• 应用纪要

化妆品和个人护理产品中初级芳香胺的分析

化妆品和个人护理产品中初级芳香胺的分析
  • Jane Cooper
  • Waters Corporation
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摘要

初级芳香胺(PAA)被广泛用作制造化工材料的原料。许多PAA被证实或疑似具有致癌性并且评级为剧毒，存在多种潜在健康风险，因此在世界范围内对其进行了严格规定。尽管具有毒性和致癌性，PAA仍然是许多商品的重要生产原料，诸如药品、农药、炸药、环氧聚合物、橡胶、芳香族聚氨酯产品和偶氮染料。

虽然并不期望最终产品中含有PAA，但PAA还是会因为不完全反应、杂质、副产物等原因或作为降解产物存在于最终产品中。  例如，PAA能够以偶氮染料副产物的形式产生，而偶氮染料种类繁多，属于广泛使用的有机染料。  偶氮染料可用于特种漆、印刷油墨、清漆和粘合剂，而且存在于多种产品中，例如纺织品、化妆品、个人护理产品、塑料制品，还存在于食品接触材料中。

为确保公共安全和产品功能，已对化妆品和个人护理产品严格监管。因此，产品生产过程中使用诸如PAA等原料的生产商必须对各种管制参数进行监测和定量，例如是否存在PAA。

但此前所用的许多PAA分析方法在稳定性、选择性和灵敏度方面都有所欠缺，并且需要进行繁琐耗时且成本高的前处理（衍生化，SPE）。

本应用资料介绍了一种准确、快速并且稳定的替代方法，用以实现化妆品和个人护理产品中PAA的快速分析，该方法采用配备ACQUITY QDa检测器的 ACQUITY UPLC H-Class 系统，通过Empower 3软件进行控制。

优势

将 ACQUITY QDa 与 ACQUITY UPLC H-Class 系统联用，提升对化妆品和个人护理产品中初级芳香胺(PAA)鉴定与定量的可信度：

  • 极佳的色谱分离度和灵敏度。
  • 通过缩短运行时间提高样品通量，减少溶剂用量。
  • 相较于现有方法，灵敏度、选择性和稳定性更好。
  • 经济有效并且可靠的质量数确认。

简介

初级芳香胺(PAA)作为一种化工原料被大量广泛地用于化学行业。许多PAA被证实或疑似具有致癌性并且评级为剧毒1,2,3，存在多种潜在健康风险，因此在世界范围内对其进行了严格规定。欧盟化妆品法(EC) 1223/2009号法规4禁止多种PAA用于化妆品。 

尽管具有毒性和致癌性，PAA仍然是许多商品的重要生产原料，诸如药品、农药、炸药、环氧聚合物、橡胶、芳香族聚氨酯产品和偶氮染料。虽然并不期望最终产品中含有PAA，但PAA还是会因为不完全反应、杂质、副产物等原因或作为降解产物存在于最终产品中。例如，PAA能够以偶氮染料副产物的形式产生，而偶氮染料种类繁多，属于广泛使用的有机染料。偶氮染料可用于特种漆、印刷油墨、清漆和粘合剂，而且存在于多种产品中，例如纺织品、化妆品、个人护理产品、塑料制品，还存在于食品接触材料中。

为确保公共安全和产品功能，已对化妆品和个人护理产品严格立法。自此，产品生产过程中使用诸如PAA等原料的生产商必须对各种管制参数进行监测和定量，例如是否存在PAA。

此前进行PAA分析的示例方法包括：

  • 使用二(2-乙基)磷酸酯进行离子对萃取，再用氯甲酸异丁酯衍生，然后进行GC-MS分析5,6；
  • 使用阳离子交换小柱完成固相萃取(SPE)后进行UPLC分析7；
  • 通过液相吸附浓缩还原，然后进行热解吸GC-MS分析8。

但此前所用的许多PAA分析方法在稳定性、选择性和灵敏度方面都有所欠缺，并且需要进行繁琐耗时且成本高的前处理(衍生化，SPE)。 

化妆品和个人护理产品行业中理想的PAA分析解决方案应能突破之前方法的限制，同时确保可靠性和通用性，以满足法规要求。

本应用资料介绍了一种准确、快速并且稳定的替代方法，用以实现化妆品和个人护理产品中PAA的快速分析，该方法采用配备ACQUITY QDa检测器的 Waters ACQUITY UPLC H-Class 系统，通过Empower 3软件进行控制。

实验

液相条件

LC系统：

ACQUITY UPLC H-Class

运行时间：

10.00 min

色谱柱：

ACQUITY BEH C18, 1.7 μm, 2.1 x 50 mm

柱温：

40 °C

样品温度：

10 °C

流动相A：

水 + 0.1%甲酸

流动相B：

甲醇 + 0.1%甲酸

流速：

0.4 mL/min

进样体积：

10.0 μL

流动相梯度详见表1。

时间(min)

流速(mL/min)

%A

%B

曲线

初始

0.4

95

5

-

1.00

0.4

95

5

6

3.10

0.4

75

25

6

6.10

0.4

59

41

6

8.00

0.4

0

100

6

9.00

0.4

0

100

6

9.01

0.4

95

5

6

10.00

0.4

95

5

6

MS条件

质谱检测器：

ACQUITY QDa

电离模式：

ESI+

毛细管电压：

0.8 kV

探头温度：

450 °C

采集：

选择离子监测(SIR)

