顶空气相色谱-质谱联用法测定化妆品中α-氯甲苯

柳华春，梁文耀，王继才，夏泽敏，熊小婷，彭荣飞，谭建华*

（1.广州市疾病预防控制中心，广东 广州510440；2.广州质量监督检测研究院，国家化妆品质量监督检验中心（广州），广东 广州511447）

α-氯甲苯（别名氯化苄、苄基氯）是苄基季铵盐等化妆品原料的重要有机合成中间体。在这些原料的生产过程中，为提高苄基氯化铵的产率，往往加入过量的α-氯甲苯导致其在原料中的残留［1－3］，并从而带入化妆品中。α-氯甲苯具有皮肤刺激性，可经由多种途径进入人体［4］。因此，我国《化妆品安全技术规范》（2015年版）［5］将α-氯甲苯列为禁用组分。

目前，α-氯甲苯的检测方法主要有气相色谱法［4－11］、顶空气相色谱法［2,12－13］、气相色谱－质谱联用法［14－16］、液相色谱法［1,17］等，其中《化妆品安全技术规范》（2015年版）采用气相色谱法测定α-氯甲苯，确证方法为气相色谱－质谱联用法［5］。然而，实际检测时发现当样品中存在苯扎氯铵等苄基季铵盐时易出现假阳性结果。经过分析确认α-氯甲苯是苯扎氯铵在气相进样口高温分解的产物。因此，现有标准检测方法存在局限性，亟待建立新的检测方法，以提高方法的适用性和有效性，满足化妆品质量安全监管的需要。本文选取液态水剂类、膏霜类和乳液类化妆品为考察基质，并通过优化样品前处理、顶空条件和色谱－质谱条件等因素，建立了快速、高效、准确的检测方法，可为化妆品中α-氯甲苯的检测提供有效的技术手段，并作为现有标准方法的补充和完善。α-氯甲苯和苯扎氯铵的化学结构图见图1。

图1 α-氯甲苯和苯扎氯铵的化学结构图Fig.1 Structure diagrams of α-chlorotoluene and benzalkonium chloride

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890A－5975C气相色谱-质谱联用仪、Agilent 7697A顶空进样器（美国安捷伦公司）；BSA224S－CW电子天平（德国赛多利斯公司）；MS3 Basic涡旋振荡器（德国IKA公司）；KQ－250DV型数控超声波清洗仪（昆山市超声仪器有限公司）；Milli-Q纯水系统（美国Millipore公司）。

α-氯甲苯（纯度99.5%，德国Dr.Ehrenstorfer公司）；苯扎氯铵（十二烷基苄基二甲基氯化铵、十四烷基苄基二甲基氯化铵、十六烷基苄基二甲基氯化铵）为分析纯（上海安谱有限公司）；甲醇（色谱纯，德国Merck公司）；氯化钠（分析纯，广州化学试剂厂）；实验用水（18.2 MΩ·cm）由Milli-Q纯水系统制备。

1.2 标准溶液的配制

称取α-氯甲苯对照品0.100 0 g（精确至0.1 mg），置于100 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，混匀，即得质量浓度为1 000 μg/mL的α-氯甲苯标准储备液。分别精密移取不同体积的标准储备液于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，配成质量浓度分别为1.0、2.0、5.0、10.0、50.0、100.0、500.0 μg/mL的标准工作溶液。

1.3 样品前处理

称取样品2.0 g（精确至1 mg），置于顶空进样瓶中，加入1.0 g氯化钠和8 mL水，密封后涡旋混匀，超声5 min，置于顶空进样器中，待气相色谱－质谱测定。

1.4 仪器分析条件

1.4.1 苯扎氯铵降解产物的分析条件色谱条件：HP－5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气：氦气（He），恒流模式，流量为1.0 mL/min；进样口温度：170～200℃；分流比：5∶1；进样体积：1 μL；程序升温：40℃，保持3 min，再以15℃/min升至250℃，保持5 min。

质谱条件：辅助接口温度：250℃；电离方式：电子轰击（EI）源；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；电离能量：70 eV；全扫描监测模式（SCAN），扫描范围（m/z）：50～500。

