这种两步热解在线联用气相色谱-质谱检测及数据评估方法可用于纹身墨水的多组分分析，并可区分假冒产品。
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摘要
摘要
纹身墨水是多种成分的复杂混合物，每种成分都具有不同的化学性质，在进行化学分析时需要分别加以考虑。本方法采用两步热解并在线联用气相色谱-质谱法（py-GC-MS），在第一步解吸过程中分析挥发性化合物；在第二步中，对同一样品的干燥残留物进行热解，以分析颜料和聚合物等非挥发性化合物，这些物质可通过其特有的分解模式进行鉴定。此外，该方法还可用于区分原始墨水与假冒墨水。通过使用平均质谱图和自制的热解谱图数据库进行数据评估，可实现快速筛查，加快物质鉴定速度。结合专门用于热解GC-MS数据分析的评估软件，可快速、可靠地对完整色谱图进行比对。由于该方法以气相色谱-质谱法作为分离技术，因此仅适用于样品在解吸过程中以及热解后生成的挥发性物质。该方法无需样品前处理步骤，适用于市场监管调查中的快速物质筛查。
引言
纹身墨水是复杂的混合物，包含颜料、溶剂、粘合剂、表面活性剂、增稠剂，有时还包括防腐剂1。近几十年来，纹身日益流行，促使欧洲各国制定了针对纹身墨水安全性的法规。大多数情况下，着色颜料及其杂质受到限制，因此应由国家实验室通过市场抽检进行监测，以确保其符合法律法规要求。
采用此处所述的在线热解-气相色谱-质谱联用技术（py-GC-MS），可同时鉴定多种成分。由于挥发性、半挥发性和非挥发性化合物可在同一过程中实现分离与分析，因此相较于其他用于纹身墨水分析的方法，该方法可检测的目标化合物种类更多。液相色谱法通常需将颜料溶解于有机溶剂中进行分析2。拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）已被描述为适用于颜料和聚合物鉴定的工具，但在分析多组分混合物时存在局限性，因为在标准实验室应用中未结合分离技术3,4。激光解吸/电离飞行时间质谱法（LDI-ToF-MS）也已被用于颜料和聚合物的鉴定5,6。总体而言，大多数方法均缺乏对挥发性化合物的分析能力。缺乏合适的商用谱图数据库是所有这些方法普遍存在的缺点。无机颜料的鉴定通常采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）
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方案
1. 纹身墨水的制备与样品安装
- 使用25 mm的空心玻璃热解管作为样品载体，并用石英棉进行样品制备。
- 使用专用于热解管的镊子（经烘烤去污）夹住热解管，并用尖头镊子将适量石英棉插入管中。
- 在热解管两侧各插入一根钢棒（经烘烤去污），将石英棉压成1–2 mm厚的塞状。该塞状物必须位于热解管底部三分之一处，以确保热解过程中受热充分。
- 点燃燃气喷灯，从每侧对热解管及其填充物烘烤2–3秒，以去除污染物。
注意：操作热解管和石英棉前应佩戴洁净手套，避免触碰任何物品。烘烤热解管时需佩戴护目镜，并移除所有易燃液体和物品。本步骤完成后可暂停实验流程。将制备好的热解管存放于洁净的玻璃培养皿中，待后续使用。
- 手动剧烈振荡纹身墨水瓶1分钟，以确保均匀混合。此外，也可将其置于超声水浴中处理1分钟。部分墨水在完成上述两步后仍可能出现颜料沉淀，可能需要更长时间的均质化处理。
- 取一支直径小于热解管内径的2 µL微量毛细管，将毛细管尖端浸入墨水中，吸入约1 µL墨水（填充毛细管约一半体积）。
- 将毛细管插入热解管内，使墨水染色石英棉塞。应能明显观察到颜色染色，但不得加入过多墨水。
- 取用于自动进样装置的钢制传输适配器，并使用热解管专用镊子将已制备的热解管固定于适配器上。
- 检查热解管是否完全垂直，确保在振荡过程中不会脱落。 ....
