Determination of six whitening ingredients in cosmetics by ultra performance liquid chromatography coupled with photodiode array detector and corona charged aerosol detector

doi:10.3724/SP.J.1123.2025.09016

Abstract

Abstract:

Whitening is a core function of cosmetics， and ingredients including acetyl glucosamine， tranexamic acid， nicotinamide， phenethyl resorcinol， glabridin， and ascorbyl tetraisopalmitate are widely used due to their clearly established whitening mechanisms. However， existing analytical methods face notable limitations： photodiode array detectors （PDA） cannot reliably detect weakly or non-ultraviolet （UV）-absorbing components； evaporative light scattering detectors （ELSD） suffer from inadequate sensitivity for low-concentration analytes； mass spectrometry （MS） is costly； and single-column cannot achieve the separation of ingredients with significantly different polarities. To address these challenges， this study established an analytical method for the determination of the six whitening ingredients in cosmetics using ultra performance liquid chromatography coupled with a photodiode array detector and a corona charged aerosol detector （UPLC-PDA-CAD）. For sample pretreatment： 0.2 g of sample was weighed， and 10 mL dichloromethane and 10 mL deionized water were added for vortex extraction of whitening ingredients. The mixture was then centrifuged for phase separation. The aqueous layer and dichloromethane layer were collected separately. The aqueous layer was washed twice with dichloromethane； all dichloromethane fractions were combined， concentrated to less than 1 mL under a nitrogen stream， and finally made up to volume with isopropanol. Both the aqueous layer and the reconstituted isopropanol solution were filtered through 0.22 μm hydrophilic polytetrafluoroethylene （PTFE） membranes before UPLC injection. For chromatographic separation， a Waters HSS T3 column （150 mm×2.1 mm， 1.7 μm） was selected. The column temperature was set at 40 ℃， the injection volume was 1 μL， and the flow rate was 0.3 mL/min. The mobile phase consisted of isopropanol， acetonitrile， and 20 mmol/L ammonium acetate solution （pH adjusted to 4.5 using formic acid）， using a gradient elution program. For detection， a tandem PDA-CAD system was used： PDA （scan range 200–400 nm） was employed for components with UV absorption， while CAD （nebulization temperature 35 °C， acquisition frequency 5 Hz） was used for components with weak UV absorption. Quantification was performed using the external standard method.Method validation results showed good linear relationships for all six whitening ingredients within their respective concentration ranges. The correlation coefficients （r） were all greater than 0.999. The limits of detection （LODs， S/N=3） were 5.0–50.0 µg/g， and the limits of quantification （LOQs， S/N=10） were 12.0–120.0 µg/g. Spiked recovery tests were conducted on negative cosmetic matrices （emulsion， cream， oil） at low， medium， and high levels. The recoveries ranged from 92.8% to 110.1%， and the relative standard deviations （RSDs， n=6） were 0.12%–5.45%， indicating excellent precision and accuracy. This method was applied to seven commercially cosmetics. The results revealed that all target whitening ingredients declared on the product labels were detected， with significant differences in their content. Nicotinamide was the most frequently detected compound， found in five products， and also exhibited the highest concentrations， ranging from 0.19% to 2.29%. Phenethyl resorcinol was detected in three products， with contents ranging from 0.02% to 0.52%. Ascorbyl tetraisopalmitate was detected in two products， at 0.09% and 3.08%， respectively. Acetyl glucosamine， tranexamic acid， and glabridin were each detected in only one product. In conclusion， this established UPLC-PDA-CAD method is simple， efficient， sensitive and accurate. It effectively overcomes the technical challenge of detecting whitening ingredients with widely varying polarities， offering reliable technical support for cosmetic quality control， regulatory supervision， and evaluation of product whitening efficacy and potential sensitization risks.

Key words: ultra performance liquid chromatography（UPLC）, photodiode array detector（PDA）, corona charged aerosol detector （CAD）, whitening ingredients, cosmetics

CLC Number:

O658

LI Xiaofang, WANG Ye, FAN Fan, ZHOU Wei, CHEN Bin, SHI Huajin, CAI Guoqiang, LIU Ying, HE Yibo. Determination of six whitening ingredients in cosmetics by ultra performance liquid chromatography coupled with photodiode array detector and corona charged aerosol detector[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2026, 44(5): 565-574.

