郭項雨, 翟俊峰, 馬龍華, 吳 青, 白 樺*, 馬 強*

(1. 中國檢驗檢疫科學研究院, 北京 100176; 2. Excellims Corporation, Acton, MA 01720, USA)

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,化妝品不僅是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?也已成為美化生活的一種時尚產(chǎn)品,受到廣大消費者的青睞。對化妝品的巨大需求,又極大地促進了化妝品產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和市場的空前繁榮。2017年,我國的化妝品銷售額已達434億歐元,僅次于歐盟和美國,是全球第三大化妝品消費市場[1]。面對化妝品行業(yè)的高速發(fā)展和化妝品需求量的與日俱增,化妝品的產(chǎn)品質量和安全性越來越受到廣大消費者的關注和重視?；瘖y品在使用過程中,會持續(xù)駐留人體皮膚表面,以發(fā)揮其美白、抗皺、祛痘等功效,化妝品中可能含有的化學風險物質會通過皮膚接觸吸收,進而危害人體健康安全。為確?；瘖y品質量安全,廣泛開發(fā)建立化妝品管控危害物質的檢測方法尤為重要。

利多卡因、氯普魯卡因、丁卡因、普莫卡因、辛可卡因等卡因類物質在醫(yī)學領域主要作為局部麻醉劑,可能添加于曬后修復、祛斑、祛痘、脫毛、去角質層等化妝品中,以達到減輕人體肌膚疼痛或不適的作用,并且具有抗皺/抗衰老作用。但此類化學物質具有中樞神經(jīng)毒性和心血管毒性,可經(jīng)皮膚表面吸收進入血液循環(huán),對人體健康造成危害[2]。因此,我國《化妝品安全技術規(guī)范》(2015年版)[3]及歐盟化妝品法規(guī)[4]將上述卡因類物質列為化妝品中禁用組分,相關部門也制定和發(fā)布了化妝品中卡因類物質檢測的方法標準[3,5]。

目前,利多卡因、丁卡因、普莫卡因等卡因類化合物的測定方法包括高效液相色譜法[6-8]、高效液相色譜-質譜法[9]、氣相色譜-質譜法[10,11]、電化學法[12]等,涉及的樣品包括注射液、藥膏、血液、胃液、生物組織等。上述方法各有特點,但大多需要對樣品進行較為復雜的前處理過程,如溶解、提取、離心、濃縮、過濾等,然后經(jīng)過色譜分離后測定。整個分析過程試劑消耗量大、分析周期長、時間成本高。另外,部分方法還需要依托大型質譜儀器進行定性定量分析,這些設備通常體積大、質量重、機動性差,不能實現(xiàn)對樣品的現(xiàn)場檢測分析。上述傳統(tǒng)前處理步驟及實驗室分析儀器雖然具有較好的靈敏度和準確性,但無法滿足與日俱增的現(xiàn)場快速篩查需求。

離子遷移譜(ion mobility spectrometry, IMS)是基于氣相中不同的氣相離子在電場中遷移速度的差異來對化學物質進行表征的一項分析技術,具有設備質量輕、體積小、操作簡便、快速靈敏等優(yōu)點,是現(xiàn)場快速分析檢測的有力工具,目前已廣泛應用在車站、機場、口岸等區(qū)域,涉及毒品檢測[13,14]、爆炸物分析[15]、食品安全[16-18]、環(huán)境監(jiān)測[19]等諸多領域。熱解吸離子化(thermal desorption ionization)技術無需任何樣品前處理,無需萃取溶劑,對樣品加熱、吹掃、離子化一步完成,具有檢測成本低、分析速度快、綠色環(huán)保等優(yōu)勢,也越來越受到檢測分析工作者的關注,并在爆炸物排查[20,21]、毒品檢測[22,23]等領域發(fā)揮了重要作用。在離子遷移譜分析中,首先要生成氣相離子,然后才能進行產(chǎn)物離子的分離和檢測?，F(xiàn)有的電離源包括放射源、光致放電管、激光電離、電噴霧電離、火焰電離、電暈電離等[24]。本文采用熱解吸-電暈放電電離技術,結合離子遷移譜,建立了化妝品中5種禁用卡因類化合物的現(xiàn)場快速篩查方法,疑似陽性樣品采用高效液相色譜-串聯(lián)質譜法進一步確證,為確?；瘖y品質量安全和消費者健康安全提供了科學有效的技術手段。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GA2100型便攜式離子遷移譜儀(美國Excellims公司):配有熱解吸-電暈放電離子源、離子柵門控制器、空氣過濾裝置(含硫酸鈣和分子篩)、高分辨率離子遷移分析器、法拉第杯檢測器、VisIon儀器控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),使用前用色氨酸和檸檬酸分別在正、負離子模式下校正儀器;ACQUITY超高效液相色譜儀、Xevo TQ-MS三重四極桿質譜儀、MassLynx數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(美國Waters公司); Milli-Q Integral 5型超純水器(美國Merck Millipore公司)。丁卡因(CAS 94-24-6,純度99.9%)購自德國Dr. Ehrenstorfer公司;利多卡因(CAS 137-58-6,純度99%)購自百靈威科技有限公司;辛可卡因鹽酸鹽(CAS 85-79-0,純度99%)、普莫卡因鹽酸鹽(CAS 637-58-1,純度99%)和氯普魯卡因鹽酸鹽(CAS 3858-89-7,純度99.8%)購自美國Stanford Chemicals公司。5種卡因類禁用物質用甲醇配制成1 g/L標準儲備液,使用時根據(jù)需要用甲醇稀釋成混合標準工作液;甲醇(色譜純)購自美國Fisher公司;色氨酸和檸檬酸購自美國Sigma-Aldrich公司,以甲醇配成10 mg/L校正液進行儀器校正;CT1319型玻璃纖維拭紙購自美國DSA Detection公司;Nomex纖維拭紙購自美國DuPont公司;Grade 1、Grade 3MM、Grade 17、Grade 31ET纖維素色譜紙購自美國Whatman公司。

