13～14 min，0%～75%A；14～15 min，75%A；流速為1.0 mL·min-1，柱溫為室溫，進(jìn)樣體積為10 μL。

1.2.2 質(zhì)譜條件射頻功率：1 550 W；采樣深度：10.0 mm；載氣流量：0.7 L·min-1；冷卻氣流速：15.0 L·min-1；反應(yīng)氣比例：17%，反應(yīng)氣為氬氧混合氣(體積比4∶1)；蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速：0.40 r/s；霧化室溫度：-2 ℃；采集質(zhì)量數(shù)：79Br；碰撞反應(yīng)模式，氦氣流速：4.0 mL·min-1；采用 TRA模式，積分時(shí)間：0.5 s，采集時(shí)間：960 s。采用有機(jī)進(jìn)樣專用炬管。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液的制備

1.4 樣品前處理

稱取樣品1.0 g，置于50 mL聚丙烯離心管中，加入含0.1%(體積分?jǐn)?shù))甲酸的甲醇溶液10 mL，充分渦旋振蕩混勻，超聲提取20 min，靜置至室溫，以10 000 r/min離心5 min，取適量上清液過(guò)0.22 μm濾膜，濾液備用。同時(shí)進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 ICP-MS條件的優(yōu)化

由于Br的電離能較高，其在 ICP-MS上的靈敏度比其它元素低，為獲得含溴化合物的最佳響應(yīng)值，在1 300～1 600 W范圍內(nèi)對(duì)射頻功率進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示，射頻功率對(duì)目標(biāo)分析物靈敏度的影響較為顯著，響應(yīng)值隨著射頻功率的增大而增強(qiáng)，當(dāng)射頻功率大于1 550 W時(shí)響應(yīng)值增加不明顯，因此選擇最佳射頻功率為1 550 W。

本實(shí)驗(yàn)在梯度洗脫時(shí)有機(jī)相比例達(dá)100%，可能導(dǎo)致ICP-MS信號(hào)不穩(wěn)定，并且有機(jī)相分解產(chǎn)生的碳粉亦可能導(dǎo)致ICP-MS錐口堵塞而熄火。通過(guò)引入氬氧混合氣(體積比4∶1)作為反應(yīng)氣[16-17]，使有機(jī)物與氧氣燃燒，可消除炬管和錐孔的碳沉積。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)分析物的響應(yīng)隨著反應(yīng)氣加入量的增大而降低，可能是因?yàn)檠鯕膺^(guò)多不利于等離子體的維持。當(dāng)反應(yīng)氣比例為17%時(shí)，既能夠有效消除積碳，且能達(dá)到較高的靈敏度。此外，通過(guò)降低霧化器的制冷溫度至-2 ℃，可降低有機(jī)溶劑的蒸氣壓，減少其到達(dá)等離子體炬焰的量，從而消除積碳。最終優(yōu)化的質(zhì)譜條件如“1.2.2”所示。

2.2 同位素的選擇

在質(zhì)量數(shù)選擇方面，Br的測(cè)定可以選擇79Br(50.54%)和81Br(49.46%)兩個(gè)同位素[10]。Br的質(zhì)譜分析主要為多原子干擾，受Ar 的干擾明顯，其中40Ar40Ar1H 干擾81Br的測(cè)定，40Ar38Ar1H干擾79Br 的測(cè)定。由于38Ar的相對(duì)豐度(0.063%)遠(yuǎn)低于40Ar(99.600%)，故40Ar38Ar1H 對(duì)79Br的干擾遠(yuǎn)小于40Ar40Ar1H對(duì)81Br的干擾。而在標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的測(cè)定中，79Br的基線噪音也優(yōu)于81Br，因此選擇79Br作為測(cè)量同位素。

圖1 3種提取溶劑對(duì)凝膠類樣品提取效果的比較Fig.1 Comparison of extraction efficiencies for gel samples by three solvents1.benzalkonium bromide；2.2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol；3.5-bromo-5-nitro-1,3-dioxane；4.methyldi-bromo glutaronitrile；5.bromochlorophene

