王欣怡 ,黃 淼 ,呂小寶 ,梁建英 ,戴 維?

(1.復(fù)旦大學(xué) 藥學(xué)院,上海 201203;2.上海市公安局物證鑒定中心,上海 200083)

質(zhì)譜成像(MSI)技術(shù)近年來發(fā)展迅速,在生命科學(xué)[1-2]、醫(yī)學(xué)[3]、法醫(yī)學(xué)[4]領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。目前常用的分子質(zhì)譜成像技術(shù)有基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜成像(MALDI-MSI)[5]、二次離子質(zhì)譜成像(SI-MSI)[6]、解析電噴霧電離質(zhì)譜成像(DESIMSI)等[7-8]。DESI-MSI 是將解析電噴霧電離(DESI)的質(zhì)譜離子掃描技術(shù)與專業(yè)圖像處理軟件相結(jié)合,對樣品進(jìn)行分析,產(chǎn)生任意質(zhì)荷比(m/z)化合物的二維離子密度圖,通過成像結(jié)果,從而可以得到樣品的組成成分、空間分布等情況的一種分析技術(shù)。DESI-MSI 技術(shù)目前已應(yīng)用于農(nóng)殘[9]、假劣藥[10]、毒品[11]、爆炸物[12-15]、文檔墨水[16]、皮膚表面微量分子[17]等檢測。

化妝品是人們生活中常見的日用化學(xué)品,是犯罪現(xiàn)場非常常見的物證,也是犯罪嫌疑人極易接觸的物證。目前對化妝品的研究主要集中在非法添加[18-19]、有毒有害物質(zhì)[20]及質(zhì)量研究[21]上,但將其作為法庭物證的研究尚屬空白。對化妝品類復(fù)雜混合物中化合物的分析,目前主要以色譜技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合質(zhì)譜進(jìn)行定性定量分析,如液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)[18]。該方法雖具有很高的靈敏度和特異性,但樣品前處理較為復(fù)雜[22],且很難保證混合物中性質(zhì)差別較大的多種成分在同一色譜條件下的響應(yīng)都滿足要求。

本工作采用DESI-MSI技術(shù),建立適合口紅類化妝品的檢測方法,實現(xiàn)無需樣品前處理的快速檢測。通過檢測不同品種的口紅樣品,初步建立口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫。在實際案件中,將口紅殘留物證與已知口紅樣品或口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對,實現(xiàn)初步定性鑒別。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

SYNAPT?G2-Si型飛行時間質(zhì)譜儀,配DESI源、HDImaging v1.4數(shù)據(jù)采集軟件;Prosolia DESI特制載玻片;Milli-Q 型純水儀。

甲醇、三氯甲烷均為色譜純;試驗用水是由Milli-Q 型純水儀制備的超純水。

30種不同品牌的口紅均為市購商品。

1.2 儀器工作條件

DESI源,在分離度模式下操作,正、負(fù)離子全掃描,掃描范圍m/z50～1 500;空間分辨率200μm;噴霧電壓3 kV;采樣錐電壓±30 V;噴霧器入射角65°,收集角10°;噴霧速率2μL·min－1;離子源溫度150 ℃;噴霧溶劑為體積比90∶8∶2的甲醇-三氯甲烷-水的混合液。為測得準(zhǔn)確的相對分子質(zhì)量,儀器需經(jīng)甲酸鈉校正后使用。

1.3 試驗方法

1.3.1 口紅樣品的檢測

口紅樣品無需前處理,直接用毛細(xì)管蘸取少量口紅樣品,點涂于載玻片的1、3、6號位(即平行點樣3次,見圖1),分別于正、負(fù)離子模式下對其進(jìn)行DESI-MSI檢測。根據(jù)檢測得到的成像結(jié)果,若在某一質(zhì)荷比下僅1、3、6號位出現(xiàn)信號,則表明該口紅樣品中含有該質(zhì)荷比的離子,見圖2;若在某一質(zhì)荷比下僅2、4、5號位出現(xiàn)信號或所有點位均出現(xiàn)信號,則表明該質(zhì)荷比的離子并非來源于口紅樣品中。

圖1 口紅樣品點樣示意圖Fig.1 Schematic diagram of lipstick sample spotting

圖2 某口紅在正離子模式下m/z 509.251 8處的信號Fig.2 Signal at m/z 509.251 8 of a lipstick in positive ion mode

