二噁烷的化学名为1,4-二氧杂环己烷(结构式见图1),是具有挥发性的无色透明液体,易溶于水,对皮肤、眼部和呼吸系统有刺激性,并且可能对肝脏、肾脏和神经系统造成损害,急性中毒时可能导致死亡[ 1 ]。二噁烷的化学结构与目前已知的最活泼的硝基致癌物类似,能使蛋白质变性,对肝细胞有明显致癌活性,被世界卫生组织国际肿瘤研究中心(IARC)列为对实验动物有致癌性的化学物质[ 2 ]。在聚氧乙烯类表面活性剂生产过程中,可能伴随有二噁烷副产物的生成。目前,洗发香波、沐浴露、洗面奶、洗洁精、洗衣粉等多种化妆品和洗涤用品中可能使用聚氧乙烯醚类表面活性剂,因此二噁烷有可能随原料进入终产品中[ 3 ]。我国化妆品卫生规范[ 4 ]、欧盟化妆品法规[ 5 ]均明确规定二噁烷为化妆品组分中禁用物质。我国国家食品药品监督管理局规定,日常消费品(食品和药品除外)中二噁烷的理想限值是30 mg/kg,含量不超过100 mg/kg 时,在毒理学上是可以接受的。
关于二噁烷的检测方法,国内外已有相关文献报道[ 6, 7, 8, 9, 10, 11 ],主要包括气相色谱法(GC)[ 12, 13 ]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS) 、顶空气相色谱法(HS-GC)[ 15, 16, 17 ]、顶空固相微萃取-气相色谱法(HS-SPME-GC)[ 3 ]、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(HS-SPME-GC-MS)[ 2, 9 ]、顶空气相色谱-质谱联用法(HS-GC-MS)[ 7, 15, 18 ]等。涉及的样品主要有环境水样[ 6, 7, 8, 9, 10, 11 ]、化妆品剂[ 12, 15, 18 ]、洗涤剂[ 3, 13 ]、食用酒精[ 14 ]、表面活性剂[ 2, 16 ]等。但目前国内外尚未见采用同位素稀释-顶空气相色谱-质谱联用法测定化妆品中二噁烷残留的研究报道。同位素稀释-顶空气相色谱-质谱联用法能够简化样品前处理步骤,减少样品基质的干扰,还能校准和消除操作条件的波动对分析结果产生的影响,提高分析结果的准确度。本文采用顶空气相色谱-质谱联用法结合同位素稀释技术,建立了化妆品中残留的二噁烷的检测方法。该方法准确、快速、灵敏度高,能够为化妆品中二噁烷残留状况的监测工作和产品质量控制提供科学依据和技术支持。
6890N-5975型气相色谱-质谱联用仪,配有电子轰击电离源(EI)和7697A型顶空进样器(美国Agilent公司); Milli-Q型超纯水仪(美国Millipore公司); XS105型分析天平(瑞士Mettler Toledo公司);二噁烷标准物质购于美国AccuStandard公司;氘代二噁烷标准物质购于美国Sigma-Aldrich公司。
二噁烷标准储备溶液:准确称取二噁烷标准物质100 mg置于100 mL容量瓶中,以水溶解并稀释至刻度,配制成质量浓度为 1000 mg/L 的标准储备溶液,于4 ℃保存,现用现配。
氘代二噁烷内标储备溶液:准确称取氘代二噁烷标准物质100 mg置于100 mL容量瓶中,以水溶解并稀释至刻度,配制成质量浓度为 1000 mg/L 的内标储备溶液,于4 ℃保存,现用现配。
汽化室温度:70 ℃;定量管温度:150 ℃;传输线温度:200 ℃;振荡时间:5 min;气液平衡时间:40 min;进样量:1 mL;进样时间:1 min。
色谱柱:HP-5MS石英毛细管气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)。程序升温条件:初始温度40 ℃,保持5 min;再以15 ℃/min 速率升温至150 ℃,保持2 min。进样口温度:210 ℃;色谱-质谱接口温度:280 ℃;离子源温度:230 ℃;载气:氦气,纯度≥99.999% ;流速:1.0 mL/min;进样方式:分流进样,分流比5 ∶ 1;电离方式:EI;电离能量:70 eV;扫描方式:选择离子监测(SIM)模式。二噁烷及氘代二噁烷内标的特征离子及其相对丰度见表1。
称取2 g(精确至0.001 g)化妆品试样于20 mL顶空样品瓶中,加入1 g氯化钠及质量浓度为20 mg/L 的氘代二噁烷内标溶液1 mL,再加入9 mL水。密封后轻轻摇匀,置于顶空进样器中,在70 ℃下平衡40 min。吸取气液平衡后的上部气体1 mL,注入气相色谱-质谱仪测定。