1.2 實驗方法

熱解吸離子源由解吸加熱器、樣品槽、樣品傳輸管、電暈腔、電暈針、解吸氣和電暈吹掃氣構成?；瘖y品樣品無需前處理步驟,樣品輕輕蘸取(膏霜類化妝品)、滴加(液體類化妝品)或噴霧(噴霧類化妝品)在采樣拭紙上,靜置30 s,待樣品中可能含有的乙醇等溶劑揮發(fā)后置于離子源樣品槽中,在加熱器和解吸氣的共同作用下,樣品中待測組分熱解吸并通過樣品傳輸管進入電暈腔,在電暈針高壓作用下發(fā)生離子化,并在電暈吹掃氣和電場作用下進入離子遷移譜的遷移管內(nèi)進行分離后,經(jīng)法拉第杯檢測器檢測得到相應測試圖譜。實驗流程如圖1所示。對于基質復雜的樣品,為避免樣品槽污染,應定期清潔,可設置熱解吸離子源解吸溫度至250 ℃,解吸時間5～10 min即可達到清潔效果。

圖 1 熱解吸-電暈放電電離-離子遷移譜實驗流程Fig. 1 Work flow for thermal desorption-corona discharge ionization coupled with ion mobility spectrometry

CompoundFormulaMrIonization modeDrift time/msRelative drift factorLOD/ngLidocaineC14H22N2O234.34positive11.00.4810ChloroprocaineC13H19ClN2O2307.22positive11.50.5410TetracaineC15H24N2O2264.36positive12.40.6550PramocaineC17H28ClNO3329.86positive13.00.7250DibucaineC20H29N3O2343.46positive14.50.89504-Aminobenzoic acidC7H7NO2137.14positive15.4-10-: not applicable.表 2 5種待測物的質譜分析參數(shù)Table 2 MS/MS parameters for the five analytesCompoundPrecursor ion (m/z)Product ion (m/z)Cone voltage/VCollision energy/eVRelative ion ratio/%Acceptable tolerance/%Lidocaine235.286.6*3016100±2058.3303252Chloroprocaine271.5100.1*3213100±25154.2322446Tetracaine265.5176.5*3211100±30220.2321616Pramocaine294.4100.2*2818100±25151.2281548Dibucaine344.5271.3*3014100±20215.2302159

* Ions with higher responses.

1.3 離子遷移譜分析條件

熱解吸-電暈放電離子化條件如下。解吸溫度:210 ℃;解吸氣種類:空氣;解吸氣流速:0.5 L/min;解吸時間:15 s;電暈放電模式:正離子模式;電暈放電電壓:2 143 V;電暈吹掃氣種類:空氣;電暈吹掃氣流速:0.5 L/min;電暈吹掃氣抽速:0.4 L/min。

離子遷移譜條件如下。遷移管電壓:8 000 V;遷移管溫度:180 ℃;氣體預加熱溫度:180 ℃;遷移譜寬:20 ms; Bradbury-Nielsen離子門脈沖寬度:75 μs; Bradbury-Nielsen離子門電壓:37 V;漂移氣流速:1.80 L/min;排氣泵抽速:1.30 L/min。為校正遷移時間可能產(chǎn)生的漂移對分析結果的影響,本研究選用4-氨基苯甲酸作為參比物質,用于計算待測卡因類化合物的相對遷移因子。5種待測物及參比物質的分子式、相對分子質量、離子化方式、遷移時間和相對遷移因子見表1。