1.3.2 模擬樣品的制備

試驗人員將口紅涂于唇上,用玻璃杯正常喝水后,可見杯口處留有淡紅色口紅印記。分別用酒精棉棒和普通棉棒擦拭杯口處面積、顏色深度相似的口紅印記進(jìn)行提取。將棉棒置于微量離心管中,加入200μL甲醇,超聲5 min,靜置揮干至約20μL,即為模擬樣品。用毛細(xì)管吸取微量離心管中的樣品,分別點樣于載玻片上(樣品點樣體積約為10μL)。用毛細(xì)管蘸取少量該口紅純品,直接點涂于載玻片上作為對照,與模擬樣品一同檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同檔次口紅成分分析

市面上口紅種類繁多、質(zhì)量參差不齊,價格從幾元到上百元不等。試驗共選取30種不同品牌、不同價位的口紅,按價格區(qū)間將口紅分為低端(低于50元,以A品種為例)、中端(50～200元,以B品種為例)、高端(高于200元,以C品種為例)等3個檔次。

比較30 種不同檔次口紅成分,從原料數(shù)量上看,低端口紅所用的原料數(shù)量顯著低于中、高端口紅。從原料種類上看,低端口紅常采用十三烷醇偏苯三酸酯、礦油、礦脂、石蠟等作為柔潤劑,但在中、高端口紅中較少添加上述原料。此外,低端產(chǎn)品的原料主要涵蓋制作口紅所必須的柔潤劑、黏合劑、保濕劑、著色劑,且每種基本功能原料的種類都比較少,大多來自化工合成;而中高端產(chǎn)品則在基本功能原料的基礎(chǔ)上增加了各種各樣的膚感調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑及植物提取物等,以改善產(chǎn)品的使用感受,原料來源也更傾向于植物提取。

按照儀器工作條件對不同品牌、不同色號的30種口紅進(jìn)行DESI-MSI檢測,結(jié)果顯示,大多數(shù)口紅在正離子模式下出峰的數(shù)量和信號強度遠(yuǎn)高于負(fù)離子模式,故可將正離子模式的出峰信號作為定性鑒別的主要依據(jù),負(fù)離子模式出峰信號作為輔助判斷依據(jù)。

同一物質(zhì)可能同時出現(xiàn)多種同位素信號峰及其對應(yīng)的[M＋H]＋、[M＋Na]＋、[M＋NH4]＋、[M＋K]＋、[2M＋Na]＋、[2M＋NH4]＋和[2M＋K]＋等準(zhǔn)分子離子峰,亦有可能出現(xiàn)碎片離子峰。以A、B、C品種為代表的不同檔次口紅在正離子模式下的質(zhì)譜圖見圖3。

圖3 以A、B、C品種為代表的3種不同檔次口紅的質(zhì)譜圖Fig.3 Mass spectra of three different grades of lipsticks represented by A,B and C

異壬酸異壬酯為口紅A 使用的主要柔潤劑之一,分析圖3(a)質(zhì)譜數(shù)據(jù),m/z307.302 8與異壬酸異壬酯的[M＋Na]＋峰的精確m/z307.261 3 吻合。圖3(b)中信號最強的峰為m/z661.577 4,與B 口紅使用的主要柔潤劑二異硬脂醇蘋果酸酯的[M＋Na]＋峰的精確m/z661.574 7吻合。口紅C采用蓖麻籽油作為主要柔潤劑,但蓖麻籽油為混合物,無法獲知其準(zhǔn)確相對分子質(zhì)量,故對蓖麻籽油原料進(jìn)行單獨檢測,測得蓖麻籽油原料的最強信號為m/z955.707 2,與口紅C 中最強信號m/z955.742 7吻合。口紅A、B、C 中主要化學(xué)成分分析見表1。

表1 口紅A、B、C中主要化學(xué)成分的分析Tab.1 Analysis of the main chemical components in lipstick A,B and C

