拭子噴霧電離-四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜法快速篩查化妝品中19種防曬劑

閆萌萌，回相宜，郭興洲，陳 萌，雷海民，厲 欣，馬 強(qiáng)

(1.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 102488；3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100050)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，化妝品因其清潔、保護(hù)、美化、修飾等功效，成為滿足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮谋匦柘M(fèi)品。我國化妝品產(chǎn)業(yè)在消費(fèi)需求的推動(dòng)下不斷發(fā)展壯大，已成為全球第二大化妝品消費(fèi)市場(chǎng)。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年我國化妝品類社會(huì)消費(fèi)品零售總額達(dá)3 400億元，同比增長(zhǎng)9.5%。

近年來，由于大氣臭氧層的破壞和污染，陽光中到達(dá)地面的紫外線顯著增加，直接威脅到人體健康。皮膚是人體最大的器官，健康的皮膚不僅可以抵御外界不良環(huán)境或有害物質(zhì)的侵?jǐn)_，也是愛美人士美麗自信的基礎(chǔ)。防曬化妝品是在化妝品中添加防曬劑，利用其對(duì)紫外線的反射、散射或吸收等原理實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚的紫外防護(hù)。正確使用防曬化妝品可使皮膚得到持續(xù)有效的保護(hù)，受到消費(fèi)者的青睞。作為防曬功效成分的防曬劑，最初僅用于防曬化妝品，現(xiàn)已逐漸添加于保濕日霜、化妝水、護(hù)發(fā)產(chǎn)品等不同類型化妝品中。按照防曬機(jī)制，防曬劑可分為化學(xué)性紫外線吸收劑和物理性紫外線屏蔽劑。其中，化學(xué)性紫外線吸收劑又稱有機(jī)防曬劑，可選擇性吸收紫外線從而起到防曬作用。

為保護(hù)消費(fèi)者的健康安全，維護(hù)消費(fèi)者的知情權(quán)，促進(jìn)企業(yè)自律和政府監(jiān)管，根據(jù)《化妝品監(jiān)督管理?xiàng)l例》、《消費(fèi)品使用說明 化妝品通用標(biāo)簽》等管理規(guī)定，所有在我國境內(nèi)生產(chǎn)或進(jìn)口銷售的化妝品，在銷售包裝的可視面上應(yīng)標(biāo)注化妝品全部成分的真實(shí)名稱[1]。防曬化妝品作為特殊用途化妝品，需要通過理化、微生物、毒理學(xué)、人體安全性和功效性檢驗(yàn)，并經(jīng)過嚴(yán)格審批程序才能上市。防曬化妝品更應(yīng)基于真實(shí)、準(zhǔn)確、規(guī)范等原則，將產(chǎn)品中加入的全部成分真實(shí)地加以標(biāo)注，不得隱瞞某些故意添加的成分或標(biāo)注實(shí)際不含有的成分。盡管如此，在監(jiān)管部門開展的化妝品監(jiān)督抽檢中，發(fā)現(xiàn)部分防曬化妝品仍存在防曬劑成分標(biāo)注不全或不實(shí)的問題。

目前，化妝品中防曬劑的檢測(cè)方法有電化學(xué)法[2-3]、氣相色譜法[4]、高效液相色譜法[5-12]、薄層色譜法[13-14]、超臨界流體色譜法[15]、膠束電動(dòng)色譜法[16-17]、氣相色譜-質(zhì)譜法[18-21]和液相色譜-質(zhì)譜法[22-23]等。其中，色譜-質(zhì)譜法專屬性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多組分的分析檢測(cè)，提高對(duì)待測(cè)化合物的篩查準(zhǔn)確度。但常規(guī)的色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)不僅需要進(jìn)行色譜分離，而且需要繁瑣耗時(shí)的樣品前處理過程，無法滿足快速檢測(cè)和高通量篩查的需求。原位電離質(zhì)譜(ambient ionization mass spectrometry, AIMS)提供了一種無需樣品制備和色譜分離便可直接分析樣品的快速、簡(jiǎn)便、高效的方法[24]。從代表性的解吸電噴霧電離(desorption electrospray ionization, DESI)[25]和實(shí)時(shí)直接分析(direct analysis in real time, DART)[26]開始，已有一系列原位電離方法先后問世，用于快速化學(xué)分析和成像等領(lǐng)域，也有將原位電離質(zhì)譜用于化妝品快速檢測(cè)的研究報(bào)道[27-30]，包括化妝品中防曬劑的檢測(cè)[21]。拭子噴霧電離(swab touch spray ionization)[31]是一種新型原位電離技術(shù)，通過拭子蘸取少量樣品，在拭子尖端滴加少許溶劑進(jìn)行溶解萃取，通過施加高壓后產(chǎn)生帶電液滴，進(jìn)而引入質(zhì)譜儀進(jìn)行分析檢測(cè)。拭子噴霧電離可將采樣、萃取和電離整合為一步完成，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便快速的在線分析，已應(yīng)用于生命健康[31-33]、毒品檢測(cè)[34-35]、物證鑒定[36]、公共安全[37-38]等領(lǐng)域。

