色谱  2019, Vol. 37 Issue (7): 759-765     DOI: 10.3724/SP.J.1123.2019.01043   PDF    
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左雪
邸铮
张蓉
邬国庆
高效液相色谱法同时测定氧化型染发产品中33种染发剂
左雪, 邸铮, 张蓉, 邬国庆     
北京市药品检验所, 北京 102206
摘要:建立了高效液相色谱同时测定氧化型染发产品中33种禁限用染发剂含量的分析方法。采用Waters Atlantis® T3 MV Kit色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),以磷酸盐缓冲液-乙腈为流动相,梯度洗脱,流速为1.0 mL/min,柱温为25℃;采用二极管阵列检测器(DAD),检测波长为235及280 nm,进样量为5 μL。结果表明,各成分在线性范围内线性关系良好,相关系数均高于0.999,各成分精密度实验相对标准偏差(RSDs)均小于2%;四氨基嘧啶硫酸盐和2,4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐在12 h内稳定性实验RSDs小于5%,其余31种成分在24 h内稳定性实验RSDs均小于5%;各成分在3个浓度水平下的加标回收率为77.6%~116.3%。该方法简便、快速、准确,适用于氧化型染发产品中多种染发剂的检测。
关键词高效液相色谱    染发剂    氧化型染发产品    
Simultaneous determination of 33 hair dyes in oxidative hair dye products by high performance liquid chromatography
ZUO Xue, DI Zheng, ZHANG Rong, WU Guoqing     
Beijing Institute for Drug Control, Beijing 102206, China
Abstract: A method was developed for the simultaneous determination of 33 hair dyes in oxidative hair dye products by high-performance liquid chromatography (HPLC). The analytes were separated on a Waters Atlantis® T3 MV Kit column (250 mm×4.6 mm, 5 μm) by gradient elution using phosphate buffer-acetonitrile as mobile phases. The components were detected at two different wavelengths of 235 and 280 nm using a diode array detector. The results showed that the method had good linearity with correlation coefficients exceeding 0.999. Precision was good for the 33 analytes, with the relative standard deviations (RSDs) less than 2%. Stabilities of tetraaminopyrimidine sulfate and 2, 4-diaminophenoxyethanol HCl in 12 h, as well as other analytes in 24 h, were good, with RSDs less than 5%. Recoveries of the method ranged from 77.6% to 116.3% at three different concentration levels. The method proved to be simple, rapid, and accurate, suitable for the determination of various hair dyes in oxidative hair dye products
Key words: high performance liquid chromatography (HPLC)     hair dyes     oxidative hair dye products    

随着人们生活水平的日益提高, 染发作为一种美容方式, 逐步成为流行时尚。合成染发剂主要分为暂时型、半永久型及永久型等3类[1], 现今市场销售的染发产品80%为永久型(又称“氧化型”)[1, 2]。氧化型染发产品中的染料中间体主要为芳香胺类、酚类化合物, 这类成分具有一定的致敏性与致癌性[1-4]。因此, 建立一种快速、准确的测定方法, 为氧化型染发产品研发和监管提供有效的技术手段, 显得十分重要。

目前, 染发剂的检测方法主要有离子色谱法[5]、液相色谱法[6-10]、气相色谱法[11]、液相色谱-质谱法[12-14]、气相色谱-质谱法[15, 16]及超临界流体色谱法[17]等。采用气相色谱法进行检测时, 由于多数染发剂不具有良好的挥发性, 而需通过衍生化处理, 实验过程较繁琐, 可测定成分种类也受到限制; 液相色谱-质谱法虽具有良好的灵敏度与准确性, 但分析复杂样品时, 易造成离子源污染, 且仪器成本较高, 不易普及; 染发剂的强极性、不稳定性及低挥发性等特征, 使液相色谱法成为一种较为理想且易推广的检验方法。《化妆品安全技术规范》(后简称“规范”)(2015年版)[18]中限定了74种准用染发剂, 并规定了对苯二胺等32种组分的检测方法, 可实现多组分的分离与定量。严巍[19]等也根据pKa值差异实现了32种染发剂的分组测定。两种方法涵盖组分虽多, 但均需同时建立3个色谱系统, 实验过程耗时较长, 对仪器、色谱柱及试剂的消耗较大。还有多篇文献[6-10, 20-22]通过建立单一色谱系统实现多种染发剂的含量测定, 方法快速、简便, 但分析对象最多只涉及20种左右的禁限用组分, 难以满足对氧化型染发产品的监管需求。