上述結(jié)果表明,DESI-MSI能夠?qū)诩t樣品中含量較高的主要成分進(jìn)行快速定性鑒別。由于不同檔次、不同品牌口紅產(chǎn)品在主要原料的選擇、用量及其他輔料添加種類上有所不同,造成其質(zhì)譜數(shù)據(jù)有明顯差異,通過建立口紅樣品質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫,可以分析不同品牌口紅質(zhì)譜信號的異同點。將未知口紅樣品的質(zhì)譜信息與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對,即可對未知樣品的檔次和品牌做出初步推測。試驗所使用的DESI離子源外接SYNAPT?G2-Si飛行時間質(zhì)譜儀,質(zhì)荷比能夠精確到0.001 Th,但即使是經(jīng)過校正后,隨著DESI-MSI使用時間的增加,質(zhì)量軸偏差會越發(fā)明顯,尤其是質(zhì)量數(shù)較大時通常偏差更大。因此,試驗將定性鑒別的質(zhì)荷比容差值設(shè)置為0.05 Th,即實測m/z與理論m/z的絕對差值不應(yīng)超過0.05。同時還應(yīng)考察目標(biāo)物的[M＋H]＋、[M＋Na]＋、[2M＋H]＋、[2M＋Na]＋等多個分子離子峰,若有2個或2個以上對應(yīng)的分子離子峰同時出現(xiàn),則目標(biāo)物的定性可靠性大大提高。

2.2 未知口紅樣品的定性鑒別

選取市面上常見的不同品牌、不同色號的10種口紅(A～J),并隨機從中抽取一種作為未知樣品(X),將其點樣在同一塊載玻片上,如圖4所示,在上述檢測條件下對10種已知口紅樣品和1種未知樣品同時進(jìn)行DESI-MSI檢測,考察本法能否對未知口紅樣品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地定性鑒別。

圖4 10種已知口紅(A～J)和1種未知口紅(X)的點樣示意圖Fig.4 Schematic diagram of 10 known lipsticks(A－J)and an unknown lipstick(X)spotting

通過對A～J口紅MSI圖的研究發(fā)現(xiàn),各品牌口紅中均含有一些與其他品牌口紅相同的共性信號(如圖5所示,二異硬脂醇蘋果酸酯的[M＋Na]＋峰的理論m/z為661.574 7,實測m/z為661.584 5,可在口紅C、D、G、H 中檢測到),同時還含有其他品牌口紅所沒有的特征信號(如圖6、圖7所示,A～J口紅 中,僅口紅E 含 有m/z837.594 4、m/z1 057.729 2信號)。通過比對未知口紅和已知口紅的特征信號,可推測未知口紅X 與口紅E 為同一產(chǎn)品。上述試驗結(jié)果顯示,本方法能夠?qū)诩t中含量較高的原料進(jìn)行高效、靈敏檢測;除常用原料外,本方法還能一目了然地區(qū)分多種品牌口紅的特異性成分,并以此為依據(jù)對未知口紅進(jìn)行定性鑒別。

圖5 口紅中二異硬脂醇蘋果酸酯在正離子模式下的[M＋Na]＋峰信號Fig.5 Signal of[M＋Na]＋of diisostearyl malate in lipstick in positive ion mode

圖6 各種口紅在正離子模式下m/z 837.594 4處的信號Fig.6 Signal at m/z 837.594 4 of various lipsticks in positive ion mode

圖7 各種口紅在正離子模式下m/z 1 057.729 2處的信號Fig.7 Signal at m/z 1 057.729 2 of various lipsticks in positive ion mode

2.3 口紅產(chǎn)品的真?zhèn)舞b別

因口紅屬于典型的“低成本、高溢價”消費品,由此催生了大量假冒高檔品牌的偽劣產(chǎn)品。盡管目前部分仿品從外包裝及口紅顏色上已與正品接近,但在其原料的種類、用量以及制作工藝上卻難以和正品保持一致。試驗以某品牌的正品口紅與同色號偽劣口紅為研究對象,分別用毛細(xì)管蘸取口紅純品,點樣于同一塊載玻片上,比對二者在正離子模式下的質(zhì)譜檢測結(jié)果,即可進(jìn)行真?zhèn)舞b別。

