氣相色譜-串聯質譜法測定化妝品中7種二甲基環硅氧烷

李思源，陳安麗，趙思雯，嚴小紅，丁 怡

（廣州市藥品檢驗所，廣東 廣州 510160）

中國是有機硅工業生產和使用大國［1-2］。硅油由于具有良好的潤滑性、穩定性及表面張力低、易成膜等特性，被廣泛運用于化妝品中。硅油由二甲基環硅氧烷經催化聚合而成，在合成硅油過程中難以避免會產生二甲基環硅氧烷殘留［3-4］。二甲基環硅氧烷是環狀的甲基硅氧烷，主要包括六甲基環三硅氧烷（D3）、八甲基環四硅氧烷（D4）、十甲基環五硅氧烷（D5）、十二甲基環六硅氧烷（D6）、十四甲基環七硅氧烷（D7）、十六甲基環八硅氧烷（D8）、十八甲基環九硅氧烷（D9）等［5］。二甲基環硅氧烷具有低表面張力、疏水性、穩定性等特性，可作潤膚劑、溶劑、頭發調理劑、揮發性賦形劑等，在各類化妝品中均有比較廣泛的應用［2，6-7］。然而，目前大量實驗發現，二甲基環硅氧烷在體內難以降解且具有一定毒理學效應［1，3，8-10］，包括不良免疫反應、內分泌干擾性、影響結締組織、神經性毒性、損傷肝和肺等。歐盟和丹麥環保署認為D4可大幅度降低雌性生物排卵數量，導致生育能力受損，具有生殖毒性。人們越來越關注二甲基環硅氧烷給人類帶來的危害并加以控制。2008年初，《加拿大政府公報》提議將D4、D5、D6 列入“實質消除名單”。2018 年1月18日，歐盟委員會（EU）2018/35 號修訂案規定淋洗類化妝品中D4 和D5 含量須小于0.1%。2018 年6月27日，歐洲化學管理局（ECHA）將D4、D5、D6 列為高度關注物質。2023 年6月22日，歐盟委員會向世界貿易組織（WTO）遞交G/TBT/N/EU/989 號通報，擬對（EC）No 1907/2006（即REACH 法規）附錄XVⅡ中關于D4、D5、D6 的使用限制進行修訂，依據修訂案內容，淋洗類和駐留類化妝品中D4、D5、D6含量均須小于0.1%［11-13］。

目前，關于二甲基環硅氧烷檢測的文獻報道主要集中在橡膠產品、紡織品、水體等［5，11-12］，對化妝品的報道較少。檢測方法主要采用GC-FID、GC-MS 等方法，但由于甲基硅氧烷具有揮發性強、背景值高等特性，導致檢測基線不穩定、出峰不明顯或檢測結果不準確［1］，而采用GC-MS/MS 方法報道極少。我國采用GB/T 40955-2021《化妝品中八甲基環四硅氧烷（D4）和十甲基環五硅氧烷（D5）的測定 氣相色譜法》作為現行標準，該標準采用氣相色譜法（GC-FID 法）進行測定，僅檢測D4和D5兩種組分［14］，方法靈敏度低，且在實際測定中由于基質干擾無法準確定性和定量。韓晶等［3］采用氣相色譜-質譜法測定洗護發化妝品中二甲基環硅氧烷含量，該方法為GC-MS 法（SIM 模式），僅對洗護發類化妝品進行研究，且僅測定D3～D6四種組分。當前，我國對化妝品中D3～D9尚無限度要求。因此，建立靈敏、準確的D3～D9檢測方法，對化妝品開展監測勢在必行。

本文建立了同時測定不同基質化妝品中7種二甲基環硅氧烷（D3～D9）的GC-MS/MS 方法，并對102批化妝品進行測定。結果表明，該方法前處理簡單、快速，測定靈敏、準確，適用于化妝品中7 種二甲基環硅氧烷的測定，為保障化妝品質量安全提供了技術支撐。

1 實驗部分

1.1 儀器與設備

7890B-7010GC/TQ 氣相色譜-串聯質譜聯用儀（美國安捷倫公司）；ST16R 高速冷凍臺式離心機（美國Thermo Fisher Scientific 公司）；S120H 超聲波清洗儀（德國Elma 公司）；MS3 控制型渦旋振蕩儀（德國IKA公司）；XSE205DU電子分析天平、XPR36百萬分之一天平（瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2 材料與試劑

D3（純度99.7%）、D4（99.9%）、D5（99.7%）、D7（97.8%），購自CATO 公司；D6（97.4%）、D8（98.9%）、D9（99.6%）標準品，購自Bepure公司；異丙醇、正己烷（色譜純，德國默克公司）。