1.4.2α-氯甲苯的分析条件顶空条件：顶空瓶：20 mL；样品平衡温度：80℃；样品环温度：100℃；传输线温度：110℃；样品平衡时间：30 min；加压时间：0.2 min；充气时间：0.2 min；样品环平衡时间：0.05 min；进样时间：0.5 min。

色谱条件：HP-INNOWAX毛细管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气：氦气（He），恒流模式，流量为1.0 mL/min；进样口温度：200℃；分流比：5∶1；程序升温：40℃，保持1 min，20℃/min升至250℃，保持1 min。

质谱条件：辅助接口温度：250℃；电离方式：电子轰击（EI）源；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；电离能量：70 eV；选择离子监测模式（SIM）m/z：128、126、65、91。

2 结果与讨论

2.1 苯扎氯铵热降解产物分析

采用《化妆品安全技术规范》标准方法测试市售某抑菌洗手液，检出α-氯甲苯的含量为12.5 μg/g。分析该洗手液的配方成分，发现该产品含有0.1%苯扎氯铵。由于标准方法采用的是气相色谱法，苯扎氯铵可能在进样口降解而产生α-氯甲苯。因此，本文通过设置不同进样口温度（170～200℃），将100 μg/mL苯扎氯铵溶液直接进样，按“1.4.1”条件检测进行验证，得到总离子流图见图2，并根据出峰物质的离子质谱图，参考仪器自带NIST标准谱库，得到苯扎氯铵降解产物信息（见表1）。

图2 苯扎氯铵溶液的气相色谱－质谱（GC-MS）总离子流色谱图Fig.2 Total ion chromatograms of benzalkonium chloride solution by GC－MS

表1 苯扎氯铵降解产物信息Table 1 Degradation products information of benzalkonium chloride

由表1和图2可见，苯扎氯铵标准溶液直接进样时在气相色谱进样口中会发生明显热降解而产生α-氯甲苯。进样口温度越高，分解产物响应值越大，当进样口温度为170℃时，虽然低于α-氯甲苯的沸点（179℃），但仍有α-氯甲苯和其他降解产物产生；当进样口温度为200℃时，各分解产物响应值趋于最大值，继续升高进样口温度，分解产物响应值趋于恒定。由此可见，采用标准方法时，进样口温度设置过低会导致样品溶液气化不完全，温度过高又会使降解产物增多，因此该标准检测方法并不适用于含苯扎氯铵的化妆品样品。鉴于苯扎氯铵和α-氯甲苯的挥发性具有明显差异，因此采用顶空气相色谱－质谱法测定。

2.2 顶空条件的优化

2.2.1 顶空平衡温度的选择取10 mLα-氯甲苯标准溶液于20 mL顶空瓶中，按“1.4.2”条件进行顶空气相色谱－质谱分析，考察不同顶空平衡温度（65～90℃）对分析的影响。结果表明：α-氯甲苯的峰面积随平衡温度上升而增大，当平衡温度为80℃时，α-氯甲苯峰面积接近最大，继续提高平衡温度时，响应未明显增大。考虑到80℃时已基本达到气液平衡的饱和状态，温度过高会导致水蒸气大量进入色谱柱，从而缩短色谱柱和质谱检测器的寿命。因此，顶空平衡温度选择80℃。

2.2.2 顶空平衡时间的选择取10 mLα-氯甲苯标准溶液于20 mL顶空瓶中，选定平衡温度为80℃，考察不同平衡时间（10～35 min）对α-氯甲苯检测的影响。结果表明：α-氯甲苯的峰面积随着平衡时间的增加而增大，但当平衡时间超过30 min后，α-氯甲苯峰面积达到最大值。因此，选择顶空平衡时间为30 min。

