CN113418978A - 一种基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，包括如下步骤：采用金属手柄棉拭子蘸取少许化妆品样品，并将所述金属手柄棉拭子固定于四极杆/静电场轨道阱质谱仪的锥孔前端，向样品处滴加混合溶剂，并向拭子的导电金属柄上施加电压，使之产生带电液滴喷雾，通过四极杆/静电场轨道阱质谱仪进行检测。本发明的方法取样简便、操作易行，无需复杂样品前处理和色谱分离，实现了化妆品中防晒剂组分的快速精准筛查，可为产品质量管控提供技术支撑。

Description

一种基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法
技术领域
本发明涉及化学物质的检测方法，特别是涉及一种拭子喷雾电离与四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱联用基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法。
背景技术
化妆品是广大消费者扮靓美丽生活的日用化学工业产品，伴随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，化妆品因其清洁、保护、美化、修饰等功效，成为了满足人们日常需求的必需消费品。我国化妆品产业在消费需求的推动下不断发展壮大，已成为全球第二大化妆品消费市场。据国家统计局数据显示，尽管受到新型冠状病毒疫情的影响，2020年我国化妆品类社会消费品零售总额达3400亿元，同比增长9.5％。
近年来，由于大气臭氧层的破坏和污染，阳光中到达地球表面的紫外线显著增加，紫外线辐射直接威胁到人类健康。皮肤是人体最大的器官，健康的皮肤不仅可以抵御外界不良环境或有害物质的侵扰，也是爱美人士美丽自信的基础。防晒化妆品是在化妆品中添加防晒剂，利用其对紫外线的反射、散射或吸收等原理实现对皮肤的紫外防护。防晒化妆品携带使用方便，正确使用可使皮肤得到持续有效的保护，越来越受到消费者的青睐。作为防晒功效成分的防晒剂，最初仅用于防晒化妆品，现已逐渐演变为添加于保湿日霜、化妆水、护发产品等不同类型化妆品中。按照防晒机制划分，防晒剂可分为化学性紫外线吸收剂和物理性紫外线屏蔽剂。其中，化学性紫外线吸收剂又称有机防晒剂，这类物质可选择性吸收紫外线从而起到防晒作用。
安全高质量的化妆品是人民群众追求美好生活的重要组成部分。为保护消费者的健康安全，维护消费者的知情权，促进企业自律和政府监管，根据《化妆品监督管理条例》《消费品使用说明化妆品通用标签》(GB 5296.3-2008)等管理规定，所有在我国境内生产或进口并销售的化妆品，在化妆品销售包装的可视面上应真实标注化妆品全部成分的名称[1-2]。防晒化妆品作为特殊用途化妆品，需要通过理化、微生物、毒理学、人体安全性和功效性检验，并经过严格审批程序才能上市。防晒化妆品更应本着真实、准确、规范等原则，将产品中加入的全部成分真实地加以标注，不得隐瞒某些故意添加的成分或标注实际不具有的成分。尽管如此，在监管部门开展的化妆品监督抽检中，发现部分防晒化妆品仍存在防晒剂成分标注不全或不实的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种取样简便、操作易行，无需复杂样品前处理和色谱分离的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法。
本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，包括如下步骤：
采用金属手柄棉拭子蘸取少许化妆品样品，并将所述金属手柄棉拭子固定于四极杆/静电场轨道阱质谱仪的锥孔前端，向样品处滴加混合溶剂，并向拭子的导电金属柄上施加电压，使之产生带电液滴喷雾，通过四极杆/静电场轨道阱质谱仪进行检测。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，所述19种防晒剂为二苯酮-1、二苯酮-2、二苯酮-3、二苯酮-6、二苯酮-8、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮、乙基己基三嗪酮、水杨酸乙基己酯、胡莫柳酯、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚、二甲基PABA乙基己酯、二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯、丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷、二苯酮-10、苯基苯并咪唑磺酸、对甲氧基肉桂酸异戊酯、二苯酮-5和苯基二苯并咪唑四磺酸酯二钠。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，所述混合溶剂为体积比为4:1的甲醇和乙腈的混合溶剂。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，所述混合溶剂的用量为30μL。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，向所述拭子的导电金属柄上施加5.0kV电压。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，所述四极杆/静电场轨道阱质谱仪的质谱条件为：
离子传输管温度320℃，透镜电压50V，无需鞘气与辅助气；采集模式为一级全扫描与平行反应监测模式同时进行；一级全扫描模式参数：正/负离子交替扫描，扫描分辨率70000，质量扫描范围m/z 100～1000，自动增益控制1×106，离子最大注入时间100ms；平行反应监测模式参数：扫描分辨率35 000，前体离子隔离窗口3m/z，自动增益控制5×104，离子最大注入时间30ms。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其中，所述金属手柄棉拭子竖直固定在四极杆/静电场轨道阱质谱仪的锥孔前端，所述金属手柄棉拭子的下端与所述锥孔的中心轴之间的垂直距离为0.5cm，与所述锥孔之间的水平距离为0.8cm。
