王欣怡 ,黃 淼 ,呂小寶 ,梁建英 ,戴 維?

(1.復(fù)旦大學(xué) 藥學(xué)院,上海 201203;2.上海市公安局物證鑒定中心,上海 200083)

質(zhì)譜成像(MSI)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,在生命科學(xué)[1-2]、醫(yī)學(xué)[3]、法醫(yī)學(xué)[4]領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。目前常用的分子質(zhì)譜成像技術(shù)有基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜成像(MALDI-MSI)[5]、二次離子質(zhì)譜成像(SI-MSI)[6]、解析電噴霧電離質(zhì)譜成像(DESIMSI)等[7-8]。DESI-MSI 是將解析電噴霧電離(DESI)的質(zhì)譜離子掃描技術(shù)與專業(yè)圖像處理軟件相結(jié)合,對(duì)樣品進(jìn)行分析,產(chǎn)生任意質(zhì)荷比(m/z)化合物的二維離子密度圖,通過(guò)成像結(jié)果,從而可以得到樣品的組成成分、空間分布等情況的一種分析技術(shù)。DESI-MSI 技術(shù)目前已應(yīng)用于農(nóng)殘[9]、假劣藥[10]、毒品[11]、爆炸物[12-15]、文檔墨水[16]、皮膚表面微量分子[17]等檢測(cè)。

化妝品是人們生活中常見(jiàn)的日用化學(xué)品,是犯罪現(xiàn)場(chǎng)非常常見(jiàn)的物證,也是犯罪嫌疑人極易接觸的物證。目前對(duì)化妝品的研究主要集中在非法添加[18-19]、有毒有害物質(zhì)[20]及質(zhì)量研究[21]上,但將其作為法庭物證的研究尚屬空白。對(duì)化妝品類復(fù)雜混合物中化合物的分析,目前主要以色譜技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合質(zhì)譜進(jìn)行定性定量分析,如液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)[18]。該方法雖具有很高的靈敏度和特異性,但樣品前處理較為復(fù)雜[22],且很難保證混合物中性質(zhì)差別較大的多種成分在同一色譜條件下的響應(yīng)都滿足要求。

本工作采用DESI-MSI技術(shù),建立適合口紅類化妝品的檢測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)無(wú)需樣品前處理的快速檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)不同品種的口紅樣品,初步建立口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)際案件中,將口紅殘留物證與已知口紅樣品或口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),實(shí)現(xiàn)初步定性鑒別。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

SYNAPT?G2-Si型飛行時(shí)間質(zhì)譜儀,配DESI源、HDImaging v1.4數(shù)據(jù)采集軟件;Prosolia DESI特制載玻片;Milli-Q 型純水儀。

甲醇、三氯甲烷均為色譜純;試驗(yàn)用水是由Milli-Q 型純水儀制備的超純水。

30種不同品牌的口紅均為市購(gòu)商品。

1.2 儀器工作條件

DESI源,在分離度模式下操作,正、負(fù)離子全掃描,掃描范圍m/z50～1 500;空間分辨率200μm;噴霧電壓3 kV;采樣錐電壓±30 V;噴霧器入射角65°,收集角10°;噴霧速率2μL·min－1;離子源溫度150 ℃;噴霧溶劑為體積比90∶8∶2的甲醇-三氯甲烷-水的混合液。為測(cè)得準(zhǔn)確的相對(duì)分子質(zhì)量,儀器需經(jīng)甲酸鈉校正后使用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 口紅樣品的檢測(cè)

口紅樣品無(wú)需前處理,直接用毛細(xì)管蘸取少量口紅樣品,點(diǎn)涂于載玻片的1、3、6號(hào)位(即平行點(diǎn)樣3次,見(jiàn)圖1),分別于正、負(fù)離子模式下對(duì)其進(jìn)行DESI-MSI檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)得到的成像結(jié)果,若在某一質(zhì)荷比下僅1、3、6號(hào)位出現(xiàn)信號(hào),則表明該口紅樣品中含有該質(zhì)荷比的離子,見(jiàn)圖2;若在某一質(zhì)荷比下僅2、4、5號(hào)位出現(xiàn)信號(hào)或所有點(diǎn)位均出現(xiàn)信號(hào),則表明該質(zhì)荷比的離子并非來(lái)源于口紅樣品中。

圖1 口紅樣品點(diǎn)樣示意圖Fig.1 Schematic diagram of lipstick sample spotting

圖2 某口紅在正離子模式下m/z 509.251 8處的信號(hào)Fig.2 Signal at m/z 509.251 8 of a lipstick in positive ion mode

