曹海榮,薛曉康,李曉宇
(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,上海 201418;2.上海化工研究院有限公司,上海 200062)
丙烯酰胺是一種長(zhǎng)期接觸會(huì)導(dǎo)致人和動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)損傷并具有潛在的遺傳和生殖毒性的物質(zhì)[1~3],國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)1994年對(duì)丙烯酰胺的致癌性進(jìn)行了評(píng)價(jià),將丙烯酰胺列為2A類致癌物,即人類可能致癌物[4]。丙烯酰胺合成的聚合物即聚丙烯酰胺在化妝品中具有多種用途,可用作穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、結(jié)合劑、增稠劑、成膜劑、抗靜電劑和頭發(fā)定型劑等[5]。聚合反應(yīng)不完全時(shí),化妝品中就可能殘留有丙烯酰胺。此外,面膜產(chǎn)品中丙烯酰胺還可能來源于面膜紙[6]。我國(guó)《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)將丙烯酰胺列為化妝品禁用組分,并公布了檢測(cè)方法[7]。
測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征,其測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大?。?~12]。鄭麗敏[3]采用溴化衍生-氣相色譜法測(cè)定丙烯酰胺含量并進(jìn)行不確定度評(píng)定;林金美[4]采用高效色譜法測(cè)定紡織品中丙烯酰胺含量并進(jìn)行不確定度評(píng)定;陳東洋等[1]采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中丙烯酰胺含量并進(jìn)行不確定度評(píng)定;Basfar A A[13]采用核磁共振技術(shù)評(píng)價(jià)N-(異丁氧基甲基)丙烯酰胺凝膠劑量測(cè)量的不確定性。
為了保證化妝品中丙烯酰胺殘留量檢測(cè)結(jié)果的科學(xué)性,本文依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[14]并參照《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)中液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定丙烯酰胺殘留量的相關(guān)內(nèi)容,建立數(shù)學(xué)模型,并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)估,為評(píng)定測(cè)量方法和結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性提供了科學(xué)依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)采用的儀器為Acquity UPLC? H-CLASS超高效液相色譜-Xevo TQD MS三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(色譜柱為Waters Acquity UPLC? BEH C18色譜柱,1.7μm×2.1 mm×50 mm,美國(guó)Waters公司);AL204-IC分析天平(d=0.1 mg,瑞士梅特勒公司);AB135-S/FACT分析天平(d=0.01 mg,瑞士梅特勒公司);KUDOS科導(dǎo)超聲波清洗器(上??茖?dǎo)超聲儀器公司);Simplicity超純水純化系統(tǒng)(美國(guó)Millipore公司)。
實(shí)驗(yàn)采用的試劑為甲醇,乙腈,乙酸銨(色譜純,德國(guó)CNW Technologies公司);丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品(純度為99.34%)、氘代丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品(純度為99.1%),其余試劑均為市售分析純或以上規(guī)格,均來自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。
2.2.1 色譜條件
(1)色譜柱:Waters Acquity UPLC? BEH C18色譜柱(1.7μm×2.1 mm×50 mm)。
(2)流動(dòng)相:甲醇(A)和0.1%體積比的甲酸水溶液(B)梯度洗脫,洗脫程序?yàn)椋?~1.5 min,A為30%;1.5~2.5 min,A由30%升至90%;2.5~3.0 min,A由90%降至30%,保持2 min。
(3)流速:0.3 mL/min。
(4)進(jìn)樣量:5μL。
(5)柱溫:25℃。
2.2.2 質(zhì)譜條件
(1)離子源:電噴霧離子源(ESI);
(2)檢測(cè)模式:多反應(yīng)檢測(cè)模式;
(3)干燥氣流速:900 L·h-1;
(4)干燥氣溫度:600℃;
(5)毛細(xì)管電壓:0.30 kV;
(6)錐孔流速:50 L·h-1;
(7)丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺的質(zhì)譜采集參數(shù),見表1。
表1 丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺的質(zhì)譜采集參數(shù)Tab.1 The acquisition parameters of mass spectrometry of acrylamide and acrylamide-d3
2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液的配制
取丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品25.00 mg(精確到0.000 1 g),置于50 mL容量瓶中,加乙腈溶液(1∶9)使溶解并定容至刻度,搖勻,得到質(zhì)量濃度為500 mg/L的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。
2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的配制
