苯扎氯銨的快速檢測方法及其在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

沈 嬋，毛志平，趙海浪，陳小軻，譚玉靜

1.東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，生態(tài)紡織品教育部重點試驗室，上海201620；2.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海200040

0 引言

現(xiàn)如今，經(jīng)過抗菌功能整理的紡織品越來越受到廣大人們的喜愛，主要在于這類含抗菌劑的紡織品不僅能夠有效減少各類病菌對肺和身體的直接傷害，同時還可以有效避免體內(nèi)微生物的大量滋生，從而避免紡織物產(chǎn)生異味、沾污、變色、強力或硬度降低等一系列問題。目前，應(yīng)用于紡織品的抗菌整理的助劑主要有銀離子、殼聚糖、雙胍和脲類、季銨鹽類等產(chǎn)品[1]。

苯扎氯銨（Benzalkonium Chloride,簡稱BAC），常用作防腐劑，并以白色或近乎白色的晶體或凝膠形式存在，是烷基芐基二甲基氯化銨的混合物[2]，俗稱“潔爾滅”，被廣泛運用于個人護理、洗發(fā)香波、滴眼液、消毒液、紡織品以及印染助劑中。在過去的幾年里，人們發(fā)現(xiàn)BAC的毒性會導(dǎo)致人體皮膚的過敏及損傷，且此類事件也已經(jīng)被報道。因此，鑒于BAC的抗菌作用及其對人體健康的影響，定量測定紡織品中BAC 的總同源物的含量已成為人們關(guān)注的問題。當前，我國對BAC的檢測方法主要有化學(xué)滴定法、毛細管電泳法、示差示分光光度法、氣相色譜法（GC-MS）、高效分光液相色譜法（HPLC）、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法等。

1 BAC的危害及監(jiān)管

1.1 BAC的化學(xué)性質(zhì)

苯扎氯銨（BAC）主要由3 種同系物（十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨和十六烷基二甲基芐基氯化銨）組成，其結(jié)構(gòu)通式中的R是一個烷基基團，從C8H17到C18H37，詳見圖1[3]。上述3 種同系物質(zhì)都具有不同的抑制殺菌特性，其中：C12-BAC對酵母菌和真菌都具有明顯的抑制殺菌作用，C14-BAC 和C16-BAC 對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有一定的殺滅作用[4]。它們的殺菌物理特性主要源于其季銨離子的兩頭基和一個烷烴鏈。BAC在水溶液中通常帶正電荷，可以吸附在帶負電荷的有害微生物細胞表面，形成微量基團，此基團逐步滲入細胞菌漿的內(nèi)部（類似磷脂層），從而可以改變真菌細胞膜中的通透性，使細胞內(nèi)的內(nèi)容物大量外滲，阻礙其新陳代謝，進而可起到有效殺滅有害微生物的殺菌作用[5]。

圖1 苯扎氯銨結(jié)構(gòu)的通式

1.2 BAC的合成工藝

從文獻上來看，BAC 的合成主要有兩種方式。一種合成方式為lenckart 反應(yīng)，即采用氯化烷基胺化、芐基化的合成路線，其主要原料一氯癸烷是由椰子油中的十二醇與水和氯化氫蒸餾而成，然后在水和氯化鋅存在下用鹽酸制備而成。由于十二醇的價格高，資源少（主要依靠進口），不僅生產(chǎn)成本增加，產(chǎn)品質(zhì)量和純度還不高，這就限制了產(chǎn)品生產(chǎn)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[6]。另一種合成方式是以活性液體石蠟為原料制備一氯代癸烷，成本較低，但反應(yīng)過程中十二烯的形成卻大大降低了回收率。而我國常用的制備工藝由N,N-二甲基十二胺與丁酮和氯化芐反應(yīng)制備[7]，其同系物的制備工藝詳見圖2，圖中R主要為C12、C14、C16正烷烴基[8]。

