洗滌產(chǎn)品中防腐劑1,3-二羥甲基-5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲（DMDMH）的穩(wěn)定性研究

陳玉娥

廣州立白企業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東廣州，510370

1,3-二羥甲基-5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲（DMDMH）作為防腐劑，其殺菌譜廣，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、真菌、酵母菌等均有較好的抑菌殺菌效果，pH應(yīng)用范圍廣且配伍性好，因此廣泛應(yīng)用于日化產(chǎn)品中。DMDMH的殺菌機(jī)制主要有兩種：①緩慢釋放游離甲醛來(lái)起到抑菌、殺菌作用；②DMDMH結(jié)構(gòu)式中的N-羥甲基亦是殺菌基團(tuán)，可以直接殺滅細(xì)菌真菌[1-2]。眾所周知，甲醛雖然是一類(lèi)效果極好的化妝品防腐劑，但其致敏致癌率極高，安全性能很低，因此在許多行業(yè)被限制或限量使用。我國(guó)《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》對(duì)化妝品中游離甲醛的含量限定在0.2%以下，而《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）對(duì)DMDMH在化妝品中的最大允許使用濃度為0.6%。

DMDMH溶于水或其他極性溶劑時(shí)會(huì)逐步釋放出甲醛，同時(shí)分解出DMH（5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲）、3-MDMH（3-羥甲基-5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲）、1-MDMH（1-羥甲基-5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲）。隨著時(shí)間的推移、pH的升高以及濃度的變化，都會(huì)影響DMDMH的分解速率[3-4]。因此本文采用高效液相色譜法（HPLC）從pH、濃度以及時(shí)間三個(gè)方面考察了DMDMH水溶液的穩(wěn)定性，并考察了DMDMH在洗滌劑中分解產(chǎn)物，試圖尋找建立分解產(chǎn)物濃度和DMDMH原始添加量濃度的關(guān)系。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀，Agilent；UPLC-Xevo G2-XS QTof，Waters；分析天平，梅特勒托利多Mettler Toledo；Milli-Q超純水純化系統(tǒng)，Millipore。

DMDMH（95%，阿拉丁）；1-MDMH（98%，阿拉?。?；DMH（98.0%，阿拉?。?；2,4-二硝基苯肼（98.0%，阿拉丁）；甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/L，阿拉?。杭状假|(zhì)譜級(jí)（Merck公司），乙腈色譜級(jí)（Merck公司），乙酸為分析純（廣州化學(xué)試劑廠），甲酸質(zhì)譜級(jí)（Merck公司）。

0.1%磷酸水溶液：量取1 ml分析純磷酸，置于1000 ml容量瓶中，加純水定容后搖勻，即得。

2%醋酸水溶液：量取2 ml分析純醋酸，置于100 ml容量瓶中，加純水定容后搖勻，即得。

2,4-二硝基苯肼衍生溶液：稱(chēng)取2,4-二硝基苯肼0.2 g于100 ml容量瓶中，乙腈定容后搖勻。然后完全移取2%醋酸水溶液和2,4-二硝基苯肼乙腈溶液各100 ml于250 ml錐形瓶中充分混勻，即得2,4-二硝基苯肼衍生溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.1 DMDMH、MDMH、DMH色譜分析條件

色譜柱為Agilent Proshell 120 SB-Aq色譜柱（4.6 mm×150 mm，2.7 μm）；流動(dòng)相為甲醇∶0.1%磷酸水=3∶97，流量0.5 ml/min，檢測(cè)波長(zhǎng)208 nm，柱溫35 ℃，進(jìn)樣量5 μl。

1.2.2 DMDMH、MDMH、DMH液相色譜-質(zhì)譜分析條件

色譜柱為Waters ACQUITY UPLC BEHC18 (2.1 mm×50 mm，1.7 μm)，流動(dòng)相為甲醇∶0.1%甲酸水=5∶95，流量0.3 ml/min，進(jìn)樣量0.3 μl，質(zhì)譜條件為大氣壓電噴霧負(fù)離子（ESI-）模式，毛細(xì)管電壓2 V，錐孔電壓25 V，離子源溫度260 ℃，脫溶劑溫度350 ℃，電子倍增電壓550 V，碰撞電壓25 V。

