气相色谱-串联质谱法测定化妆品中7种二甲基环硅氧烷

李思源，陈安丽，赵思雯，严小红，丁 怡

（广州市药品检验所，广东 广州 510160）

中国是有机硅工业生产和使用大国［1-2］。硅油由于具有良好的润滑性、稳定性及表面张力低、易成膜等特性，被广泛运用于化妆品中。硅油由二甲基环硅氧烷经催化聚合而成，在合成硅油过程中难以避免会产生二甲基环硅氧烷残留［3-4］。二甲基环硅氧烷是环状的甲基硅氧烷，主要包括六甲基环三硅氧烷（D3）、八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）、十二甲基环六硅氧烷（D6）、十四甲基环七硅氧烷（D7）、十六甲基环八硅氧烷（D8）、十八甲基环九硅氧烷（D9）等［5］。二甲基环硅氧烷具有低表面张力、疏水性、稳定性等特性，可作润肤剂、溶剂、头发调理剂、挥发性赋形剂等，在各类化妆品中均有比较广泛的应用［2，6-7］。然而，目前大量实验发现，二甲基环硅氧烷在体内难以降解且具有一定毒理学效应［1，3，8-10］，包括不良免疫反应、内分泌干扰性、影响结缔组织、神经性毒性、损伤肝和肺等。欧盟和丹麦环保署认为D4可大幅度降低雌性生物排卵数量，导致生育能力受损，具有生殖毒性。人们越来越关注二甲基环硅氧烷给人类带来的危害并加以控制。2008年初，《加拿大政府公报》提议将D4、D5、D6 列入“实质消除名单”。2018 年1月18日，欧盟委员会（EU）2018/35 号修订案规定淋洗类化妆品中D4 和D5 含量须小于0.1%。2018 年6月27日，欧洲化学管理局（ECHA）将D4、D5、D6 列为高度关注物质。2023 年6月22日，欧盟委员会向世界贸易组织（WTO）递交G/TBT/N/EU/989 号通报，拟对（EC）No 1907/2006（即REACH 法规）附录XVⅡ中关于D4、D5、D6 的使用限制进行修订，依据修订案内容，淋洗类和驻留类化妆品中D4、D5、D6含量均须小于0.1%［11-13］。

目前，关于二甲基环硅氧烷检测的文献报道主要集中在橡胶产品、纺织品、水体等［5，11-12］，对化妆品的报道较少。检测方法主要采用GC-FID、GC-MS 等方法，但由于甲基硅氧烷具有挥发性强、背景值高等特性，导致检测基线不稳定、出峰不明显或检测结果不准确［1］，而采用GC-MS/MS 方法报道极少。我国采用GB/T 40955-2021《化妆品中八甲基环四硅氧烷（D4）和十甲基环五硅氧烷（D5）的测定 气相色谱法》作为现行标准，该标准采用气相色谱法（GC-FID 法）进行测定，仅检测D4和D5两种组分［14］，方法灵敏度低，且在实际测定中由于基质干扰无法准确定性和定量。韩晶等［3］采用气相色谱-质谱法测定洗护发化妆品中二甲基环硅氧烷含量，该方法为GC-MS 法（SIM 模式），仅对洗护发类化妆品进行研究，且仅测定D3～D6四种组分。当前，我国对化妆品中D3～D9尚无限度要求。因此，建立灵敏、准确的D3～D9检测方法，对化妆品开展监测势在必行。

本文建立了同时测定不同基质化妆品中7种二甲基环硅氧烷（D3～D9）的GC-MS/MS 方法，并对102批化妆品进行测定。结果表明，该方法前处理简单、快速，测定灵敏、准确，适用于化妆品中7 种二甲基环硅氧烷的测定，为保障化妆品质量安全提供了技术支撑。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

7890B-7010GC/TQ 气相色谱-串联质谱联用仪（美国安捷伦公司）；ST16R 高速冷冻台式离心机（美国Thermo Fisher Scientific 公司）；S120H 超声波清洗仪（德国Elma 公司）；MS3 控制型涡旋振荡仪（德国IKA公司）；XSE205DU电子分析天平、XPR36百万分之一天平（瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2 材料与试剂

D3（纯度99.7%）、D4（99.9%）、D5（99.7%）、D7（97.8%），购自CATO 公司；D6（97.4%）、D8（98.9%）、D9（99.6%）标准品，购自Bepure公司；异丙醇、正己烷（色谱纯，德国默克公司）。

