色谱  2013, Vol. 31 Issue (8): 775-780   PDF (850KB)    
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毛希琴
边海涛
曲宝成
高效液相色谱法测定化妆品中17种紫外线吸收剂
毛希琴 , 边海涛, 曲宝成    
大连市产品质量监督检验所, 辽宁 大连 116023
摘要:为避免使用四氢呋喃和高氯酸这样高腐蚀性的溶剂作流动相,本文从样品前处理方法、色谱柱的选择和流动相条件的优化等方面对《化妆品卫生规范》规定的15种紫外线吸收剂的高效液相色谱测定方法进行了改进,并将目标物检测范围扩大为17种。样品用四氢呋喃/甲醇/水体系提取,离心过滤后,以Phenomenex PFP柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm)为分离色谱柱,以20%异丙醇的甲醇溶液(含0.1%甲酸)和水溶液(含0.1%甲酸)作为流动相,梯度洗脱,以311 nm和280 nm为检测波长,进行定性和定量分析。回收率试验及实际阳性样品测定均表明将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。与《化妆品卫生规范》方法相比,普通液相色谱仪无需改进即可实现17种紫外线吸收剂的同时检测,增加了方法的普适性,同时所有目标化合物全部基线分离,分离度的提高增加了定量的准确性。
关键词高效液相色谱法     紫外线吸收剂     化妆品    
Determination of 17 ultraviolet-filters in cosmetics by high performance liquid chromatography
MAO Xiqin , BIAN Haitao, QU Baocheng    
Dalian Institute of Product Quality Supervision & Inspection, Dalian 116023, China
Abstract: An optimum HPLC method was developed for the simultaneous determination of 17 ultraviolet (UV)-filters in cosmetics, in which two UV-filters were included more than the 15 UV-filters specified in the Hygenic Standard for Cosmetics (HSC). Our research focused on the optimization of sample processing, chromatographic column, and mobile phase, in order to avoid the use of highly corrosive solvents as tetrahydrofuran (THF) and perchloric acid, which are used in the HSC method. The cosmetic sample was extracted by the mixed solution of THF/methanol/water. The target chemicals were separated on a Phenomenex PFP column (250 mm×4.6 mm, 5 μm) in gradient elution mode using water solution (containing 0.1% formic acid) and 20% methanol solution of isopropyl alcohol (containing 0.1% formic acid) as mobile phases. The detection wavelengths were set at 311 nm and 280 nm. The results of recovery tests and samples analysis indicated that the developed method can be used to simultaneously determine the 17 UV-filters in cosmetics, accurately and reliably. It is a more universal analytical method than the HSC method because common HPLC pump without improvement to adapt to corrosive THF, can be used. At the same time, the quantitative accuracy can be improved because baseline separation of all target chemicals was achieved.
Key words: high performance liquid chromatography (HPLC)     ultraviolet-filters     cosmetics    

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。



1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料

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% 。

1.2 标准溶液的配制

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。

1.3 样品前处理

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。

1.4 液相色谱条件

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。

2 结果与讨论
2.1 样品前处理条件的优化

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。

2.2 液相色谱条件的优化
2.2.1 色谱柱的选择

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。

图1 不同检测波长下17种紫外线吸收剂的液相色谱分离谱图 Fig.1 HPLC chromatograms of the 17 UV-filters with different detection wavelengths
2.2.2 流动相的选择

(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。

2.3 紫外检测波长的优化

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。

2.4 线性范围

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。

表1 17种紫外线吸收剂的线性方程、相关系数及线性范围 Table 1 Linear equations, correlation coefficients (r) and linear ranges of the 17 UV-filters
2.5 回收率和精密度

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 化妆品中17种紫外线吸收剂目标物的加标回收率和精密度(n=6) Table 2 Recoveries and precisions (RSD) of the 17 UV-filters spiked in cosmetic samples (n=6)

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% 。

2.6 方法检出限和定量限

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。

2.7 与《规范》规定方法的比对试验

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。

表3 文方法与《规范》方法对实际样品中紫外线吸收剂含量测试的结果比对 Table 3 Recoveries and precisions (RSD) of the 17 UV-filters spiked in cosmetic samples (n=6)
2.8 实际样品测试

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。

3 结论

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。

参考文献
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