1.2.3 甲醛色譜分析條件

色譜柱為ZORBAX TC-C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動(dòng)相為乙腈∶超純水=60∶40；流量1.0 ml/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：355 nm；柱溫25 ℃；進(jìn)樣量5 μl。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)品溶液的配制

DMDMH 標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱(chēng)取DMDMH 標(biāo)準(zhǔn)品0.05 g（精確至0.000 1 g）于50 ml容量瓶中，加入0.1 mol/L HCl水溶液定容至刻度，搖勻作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液使用。

1-MDMH溶液：稱(chēng)取1-MDMH標(biāo)準(zhǔn)品0.01 g（精確至0.000 1 g）于25 ml容量瓶中，加入0.1%HCl水溶液定容至刻度，搖勻作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液備用。

3-MDMH溶液：根據(jù)文獻(xiàn)[5]，3-MDMH可按如下方法由DMDMH 溶液制得：取DMDMH 200 mg于燒瓶中，加入100 ml甲醇，55 ℃水浴加熱15 min，然后加入0.1%HCl水溶液100 ml（冰水浴），即可得3-MDMH溶液。

DMH溶液：稱(chēng)取DMH標(biāo)準(zhǔn)品0.01 g（精確至0.000 1 g）于25 ml容量瓶中，加入超純水定容至刻度，搖勻作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液備用。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液：移取1.0 ml 100 mg/L甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液至10 ml容量瓶，用超純水定容至刻度，即得甲醛儲(chǔ)備液。移取不同體積甲醛儲(chǔ)備液至10 ml容量瓶中，用2,4-二硝基苯肼衍生液定容至刻度，搖勻靜置2 min，用0.2 μm濾膜過(guò)濾后作為待測(cè)甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液使用。

2 結(jié)果與討論

2.1 DMH、3-MDMH/1-MDMH以及DMDMH的色譜行為

DMDMH在溶于水或其他極性溶劑時(shí)會(huì)逐步釋放出甲醛，分解成1-MDMH、3-MDMH，直至最終產(chǎn)物DMH[3,5-6]。具體分解路徑見(jiàn)圖1。

圖1 DMDMH分解途徑

如圖2所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品溶液色譜峰的保留時(shí)間，可以確定在Proshell 120 SB-Aq色譜柱上DMH、1-MDMH、3-MDMH 以及DMDMH 四種化合物的保留時(shí)間依次為7.42、7.75、8.14、8.43 min，出峰順序與文獻(xiàn)[5-6]的研究結(jié)果吻合。

圖2 DMDMH（pH 9.36）水溶液色譜圖

2.2 DMDMH的質(zhì)譜研究

配置濃度約為0.5ppm的DMDMH甲醇水溶液進(jìn)行UPLC-MS分析（ESI-模式），如圖3所示。當(dāng)DMDMH溶液濃度極低時(shí)（約0.5ppm），配置后立即測(cè)試，其譜圖分別在1.65 min、1.54 min出現(xiàn)響應(yīng)（峰面積占比約為1∶1），且質(zhì)譜圖均顯示m/z 127.05為主離子峰。根據(jù)3-MDMH與DMH的UPLC-MS譜圖以及2.1中的色譜出峰規(guī)律，推測(cè)UPLC-MS譜圖中1.65 min處出峰為DMDMH，1.54 min處出峰為3-MDMH。根據(jù)DMDMH以及3-MDMH的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，其負(fù)離子模式下的分子離子峰應(yīng)分別為m/z 187.08、m/z 157.07，然而兩者的質(zhì)譜圖卻與DMH同樣，顯示主離子峰為m/z 127.05，這可能是由于DMDMH及其降解中間產(chǎn)物3-MDMH的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易在離子源內(nèi)裂解形成DMH結(jié)構(gòu)。對(duì)DMDMH MS圖的主離子峰m/z 127.05進(jìn)行MS-MS 分析，得到碎片圖如圖3中DMDMH MS-MS圖所示，推測(cè)其碎片可能結(jié)構(gòu)及斷裂方式如表1所示。