圖2 苯扎氯銨同系物制備工藝圖

1.3 BAC的危害

BAC是一種季銨鹽類陽離子表面活性劑，具有一定的化學(xué)殺菌及防腐特性，被應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ畹闹T多方面，在醫(yī)療衛(wèi)生、服裝印染、罐頭防腐劑、蟲害控制產(chǎn)品、醫(yī)用消毒劑和眼用或鼻用制劑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于BAC 對細菌沒有選擇性毒性[9]，因而長期使用BAC 會對人體產(chǎn)生一定的危害。例如，常在滴眼液中添加BAC是為了有效防止在長期用于使用滴眼液的過程中因滋生微生物而對人的眼部造成危害。根據(jù)大量臨床研究試驗結(jié)果可知，長期使用一些添加防腐劑（主要產(chǎn)品可能是BAC）的滴眼液，會刺激人的眼部，使眼睛產(chǎn)生各種異物感、灼熱感及局部刺激感、干燥感、流淚、眼癢等常見的對眼表生物過敏者的癥狀[10]。紡織品中添加BAC，可能會引起接觸性皮炎、過敏等反應(yīng)。不僅如此，若BAC 的含量過高，還有可能會引起心率過快、心悸等一系列癥狀。

1.4 BAC的監(jiān)管

目前，人們越來越重視抗生素的濫用這一現(xiàn)象，并且各個國家和地區(qū)都采取了相應(yīng)的監(jiān)管措施，使得抗生素的使用更加規(guī)范，但是對于抗菌劑的使用目前尚未有一套合理有效的管理模式，且不合理使用的情況非常普遍[11]。

BAC被美國食品和藥物管理局列為“III類抗菌活性成分”[12]，我國《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》、歐盟化妝品法規(guī)（理事會指令76/768/EEC）將BAC 定義為化妝品成分中的限制物質(zhì)（洗發(fā)產(chǎn)品中的最大允許質(zhì)量分數(shù)限量值為3%，其他產(chǎn)品中的最大允許質(zhì)量分數(shù)限量值為0.1%）[13]。我國衛(wèi)生部規(guī)定了不同用途消毒劑中BAC的用量，其中皮膚和黏膜消毒劑的最大質(zhì)量分數(shù)不超過0.20%（W/V）[14]。在紡織品中，BAC的過量添加會引起皮膚過敏等癥狀，但國內(nèi)并未對紡織品中BAC的限量值規(guī)定。因此，制定相關(guān)規(guī)范對紡織品中的BAC 限量值做出明確要求迫在眉睫。

2 BAC的檢測現(xiàn)狀

目前，BAC 的檢測方法主要有化學(xué)滴定法、毛細管化學(xué)電泳法、示差分光光度法、高效液相色譜法（HPLC）、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS/MS）等，且涉及消毒液、牙膏、化妝品、濕巾、滴眼液、外科手術(shù)等領(lǐng)域，但在紡織品上的檢測方法較少。

2.1 毛細管電泳法

毛細管電泳法（CE）已經(jīng)用于眼藥水中BAC和消毒劑中BAC 含量的測定。毛細管區(qū)帶電泳（CZE）具有極大的應(yīng)用效率和固有成本的優(yōu)勢，它可以在小體積內(nèi)快速、高分辨率地分離大量有機化合物，且具有分析時間短、前處理簡單、成本低、試劑消耗量少等特點。因此，近年來CZE已成為高效液相色譜法的替代技術(shù)，用于分離小分子以及多種不同烷基鏈長的陰離子和陽離子表面活性劑。

宋寶花等[14]建立了一種用高效毛細管電泳法測定復(fù)方化學(xué)消毒劑中有效化學(xué)成分（如BAC等），并對測試過程中的各種條件進行了探究。

王萍等[15]使用具有紫外檢測器的毛細管電泳儀進行檢測，試驗過程包括：分離緩沖溶液及樣品溶液的配制→標準儲備液的配制→樣品預(yù)處理→電泳條件的選擇。其中，選定的檢測波長為214 nm，分離緩沖液為150 mmol/L的磷酸二氫納溶液，確定分離緩沖液最佳pH值為2.0～3.0，并向分離緩沖溶液中加入質(zhì)量分數(shù)為40%的乙腈；最佳分離電壓為10 kV，進樣時間為3 s，操作溫度為25 ℃。新裝毛細管在使用前應(yīng)分別用1 mol/L NaOH溶液沖洗20 min、超純水沖洗5 min、分離緩沖液沖洗5 min。在最佳電泳條件下，得到了C12-BAC、C14-BAC 和C16-BAC的線性回歸方程，線性相關(guān)系數(shù)均在0.999 7～0.999 9，檢測限（LOD）為0.5 mg/L，定量限（LOQ）為1.5 mg/L，相對標準偏差（RSD）為0.71%～2.73%，回收率為93.83%～104.36%。

