鉴于物理防晒剂的相对安全性,人们更关注化学防晒剂的安全限量问题。我国《化妆品卫生规范》(2007)[ 1 ](以下简称《规范》)允许在限量范围内使用的防晒剂包括甲氧基肉桂酸乙基己酯、二苯-3、二苯酮-4和二苯酮-5等26种化学防晒剂。此26种防晒剂的使用限量除甲酚曲唑三硅氧烷的含量需低于15%(m/m)外,其他限量均在2% ~10%范围内。化学防晒剂的添加,多采用复配的形式以增强防晒效果。国内外文献中对化妆品中防晒剂的检测涉及的检测方法包括:液相色谱法[ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ]、气相色谱-质谱联用法[ 10 ]以及液相色谱-质谱联用[ 11, 12, 13, 14, 15 ]等方法。其中高效液相色谱法的使用频率最高,文献中涉及的防晒剂的种类少则1种多则十几种不等,流动相多采用含四氢呋喃和高氯酸的梯度洗脱条件。目前用于防晒化妆品质量监管的主要方法是《规范》给出的化学防晒剂检测方法,涉及了15种化学防晒剂的定量检测。但是该方法的使用,存在3个明显的缺陷:1.液相色谱分离的流动相中使用了高含量(超过40% )的四氢呋喃,这样的流动相体系由于对于聚醚醚酮(PEEK)材料的腐蚀性,普通的液相色谱仪需要进行改造后才能使用。2.采用高氯酸作为酸性改性剂,因其具强氧化性,也会损害色谱仪及色谱柱的使用寿命。3.样品前处理方法存在缺陷,实际样品分析中遇到某些样品分散不好,导致个别目标物测试结果偏低的情况。以上3个问题影响了该方法的适用性。近年也陆续有对《规范》方法进行优化和改进的文献报道。文献[ 2, 3 ]均采用甲醇-水为流动相,在C18或C8色谱柱上实现了10~12种常用防晒剂的分离分析。但所涉及防晒剂的种类均未能覆盖《规范》方法,且涉及化妆品样品的种类也未覆盖唇膏、指甲油等实际有防晒剂添加的样品。本文从样品前处理、色谱柱的选择以及流动相的优化等方面对《规范》方法进行了全面改进,方法在覆盖《规范》规定的15种常用防晒剂的同时,加入了2种新的化学防晒剂(二苯酮和二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯)。所建立的方法采用甲醇/异丙醇/水梯度洗脱,在五氟苯基(PFP)色谱柱上实现了17种目标物的基线分离;同时,该方法是采用常规液相色谱分析化妆品中17种紫外线吸收剂,为化妆品的质量监管提供了适用性更强的方法。
Agilent 1200超高效液相色谱仪。
甲醇:色谱纯(供配制流动相)、分析纯(样品前处理中使用)。氨水:分析纯。甲酸:色谱纯。四氢呋喃:分析纯。色谱柱:Phenomenex PFP(250 mm×4.6 mm, 5 μ m)。标准物质:苯基苯并咪唑磺酸(PBSA)、二苯酮、二苯酮-3(Bp3)、p-甲氧基肉桂酸异戊酯(IAMC)购自百灵威公司,对氨基苯甲酸(PABA)、4-甲基苄亚基樟脑(4MBC)购自Accustandard公司,二苯酮-4和二苯酮-5(Bp4/Bp5)、对氨基苯甲酸乙基己酯(OD-PABA)、水杨酸乙基己酯(EHS)、胡莫柳酯(HMS)购自TCI公司,奥克利林(OC)、二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯(DHHB)、甲氧基肉桂酸乙基己酯(EHMC)、丁基甲氧基二苯酰基甲烷(BMDBM)、乙基己基三嗪酮(EHT)、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚(MBBT)、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪(BEMT)购自Dr. Ehrenstorfer公司;标准物质纯度均大于95% 。