综合考察氧化型染发产品配方, 选定33种禁限用染发剂, 建立了单一液相色谱系统, 同时实现多成分定量分析, 为氧化型染发产品中染发剂的准确、高效检测以及质量监管提供技术支持。

1 实验部分
1.1 仪器和试剂

1260型高效液相色谱仪配二极管阵列检测器, 美国Agilent公司; KQ-500型超声波清洗器, 昆山市超声仪器有限公司; CP225D型电子分析天平, 德国Sartorius公司。

对苯二胺(p-phenylenediamine)、2, 6-二氨基吡啶(2, 6-diaminopyridine)、对氨基苯酚(p-aminophenol)、甲苯-2, 5-二胺硫酸盐(toluene-2, 5-diamine sulfate)、间苯二胺(m-phenylenediamine)、氢醌(hydroquinone)、间氨基苯酚(m-aminophenol)、4-氨基间甲酚(4-amino-m-cresol)、邻苯二胺(o-phenylenediamine)、间苯二酚(resorcinol)、2-硝基对苯二胺(2-nitro-p-phenylenediamine)、N, N-二乙基甲苯-2, 5-二胺盐酸盐(N, N-diethyltoluene-2, 5-diamine HCl)、甲苯-3, 4-二胺(toluene-3, 4-diamine)、1-萘酚(1-naphthol)均购自德国Dr. Ehrenstorfer公司; 2, 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐(2, 4-diaminophenoxyethanol HCl)、N, N-二乙基对苯二胺硫酸盐(N, N-diethyl-p-phenylenediamine sulfate)、对甲基氨基苯酚硫酸盐(p-methylaminophenol sulfate)、6-羟基吲哚(6-hydroxyindole)、1, 5-萘二酚(1, 5-naphthalenediol)均购自北京曼哈格生物技术有限公司; 四氨基嘧啶硫酸盐(tetraaminopyrimidine sulfate)、2-氯对苯二胺硫酸盐(2-chloro-p-phenylenediamine sulfate)均购自北京百灵威科技有限公司; 2-甲基间苯二酚(2-methylresorcinol)、4-氨基-3-硝基苯酚(4-amino-3-nitrophenol)、4-氯间苯二酚(4-chlororesorcinol)、N-苯基对苯二胺(N-phenyl-p-phenylenediamine)均购自美国Sigma公司; 4-氨基-2-羟基甲苯(4-amino-2-hydroxytoluene)、4-硝基邻苯二胺(4-nitro-o-phenylenediamine)、6-氨基间甲酚(6-amino-m-cresol)均购自日本东京化成工业株式会社; 2-氨基-3-羟基吡啶(2-amino-3-hydroxypyridine)、2, 7-萘二酚(2, 7-naphthalenediol)均购自加拿大TRC公司; 4, 5-二氨基-1-(2-羟乙基)吡唑硫酸盐(1-hydroxyethyl 4, 5-diaminopyrazole sulfate)、羟乙基对苯二胺硫酸盐(hydroxyethyl-p-phenylenediamine sulfate)、N, N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐(N, N-bis(2-hydroxyethyl)-p-phenylenediamine sulfate)均购自美国Ark Pharm公司。所有对照品纯度均大于95%。

乙腈(色谱纯)购自德国Merck公司; Milli-Q超纯水系统购自法国Millipore公司; 磷酸二氢钾、十二水合磷酸氢二钠均为分析纯, 购自国药集团化学试剂有限公司; 亚硫酸氢钠(分析纯)购自北京化学试剂公司; 无水乙醇(优级纯)购自现代东方(北京)科技发展有限公司。

样品均为市售氧化型染发产品, 包含染发膏和氧化乳两种剂型。

1.2 溶液配制

流动相A相溶液:称取5.6 g磷酸二氢钾、3.6 g十二水合磷酸氢二钠, 加水溶解, 稀释并定容至1 000 mL, 充分混匀后, 经0.22 μ m微孔滤膜过滤, 得磷酸盐缓冲液(0.04 mol/L磷酸二氢钾+0.01 mol/L磷酸氢二钠)。取960 mL上述缓冲液与40 mL乙腈充分混匀, 备用。

稀释溶剂:称取0.2 g亚硫酸氢钠, 加入流动相A相溶液溶解, 稀释并定容至1 000 mL, 充分混匀, 备用。

标准储备溶液:称取染发剂对照品各50.0 mg, 置于50 mL棕色量瓶中, 加入10 mL无水乙醇以及适量稀释溶剂, 超声至充分溶解, 再加入稀释溶剂至刻度, 摇匀, 即得混合标准储备溶液。4 ℃保存。

