原位电离小型便携式质谱法现场快速筛查婴幼儿洗护用品中的危害物质

郭项雨，张婉茹，卜杰洵，白 桦，马 强

(1.中国检验检疫科学研究院，北京 100176；2.北京清谱科技有限公司，北京 100084)

婴幼儿洗护用品是婴幼儿成长发育过程中必不可少的日常护理产品，对保障婴幼儿健康成长发挥着重要作用。近年来，随着我国二胎政策的放开和人们生活水平的提高，婴幼儿洗护用品的市场需求量和销售额逐年增长[1-2]，其质量安全问题也受到广大消费者的关注。由于婴幼儿皮肤娇嫩敏感、抵抗力弱，婴幼儿洗护用品中含有的潜在化学危害物质会驻留于皮肤表面，甚至透过皮肤进入体内，引发过敏反应，进而对婴幼儿身心健康造成伤害。

婴幼儿洗护用品包括湿巾、牙膏、奶瓶清洗剂、护臀膏等众多产品类型，国内外相关法律法规已对可能涉及的化学危害物质进行了规定。例如，欧盟化妆品法规中规定：驻留型化妆品中禁止使用甲基异噻唑啉酮，婴幼儿臀部区域护理用品中禁止使用对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯[3]；欧盟手洗餐具用洗涤剂生态标签标准[4]：将苔黑醛和新铃兰醛列为禁用物质；我国《牙膏用原料规范》[5]中规定：婴幼儿牙膏中不得添加二甘醇和水杨酸。

目前，婴幼儿洗护用品检测方法主要包括高效液相色谱法[6]、高效液相色谱-质谱法[7-8]、气相色谱法[9-10]、气相色谱-质谱法[11-13]、超高效液相色谱-质谱法[14-15]等。这些方法具有准确、稳定、灵敏等优点，但通常需要复杂繁琐的样品前处理过程，存在检测周期长、时间成本高、有机试剂消耗量大等问题，同时需要依靠大型仪器设备，机动性差，无法满足现场快速检测的迫切需求。近年来，解吸电喷雾电离[16]、实时直接分析[17]、低温等离子体[18]等原位电离技术的兴起促进了快速质谱分析的发展，无需复杂的样品前处理过程，极大简化了分析流程。其中，纸喷雾电离是将样品加载到三角形纸基表面，滴加喷雾溶剂后，通过高压电驱动完成目标物质的萃取、迁移和电离，适用于固体或液体样品的实时分析；萃取纳升喷雾电离是将样品加载到玻璃毛细管中，在毛细管内完成目标物质的萃取和电离，适用于黏性半固体或液体样品的实时分析。纸喷雾电离和萃取纳升喷雾电离均无需样品前处理，操作简便、检测成本低、分析速度快，已经成功应用于食品[20]、消费品[21-22]、毒品[23]、生物样本[24]等不同类型样品的快速分析。同时，小型便携式质谱仪等现场检测设备的开发与应用逐渐成熟，原位电离与小型便携式质谱联用技术受到分析工作者的关注[19]。

本研究拟采用纸喷雾电离和萃取纳升喷雾电离技术结合小型便携式质谱仪，建立婴幼儿洗护用品中化学危害物质的现场快速检测方法，希望为婴幼儿洗护用品质量安全监管执法提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 仪器与装置

P-1000型微电极拉制仪、硼硅酸盐玻璃毛细管(1.5 mm×0.86 mm×10 cm)：美国Sutter Instrument公司产品；ESW-M15P型电极夹持器：美国Warner Instruments公司产品；Mini β小型质谱分析系统(55 cm×24 cm×31 cm、质量20 kg、功率≤100 W)：北京清谱科技有限公司产品。

1.2 材料与试剂

甲基氯异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、新铃兰醛、二甘醇、水杨酸、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯标准品：德国Dr. Ehrenstorfer公司产品；苔黑醛标准品：美国Sigma公司产品；所有标准品纯度均≥97%。各标准品用甲醇配制成浓度1 g/L的标准储备液，使用时根据需要用甲醇稀释。甲醇、无水乙醇、乙腈、二氯甲烷、异丙醇、乙酸铵和甲酸：均为色谱纯，美国Fisher公司产品；Grade 1、Grade 17、Grade 3MM和Grade 31ET型色谱纸：美国Whatman公司产品；婴幼儿洗护用品：购自当地市场和电商平台。