分别准确称取各标准物质100 mg(均精确至0.1 mg)于棕色容量瓶中,苯基苯并咪唑磺酸用1%氨水氨化甲醇溶解并定容至10 mL,其他均用四氢呋喃溶解定容至10 mL,配制成10 g/L 的标准储备液,于冷藏条件(4 ℃)下保存,备用。分别准确移取标准储备液各100 μ L,用甲醇定容至10 mL,配成100 mg/L 的混合标准溶液,再用甲醇逐级稀释配成50、20、10、5、1 mg/L 的系列混合标准溶液。
称取约0.1 g化妆品样品(精确至0.001 g)于15 mL具塞离心管中。
对膏霜、乳液等水易分散的化妆品,首先向离心管中加入1 mL水,涡旋或超声使其均匀分散后,再向离心管中加入9 mL四氢呋喃/甲醇(体积比2 ∶ 1,含0.1%的氨水)使总体积定容至10 mL,涡旋1~2 min,超声15 min。取2 mL于 5000 r/min 离心5~10 min,上清液用0.2 μ m聚丙烯微孔滤膜过滤,待用。
对唇膏、指甲油类等水无法分散的化妆品,首先向离心管中加入6 mL四氢呋喃(含0.1%的氨水),涡旋或超声使样品完全分散。若不能分散,一般适当超声可解决问题;对超声15 min仍无法分散的样品,需在60 ℃水浴中振荡加热约1~2 min即可溶解分散。继续向离心管中加入4 mL甲醇/水(体积比3 ∶ 1,含0.1%的氨水)使总体积定容至10 mL,涡旋混合。取2 mL于 5000 r/min 离心5~10 min,上清液用0.2 μ m聚丙烯微孔滤膜过滤,待用。
涉及对氨基苯甲酸、苯基苯并咪唑磺酸的检测,需取上述待用上清液100 μ L用甲醇稀释至1 mL后,再上机测试。其他目标化合物的检测视情况可适当稀释后上机测试,也可无需稀释,将上述待用上清液直接上机测试。
色谱柱:Phenomenex PFP(250 mm×4.6 mm, 5 μ m);柱温:25 ℃;流动相:A相为水溶液(含0.1%的甲酸), B相为含20%异丙醇的甲醇溶液(含0.1%的甲酸);梯度洗脱条件:0~2.0 min, 32%B; 2.0~2.1 min, 32%B~70%B; 2.1~5.0 min,由70%B线性增加为85%B; 5.0~15.0 min,由85%B线性增加为90%B; 15.0~15.1 min, 90%B~100%B;15.1~25.0 min,保持B相比例为100% ; 25.1~30.0 min,由100%B线性降至32%B。流速:1.2 mL/min;检测波长:311 nm和280 nm。进样量:10 μ L。
考虑到化妆品样品的分散性以及目标物的溶解性,尝试以四氢呋喃作为分散溶剂首先分散样品并溶解目标成分,然后再加入极性的甲醇水溶液增加体系的极性,使样品中的非极性成分(如唇膏中的蜡基及指甲油中大分子的赋形剂等基质)析出,从而可以避免这些物质对反相色谱柱的损害,但极性溶剂的加入有可能引起目标物提取回收率的降低。为此考察了提取溶剂体系中四氢呋喃与75%甲醇水溶液不同体积比(体积比为1 ∶ 8、1 ∶ 4、2 ∶ 3、3 ∶ 2)条件下,对空白加标样品中目标物回收率的影响。结果显示,随着四氢呋喃比例的增加,目标物的回收率呈增加的趋势,四氢呋喃与75%甲醇水溶液体积比为3 ∶ 2时所有目标物的回收率最高,大部分目标物的回收率可达90%以上,乙基己基三嗪酮和双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪的最大回收率低于90%但高于80% ,然而二苯酮-5及对氨基苯甲酸的最大回收率仅60%左右,回收率最低的苯基苯并咪唑磺酸,最大回收率仅为30%左右。考虑到苯基苯并咪唑磺酸、二苯酮-5及对氨基苯甲酸这3种极性目标物均带有磺酸基、羧基等可酸性解离的基团,并溶于氨化甲醇的特点,尝试向四氢呋喃-甲醇水体系中添加体积分数为0.1% 、0.5% 、1% 、2%的氨水以增加这几个目标物的回收率。试验结果显示,添加0.1%的氨水即可使3种极性目标化合物的提取回收率提高到90%以上,而其他化合物的提取收率基本未受影响。