1.3 样品前处理

取样品中染发膏0.5 g(精确到0.001 g), 置于50 mL比色管中, 分别加入5 mL无水乙醇以及5 mL稀释溶剂, 涡旋30 s, 超声15 min, 放冷后加入稀释溶剂至25 mL, 涡旋30 s, 充分混匀。经0.45 μ m微孔滤膜过滤, 待测。

1.4 色谱条件

色谱柱为Waters Atlantis® T3 MV Kit(250 mm×4.6 mm, 5 μ m), 柱温为25 ℃, 进样量为5 μ L。流动相:A相为磷酸盐缓冲液(0.04 mol/L磷酸二氢钾+0.01 mol/L磷酸氢二钠, 含4%(体积分数)乙腈), B相为乙腈。流速为1.0 mL/min。梯度洗脱程序见表 1。氢醌、对甲基氨基苯酚硫酸盐、间苯二酚、4-氯间苯二酚、6-羟基吲哚、1, 5-萘二酚、2, 7-萘二酚、N-苯基对苯二胺、1-萘酚等9种成分检测波长为280 nm, 其余成分检测波长均为235 nm。

表 1 HPLC梯度洗脱程序 Table 1 HPLC gradient elution procedure
2 结果与讨论
2.1 检测波长的选择

采用二极管阵列检测器进行全波长扫描(210~400 nm), 发现各成分的最大吸收波长均集中于225~245 nm及275~310 nm范围, 且低波长段响应值更强。综合考虑各成分吸收特点后, 将235 nm作为首选检测波长。但氢醌、间苯二酚及N-苯基对苯二胺在280 nm下吸收强于235 nm, 1, 5-萘二酚、2, 7-萘二酚及1-萘酚高浓度点在235 nm下响应超载, 影响回归方程的线性, 对甲基氨基苯酚硫酸盐、4-氯间苯二酚及6-羟基吲哚在235 nm下易受到基质与其他杂质峰的干扰, 因此单独在280 nm下检测上述9个成分。33种染发剂在不同波长下的色谱图见图 1

图 1 33种染发剂混合标准溶液在两种波长下的HPLC色谱图 Fig. 1 HPLC Chromatograms of the mixed standard solution of 33 hair dyes at two wavelengths Peak Nos: 1. 1-hydroxyethyl 4, 5-diaminopyrazole sulfate; 2. tetraaminopyrimidine sulfate; 3. 2-amino-3-hydroxypyridine; 4. p-phenylenediamine; 5. hydroxyethyl-p-phenylenediamine sulfate; 6. 2, 6-diaminopyridine; 7. p-aminophenol; 8. toluene-2, 5-diamine sulfate; 9. m-phenylenediamine; 10. hydroquinone; 11. 2, 4-diaminophenoxyethanol HCl; 12. m-aminophenol; 13. 4-amino-m-cresol; 14. N, N-bis(2-hydroxyethyl)-p-phenylenediamine sulfate; 15. o-phenylenediamine; 16. p-methylaminophenol sulfate; 17. resorcinol; 18. 2-chloro-p-phenylenediamine sulfate; 19. N, N-diethyl-p-phenylenediamine sulfate; 20. 2-methylresorcinol; 21. 2-nitro-p-phenylenediamine; 22. N, N- diethyltoluene-2, 5-diamine HCl; 23. 4-amino-2-hydroxytoluene; 24. toluene-3, 4-diamine; 25. 4-nitro-o-phenylenediamine; 26. 4-amino-3-nitrophenol; 27. 6-amino-m-cresol; 28. 4-chlororesorcinol; 29. 6-hydroxyindole; 30. 1, 5-naphthalenediol; 31. 2, 7-naphthalenediol; 32. N-phenyl-p-phenylenediamine; 33. 1-naphthol.
2.2 色谱柱的选择

对比了4种色谱柱的分离效果:采用HALO RP-Amide(250 mm×4.6 mm, 5 μ m)柱进行分析时, 部分色谱峰峰形差, 前延或拖尾现象严重; 采用SUPELCO Discovery® RP Amide C16(250 mm×4.6 mm, 5 μ m)以及Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C18(250 mm×4.6 mm, 5 μ m)柱时, 大部分成分得到良好分离, 且峰形较好, 但仍有少数峰出现拖尾, 另外, C16柱平衡时间较其他色谱柱更长, 且货源较少; 采用Waters Atlantis® T3 MV Kit(250 mm×4.6 mm, 5 μ m)柱时, 各成分色谱峰峰形良好, 整体分离效果优于前述3种色谱柱。因此, 最终选择Waters Atlantis® T3 MV Kit柱对33种染发剂进行分离。