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结果
该方法对每个样品采用两步色谱法（图1）。第一步运行中，样品在进样系统内于90 °C下干燥，随后将挥发性化合物转移至色谱柱。由于大多数情况下干燥过程并不完全，残留溶剂和挥发性化合物也会被转移并进行分析。在第二步运行中，先前已干燥的样品随后进行热解，以促进对非挥发性有机组分的分析。
图1：热解流程的示意图。
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讨论
热解-气相色谱-质谱法（Py-GC-MS）是一种适用于纹身墨水中多种物质的有用筛查方法，也可用于其他产品的分析。与其他方法相比，Py-GC-MS 所需的样品前处理步骤极少。相较于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI-ToF-MS）和能量色散X射线光谱法（EDX）等更为专业的方法，气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）在大多数分析实验室中均较为常见。
热解谱图的数据评估可能具有挑战性，因为理论上可能的成分列表是无限的，且需要进行谱库检索，同时考虑物质组合以匹配谱库中的母体化合物。本文所述的数据评估方法可实现对已添加至标准热解谱图库中的物质进行可靠且快速的筛查。相反，对于假冒产品的检测则是一种快速且直接的方法，无需预先建立的谱库即可完成，因为无需鉴定单一物质。
为了获得最佳结果，添加到热解中的墨水量既不能过高也不能过低。墨水量过高可能导致热解装置、衬管或色谱柱污染，而过低则可能导致热解图谱中缺乏足够显著的峰，从而影响正确解析。因此，强烈建议采用本方法中所述的固定体积墨水，并配合调整分流比进行操作。如
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到了德国联邦风险评估研究所（BfR）所内研究项目（SFP #1323-103）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 99.999% 氦气载气 | 液化空气集团，Dü德国杜塞尔多夫 | - | |
| 5975C 惰性 XL MSD 带三轴检测器 | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | - | |
| 7890A 气相色谱仪 | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | - | |
| AMDIS 软件（版本 2.7） | 美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究院 | - | 可用于GC/MS峰面积积分，例如转移至热解图分析软件进行评估 |
| 冷注射系统（CIS） | Gerstel, Mü德国哈尔海姆 | - | |
| 电子轰击（EI）源 | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | - | |
| 增强型化学工作站 (E02.02.1431) | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | - | 用于生成平均质谱图（AMS），可进行峰面积积分及标准气相色谱/质谱（GC/MS）数据库检索 |
| J&W HP-5MS 气相色谱柱，30 m，0.25 mm，0.25 µm，5975T 柱状环形组件 | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | 29091S-433LTM | |
| MassHunter 软件 | 安捷伦科技公司，德国瓦尔德布隆 | - | 未指定版本，可用于气相色谱/质谱峰积分及标准气相色谱/质谱谱库检索 |
| 微毛细管 Drummond Microcaps，体积 2 µL | Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯 | P1549-1PAK | |
| MS ChromSearch（版本 4.0.0.11） | Axel Semrau GmbH & Co. KG，Sprockhö德国维尔 | - | 专用 Pyrogram 分析软件 |
| NIST MS 搜索程序（MS Search 版本 2.0g） | 美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究院 | - | 用于MS和AMS文库构建及使用自制与商业文库进行相应物质检索 |
| NIST/EPA/NIH 质谱库（EI）mainlib & replib（数据版本：NIST v11） | 美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究院 | - | 使用商业质谱库 |
| 聚苯乙烯（平均分子量 ~192,000） | Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯 | 430102-1KG | |
| 热解管，管型 - 石英玻璃 - 长度 25 mm；100 个单位 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | 018131-100-00 | |
| 用于热解吸单元的热解器模块 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | - | |
| 石英棉 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | 009970-076-00 | |
| 钢棒 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | - | |
| 热脱附单元（TDU 2） | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | - | |
| 转运适配器 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | 018276-010-00 | |
| 热解管用镊子 | Gerstel, Mü德国赫尔兴 | 009970-074-00 | |
| Zebron Z-Guard 高温保护柱，GC 毛细管柱 10 m × 0.25 mm，每支 | Phenomenex Ltd. Deutschland，阿沙芬堡，德国 | 7CG-G000-00-GH0 |
参考文献
- Dirks, M. Tattooed skin and health. Vol. 48. Current Problems in Dermatology. Serup, J., Kluger, N., Bäumler, W. , Karger. 118-127 (2015).
- Engel, E., et al. Establishment of an extraction method for the recovery of tattoo pigments fr....
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