1.3 標準溶液的配制

1.3.1 標準儲備溶液與標準溶液的配制精密稱取7種二甲基環硅氧烷（D3～D9）對照品，用正己烷配制成D3～D9 質量濃度為10 μg/mL 的標準儲備溶液。分別精密量取10 μg/mL 的D3～D9 標準儲備溶液適量，用正己烷配制成質量濃度為50、100、300、500、800、1 000 ng/mL的D3～D9標準溶液。

1.3.2 基質空白溶液與基質標準溶液的配制取水基質、乳基質、膏霜基質空白樣品各5 g，分別置于100 mL容量瓶中，加入5 mL異丙醇，渦旋分散，加入正己烷至近刻度，渦旋30 s，超聲15 min，冷卻至室溫，用正己烷定容，渦旋混勻，以5 000 r/min 離心5 min，精密量取上清液5 mL 置100 mL 容量瓶中，用正己烷定容，搖勻，取適量經0.22 μm 有機濾膜過濾后，作為基質空白溶液。分別精密量取10 μg/mL D3～D9 標準儲備溶液適量，用未過濾的各基質空白溶液配制成質量濃度為50、100、300、500、800、1 000 ng/mL的溶液，經0.22 μm有機濾膜過濾后，作為基質標準溶液。

1.4 供試品溶液的制備

精密稱取供試品0.5 g（精確至0.000 1 g）置于10 mL 具塞比色管中，加入0.5 mL 異丙醇，渦旋分散，加入正己烷至近刻度，渦旋30 s，超聲15 min，冷卻至室溫后，用正己烷定容，渦旋混勻，以5 000 r/min 離心5 min，精密量取上清液1 mL 置于20 mL 容量瓶中，用正己烷定容，搖勻，取適量經0.22 μm有機濾膜過濾后，作為待測溶液。

1.5 分析條件

1.5.1 色譜條件色譜柱：HP-5MS UI（5% Phenyl Methyl Silox，30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：45 ℃保持2 min，以15 ℃/min 升溫至250 ℃并保持2 min，290 ℃后運行4 min；載氣：氦氣（純度＞99.999%）；載氣流速：1.0 mL/min；碰撞氣：氮氣（純度＞99.999%）；進樣口溫度：250 ℃；進樣方式：分流進樣；分流比：1∶5；進樣量：1 μL。

1.5.2 質譜條件電子轟擊電離（EI）源，轟擊能量70 eV；傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：280 ℃；監測模式：MRM。7 種二甲基環硅氧烷的保留時間、定量及定性離子、碰撞能量等質譜參數見表1。

表1 7種二甲基環硅氧烷的質譜參數Table 1 Mass spectrometry parameters of 7 DMCs

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

2.1.1 色譜柱的選擇比較了HP-5MS UI（30 m×0.25 mm×0.25 μm）和VF-1701 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）兩種色譜柱的分離效果。結果表明，D3～D9 在VF-1701ms 色譜柱上保留較弱，而在HP-5MS色譜柱上的分離效果更好（見圖1），故選用HP-5MS UI 色譜柱進行分離。在實際測定中，由于基質對D3～D9 的檢測存在干擾，可在色譜柱前端接脫活熔融石英管作為保護柱，并根據實驗情況截掉脫活熔融石英管前端。

圖1 7種二甲基環硅氧烷的總離子流圖和MRM色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram and MRM chromatograms of 7 DMCs

2.1.2 升溫程序、傳輸線及離子源溫度的選擇由于D3～D9 存在小量殘留，故本實驗比較了兩種升溫程序、傳輸線溫度及離子源溫度。實驗條件（1）：于45 ℃保持2 min，以15 ℃/min 速率升溫至250 ℃并保持2 min，280 ℃后運行3 min，傳輸線溫度260 ℃，離子源溫度250 ℃；實驗條件（2）：于45 ℃保持2 min，以15 ℃/min速率升溫至280 ℃并保持3 min，300 ℃后運行5 min，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度280 ℃。結果表明，在空白溶液多針進樣后，實驗條件（1）的殘留相對穩定，實驗條件（2）的殘留有少量下降。考慮到實驗條件（2）對殘留改善不明顯，為防止色譜柱溫度太高造成更多柱流失，從而影響檢測，故選擇實驗條件（1）的升溫程序，但將后運行改為290 ℃運行4 min，傳輸線溫度提至280 ℃，離子源溫度提至280 ℃。

2.1.3 襯管的選擇比較了玻璃毛分流襯管和砂芯分流襯管。結果表明，采用砂芯分流襯管時，D3～D9 的殘留相對較小，故選用砂芯分流襯管進行實驗。此外，在較多針進樣后D3、D4 會出現拖尾現象，更換襯管后有所改善。