1.3 标准溶液的配制

1.3.1 标准储备溶液与标准溶液的配制精密称取7种二甲基环硅氧烷（D3～D9）对照品，用正己烷配制成D3～D9 质量浓度为10 µg/mL 的标准储备溶液。分别精密量取10 µg/mL 的D3～D9 标准储备溶液适量，用正己烷配制成质量浓度为50、100、300、500、800、1 000 ng/mL的D3～D9标准溶液。

1.3.2 基质空白溶液与基质标准溶液的配制取水基质、乳基质、膏霜基质空白样品各5 g，分别置于100 mL容量瓶中，加入5 mL异丙醇，涡旋分散，加入正己烷至近刻度，涡旋30 s，超声15 min，冷却至室温，用正己烷定容，涡旋混匀，以5 000 r/min 离心5 min，精密量取上清液5 mL 置100 mL 容量瓶中，用正己烷定容，摇匀，取适量经0.22 µm 有机滤膜过滤后，作为基质空白溶液。分别精密量取10 µg/mL D3～D9 标准储备溶液适量，用未过滤的各基质空白溶液配制成质量浓度为50、100、300、500、800、1 000 ng/mL的溶液，经0.22 µm有机滤膜过滤后，作为基质标准溶液。

1.4 供试品溶液的制备

精密称取供试品0.5 g（精确至0.000 1 g）置于10 mL 具塞比色管中，加入0.5 mL 异丙醇，涡旋分散，加入正己烷至近刻度，涡旋30 s，超声15 min，冷却至室温后，用正己烷定容，涡旋混匀，以5 000 r/min 离心5 min，精密量取上清液1 mL 置于20 mL 容量瓶中，用正己烷定容，摇匀，取适量经0.22 µm有机滤膜过滤后，作为待测溶液。

1.5 分析条件

1.5.1 色谱条件色谱柱：HP-5MS UI（5% Phenyl Methyl Silox，30 m×0.25 mm×0.25 µm）；升温程序：45 ℃保持2 min，以15 ℃/min 升温至250 ℃并保持2 min，290 ℃后运行4 min；载气：氦气（纯度＞99.999%）；载气流速：1.0 mL/min；碰撞气：氮气（纯度＞99.999%）；进样口温度：250 ℃；进样方式：分流进样；分流比：1∶5；进样量：1 µL。

1.5.2 质谱条件电子轰击电离（EI）源，轰击能量70 eV；传输线温度：280 ℃；离子源温度：280 ℃；监测模式：MRM。7 种二甲基环硅氧烷的保留时间、定量及定性离子、碰撞能量等质谱参数见表1。

表1 7种二甲基环硅氧烷的质谱参数Table 1 Mass spectrometry parameters of 7 DMCs

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 色谱柱的选择比较了HP-5MS UI（30 m×0.25 mm×0.25 µm）和VF-1701 ms（30 m×0.25 mm×0.25 µm）两种色谱柱的分离效果。结果表明，D3～D9 在VF-1701ms 色谱柱上保留较弱，而在HP-5MS色谱柱上的分离效果更好（见图1），故选用HP-5MS UI 色谱柱进行分离。在实际测定中，由于基质对D3～D9 的检测存在干扰，可在色谱柱前端接脱活熔融石英管作为保护柱，并根据实验情况截掉脱活熔融石英管前端。

图1 7种二甲基环硅氧烷的总离子流图和MRM色谱图Fig.1 Total ion chromatogram and MRM chromatograms of 7 DMCs

2.1.2 升温程序、传输线及离子源温度的选择由于D3～D9 存在小量残留，故本实验比较了两种升温程序、传输线温度及离子源温度。实验条件（1）：于45 ℃保持2 min，以15 ℃/min 速率升温至250 ℃并保持2 min，280 ℃后运行3 min，传输线温度260 ℃，离子源温度250 ℃；实验条件（2）：于45 ℃保持2 min，以15 ℃/min速率升温至280 ℃并保持3 min，300 ℃后运行5 min，传输线温度280 ℃，离子源温度280 ℃。结果表明，在空白溶液多针进样后，实验条件（1）的残留相对稳定，实验条件（2）的残留有少量下降。考虑到实验条件（2）对残留改善不明显，为防止色谱柱温度太高造成更多柱流失，从而影响检测，故选择实验条件（1）的升温程序，但将后运行改为290 ℃运行4 min，传输线温度提至280 ℃，离子源温度提至280 ℃。