正品口紅和偽劣口紅雖然在包裝和顏色上十分接近,但二者的質(zhì)譜圖(圖8)有顯著差異。在正品口紅質(zhì)譜圖上,m/z629.198 7～1 372.414 6內(nèi)可看到11個等間距峰,相鄰峰間依次相差約74.02,與聚二甲基硅氧烷單體的精確相對分子質(zhì)量74.018 8吻合,表明這11個等間距的峰即為正品口紅中某未知成分與常用柔潤劑聚二甲基硅氧烷形成的聚合物,而偽劣口紅的質(zhì)譜圖無該特征。以該系列聚合物中信號最強的m/z777.233 2為例,如圖9所示,正品口紅在m/z777.233 2處有強信號,但偽劣口紅中未見該信號,從二者成像圖中能更加直觀、快速地分辨其差異,亦能達(dá)到鑒定真?zhèn)蔚哪康?。尤其是在鑒別復(fù)雜基質(zhì)生物樣品(如指紋或唇印上的口紅)時,大量內(nèi)源性干擾導(dǎo)致質(zhì)譜圖信號復(fù)雜,難以鑒別真?zhèn)尾町?此時對具體的特征信號采用DESI成像會更加直觀,真?zhèn)尾町愐荒苛巳弧３酥?對于指紋上殘留的口紅直接進(jìn)行DESI成像,還能夠揭示口紅印跡在指紋上的大致位置等信息。

圖8 正品口紅和偽劣口紅在正離子模式下的質(zhì)譜圖Fig.8 Mass spectra of genuine lipstick and fake lipstick in positive ion mode

圖9 正離子模式下正品口紅和偽劣口紅在m/z 777.233 2處的信號Fig.9 Signal at m/z 777.233 2 of genuine lipstick and fake lipstick in positive ion mode

2.4 模擬樣品的檢驗

按1.3.2節(jié)方法制備模擬樣品,按照1.2節(jié)儀器工作條件進(jìn)行檢測,將普通棉棒提取物、酒精棉棒提取物信號與口紅純品信號進(jìn)行比對,若口紅純品信號都能在提取物中找到,則表明本法可對杯口/瓶口殘留的口紅印記進(jìn)行定性鑒別比對。通過對比普通棉棒和酒精棉棒提取樣品的信號強度及數(shù)量,考察二者的提取效果,可為后續(xù)實際案件取證方式提供參考。

結(jié)果顯示,在正離子模式下,口紅純品共檢測到76個碎片離子,酒精棉棒提取物中能夠檢測到其中的70個,普通棉棒提取物中能夠檢測到其中的68個,表明DESI-MSI能夠?qū)Ρ跉埩艨诩t印記進(jìn)行有效檢測。另外,無論是酒精棉棒還是普通棉棒提取物,都檢測到了非口紅純品信號,可能為人體嘴唇上的內(nèi)源性物質(zhì)或杯口殘留的其他物質(zhì)。

在保持進(jìn)樣體積基本一致的情況下,觀察到酒精棉棒提取物的信號強度明顯高于普通棉棒(如圖10所示),推測可能是乙醇對口紅中大量脂溶性成分的提取效率更高。這也提示在實際案件中提取口紅類微量物證時,可優(yōu)先考慮使用酒精棉棒擦拭。

圖10 酒精棉棒提取物、普通棉棒提取物、口紅純品在正離子模式下m/z 999.309 0處的信號Fig.10 Signal at m/z 999.309 0 of alcohol cotton swab extract,ordinary cotton swab extract,and lipstick sample in positive ion mode

本工作提出了適用于口紅類化妝品物證檢驗的DESI-MSI檢測方法,并用于檢測30種不同品牌口紅樣品,根據(jù)正、負(fù)離子模式下得到的準(zhǔn)分子離子峰及碎片離子質(zhì)荷比初步建立了口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫。該方法重復(fù)性好、定性能力強,無需復(fù)雜的樣品前處理即可對口紅中的主要成分進(jìn)行快速定性檢測。根據(jù)不同品種口紅的特征碎片離子質(zhì)荷比數(shù)據(jù)及質(zhì)譜成像分布圖的差異,可對口紅進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、直觀地真?zhèn)舞b別。口紅物證模擬樣品試驗結(jié)果表明,對于犯罪現(xiàn)場提取到的口紅殘留物,可利用DESI-MSI檢測將其與已知口紅純品進(jìn)行比對檢驗,從而為刻畫嫌疑人及確定偵查方向提供思路。此外,酒精棉棒提取物和普通棉棒提取物的成像結(jié)果提示,在實際案件中提取化妝品類物證時可優(yōu)先考慮使用酒精棉棒。