圖2 5種含溴防腐劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L)的色譜圖Fig.2 Chromatogram of five bromine contained preservatives standard solution(50 mg/L)the numbers denoted are the same as those in Fig.1

2.3 色譜條件的優(yōu)化

分別考察了甲醇-水和乙腈-水2種流動(dòng)相的分離效果，發(fā)現(xiàn)乙腈為有機(jī)相時(shí)更易產(chǎn)生積碳且信號(hào)不穩(wěn)定，這是由于乙腈含碳比例高所致，因此選擇甲醇為有機(jī)相。進(jìn)一步比較了甲醇-水、0.1%甲酸-甲醇兩種流動(dòng)相，發(fā)現(xiàn)采用0.1%甲酸-甲醇梯度洗脫可提高待測(cè)成分的響應(yīng)，峰形尖銳，因此選擇0.1%甲酸-甲醇作為流動(dòng)相。

2.4 提取溶劑的選擇

根據(jù)目標(biāo)化合物的極性，分別考察了甲醇、90%甲醇水溶液、含0.1%甲酸的甲醇溶液作為提取溶劑對(duì)5種目標(biāo)化合物的提取效果。結(jié)果顯示，液態(tài)水基類、膏霜乳液類樣品均能很好地分散于上述3種溶劑中，提取回收率均在90%以上，且差異不明顯。但對(duì)于凝膠類樣品，采用甲醇和90%甲醇水溶液提取時(shí)，溴氯酚的回收率均低于70%，而改用0.1%甲酸的甲醇溶液提取時(shí)，其回收率得到顯著改善，且5種化合物的回收率均在90%以上(圖1)。故最終選用含0.1%甲酸的甲醇溶液作為提取溶劑。

2.5 線性關(guān)系與檢出限

精密移取適量1 000 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用流動(dòng)相逐級(jí)稀釋，配制成5種含溴防腐劑質(zhì)量濃度為0.5、1、2、5、10、20、50、100 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。取上述溶液10 μL進(jìn)樣測(cè)定，以各待測(cè)物的峰面積(y)對(duì)相應(yīng)的質(zhì)量濃度(x，mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由表1可知，5種含溴防腐劑均在0.5～100 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(r)均大于0.999。50 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見(jiàn)圖2。

篩選液態(tài)水基類、膏霜乳液類、凝膠類陰性樣品，各稱取1.0 g，添加混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量，按本方法進(jìn)行前處理并測(cè)定。信噪比(S/N)為3時(shí)，得到方法的檢出限(LOD)為1.5～3.0 μg/g(見(jiàn)表1)。其中，本方法對(duì)2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的檢出限(3.0 μg/g)遠(yuǎn)低于《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)中高效液相色譜法的檢出限(300 μg/g)。

表1 5種含溴防腐劑的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)與檢出限Table 1 Linear ranges,linear equations,correlation coefficients and limits of detection of five bromine contained preservatives

2.6 準(zhǔn)確度與精密度

取液態(tài)水基類、膏霜乳液類、凝膠類陰性樣品各1.0 g，平行6份，分別加入不同體積的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，按照本方法進(jìn)行前處理并測(cè)定，方法的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見(jiàn)表2。由表2可知，5種含溴防腐劑的回收率為91.2%～108%，RSD(n=6)為1.3%～4.2%，表明本方法的準(zhǔn)確度和精密度較高。

表2 回收率與重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of spiked recovery and repeatability test

圖3 典型樣品的色譜圖Fig.3 Chromatogram of a typical sample1.benzalkonium bromide；2.2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol

2.7 實(shí)際樣品的測(cè)定

針對(duì)陽(yáng)性樣品，采用現(xiàn)有國(guó)標(biāo)方法[2]與本方法進(jìn)行對(duì)比。由于苯扎溴銨尚無(wú)國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法，故僅對(duì)2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇作方法比較。結(jié)果表明，采用本方法測(cè)得護(hù)手霜和兒童潤(rùn)膚乳中2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的含量分別為0.020%和0.039%，國(guó)標(biāo)方法測(cè)得的含量分別為0.021%和0.041%。兩種方法測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差小于5%，說(shuō)明本方法具有較高的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論