气相色谱法测定化妆品中4种苯并三唑类紫外线吸收剂的含量

王 磊,江 洁

(滁州职业技术学院 食品与环境工程学院,滁州 239000)

近年来,随着大气平流层中臭氧层的破坏,日光中的紫外线辐射到地面的强度不断增加,人类受紫外线影响出现的皮肤瘙痒、红肿、红疹、皮肤癌等问题备受关注。防晒化妆品是一类具有屏蔽或吸收紫外线作用的化妆品,能避免或者减轻因紫外线作用引起的损伤。而防晒剂是防晒化妆品中的一类关键辅料,常用的防晒剂有无机防晒剂和有机防晒剂。无机防晒剂能够将照射到人类皮肤上的紫外线反射出去,对紫外线起到屏蔽作用,常用的无机防晒剂有氧化锌、二氧化钛、氧化铁等。有机防晒剂本身则能够吸收紫外线从而使皮肤免于紫外线的伤害,常见的有机防晒剂按照分子结构不同可以分为对氨基苯甲酸及其酯类、水杨酸酯类、二苯甲酮类、对甲氧基肉桂酸酯类、苯并三唑类等[1]。研究表明,苯并三唑类紫外线吸收剂稳定性高、不易降解,容易在人体内聚集,对人体皮肤产生一定的刺激性。为此,我国«化妆品安全技术规范»(2015版)对允许使用的苯并三唑类紫外线吸收剂做了规定,仅允许甲酚曲唑三硅氧烷(DTTSO)和亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚用于防晒化妆品中,并限定了其最大使用量,其他不在规定中的苯并三唑类紫外线吸收剂均禁止使用。因此,研究防晒化妆品中苯并三唑类紫外线吸收剂的分析方法,对进一步规范化妆品行业发展,加强化妆品行业市场监管具有重要的意义[2]。

目前,苯并三唑类紫外线吸收剂的检测方法主要有气相色谱法[3]、气相色谱-质谱联用法[4-6]、高效液相色谱法[7-8]、液相色谱-质谱联用法[9-11]等。其中高效液相色谱法由于普适性强而使用频率最高,不过高效液相色谱保留时间易受流动相种类、流动相比例、色谱柱柱温与柱压等因素的影响[12],通常需要更长的时间用于基线平稳,操作起来不如气相色谱法简便。然而,目前气相色谱法多用于汽车涂料方面苯并三唑类紫外线吸收剂的分析研究,在化妆品方面的应用研究还较少。因此,本工作尝试采用气相色谱法对化妆品中4种苯并三唑类紫外线吸收剂甲酚曲唑(UV-P)、布美三唑(UV-326)、奥克三唑(UV-329)、DTTSO 等进行测定,内标法定量。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B型气相色谱仪,配氢火焰离子化(FID)检测器;Vortex Mixe型涡旋振荡器;TGL-18C型高速离心机;JK-250B型超声波清洗器。

混合标准储备溶液:4.00 g•L－1,分别称取0.040 0 g(精确至0.000 1 g)的UV-P、UV-326、UV-329及DTTSO 标准品,用体积比1∶2的甲醇-四氢呋喃混合液溶解,并定容至10 mL棕色容量瓶中,摇匀,配制成质量浓度为4.00 g•L－1的混合标准储备溶液。

内标溶液:4.00 g•L－1,准确称取0.040 0 g(精确至0.000 1 g)的内标邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP),用体积比1∶2 的甲醇-四氢呋喃混合液溶解,并定容至10 mL容量瓶中,摇匀,配制成质量浓度为4.00 g•L－1的内标溶液。

混合标准溶液系列:取适量的混合标准储备溶液和内标溶液,用体积比1∶2的甲醇-四氢呋喃混合液逐级稀释,配制成UV-P 质量浓度为0.08,0.20,0.41,0.81,1.62 g•L－1,UV-326质量浓度为0.09,0.22,0.45,0.89,1.78 g•L－1、UV-329质量浓度为0.07,0.18,0.35,0.70,1.48 g•L－1,DTTSO 质量浓度为0.08,0.21,0.42,0.83,1.66 g•L－1,内标质量浓度为0.40 g•L－1的混合标准溶液系列。

