着色剂是化妆品中起到赋色及美化作用的重要原料,着色剂原料的质量对于化妆品尤其是彩妆化妆品的产品质量至关重要。假冒伪劣彩妆化妆品的主要特征之一就是含质量低劣、价格便宜的着色剂原料,甚至含禁用的着色剂。为降低生产成本,不法商贩在着色剂纯化精炼过程中偷工减料,或者根本不进行纯化,这样生产出来的着色剂中含有大量对人体健康有严重危害的化学物质。这些物质一般都具有强烈的毒性、致突变性、致癌性和致畸性。若过量或者长期使用含有此类着色剂的化妆品会对人体造成各种累积性的伤害和其他不良影响[1]。为此对化妆品中着色剂的使用进行质量监管,可有效地遏制滥用低劣着色剂的现象,保障彩妆化妆品的产品质量安全。
《化妆品卫生规范》(2007版)(以下简称《规范》)明确规定了限用着色剂种类及其适用范围,所有限用着色剂按照允许使用的范围分为4类。《规范》对部分Ⅰ类着色剂规定了限制使用剂量或做了相关质量要求,而Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类着色剂是不得超使用范围使用的着色剂,化妆品生产中易产生由于上述着色剂的超范围或超限量使用而导致的产品质量问题,因此这应当作为质量监管的重点。但是《规范》并未给出化妆品中诸多限用着色剂的相应检测方法。目前,对着色剂的测定主要采用高效液相色谱法(HPLC)[2, 3]、高效液相色谱-串联质谱法[4, 5, 6]、气相色谱-质谱法[7]。其中高效液相色谱法因仪器普及、灵敏度高以及分析速度快等特点而被广泛应用于化妆品中着色剂的分析测定[8, 9, 10, 11, 12, 13]。在已有的报道中最多涉及同时测定12种着色剂[14],并且多涉及Ⅰ类着色剂,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类着色剂目前少有涉及。现有检测方法和手段很难满足目前化妆品领域对限用着色剂使用安全的质量监管要求,多组分检测尚存在很大的研究空白。为此,加快化妆品中限用着色剂的检测方法开发,尤其是对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类限用着色剂检测方法的开发,对满足日益增长的化妆品安全监管的需要意义尤为重大。本文利用高效液相色谱技术建立了同时测定化妆品中38种限用着色剂的检测方法,涉及Ⅰ类着色剂10种,其中有最高含量为3%限量要求的着色剂2种,其他8种着色剂有原料质量要求,无限量要求;涉及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类着色剂28种,均无限量要求。该方法操作简便、快速、灵敏度高且重现性好,适用于化妆品中限用着色剂的定性与定量检测。
Agilent 1260高效液相色谱仪(美国安捷伦公司)。
四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙酸铵和抗坏血酸钠均为分析纯(天津科密欧化学试剂有限公司)。甲酸、甲醇和乙腈为色谱纯(德国Merck公司);标准物质:苋菜红(Acid Red 27,C.I. 16185,Ⅰ类)、酸性蓝74(Acid Blue 74,C.I.73015,Ⅰ类)、胭脂红(Ponceau 4R Lake,C.I.16255,Ⅰ类)、日落黄(Food Yellow 3,C.I.15985,Ⅰ类)、诱惑红(Allura Red AC,C.I.16035,Ⅰ类)、坚牢绿(Food Green 3,C.I.42053,Ⅰ类)、酸性蓝9(Acid Blue 9,C.I.42090,Ⅰ类)、专利蓝V(Patent Blue V,C.I.42051,Ⅰ类)购自上海晶纯生化科技股份有限公司;酸性红1(Acid Red 1,C.I.18050,Ⅲ类)、酸性橙7(Acid Orange 7,C.I.15510,Ⅱ类)、酸性红52(Acid Red 52,C.I.45100,Ⅳ类)、酸性紫9(Acid Violet 9,C.I.45190,Ⅳ类)、酸性兰62(Acid Blue 62,C.I.62045,Ⅳ类)、溶剂黄33(Solvent