1.3 实验步骤

纸喷雾电离：将Grade 3MM型色谱纸剪成三角形纸基(底边宽0.5 cm，高0.75 cm，顶角30°)用于纸喷雾电离。湿巾通常所含液体量不低于基材的1.7倍，可采用移液枪直接吸取湿巾中所含的液体进行分析。用移液器枪头垂直按压并吸取少量液体，滴至三角形纸基上，再滴加10 μL含0.3%甲酸的甲醇溶液。纸基底部通过金属夹连接至小型便携式质谱仪的高压电源，放置于质谱仪进样口前端1 cm处，施加3.0 kV电压，萃取溶剂对样品进行萃取，并在三角形纸基尖端形成电喷雾，采用小型便携式质谱仪进行信号检测。

萃取纳升喷雾电离：针对牙膏、奶瓶清洗剂和护臀膏等黏性半固体样品，预先拉制硼硅酸盐玻璃毛细管(1.5 mm×0.86 mm×5 cm，尖端10 μm)，并注入10 μL萃取喷雾溶剂，采用金属微电极直接蘸取少量样品，插入萃取喷雾溶剂中。将金属微电极末端与小型便携式质谱仪的高压电源连接，置于质谱仪进样口前端1 cm处，施加高压，样品在毛细管内完成萃取并在其尖端形成电喷雾，采用小型便携式质谱仪进行信号检测。

婴幼儿洗护用品中危害物质现场快速筛查实验流程图示于图1。

图1 婴幼儿洗护用品中危害物质现场快速筛查实验流程图Fig.1 Analytical workflow for rapid on-site screening of hazardous substances in infant toiletries

1.4 小型便携式质谱分析条件

喷雾电压：正离子模式3.0 kV，负离子模式-2.5 kV；进样时间20 ms；碰撞气为空气，碰撞时间150 ms。8种目标化合物的离子化模式、母离子和子离子列于表1。

表1 8种目标化合物的小型便携式质谱分析参数Table 1 Instrumental parameters of the miniature mass spectrometer for the analysis of the eight target compounds

2 结果与讨论

2.1 基于纸喷雾电离和小型便携式质谱的现场快速筛查

基于纸喷雾电离和小型便携式质谱的现场快速筛查主要应用于湿巾产品。湿巾中添加甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮作为广谱高效的防腐剂，稳定性强、成本低廉，但对婴幼儿皮肤和粘膜具有一定的刺激性，已被欧盟化妆品法规明确管控。选取经测定不含甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮的婴幼儿湿巾作为空白样品，添加不同浓度的甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮制备阳性样品，分别考察不同种类的纸基(Grade 1、Grade 17、Grade 3MM和Grade 31ET)和萃取喷雾溶剂(甲醇、含0.3%甲酸的甲醇溶液、乙醇、乙腈、异丙醇和二氯甲烷)。结果表明，选择Grade 3MM纸基时，2种物质的质谱信号响应最强。在此基础上优化了萃取喷雾溶剂，当以含0.3%甲酸的甲醇溶液作为萃取喷雾溶剂时，目标物的质谱信号响应最强。因此，最终选取Grade 3MM色谱纸和含0.3%甲酸的甲醇溶液作为实施纸喷雾电离所需的纸基和萃取喷雾溶剂。通过对甲基氯异噻唑啉酮准分子离子m/z150进行碰撞诱导解离，得到二级质谱图，其中丰度最高的碎片离子为m/z115，推测是由于失去Cl生成的。对甲基异噻唑啉酮准分子离子m/z116进行碰撞诱导解离，得到丰度最高的碎片离子m/z99，可能是由于失去OH生成的。甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮的二级质谱图示于图2。选取2种物质丰度最高的碎片离子峰，以信噪比(S/N)为3估算方法的检出限，测得甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮的检出限分别为50和20 μg/kg。

图2 甲基氯异噻唑啉酮(a)和甲基异噻唑啉酮(b)的二级质谱图Fig.2 MS/MS spectra of 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one (a) and 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (b)