表1 127.05（m/z）的主要碎片及其斷裂方式推斷

圖3 DMDMH（0.5ppm）質(zhì)譜圖

2.3 pH對(duì)DMDMH溶液穩(wěn)定性的影響

采用pH分別為2.97、7.56、9.36的醋酸銨緩沖溶液配置初始濃度為1 000 ppm的DMDMH溶液，并考察其在不同時(shí)間（0～50 min內(nèi)）的含量比例變化。

由圖4可知，在0～50 min的考察時(shí)間里：①當(dāng)pH約為3時(shí)，DMDMH溶液中99.5%都為DMDMH，1-MDMH的含量約為0.5%，可能為標(biāo)準(zhǔn)品自帶雜質(zhì)。其含量隨時(shí)間延長(zhǎng)基本無(wú)變化，說(shuō)明酸性條件有助于提升DMDMH溶液的穩(wěn)定性。②當(dāng)pH為7.56時(shí)，DMDMH初始含量比例為70%左右，隨后在10 min內(nèi)迅速水解降至約25%后趨于穩(wěn)定。水解產(chǎn)物以3-MDMH為主，在10 min時(shí)達(dá)到75%左右，隨后含量比例保持穩(wěn)定，在0～50 min的水解過(guò)程中1-MDMH、DMH含量比例極低，小于0.6%。③當(dāng)pH為9.36時(shí)，DMDMH的水解速率進(jìn)一步加快，其初始值也只有約40%，在隨后的10 min內(nèi)進(jìn)一步水解降至約28%后趨于穩(wěn)定。水解產(chǎn)物仍以3-MDMH為主，在10 min時(shí)達(dá)到70%左右，隨后含量比例保持穩(wěn)定，整個(gè)水解過(guò)程中1-MDMH含量比例極低，在0.2%～0.5%之間，而最終水解產(chǎn)物DMH隨時(shí)間緩慢增加到1.2%。

圖4 pH對(duì)DMDMH溶液（0～50 min）穩(wěn)定性的影響

進(jìn)一步延長(zhǎng)不同pH值DMDMH水溶液的考察時(shí)間至2 d，由圖5可知，在0.1 mol/L HCl溶液中儲(chǔ)存的DMDMH儲(chǔ)備液最為穩(wěn)定，仍以DMDMH形式存在，而p H 分別為2.9 7、7.5 6、9.3 6 的DMDMH溶液中都同時(shí)存在DMH、1-MDMH、3-MDMH以及DMDMH 4種化合物。隨pH升高，DMH、1-MDMH 含量比例分別增加至3 5%、30%；3-MDMH在pH 3～7的酸性范圍內(nèi)含量比例穩(wěn)定在50%左右，當(dāng)pH值一步升高到9左右時(shí)，降低至20%；DMDMH含量比例則隨pH升高，從45%線(xiàn)性下降至15%。說(shuō)明3-MDMH、DMDMH在酸性條件下更為穩(wěn)定，而1-MDMH、DMH更多存在于堿性條件。DMDMH的水解過(guò)程會(huì)優(yōu)先產(chǎn)生3-MDMH，但在堿性條件下后續(xù)會(huì)逐漸生成1-MDMH、DMH。