Yellow 33,C.I.47000,Ⅲ类)、颜料红64(Pigment Red 64,C.I.15800,Ⅲ类)、碱性蓝26(Basic Blue 26,C.I.44045,Ⅲ类)购自德国Dr. Ehrenstorfer公司;酸性橙10(Acid Orange 10,C.I.16230,Ⅲ类)、酸性黑1(Acid Black 1,C.I.20470,Ⅳ类)、酸性紫43(Acid Violet 43,C.I.60730,Ⅲ类)、碱性紫2(Basic Violet 2,C.I.42520,Ⅳ类)、溶剂绿3(Solvent Green 3,C.I.61565,Ⅰ类)购自日本TCI公司;酸性黄1(Acid Yellow 1,C.I.10316,Ⅱ类)、酸性红50(Acid Red 50,C.I.45220,Ⅳ类)、酸性黄11(Acid Yellow 11,C.I.18820,Ⅳ类)、酸性蓝1(Acid Blue 1,C.I.42045,Ⅲ类)、酸性绿22(Acid Green 22,C.I.42170,Ⅳ类)、酸性红92(Acid Red 92,C.I.45410,Ⅰ类)、酸性绿9(Acid Green 9,C.I.42100,Ⅳ类)、酸性红88(Acid Red 88,C.I.15620,Ⅳ类)、颜料红49(Pigment Red 49,C.I.15630,Ⅰ类)、溴甲酚绿(Bromocresol Green,Ⅳ类)、酸性蓝7(Acid Blue 7,C.I.42080,Ⅳ类)、酸性紫50(Acid Violet 50,C.I.50325,Ⅳ类)、溶剂黄21(Solvent Yellow 21,C.I.18690,Ⅳ类)、溶剂红3(Solvent Red 3,C.I.12010,Ⅲ类)、溶剂黄16(Solvent Yellow 16,C.I.12700,Ⅳ类)、溶剂黄29(Solvent Yellow 29,C.I.21230,Ⅲ类)、颜料红4(Pigment Red 4,C.I.12085,Ⅰ类)购自美国IL公司。标准物质纯度均大于90% 。
指甲油、唇膏、粉和眼影等样品均为市售。
标准储备溶液A:分别准确称取15种标准物质(酸性红1、酸性紫43、酸性橙10、酸性兰62、酸性黄1、酸性蓝7、酸性黄11、苋菜红、酸性蓝74、胭脂红、日落黄、诱惑红、酸性蓝9、坚牢绿和专利蓝V)5.0 mg,用去离子水溶解后,于棕色容量瓶中定容至10 mL,配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液。
标准储备溶液B:分别准确称取17种标准物质(酸性红88、溴甲酚绿、碱性紫2、酸性橙7、酸性红50、酸性紫9、酸性绿9、酸性黑1、酸性红52、酸性蓝1、溶剂黄21、溶剂黄16、碱性蓝26、酸性红92、溶剂黄29、酸性紫50、酸性绿22)5.0 mg中,用甲醇溶解后,于棕色容量瓶中定容至10 mL,配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液。
标准储备溶液C:分别准确称取3种标准物质(溶剂红3、溶剂红33和溶剂绿3)5.0 mg,用四氢呋喃溶解后,于棕色容量瓶中定容至10 mL,配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液。
标准储备溶液D:准确称取颜料红4标准物质5.0 mg,用四氢呋喃溶解后,于棕色容量瓶中定容至10 mL,配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液。
标准储备溶液E:分别准确称取2种标准物质(颜料红49和颜料红64)5.0 mg,用二甲基亚砜溶解后,于棕色容量瓶中定容至10 mL,配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液。
以上标准储备溶液均于4~6 ℃下避光保存,保存期为3个月。
