正交设计法优选指甲油展开剂体系

姜 红， 李春红

(1.中国人民公安大学，北京 100038;2.江苏省吴江市公安局，江苏吴江 215228)

0 引言

化妆品的分析检验是法庭科学研究的重要内容之一。目前唇膏、护发用品等化妆品均已有人研究并取得一定的成果，但对指甲油的分析检验在国内外尚属探索阶段。目前文献中报道的有关指甲油的分析方法有薄层色谱法、高效液相色谱法、荧光光谱法、红外光谱法等［1-7］，虽然不同的方法都有其各自的特点，但最为简便有效的方法之一就是检验其中的染料成分。目前检验染料的一种非常成熟的方法就是薄层色谱法，因为薄层色谱法具有设备简单，操作方便，分离效果好，用量少等优点，非常适合进行指甲油检验。薄层色谱法的关键之处在于如何选择合适的展开剂体系。面对种类繁多的有机溶剂，在考虑溶剂毒性和价格等因素后，如何组合以及如何配比构成展开剂体系是一个复杂而庞大的实验工程。本文利用数理统计学中的均匀设计法和正交设计法，将复杂的实验简单化，得到了较为理想的实验结果。

1 实验样品、试剂及器材

1.1 样本制作

将指甲油涂抹在干净的载玻片上，涂抹面积约为2 cm×2 cm，晾干后备用;同时将各个指甲油依次编号，并记录品牌，类型，系列以及生产厂商等。

1.2 实验试剂

苯、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、异丙醇、无水乙醇、甲醇、1，2-二氯乙烷、二氯甲烷、正己烷、环己烷、氯仿(均为分析纯)、去离子水。

1.3 实验器材

薄层板(安徽霍山硅源材料厂生产)、层析缸、紫外灯、毛细管、小烧杯、量筒、手术刀片、棉签、烘箱、干燥器。

2 实验方法

2.1 展开剂体系的选择

2.1.1 展开剂组分的选择

根据试剂性能是否稳定，毒性大小，价格高低等因素选出实验室中常用的14种溶剂将其分为4类［8-9］。

第一类，电子接受体溶剂:苯、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯;

第二类，质子接受体溶剂:乙醚、异丙醇、无水乙醇、甲醇;

第三类，偶极作用力溶剂:1，2-二氯乙烷、二氯甲烷;

第四类，极性调节溶剂:正己烷、环己烷、氯仿、水。

在以上4类溶剂中各选取一种，等比例混合构成4元体系，使用均匀设计表U12(1210)来安排实验。按照使用表要求的使用列号，进行12次实验［10-12］，实验安排情况见表1。

表1 展开剂组分选择均匀设计表U12(1210)

任意选取10个样本进行实验。分别用干净的棉签蘸取少量丙酮擦拭涂抹在载玻片上的指甲油样本约1 cm×1 cm，置于5mL的小烧杯中，加入2mL丙酮，每5分钟搅拌一次，30分钟后用毛细管依次在硅胶板上点样［13］，晾干后，将硅胶板分别置于12种展开剂中展开。展开完毕，取出薄层板挥干溶剂，在可见光和紫外灯下观察斑点的颜色、形状及Rf值。通过实验发现第11组展开剂即丙酮∶乙醚∶二氯甲烷∶环己烷=1∶1∶1∶1的分离效果明显好于其他组，且用时最短;第5组虽然分离效果也较好，但耗时太久。综合考虑各因素之后，选第11组溶剂开展进一步实验，以获取最佳配比。

2.1.2 展开剂组分配比的选择

在均匀设计实验中，为了均衡比较各个体系的展开能力，每个组分都以相等比例配制;而在选择最佳配比的时候，不能靠主观臆断去评价哪个因素对展开效果影响大，哪个因素影响小;因此必须进行单因素实验，即固定组分中2个因素的量，去改变另一个因素的量，同时被改变的量的范围要相对较大。针对第11组展开剂的4种组分拟定1、5、10三个水平，按表2安排实验，再次点样展开后发现第11组效果最好，所以选择其进行下一步实验。

