高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法同时测定化妆品中5种含溴防腐剂

潘 晨，王枚博，吴思霖，王欣美，于 建，张 凯，王 柯，郑 荣

(上海市食品药品检验所，上海 201203)

目前，化妆品中含溴防腐剂的检测方法有高效液相色谱-紫外检测法(HPLC-UV)[3-5]、高效液相色谱-电化学检测法(HPLC-ECD)[6]和气相色谱法(GC)[7]。这些方法存在一定不足，HPLC-UV法测定时在低波长附近的干扰大，易出现假阳性结果。HPLC-ECD法虽有较高灵敏度，但ECD检测器对HPLC系统中存在的氧(空气)非常敏感，易造成检测器不稳定[8]。GC法可分析在UV上无特异吸收峰的化合物，但本课题组在前期筛查中发现，部分含溴化合物(如溴氯芬)的响应不理想，2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的线性范围窄。《化妆品安全技术规范》(2015年版)也仅对2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的液相色谱测定法进行规定，其余4种防腐剂的检测方法未作收录。

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)是近年来快速发展的一种非常适合元素形态分析的方法。该方法结合了HPLC的高效分离能力及ICP-MS的高灵敏特点，为溴及含溴化合物的测定提供了强有力的检测手段[9-14]。本课题组前期建立了2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的HPLC-ICP-MS测定法[15]，但其流动相的有机相比例超过5%时易造成ICP-MS锥孔堵塞甚至熄火。本文进一步建立了同时测定化妆品中5种含溴防腐剂的HPLC-ICP-MS法，通过引入氩氧混合气作为ICP-MS的反应气，可实现流动相中高比例有机相分析，拓展了方法的适用范围。该方法灵敏度高，准确性好，可用于化妆品中含溴防腐剂的快速筛查。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7900型电感耦合等离子体质谱仪、1200 型高效液相色谱仪(美国Agilent公司)；DS-800DTH 型超声仪(上海生析超声仪器有限公司)；MS 3 basic 型涡旋仪(德国IKA公司)；5810R型离心机(德国 Eppendoff公司)；Milli-Q Reference A+型超纯水仪(德国 Millipore公司)。

1.2 仪器条件

1.2.1 色谱条件色谱柱：Agilent Eclipse-C18(150 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相：A为0.1%甲酸，B为甲醇，梯度洗脱程序：0～3 min，75%A；3～8 min，75%～40%A；8～10 min，40%～0%A；10～13 min，0%A；13～14 min，0%～75%A；14～15 min，75%A；流速为1.0 mL·min-1，柱温为室温，进样体积为10 μL。

1.2.2 质谱条件射频功率：1 550 W；采样深度：10.0 mm；载气流量：0.7 L·min-1；冷却气流速：15.0 L·min-1；反应气比例：17%，反应气为氩氧混合气(体积比4∶1)；蠕动泵转速：0.40 r/s；雾化室温度：-2 ℃；采集质量数：79Br；碰撞反应模式，氦气流速：4.0 mL·min-1；采用 TRA模式，积分时间：0.5 s，采集时间：960 s。采用有机进样专用炬管。

1.3 标准储备溶液的制备

1.4 样品前处理

称取样品1.0 g，置于50 mL聚丙烯离心管中，加入含0.1%(体积分数)甲酸的甲醇溶液10 mL，充分涡旋振荡混匀，超声提取20 min，静置至室温，以10 000 r/min离心5 min，取适量上清液过0.22 μm滤膜，滤液备用。同时进行空白实验。

2 结果与讨论

2.1 ICP-MS条件的优化

由于Br的电离能较高，其在 ICP-MS上的灵敏度比其它元素低，为获得含溴化合物的最佳响应值，在1 300～1 600 W范围内对射频功率进行了优化。结果显示，射频功率对目标分析物灵敏度的影响较为显著，响应值随着射频功率的增大而增强，当射频功率大于1 550 W时响应值增加不明显，因此选择最佳射频功率为1 550 W。

本实验在梯度洗脱时有机相比例达100%，可能导致ICP-MS信号不稳定，并且有机相分解产生的碳粉亦可能导致ICP-MS锥口堵塞而熄火。通过引入氩氧混合气(体积比4∶1)作为反应气[16-17]，使有机物与氧气燃烧，可消除炬管和锥孔的碳沉积。实验发现，目标分析物的响应随着反应气加入量的增大而降低，可能是因为氧气过多不利于等离子体的维持。当反应气比例为17%时，既能够有效消除积碳，且能达到较高的灵敏度。此外，通过降低雾化器的制冷温度至-2 ℃，可降低有机溶剂的蒸气压，减少其到达等离子体炬焰的量，从而消除积碳。最终优化的质谱条件如“1.2.2”所示。