系列标准混合溶液:准确移取标准储备液A、B、C、D和E各200 μ L于容量瓶中,用体积分数为5%四氢呋喃、90%甲醇和5%水(含1 mol/L 乙酸铵和质量分数为1%的抗坏血酸钠)的溶液稀释至10 mL,配制成各标准物质质量浓度均为10 mg/L 的混合标准溶液。同法配制各标准物质质量浓度分别为8、6、4、2和1 mg/L 的系列标准混合溶液。以上标准溶液均需现用现配。
准确称取0.200 g样品,置于15 mL具塞刻度塑料离心管中,加入6 mL四氢呋喃涡旋混合均匀,超声10 min,使样品分散(若遇唇膏样品无法分散的情况,使用80 ℃水浴加热1~2 min即可)。继续向离心管中加入2 mL甲醇和2 mL乙酸铵水溶液(浓度为500 mmol/L,含质量分数为0.5%的抗坏血酸钠),涡旋混合均匀,超声提取10 min,以 5 000 r/min 的转速离心10 min。移取上层溶液2 mL至5 mL具刻度塑料试管中,氮吹浓缩至约0.5 mL后,再用甲醇稀释并定容至2 mL。超声30 min后,经0.45 μ m聚四氟乙烯(PTFE)滤膜过滤,转入进样瓶中,供高效液相色谱分析用。若有溶剂绿3检出时,需适当考虑定容体积增为4 mL。
色谱柱:Agilent zorbax SB-Aq(150 mm×3.0 mm,3.5 μ m)。流动相A为30 mmol/L 乙酸铵水溶液(含体积分数为0.075%的甲酸),B为乙腈。梯度洗脱条件:0~2.5 min,8.0%B~10.0%B; 2.5~6.0 min,10.0%B~20.0%B; 6.0~6.1 min,20.0%B~30.0%B; 6.1~14.5 min,30.0%B~36.5%B; 14.5~14.6 min,36.5%B~48.0%B; 14.6~20.0 min,48.0%B; 20.0~21.0 min,48.0%B~60.0%B; 21.0~23.0 min,60.0%B~82.0%B; 23.0~25.0 min,82.0%B; 25.0~28.0 min,82.0%B~88.0%B; 28.0~29.0 min,88.0%B~95.0%B; 29.0~32.0 min,95.0%B; 32.0~32.1 min,95.0%B~8.0%B; 32.1~35.0 min,8.0%B。检测波长:254、416、484、514、590和620 nm。流速:0.7 mL/min;进样量:2 μ L;柱温:30 ℃。
38种目标化合物涉及如酸性红1等完全水溶性的化合物,同时又有颜料红4等完全脂溶性的化合物,极性分布范围很大,无论是样品前处理条件的设定还是色谱分析条件的优化都面临很大的挑战。综合考虑目标化合物极性分布上的特点,本文比较了Phenomenex kinetex XB-C18、Agilent poreshell EC-C18和Agilent zorbax SB-Aq 3种类型的色谱柱对38种着色剂的分离效果。结果表明,Phenomenex kinetex XB-C18柱的整体分离效果较差,而且于死时间前出现了一个较强的吸收峰,多个水溶性化合物在该色谱柱上无任何保留,在死时间内出峰。Agilent poreshell EC-C18柱的分离效果优于Phenomenex kinetex XB-C18柱,各个目标化合物的出峰时间较均匀,但在5 min左右的时候某些目标化合物出现了M峰,18~20 min范围内多个化合物交叠在一起同时出峰,即使优化条件仍无法实现很好的分离,影响准确定量。Agilent zorbax SB-Aq柱对38种目标化合物具有较好的分离能力,在优化的色谱条件下,38种目标化合物获得了完全的基线分离(见图1)。因此,本实验最终选择Agilent zorbax SB-Aq柱作为分析用色谱柱。
利用二极管阵列检测器(DAD)在190~800 nm波长范围内对所有目标化合物的标准溶液进行扫描,根据各着色剂的紫外-可见光谱图,确定254、416、484、514、590和620 nm作为检测波长。38种着色剂的含量根据图1所示的各检测波长下的紫外吸收情况进行定量计算。