锥孔电压：

15 V

表2. PAA、对应CAS号、m/z和预期保留时间。

仪器控制、数据采集和结果处理

Empower 3软件用于控制ACQUITY UPLC H-Class系统和ACQUITY QDa检测器以及数据采集和定量分析。

样品制备

化妆品和个人护理产品样品分析（眼影、腮红、洗发水）

  • 0.5 g（固体样品）或0.5 mL（液体样品），加8 mL水和2 mL甲醇。涡旋混合2分钟(1600 rpm)。
  • 取1 mL提取物离心约5分钟(10,000 rpm)。
  • 在LC样品瓶中用甲醇稀释离心后的提取物，以供分析（250 µL提取物+750 µL甲醇）。
表2.PAA、对应CAS号、m/z和预期保留时间。

结果与讨论

建立最佳的UPLC和SIR条件，使所有化合物均在10分钟内被洗脱。使用ACQUITY QDa检测器代替UV检测显著提升了方法开发速度。 

在方法开发过程中，通常要考虑不同的条件/参数，例如色谱柱、流动相和梯度的选择。这些选择可能使目标化合物的洗脱顺序发生改变。仅通过UV检测进行峰追踪需要分析各个确证标准品以确认洗脱顺序(Rt)。但使用质谱检测时，可轻松跟踪色谱峰移动并轻松识别存在的共洗脱峰。 

图1为共洗脱峰识别的示例，所示为最佳波长相近的两种PAA（4,4'-二氨基二苯甲烷和2-甲氧基-5-甲基苯胺）。

配制范围在0.001 µg/mL-1.0 µg/mL内的混标，对所有目标PAA进行分析（使用所开发方法，相当于0.08-80 mg/Kg范围内的提取样品，提取物被稀释时则更大）。图2所示为各种PPA的SIR色谱图。

表2中详细列出了化妆品和个人护理产品中PAA筛查的SIR质谱检测条件，可对通过制备后的样品进行筛查。 

图1.利用两种PAA（4,4'-二氨基二苯甲烷和2-甲氧基-5-甲基苯胺）说明在方法开发过程中通过质谱检测识别共洗脱峰的优势；a)单个标准品的UV谱图，b)混合标准品的UV谱图、质谱图和SIR色谱图。
图2.30种PAA的SIR色谱图，混合校准标准品浓度为0.5 µg/mL。

化妆品和个人护理产品样品分析

向样品中添加不同水平的目标PAA，然后按照实验部分所述进行制备，以供分析。洗发水、腮红、眼影的结果详见表3、4和5，所选样品的SIR色谱图如图3所示。

表3.添加不同浓度苯胺的洗发水。定量结果基于混合校准标准品。

*空白校正后的回收率数据。

表4.添加了不同浓度的所选PAA的腮红。定量结果基于混合校准标准品。  

*空白校正后的回收率数据。

表5.添加了不同浓度的所选PAA的眼影。定量结果基于混合校准标准品。

*空白校正后的回收率数据。
图3.以下基质中所选PPA的SIR色谱图：a)洗发水、b)腮红和c)眼影。 

结论

  • 针对化妆品和个人护理产品样品开发了一种快速、稳定、灵敏度高的PAA分析方法。
  • ACQUITY QDa检测器可实现更加经济有效且可靠的质量数确认，在方法开发和常规分析中表现出优于UV检测的实验可靠性。
  • ACQUITY UPLC H-Class系统与ACQUITY QDa检测器相结合可实现准确且可重现的定量分析。
  • Empower 3色谱数据软件能够为数据管理、数据处理和报告操作提供保证。
  • 相较于先前的方法，本方法的商业优势体现在：
  • 样品通量增加
  • 无需进行耗时的衍生化或预富集步骤，减少了溶剂用量。
  • 缩短了运行时间。
  • ACQUITY H-Class系统是基于UPLC技术的四元系统，拥有最佳的色谱分离度和灵敏度。

参考文献

  1. Benigni R, Passerini L. Carcinogenicity of the aromatic amines: from structure-activity relationships to mechanisms of action and risk assessment.Mutation Research.511: 191–206; 2002.
  2. Anirban M.P, Cote R.J. Molecular Pathogenesis and Diagnosis of Bladder Cancer.Annual Review of Pathology.4: 501-506; 2009.
  3. Ward E, Carpenter A, Markowitz S, et al.Excess Cancers in Workers Exposed to Ortho-Toluidine and Aniline.National Cancer Institute.83(7): 501–506; 1991.
  4. The European Parliament and the Council of the European Union.Regulations (EC) No 1223/2009 of the European Parliament and of the Council of 30 November 2009 on Cosmetic Products.Official Journal of the European Union.L 342/59: 59–209, 22nd Dec 2009.[cited 2015 January 15].参考网站：http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:342:0 059:0209:en:PDF
  5. Akyuz M, Ata S. Determination of aromatic amines in hair dye and henna samples by ion-pair extraction and gas chromatography-mass spectrometry. J Pharm Biomed Anal.47, 68; 2008.
  6. Ekladius L, King H K. A colorimetric method for the determination of aliphatic amines in the presence of ammonia.J Chrom A.1129(1).Epub 2006 Jul 14.
  7. Aznar M, Canallas E, Nerin J. Quantitative determination of 22 primary aromatic amines by cation-exchange solid-phase extraction and liquid chromatography-mass spectrometry.J Chrom A. 2009; 1216: 5176–5181; 2009.
  8. Zhang Q, Wang C, et al.Determination of aromatic amines from azo dyes reduction by liquid-phase sorbent trapping and thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry.J Sep Sci.32: 2434-2441; 2009.

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