高效液相色譜法同時檢測牙膏中19種合成著色劑

石興紅，羅金梅，楊淡梅，符秋美，邱穎姮，鄔曉鷗，王曉煒

（深圳市藥品檢驗研究院，國家藥品監督管理局化妝品監測評價重點實驗室，廣東 深圳 518000）

牙膏是由摩擦劑、保濕劑、增稠劑、發泡劑、芳香劑、水和其他添加劑為主要原料混合組成的膏狀物質［1］，具有清潔口腔、防齲、抑牙菌斑、抗牙本質敏感、減輕牙齦問題等功能，是人們日常生活的必需品。牙膏中的著色劑主要起改善產品感觀、提升使用者體驗的作用，尤其是兒童牙膏，鮮艷的顏色更容易吸引孩子們的注意。由于兒童刷牙過程中可能存在吞咽現象，其安全風險因素尤需高度關注。

著色劑按來源可分為無機著色劑、天然著色劑和合成著色劑三大類，牙膏中常見的著色劑以合成著色劑為主，如食品紅12、食品黃4、食品藍2等［2］。合成著色劑具有色調多、著色力強、穩定性好、價格低廉等特點，在食品加工業和化妝品中被廣泛應用；但合成著色劑主要以苯、甲苯、萘等芳烴類化工產品為原料，經過磺化、鹵化、偶氮化等一系列有機反應化合而成，長期或過量使用可能引起瘙癢、疼痛等不良反應，嚴重者甚至影響肝腎功能、產生遺傳毒性和致癌性等危害人類健康［3－4］，因此，我國《化妝品技術規范》（2015年版）（以下簡稱《規范》）對合成著色劑的使用范圍及使用量都有明確規定［5］。我國《化妝品監督管理條例》第77條指出：“牙膏參照本條例有關普通化妝品的規定進行管理”［6］。目前食品、化妝品中著色劑的檢測方法已有諸多文獻報道［7－18］，涉及的方法包括高效液相色譜法（HPLC）、超高效液相色譜法（HPLC）和液相色譜－串聯質譜法（LC－MS/MS）等，但牙膏中著色劑的檢測鮮有報道。為此，本文建立了HPLC同時測定牙膏中食品黃4等19種準用合成著色劑的檢測方法，該方法操作簡便、快速、準確，適用于牙膏中常用合成著色劑的定性與定量分析。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

Alliance 2695－2998高效液相色譜儀，帶二極管陣列檢測器（美國Waters公司）；XS105DU電子天平、S20酸度計（瑞士Mettler Toledo公司）；VORTEX 3 S025渦旋混合器（德國IKA公司）；BDA-1002超聲波清洗器（深圳波達超聲波清洗設備有限公司）；EBA21離心機（德國Hettich公司）。

19種合成著色劑標準品：食品黃4（Food Yellow 4，CI 19140）、食品紅9（Food Red 4，CI 16185）、食品藍1（Food Blue 1，CI 73015）、食品紅7（Food Red 7，CI 16255）、食品黃3（Food Yellow 3，CI 15985）、酸性橙6（Acid Orange 6，CI 14270）、食品紅17（Food Red 17，CI 16035）、食品紅1（Food Red 1，CI 14700）、食品綠3（Food Green 3，CI 42053）、酸性紅87（Acid Red 87，CI 45380）、食品藍2（Food Blue 2，CI 42090）、酸性黃73（Acid Yellow 73，CI 45350）、食品紅14（Food Red 14，CI 45430）、酸性橙7（Acid Orange 7，CI 15510）、酸性紅92（Acid Red 92，CI 45410）、食品藍5（Food Blue 5，CI 42051）購自德國Dr.Ehrenstorfer公司；食品黑2（Food Black 2，CI 27755）購自美國IL公司；酸性黃1（Acid Yellow 1，CI 10316）購自日本TCI公司；食品紅12（Food Red 12，CI 17200）購自日本Wako公司。

甲醇、乙腈（色譜純，德國Merck公司），乙酸銨（HPLC級，美國Acros公司），甲酸（色譜純，上海Macklin公司），實驗用水為超純水。25批牙膏樣品均為市售品。

