頂空氣相色譜-質譜聯用法測定化妝品中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.廣州市疾病預防控制中心，廣東 廣州510440；2.廣州質量監督檢測研究院，國家化妝品質量監督檢驗中心（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。在這些原料的生產過程中，為提高芐基氯化銨的產率，往往加入過量的α-氯甲苯導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，可經由多種途徑進入人體［4］。因此，我國《化妝品安全技術規范》（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－質譜聯用法［14－16］、液相色譜法［1,17］等，其中《化妝品安全技術規范》（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－質譜聯用法［5］。然而，實際檢測時發現當樣品中存在苯扎氯銨等芐基季銨鹽時易出現假陽性結果。經過分析確認α-氯甲苯是苯扎氯銨在氣相進樣口高溫分解的產物。因此，現有標準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，滿足化妝品質量安全監管的需要。本文選取液態水劑類、膏霜類和乳液類化妝品為考察基質，并通過優化樣品前處理、頂空條件和色譜－質譜條件等因素，建立了快速、高效、準確的檢測方法，可為化妝品中α-氯甲苯的檢測提供有效的技術手段，并作為現有標準方法的補充和完善。α-氯甲苯和苯扎氯銨的化學結構圖見圖1。

圖1 α-氯甲苯和苯扎氯銨的化學結構圖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-質譜聯用儀、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型數控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；Milli-Q純水系統（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，廣州化學試劑廠）；實驗用水（18.2 MΩ·cm）由Milli-Q純水系統制備。

1.2 標準溶液的配制

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，即得質量濃度為1 000 μg/mL的α-氯甲苯標準儲備液。分別精密移取不同體積的標準儲備液于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，配成質量濃度分別為1.0、2.0、5.0、10.0、50.0、100.0、500.0 μg/mL的標準工作溶液。

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－質譜測定。

1.4 儀器分析條件

1.4.1 苯扎氯銨降解產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；選擇離子監測模式（SIM）m/z：128、126、65、91。

2 結果與討論

2.1 苯扎氯銨熱降解產物分析

采用《化妝品安全技術規范》標準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，發現該產品含有0.1%苯扎氯銨。由于標準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生α-氯甲苯。因此，本文通過設置不同進樣口溫度（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，并根據出峰物質的離子質譜圖，參考儀器自帶NIST標準譜庫，得到苯扎氯銨降解產物信息（見表1）。

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

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

由表1和圖2可見，苯扎氯銨標準溶液直接進樣時在氣相色譜進樣口中會發生明顯熱降解而產生α-氯甲苯。進樣口溫度越高，分解產物響應值越大，當進樣口溫度為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物產生；當進樣口溫度為200℃時，各分解產物響應值趨于最大值，繼續升高進樣口溫度，分解產物響應值趨于恒定。由此可見，采用標準方法時，進樣口溫度設置過低會導致樣品溶液氣化不完全，溫度過高又會使降解產物增多，因此該標準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-氯甲苯的揮發性具有明顯差異，因此采用頂空氣相色譜－質譜法測定。

2.2 頂空條件的優化

2.2.1 頂空平衡溫度的選擇取10 mLα-氯甲苯標準溶液于20 mL頂空瓶中，按“1.4.2”條件進行頂空氣相色譜－質譜分析，考察不同頂空平衡溫度（65～90℃）對分析的影響。結果表明：α-氯甲苯的峰面積隨平衡溫度上升而增大，當平衡溫度為80℃時，α-氯甲苯峰面積接近最大，繼續提高平衡溫度時，響應未明顯增大?？紤]到80℃時已基本達到氣液平衡的飽和狀態，溫度過高會導致水蒸氣大量進入色譜柱，從而縮短色譜柱和質譜檢測器的壽命。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-氯甲苯標準溶液于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-氯甲苯標準溶液于20 mL頂空瓶中，選定平衡溫度為80℃，平衡時間為30 min，考察了加入不同質量的氯化鈉（0.5～3.0 g）對檢測的影響。結果顯示：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的分離效果。結果發現：α-氯甲苯在強極性柱中保留較好，可有效分離化妝品基質與目標物。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

標準方法檢測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，通過不同基質空白樣品的加標回收實驗，發現m/z126的干擾少，定量準確，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化合物確證。

2.5 線性關系、方法檢出限與定量下限

取100 μL不同質量濃度的α-氯甲苯標準工作溶液，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-氯甲苯的質量濃度（X，μg/mL）為橫坐標，定量離子峰面積（Y）為縱坐標，繪制標準曲線；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）。結果表明：α-氯甲苯在0.01～5.00 μg/mL范圍內線性良好，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 回收率與相對標準偏差

在3種基質（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-氯甲苯標準工作溶液，每個濃度水平制作6個平行樣品，在優化條件下處理并測定。結果顯示：α-氯甲苯在液體基質中的加標回收率為95.2%～98.8%，相對標準偏差（RSD）為1.5%～3.8%；膏霜基質中的加標回收率為91.3%～96.5%，相對標準偏差（RSD）為2.4%～4.9%；乳液基質中的加標回收率為93.4%～97.7%，相對標準偏差（RSD）為2.8%～4.0%，具有較高的準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、洗發水和洗手液等）進行檢測。結果顯示，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-氯甲苯殘留的質量狀況較好。但采用標準方法檢測時有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 結論

本文通過剖析苯扎氯銨類物質熱分解產物的成分，確證其在氣相進樣口會分解產生α-氯甲苯，提出《化妝品安全技術規范》（2015年版）檢測α-氯甲苯方法存在缺陷。同時，通過優化頂空條件、色譜分離條件和質譜測定條件，建立了一種頂空氣相色譜－質譜聯用測定化妝品中α-氯甲苯的方法。該方法操作簡單、適用范圍廣，解決了假陽性結果的干擾，有效彌補了現有標準方法的不足，且大大提升了方法的靈敏度，可為化妝品質量安全監管提供有力的技術支撐。