首先对化妆品样品的溶样溶液体积进行了考察。结果表明,如果溶液体积过小,化妆品样品不能分散均匀;如果溶液体积过大,可能产生大量泡沫,容易污染顶空进样器。综合考虑,最终确定溶样溶液体积为10 mL。同时,在化妆品样品中选择加入适量氯化钠以产生“盐析”效应,增加二噁烷的析出量,提高方法的灵敏度[ 15 ]。
考察了顶空温度分别为50、60、70、80、90、100和110 ℃下平衡60 min后,进样相同浓度的二噁烷的信号强度大小。结果表明,顶空平衡温度过低会影响二噁烷的响应值和灵敏度；随着温度的增加,二噁烷的响应值也随之增加。但顶空平衡温度过高会引起顶空进样瓶的耐压和气密性问题,易导致分析物从顶空进样瓶中泄露或带入不必要的成分进入色谱柱中造成滞留。综合考虑最终选择70 ℃作为顶空平衡温度。进一步考察了在70 ℃下,平衡时间分别为20、30、40、50和60 min时二噁烷的响应信号。结果表明,顶空平衡时间为40 min能够确保二噁烷在气液相间充分平衡,灵敏度最高。
分别考察了非极性色谱柱HP-1(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)、HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)和中等极性色谱柱DB-624(30 m×0.25 mm×1.40 μ m)、强极性色谱柱HP-INNOWax(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)对二噁烷的色谱保留和分离效果。根据Van Deemter方程,随着气相色谱柱的柱长和固定相液膜厚度的增加,被分离组分在色谱柱内的保留时间延长,分离效果提高。但液膜较厚会使传质阻抗项扩大,导致柱效下降。而柱长较长则会使分离时间延长,峰形变宽。综合考虑色谱柱的柱效与分离情况,本方法选择HP-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m),该色谱柱对待测物质的分离效果和色谱保留最为理想。
通过EI全扫描采集方式,确定二噁烷的定量离子的质荷比为88,辅助定性离子的质荷比为58和43。其中定量离子为二噁烷的分子离子峰。推测质荷比为58的离子为碎片离子 [CH2= O-CH2-CH2]+,质荷比为43的离子为该碎片失去一个CH3后得到的离子碎片峰 [CH2= C = OH]+;选择氘代二噁烷的定量离子的质荷比为96,辅助定性离子的质荷比为64和46。
在优化的实验条件下,二噁烷和氘代二噁烷标准品的选择离子色谱图见图1。
采用氘代二噁烷为内标对二噁烷进行定量。分别配制二噁烷质量浓度为0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 mg/L 的系列标准工作溶液(其中氘代二噁烷内标物质量浓度均为20.0 mg/L),在选定的条件下进行测定。以二噁烷与氘代二噁烷峰面积比值为Y，以二噁烷质量浓度(mg/L)为X，线性方程为Y=0.0608X-0.0575,相关系数r2为 0.9999。以信噪比为10确定二噁烷的定量限为2.5 mg/kg。
以经过测定表明不含有二噁烷的水剂类、膏霜类和香波类化妆品样品为基质,分别进行添加回收率和精密度的测定。在2.5～50.0 mg/kg 的低、中、高3个添加水平的平均回收率为90.5% ～104.0% ,相对标准偏差为1.26% ～3.98%(n=6),结果见表2。
应用本方法分别对水剂类、膏霜类、香波类等不同类型的化妆品样品共42件进行测定。结果表明,有13件化妆品检出含有二噁烷,其中含量在2.5～15 mg/kg 之间的化妆品样品有7件,含量在30～50 mg/kg 之间的化妆品样品有6件。
本文建立了化妆品中二噁烷残留量的同位素稀释-顶空气相色谱-质谱联用测定方法。该方法具有准确可靠、操作简便、灵敏度高、选择性强的特点,可用于化妆品中二噁烷残留量的监测工作和产品质量控制。
2013, Vol. 31 Issue (5): 481-484
PDF (773KB)
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