超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜法快速篩查睫毛用化妝品中前列腺素F2α類化合物

王欣然，尹偉成，王海燕，路 勇*

（1．中國食品藥品檢定研究院∕國家藥品監督管理局化妝品研究與評價重點實驗室，北京 100050；2．湖南省藥品檢驗檢測研究院，湖南 長沙 410001）

前列腺素（PGs）是一類由花生四烯酸衍生而來的20碳不飽和脂肪酸。其中前列腺素F2α（PGF2α）是目前最具潛力和最有效的用于治療青光眼的藥物［1］，包括比馬前列素、拉坦前列素、曲伏前列素等物質，能夠通過增加眼內液體的流出來降低眼壓。研究發現，PGF2α類化合物除對青光眼有治療作用外，還有引起睫毛增長的功效［2］。針對這一特點，Allergan公司研發了全球首個獲得FDA批準的處方藥Latisse（含有0．03%比馬前列素）用于治療睫毛稀少癥。雖然PGF2α可使睫毛增長，但同時會刺激眼部，出現虹膜顏色加深、眼部不適、虹膜炎等不良反應，長時間使用可能會導致失明［3-4］。目前，我國現行的《化妝品安全技術規范》（2015版）［5］未對此類化合物作出明確規定，《已使用化妝品原料目錄（2021年版）》［6］未包含該類物質，使得一些不良化妝品企業為快速增強自身“競爭力”，鉆取法規漏洞，利用監管薄弱的現狀，在睫毛用化妝品中添加PGF2α類化合物，對消費者的健康造成不良影響。

目前PGF2α類化合物的檢測方法主要集中于藥品領域，包括熒光分光光度法［7］、高效液相色譜法［8-11］、液相色譜-串聯質譜法［12-13］等。化妝品中PGF2α的測定方法主要為高效液相色譜-串聯三重四極桿低分辨質譜法［14］。低分辨質譜定量準確，但只能對靶向化合物進行分析；高分辨質譜定性準確，具有質量范圍寬、質量精度及分辨率高、數據庫檢索等特點，尤其是可對無標準品的化合物進行高通量快速定性篩查，目前廣泛應用于食品中農藥、抗生素、激素等物質的快速篩查分析［15-18］。

針對化妝品行業的非法添加現狀，本課題組采用四極桿飛行時間（Q-TOF）高分辨質譜技術建立了化妝品中激素、抗生素、抗組胺類藥物、致敏性化合物、農藥、麻醉類藥物等風險物質的篩查平臺，用于化妝品中已知或未知風險物質的識別和發現［19］。本研究采用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜（UPLC-Q-TOF MS∕MS）對9種PGF2α類化合物（結構信息見圖1）進行數據采集，獲得其色譜及質譜響應值，構建了9種PGF2α類化合物的高分辨篩查數據庫，采用空白基質加標對所建數據庫進行修正，并用于市售化妝品的定性篩查，為監管部門對化妝品中違禁組分的高通量快速篩查提供了技術支撐。

圖1 9種化合物的分子結構Fig．1 Structures of 9 compounds

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Waters Xevo G2 XS四極桿飛行時間質譜儀、ACQUITY UPLC I Class超高效液相色譜儀、MassLynx V 4．2數據處理操作平臺、UNIFI科學信息學系統（美國Waters公司）；BTV-100渦旋振蕩器（上海一恒科技有限公司）；AL 204型電子天平（美國Sartorius公司）；G10型離心機（北京白洋醫療器械有限公司）；KQ-700DE型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

比馬前列素（純度99．9%）、曲伏前列素（純度99．4%）、他氟前列素（純度97．2%）、他氟乙酰胺（純度98．2%）、拉坦前列素（純度99．0%）、比馬前列素酸甲基酯（純度99．9%）、氯前列醇異丙基酯（純度99．9%）、15-酮-曲伏前列素（純度94．6%）、比馬酰胺（純度99．9%）（以上標準品均購自天津阿爾塔科技有限公司）；乙腈、甲酸銨（質譜純，Fisher公司）；甲酸（質譜純，Honeywell公司）；屈臣氏飲用水（廣州屈臣氏食品飲料有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液配制準確稱取各PGF2α標準品10 mg，用乙腈溶解并定容至100 mL，搖勻，配制成質量濃度為100 μg∕mL的標準儲備液。精密吸取上述各PGF2α標準儲備液1 mL，用乙腈稀釋定容至100 mL，配制成質量濃度為1 μg∕mL的標準中間溶液。