2.2.3 顶空瓶中加盐量的选择氯化钠可用于改善有机物在水中的溶解度以提高顶空方法的灵敏度，取10 mLα-氯甲苯标准溶液于20 mL顶空瓶中，选定平衡温度为80℃，平衡时间为30 min，考察了加入不同质量的氯化钠（0.5～3.0 g）对检测的影响。结果显示：添加1.0 g氯化钠后α-氯甲苯的峰面积已接近最大，故选择添加1.0 g氯化钠以提高方法灵敏度。

2.3 色谱柱的选择

实验比较了3种极性不同的气相色谱柱HP－5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）、DB－35MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）和HP－INNOWax（60 m×0.25 mm×0.25 μm）对α-氯甲苯与化妆品基质的分离效果。结果发现：α-氯甲苯在强极性柱中保留较好，可有效分离化妆品基质与目标物。因此，选择HPINNOWax（60 m×0.25 mm×0.25 μm）为分析色谱柱。

2.4 定性、定量离子的选择

标准方法检测α-氯甲苯时以m/z91为定量离子，以m/z91、126、65为定性离子［5］。但实际检测时m/z91的干扰较多，通过不同基质空白样品的加标回收实验，发现m/z126的干扰少，定量准确，因此选择m/z126为定量离子，以m/z128、126、91、65为定性离子，并通过定性离子与定量离子丰度比对目标化合物确证。

2.5 线性关系、方法检出限与定量下限

取100 μL不同质量浓度的α-氯甲苯标准工作溶液，置于含有1.0 g氯化钠和10 mL水的顶空瓶中，迅速密封，于80℃下平衡30 min后按“1.4.2”仪器条件分析，得总离子流色谱图。以α-氯甲苯的质量浓度（X，μg/mL）为横坐标，定量离子峰面积（Y）为纵坐标，绘制标准曲线；分别以3倍信噪比（S/N=3）和S/N=10计算方法检出限（LOD）和定量下限（LOQ）。结果表明：α-氯甲苯在0.01～5.00 μg/mL范围内线性良好，线性方程Y=81 590X+404.8，r=0.999，LOD为0.02 μg/g，LOQ为0.05 μg/g，满足化妆品中α-氯甲苯的检测需求。

2.6 回收率与相对标准偏差

在3种基质（液体、膏霜、乳液）空白样品中分别加入低、中、高3个不同浓度水平的α-氯甲苯标准工作溶液，每个浓度水平制作6个平行样品，在优化条件下处理并测定。结果显示：α-氯甲苯在液体基质中的加标回收率为95.2%～98.8%，相对标准偏差（RSD）为1.5%～3.8%；膏霜基质中的加标回收率为91.3%～96.5%，相对标准偏差（RSD）为2.4%～4.9%；乳液基质中的加标回收率为93.4%～97.7%，相对标准偏差（RSD）为2.8%～4.0%，具有较高的准确度和较好的精密度，完全满足实际检测需求。

2.7 实际样品测定

采用本文建立的方法对25批次市售化妆品样品（包括润肤膏霜、乳液、洗发水和洗手液等）进行检测。结果显示，所有样品中α-氯甲苯的含量均低于方法检出限，初步表明化妆品中α-氯甲苯残留的质量状况较好。但采用标准方法检测时有2个样品被检出假阳性，含量分别为10.5、13.1 μg/g。表明使用本文所建立的方法测定时不会使苯扎氯铵降解产生α-氯甲苯。某抑菌洗手液分别采用两种方法测定的总离子流色谱图见图3。

图3 抑菌洗手液两种方法测定的总离子流色谱图Fig.3 Total ion chromatogram of an antibacterial liquid soap sample by different detection methods

3 结论

本文通过剖析苯扎氯铵类物质热分解产物的成分，确证其在气相进样口会分解产生α-氯甲苯，提出《化妆品安全技术规范》（2015年版）检测α-氯甲苯方法存在缺陷。同时，通过优化顶空条件、色谱分离条件和质谱测定条件，建立了一种顶空气相色谱－质谱联用测定化妆品中α-氯甲苯的方法。该方法操作简单、适用范围广，解决了假阳性结果的干扰，有效弥补了现有标准方法的不足，且大大提升了方法的灵敏度，可为化妆品质量安全监管提供有力的技术支撑。