Figures/Tables 11

Table 1 Gradient elution conditions

Step No.	Time/min	φ（Isopropanol）/%	φ（Acetonitrile）/%	φ（Buffer）/%
1	0	0	2	98
2	2.5	0	2	98
3	12	0	45	55
4	16	60	40	0
5	18	85	15	0
6	25	85	15	0
7	26	0	2	98

Fig. 1 Chromatograms of acetyl glucosamine and tranexamic acid on the different chromatographic columns using a CAD detectorFor Fig. 1a， column： HSS T3 （150 mm×2.1 mm， 1.7 μm）； mobile phase A： acetonitrile； mobile phase B： 20 mmol/L ammonium acetate solution （pH adjusted to 4.5 using formic acid）； gradient elution program： 0-2.5 min， 5%A， 2.5-15 min， 5%A-100%A， 15-25 min， 100%A， 25-26 min， 100%-5%A. For Fig. 1b， column： BEH C18 （150 mm×2.1 mm， 1.7 μm）. Mobile phases and gradient elution program were the same as those in Fig. 1a. For Fig. 1c， column： BEH Amide （150 mm×2.1 mm， 1.7 μm）； mobile phase： acetonitrile-water （80∶20， V/V）； elution program： isocratic elution for 5 min.Peak identifications： 1. acetyl glucosamine； 2. tranexamic acid.

Fig. 2 Chromatograms of the four whitening ingredients on the different chromatographic columns using a PDA detectorFor Fig. 2a-2c， the columns， mobile phases， and elution programs were the same as those in Fig. 1a-1c.Peak identifications： 3. nicotinamide； 4. phenethyl resorcinol； 5. glabridin； 6. ascorbyl tetraisopalmitate.

Fig. 3 Chromatograms of acetyl glucosamine and tranexamic acid under different volume fractions of ammonium acetate buffer solution using a CAD detector

Fig. 4 Chromatograms of the three water-soluble whitening ingredients under the different pH buffer salt conditionsa. CAD detector； b. PDA detector.

Fig. 5 Chromatograms of the six whitening ingredients

Fig. 6 Effect of different extraction solvents on the recoveries of the six whitening ingredients （n=3）

Table 2 Linear equations， correlation coefficients （r）， linear ranges， limits of detection （LODs） and limits of quantification （LOQs） of the six whitening ingredients （n=3）

Compound	Linear equation	r	Linear range/（μg/mL）	LOD/（μg/g）	LOQ/（μg/g）
Acetylglucosamine	y=152633x+4020156	0.9991	10-400	50.0	120.0
Tranexamic acid	y=180629x+4898788	0.9994	10-400	50.0	120.0
Nicotinamide	y=20152.26x-111428	0.9992	10-500	25.0	60.0
Phenethyl resorcinol	y=8237.66x-8067.87	0.9999	5-200	12.5	35.0
Glabridin	y=27133x-62060	0.9999	5-200	5.0	12.0
Ascorbyl tetraisopalmitate	y=6716.53x-169227	0.9999	10-1000	25.0	60.0

Table 3 Spiked recoveries and precisions of the six whitening ingredients in cosmetics with different systems （n=6）

Compound	Spiked/mg	Recoveries/%			RSDs/%
Compound	Spiked/mg	Emulsion	Cream	Oil	Emulsion	Cream	Oil
Acetylglucosamine	0.1	103.4	101.8	100.3	0.10	0.45	1.54
	0.5	97.2	102.0	101.5	0.21	0.43	5.45
	2.0	101.8	99.6	101.2	0.45	1.21	3.21
Tranexamic acid	0.1	101.1	100.4	108.7	0.54	1.54	1.58
	0.5	100.5	101.7	102.2	1.21	1.01	1.20
	2.0	99.5	99.0	98.3	0.45	0.89	0.98
Nicotinamide	0.1	99.9	97.2	95.6	0.48	1.21	1.21
	0.5	98.2	96.9	96.2	1.58	0.99	0.89
	2.0	97.3	95.7	96.7	2.15	0.12	0.54
Phenethyl resorcinol	0.1	98.1	105.4	103.8	4.58	1.01	0.57
	0.5	93.5	92.7	99.0	2.15	0.55	0.56
	2.0	110.1	103.9	102.4	1.20	0.22	0.85
Glabridin	0.1	98.9	104.3	101.1	3.51	0.99	0.78
	0.5	92.8	97.4	93.2	2.14	0.12	0.75
	2.0	94.4	102.3	100.9	0.21	0.35	0.89
Ascorbyl tetraisopalmitate	0.1	97.7	103.8	101.6	3.12	1.12	1.21
	0. 5	95.6	108.0	99.4	0.25	1.54	1.54
	2.0	100.7	109.2	104.5	0.21	1.56	3.69

Fig. 7 Chromatograms of interference test of common humectants and preservatives in cosmetics on the six whitening ingredientsPeak identifications were the same as those in Figs. 1 and 2.

Table 4 Detection results of the six whitening ingredients in the seven cosmetic samples （n=3）

Sample No.	Compound	Content/%
1	acetylglucosamine	1.54
1	nicotinamide	2.29
2	tranexamic acid	1.61
3	nicotinamide	1.85
	phenethyl resorcinol	0.15
	glabridin	0.03
4	nicotinamide	0.25
4	phenethyl resorcinol	0.52
5	nicotinamide	1.50
5	ascorbyl tetraisopalmitate	0.09
6	nicotinamide	0.19
6	phenethyl resorcinol	0.02
7	ascorbyl tetraisopalmitate	3.08

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