鉴于个别化合物在Agilent zorbax SB-Aq柱上的色谱保留行为与流动相中的缓冲盐浓度相关,由此判断这些化合物和固定相之间可能同时存在非极性吸附和离子相互作用双重机制,为此选用水相A(含有一定酸度的乙酸铵水溶液)和有机相B(乙腈)作为流动相,并对水相的组成进行了优化。
首先考察了水相中乙酸铵浓度对38种目标化合物的色谱保留行为的影响,比较了其他条件相同(水相中甲酸浓度均为0.1% )的情况下,水相A中乙酸铵浓度分别为30 mmol/L 和50 mmol/L 时各化合物的分离情况。比较出峰时间为16~17 min和23~28 min范围内多组难分离的目标化合物之间彼此的分离程度,结果表明乙酸铵浓度为30 mmol/L 时优于50 mmol/L 时的分离效果。
同时考察了水相中分别添加甲酸和乙酸作为酸度调节剂时,对38种目标化合物的色谱保留行为的影响。比较出峰时间在14~15 min范围内各目标化合物的分离效果以及34~37 min范围内主峰和杂质小峰的分离效果,结果显示甲酸作为酸度调节剂对38种目标化合物的色谱分离效果优于乙酸。
由于流动相中酸度的微小改变会影响到目标化合物在Agilent zorbax SB-Aq色谱柱上的色谱保留,为此考察了不同酸度条件下38种目标化合物的色谱分离情况。向水相中分别添加体积分数为0.07% 、0.075% 、0.08% 、0.09% 、0.1% 、0.11% 和0.12%的甲酸。不同的酸度水平下,38种目标化合物的色谱分离效果差异性很大。当酸度小于0.1%时,溴甲酚绿和颜料红49、酸性蓝7和碱性紫2这两组化合物的分离度较差;当酸度大于等于0.1%时,随着酸度的增加,38种目标化合物的分离效果并没有得到改善,且酸性越强对色谱柱的损害也越大。而且仅当水相中添加的酸度为0.075%时,才能获得最佳的色谱分离效果,38种目标化合物之间彼此基线分离。
考虑到化妆品样品的分散性以及目标化合物的溶解性,尝试以四氢呋喃作为分散溶剂。首先将样品分散并溶解目标成分,然后依次加入甲醇和水溶液来增加体系的极性,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会引起某些目标化合物提取回收率的降低,为此首先考察了提取体系中四氢呋喃、甲醇和水不同体积比(2 ∶ 1 ∶ 1和3 ∶ 1 ∶ 1)条件下,对空白加标样品中目标化合物回收率的影响。结果显示,随着提取体系中四氢呋喃比例的增加,碱性蓝26的回收率由80%增加到87% ,但颜料红4、溶剂红3和溶剂绿3的回收率却不足50% 。为了进一步提高这些化合物的回收率,结合这些化合物分子结构特点,推测目标化合物与基质之间可能存在静电吸附作用。在提取溶液中加入一定浓度的盐以增加溶液的离子强度,将有助于这些化合物从吸附基质上解离。因此将四氢呋喃-甲醇-水这一提取体系的水相中添加一定量的乙酸铵,以减弱或消除目标化合物与基质之间的静电吸附作用。分别在提取的水相溶液中加入浓度为100、250和500 mmol/L 的乙酸铵溶液,结果显示:随着盐浓度的增加,目标化合物碱性蓝26的回收率由不足80%提高到90%以上,颜料红4、溶剂红3和溶剂绿3的回收率均由不足50%提高到90%以上。在乙酸铵溶液浓度为500 mmol/L 时,38种目标化合物的回收率均介于90% ~110%之间。因此确定了四氢呋喃、甲醇、500 mmol/L 乙酸铵水溶液的体积比为3 ∶ 1 ∶ 1的提取体系作为对38种目标化合物的提取体系。
38种目标化合物的混合溶液中,酸性蓝74、碱性紫2和酸性紫50这3种化合物具有日内不稳定性,不利于准确定量。因此考虑在提取溶剂中添加一定量的稳定剂,增加这3种化合物的稳定性,便于准确定量。
考察了38种目标化合物在EDTA、NaHSO3和抗坏血酸钠3种常用稳定剂存在条件下的稳定性。将原提取过程中加入的乙酸铵(500 mmol/L)溶液分别替换为溶液1(含0.01 mmol/L EDTA和500 mmol/L 乙酸铵水溶液)、溶液2(含0.01 mmol/L EDTA、0.5%(质量分数,下同)NaHSO3和500 mmol/L 乙酸铵水溶液)、溶液3(含0.01 mmol/L EDTA、0.5%抗坏血酸钠和500 mmol/L 乙酸铵水溶液)、溶液4(含0.5% NaHSO3和500 mmol/L 乙酸铵水溶液)和溶液5(0.5%抗坏血酸钠和500 mmol/L 乙酸铵水溶液)。结果显示,仅在溶液5作为提取体系中的水相时,38种目标化合物的混合溶液在室温下放置3天基本稳定。因此确定以0.5%抗坏血酸钠和500 mmol/L 乙酸铵水溶液作为提取体系中的水相。