2.1.3 衬管的选择比较了玻璃毛分流衬管和砂芯分流衬管。结果表明，采用砂芯分流衬管时，D3～D9 的残留相对较小，故选用砂芯分流衬管进行实验。此外，在较多针进样后D3、D4 会出现拖尾现象，更换衬管后有所改善。

2.2 质谱条件的选择

比较了选择离子监测（SIM）和多重反应监测（MRM）模式。结果表明，二级质谱法的MRM 模式较一级质谱的SIM模式干扰更小，故选用MRM作为质谱监测模式。

2.3 前处理条件的选择

2.3.1 提取溶剂及提取方式的选择二甲基环硅氧烷为疏水性化合物，不溶于水，溶于苯、正己烷等有机溶剂［15］。根据相似相溶原理，可考虑采用弱极性或非极性溶剂作为提取溶剂。本实验采用甲醇、乙腈、异丙醇、正己烷、异丙醇/正己烷组合的提取方式开展比对实验。结果显示，采用甲醇或乙腈提取时的溶解基质较多，干扰目标物测定；采用异丙醇提取时有少量干扰；采用正己烷提取时干扰少，但对样品分散不完全；采用异丙醇/正己烷组合提取时的样品分散好，干扰少。因正己烷与水不能互溶，异丙醇能分别与水、油互溶，故加入异丙醇能更好地分散各类样品基质。因此，本实验采用异丙醇分散，正己烷提取的方式进行前处理，测得平均回收率为85.1% ～ 115%。

2.3.2 样品溶液浓度的选择按“1.4”项第一步（即以5 000 r/min 离心5 min 后的上清液）稀释到10 mL的溶液及第二步（即有机膜过滤后的待测溶液）取1 mL再稀释至20 mL的溶液配制方式分别开展加标回收实验。结果表明：稀释至10 mL 的供试品溶液配制方式，D3～D9 在水基质中的回收率较好，但在膏霜基质和乳基质中出现10倍以上增益，而采用取1 mL再稀释到20 mL的溶液配制方式，D3～D9在膏霜基质和乳基质中的增益大幅降低。故采用进一步稀释配制方法，能更准确测定样品中D3～D9含量。

2.4 基质效应

依据文献［16-18］，采用标准曲线法（基质效应（ME）=基质标准曲线斜率/溶剂标准曲线斜率×100%）考察基质效应。ME＜85%为基质抑制效应，85%≤ME≤115%时基质效应可以忽略，ME＞115%为基质增强效应。本实验通过比较水基质、乳基质、膏霜基质与溶剂配制的标曲斜率比值，结果显示水基质中D3～D9 的ME 为100%～113%，基质效应可以忽略，故采用溶剂标准曲线法测定；乳基质中D3～D9 的ME 值为150%～169%，膏霜基质中D3～D9的ME 值为160%～275%，表现为增强效应，为排除基质影响，提高准确度，故采用基质标准曲线法测定。

2.5 使用硅胶、塑料材料的交叉污染

文献［1］显示，硅胶、塑料等材质可能会影响D3～D9 的背景值。本课题对实验中接触到的该类材质进行实验比对：（1）取经滤头过滤和未经滤头过滤的对照品溶液进行测定，测得结果一致。（2）分别按以下方式配制溶液：①取10 mL正己烷置于化妆品塑料空瓶中30 min；②取10 mL正己烷浸泡2个1 mL移液枪枪头30 min；③取10 mL正己烷置于离心管中30 min；④取10 mL正己烷浸泡进样瓶盖30 min；⑤取4 mL正己烷浸泡2个进样口垫片30 min。取正己烷及以上5种溶液进行测定。结果显示，浸泡进样瓶盖及进样口垫片的正己烷检出D3～D9，其余与正己烷空白溶液响应值几乎无异（见表2）。从实验结果可以推测，本实验中接触到的软性硅橡胶成分在正己烷中会迁出D3～D9，硬性塑料材质不影响D3～D9的检测。结合实验结果和文献报道，测定中应尽量避免接触硅橡胶类和塑料材料，如不戴橡胶手套，进样瓶中溶液不要太满，以免粘到进样瓶盖及垫片。此外，实验人员还需避免涂抹护手霜等护肤品以免造成污染。

表2 塑料、硅胶类材质中D3～D9的迁出量比对实验Table 2 Comparative experimental results of D3～D9 migration in plastic and silicone materials ρ/（ng·mL-1）