而再增加氨水的添加比例,对3种极性目标化合物回收率的影响并不明显。为此确定了四氢呋喃与75%甲醇水溶液体积比为3 ∶ 2,且含体积分数为0.1%氨水的溶剂体系作为提取溶液,此时溶剂体系中四氢呋喃、甲醇、水的最终比例为6 ∶ 3 ∶ 1。为保证不同化妆品样品的分散性,在溶剂的加入顺序上稍作调整。对膏霜、乳液等水易分散化妆品,首先用1 mL水分散,再加入9 mL四氢呋喃/甲醇(体积比2 ∶ 1)定容;对唇膏、指甲油类等水无法分散的化妆品,首先用6 mL四氢呋喃分散,再加入4 mL 75%甲醇水溶液定容。
由于提取溶液中氨水的加入,影响到对氨基苯甲酸和苯基苯并咪唑磺酸的液相色谱分离效果,使色谱峰分叉,影响定量,而用甲醇稀释10倍后进样,可避免溶剂的干扰效应。因此涉及此两种目标物的液相色谱检测,必须将提取液用甲醇稀释10倍后再进样分析;其他目标化合物的分离不受氨水影响,可在过滤后直接进样分析;但是鉴于液相色谱对此类紫外吸收剂的检测灵敏度也较高,因此为减少对色谱柱的污染,建议稀释10倍后再进行进样分析。
选择合适的色谱柱是分析方法的关键。C18色谱柱是实验室最常使用的色谱柱,因此本文也优先选择C18色谱柱。但是即使同样是C18色谱填料,因为键合技术、硅羟基封尾基团的不同,色谱柱的选择性也会有很大的差别。为此首先比较了17种目标物在Agilent Zorbax XDB-C18、Zorbax SB-C18、大连依利特Hypersil-C18、Waters Symmetry Shield C18柱对目标化合物的分离效果。结果显示,乙基己基三嗪酮、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪3种目标物在以上所有色谱柱上均保留太强,尤其双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪即使用100%甲醇洗脱也需要2 h才能洗脱下来。这也是《规范》及QB/T 2333-1997 需要使用四氢呋喃作为流动相的原因。因此此3种目标化合物不适宜用甲醇-水为流动相、C18填料为固定相的分析体系。
考虑到紫外线吸收剂均为带有苯基的化合物,测试了对苯基化合物有特异性选择的Phenomenex PFP色谱柱,期望可以在甲醇/水、乙腈/水或异丙醇/甲醇/水为流动相条件下获得17种目标物的分离。结果显示,该色谱柱对17种目标物显示了卓越的分离能力,在优化的色谱条件下,17种目标物可获得完全的基线分离(见图1)。为此,本文最终选择Phenomenex PFP作为分析用色谱柱。
(1)甲醇、乙腈和异丙醇/甲醇为强洗脱溶剂的色谱分离行为的比较。比较了在水相为流动相A相(弱洗脱溶剂),而流动相B相(强洗脱溶剂)分别采用甲醇、乙腈和含异丙醇的甲醇溶液,梯度洗脱对17种目标化合物色谱分离行为的影响。结果表明,甲醇、乙腈和含异丙醇的甲醇溶液作为流动相B相,在优化的色谱条件下均可获得对17种目标化合物的基线分离。但在保证所有目标化合物能够基线分离的前提条件下,20%异丙醇的甲醇溶液为强洗脱溶剂时所需分离时间最短。为此最终用含20%异丙醇的甲醇溶液作为强洗脱溶剂,采用梯度洗脱条件进行17种目标物的色谱分离。
(2)流动相中酸性改性剂的比较。对流动相中分别添加0.1%和0.2%的甲酸、0.1%和0.2%的乙酸以及不添加任何酸性改性剂时17种目标化合物的色谱分离效果进行比较。结果显示,流动相中无任何酸性改性剂时,PBSA和PABA的色谱峰展宽比较明显,峰形较差;在添加0.1%甲酸条件下,PBSA和PABA的色谱峰峰形好,且17种目标化合物可获得很好的色谱分离;增加酸的浓度对分离没有改善,但流动相酸性越强对色谱柱的伤害也越大。因此确定在流动相中添加0.1%甲酸以获得最佳的色谱分离。