1.3.2 模擬樣品的制備

試驗(yàn)人員將口紅涂于唇上,用玻璃杯正常喝水后,可見(jiàn)杯口處留有淡紅色口紅印記。分別用酒精棉棒和普通棉棒擦拭杯口處面積、顏色深度相似的口紅印記進(jìn)行提取。將棉棒置于微量離心管中,加入200μL甲醇,超聲5 min,靜置揮干至約20μL,即為模擬樣品。用毛細(xì)管吸取微量離心管中的樣品,分別點(diǎn)樣于載玻片上(樣品點(diǎn)樣體積約為10μL)。用毛細(xì)管蘸取少量該口紅純品,直接點(diǎn)涂于載玻片上作為對(duì)照,與模擬樣品一同檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同檔次口紅成分分析

市面上口紅種類繁多、質(zhì)量參差不齊,價(jià)格從幾元到上百元不等。試驗(yàn)共選取30種不同品牌、不同價(jià)位的口紅,按價(jià)格區(qū)間將口紅分為低端(低于50元,以A品種為例)、中端(50～200元,以B品種為例)、高端(高于200元,以C品種為例)等3個(gè)檔次。

比較30 種不同檔次口紅成分,從原料數(shù)量上看,低端口紅所用的原料數(shù)量顯著低于中、高端口紅。從原料種類上看,低端口紅常采用十三烷醇偏苯三酸酯、礦油、礦脂、石蠟等作為柔潤(rùn)劑,但在中、高端口紅中較少添加上述原料。此外,低端產(chǎn)品的原料主要涵蓋制作口紅所必須的柔潤(rùn)劑、黏合劑、保濕劑、著色劑,且每種基本功能原料的種類都比較少,大多來(lái)自化工合成;而中高端產(chǎn)品則在基本功能原料的基礎(chǔ)上增加了各種各樣的膚感調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑及植物提取物等,以改善產(chǎn)品的使用感受,原料來(lái)源也更傾向于植物提取。

按照儀器工作條件對(duì)不同品牌、不同色號(hào)的30種口紅進(jìn)行DESI-MSI檢測(cè),結(jié)果顯示,大多數(shù)口紅在正離子模式下出峰的數(shù)量和信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于負(fù)離子模式,故可將正離子模式的出峰信號(hào)作為定性鑒別的主要依據(jù),負(fù)離子模式出峰信號(hào)作為輔助判斷依據(jù)。

同一物質(zhì)可能同時(shí)出現(xiàn)多種同位素信號(hào)峰及其對(duì)應(yīng)的[M＋H]＋、[M＋Na]＋、[M＋NH4]＋、[M＋K]＋、[2M＋Na]＋、[2M＋NH4]＋和[2M＋K]＋等準(zhǔn)分子離子峰,亦有可能出現(xiàn)碎片離子峰。以A、B、C品種為代表的不同檔次口紅在正離子模式下的質(zhì)譜圖見(jiàn)圖3。

圖3 以A、B、C品種為代表的3種不同檔次口紅的質(zhì)譜圖Fig.3 Mass spectra of three different grades of lipsticks represented by A,B and C

異壬酸異壬酯為口紅A 使用的主要柔潤(rùn)劑之一,分析圖3(a)質(zhì)譜數(shù)據(jù),m/z307.302 8與異壬酸異壬酯的[M＋Na]＋峰的精確m/z307.261 3 吻合。圖3(b)中信號(hào)最強(qiáng)的峰為m/z661.577 4,與B 口紅使用的主要柔潤(rùn)劑二異硬脂醇蘋(píng)果酸酯的[M＋Na]＋峰的精確m/z661.574 7吻合?？诩tC采用蓖麻籽油作為主要柔潤(rùn)劑,但蓖麻籽油為混合物,無(wú)法獲知其準(zhǔn)確相對(duì)分子質(zhì)量,故對(duì)蓖麻籽油原料進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè),測(cè)得蓖麻籽油原料的最強(qiáng)信號(hào)為m/z955.707 2,與口紅C 中最強(qiáng)信號(hào)m/z955.742 7吻合?？诩tA、B、C 中主要化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。

表1 口紅A、B、C中主要化學(xué)成分的分析Tab.1 Analysis of the main chemical components in lipstick A,B and C

