苯扎氯铵的快速检测方法及其在纺织工业中的应用

2022-02-24毛志平赵海浪陈小轲谭玉静

纺织检测与标准 2022年1期

沈婵，毛志平，赵海浪，陈小轲，谭玉静

1.东华大学化学化工与生物工程学院，生态纺织品教育部重点试验室，上海201620；2.上海市质量监督检验技术研究院，上海200040

0 引言

现如今，经过抗菌功能整理的纺织品越来越受到广大人们的喜爱，主要在于这类含抗菌剂的纺织品不仅能够有效减少各类病菌对肺和身体的直接伤害，同时还可以有效避免体内微生物的大量滋生，从而避免纺织物产生异味、沾污、变色、强力或硬度降低等一系列问题。目前，应用于纺织品的抗菌整理的助剂主要有银离子、壳聚糖、双胍和脲类、季铵盐类等产品[1]。

苯扎氯铵（Benzalkonium Chloride,简称BAC），常用作防腐剂，并以白色或近乎白色的晶体或凝胶形式存在，是烷基苄基二甲基氯化铵的混合物[2]，俗称“洁尔灭”，被广泛运用于个人护理、洗发香波、滴眼液、消毒液、纺织品以及印染助剂中。在过去的几年里，人们发现BAC的毒性会导致人体皮肤的过敏及损伤，且此类事件也已经被报道。因此，鉴于BAC的抗菌作用及其对人体健康的影响，定量测定纺织品中BAC 的总同源物的含量已成为人们关注的问题。当前，我国对BAC的检测方法主要有化学滴定法、毛细管电泳法、示差示分光光度法、气相色谱法（GC-MS）、高效分光液相色谱法（HPLC）、液相色谱-串联质谱法等。

1 BAC的危害及监管

1.1 BAC的化学性质

苯扎氯铵（BAC）主要由3 种同系物（十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵和十六烷基二甲基苄基氯化铵）组成，其结构通式中的R是一个烷基基团，从C8H17到C18H37，详见图1[3]。上述3 种同系物质都具有不同的抑制杀菌特性，其中：C12-BAC对酵母菌和真菌都具有明显的抑制杀菌作用，C14-BAC 和C16-BAC 对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有一定的杀灭作用[4]。它们的杀菌物理特性主要源于其季铵离子的两头基和一个烷烃链。BAC在水溶液中通常带正电荷，可以吸附在带负电荷的有害微生物细胞表面，形成微量基团，此基团逐步渗入细胞菌浆的内部（类似磷脂层），从而可以改变真菌细胞膜中的通透性，使细胞内的内容物大量外渗，阻碍其新陈代谢，进而可起到有效杀灭有害微生物的杀菌作用[5]。

图1 苯扎氯铵结构的通式

1.2 BAC的合成工艺

从文献上来看，BAC 的合成主要有两种方式。一种合成方式为lenckart 反应，即采用氯化烷基胺化、苄基化的合成路线，其主要原料一氯癸烷是由椰子油中的十二醇与水和氯化氢蒸馏而成，然后在水和氯化锌存在下用盐酸制备而成。由于十二醇的价格高，资源少（主要依靠进口），不仅生产成本增加，产品质量和纯度还不高，这就限制了产品生产的快速发展和广泛应用[6]。另一种合成方式是以活性液体石蜡为原料制备一氯代癸烷，成本较低，但反应过程中十二烯的形成却大大降低了回收率。而我国常用的制备工艺由N,N-二甲基十二胺与丁酮和氯化苄反应制备[7]，其同系物的制备工艺详见图2，图中R主要为C12、C14、C16正烷烃基[8]。

图2 苯扎氯铵同系物制备工艺图

1.3 BAC的危害

BAC是一种季铵盐类阳离子表面活性剂，具有一定的化学杀菌及防腐特性，被应用于人们日常生活的诸多方面，在医疗卫生、服装印染、罐头防腐剂、虫害控制产品、医用消毒剂和眼用或鼻用制剂等领域得到广泛的应用。由于BAC 对细菌没有选择性毒性[9]，因而长期使用BAC 会对人体产生一定的危害。例如，常在滴眼液中添加BAC是为了有效防止在长期用于使用滴眼液的过程中因滋生微生物而对人的眼部造成危害。根据大量临床研究试验结果可知，长期使用一些添加防腐剂（主要产品可能是BAC）的滴眼液，会刺激人的眼部，使眼睛产生各种异物感、灼热感及局部刺激感、干燥感、流泪、眼痒等常见的对眼表生物过敏者的症状[10]。纺织品中添加BAC，可能会引起接触性皮炎、过敏等反应。不仅如此，若BAC 的含量过高，还有可能会引起心率过快、心悸等一系列症状。

1.4 BAC的监管

目前，人们越来越重视抗生素的滥用这一现象，并且各个国家和地区都采取了相应的监管措施，使得抗生素的使用更加规范，但是对于抗菌剂的使用目前尚未有一套合理有效的管理模式，且不合理使用的情况非常普遍[11]。

BAC被美国食品和药物管理局列为“III类抗菌活性成分”[12]，我国《化妆品卫生规范》、欧盟化妆品法规（理事会指令76/768/EEC）将BAC 定义为化妆品成分中的限制物质（洗发产品中的最大允许质量分数限量值为3%，其他产品中的最大允许质量分数限量值为0.1%）[13]。我国卫生部规定了不同用途消毒剂中BAC的用量，其中皮肤和黏膜消毒剂的最大质量分数不超过0.20%（W/V）[14]。在纺织品中，BAC的过量添加会引起皮肤过敏等症状，但国内并未对纺织品中BAC的限量值规定。因此，制定相关规范对纺织品中的BAC 限量值做出明确要求迫在眉睫。