用乙腈溶液(1∶9)稀釋配制的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,制備濃度為100.0μg/L的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取100.0μg/L的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液50.0μL、200.0μL、1.0 mL、2.0 mL、5.0 mL、8.0 mL至6個(gè)10 mL容量瓶中,每個(gè)容量瓶再加入氘代丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液1.0 mL,用乙腈溶液(1∶9)定容、搖勻,得到外標(biāo)為0.5μg/L、2.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、50.0μg/L、80.0μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,進(jìn)行超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)法分析。
2.2.5 樣品處理
取0.2 g(精確到0.000 1 g)溶液置于10 mL玻璃試管中,加濃度為100.0 mg/L的內(nèi)標(biāo)溶液200μL,超聲提取30 s;然后加0.02 mol/L的醋酸銨水溶液0.15 mL,超聲提取30 s;再加2.0 mL乙腈(1∶9),超聲提取11 min;取上清液,氮?dú)獯蹈?,殘?jiān)? mL色譜流動(dòng)相(甲醇)溶解,超聲提取6 min;經(jīng)0.45μm微孔濾膜過濾后,濾液作為待測(cè)溶液,備用。
2.2.6 樣品檢測(cè)
用UPLC-MS/MS法分析標(biāo)準(zhǔn)溶液,以丙烯酰胺峰面積與氘代丙烯酰胺峰面積之比對(duì)丙烯酰胺濃度做標(biāo)準(zhǔn)曲線。待測(cè)樣品用同樣的方法分析后,將樣品的峰面積比值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算得到待測(cè)溶液的濃度,最后計(jì)算得到樣品中丙烯酰胺的濃度。
本實(shí)驗(yàn)中涉及的所有儀器均經(jīng)過蘇州市計(jì)量研究所計(jì)量并頒發(fā)校準(zhǔn)證書。所有的計(jì)量允許誤差均從此計(jì)量證書中獲得。
根據(jù)樣品測(cè)試方法的過程,建立樣品中丙烯酰胺殘留量測(cè)定的不確定度評(píng)估數(shù)學(xué)模型為:
式中:X為樣品中丙烯酰胺的含量,mg/kg;C為待測(cè)樣品液中丙烯酰胺的濃度,μg/L;V為樣品液定容體積,mL;m為樣品質(zhì)量,g。
結(jié)合數(shù)學(xué)模型和測(cè)試方法,對(duì)樣品中丙烯酰胺測(cè)定結(jié)果有影響的各種不確定度分量的來源進(jìn)行分析,由圖1可知具體引入的不確定度來源。由于本文采用內(nèi)標(biāo)法測(cè)量樣品中丙烯酰胺含量,儀器波動(dòng)、內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液的配制不會(huì)引入不確定度。
圖1 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定化妝品中丙烯酰胺含量的不確定度來源Fig.1 Determination of uncertainty of acrylamide content in cosmetics by UPLC-MS/MS.
在空白化妝品中添加丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液,得到含丙烯酰胺為49.28μg/L的化妝品試樣,即陽性樣品。在相同的條件下采用相同的方法平行測(cè)定6次,測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表2 樣品中丙烯酰胺含量X的結(jié)果表Tab.2 The content of acrylamide in the sample
測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(X)由式(2)計(jì)算得到。
式中:n為測(cè)量次數(shù);Xi為每次測(cè)量得到的丙烯酰胺含量;為n次測(cè)量的丙烯酰胺含量的平均值。
測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度urel(X)由式(3)計(jì)算得到。
將表2中數(shù)據(jù)代入式(2)計(jì)算可得:
將u(X)計(jì)算值代入式(3)計(jì)算可得:
儀器校準(zhǔn)證書表明天平最大允許誤差為0.000 1 g,按均勻分布,取0.200 5 g化妝品樣品引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(m)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m)分別為:
用1 000μL移液槍取甲醇將試樣定容至2 mL,僅考慮體積引入的不確定度,由溫度引入的不確定度可以忽略。
校準(zhǔn)證書表明1 000μL移液槍的最大誤差為±1%,即0.01 mL,按均勻分布,樣品溶液定容過程中使用1次移液槍引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(V)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1rel(V)分別為:
定容過程需使用2次移液槍,則樣品溶液定容引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
3.4.1 外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(CSTD)
(1)丙烯酰胺儲(chǔ)備液配制產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C1)
(a)標(biāo)樣丙烯酰胺純度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(pSTD)
由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知,丙烯酰胺純度引入的擴(kuò)展不確定度uexp(pSTD)為0.32%,取包含因子k=2,丙烯酰胺純度pSTD為99.34%,則由丙烯酰胺純度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(pSTD)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(pSTD)分別為:
(b)標(biāo)樣丙烯酰胺稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(mSTD)
儀器校準(zhǔn)證書表明天平最大允許誤差為0.000 01 g,按均勻分布,稱取0.024 84 g丙烯酰胺標(biāo)樣mSTD引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(mSTD)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(mSTD)分別為:
(c)標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(VSTD1)
用50 mL容量瓶將丙烯酰胺試液定容至50 mL,引入的不確定度包括體積、溫度變化以及估讀誤差。