精密吸取標準中間溶液適量，用50%乙腈溶液稀釋得到比馬前列素、他氟乙酰胺、拉坦前列素、比馬前列素酸甲基酯、氯前列醇異丙基酯、15-酮-曲伏前列素、比馬酰胺質量濃度為5 ～ 100 ng∕mL的標準工作溶液，曲伏前列素、他氟前列素質量濃度為50 ～ 1 000 ng∕mL的標準工作溶液。

1.2.2 樣品前處理準確稱取0．2 g樣品（精確至0．001 g），置于15 mL離心管中，加入乙腈約8 mL，渦旋1 min充分混勻后，超聲提取20 min，放置至室溫后定容至10 mL，搖勻。以8 000 r∕min離心10 min，上清液經0．22 μm濾膜過濾（可根據實際情況進行稀釋），待測。

1.2.3 液相色譜條件色譜柱：Waters ACQUITY UPLC BEH C18（2．1 mm × 100 mm，1．7 μm）；柱溫：40 ℃；流動相：2 mmol∕L甲酸銨水溶液（含0．05%甲酸）（A）-乙腈（B）；流速：0．35 mL∕min；進樣量：3．0 μL；梯度洗脫程序：0 ～ 0．5 min，2% B；0．5 ～ 2．0 min，2% ～ 30% B；2．0 ～ 6．0 min，30% ～ 40%B；6．0 ～ 13．0 min，40% ～ 70% B；13．0 ～ 16．0 min，70% ～ 98% B；16．0 ～ 18．0 min，98% B；18．0 ～18．5 min，98% ～ 2% B；18．5 ～ 20．0 min，2% B。

1.2.4 質譜條件電噴霧正離子模式；毛細管電壓為1 kV；離子源溫度為120 ℃；采樣錐電壓為20 V；脫溶劑溫度為550 ℃；錐孔氣流速為50 L∕h；脫溶劑氣流速為1 000 L∕h；MS1碰撞能量為4 eV；MS2碰撞能量為15 ～ 50 eV；MS1、MS2質量掃描范圍均為m∕z50．0 ～ 1 200．0；實時校正液為亮氨酸腦啡肽（200 pg∕μL）。

2 結果與討論

2.1 前處理條件的優化

2.1.1 提取溶劑的選擇根據市面常見促進睫毛增長的產品基質類型，選用液體類基質樣品對前處理條件進行優化。考察了甲醇、50%甲醇、乙腈、50%乙腈對9種PGF2α類化合物的提取效率，結果顯示，上述溶劑對樣品的提取結果無顯著差異。考慮到乙腈與流動相體系一致，故選擇乙腈作為提取溶劑。

2.1.2 超聲提取時間的選擇以乙腈作為提取溶劑，采用空白基質加標的方式考察超聲提取時間對回收率的影響。結果表明，超聲提取時間為10 ～ 20 min時，9種目標物的回收率逐步增加；超聲提取20 min后，9種目標物的回收率無明顯差異。故選擇超聲提取時間為20 min。

2.2 色譜條件的優化

實驗比較了水-乙腈、甲酸銨水溶液-乙腈、甲酸∕甲酸銨水溶液-乙腈3種流動相對9種PGF2α類化合物分離測定結果的影響。由于在流動相中加入質子和緩沖鹽能夠調節化合物的離子強度，得到較好的峰形及響應，為保證所有化合物均可出峰，選擇甲酸∕甲酸銨水溶液-乙腈作為流動相以提高化合物的離子化效率與響應強度。考察了水相中加入不同濃度（1、2、5 mmol∕L）甲酸銨水溶液以及不同體積分數（0．01%、0．05%、0．1%）甲酸對分離結果的影響，經比較，最終確定選用2 mmol∕L甲酸銨水溶液（含0．05%甲酸）-乙腈作為流動相。

2.3 質譜條件的優化

采用電噴霧正負離子模式掃描，對9種PGF2α類化合物進行一級、二級質譜數據采集。結果顯示，正離子模式下各化合物的響應強度高于負離子模式，因此選用正離子模式建立PGF2α類化合物的高通量篩查數據庫。當MS1碰撞能量為4 eV時，各化合物均能獲得響應值良好的母離子，多數化合物均能得到［M + H］+，其中部分化合物（比馬前列素、比馬前列素酸甲基酯、氯前列醇異丙基酯以及比馬酰胺）的［M + H］+信號響應值較弱，產生信號響應值較好的［M + H-H2O］+。以比馬前列素為例，響應值較好的［M + H-H2O］+是由于比馬前列素分子結構中含有羥基，因而易脫水得到［M + H-H2O］+離子（見圖2）。根據各化合物的一級質譜離子響應，選擇相應的母離子。