2 BAC的检测现状

目前，BAC 的检测方法主要有化学滴定法、毛细管化学电泳法、示差分光光度法、高效液相色谱法（HPLC）、液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）等，且涉及消毒液、牙膏、化妆品、湿巾、滴眼液、外科手术等领域，但在纺织品上的检测方法较少。

2.1 毛细管电泳法

毛细管电泳法（CE）已经用于眼药水中BAC和消毒剂中BAC 含量的测定。毛细管区带电泳（CZE）具有极大的应用效率和固有成本的优势，它可以在小体积内快速、高分辨率地分离大量有机化合物，且具有分析时间短、前处理简单、成本低、试剂消耗量少等特点。因此，近年来CZE已成为高效液相色谱法的替代技术，用于分离小分子以及多种不同烷基链长的阴离子和阳离子表面活性剂。

宋宝花等[14]建立了一种用高效毛细管电泳法测定复方化学消毒剂中有效化学成分（如BAC等），并对测试过程中的各种条件进行了探究。

王萍等[15]使用具有紫外检测器的毛细管电泳仪进行检测，试验过程包括：分离缓冲溶液及样品溶液的配制→标准储备液的配制→样品预处理→电泳条件的选择。其中，选定的检测波长为214 nm，分离缓冲液为150 mmol/L的磷酸二氢纳溶液，确定分离缓冲液最佳pH值为2.0～3.0，并向分离缓冲溶液中加入质量分数为40%的乙腈；最佳分离电压为10 kV，进样时间为3 s，操作温度为25 ℃。新装毛细管在使用前应分别用1 mol/L NaOH溶液冲洗20 min、超纯水冲洗5 min、分离缓冲液冲洗5 min。在最佳电泳条件下，得到了C12-BAC、C14-BAC 和C16-BAC的线性回归方程，线性相关系数均在0.999 7～0.999 9，检测限（LOD）为0.5 mg/L，定量限（LOQ）为1.5 mg/L，相对标准偏差（RSD）为0.71%～2.73%，回收率为93.83%～104.36%。

2.2 高效液相色谱法

采用示差分光光度法和毛细管电泳法测定样品存在前处理步骤较为复杂、特异性差、假阳性高、灵敏度较低等特点，而高效液相色谱法（HPLC）法却具有较高的灵敏度[16]，也是测定BAC最常用的一种检测方法。该方法常用于包装材料、化妆品、日化用品、医用产品等限用BAC 产品含量的测定，并配合二极管阵列检测器来进行使用。

郑国灿等[17]建立HPLC法用于测定牙膏中BAC的3 种同系物的含量，即同系物（C12-BAC、C14-BAC、C16-BAC）的含量。试验采用高效液相色谱仪和二极管阵列检测器进行检测，分离柱采用CN-3色谱柱，柱温30 ℃，检测波长260 nm，流动相选择乙腈和0.1 mol/L 的乙酸铵溶液，用流动相（乙腈和乙酸铵体积比为1∶1的溶液）为洗脱条件进行等度洗脱。样品先进行旋涡振荡，然后超声提取，最后离心，取上清液用于0.45 μm有机微孔滤膜，得到样品溶液。本方法的回收率为97.4%～107%，相对标准偏差为0.21%～5.2%。

张鹏祥等[18]建立了测定化妆品中BAC 含量的一套方法。该方法以CN 柱为色谱柱，流动相为乙腈和0.1 mol·L-1醋酸铵缓冲液（用冰醋酸调节pH值至5.0）的混合溶液（乙腈和醋酸铵体积比为70∶30），柱温为25 ℃，检测波长260 nm，进样量为20 μL。该方法的回收率为92.0%～110.6%，RSD 为0.27%～1.69%。

2.3 液相色谱-质谱联用法

液相色谱-质谱联用法（LC-MS/MS）技术具有许多优点：用质谱进行分析具有较强的分离能力，主要表现在物质如果在液相色谱上没有完全分离开，可以通过MS 的特征离子质量色谱图绘制各自的色谱图进行定性定量，定量结构十分可靠，能给出丰富的结构信息和各组分的分子量；通过使用适应性广的检测器，MS几乎可以检测所有的化合物，也便于解决分析热不稳定化合物的主要技术问题[19]。由于该方法具有准确性高、高效率和高灵敏度等特点，可以满足食品和纺织品安全检测中快速、高效的要求，因此可以通过高效液相色谱-串联质谱法对BAC进行检测。

孙龙等[20]建立液相色谱-串联质谱法测定婴幼儿配方乳粉中3 种BAC 同系物和残留量。用液相色谱-质谱联用技术可以快速检测婴儿配方乳粉中化学物质残留，对监控食品安全具有重要的现实意义。本试验所使用的仪器为LC-MS/MS，所选色谱条件为：C18 色谱柱，柱温为25 ℃，进样量5 μL，选择质量分数为0.1%的甲酸水溶液（A）和甲醇（B）为流动相，并确定最佳的梯度洗脱程序，选择以电喷雾A（ESI）为离子源，扫描方式为正离子模式，检测方式为多反应检测，确定雾化气压力为275.8 kPa，汽化温度为340 ℃。试验测得加标回收率为85.1%～102.1%，检出限为3 μg/kg，定量限为10 μg/kg，相对标准偏差为3.05%～8.35%（n=7）。