1.2 實驗方法

1.2.1色譜條件色譜柱：Agilent eclipse XDB－C18柱（4.6 mm×150 mm，5μm）；柱溫：35℃；流動相：A為20 mmol/L乙酸銨溶液（pH 6.0），B為乙腈；流速為0.7 mL/min。梯度洗脫程序：0.0～2.0 min，5%B；2.0～4.0 min，5%～13%B；4.0～9.0 min，13%～14.5%B；9.0～10.0 min，14.5%～20%B；10.0～15.0 min，20%～25%B；15.0～24.5 min，25%～35%B；24.5～25.0 min，35%～75%B；25.0～29.0 min，75%B；29.0～30.0 min，75%～5%B；30.0～40.0 min，5%B；進樣量：5μL；檢測波長：430、480、520、620 nm。

1.2.2標準溶液的配制標準儲備溶液：分別取各著色劑標準物質適量，精密稱量，分別置于10 mL容量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，搖勻，得質量濃度為1 000 mg/L的單個標準儲備溶液（按純度換算），4℃保存備用。

系列標準工作溶液：分別精密吸取1 mL單個標準儲備液于同一20 mL容量瓶中，用水定容至刻度，即得質量濃度為50 mg/L的混合標準溶液。吸取上述混合標準溶液適量，用10%甲醇溶液配制成各標準溶液質量濃度分別為1、5、12.5、25、35和50 mg/L的系列標準工作溶液。

1.2.3樣品前處理稱取樣品1.0 g（精確至0.1 mg），置于10 mL具塞比色管中，加入4 mL水，在渦旋混合器上高速振蕩，使樣品分散；加入1.0 mL甲醇進行消泡處理，繼續加入水至9 mL，渦旋混勻，超聲提取10 min，冷卻至室溫（若仍有氣泡，可滴加少量甲醇進行消泡處理），用水定容至10 mL，以10 000 r/min離心5 min，取上清液經0.45μm微孔聚四氟乙烯（PTFE）濾膜過濾，濾液待測。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

2.1.1檢測波長的選擇采用二極管陣列檢測器，在200～800 nm范圍內對19種著色劑的混合標準溶液進行全掃描。結果表明，上述19種著色劑在紫外光區（254 nm左右）和可見光區均有較強吸收，在254 nm易受牙膏樣品中防腐劑色譜峰的干擾，故選用各化合物的可見光區特征吸收峰作為檢測波長。根據各著色劑的最大吸收波長，確定了19種著色劑的檢測波長（見表1）。經驗證，19種著色劑在相應的檢測波長下，無干擾且響應值高，方法特異性好。不同檢測波長下19種合成著色劑混合標準溶液（5 mg/L）的液相色譜圖如圖1所示。

圖1 19種合成著色劑在不同檢測波長下的液相色譜圖（5 mg/L）Fig.1 HPLC chromatograms of 19 kinds of synthetic colorants at different detection wavelengths（5 mg/L）

2.1.2色譜柱的選擇選擇常用的十八烷基鍵合硅膠色譜柱進行液相分離，實驗比較了Agilent zorbax SB－C18柱和Agilent eclipse XDB－C18柱對19種準用著色劑的分離效果。結果發現兩根色譜柱的分離效果相當，但色譜柱填料是否封端對部分著色劑（食品紅9、食品紅7和食品綠3）的峰形影響較大，選用經過封端的Agilent eclipse XDB－C18柱更合適。

2.1.3流動相的選擇由于19種合成著色劑的化學結構有較大差異，包括有偶氮染料、噸染料和三芳甲烷染料等，但大部分著色劑均含磺酸根強陰離子。這些化合物與固定相之間可能存在離子相互作用和非極性吸附的雙重作用，要獲得理想的分離效果和良好的峰形，流動相中乙酸銨濃度和pH值選擇非常重要。

考察了不同乙酸銨溶液濃度（10、20、30、50 mmol/L）對19種合成著色劑色譜保留行為的影響。結果表明，在相同色譜條件下，乙酸銨溶液濃度對大多數合成著色劑的分離效果影響不大，但乙酸銨溶液濃度為20 mmol/L時，食品黃3和酸性黃1、食品綠3和酸性紅87、酸性黃73及食品紅14的分離效果更佳，因此實驗選定乙酸銨的最佳濃度為20 mmol/L。

采用乙腈－20 mmol/L乙酸銨溶液為流動相，考察了pH值分別為4.5、5.0、5.5和6.0時，對19種合成著色劑色譜保留行為和峰形的影響。結果顯示，pH 6.0時，19種化合物達到基線分離且峰形較好；隨著酸度的增加，部分化合物在色譜柱上的保留增強，導致一些化合物出峰順序改變，不僅色譜峰重疊，分離效果差，同時存在嚴重拖尾現象；因此，乙酸銨溶液以pH值6.0為宜。此外，考察了用甲酸和乙酸作為酸度調節劑時各化合物色譜峰的分離效果，發現采用甲酸的效果優于乙酸。