本发明所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，包括标准溶液的配制：
分别精密称取各10mg防晒剂标准品至10mL容量瓶中，用体积比为4:1的甲醇和乙腈的混合溶剂溶解并定容至刻度，配制成质量浓度为1000mg/L的标准储备溶液。分别量取各0.5mL标准储备液至10mL容量瓶中，用上述混合溶剂定容至刻度，配制成质量浓度为50mg/L的混合标准储备溶液，于4℃保存。
本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法与现有技术不同之处在于：
本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法采用拭子喷雾电离结合四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱，开发了防晒化妆品中19种防晒剂的快速筛查方法(图1)。该方法取样简便、操作易行，无需复杂样品前处理和色谱分离，实现了化妆品中防晒剂组分的快速精准筛查，可为产品质量管控和政府监督管理提供科学依据和技术支撑。
本发明方法中，化妆品样品无需前处理过程，直接由棉拭子蘸取样品，滴加30μL甲醇/乙腈(4:1,V:V)混合溶剂和施加5.0kV电压，通过拭子喷雾电离方式产生带电液滴。四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱采用一级全扫描与平行反应监测模式进行检测。结果表明，19种防晒剂的方法检出限为0.05～2.0mg/kg，方法重现性在1.4％～9.9％之间(n＝6)，单个样品的检测时间小于1min。该方法简便快速、准确可靠，适用于化妆品中防晒剂的快速筛查。
下面结合附图对本发明的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法的流程示意图；
图2为本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法中喷雾溶剂(a)和甲醇/乙腈比例(b)对信号强度的影响(n＝3)；其中，BZ2：二苯酮-2，BEMT：双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪，EHS：水杨酸乙基己酯，DHHB：二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯，BMDM：丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷；
图3为本发明基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法中喷雾电压(a)、水平距离(b)和垂直距离(c)对信号强度的影响(n＝3)；其中，BZ2：二苯酮-2，BEMT：双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪，EHS：水杨酸乙基己酯，DHHB：二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯，BMDM：丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷。
具体实施方式
1.实验部分
1.1仪器与装置
金属手柄棉拭子：意大利COPAN Diagnostics公司产品；Q Exactive Focus四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪：美国Thermo Fisher Scientific公司产品，配有TraceFinder 4.1、Xcalibur 4.1和mzVault 1.0软件系统；XS105分析天平：瑞士MettlerToledo公司产品。
1.2药品与试剂
甲醇、乙腈、四氢呋喃、丙酮、异丙醇：均为色谱纯，美国Thermo FisherScientific公司产品；二苯酮-1(BZ1)、二苯酮-2(BZ2)、、二苯酮-3(BZ3)、二苯酮-6(BZ6)、二苯酮-8(BZ8)、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪(BEMT)、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮(DEBT)、乙基己基三嗪酮(EHT)、水杨酸乙基己酯(EHS)、胡莫柳酯(HMS)、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚(MBBT)、二甲基PABA乙基己酯(EHDP)、二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯(DHHB)、丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷(BMDM)：均为北京百灵威科技有限公司产品；二苯酮-10(BZ10)、苯基苯并咪唑磺酸(PBSA)、对甲氧基肉桂酸异戊酯(IMC)：均为北京伊诺凯科技有限公司产品；二苯酮-5(BZ5)、苯基二苯并咪唑四磺酸酯二钠(PDTA)：均为上海安谱实验科技股份有限公司产品。以上19种防晒剂包含了二苯酮类、三嗪类、水杨酸酯类、氨基苯甲酸酯类、肉桂酸酯类等，具体信息见表1。
1.3标准溶液的配制