本研究擬采用拭子噴霧電離結(jié)合四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜(Q/Orbitrap HRMS)，開發(fā)防曬化妝品中防曬劑組分的快速精準(zhǔn)篩查方法，為產(chǎn)品質(zhì)量管控和政府監(jiān)督管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與裝置

鋁制手柄再生纖維素纖維拭子：意大利COPAN Diagnostics公司產(chǎn)品；Q Exactive Focus四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜儀：美國Thermo Fisher Scientific公司產(chǎn)品，配有TraceFinder 4.1、Xcalibur 4.1和mzVault 1.0軟件系統(tǒng)；XS105分析天平：瑞士Mettler Toledo公司產(chǎn)品。

1.2 藥品與試劑

甲醇、乙腈、四氫呋喃、丙酮、異丙醇：均為色譜純，美國Thermo Fisher Scientific公司產(chǎn)品；二苯酮-1(BZ1)、二苯酮-2(BZ2)、二苯酮-3(BZ3)、二苯酮-6(BZ6)、二苯酮-8(BZ8)、雙-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪(BEMT)、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮(DEBT)、乙基己基三嗪酮(EHT)、水楊酸乙基己酯(EHS)、胡莫柳酯(HMS)、亞甲基雙-苯并三唑基四甲基丁基酚(MBBT)、二甲基PABA乙基己酯(EHDP)、二乙氨羥苯甲?；郊姿峒乎?DHHB)、丁基甲氧基二苯甲?；淄?BMDM)：均為北京百靈威科技有限公司產(chǎn)品；二苯酮-10(BZ10)、苯基苯并咪唑磺酸(PBSA)、對(duì)甲氧基肉桂酸異戊酯(IMC)：均為北京伊諾凱科技有限公司產(chǎn)品；二苯酮-5(BZ5)、苯基二苯并咪唑四磺酸酯二鈉(PDTA)：均為上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司產(chǎn)品。以上標(biāo)準(zhǔn)品除苯基二苯并咪唑四磺酸酯二鈉純度為91.9%外，其余標(biāo)準(zhǔn)品純度均高于95%。19種防曬劑包含二苯酮類、三嗪類、水楊酸酯類、氨基苯甲酸酯類、肉桂酸酯類等，具體信息列于表1。

表1 19種防曬劑的基本信息Table 1 Basic information of the nineteen UV filters

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別精密稱取各10 mg(精確至0.1 mg)防曬劑標(biāo)準(zhǔn)品至10 mL容量瓶中，用甲醇-乙腈混合溶劑(4∶1,V/V)溶解并定容至刻度，配制成1 000 mg/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。分別量取各0.5 mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液至10 mL容量瓶中，用上述混合溶劑定容至刻度，配制成50 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，于4 ℃保存。

1.4 拭子噴霧電離條件

以拭子輕輕蘸取少許化妝品樣品，垂直固定于距質(zhì)譜儀錐孔水平距離0.8 cm、垂直距離0.5 cm處。向拭子蘸取樣品處滴加30 μL甲醇-乙腈混合溶劑(4∶1,V/V)，并通過拭子的導(dǎo)電鋁柄施加5.0 kV電壓使之產(chǎn)生帶電液滴噴霧，四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜儀檢測(cè)。

1.5 四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜條件

離子傳輸管溫度320 °C，透鏡電壓50 V，無需鞘氣與輔助氣，一級(jí)全掃描(full scan)與平行反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(PRM)同時(shí)進(jìn)行。一級(jí)全掃描模式參數(shù)：正、負(fù)離子交替掃描，掃描分辨率70 000，質(zhì)量掃描范圍m/z100～1 000，自動(dòng)增益控制1×106，離子最大注入時(shí)間100 ms；平行反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式參數(shù)：掃描分辨率35 000，前體離子隔離窗口m/z3，自動(dòng)增益控制5×104，離子最大注入時(shí)間30 ms，各防曬劑的碰撞能量列于表2。

2 結(jié)果與討論

2.1 拭子噴霧電離條件優(yōu)化

對(duì)噴霧溶劑、噴霧電壓、拭子擺放位置等拭子噴霧電離條件進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)19種防曬劑醇水分配系數(shù)的大小，選擇二苯酮-2、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮、水楊酸乙基己酯、二乙氨羥苯甲酰基苯甲酸己酯、丁基甲氧基二苯甲?；淄榈?種防曬劑作為代表性目標(biāo)化合物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化。