2.1.4柱溫的選擇溫度變化可改變目標化合物在流動相和固定相間的分配系數，實驗比較了柱溫分別為25、30、35、40℃時對19種合成著色劑分離效果的影響。結果表明，隨著柱溫的升高，各化合物的保留時間相對縮短，酸性黃73的變化最為明顯。當柱溫達到35℃，19種著色劑的分離效果最佳。

2.2 樣品前處理條件的選擇和優化

19種合成著色劑的理化性質相似，易溶于水，可用水直接提取；由于牙膏中含有發泡劑（普遍使用的是月桂醇硫酸鈉），直接用水提取，發泡劑影響樣品分散及定容，需加入甲醇進行消泡處理。實驗直接使用5%、10%、20%、25%、50%甲醇溶液提取，結果顯示，當甲醇溶液濃度高于20%時，溶劑效應導致食品黃4和食品紅9分解成2個色譜峰，回收率下降。為了確保樣品提取完全及定容準確，樣品先用水進行分散提取，再加入少量甲醇進行消泡后定容，并控制最終提取溶液中甲醇含量低于20%。

此外，還比較了不同超聲提取時間（5、10、15、20 min）對陽性樣品中目標化合物提取效率的影響。結果表明，超聲提取時間超過10 min后提取效率不再增加，故選擇10 min為最佳超聲提取時間。

2.3 線性范圍、檢出限與定量下限

取“1.2.2”系列標準工作溶液，按優化色譜-質譜條件進行測定。以峰面積（y）為縱坐標，質量濃度（x，mg/L）為橫坐標，繪制標準曲線。由表1可知，19種組分在1～50 mg/L質量濃度范圍內線性關系良好，相關系數均大于0.999。稱取1.0 g空白樣品，加入不同濃度的待測組分，按“1.2.3”處理后進樣，以各待測化合物的信噪比（S/N）分別計算得出方法檢出限（LOD，S/N=3）和定量下限（LOQ，S/N=10）。結果顯示：19種著色劑的LOD和LOQ分別為0.3～2.6μg/g和0.9～8.6μg/g（見表1）。方法的靈敏度能滿足目前的檢測要求。

表1 19種合成著色劑的檢測波長、線性方程、線性范圍、相關系數（r）、檢出限及定量下限Table 1 Detection wavelengths，linear equations，linear ranges，correlation coefficients（r），LODs and LOQs of 19 synthetic colorants

2.4 回收率與相對標準偏差

取空白樣品1.0 g，加入適量混合標準溶液，使其含量分別為25μg/g和400μg/g，每個加標水平平行測定6份，按“1.2.3”所述方法進行處理并測定，計算回收率及相對標準偏差（RSD），結果見表2。19種著色劑的回收率為95.2%～103%，RSD（n=6）均小于5%，表明方法具有較好的準確度及精密度。

表2 牙膏中19種著色劑的回收率與相對標準偏差Table 2 Average recoveries and RSDs of 19 colorants spiked in toothpaste

2.5 實際樣品的測定

用所建立的測定方法對市售25批牙膏進行測定，以標準品色譜圖中各化合物的保留時間及紫外-可見吸收光譜圖進行定性定量分析，陽性樣品的色譜圖見圖2，檢測結果見表3。數據顯示：有7批樣品檢出食品藍2，含量范圍為1.1～17.8μg/g；有4批樣品檢出食品黃4，含量范圍為4.8～31.1μg/g；有4批檢出食品黃3，含量范圍為2.6～25.5μg/g；有1批樣品同時檢出食品黃4、食品藍2和食品黃3；有3批樣品分別檢出食品紅12、食品綠3和酸性紅92，含量分別為4.5、1.1、55.3μg/g；其他著色劑未檢出。

圖2 牙膏樣品的色譜圖Fig.2 Chromatograms of positive toothpaste samples

表3 實際樣品的檢測結果（μg/g）Table 3 Test results of real samples（μg/g）

（續表3）

3 結 論

本研究建立了HPLC測定牙膏中19種合成著色劑的檢測方法，可有效排除牙膏基質干擾，并通過優化色譜條件，使19種著色劑在26 min內能得到良好的分離，在不同檢測波長下測定，提高了各成分的靈敏度。結果表明，該方法簡便、快速、準確，適用于牙膏中著色劑的檢測；其推廣應用對牙膏中準用著色劑的安全監管具有積極意義。