UV-P、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、DNOP和十四烷标准品的纯度均不小于99.0%;UV-326、UV-329 标准品的纯度均不小于98.0%;DTTSO 为美国药典标准品(USP);甲醇、四氢呋喃均为色谱级。

1.2 仪器工作条件

HP-50＋型石英毛细管色谱柱(30 m ×0.32 mm,0.25μm);FID 检测;载气为高纯氮气(纯度大于99.999%),流量2 mL•min－1;分流进样,分流比30∶1;进样口温度290 ℃,检测器温度300 ℃;氢气流 量30 mL• min－1,空气流量400 mL•min－1,尾吹气流量23 mL•min－1;手动进样,进样量0.5 μL。柱升温程序:初始温度240 ℃,保 持2 min;以12 ℃•min－1速率升温至290 ℃,保持5 min。

1.3 试验方法

称取样品0.300 0 g置于10 mL 比色管中,用体积比1∶2的甲醇-四氢呋喃混合液稀释至刻度。若样品为水状化妆品,则超声(超声波频率为40 k Hz,功率为250 W,下同)提取10 min;若样品为乳液状、霜状和蜡状化妆品,则涡旋振荡5 min,超声提取10 min,转移至离心管中,以转速12 000 r•min－1离 心2 min。上述所得溶液经0.45μm 有机滤膜过滤,转移至10 mL容量瓶中,加入1 mL内标溶液,用乙醇定容,取上述溶液按照仪器工作条件进样测定。

2 结果与讨论

2.1 提取剂的选择

试验考察了UV-P、UV-326、UV-329及DTTSO 在甲醇、乙腈、四氢呋喃等溶剂中的溶解性。结果显示,4种目标物在甲醇和乙腈中的溶解效果并不理想,而在四氢呋喃中却表现出了良好的溶解性。考虑到乙腈的高毒性,进一步考察了体积比1∶1,1∶2,1∶3的甲醇-四氢呋喃混合液对4 种目标物的溶解性。结果表明,4 种目标物在体积比1∶2,1∶3的甲醇-四氢呋喃混合液中的溶解效果均较好。兼顾四氢呋喃价格、稳定性、毒性等因素,试验选择体积比1∶2 的甲醇-四氢呋喃混合液为提取剂。

2.2 超声提取时间的选择

在超声波频率为40 k Hz、功率为250 W 的条件下,考察了水状、乳液状、霜状和蜡状化妆品中UVP、UV-326、UV-329及DTTSO 在超声提取时间分别为5,10,15 min时的检出结果。结果表明:随着超声提取时间的延长,苯并三唑类紫外线吸收剂的检出量不断增大,其中乳液状、霜状和蜡状化妆品的检出量比水状化妆品增加更为明显;当超声提取时间大于10 min时,苯并三唑类紫外线吸收剂的检出量基本上不再变化。因此,试验选择超声提取时间为10 min。

2.3 色谱柱的选择

试验比较了 HP-5 型石英毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm,0.25μm)和HP-50＋型石英毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm,0.25μm)对4种苯并三唑类紫外线吸收剂的分离情况。结果显示:在1.2节仪器工作条件下,使用HP-5型石英毛细管色谱柱时,4种苯并三唑类紫外线吸收剂的保留时间相对HP-50＋型石英毛细管色谱柱会有所缩短,但是UV-326和UV-329分离效果不好,分离度小于1.5;而使用HP-50＋型石英毛细管色谱柱时,4种苯并三唑类紫外线吸收剂均能得到有效分离,其保留时间、分离度和理论塔板数见表1。

表1 4种苯并三唑类紫外线吸收剂的保留时间、分离度和理论塔板数Tab.1 Retention time,resolutions and theoretical plate numbers of 4 benzotriazole ultraviolet absorbents