2.1.1噴霧溶劑的優(yōu)化 選用滴加到拭子上的噴霧溶劑，一方面對(duì)化妝品樣品中的防曬劑組分起萃取作用，不同化合物極性不同，基于相似相溶原理，不同溶劑對(duì)其萃取效率不同；另一方面，噴霧溶劑將輔助目標(biāo)物離子化，19種防曬劑的化學(xué)性質(zhì)各異，分別適用于正、負(fù)離子模式。本研究考察了甲醇、乙腈、四氫呋喃、丙酮及異丙醇5種噴霧溶劑，結(jié)果示于圖1a。對(duì)于二苯酮-2、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮和水楊酸乙基己酯3種負(fù)離子模式檢測(cè)的防曬劑而言，乙腈作為噴霧溶劑得到的信號(hào)響應(yīng)最高；而對(duì)于二乙氨羥苯甲酰基苯甲酸己酯和丁基甲氧基二苯甲?；淄?種正離子模式檢測(cè)的防曬劑來說，甲醇作為噴霧溶劑的效果最佳。因此，進(jìn)一步研究了不同比例的甲醇-乙腈混合溶劑(4∶1、3∶2、2∶3和1∶4，V/V)作為噴霧溶劑對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果示于圖1b。在正離子模式下，丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷的響應(yīng)值隨著混合溶劑中甲醇比例的減少而降低；二乙氨羥苯甲?；郊姿峒乎ルm受溶劑比例影響較小，但也呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。在負(fù)離子模式下，二乙基己基丁酰胺基三嗪酮的最優(yōu)噴霧溶劑為甲醇-乙腈溶劑(4∶1，V/V)；水楊酸乙基己酯在各混合溶劑中沒有明顯的變化趨勢(shì)，但當(dāng)甲醇-乙腈的體積比為4∶1時(shí)，其響應(yīng)值較好；二苯酮-2隨甲醇-乙腈比例的變化，信號(hào)呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)，即乙腈的比例越高，其響應(yīng)值越好，甲醇對(duì)其影響較小。綜合比較，選擇甲醇-乙腈混合溶劑的最佳體積比為4∶1。

圖1 噴霧溶劑(a)和甲醇-乙腈比例(b)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響(n=3)Fig.1 Effects of spray solvent (a) and methanol-acetonitrile ratio (b) on signal intensities (n=3)

2.1.2噴霧電壓的優(yōu)化 噴霧電壓對(duì)噴霧過程和離子化效果有重要影響，噴霧電壓過高或過低都會(huì)抑制目標(biāo)化合物的信號(hào)響應(yīng)。由于防曬劑目標(biāo)化合物在噴霧電壓低于3.5 kV時(shí)基本無響應(yīng)，高于6.5 kV時(shí)響應(yīng)值顯著降低，因此，本實(shí)驗(yàn)考察了3.5～6.5 kV范圍內(nèi)，5種防曬劑的信號(hào)隨噴霧電壓的變化趨勢(shì)，示于圖2a。最終選擇噴霧電壓為5.0 kV。

圖2 噴霧電壓(a)、水平距離(b)和垂直距離(c)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響(n=3)Fig.2 Effects of spray voltage (a), horizontal distance (b), and vertical distance (c) on signal intensities (n=3)

2.1.3拭子擺放位置的優(yōu)化 拭子的鋁柄外接高壓后，噴霧溶劑會(huì)在拭子尖端形成電噴霧，在質(zhì)譜儀內(nèi)部真空的作用下，質(zhì)譜錐孔附近會(huì)形成一定程度的負(fù)壓，促使帶電液滴進(jìn)入質(zhì)譜儀。拭子的擺放位置會(huì)對(duì)目標(biāo)化合物的信號(hào)響應(yīng)產(chǎn)生影響，從拭子與錐孔之間的水平距離和垂直距離進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果分別示于圖2b，2c?？梢姡米泳嚯x錐孔太近或太遠(yuǎn)均會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)化合物的響應(yīng)值降低，最終選擇將拭子擺放于距錐孔水平0.8 cm、垂直0.5 cm的位置上。