通过对所有目标物在190~400 nm紫外扫描光谱的分析,发现除二苯酮和丁基甲氧基二苯酰基甲烷外,其他化合物在311 nm附近都有最大的紫外吸收,而上述两种化合物在280 nm附近的紫外吸收最强。为此确定同时采集280 nm和311 nm两个波长下的液相色谱分离图谱,二苯酮和丁基甲氧基二苯酰基甲烷用280 nm波长下的紫外吸收进行定量计算,其他15种目标物用311 nm波长下的紫外吸收进行定量计算。
在设定的分析条件下,测定系列浓度的标准溶液,以目标物的质量浓度x(mg/L)为横坐标、色谱峰的峰面积y为纵坐标进行线性回归,得到的线性方程、相关系数(r)和线性范围见表1。结果表明,所有目标物在设定的浓度范围内,其浓度与色谱峰面积均呈线性关系,且线性相关系数均大于0.999。
向不含目标物的乳液、指甲油和唇膏基质中定量添加目标化合物的标准溶液,使基质中目标物的最终含量为1、10和20 mg/g,每个含量水平做6个平行样,按方法进行样品处理后测定,计算目标物的回收率。同时,根据6次平行试验的结果,计算出相对标准偏差(RSD),结果见表2。
表2结果显示,采用本文建立的实验方法,除乙基己基三嗪酮和双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪在乳液、唇膏和指甲油空白基质中的加标回收率低于90%但高于80%外,其他15种目标化合物在上述3种空白基质中的加标回收率均高于90% 。同时,所有目标化合物在3个水平的加标回收率的RSD(n=6)均小于10% 。
向不含目标物的乳液、指甲油和唇膏基质中定量添加目标化合物的标准溶液,按所建立的方法进行处理和测定,以色谱峰信噪比≥3时的目标物的浓度确定为检出限,10倍信噪比时目标物的浓度确定为定量限。由此确定方法的检出限为:PABA 200 μ g/g;PBSA、DHHB和HMS 100 μ g/g;其他目标物均为30 μ g/g。方法的定量限为:PABA 600 μ g/g;PBSA、DHHB和HMS 300 μ g/g;其他目标物均为100 μ g/g。
分别用本文建立的方法和《规范》规定的检测方法对5份市售化妆品阳性样品进行了紫外线吸收剂的含量分析。结果(见表3)表明,和《规范》规定的检测方法的测定结果相比,本文建立的方法对1~4号样品中OC、EHMC、EHS、EMBDM、BP-3、HMS等给出了一致的结果,但本文建立的方法对5号样品中MBBT和BEMT的测试结果高于《规范》检测方法的测试结果。而按照《规范》方法所测结果偏低的原因是,样品前处理中采用的提取溶剂对该样品没能很好地分散,造成目标物未能提取充分。而采用本方法该样品获得了很好的分散,因而更有利于这两种目标物的提取,得到更准确的测试结果。
用本文建立的液相色谱法对市售55份化妆品样品(其中膏霜18份,乳液15份,爽肤水4份,唇膏8份,指甲油10份)进行了紫外线吸收剂的含量分析,检出EHMC阳性样品18份,PABA阳性样品6份,EHS阳性样品6份,PBSA阳性样品4份,Bp3阳性样品1份,4MBC阳性样品2份,BMDBM阳性样品2份,OC阳性样品2份,DHHB阳性样品1份,HMS阳性样品1份,其他未检出。用液相色谱-质谱联用的方法对液相色谱法检出的阳性样品进行了阳性确认,阴性样品进行了低含量分析。结果显示,所有阳性样品均检测为阳性,无假阳性现象出现;所有阴性样品均检测为阴性。
本研究针对不同的化妆品的基质特点,设计开发了不同的样品前处理方法,方法简单,目标物回收率满意。与《规范》规定的检测方法相比,本方法的样品前处理更能保证各种不同配方样品的分散,保证测试结果的准确性。通过选用合适的色谱柱(五氟苯基色谱柱),避免了使用四氢呋喃和高氯酸这样高腐蚀性的溶剂作流动相,使得17种目标物在普通液相色谱仪上即可实现基线分离,大大提高了定量的准确性及方法的普适性。回收率试验及实际阳性样品测试实验均表明本方法用于化妆品中17种紫外线吸收剂的测定,结果准确、可靠。