1.4 高效液相色譜-串聯(lián)質譜確證條件

Waters XBridge C18色譜柱(150 mm×2.1 mm, 3.5 μm);流動相:水(A)和甲醇(B)。梯度洗脫程序:0～12 min, 35%B～90%B; 12～18 min, 90%B。流速:0. 3 mL/min;柱溫:30 ℃;樣品室溫度:20 ℃;進樣量:5 μL。

5種卡因類化合物的質譜分析參數(shù)見表2,其判斷依據(jù)主要參照歐盟指令2002/657/EC[25]中關于質譜分析方法定性的規(guī)定。電噴霧離子源;毛細管電壓:3.0 kV;射頻透鏡電壓:0.3 kV;離子源溫度:150 ℃;去溶劑氣溫度:450 ℃;去溶劑氣流量:800 L/h;錐孔氣流量:50 L/h;光電倍增器電壓:650 V;碰撞氣體:氬氣;碰撞室氣壓:0.32 Pa;多反應監(jiān)測(MRM)模式檢測。

圖 2 不同拭紙對5種待測物的歸一化響應值(n=6)Fig. 2 Normalized intensity of the five analytes with different sampling swabs (n=6)

2 結果與討論

2.1 采樣拭紙的選擇

采樣拭紙的選擇對樣品的采集和待測物的解吸具有重要影響。由于不同拭紙表面及內(nèi)部含有的羥基數(shù)量不同,5種卡因類化合物的性質又存在差異,因此不同拭紙與化合物的結合程度存在差異,解吸效果隨之不同。為確保上樣量的準確統(tǒng)一,將10 μL質量濃度為50 mg/L的標準混合溶液滴加在不同的采樣拭紙上,靜置30 s,在儀器條件一致的情況下,以總響應強度為考察指標,比較CT1319型玻璃纖維拭紙、Nomex纖維拭紙以及Grade 1、Grade 3MM、Grade 17、Grade 31ET纖維素色譜紙等6種采樣拭紙對5種待測卡因類化合物的分析效果,實驗數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理,結果如圖2所示。采用Nomex纖維拭紙對于待測物的信號響應值最高,推測可能是由于Nomex纖維拭紙對待測物吸附性較強,并且在熱解吸過程中又具有較好的解吸附效果。Grade 1、Grade 17、Grade 3MM和Grade 31ET纖維素色譜紙的表面及紙基內(nèi)部均含有較多的羥基,加載樣品后,對樣品中待測物形成氫鍵等分子間作用力,在熱解吸過程中不能將待測物完全解吸附,故響應值略低。CT1319型玻璃纖維拭紙響應值最低,這可能是由于基質材料對樣品吸附性差,導致樣品加載量較少。

2.2 解吸溫度的優(yōu)化

解吸溫度對目標分析物的解吸附程度及響應值有著顯著影響。解吸溫度過低時,樣品中待測物不能從拭紙上完全解吸;解吸溫度過高時,樣品原本較難揮發(fā)的雜質會隨著解吸溫度的升高解吸出來,在電暈腔內(nèi)與目標物質發(fā)生電荷競爭作用,并且離子化后進入遷移管中,有可能形成較強的基質干擾,影響目標化合物的分析檢測。本研究在180～250 ℃范圍內(nèi)設定了一系列解吸溫度。經(jīng)考察,在1.3節(jié)下,當解吸溫度為210 ℃時,5種卡因類待測化合物的響應值均接近最大值(見圖3)。

圖 3 不同解吸溫度下5種待測物的信號響應(n=6)Fig. 3 Signal responses of the five analytes at various desorption temperatures (n=6)

2.3 電暈放電電壓的優(yōu)化

電暈放電電壓是決定目標化合物離子化效果及信號響應強度的重要參數(shù)。在熱解吸-電暈放電電離過程中,待測物經(jīng)加熱后從拭紙上解吸,以氣態(tài)分子形式進入電暈腔,在電暈針高壓的作用下發(fā)生分子離子反應,形成離子進入離子遷移譜。5種卡因類化合物的最佳電暈放電電壓略有差異,綜合5種待測化合物各自的最佳電壓值及離子化效果,確定本方法的電暈放電電壓為2 143 V。