圖2 比馬前列素［M + H］+、［M + Na］+、［M + H-H2O］+的提取離子流圖Fig．2 ［M + H］+，［M + Na］+ and ［M + H-H2O］+extracted ion chromatogram of bimatoprost

在確定MS1碰撞能量的條件下，對二級質譜參數進行優化，設置MS2碰撞能量為15 ～ 50 eV，采集數據信息。以拉坦前列素為例，母離子脫去羥基產生m∕z379．263 1碎片離子，酯鍵斷裂進而產生m∕z319．206 1碎片離子，進一步在不同位置斷裂烴鍵產生m∕z209．132 5、131．085 1、189．127 3等碎片離子，而后逐級脫去1個碳產生m∕z105．069 8、91．054 2碎片離子。其中某些碎片離子在其他PGF2α類化合物的二級碎片圖譜中均可發現，表明化學結構類似含有相同基本母核的PGF2α類化合物的裂解規律類似，從而產生相同的特征碎片。以拉坦前列素為例，推導質譜中化學鍵可能的斷裂位置與裂解途徑如圖3所示。

圖3 拉坦前列素的可能裂解途徑Fig．3 Possible mass spectrometric cleavage pathways of latanoprost

2.4 PGF2α篩查數據庫的建立

在優化條件下，采用UPLC-Q-TOF MS∕MS對9種PGF2α類化合物進行MSE數據采集。收集并整理化合物的名稱、分子式、結構式、CAS號、保留時間、加合方式、精確分子量、碎片離子信息等參數，建立9種化合物的高通量篩查數據庫（表1），用于化妝品中PGF2α類化合物的快速篩查。考慮到促進睫毛增長的化妝品多為液態水基類型，采用液態水基類化妝品樣品進行空白加標實驗，對高通量篩查數據庫進行驗證。根據歐盟96∕23∕EC指令［20］要求采用質譜對物質進行確認最少需要4個識別點，結果顯示本文9種化合物均滿足要求，所建立的數據庫滿足化妝品高通量篩查分析要求。

表1 9種PGF2α類化合物的數據庫信息Table 1 Database informations of 9 PGF2α compounds

2.5 線性范圍、檢出限與定量下限

取“1．2．1”制備的9種PGF2α類化合物標準工作溶液適量，按上述色譜及質譜條件進行分析，以各化合物的質量濃度為橫坐標（X，ng∕mL），對應的色譜峰面積為縱坐標（Y），進行線性回歸分析。以信噪比S/N= 3時計算9種化合物的方法檢出限（LOD），以S/N= 10時計算方法定量下限（LOQ）。表2結果顯示，本方法9種化合物的檢出限為0．075 ～ 0．75 μg∕g，定量下限為0．25 ～ 2．5 μg∕g，滿足對化妝品進行快速定性篩查的日常檢測需求。9種PGF2α類化合物在各自的質量濃度范圍內線性關系良好，相關系數（r2）均大于0．99。

表2 PGF2α類化合物的線性關系、檢出限與定量下限Table 2 Linear relations，LODs and LOQs of PGF2α compounds

2.6 實際樣品篩查

采用所建立的數據庫對48批睫毛用化妝品進行篩查分析，結果顯示1批樣品檢出拉坦前列素，含量為4．89 μg∕g；4批樣品檢出比馬前列素，含量分別為122．40、157．43、142．78、92．01 μg∕g。所測陽性樣品中目標化合物與譜庫中PGF2α數據信息比對，保留時間偏差小于0．1 min，質量偏差小于0．6 mDa，母離子和5個碎片離子的精確質量數以及結構比對一致，二級質譜圖對比如圖4所示。結果表明，所建立的篩查數據庫能夠快速識別可疑風險物質。

圖4 比馬前列素與拉坦前列素在溶劑（A、B）和化妝品樣品（C、D）中的二級質譜圖Fig．4 Secondary MS spectra of bimatoprost and latanoprost in solvent（A，B） and cosmetics sample（C，D）

3 結 論

本研究建立了超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜高通量快速篩查睫毛用化妝品中PGF2α的方法，并結合各類化合物的色譜質譜采集信息，構建了9種PGF2α的高分辨篩查數據庫。所建立的數據庫能夠用于化妝品中PGF2α的定性篩查分析，靈敏度高，分析速度快，完善補充了化妝品風險物質的篩查數據庫，可為監管部門對化妝品中違禁組分的高通量快速篩查提供技術支撐。