分别精密称取各10mg(精确值0.1mg)防晒剂标准品至10mL容量瓶中，用甲醇/乙腈(4:1,V/V)混合溶剂溶解并定容至刻度，配制成质量浓度为1000mg/L的标准储备溶液。分别量取各0.5mL标准储备液至10mL容量瓶中，用上述混合溶剂定容至刻度，配制成质量浓度为50mg/L的混合标准储备溶液，于4℃保存。
1.4拭子喷雾电离条件
以拭子轻轻蘸取少许化妆品样品，垂直固定于质谱仪锥孔水平距离0.8cm、垂直距离0.5cm处。向拭子蘸取样品处滴加30μL甲醇/乙腈(4:1,V/V)混合溶剂，并通过拭子的导电金属柄上施加5.0kV电压，使之产生带电液滴喷雾，通过四极杆/静电场轨道阱质谱仪进行检测。1.5四极杆/静电场轨道阱质谱条件
离子传输管温度320℃，透镜电压50V，无需鞘气与辅助气。采集模式为一级全扫描与平行反应监测模式同时进行。一级全扫描模式参数：正/负离子交替扫描，扫描分辨率70000，质量扫描范围m/z 100～1000，自动增益控制1×106，离子最大注入时间100ms；平行反应监测模式参数：扫描分辨率35 000，前体离子隔离窗口3m/z，自动增益控制5×104，离子最大注入时间30ms，各防晒剂的碰撞能量见表2。
2结果与讨论
2.1拭子喷雾电离条件优化
对喷雾溶剂、喷雾电压、拭子摆放位置等拭子喷雾电离条件进行了优化。根据19种防晒剂醇水分配系数的大小，选择二苯酮-2、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、水杨酸乙基己酯、二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯、丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷等5种防晒剂作为代表性目标化合物进行实验条件优化。
2.1.1喷雾溶剂的优化
选用滴加到拭子上的喷雾溶剂，一方面将对化妆品样品中的防晒剂组分起到萃取的作用，不同化合物极性不同，基于相似相溶原理，不同溶剂对其萃取效率不尽相同；另一方面喷雾溶剂将辅助目标物离子化，19种防晒剂化学性质各异，分别适用于正离子模式或者负离子模式。本研究考察了甲醇、乙腈、丙酮、四氢呋喃及异丙醇5种有机溶剂作为喷雾溶剂进行优化。如图2a所示，对于二苯酮-2、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪和水杨酸乙基己酯三种负离子模式检测的防晒剂而言，乙腈得到的信号响应最高；而对于二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯和丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷两种正离子模式检测的防晒剂来说，甲醇作为喷雾溶剂的效果最佳。因此，进一步考察了将不同比例的甲醇/乙腈混合溶剂作为喷雾溶剂的实验结果。如图2b所示，在正离子模式下，丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷的响应值随着混合溶剂中甲醇比例的减少而降低，二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯虽受溶剂比例影响较小，但也呈现出递减趋势；在负离子模式下，双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪的最优喷雾溶剂为甲醇/乙腈(4:1，V/V)，水杨酸乙基己酯在各混合溶剂中没有明显变化的趋势，但相对而言当甲醇与乙腈的体积比为4:1时，其响应值较好，二苯酮-2随着甲醇/乙腈比例的变化，有一定的变化趋势，即乙腈的比例越大，其响应值越好，甲醇对其影响较小。经综合比较，选择甲醇/乙腈混合溶剂的最佳体积比为4:1。
2.1.2喷雾电压的优化
喷雾电压对喷雾过程及离子化效果有着重要影响。喷雾电压过高或过低都会抑制目标化合物的信号响应。由于防晒剂目标化合物在喷雾电压低于3.5kV时基本无响应，同时电压高于6.5kV时，响应值显著降低，因此考察了3.5～6.5kV范围内5种防晒剂的信号随电压变化的趋势(图3a)。经考察，最终选择喷雾电压为5.0kV。
2.1.3拭子摆放位置的优化
拭子的金属柄外接高压后，喷雾溶剂会在拭子尖端形成电喷雾，在质谱仪内部真空的作用下，质谱锥孔附近会形成一定程度的负压，促使带电液滴进入质谱仪。拭子的摆放位置对目标化合物的信号响应将产生影响，从拭子与锥孔之间的水平距离和垂直距离两方面进行优化。结果如图3b与3c所示，拭子距离锥孔的距离太近或太远均会导致目标化合物响应值降低，最终选择拭子摆放于距离锥孔水平距离0.8cm、垂直距离0.5cm的空间位置上。
2.2质谱分析条件优化和筛查策略
19种防晒剂化合物的化学结构和性质不同，可分别在正离子模式或负离子模式得到质谱信号响应。其中，二甲基PABA乙基己酯、二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯、对甲氧基肉桂酸异戊酯和丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷可在正离子模式下产生较高丰度的准分子离子峰[M+H]+，其余防晒剂可在负离子模式下生成[M–H]–、[M–Na]–、[M–2Na]2–等准分子离子峰。静电场轨道阱质谱分析器可设置不同分辨率(17 500、35 000和70 000FWHM)，分辨率的选择需要综合考虑准确度和灵敏度两个因素。一方面分辨率越高，可以更好地对目标化合物与其它质量数相近的组分进行区分；但另一方面，当分辨率设置过高时，会降低扫描速度和检测灵敏度。综合考虑，本研究将一级全扫描模式下的质量分辨率设置为70 000FWHM，平行反应监测模式下的质量分辨率设置为35 000FWHM。将19种防晒剂的准分子离子峰作为前体离子，进行二级质谱分析，对各化合物的碰撞能量进行详细优化，以便获得具有较高强度和丰富碎片的二级谱图。在上述设置的分辨率条件及优化得到的碰撞能量下，19种防晒剂化合物的一级全扫描前体离子质量偏差均小于3ppm，二级碎片子离子的质量偏差均小于5ppm(表2)。按照优化的质谱分析条件，采集19种防晒剂的一级全扫描和二级质谱数据，采用TraceFinder 4.1和mzVault 1.0软件建立精确质量数据库和筛查图谱库。在进行实际样品检测时，无需标准品，可直接调用精确质量数据库和筛查图谱库的相关信息进行比对确证，实现化妆品中防晒剂组分的快速精准筛查。