上述結(jié)果表明,DESI-MSI能夠?qū)诩t樣品中含量較高的主要成分進(jìn)行快速定性鑒別。由于不同檔次、不同品牌口紅產(chǎn)品在主要原料的選擇、用量及其他輔料添加種類上有所不同,造成其質(zhì)譜數(shù)據(jù)有明顯差異,通過(guò)建立口紅樣品質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù),可以分析不同品牌口紅質(zhì)譜信號(hào)的異同點(diǎn)。將未知口紅樣品的質(zhì)譜信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),即可對(duì)未知樣品的檔次和品牌做出初步推測(cè)。試驗(yàn)所使用的DESI離子源外接SYNAPT?G2-Si飛行時(shí)間質(zhì)譜儀,質(zhì)荷比能夠精確到0.001 Th,但即使是經(jīng)過(guò)校正后,隨著DESI-MSI使用時(shí)間的增加,質(zhì)量軸偏差會(huì)越發(fā)明顯,尤其是質(zhì)量數(shù)較大時(shí)通常偏差更大。因此,試驗(yàn)將定性鑒別的質(zhì)荷比容差值設(shè)置為0.05 Th,即實(shí)測(cè)m/z與理論m/z的絕對(duì)差值不應(yīng)超過(guò)0.05。同時(shí)還應(yīng)考察目標(biāo)物的[M＋H]＋、[M＋Na]＋、[2M＋H]＋、[2M＋Na]＋等多個(gè)分子離子峰,若有2個(gè)或2個(gè)以上對(duì)應(yīng)的分子離子峰同時(shí)出現(xiàn),則目標(biāo)物的定性可靠性大大提高。

2.2 未知口紅樣品的定性鑒別

選取市面上常見(jiàn)的不同品牌、不同色號(hào)的10種口紅(A～J),并隨機(jī)從中抽取一種作為未知樣品(X),將其點(diǎn)樣在同一塊載玻片上,如圖4所示,在上述檢測(cè)條件下對(duì)10種已知口紅樣品和1種未知樣品同時(shí)進(jìn)行DESI-MSI檢測(cè),考察本法能否對(duì)未知口紅樣品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地定性鑒別。

圖4 10種已知口紅(A～J)和1種未知口紅(X)的點(diǎn)樣示意圖Fig.4 Schematic diagram of 10 known lipsticks(A－J)and an unknown lipstick(X)spotting

通過(guò)對(duì)A～J口紅MSI圖的研究發(fā)現(xiàn),各品牌口紅中均含有一些與其他品牌口紅相同的共性信號(hào)(如圖5所示,二異硬脂醇蘋(píng)果酸酯的[M＋Na]＋峰的理論m/z為661.574 7,實(shí)測(cè)m/z為661.584 5,可在口紅C、D、G、H 中檢測(cè)到),同時(shí)還含有其他品牌口紅所沒(méi)有的特征信號(hào)(如圖6、圖7所示,A～J口紅 中,僅口紅E 含 有m/z837.594 4、m/z1 057.729 2信號(hào))。通過(guò)比對(duì)未知口紅和已知口紅的特征信號(hào),可推測(cè)未知口紅X 與口紅E 為同一產(chǎn)品。上述試驗(yàn)結(jié)果顯示,本方法能夠?qū)诩t中含量較高的原料進(jìn)行高效、靈敏檢測(cè);除常用原料外,本方法還能一目了然地區(qū)分多種品牌口紅的特異性成分,并以此為依據(jù)對(duì)未知口紅進(jìn)行定性鑒別。

圖5 口紅中二異硬脂醇蘋(píng)果酸酯在正離子模式下的[M＋Na]＋峰信號(hào)Fig.5 Signal of[M＋Na]＋of diisostearyl malate in lipstick in positive ion mode

圖6 各種口紅在正離子模式下m/z 837.594 4處的信號(hào)Fig.6 Signal at m/z 837.594 4 of various lipsticks in positive ion mode

圖7 各種口紅在正離子模式下m/z 1 057.729 2處的信號(hào)Fig.7 Signal at m/z 1 057.729 2 of various lipsticks in positive ion mode

2.3 口紅產(chǎn)品的真?zhèn)舞b別

因口紅屬于典型的“低成本、高溢價(jià)”消費(fèi)品,由此催生了大量假冒高檔品牌的偽劣產(chǎn)品。盡管目前部分仿品從外包裝及口紅顏色上已與正品接近,但在其原料的種類、用量以及制作工藝上卻難以和正品保持一致。試驗(yàn)以某品牌的正品口紅與同色號(hào)偽劣口紅為研究對(duì)象,分別用毛細(xì)管蘸取口紅純品,點(diǎn)樣于同一塊載玻片上,比對(duì)二者在正離子模式下的質(zhì)譜檢測(cè)結(jié)果,即可進(jìn)行真?zhèn)舞b別。