2.6 方法学考察

本实验按照《化妆品中禁用物质和限用物质检测方法验证技术规范》（中华人民共和国食品药品监督管理局食药监许［2010］455号文）开展方法学验证［19］。

2.6.1 特异性 分别精密量取正己烷、标准溶液、基质空白溶液、基质标准溶液，进行测定后记录色谱图。结果显示，空白溶剂、基质空白溶液对7种二甲基环硅氧烷的检测无干扰。

2.6.2 线性范围、检出限与定量下限取“1.3.1”标准溶液及“1.3.2”基质标准溶液进行测定。以各化合物的定量离子对峰面积（y）对各自质量浓度（x，ng/mL）进行回归分析，得到各组分的线性方程与相关系数（R）。取10 µg/mL 的D3～D9 标准储备溶液，用正己烷配制成质量浓度为10 ng/mL 的检出限溶液，测定后，以3倍信噪比计算检出限（LOD），10倍信噪比计算定量下限（LOQ）。结果表明，7种二甲基环硅氧烷在正己烷和3 种化妆品基质中均有良好的线性关系，相关系数（R）为0.996 5～ 0. 999 9，LOD为4.0～ 6.1 mg/kg，LOQ为13.2 ～ 20.4 mg/kg（见表3）。

表3 7种二甲基环硅氧烷的线性范围、线性方程、相关系数 、基质效应、检出限与定量下限Table 3 Linear ranges，linear equations，correlation coefficients，matrix effects，limits of detectionand limits of quantitation of 7 DMCs

2.6.3 准确度与精密度取各基质空白样品，分别配制成低、中、高（40 、200、320 mg/kg）3水平的加标回收溶液，测定得到各组分的平均加标回收率为85.1% ～ 115%，相对标准偏差（RSD）为0.90%～7.0%（见表4）。结果表明，方法的准确度与精密度较好。

2.6.4 稳定性取“2.6.3”的低、高浓度加标回收溶液，分别于4个时间点（0、12、24、48 h）进样分析，代入相应标准曲线计算各组分浓度及RSD。取24 h（0、12、24 h）内RSD衡量日内稳定性，D3～D9 的RSD 为0.50%～8.8%。取48 h（0、24、48 h）内的RSD 衡量日间稳定性，D3～D9 的RSD 为0.40%～7.9%。结果表明，该供试品溶液较稳定。

2.7 实际样品检测

对102批市售化妆品（包括水基质样品40批、乳基质样品31批、膏霜基质样品31批）进行测定。其中，85批内包材为塑料材料，15批为玻璃瓶塑料盖材质，1批为铝管塑料盖材质，1批为玻璃材质带硅胶滴头塑料盖。

102 批样品中，D3～D9 检出情况为：（1）按组分统计，102 批样品中检出D3～D9 组分的共49 批，检出率为48%；D3 未检出，D4～D9 的检出率为13%～41%，检出率最高的是D8，为41%；D5 有11 批含量超过0.1%，最高为6.78%，D6有4批含量超过0.1%，最高为1.88%，其余组分检出含量均＜0.1%（见表5、图2）。（2）按基质统计，水基质检出14批，检出率为35%；乳基质检出22批，检出率为71%；膏霜基质检出13批，检出率为42%。（3）按标签标识情况统计，102批样品标签均未标示含D3～D9；标示含聚二甲基硅氧烷（硅油）类物质共68批，其中39批中检出D3～D9，检出率为57%；未标示含聚二甲基硅氧烷类物质共34 批，其中10 批检出D3～D9，检出率为29%。（4）按产品类别统计，发用类化妆品的检出率最高，9 批发用类产品中有7 批检出，检出率为78%，其中6 批护发类产品中有5 批检出，检出率为83%。

图2 102批样品中7种二甲基环硅氧烷的检出情况Fig.2 Detection results of 7 DMCs in 102 batches of samples A：water-based liquid；B：lotion；C：cream

表5 102批样品中7种二甲基环硅氧烷的检出情况Table 5 Detection results of 7 DMCs in 102 batches of samples

（续表5）

3 结 论

本研究建立了气相色谱-串联质谱法（GCMS/MS）测定化妆品中7 种二甲基环硅氧烷（D3～D9）的检测方法。方法采用高灵敏度的GC-MS/MS 检测技术和干扰少的多重反应监测模式（MRM），具有较好的准确度与精密度，采用该方法对市面抽取的102批化妆品进行检测。结果提示，国内市售化妆品较大比例含二甲基环硅氧烷，部分组分的量值水平（D5、D6）较高，故对化妆品中二甲基环硅氧烷开展监测势在必行。该方法前处理简便、快速，测定灵敏、准确，可为保障化妆品的质量安全提供技术支撑。