2.3方法检出限与重现性
在经测定不含待测物的空白化妆品样品中添加一定浓度的防晒剂目标物质，制备成阳性样品，按照上述优化的拭子喷雾电离和质谱检测条件下进行分析测定，以各防晒剂组分丰度最高的二级质谱碎片离子估算方法的检出限(信噪比为3)，结果表明，19种防晒剂化合物的方法检出限介于0.01～2.0mg/kg之间。以空白化妆品样品为基质，分别添加19种防晒剂目标化合物方法检出限的1、5和10倍三个浓度水平标准溶液，每个添加水平平行操作6次，按照本方法进行测定，结果表明，19种防晒剂的重现性在1.4％～9.9％之间(表3)。
表3 19种防晒剂的方法检出限和重现性(n＝6)
Figure BDA0003016081350000071
2.4实际样品的分析
应用本方法对市售的20件防晒类化妆品进行筛查分析，发现个别样品存在检出防晒剂成分与产品标签标识不符的情况。其中，1件样品未检出标签标识的防晒剂成分(亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚)，另1件样品检出了标签未标识的防晒剂成分(二苯酮-3和二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯)。
3结论
本发明建立了拭子喷雾电离与四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱联用快速筛查化妆品中19种防晒剂的分析方法，单个样品的检测时间小于1min。分别对拭子喷雾电离中的喷雾溶剂、喷雾电压、拭子摆放位置等关键参数进行了优化。经测定，19种防晒剂的方法检出限介于0.01～2.0mg/kg之间，在不同添加水平下，方法重现性良好，相对标准偏差在1.4％～9.9％之间。通过对市售防晒剂化妆品样品的检测，证明该方法准确可靠、操作简便，适用于化妆品中防晒剂的快速筛查检测。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Figure BDA0003016081350000091
Figure BDA0003016081350000101

Claims (8)

1.一种基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用金属手柄棉拭子蘸取少许化妆品样品，并将所述金属手柄棉拭子固定于四极杆/静电场轨道阱质谱仪的锥孔前端，向样品处滴加混合溶剂，并向拭子的导电金属柄上施加电压，使之产生带电液滴喷雾，通过四极杆/静电场轨道阱质谱仪进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：所述19种防晒剂为二苯酮-1、二苯酮-2、二苯酮-3、二苯酮-6、二苯酮-8、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮、乙基己基三嗪酮、水杨酸乙基己酯、胡莫柳酯、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚、二甲基PABA乙基己酯、二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯、丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷、二苯酮-10、苯基苯并咪唑磺酸、对甲氧基肉桂酸异戊酯、二苯酮-5和苯基二苯并咪唑四磺酸酯二钠。
3.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：所述混合溶剂为体积比为4:1的甲醇和乙腈的混合溶剂。
4.根据权利要求2所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：所述混合溶剂的用量为30μL。
5.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：向所述拭子的导电金属柄上施加5.0kV电压。
6.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：所述四极杆/静电场轨道阱质谱仪的质谱条件为：
离子传输管温度320℃，透镜电压50V，无需鞘气与辅助气；采集模式为一级全扫描与平行反应监测模式同时进行；一级全扫描模式参数：正/负离子交替扫描，扫描分辨率70 000，质量扫描范围m/z 100～1000，自动增益控制1×106，离子最大注入时间100ms；平行反应监测模式参数：扫描分辨率35 000，前体离子隔离窗口3m/z，自动增益控制5×104，离子最大注入时间30ms。
7.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：所述金属手柄棉拭子竖直固定在四极杆/静电场轨道阱质谱仪的锥孔前端，所述金属手柄棉拭子的下端与所述锥孔的中心轴之间的垂直距离为0.5cm，与所述锥孔之间的水平距离为0.8cm。
8.根据权利要求1所述的基于拭子喷雾电离质谱的快速筛查方法，其特征在于：包括标准溶液的配制：
分别精密称取各10mg防晒剂标准品至10mL容量瓶中，用体积比为4:1的甲醇和乙腈的混合溶剂溶解并定容至刻度，配制成质量浓度为1000mg/L的标准储备溶液。分别量取各0.5mL标准储备液至10mL容量瓶中，用上述混合溶剂定容至刻度，配制成质量浓度为50mg/L的混合标准储备溶液，于4℃保存。
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