頂空氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定化妝品中α-氯甲苯

柳華春，梁文耀，王繼才，夏澤敏，熊小婷，彭榮飛，譚建華*

（1.廣州市疾病預(yù)防控制中心，廣東 廣州510440；2.廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，國(guó)家化妝品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣州），廣東 廣州511447）

α-氯甲苯（別名氯化芐、芐基氯）是芐基季銨鹽等化妝品原料的重要有機(jī)合成中間體。在這些原料的生產(chǎn)過(guò)程中，為提高芐基氯化銨的產(chǎn)率，往往加入過(guò)量的α-氯甲苯導(dǎo)致其在原料中的殘留［1－3］，并從而帶入化妝品中。α-氯甲苯具有皮膚刺激性，可經(jīng)由多種途徑進(jìn)入人體［4］。因此，我國(guó)《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）［5］將α-氯甲苯列為禁用組分。

目前，α-氯甲苯的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法［4－11］、頂空氣相色譜法［2,12－13］、氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［14－16］、液相色譜法［1,17］等，其中《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）采用氣相色譜法測(cè)定α-氯甲苯，確證方法為氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［5］。然而，實(shí)際檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品中存在苯扎氯銨等芐基季銨鹽時(shí)易出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。經(jīng)過(guò)分析確認(rèn)α-氯甲苯是苯扎氯銨在氣相進(jìn)樣口高溫分解的產(chǎn)物。因此，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法存在局限性，亟待建立新的檢測(cè)方法，以提高方法的適用性和有效性，滿足化妝品質(zhì)量安全監(jiān)管的需要。本文選取液態(tài)水劑類、膏霜類和乳液類化妝品為考察基質(zhì)，并通過(guò)優(yōu)化樣品前處理、頂空條件和色譜－質(zhì)譜條件等因素，建立了快速、高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，可為化妝品中α-氯甲苯的檢測(cè)提供有效的技術(shù)手段，并作為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方法的補(bǔ)充和完善。α-氯甲苯和苯扎氯銨的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 α-氯甲苯和苯扎氯銨的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagrams of α-chlorotoluene and benzalkonium chloride

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A－5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、Agilent 7697A頂空進(jìn)樣器（美國(guó)安捷倫公司）；BSA224S－CW電子天平（德國(guó)賽多利斯公司）；MS3 Basic渦旋振蕩器（德國(guó)IKA公司）；KQ－250DV型數(shù)控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；Milli-Q純水系統(tǒng)（美國(guó)Millipore公司）。

α-氯甲苯（純度99.5%，德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司）；苯扎氯銨（十二烷基芐基二甲基氯化銨、十四烷基芐基二甲基氯化銨、十六烷基芐基二甲基氯化銨）為分析純（上海安譜有限公司）；甲醇（色譜純，德國(guó)Merck公司）；氯化鈉（分析純，廣州化學(xué)試劑廠）；實(shí)驗(yàn)用水（18.2 MΩ·cm）由Milli-Q純水系統(tǒng)制備。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取α-氯甲苯對(duì)照品0.100 0 g（精確至0.1 mg），置于100 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，混勻，即得質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL的α-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。分別精密移取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，配成質(zhì)量濃度分別為1.0、2.0、5.0、10.0、50.0、100.0、500.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 樣品前處理

稱取樣品2.0 g（精確至1 mg），置于頂空進(jìn)樣瓶中，加入1.0 g氯化鈉和8 mL水，密封后渦旋混勻，超聲5 min，置于頂空進(jìn)樣器中，待氣相色譜－質(zhì)譜測(cè)定。

1.4 儀器分析條件

1.4.1 苯扎氯銨降解產(chǎn)物的分析條件色譜條件：HP－5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣（He），恒流模式，流量為1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：170～200℃；分流比：5∶1；進(jìn)樣體積：1 μL；程序升溫：40℃，保持3 min，再以15℃/min升至250℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：輔助接口溫度：250℃；電離方式：電子轟擊（EI）源；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；電離能量：70 eV；全掃描監(jiān)測(cè)模式（SCAN），掃描范圍（m/z）：50～500。

1.4.2α-氯甲苯的分析條件頂空條件：頂空瓶：20 mL；樣品平衡溫度：80℃；樣品環(huán)溫度：100℃；傳輸線溫度：110℃；樣品平衡時(shí)間：30 min；加壓時(shí)間：0.2 min；充氣時(shí)間：0.2 min；樣品環(huán)平衡時(shí)間：0.05 min；進(jìn)樣時(shí)間：0.5 min。