儀器校準(zhǔn)證書表明50 mL容量瓶的最大允許誤差為0.05 mL,按均勻分布,標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液定容過程中體積變化引入的不確定度u(VV,STD1)為:
校準(zhǔn)溫度為20℃,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(20±5)℃,水的體積膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1,按均勻分布,標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液定容過程中溫度變化引入的不確定度u(VT,STD1)為:
人眼觀測(cè)容量瓶刻度線引入的不確定度:人員讀數(shù)允許有0.01 ml誤差,假定其為三角分布[15~17],則標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液定容過程中估讀誤差引入的不確定度u(VR,STD1)為:
定容過程只需使用一次容量瓶,則標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液定容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(VSTD,1)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(VSTD,1)分別為:
則丙烯酰胺儲(chǔ)備液配制產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C1)為:
(2)丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2)
用200μL的可調(diào)移液槍取20μL儲(chǔ)備液置于100 mL容量瓶中,用乙腈水溶液(1∶9)定容至刻度,搖勻,得到質(zhì)量濃度為98.565 1μg/L的稀釋后的丙烯酰胺儲(chǔ)備液標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。該過程產(chǎn)生的不確定度主要來源于移液槍和容量瓶。
(a)由移液槍引入的不確定度
按照均勻分布處理,由移液槍引入的不確定度僅考慮體積變化。校準(zhǔn)證書表明200μL的移液槍取20μL溶液允許的最大誤差為±4%,即8×10-4mL,按均勻分布,則丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋過程中使用1次移液槍引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V0.02,STD2)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V0.02,STD2)分別為:
(b)由容量瓶引入的不確定度
由容量瓶引入的不確定度包括體積、溫度變化及估讀誤差。校準(zhǔn)證書表明100 mL容量瓶的最大允許誤差為0.1 mL,按均勻分布,則丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋過程中體積變化引入的不確定度u(V100,STD2)為:
校準(zhǔn)溫度為20℃,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(20±5)℃,水的體積膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1,按均勻分布,則標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋過程中溫度變化引入的不確定度u(VT,STD2)為:
人員讀數(shù)允許有0.01ml誤差,假定其為三角分布[15],則人眼觀測(cè)容量瓶刻度線引入的不確定度u(VE,STD2)為:
定容過程只需使用1次容量瓶,則標(biāo)準(zhǔn)丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V′100,STD2)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V100,STD2)分別為:
則由丙烯酰胺儲(chǔ)備液稀釋產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2)為:
(3)丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程引入的不確定度urel(C3)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程,取50μL、200μL、1 mL、2 mL、5 mL、8 mL各1次,10 mL容量瓶定容6次。按照前述的方法計(jì)算,由丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程引入的不確定度分量詳見表3。
表3 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程中引入的不確定度Tab.3 The uncertainty introduced by the preparation of standard series solution
校準(zhǔn)證書表明10 mL的容量瓶的最大允許誤差為0.02 mL,按均勻分布,標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程中體積變化引入的不確定度u(V10,STD3)為:
校準(zhǔn)溫度為20℃,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(20±5)℃,水的體積膨脹系數(shù)2.08×10-4℃-1,按均勻分布,則標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程中溫度變化引入的不確定度u(VT,STD3)為:
人員讀數(shù)允許有0.01 mL誤差,假定為三角分布[15],則人眼觀測(cè)容量瓶刻度線引入的不確定度u(VR,STD3)為:
標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程中需要使用6次10 mL的容量瓶,則由丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程引入的不確定度urel(C3)為:
則外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液丙烯酰胺配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(CSTD)為:
3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(C4)
制備6個(gè)梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液,每個(gè)濃度測(cè)定3次,以標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度Ci為橫坐標(biāo),以標(biāo)準(zhǔn)溶液外標(biāo)峰面積(A1)與內(nèi)標(biāo)峰面積(A2)的比值A(chǔ)1/A2為縱坐標(biāo),用最小二乘法擬合,獲得線性回歸方程y=a×C+b和線性相關(guān)系數(shù)r,列于表4中。方程中a=1.09×10-4,b=1.43×10-4,a為擬合曲線的斜率,b為擬合曲線的截距。