通过单因素试验虽然确定了体系中各组分的最佳水平，但各组分间的交互效应仍需要确定，所以安排正交实验［14］，使各组分在各自的最佳水平附近摆动，以确定体系的最佳配比。故对每种溶剂选取3个水平按正交设计表L9(43)来安排实验(见表3)，再次点样展开。实验结果表明，第4号展开剂分离效果最好，其次是第2号展开剂;因此在实际鉴定时为增加准确度，可将检材分别放在2种展开剂体系中进行分析，以便得出更为准确的鉴定结果。

表2 单因素拟水平摆动表

2.2 指甲油样品的TLC分析

将收集到的50种不同品牌的指甲油样本，分别用干净的棉签蘸取少量丙酮，擦拭涂抹在载玻片上的指甲油样本约1 cm×1 cm，置于5 mL的小烧杯中，加入2mL丙酮，每5分钟搅拌一次，30分钟后用毛细管依次在硅胶板上点样，晾干后进行TLC分析。展开剂为丙酮∶乙醚∶二氯甲烷:环己烷=2∶1∶2∶8。展开完毕后，取出薄层板挥干溶剂，在可见光和254 nm紫外灯下观察斑点的颜色、形状及Rf值。实验结果见表4。

表3 展开剂组分配比正交设计表

3 结果与讨论

3.1 TLC法分析不同品牌的指甲油的理论依据

用于指甲油颜色的染料种类繁多，相同颜色的指甲油可能是用不同的染料加工而成，也可能是用不同配比的相同染料加工而成的，即使是相同配比的相同染料，不同批次的染料之间，也可能有一定区别，因为同一品种不同厂家生产的染料，尽管染料的分子结构式、化学成分相同，但由于各厂家使用的中间体质量、合成工艺路线、生产设备以及染料商品化的助剂等诸多因素存在差异，染料的成分、色光与其性能都会有所不同;因此染料与吸附剂之间的作用力及在展开剂中的溶解度就各不相同，表现在薄层色谱分析中，每个样品的斑点个数、斑点颜色及斑点的迁移速度即斑点的Rf值必定有差异，这就是我们用薄层色谱法分析鉴别指甲油的理论依据。薄层色谱展开情况见图1～图3。

表4 指甲油样品的TLC分析结果

3.2 指甲油提取液的TLC分析结果

图1 可见光下斑点形态

图2 紫外灯下加蓝色滤光镜观察斑点形

图3 紫外灯下加绿色滤光镜观察斑点形态

该展开剂体系可以区分不同品牌的指甲油样品，比如40号 CHANEL457、42号欧莱雅403和46号羽西2D093，它们展开后的斑点颜色相同，但斑点个数不同;10号色彩地带 Color Zone17和18号BNC103展开后的斑点个数相同，但斑点的Rf值和斑点颜色不同。

对同一品牌，不同系列的指甲油样品也能加以区别，例如色彩地带品牌的2个不同系列的5种相同颜色的指甲油样品，在此展开剂体系中也得到了很好的分离，结果见表5。

由表5可知，6号色彩地带CrystalColor1和9号色彩地带Color Zone6虽然斑点颜色相同，但斑点个数不同;7号色彩地带Crystal Color5和8号色彩地带Color Zone1斑点个数相同，但斑点颜色不同;9号色彩地带Color Zone6和10号色彩地带Color Zone17斑点个数相同，斑点颜色也相同，但斑点的Rf值不同;因此，优选出的展开剂体系对指甲油样品具有较好的分离效果。

表5 色彩地带指甲油的层析结果

4 结论

本文将实验室常用的14种溶剂分成4类，结合数理统计中的均匀设计法和正交实验法，合理安排实验，优选出一组展开剂体系:丙酮∶乙醚∶二氯甲烷∶环己烷 =2∶1∶2∶8，对市场上常见的 50 种不同品牌、同一品牌不同牌号的指甲油样本进行分析，取得了较好的实验效果，基本上可以加以区分。该方法可以用于公安基层实际办案。

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