2.2 質譜條件的選擇

比較了選擇離子監測（SIM）和多重反應監測（MRM）模式。結果表明，二級質譜法的MRM 模式較一級質譜的SIM模式干擾更小，故選用MRM作為質譜監測模式。

2.3 前處理條件的選擇

2.3.1 提取溶劑及提取方式的選擇二甲基環硅氧烷為疏水性化合物，不溶于水，溶于苯、正己烷等有機溶劑［15］。根據相似相溶原理，可考慮采用弱極性或非極性溶劑作為提取溶劑。本實驗采用甲醇、乙腈、異丙醇、正己烷、異丙醇/正己烷組合的提取方式開展比對實驗。結果顯示，采用甲醇或乙腈提取時的溶解基質較多，干擾目標物測定；采用異丙醇提取時有少量干擾；采用正己烷提取時干擾少，但對樣品分散不完全；采用異丙醇/正己烷組合提取時的樣品分散好，干擾少。因正己烷與水不能互溶，異丙醇能分別與水、油互溶，故加入異丙醇能更好地分散各類樣品基質。因此，本實驗采用異丙醇分散，正己烷提取的方式進行前處理，測得平均回收率為85.1% ～ 115%。

2.3.2 樣品溶液濃度的選擇按“1.4”項第一步（即以5 000 r/min 離心5 min 后的上清液）稀釋到10 mL的溶液及第二步（即有機膜過濾后的待測溶液）取1 mL再稀釋至20 mL的溶液配制方式分別開展加標回收實驗。結果表明：稀釋至10 mL 的供試品溶液配制方式，D3～D9 在水基質中的回收率較好，但在膏霜基質和乳基質中出現10倍以上增益，而采用取1 mL再稀釋到20 mL的溶液配制方式，D3～D9在膏霜基質和乳基質中的增益大幅降低。故采用進一步稀釋配制方法，能更準確測定樣品中D3～D9含量。

2.4 基質效應

依據文獻［16-18］，采用標準曲線法（基質效應（ME）=基質標準曲線斜率/溶劑標準曲線斜率×100%）考察基質效應。ME＜85%為基質抑制效應，85%≤ME≤115%時基質效應可以忽略，ME＞115%為基質增強效應。本實驗通過比較水基質、乳基質、膏霜基質與溶劑配制的標曲斜率比值，結果顯示水基質中D3～D9 的ME 為100%～113%，基質效應可以忽略，故采用溶劑標準曲線法測定；乳基質中D3～D9 的ME 值為150%～169%，膏霜基質中D3～D9的ME 值為160%～275%，表現為增強效應，為排除基質影響，提高準確度，故采用基質標準曲線法測定。

2.5 使用硅膠、塑料材料的交叉污染

文獻［1］顯示，硅膠、塑料等材質可能會影響D3～D9 的背景值。本課題對實驗中接觸到的該類材質進行實驗比對：（1）取經濾頭過濾和未經濾頭過濾的對照品溶液進行測定，測得結果一致。（2）分別按以下方式配制溶液：①取10 mL正己烷置于化妝品塑料空瓶中30 min；②取10 mL正己烷浸泡2個1 mL移液槍槍頭30 min；③取10 mL正己烷置于離心管中30 min；④取10 mL正己烷浸泡進樣瓶蓋30 min；⑤取4 mL正己烷浸泡2個進樣口墊片30 min。取正己烷及以上5種溶液進行測定。結果顯示，浸泡進樣瓶蓋及進樣口墊片的正己烷檢出D3～D9，其余與正己烷空白溶液響應值幾乎無異（見表2）。從實驗結果可以推測，本實驗中接觸到的軟性硅橡膠成分在正己烷中會遷出D3～D9，硬性塑料材質不影響D3～D9的檢測。結合實驗結果和文獻報道，測定中應盡量避免接觸硅橡膠類和塑料材料，如不戴橡膠手套，進樣瓶中溶液不要太滿，以免粘到進樣瓶蓋及墊片。此外，實驗人員還需避免涂抹護手霜等護膚品以免造成污染。

表2 塑料、硅膠類材質中D3～D9的遷出量比對實驗Table 2 Comparative experimental results of D3～D9 migration in plastic and silicone materials ρ/（ng·mL-1）

2.6 方法學考察

本實驗按照《化妝品中禁用物質和限用物質檢測方法驗證技術規范》（中華人民共和國食品藥品監督管理局食藥監許［2010］455號文）開展方法學驗證［19］。

2.6.1 特異性 分別精密量取正己烷、標準溶液、基質空白溶液、基質標準溶液，進行測定后記錄色譜圖。結果顯示，空白溶劑、基質空白溶液對7種二甲基環硅氧烷的檢測無干擾。