表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)表Tab.4 The data of Standard curve
線性回歸方程和線性相關(guān)系數(shù)分別為:
取1份陽性樣品,進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)定,得到平均濃度為50.3μg/L,則擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C4)為:
式中:S為標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積殘差的標(biāo)準(zhǔn)差,按式(5)計(jì)算;a為擬合曲線的斜率;p為樣品測(cè)定總次數(shù),p=6;n為標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液測(cè)定總次數(shù),n=18為n次標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的平均值,μg/L,按式(6)計(jì)算;C0,sample為陽性樣品溶液中丙烯酰胺的平均濃度,μg/L,按式(7)計(jì)算;Ci,STD為標(biāo)準(zhǔn)溶液中丙烯酰胺的測(cè)定值,μg/L。
式中:b為擬合曲線的截距;yi,STD為標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積比A1/A2。
將參數(shù)代入式(5)~式(7)可分別求得:
從而得
標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C4)為:
3.4.3 內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(CIS)
由于內(nèi)標(biāo)溶液濃度不參與定量計(jì)算,所以內(nèi)標(biāo)溶液配制不引入不確定度。僅考慮氘代丙烯酰胺溶液加入體積產(chǎn)生的不確定度。氘代丙烯酰胺溶液加入體積產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel(CIS)。用1 000μL移液槍加入內(nèi)標(biāo),僅考慮體積引入的不確定度,由溫度引入的不確定度可以忽略。
校準(zhǔn)證書表明1 000μL移液槍的最大誤差為±1%,即0.01 mL,按均勻分布,則氘代丙烯酰胺溶液使用一次移液槍引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(VIS)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(VIS)分別為:
用1 000μL移液槍加入內(nèi)標(biāo),需使用6次移液槍,則氘代丙烯酰胺溶液加入體積產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(CIS)為:
則樣品溶液濃度測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C)為:
取0.2 g化妝品樣品,加入1 mL濃度為100.0μg/L的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)液,200μL濃度為100.0 mg/L氘代丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)液,定容至2mL,得到丙烯酰胺濃度為50.0μg/L的待測(cè)液,進(jìn)行回收試驗(yàn)。根據(jù)表5中6次添加回收率的測(cè)定結(jié)果,計(jì)算平均加標(biāo)回收率與標(biāo)準(zhǔn)偏差,從而計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(R)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(R),計(jì)算式分別為式(8)和式(9)。
式中:n為測(cè)量次數(shù);Ri為每次測(cè)量的丙烯酰胺回收率為n次測(cè)量的丙烯酰胺回收率的平均值。
將表5中各參數(shù)代入式(8)可求得u(R)=1.71%,從而:
表5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The result of recovery experiment
UPLC-MS/MS法測(cè)定化妝品中丙烯酰胺的相對(duì)不確定度分量見表6。
表6 各分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Tab.6 The relative standard uncertainty of each component
相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(w)按式(10)計(jì)算。
將表6中參數(shù)代入式(10)可得:
合成不確定度u(w)按式(11)計(jì)算。
將已知參數(shù)代入式(11)可得:
根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》取95%的置信概率,包含因子k=2,則丙烯酰胺含量的擴(kuò)展不確定度U(w)為:
UPLC-MS/MS法測(cè)定化妝品中丙烯酰胺含量的不確定結(jié)果,見表7。用UPLC-MS/MS法測(cè)定化妝品中丙烯酰胺的含量為X=0.502±0.066 mg/kg(k=2,置信區(qū)間p=95%)。
表7 丙烯酰胺不確定度測(cè)定結(jié)果報(bào)告Tab.7 The result of uncertainty determination of acrylamide
通過對(duì)化妝品中丙烯酰胺含量的不確定度評(píng)定,得出樣品中丙烯酰胺的含量為(0.502±0.066)mg/kg,k=2,置信概率P=95%。較全面地分析了UPLC-MS/MS法測(cè)定丙烯酰胺含量全過程不確定度的來源,并計(jì)算了各不確定度分量。分析表明,樣品溶液濃度測(cè)量和回收率是合成不確定度的主要來源;在樣品溶液濃度測(cè)量過程中由標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度所占比例較大。因此,在日常檢測(cè)中可優(yōu)化溶液配制的方法、處理全過程所使用的儀器、試劑、環(huán)境都必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,不斷提高操作人員的熟練程度;以減小測(cè)量結(jié)果的不確定度,提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。