2.2 高效液相色譜法

采用示差分光光度法和毛細管電泳法測定樣品存在前處理步驟較為復(fù)雜、特異性差、假陽性高、靈敏度較低等特點，而高效液相色譜法（HPLC）法卻具有較高的靈敏度[16]，也是測定BAC最常用的一種檢測方法。該方法常用于包裝材料、化妝品、日化用品、醫(yī)用產(chǎn)品等限用BAC 產(chǎn)品含量的測定，并配合二極管陣列檢測器來進行使用。

鄭國燦等[17]建立HPLC法用于測定牙膏中BAC的3 種同系物的含量，即同系物（C12-BAC、C14-BAC、C16-BAC）的含量。試驗采用高效液相色譜儀和二極管陣列檢測器進行檢測，分離柱采用CN-3色譜柱，柱溫30 ℃，檢測波長260 nm，流動相選擇乙腈和0.1 mol/L 的乙酸銨溶液，用流動相（乙腈和乙酸銨體積比為1∶1的溶液）為洗脫條件進行等度洗脫。樣品先進行旋渦振蕩，然后超聲提取，最后離心，取上清液用于0.45 μm有機微孔濾膜，得到樣品溶液。本方法的回收率為97.4%～107%，相對標準偏差為0.21%～5.2%。

張鵬祥等[18]建立了測定化妝品中BAC 含量的一套方法。該方法以CN 柱為色譜柱，流動相為乙腈和0.1 mol·L-1醋酸銨緩沖液（用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值至5.0）的混合溶液（乙腈和醋酸銨體積比為70∶30），柱溫為25 ℃，檢測波長260 nm，進樣量為20 μL。該方法的回收率為92.0%～110.6%，RSD 為0.27%～1.69%。

2.3 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS/MS）技術(shù)具有許多優(yōu)點：用質(zhì)譜進行分析具有較強的分離能力，主要表現(xiàn)在物質(zhì)如果在液相色譜上沒有完全分離開，可以通過MS 的特征離子質(zhì)量色譜圖繪制各自的色譜圖進行定性定量，定量結(jié)構(gòu)十分可靠，能給出豐富的結(jié)構(gòu)信息和各組分的分子量；通過使用適應(yīng)性廣的檢測器，MS幾乎可以檢測所有的化合物，也便于解決分析熱不穩(wěn)定化合物的主要技術(shù)問題[19]。由于該方法具有準確性高、高效率和高靈敏度等特點，可以滿足食品和紡織品安全檢測中快速、高效的要求，因此可以通過高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對BAC進行檢測。

孫龍等[20]建立液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定嬰幼兒配方乳粉中3 種BAC 同系物和殘留量。用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以快速檢測嬰兒配方乳粉中化學(xué)物質(zhì)殘留，對監(jiān)控食品安全具有重要的現(xiàn)實意義。本試驗所使用的儀器為LC-MS/MS，所選色譜條件為：C18 色譜柱，柱溫為25 ℃，進樣量5 μL，選擇質(zhì)量分數(shù)為0.1%的甲酸水溶液（A）和甲醇（B）為流動相，并確定最佳的梯度洗脫程序，選擇以電噴霧A（ESI）為離子源，掃描方式為正離子模式，檢測方式為多反應(yīng)檢測，確定霧化氣壓力為275.8 kPa，汽化溫度為340 ℃。試驗測得加標回收率為85.1%～102.1%，檢出限為3 μg/kg，定量限為10 μg/kg，相對標準偏差為3.05%～8.35%（n=7）。

3 結(jié)論

（1）BAC 作為一種陽離子表面活性劑，在紡織品以及染整助劑中的應(yīng)用較為常見，且當前它的測定大多集中在醫(yī)用、藥用、消毒產(chǎn)品等領(lǐng)域。

（2）紡織品中BAC的測定在國內(nèi)外尚未有統(tǒng)一的標準及檢測方法。因此，為保護人類健康和生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)BAC的快速、準確檢測顯得尤為迫切。