2.3 流动相的选择

在卢晓蕊等[22]的研究基础上, 将流动相选定为磷酸缓冲盐体系-乙腈, 分别选择不同浓度的磷酸盐缓冲液, 对难分离成分进行洗脱, 并对比洗脱效果。a组:流动相为0.02 mol/L磷酸二氢钾+0.005 mol/L磷酸氢二钠; b组:流动相为0.02 mol/L磷酸二氢钾+0.01 mol/L磷酸氢二钠; c组:流动相为0.02 mol/L磷酸二氢钾+0.02 mol/L磷酸氢二钠。分离结果见图 2。对比发现, (1)区内5种成分的分离度随流动相中H2PO4-/HPO42-浓度比例增大而增大; 而(2)区成分的分离度随HPO42-浓度增加而增大。考虑到(1)区成分极性大, 洗脱时流动相水相比例已达96%, 优化洗脱条件难再提升分离度, 而(2)区成分分离度可通过调节流动相梯度得到改善, 因此选择H2PO4-/HPO42-浓度比为4 : 1的缓冲体系作为水相。另外, 考虑到增大磷酸盐浓度对分离度有一定改善, 在避免盐浓度过大影响色谱柱寿命的前提下, 适当增大两种缓冲盐浓度, 最终选定0.04 mol/L磷酸二氢钾+0.01 mol/L磷酸氢二钠缓冲液及乙腈为流动相, 可基本实现各成分的有效分离(见图 1)。

图 2 采用不同流动相时染发剂混合标准溶液HPLC色谱图 Fig. 2 HPLC Chromatograms of the mixed standard solution of hair dyes with different mobile phases a. 0.02 mol/L potassium dihydrogen phosphate+0.005 mol/L disodium hydrogen phosphate-acetonitrile; b. 0.02 mol/L potassium dihydrogen phosphate+0.01 mol/L disodium hydrogen phosphate-acetonitrile; c. 0.02 mol/L potassium dihydrogen phosphate+0.02 mol/L disodium hydrogen phosphate-acetonitrile.
2.4 提取溶剂的优化

参考规范(2015年版)[18], 选择2 g/L亚硫酸氢钠水溶液-无水乙醇(1 : 1, v/v)作为提取与稀释溶剂。在对33种染发剂对照品进行液相分析时, 发现2-氨基-3-羟基吡啶、对苯二胺及羟乙基对苯二胺等3种成分的色谱峰出现“溶剂效应”。因此, 利用前述溶剂溶解或提取后, 加入1.5倍体积流动相A相溶液做进一步稀释, 所得溶液中各成分色谱峰峰形良好, 可解决“溶剂效应”。但对此法制得对照品溶液进行稳定性试验时, 发现四氨基嘧啶硫酸盐和2, 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐在12 h内的稳定性差, 峰面积相对标准偏差超过20%, 这可能是由于流动相中缺少抗氧化剂, 两种成分氧化分解严重。因此, 进一步在A相溶液中添加适量亚硫酸氢钠, 可解决氧化分解问题。最终确定1.2节稀释溶剂, 并按1.3节方法处理样品。

2.5 标准曲线、检出限及定量限

用稀释溶剂配制质量浓度为5.0、10.0、50.0、100.0、250.0和500.0 mg/L的标准曲线系列溶液, 分别进样5 μ L, 在1.4节色谱条件下进行分析。以对照品溶液质量浓度(mg/L)为横坐标、峰面积为纵坐标进行线性回归。取0.5 g(精确到0.001 g)基质空白样品(染发膏配方中不含本文的33种成分), 加入不同浓度的混合标准溶液, 按1.3节方法制备待测溶液, 以信噪比(S/N)为3时对应的对照品浓度作为检出限(LOD), S/N为10时对应的对照品浓度作为定量限(LOQ)。结果如表 2所示, 4-氨基-2-羟基甲苯、4-硝基邻苯二胺在5~250 mg/L, 其他成分在5~500 mg/L范围内线性关系良好, 相关系数均高于0.999。

表 2 33种染发剂的回归方程、线性范围、相关系数、检出限及定量限 Table 2 Regression equations, linear ranges, correlation coefficients, limits of detection (LODs), and limits of quantification (LOQs) of 33 hair dyes
2.6 精密度

吸取5 μ L 100 mg/L标准曲线系列溶液, 按1.4节色谱条件连续进样6次, 计算峰面积相对标准偏差(RSDs)。结果表明, 所有成分峰面积RSDs值均低于2.0%, 方法精密度良好。