在本试验所确定的色谱条件下,如果将提取液直接上机测试,溶剂效应会导致苋菜红、酸性蓝74和胭脂红3个目标化合物的峰形异常,影响对目标化合物的准确定量,因此考虑调整目标化合物的溶剂环境以改善峰形。
首先将提取液进行氮吹至剩余体积约为原体积的四分之一,分别用体积分数为50%、60%、70%、80%、90%和100%的甲醇溶液将氮吹后的剩余溶液分别定容至氮吹之前的体积。鉴于四氢呋喃脱除后,溶液中会有基质进一步析出,基质包埋会影响目标化合物的回收率,为此需要将定容后的溶液超声30 min,然后过滤,最后测定目标化合物的回收率。结果显示:在以上不同溶剂环境下,碱性蓝26的回收率依次为0% 、1% 、6% 、29% 、76% 和100% 。当采用100%甲醇作为定容溶剂定容至氮吹之前的体积时,溶剂绿3的回收率仅为87.5% ;当增加100%甲醇的量至定容体积为原体积的2倍时,溶剂绿3的回收率提升至96% 。因此确定当有溶剂绿3检出时,氮吹后用100%甲醇定容至氮吹前体积时,需适当考虑定容体积对回收率的影响。
根据1.4节的分析条件,按目标化合物浓度从低到高的顺序,依次对系列混合标准溶液进行测定。以目标化合物的峰面积y对其质量浓度x(单位为mg/L)绘制标准工作曲线,得到线性回归方程、相关系数和定量限(S/N>10)(见表1)。所有目标化合物在给定的浓度范围内,其质量浓度与色谱峰面积均呈线性相关,且相关系数均大于0.999,定量限(LOQ)为5~50 μ g/g。
向不含目标化合物的空白样品(指甲油、粉和唇膏)中添加目标化合物的混合标准溶液,使其含量分别为100和500 μ g/g,每个添加水平平行测定6次,按1.3节所述方法进行样品处理,计算回收率及相对标准偏差(RSD),结果见表2。38种目标化合物的回收率为93.2% ~107.6%,在两个不同添加水平下的加标回收率的RSD(n=6)均小于10% 。
按照本方法分别对市售的101种指甲油、粉、唇膏和眼影等彩妆化妆品样品中的38种着色剂进行测定。对于阳性样品,采用如下方法予以确证:将样品的紫外-可见光谱图与浓度相近的标准溶液光谱图进行比较,若光谱图无明显差别,则可基本确定该样品中含有待测物。结果显示,共有11个样品检出酸性红92,含量范围为54.0~2 269 μ g/g;有9个样品检出日落黄,含量范围为20.0~322 μ g/g;有5个样品检出酸性蓝9,含量范围为20.5~7 845 μ g/g;有2个样品检出诱惑红,含量分别为38.7和78.0 μ g/g;有1个样品检出酸性紫9,含量为42.0 μ g/g;有1个样品检出胭脂红,含量为 1 000 μ g/g。其他种类着色剂在该批样品中未检出。所检样品着色剂的添加均符合《规范》要求。考虑到在化妆品中使用限用着色剂的目的是为产品赋色,且除个别有3%限量外,多数无限量要求,因此为达到理想的赋色效果,着色剂的添加量一般不会很低。从实际样品的分析结果来看,所有检出的着色剂的含量除个别在定量限附近,其他均远高于定量限,这也说明该方法的灵敏度基本可以满足实际测试的需求。
本研究基于不同化妆品基质的特点和38种着色剂的理化性质,建立了高效液相色谱法同时测定化妆品中颜料红4等38种限用着色剂的检测方法。该方法的样品前处理过程简便、快捷,可实现样品中38种目标化合物的同时提取。通过优化色谱分析条件,在30 min内实现了38种目标化合物的基线分离,大大提高了定量的准确性和方法的普适性。加标回收试验和对实际样品测试结果表明该方法准确、可靠。该方法的推广应用将填补在化妆品着色剂检测领域的技术空白,为我国化妆品中限用着色剂的监管和产品质量控制提供有力的技术支持,对规范化妆品中着色剂的使用、保障化妆品的质量安全有着积极而深远的意义。