2.2 同位素的选择

在质量数选择方面，Br的测定可以选择79Br(50.54%)和81Br(49.46%)两个同位素[10]。Br的质谱分析主要为多原子干扰，受Ar 的干扰明显，其中40Ar40Ar1H 干扰81Br的测定，40Ar38Ar1H干扰79Br 的测定。由于38Ar的相对丰度(0.063%)远低于40Ar(99.600%)，故40Ar38Ar1H 对79Br的干扰远小于40Ar40Ar1H对81Br的干扰。而在标准品和样品的测定中，79Br的基线噪音也优于81Br，因此选择79Br作为测量同位素。

图1 3种提取溶剂对凝胶类样品提取效果的比较Fig.1 Comparison of extraction efficiencies for gel samples by three solvents1.benzalkonium bromide；2.2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol；3.5-bromo-5-nitro-1,3-dioxane；4.methyldi-bromo glutaronitrile；5.bromochlorophene

图2 5种含溴防腐剂混合标准溶液(50 mg/L)的色谱图Fig.2 Chromatogram of five bromine contained preservatives standard solution(50 mg/L)the numbers denoted are the same as those in Fig.1

2.3 色谱条件的优化

分别考察了甲醇-水和乙腈-水2种流动相的分离效果，发现乙腈为有机相时更易产生积碳且信号不稳定，这是由于乙腈含碳比例高所致，因此选择甲醇为有机相。进一步比较了甲醇-水、0.1%甲酸-甲醇两种流动相，发现采用0.1%甲酸-甲醇梯度洗脱可提高待测成分的响应，峰形尖锐，因此选择0.1%甲酸-甲醇作为流动相。

2.4 提取溶剂的选择

根据目标化合物的极性，分别考察了甲醇、90%甲醇水溶液、含0.1%甲酸的甲醇溶液作为提取溶剂对5种目标化合物的提取效果。结果显示，液态水基类、膏霜乳液类样品均能很好地分散于上述3种溶剂中，提取回收率均在90%以上，且差异不明显。但对于凝胶类样品，采用甲醇和90%甲醇水溶液提取时，溴氯酚的回收率均低于70%，而改用0.1%甲酸的甲醇溶液提取时，其回收率得到显著改善，且5种化合物的回收率均在90%以上(图1)。故最终选用含0.1%甲酸的甲醇溶液作为提取溶剂。

2.5 线性关系与检出限

精密移取适量1 000 mg/L的混合标准储备溶液，用流动相逐级稀释，配制成5种含溴防腐剂质量浓度为0.5、1、2、5、10、20、50、100 mg/L的混合标准系列工作溶液。取上述溶液10 μL进样测定，以各待测物的峰面积(y)对相应的质量浓度(x，mg/L)绘制标准曲线。由表1可知，5种含溴防腐剂均在0.5～100 mg/L范围内线性关系良好，相关系数(r)均大于0.999。50 mg/L混合标准溶液的色谱图见图2。

筛选液态水基类、膏霜乳液类、凝胶类阴性样品，各称取1.0 g，添加混合标准储备溶液适量，按本方法进行前处理并测定。信噪比(S/N)为3时，得到方法的检出限(LOD)为1.5～3.0 μg/g(见表1)。其中，本方法对2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的检出限(3.0 μg/g)远低于《化妆品安全技术规范》(2015年版)中高效液相色谱法的检出限(300 μg/g)。

表1 5种含溴防腐剂的线性范围、线性方程、相关系数与检出限Table 1 Linear ranges,linear equations,correlation coefficients and limits of detection of five bromine contained preservatives

2.6 准确度与精密度

取液态水基类、膏霜乳液类、凝胶类阴性样品各1.0 g，平行6份，分别加入不同体积的混合标准储备溶液，按照本方法进行前处理并测定，方法的回收率和相对标准偏差(RSD)见表2。由表2可知，5种含溴防腐剂的回收率为91.2%～108%，RSD(n=6)为1.3%～4.2%，表明本方法的准确度和精密度较高。

表2 回收率与重复性实验结果Table 2 Results of spiked recovery and repeatability test

图3 典型样品的色谱图Fig.3 Chromatogram of a typical sample1.benzalkonium bromide；2.2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol

2.7 实际样品的测定

针对阳性样品，采用现有国标方法[2]与本方法进行对比。由于苯扎溴铵尚无国标检测方法，故仅对2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇作方法比较。结果表明，采用本方法测得护手霜和儿童润肤乳中2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的含量分别为0.020%和0.039%，国标方法测得的含量分别为0.021%和0.041%。两种方法测定结果的相对偏差小于5%，说明本方法具有较高的准确性。

3 结 论