2.6.2 線性范圍、檢出限與定量下限取“1.3.1”標準溶液及“1.3.2”基質標準溶液進行測定。以各化合物的定量離子對峰面積（y）對各自質量濃度（x，ng/mL）進行回歸分析，得到各組分的線性方程與相關系數（R）。取10 μg/mL 的D3～D9 標準儲備溶液，用正己烷配制成質量濃度為10 ng/mL 的檢出限溶液，測定后，以3倍信噪比計算檢出限（LOD），10倍信噪比計算定量下限（LOQ）。結果表明，7種二甲基環硅氧烷在正己烷和3 種化妝品基質中均有良好的線性關系，相關系數（R）為0.996 5～ 0. 999 9，LOD為4.0～ 6.1 mg/kg，LOQ為13.2 ～ 20.4 mg/kg（見表3）。

表3 7種二甲基環硅氧烷的線性范圍、線性方程、相關系數 、基質效應、檢出限與定量下限Table 3 Linear ranges，linear equations，correlation coefficients，matrix effects，limits of detectionand limits of quantitation of 7 DMCs

2.6.3 準確度與精密度取各基質空白樣品，分別配制成低、中、高（40 、200、320 mg/kg）3水平的加標回收溶液，測定得到各組分的平均加標回收率為85.1% ～ 115%，相對標準偏差（RSD）為0.90%～7.0%（見表4）。結果表明，方法的準確度與精密度較好。

2.6.4 穩定性取“2.6.3”的低、高濃度加標回收溶液，分別于4個時間點（0、12、24、48 h）進樣分析，代入相應標準曲線計算各組分濃度及RSD。取24 h（0、12、24 h）內RSD衡量日內穩定性，D3～D9 的RSD 為0.50%～8.8%。取48 h（0、24、48 h）內的RSD 衡量日間穩定性，D3～D9 的RSD 為0.40%～7.9%。結果表明，該供試品溶液較穩定。

2.7 實際樣品檢測

對102批市售化妝品（包括水基質樣品40批、乳基質樣品31批、膏霜基質樣品31批）進行測定。其中，85批內包材為塑料材料，15批為玻璃瓶塑料蓋材質，1批為鋁管塑料蓋材質，1批為玻璃材質帶硅膠滴頭塑料蓋。

102 批樣品中，D3～D9 檢出情況為：（1）按組分統計，102 批樣品中檢出D3～D9 組分的共49 批，檢出率為48%；D3 未檢出，D4～D9 的檢出率為13%～41%，檢出率最高的是D8，為41%；D5 有11 批含量超過0.1%，最高為6.78%，D6有4批含量超過0.1%，最高為1.88%，其余組分檢出含量均＜0.1%（見表5、圖2）。（2）按基質統計，水基質檢出14批，檢出率為35%；乳基質檢出22批，檢出率為71%；膏霜基質檢出13批，檢出率為42%。（3）按標簽標識情況統計，102批樣品標簽均未標示含D3～D9；標示含聚二甲基硅氧烷（硅油）類物質共68批，其中39批中檢出D3～D9，檢出率為57%；未標示含聚二甲基硅氧烷類物質共34 批，其中10 批檢出D3～D9，檢出率為29%。（4）按產品類別統計，發用類化妝品的檢出率最高，9 批發用類產品中有7 批檢出，檢出率為78%，其中6 批護發類產品中有5 批檢出，檢出率為83%。

圖2 102批樣品中7種二甲基環硅氧烷的檢出情況Fig.2 Detection results of 7 DMCs in 102 batches of samples A：water-based liquid；B：lotion；C：cream

表5 102批樣品中7種二甲基環硅氧烷的檢出情況Table 5 Detection results of 7 DMCs in 102 batches of samples

（續表5）

3 結 論

本研究建立了氣相色譜-串聯質譜法（GCMS/MS）測定化妝品中7 種二甲基環硅氧烷（D3～D9）的檢測方法。方法采用高靈敏度的GC-MS/MS 檢測技術和干擾少的多重反應監測模式（MRM），具有較好的準確度與精密度，采用該方法對市面抽取的102批化妝品進行檢測。結果提示，國內市售化妝品較大比例含二甲基環硅氧烷，部分組分的量值水平（D5、D6）較高，故對化妝品中二甲基環硅氧烷開展監測勢在必行。該方法前處理簡便、快速，測定靈敏、準確，可為保障化妝品的質量安全提供技術支撐。