色譜條件：HP-INNOWAX毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣（He），恒流模式，流量為1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：200℃；分流比：5∶1；程序升溫：40℃，保持1 min，20℃/min升至250℃，保持1 min。

質(zhì)譜條件：輔助接口溫度：250℃；電離方式：電子轟擊（EI）源；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；電離能量：70 eV；選擇離子監(jiān)測(cè)模式（SIM）m/z：128、126、65、91。

2 結(jié)果與討論

2.1 苯扎氯銨熱降解產(chǎn)物分析

采用《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試市售某抑菌洗手液，檢出α-氯甲苯的含量為12.5 μg/g。分析該洗手液的配方成分，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品含有0.1%苯扎氯銨。由于標(biāo)準(zhǔn)方法采用的是氣相色譜法，苯扎氯銨可能在進(jìn)樣口降解而產(chǎn)生α-氯甲苯。因此，本文通過(guò)設(shè)置不同進(jìn)樣口溫度（170～200℃），將100 μg/mL苯扎氯銨溶液直接進(jìn)樣，按“1.4.1”條件檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，得到總離子流圖見(jiàn)圖2，并根據(jù)出峰物質(zhì)的離子質(zhì)譜圖，參考儀器自帶NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)，得到苯扎氯銨降解產(chǎn)物信息（見(jiàn)表1）。

圖2 苯扎氯銨溶液的氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatograms of benzalkonium chloride solution by GC－MS

表1 苯扎氯銨降解產(chǎn)物信息Table 1 Degradation products information of benzalkonium chloride

由表1和圖2可見(jiàn)，苯扎氯銨標(biāo)準(zhǔn)溶液直接進(jìn)樣時(shí)在氣相色譜進(jìn)樣口中會(huì)發(fā)生明顯熱降解而產(chǎn)生α-氯甲苯。進(jìn)樣口溫度越高，分解產(chǎn)物響應(yīng)值越大，當(dāng)進(jìn)樣口溫度為170℃時(shí)，雖然低于α-氯甲苯的沸點(diǎn)（179℃），但仍有α-氯甲苯和其他降解產(chǎn)物產(chǎn)生；當(dāng)進(jìn)樣口溫度為200℃時(shí)，各分解產(chǎn)物響應(yīng)值趨于最大值，繼續(xù)升高進(jìn)樣口溫度，分解產(chǎn)物響應(yīng)值趨于恒定。由此可見(jiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，進(jìn)樣口溫度設(shè)置過(guò)低會(huì)導(dǎo)致樣品溶液氣化不完全，溫度過(guò)高又會(huì)使降解產(chǎn)物增多，因此該標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法并不適用于含苯扎氯銨的化妝品樣品。鑒于苯扎氯銨和α-氯甲苯的揮發(fā)性具有明顯差異，因此采用頂空氣相色譜－質(zhì)譜法測(cè)定。

2.2 頂空條件的優(yōu)化

2.2.1 頂空平衡溫度的選擇取10 mLα-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液于20 mL頂空瓶中，按“1.4.2”條件進(jìn)行頂空氣相色譜－質(zhì)譜分析，考察不同頂空平衡溫度（65～90℃）對(duì)分析的影響。結(jié)果表明：α-氯甲苯的峰面積隨平衡溫度上升而增大，當(dāng)平衡溫度為80℃時(shí)，α-氯甲苯峰面積接近最大，繼續(xù)提高平衡溫度時(shí)，響應(yīng)未明顯增大?？紤]到80℃時(shí)已基本達(dá)到氣液平衡的飽和狀態(tài)，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致水蒸氣大量進(jìn)入色譜柱，從而縮短色譜柱和質(zhì)譜檢測(cè)器的壽命。因此，頂空平衡溫度選擇80℃。

2.2.2 頂空平衡時(shí)間的選擇取10 mLα-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液于20 mL頂空瓶中，選定平衡溫度為80℃，考察不同平衡時(shí)間（10～35 min）對(duì)α-氯甲苯檢測(cè)的影響。結(jié)果表明：α-氯甲苯的峰面積隨著平衡時(shí)間的增加而增大，但當(dāng)平衡時(shí)間超過(guò)30 min后，α-氯甲苯峰面積達(dá)到最大值。因此，選擇頂空平衡時(shí)間為30 min。