2.7 稳定性

取100 mg/L标准曲线系列溶液, 室温条件下分别于第0、4、8、12、16、20、24 h进行测定, 进样5 μ L, 在1.4节色谱条件下进行分析, 计算各成分峰面积RSDs值。结果表明, 四氨基嘧啶硫酸盐和2, 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐在12 h内峰面积RSDs小于5%, 其余31种成分在24 h内峰面积RSDs均小于5%, 各成分稳定性良好。但对于含有四氨基嘧啶硫酸盐或2, 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐的染发类产品, 建议临用现制, 或选择带有可控温样品室的液相色谱仪进行分析。

2.8 加标回收率

取9份基质空白样品, 每份0.5 g(精确至0.001 g), 分别加入混合标准储备溶液1.0、2.5、5.0 mL, 各3份(相当于待测液中各成分含量为40、100、200 mg/L), 按1.3节方法平行制备待测溶液, 进样5 μ L, 在1.4节色谱条件下进行分析。平均回收率及RSDs结果见表 3。结果表明, 33种成分在40 mg/L水平下的平均回收率为79.2% ~116.3%, 在100 mg/L水平下的平均回收率为83.1% ~110.5%, 在200 mg/L水平下的平均回收率为77.6% ~113.5%, 各浓度下的RSDs值均小于5%。

表 3 33种染发剂在3个不同浓度水平下的平均加标回收率及其相对标准偏差(n=3) Table 3 Average spiked recoveries and relative standard deviations (RSDs) of 33 hair dyes at three different concentration levels (n=3)
2.9 方法适用性

图 1所示, 按1.4节色谱条件进行分析时, 以下3组成分分别具有相近的保留时间, 难以分离:组分1(1-羟乙基-4, 5-二氨基吡唑硫酸盐)和组分2(四氨基嘧啶硫酸盐); 组分3(2-氨基-3-羟基吡啶)和组分4(对苯二胺); 组分25(4-硝基邻苯二胺)和组分26(4-氨基-3-硝基苯酚)。针对上述情况, 当样品在各组保留时间出峰时, 需通过图 3所示的各成分紫外吸收特征对色谱峰进行定性, 若仅含组内1种成分, 则可利用本文方法准确定量; 若同时含有组内2种成分, 则需建立其他方法进一步分离与定量。

图 3 6种染发剂的紫外吸收谱图 Fig. 3 Ultraviolet absorption spectra of six hair dyes a. 1-hydroxyethyl 4, 5-diaminopyrazole sulfate (No. 1 in Fig. 1); b. tetraaminopyrimidine sulfate (No. 2 in Fig. 1); c. 2-amino-3-hydroxypyridine (No. 3 in Fig. 1); d. p-phenylenediamine (No. 4 in Fig. 1); e. 4-nitro-o-phenylenediamine (No. 25 in Fig. 1); f. 4-amino-3-nitrophenol (No. 26 in Fig. 1).

利用国家药品监督管理局数据查询网站, 对由20余个国内外厂家生产的90种市售氧化型染发产品配方进行统计, 未见1-羟乙基-4, 5-二氨基吡唑硫酸盐与四氨基嘧啶硫酸盐、4-硝基邻苯二胺与4-氨基-3-硝基苯酚同时在产品中使用的情况, 2-氨基-3-羟基吡啶与对苯二胺仅在1批产品中同时使用。因此认为本方法适用于大多数染发类产品的检测。

2.10 样品测定

表 4为选取7批配方不同、含染发剂组分较多的典型氧化型染发产品进行含量测定的结果, 测定结果经染发膏与氧化乳使用比例折算, 表中数据代表实际使用含量。7批样品共检出19种限用染发剂, 实测组分种类均与产品配方一致。其中, 5批样品检出2.9节中涉及成分(1-羟乙基-4, 5-二氨基吡唑硫酸盐、四氨基嘧啶硫酸盐、2-氨基-3-羟基吡啶、对苯二胺), 经紫外吸收特征判定, 未见2种组分同时出峰的情况, 因而均可准确定量。

表 4 7批氧化型染发产品测定结果 Table 4 Analytical results of seven batches of oxidative hair dye products
3 结论

利用高效液相色谱同时测定氧化型染发产品中33种染发剂的含量, 操作简便、分析快速, 具有较高灵敏度与准确性, 基本覆盖了目前氧化型染发产品中的常用染发剂成分。从多种产品染发剂配方组成和样品实际测定结果看, 本方法适用于大多数氧化型染发产品的检测。

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