因此,试验选择HP-50＋型石英毛细管色谱柱进行分离。

2.4 进样口温度的选择

UV-P、UV-326、UV-329 和DTTSO 均具有较高的沸点,为了保证4种目标物能够在进样口具有稳定的气化效果,试验比较了进样口温度分别为260,280,290 ℃时,4种目标物和内标DNOP 的峰面积比值的大小,每个温度下平行进样3次,结果见表2。

表2 不同进样口温度下目标物和内标的峰面积比值Tab.2 Peak area ratio values of targets and internal standard at different inlet temperatures

由表2可知,进样口温度为290℃时,得到的峰面积比值重复性较好。由于进样口温度太高会加速进样口隔垫老化分解,污染样品,影响分析结果,因此不再考虑为290 ℃以上的进样口温度,试验最终选择进样口温度为290 ℃。

2.5 柱温的选择

试验比较了在柱恒温260 ℃及柱程序升温240～290 ℃条件下 UV-P、UV-326、UV-329、DTTSO和内标DNOP的分离情况,结果见图1。

图1 不同柱温条件下的气相色谱图Fig.1 Gas chromatograms in different column temperature conditions

由图1可知:在柱恒温260 ℃条件下,4种目标物及内标完全分离的时间较长,且峰形较宽;而在程序升温条件下,4种目标物及内标完全分离的时间缩短了近0.5 min,且峰形较窄,分离效果更好。因此,试验选择柱程序升温的方式,具体见1.2节。

2.6 内标的选择

在1.2节仪器工作条件下,考察了十四烷、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、DNOP 等作为内标的保留时间。结果显示,十四烷、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、DNOP 的保留时间依次为2.26,2.73,2.96,5.01 min,DNOP的保留时间和UV-P、UV-326、UV-329、DTTSO 的保留时间最为接近,且以DNOP 为内标时,4 种目标物的线性也较好,能满足定量分析要求,因此试验选择DNOP为内标。

2.7 标准曲线和检出限

按照仪器工作条件测定混合标准溶液系列,分别以UV-P、UV-326、UV-329、DTTSO 和内标DNOP的质量比为横坐标,以UV-P、UV-326、UV-329、DTTSO 和内标DNOP的峰面积比为纵坐标,作图并进行线性回归分析。4 种目标物的线性范围、线性回归方程、相关系数见表3。

表3 线性参数和检出限Tab.3 Linearity parameters and detection limits

采用逐级稀释的方法分别对4种目标物的检出限进行了测定,以信噪比为3时的进样量计算检出限,其中噪声信号按照6倍的标准偏差(s)进行计算,检出限结果见表3。

2.8 精密度和回收试验

分别选取不同空白基质(水状、乳液状、霜状和蜡状等)化妆品样品,进行低、中、高等3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平制备6份,计算4种目标物在不同基质化妆品样品中的回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表4。

表4 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表4可知,4种目标物在不同基质化妆品样 品中的回收率为90.6%～103%,测定值的RSD 均小于5.0%,说明该方法具有较好的准确度和精密度。

2.9 样品分析

按照试验方法对12份化妆品(其中水状化妆品2份、乳液状化妆品6份、蜡状化妆品3份、霜状化妆品1份)中4种苯并三唑类紫外线吸收剂含量进行测定。结果显示,仅在2份乳液状化妆品中检出了UV-326和UV-329,检出量分别为9.56 mg•g－1和5.48 mg•g－1,色谱图见图2,其余均未检出。

图2 化妆品样品的气相色谱图Fig.2 Gas chromatograms of the cosmetics samples

本工作通过优化色谱柱、进样口温度、柱温及内标等条件,提出了气相色谱法测定化妆品中UV-P、UV-326、UV-329和DTTSO 等4种苯并三唑类紫外线吸收剂含量的方法。该方法用时短、简单易操作、重现性好、准确度高,适用于化妆品中上述4种苯并三唑类紫外吸收剂的分析,对进一步规范化妆品行业,加强化妆品行业市场监管的有效性具有重要的现实意义。