2.2 質(zhì)譜條件優(yōu)化和篩查策略

19種防曬劑化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，可分別在正、負(fù)離子模式下得到質(zhì)譜信號(hào)響應(yīng)。其中，雙-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、二甲基PABA乙基己酯、二乙氨羥苯甲?；郊姿峒乎?、對(duì)甲氧基肉桂酸異戊酯和丁基甲氧基二苯甲?；淄榭稍谡x子模式下產(chǎn)生較高豐度的準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+，其余防曬劑可在負(fù)離子模式下生成[M-H]-、[M-Na]-、[M-2Na]2-等準(zhǔn)分子離子。靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜分析器可設(shè)置不同分辨率(17 500、35 000和70 000 FWHM)，分辨率的選擇需要綜合考慮準(zhǔn)確度和靈敏度兩個(gè)因素。分辨率越高，可以更好地區(qū)分目標(biāo)化合物與其他質(zhì)量數(shù)相近的組分，但分辨率過高，會(huì)降低掃描速度和檢測(cè)靈敏度。綜合考慮，本研究將一級(jí)全掃描模式下的質(zhì)量分辨率設(shè)置為70 000 FWHM，平行反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式下的質(zhì)量分辨率設(shè)置為35 000 FWHM。將19種防曬劑的準(zhǔn)分子離子作為前體離子進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜分析，對(duì)各化合物的碰撞能量進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化，以便獲得具有較高強(qiáng)度和豐富碎片的二級(jí)質(zhì)譜圖。在上述分辨率條件及碰撞能量下，19種防曬劑化合物的一級(jí)全掃描前體離子質(zhì)量偏差均小于3×10-6，二級(jí)碎片子離子的質(zhì)量偏差均小于5×10-6，列于表2。按照優(yōu)化的質(zhì)譜條件，采集19種防曬劑的一級(jí)全掃描和二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)，采用TraceFinder 4.1和mzVault 1.0軟件建立精確質(zhì)量數(shù)據(jù)庫和篩查圖譜庫。在檢測(cè)實(shí)際樣品時(shí)，無需標(biāo)準(zhǔn)品，可直接調(diào)用精確質(zhì)量數(shù)據(jù)庫和篩查圖譜庫的相關(guān)信息進(jìn)行比對(duì)確證，實(shí)現(xiàn)化妝品中防曬劑組分的快速精準(zhǔn)篩查。

本研究采用的拭子噴霧電離與紙噴霧電離、電噴霧電離的機(jī)理相似[35,37]，即通過選擇適宜的噴霧溶劑并施加電壓，可在拭子尖端產(chǎn)生帶電液滴，攜帶目標(biāo)分析物進(jìn)入質(zhì)譜儀[32,34]。本研究分別以電噴霧電離和拭子噴霧電離作為電離源，采集防曬劑的一級(jí)及二級(jí)質(zhì)譜信息。結(jié)果表明，防曬劑在兩種電離方式下的特征質(zhì)譜峰相似。5種代表性防曬劑的二級(jí)質(zhì)譜圖示于圖3。

注：a.BZ2；b.DEBT；c.EHS；d.DHHB；e.BMDM圖3 5種防曬劑的二級(jí)質(zhì)譜圖Fig.3 MS/MS spectra of the five UV filters

2.3 方法檢出限與重復(fù)性

向經(jīng)測(cè)定不含待測(cè)物的空白化妝品樣品中添加一定濃度的防曬劑目標(biāo)物質(zhì)制備成陽性樣品，按照優(yōu)化的拭子噴霧電離和質(zhì)譜條件進(jìn)行測(cè)定，以各防曬劑組分豐度最高的二級(jí)質(zhì)譜碎片離子估算方法的檢出限(S/N=3)，19種防曬劑化合物的方法檢出限介于0.01～2.0 mg/kg之間。以空白化妝品樣品為基質(zhì)，分別添加19種防曬劑目標(biāo)化合物方法檢出限的1、5和10倍3個(gè)濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)添加水平平行測(cè)定6次，19種防曬劑的重復(fù)性在1.4%～9.9%之間，結(jié)果列于表3。

表3 19種防曬劑的方法檢出限和重復(fù)性(n=6)Table 3 Limits of detection (LODs) and repeatability of the nineteen UV filters (n=6)

續(xù)表3

2.4 實(shí)際樣品分析

應(yīng)用本方法對(duì)市售的20件防曬類化妝品進(jìn)行篩查，發(fā)現(xiàn)部分樣品存在檢出的防曬劑成分與產(chǎn)品標(biāo)簽標(biāo)識(shí)不符的情況。其中，1件樣品未檢出標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的防曬劑成分(亞甲基雙-苯并三唑基四甲基丁基酚)，另1件樣品檢出了標(biāo)簽未標(biāo)識(shí)的防曬劑成分(二苯酮-3和二乙氨羥苯甲?；郊姿峒乎?。

3 結(jié)論

本研究建立了拭子噴霧電離與四極桿/靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜聯(lián)用法快速篩查化妝品中19種防曬劑，分別對(duì)拭子噴霧電離中的噴霧溶劑、噴霧電壓、拭子擺放位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化的條件下，19種防曬劑的方法檢出限介于0.01～2.0 mg/kg之間，在不同添加水平下，本方法的重復(fù)性良好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.4%～9.9%之間，且單個(gè)樣品的檢測(cè)時(shí)間小于1 min。通過對(duì)市售防曬化妝品樣品的檢測(cè)，證實(shí)了該方法操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠，適用于化妝品中防曬劑的快速篩查檢測(cè)。