2.2.3 頂空瓶中加鹽量的選擇氯化鈉可用于改善有機(jī)物在水中的溶解度以提高頂空方法的靈敏度，取10 mLα-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液于20 mL頂空瓶中，選定平衡溫度為80℃，平衡時(shí)間為30 min，考察了加入不同質(zhì)量的氯化鈉（0.5～3.0 g）對(duì)檢測(cè)的影響。結(jié)果顯示：添加1.0 g氯化鈉后α-氯甲苯的峰面積已接近最大，故選擇添加1.0 g氯化鈉以提高方法靈敏度。

2.3 色譜柱的選擇

實(shí)驗(yàn)比較了3種極性不同的氣相色譜柱HP－5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）、DB－35MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）和HP－INNOWax（60 m×0.25 mm×0.25 μm）對(duì)α-氯甲苯與化妝品基質(zhì)的分離效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：α-氯甲苯在強(qiáng)極性柱中保留較好，可有效分離化妝品基質(zhì)與目標(biāo)物。因此，選擇HPINNOWax（60 m×0.25 mm×0.25 μm）為分析色譜柱。

2.4 定性、定量離子的選擇

標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)α-氯甲苯時(shí)以m/z91為定量離子，以m/z91、126、65為定性離子［5］。但實(shí)際檢測(cè)時(shí)m/z91的干擾較多，通過(guò)不同基質(zhì)空白樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)m/z126的干擾少，定量準(zhǔn)確，因此選擇m/z126為定量離子，以m/z128、126、91、65為定性離子，并通過(guò)定性離子與定量離子豐度比對(duì)目標(biāo)化合物確證。

2.5 線性關(guān)系、方法檢出限與定量下限

取100 μL不同質(zhì)量濃度的α-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，置于含有1.0 g氯化鈉和10 mL水的頂空瓶中，迅速密封，于80℃下平衡30 min后按“1.4.2”儀器條件分析，得總離子流色譜圖。以α-氯甲苯的質(zhì)量濃度（X，μg/mL）為橫坐標(biāo)，定量離子峰面積（Y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；分別以3倍信噪比（S/N=3）和S/N=10計(jì)算方法檢出限（LOD）和定量下限（LOQ）。結(jié)果表明：α-氯甲苯在0.01～5.00 μg/mL范圍內(nèi)線性良好，線性方程Y=81 590X+404.8，r=0.999，LOD為0.02 μg/g，LOQ為0.05 μg/g，滿足化妝品中α-氯甲苯的檢測(cè)需求。

2.6 回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

在3種基質(zhì)（液體、膏霜、乳液）空白樣品中分別加入低、中、高3個(gè)不同濃度水平的α-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個(gè)濃度水平制作6個(gè)平行樣品，在優(yōu)化條件下處理并測(cè)定。結(jié)果顯示：α-氯甲苯在液體基質(zhì)中的加標(biāo)回收率為95.2%～98.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.5%～3.8%；膏霜基質(zhì)中的加標(biāo)回收率為91.3%～96.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.4%～4.9%；乳液基質(zhì)中的加標(biāo)回收率為93.4%～97.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.8%～4.0%，具有較高的準(zhǔn)確度和較好的精密度，完全滿足實(shí)際檢測(cè)需求。

2.7 實(shí)際樣品測(cè)定

采用本文建立的方法對(duì)25批次市售化妝品樣品（包括潤(rùn)膚膏霜、乳液、洗發(fā)水和洗手液等）進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果顯示，所有樣品中α-氯甲苯的含量均低于方法檢出限，初步表明化妝品中α-氯甲苯殘留的質(zhì)量狀況較好。但采用標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)時(shí)有2個(gè)樣品被檢出假陽(yáng)性，含量分別為10.5、13.1 μg/g。表明使用本文所建立的方法測(cè)定時(shí)不會(huì)使苯扎氯銨降解產(chǎn)生α-氯甲苯。某抑菌洗手液分別采用兩種方法測(cè)定的總離子流色譜圖見(jiàn)圖3。

圖3 抑菌洗手液兩種方法測(cè)定的總離子流色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram of an antibacterial liquid soap sample by different detection methods

3 結(jié)論

本文通過(guò)剖析苯扎氯銨類物質(zhì)熱分解產(chǎn)物的成分，確證其在氣相進(jìn)樣口會(huì)分解產(chǎn)生α-氯甲苯，提出《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）檢測(cè)α-氯甲苯方法存在缺陷。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化頂空條件、色譜分離條件和質(zhì)譜測(cè)定條件，建立了一種頂空氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定化妝品中α-氯甲苯的方法。該方法操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣，解決了假陽(yáng)性結(jié)果的干擾，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方法的不足，且大大提升了方法的靈敏度，可為化妝品質(zhì)量安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。