頂空氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定化妝品中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)督檢測研究院，國家化妝品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（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合成中間體。在這些原料的生產(chǎn)過程中，為提高芐基氯化銨的產(chǎn)率，往往加入過量的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)由多種途徑進入人體［4］。因此，我國《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，實際檢測時發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品中存在苯扎氯銨等芐基季銨鹽時易出現(xiàn)假陽性結(jié)果。經(jīng)過分析確認α-氯甲苯是苯扎氯銨在氣相進樣口高溫分解的產(chǎn)物。因此，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)檢測方法存在局限性，亟待建立新的檢測方法，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)確的檢測方法，可為化妝品中α-氯甲苯的檢測提供有效的技術(shù)手段，并作為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方法的補充和完善。α-氯甲苯和苯扎氯銨的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖見圖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 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A－5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、Agilent 7697A頂空進樣器（美國安捷倫公司）；BSA224S－CW電子天平（德國賽多利斯公司）；MS3 Basic渦旋振蕩器（德國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Millipore公司）。

α-氯甲苯（純度99.5%，德國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Merck公司）；氯化鈉（分析純，廣州化學(xué)試劑廠）；實驗用水（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)儲備液。分別精密移取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)儲備液于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，置于頂空進樣器中，待氣相色譜－質(zhì)譜測定。

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；進樣口溫度：170～200℃；分流比：5∶1；進樣體積：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℃；樣品平衡時間：30 min；加壓時間：0.2 min；充氣時間：0.2 min；樣品環(huán)平衡時間：0.05 min；進樣時間：0.5 min。

色譜條件：HP-INNOWAX毛細管柱（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，苯扎氯銨可能在進樣口降解而產(chǎn)生α-氯甲苯。因此，本文通過設(shè)置不同進樣口溫度（170～200℃），將100 μg/mL苯扎氯銨溶液直接進樣，按“1.4.1”條件檢測進行驗證，得到總離子流圖見圖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，得到苯扎氯銨降解產(chǎn)物信息（見表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，苯扎氯銨標(biāo)準(zhǔn)溶液直接進樣時在氣相色譜進樣口中會發(fā)生明顯熱降解而產(chǎn)生α-氯甲苯。進樣口溫度越高，分解產(chǎn)物響應(yīng)值越大，當(dāng)進樣口溫度為170℃時，雖然低于α-氯甲苯的沸點（179℃），但仍有α-氯甲苯和其他降解產(chǎn)物產(chǎn)生；當(dāng)進樣口溫度為200℃時，各分解產(chǎn)物響應(yīng)值趨于最大值，繼續(xù)升高進樣口溫度，分解產(chǎn)物響應(yīng)值趨于恒定。由此可見，采用標(biāo)準(zhǔn)方法時，進樣口溫度設(shè)置過低會導(dǎo)致樣品溶液氣化不完全，溫度過高又會使降解產(chǎn)物增多，因此該標(biāo)準(zhǔn)檢測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，α-氯甲苯峰面積接近最大，繼續(xù)提高平衡溫度時，響應(yīng)未明顯增大。考慮到80℃時已基本達到氣液平衡的飽和狀態(tài)，溫度過高會導(dǎo)致水蒸氣大量進入色譜柱，從而縮短色譜柱和質(zhì)譜檢測器的壽命。因此，頂空平衡溫度選擇80℃。

2.2.2 頂空平衡時間的選擇取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℃，考察不同平衡時間（10～35 min）對α-氯甲苯檢測的影響。結(jié)果表明：α-氯甲苯的峰面積隨著平衡時間的增加而增大，但當(dāng)平衡時間超過30 min后，α-氯甲苯峰面積達到最大值。因此，選擇頂空平衡時間為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℃，平衡時間為30 min，考察了加入不同質(zhì)量的氯化鈉（0.5～3.0 g）對檢測的影響。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

實驗比較了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α-氯甲苯時以m/z91為定量離子，以m/z91、126、65為定性離子［5］。但實際檢測時m/z91的干擾較多，通過不同基質(zhì)空白樣品的加標(biāo)回收實驗，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，并通過定性離子與定量離子豐度比對目標(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-氯甲苯的檢測需求。

2.6 回收率與相對標(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個不同濃度水平的α-氯甲苯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個濃度水平制作6個平行樣品，在優(yōu)化條件下處理并測定。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，完全滿足實際檢測需求。

2.7 實際樣品測定

采用本文建立的方法對25批次市售化妝品樣品（包括潤膚膏霜、乳液、洗發(fā)水和洗手液等）進行檢測。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)方法檢測時有2個樣品被檢出假陽性，含量分別為10.5、13.1 μg/g。表明使用本文所建立的方法測定時不會使苯扎氯銨降解產(chǎn)生α-氯甲苯。某抑菌洗手液分別采用兩種方法測定的總離子流色譜圖見圖3。

圖3 抑菌洗手液兩種方法測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，確證其在氣相進樣口會分解產(chǎn)生α-氯甲苯，提出《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）檢測α-氯甲苯方法存在缺陷。同時，通過優(yōu)化頂空條件、色譜分離條件和質(zhì)譜測定條件，建立了一種頂空氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用測定化妝品中α-氯甲苯的方法。該方法操作簡單、適用范圍廣，解決了假陽性結(jié)果的干擾，有效彌補了現(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。