2.2 基于萃取纳升喷雾电离和小型便携式质谱的现场快速筛查

2.2.1牙膏样品 增溶剂和防腐剂是牙膏中常见的添加剂，而二甘醇和水杨酸因其低毒性和刺激性而被禁用于3岁以下儿童牙膏中。实验选取经测定不含二甘醇和水杨酸的婴幼儿牙膏样品，通过添加二甘醇和水杨酸制备阳性样品，分别以甲醇、无水乙醇、乙腈、异丙醇和二氯甲烷作为萃取喷雾溶剂，考察其对二甘醇质谱信号响应强度的影响。结果表明，甲醇作为萃取喷雾溶剂时，二甘醇的质谱响应强度最高。在此基础上，配制了含有10 mmol/L乙酸铵的甲醇溶液作为萃取喷雾溶剂，二甘醇的信号响应显著增强。这可能是由于乙酸铵的存在可在喷雾中形成大量的NH4+，这些离子易与二甘醇形成特征离子加合物[M+NH4]+m/z124，从而提高检测灵敏度[25]。选择[M+NH4]+作为母离子进行碰撞诱导解离，得到的主要碎片离子为m/z107和89，分别是中性丢失NH3和H2O后获得的。本实验同样考察了甲醇、无水乙醇、乙腈、异丙醇和二氯甲烷作为萃取喷雾溶剂时对水杨酸信号响应的影响。结果表明，以乙腈为萃取喷雾溶剂时，水杨酸的质谱信号响应最强。因此，牙膏中水杨酸检测的最佳萃取喷雾溶剂为乙腈，在负离子模式下可获得信号较强的准分子离子峰[M-H]-m/z137，对其进行碰撞诱导解离，经中性丢失CO2，得到二级碎片离子m/z93。二甘醇和水杨酸的二级质谱图示于图3。实验选择二甘醇和水杨酸的二级质谱图中最强的碎片离子峰，以3倍信噪比估算方法的检出限，测得其检出限分别为10和20 μg/kg。

图3 二甘醇(a)和水杨酸(b)的二级质谱图Fig.3 MS/MS spectra of diethylene glycol (a) and salicylic acid (b)

2.2.2奶瓶清洗剂和护臀膏样品 香料香精和防腐剂是婴幼儿洗护用品中使用较为广泛的添加剂，苔黑醛和新铃兰醛因其致敏性而被列为奶瓶清洗剂中禁用香料。对羟基苯甲酸酯是一类广谱高效的防腐剂，其中对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯因其低毒性而被禁用于婴幼儿护臀膏中。实验选取婴幼儿奶瓶清洗剂和护臀膏空白样品，分别添加苔黑醛、新铃兰醛、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯得到相应的阳性样品，比较甲醇、无水乙醇、乙腈、异丙醇、二氯甲烷等作为萃取喷雾溶剂时，4种目标物的质谱响应强度。结果表明，以甲醇作为萃取喷雾溶剂，4种物质的质谱信号响应最强。对4种目标化合物的准分子离子进行碰撞诱导解离，得到的二级质谱图示于图4。在苔黑醛的二级质谱图中，m/z123为基峰，其可能来自母离子m/z151中性丢失CO；新铃兰醛的二级碎片离子包括m/z193和175，推测由母离子m/z211依次丢失2分子H2O所致；对羟基苯甲酸丙酯的碎片离子分别为m/z137和93，对应母离子m/z179分别丢失C3H6和CO2基团；对羟基苯甲酸丁酯的母离子m/z193分别丢失C4H8和CO2，得到碎片离子m/z137和93。选取苔黑醛、新铃兰醛、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯的二级质谱图中丰度最高的碎片离子峰，以信噪比为3估算的检出限分别为20、20、50和10 μg/kg。

图4 苔黑醛(a)、新铃兰醛(b)、对羟基苯甲酸丙酯(c)和对羟基苯甲酸丁酯(d)的二级质谱图Fig.4 MS/MS spectra of atranol (a), lyral (b), propylparaben (c) and butylparaben (d)

2.3 实际样品检测

应用本方法检测了20件购自本地市场和电商平台的婴幼儿洗护用品，包括5件湿巾样品、6件牙膏样品、5件奶瓶清洗剂样品和4件护臀膏样品。经筛查检测，所测样品中均未检出上述危害物质。

3 结论

本研究采用纸喷雾电离和萃取纳升喷雾电离2种原位电离方式，结合小型便携式质谱技术，建立了湿巾、牙膏、奶瓶清洗剂、护臀膏等婴幼儿洗护用品中甲基异噻唑啉酮等8种危害物质的现场快速筛查方法。该方法简便高效，可在1 min内完成样品的快速筛查，有效解决了传统检测方法操作繁琐、耗时冗长的弊端，具有良好的应用前景和实用价值。