圖5 pH對(duì)DMDMH溶液（2 d）穩(wěn)定性的影響

2.4 濃度值對(duì)DMDMH溶液穩(wěn)定性的影響

考察不同初始濃度（250、500 ppm）DMDMH溶液在0～50 min內(nèi)的穩(wěn)定性，具體結(jié)果如圖6所示：①當(dāng)pH約為3時(shí)，濃度變化對(duì)DMDMH穩(wěn)定性沒(méi)有影響，溶液中99.5%都為DMDMH。②當(dāng)pH為7.56時(shí)，DMDMH初始以及終含量比例都隨濃度降低而降低，水解速度則隨濃度降低大大增加。其水解產(chǎn)物主要以3-MDMH為主（含量比例約75%），且不隨濃度增加而變化，另一個(gè)中間產(chǎn)物1-MDMH的含量比例則始終小于2.5%。水解終產(chǎn)物DMH的含量比例則隨初始濃度降低由0.6%增加至15%，說(shuō)明提高濃度有助于DMDMH溶液的穩(wěn)定性。③當(dāng)pH為9.36時(shí)，DMDMH溶液的水解情況與pH 7.56時(shí)相仿，DMDMH含量比例隨濃度降低而降低，水解速率增加，水解產(chǎn)物也以3-MDMH為主（含量比例大于70%），隨濃度降低而略有增加。而1-MDMH、DMH的含量比例則小于2%，隨濃度降低變化不大。由此可見(jiàn)，增加DMDMH溶液的初始濃度也有助于提升其溶液穩(wěn)定性。

圖6 濃度對(duì)DMDMH溶液（0～50 min）穩(wěn)定性的影響

2.5 洗衣液產(chǎn)品中DMDMH穩(wěn)定性的研究

自制不同pH的洗衣液產(chǎn)品，DMDMH的初始理論添加量為400ppm，考察不同放置時(shí)間時(shí)洗衣液產(chǎn)品中DMDMH水解產(chǎn)物的含量。3-MDMH的含量以1-MDMH標(biāo)準(zhǔn)溶液計(jì)算。

根據(jù)DMDMH 的降解途徑可知，1 mol DMDMH釋放2 mol甲醛和1 mol DMH或1 mol甲醛和1 mol MDMH。因此根據(jù)MDMH和DMH的含量可以推算樣品中甲醛的理論釋放量和DMDMH的理論添加量。計(jì)算公式如下：

如圖7以及表2、表3所示，在不同pH的洗衣液產(chǎn)品中：①DMDMH的水解產(chǎn)物主要為DMH以及少量1-MDMH、3-MDMH。②根據(jù)DMDMH的水解產(chǎn)物MDMH、DMH實(shí)測(cè)值推算的DMDMH理論值與初始加入值吻合較好，其釋放的甲醛理論含量與實(shí)測(cè)值也吻合較好。因此可以通過(guò)MDMH、DMH或甲醛的含量來(lái)推算DMDMH的初始加入量。③考慮到甲醛的揮發(fā)性，對(duì)于儲(chǔ)存時(shí)間更長(zhǎng)的洗滌劑產(chǎn)品，通過(guò)測(cè)試MDMH、DMH的含量推算DMDMH的初始加入量會(huì)更為準(zhǔn)確。

圖7 洗衣液樣品色譜圖

表2 不同pH洗衣液里DMDMH水解產(chǎn)物的含量（室溫，14 h）

表3 不同pH洗衣液里DMDMH水解產(chǎn)物的含量（室溫，19h）

3 結(jié)論

本文研究了甲醛釋放體類(lèi)防腐劑DMDMH的水解機(jī)制以及pH、濃度對(duì)其穩(wěn)定性的影響，并建立了DMDMH水解產(chǎn)物的色譜測(cè)試方法。研究發(fā)現(xiàn)，DMDMH溶液在強(qiáng)酸（0.1 mol/L HCl溶液，pH為1）條件下最為穩(wěn)定；弱酸性條件（pH 3～6）以及濃度增加都有助于提升DMDMH溶液及其中間產(chǎn)物MDMH的穩(wěn)定性，但隨著pH的升高，會(huì)加速其水解進(jìn)程至最終產(chǎn)物DMH，影響顯著。同時(shí)DMDMH及3-MDMH的UPLC-MS圖顯示，兩者的化學(xué)結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定，容易在離子源內(nèi)裂解形成DMH，因此其質(zhì)譜圖主離子峰顯示為m/z 127.05。對(duì)于洗滌劑產(chǎn)品，其色譜圖顯示在不同pH的洗衣液中，DMDMH的水解產(chǎn)物主要為DMH以及少量1-MDMH、3-MDMH。我們可以通過(guò)測(cè)定其水解產(chǎn)物MDMH、DMH的含量來(lái)準(zhǔn)確推算DMDMH的初始加入量。