正品口紅和偽劣口紅雖然在包裝和顏色上十分接近,但二者的質(zhì)譜圖(圖8)有顯著差異。在正品口紅質(zhì)譜圖上,m/z629.198 7～1 372.414 6內(nèi)可看到11個(gè)等間距峰,相鄰峰間依次相差約74.02,與聚二甲基硅氧烷單體的精確相對(duì)分子質(zhì)量74.018 8吻合,表明這11個(gè)等間距的峰即為正品口紅中某未知成分與常用柔潤(rùn)劑聚二甲基硅氧烷形成的聚合物,而偽劣口紅的質(zhì)譜圖無(wú)該特征。以該系列聚合物中信號(hào)最強(qiáng)的m/z777.233 2為例,如圖9所示,正品口紅在m/z777.233 2處有強(qiáng)信號(hào),但偽劣口紅中未見(jiàn)該信號(hào),從二者成像圖中能更加直觀、快速地分辨其差異,亦能達(dá)到鑒定真?zhèn)蔚哪康?。尤其是在鑒別復(fù)雜基質(zhì)生物樣品(如指紋或唇印上的口紅)時(shí),大量?jī)?nèi)源性干擾導(dǎo)致質(zhì)譜圖信號(hào)復(fù)雜,難以鑒別真?zhèn)尾町?此時(shí)對(duì)具體的特征信號(hào)采用DESI成像會(huì)更加直觀,真?zhèn)尾町愐荒苛巳?。除此之?對(duì)于指紋上殘留的口紅直接進(jìn)行DESI成像,還能夠揭示口紅印跡在指紋上的大致位置等信息。

圖8 正品口紅和偽劣口紅在正離子模式下的質(zhì)譜圖Fig.8 Mass spectra of genuine lipstick and fake lipstick in positive ion mode

圖9 正離子模式下正品口紅和偽劣口紅在m/z 777.233 2處的信號(hào)Fig.9 Signal at m/z 777.233 2 of genuine lipstick and fake lipstick in positive ion mode

2.4 模擬樣品的檢驗(yàn)

按1.3.2節(jié)方法制備模擬樣品,按照1.2節(jié)儀器工作條件進(jìn)行檢測(cè),將普通棉棒提取物、酒精棉棒提取物信號(hào)與口紅純品信號(hào)進(jìn)行比對(duì),若口紅純品信號(hào)都能在提取物中找到,則表明本法可對(duì)杯口/瓶口殘留的口紅印記進(jìn)行定性鑒別比對(duì)。通過(guò)對(duì)比普通棉棒和酒精棉棒提取樣品的信號(hào)強(qiáng)度及數(shù)量,考察二者的提取效果,可為后續(xù)實(shí)際案件取證方式提供參考。

結(jié)果顯示,在正離子模式下,口紅純品共檢測(cè)到76個(gè)碎片離子,酒精棉棒提取物中能夠檢測(cè)到其中的70個(gè),普通棉棒提取物中能夠檢測(cè)到其中的68個(gè),表明DESI-MSI能夠?qū)Ρ跉埩艨诩t印記進(jìn)行有效檢測(cè)。另外,無(wú)論是酒精棉棒還是普通棉棒提取物,都檢測(cè)到了非口紅純品信號(hào),可能為人體嘴唇上的內(nèi)源性物質(zhì)或杯口殘留的其他物質(zhì)。

在保持進(jìn)樣體積基本一致的情況下,觀察到酒精棉棒提取物的信號(hào)強(qiáng)度明顯高于普通棉棒(如圖10所示),推測(cè)可能是乙醇對(duì)口紅中大量脂溶性成分的提取效率更高。這也提示在實(shí)際案件中提取口紅類微量物證時(shí),可優(yōu)先考慮使用酒精棉棒擦拭。

圖10 酒精棉棒提取物、普通棉棒提取物、口紅純品在正離子模式下m/z 999.309 0處的信號(hào)Fig.10 Signal at m/z 999.309 0 of alcohol cotton swab extract,ordinary cotton swab extract,and lipstick sample in positive ion mode

本工作提出了適用于口紅類化妝品物證檢驗(yàn)的DESI-MSI檢測(cè)方法,并用于檢測(cè)30種不同品牌口紅樣品,根據(jù)正、負(fù)離子模式下得到的準(zhǔn)分子離子峰及碎片離子質(zhì)荷比初步建立了口紅質(zhì)譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)。該方法重復(fù)性好、定性能力強(qiáng),無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理即可對(duì)口紅中的主要成分進(jìn)行快速定性檢測(cè)。根據(jù)不同品種口紅的特征碎片離子質(zhì)荷比數(shù)據(jù)及質(zhì)譜成像分布圖的差異,可對(duì)口紅進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、直觀地真?zhèn)舞b別?？诩t物證模擬樣品試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于犯罪現(xiàn)場(chǎng)提取到的口紅殘留物,可利用DESI-MSI檢測(cè)將其與已知口紅純品進(jìn)行比對(duì)檢驗(yàn),從而為刻畫(huà)嫌疑人及確定偵查方向提供思路。此外,酒精棉棒提取物和普通棉棒提取物的成像結(jié)果提示,在實(shí)際案件中提取化妝品類物證時(shí)可優(yōu)先考慮使用酒精棉棒。