2.4 遷移管和氣體預加熱溫度的優(yōu)化

在離子遷移譜進樣分析時,為了避免熱交換或其他因素導致的離子遷移時間重現(xiàn)性差、響應值不穩(wěn)定等現(xiàn)象,氣體預加熱溫度和遷移管溫度的設定應盡量保持一致。如設定溫度過低時,空氣濕度和環(huán)境溫度會對離子信號造成干擾;溫度過高會造成離子遷移系統(tǒng)不穩(wěn)定,引發(fā)的離子擴散及碰撞損失,反而導致信號減弱。本研究考察了不同溫度(170、180、190、200 ℃)對待測化合物響應值的影響,最終確定遷移管和氣體預加熱溫度為180 ℃(見圖4)。

圖 4 不同遷移管及氣體預加熱溫度下5種待測物的 信號響應(n=6)Fig. 4 Signal responses of the five analytes at various drift tube and gas pre-heating temperatures (n=6)

2.5 漂移氣流速的優(yōu)化

漂移氣的流速對離子分辨率和響應強度存在一定影響。基于前期研究經(jīng)驗[26-28],空氣穩(wěn)定性強、成本低廉,并且作為漂移氣能較好地分離各組分,響應強度高。同時選用空氣作為漂移氣,無需為離子遷移譜儀額外配備氣體鋼瓶,有助于實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測。本研究考察了不同漂移氣流速(1.4～2.2 L/min)對5種卡因類化合物分離效果和響應強度的影響。實驗結果表明,當漂移氣流速過低時,5種卡因類化合物分析周期短,分辨率較差;而流速太高時,分辨率提高,分析周期長,同時會稀釋目標氣體分子濃度,甚至抵消電場力的作用,使目標離子不能到達檢測器,沒有響應信號。經(jīng)考察,漂移氣的最佳流速為1.8 L/min(見圖5)。

圖 5 不同漂移氣流速下5種待測物的信號響應(n=6)Fig. 5 Signal responses of the five analytes at various drift gas velocities (n=6)

2.6 定性依據(jù)和檢出限

本文所述5種卡因類化合物為化妝品中禁用組分,在實際樣品檢測中,重點需要開展定性篩查分析,以確定產(chǎn)品是否符合法規(guī)要求。離子遷移譜以遷移時間作為主要定性依據(jù),為消除遷移時間可能發(fā)生的漂移對定性判別結果造成的干擾,保證方法準確可靠,本研究引入4-氨基苯甲酸作為參比物質,以相對遷移因子作為目標化合物的定性依據(jù)。按照前文所述方法進行分析測定,以信噪比為3測算,5種卡因類化合物的檢出限在10～50 ng之間。5種卡因類化合物及參比物質的離子遷移譜圖見圖6。

圖 6 5種待測物及參比物質的離子遷移譜圖Fig. 6 Ion mobility spectra of the five analytes and reference substance

圖 7 5種待測物的選擇離子監(jiān)測色譜圖Fig. 7 MRM chromatograms of the five analytes

2.7 高效液相色譜-串聯(lián)質譜確證

對于經(jīng)離子遷移譜法篩檢出的疑似陽性樣品,本研究還開發(fā)了進一步確證的高效液相色譜-串聯(lián)質譜方法。每種目標化合物分別選擇一個前體離子和對應的兩個產(chǎn)物離子作為監(jiān)測離子對。5種卡因類化合物的質譜分析參數(shù)見表2。如果樣品中目標化合物的離子相對豐度與濃度相當?shù)臉藴嗜芤旱南鄬ωS度一致,且偏差不超過表2中對應的允許偏差,則判斷樣品中含有相應的禁用卡因類化合物。5種卡因類化合物的選擇離子監(jiān)測色譜圖見圖7。

2.8 樣品篩查

應用本方法對不同類型的共16件化妝品實際樣品進行了篩查分析,均未檢測到上述5種卡因類化合物。為進一步驗證本方法的適用性,以1種含有利多卡因的氣霧劑外用非處方藥劑作為待測樣品進行了分析檢測。結果表明,離子遷移譜篩檢出了樣品中含有的利多卡因成分。進一步經(jīng)高效液相色譜-串聯(lián)質譜確證,驗證了實際樣品中存在利多卡因。

3 結論

本研究采用熱解吸-電暈放電電離技術,結合離子遷移譜,開發(fā)建立了化妝品中5種禁用卡因類化合物的現(xiàn)場快速篩查方法。該方法準確可靠、快速簡捷、成本低廉,無需任何樣品前處理過程,離子遷移譜分析時間小于20 ms,整個樣品分析周期不超過1 min,可用于化妝品實際樣品的現(xiàn)場快速和高通量篩查檢測。