| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling og validering af en metode til analyse af kolophonium i kosmetiske produkter

Bilag A: Litteraturstudie: Bestemmelse af primære komponenter i umodificeret kolofonium i produkter – i relation til kontakt allergi

1 Introduktion

1.1 Analytter

De to primære komponenter i kolofonium er diterpenoiderne, abietinsyre (AbA), CAS-nr. 514-10-3 og dehydroabietinsyre (DeA), CAS-nr. 1740-19-8 [1]. Derfor er disse to syrer også de mest almindelige analytter ved bestemmelse af indholdet af umodificeret kolofonium i kommercielle produkter [2-11]. Et stort antal af andre terpener, ofte oxiderede, er ligeledes også fundet i umodificeret kolofonium [8, 12-17]. Flere vigtige allergener bliver dannet gennem autooxidation af AbA og DeA, hvorved koncentrationen af de originale syrer falder. Det er derfor vigtigt at medtage en eller flere at de oxiderede stoffer i analysen ud over AbA og DeA ved bestemmelse af kolofonium i en prøve [8, 12,14-16]. For at være en passende markør for oxideret umodificeret kolofonium, skal oxidationsproduktet være stabilt nok til analysen og helst også være et af hovedstofferne i den oxiderede blanding for at være til stede i så høj mængde som muligt. 7-oxo-dehydroabietinsyre (7-O-DeA), CAS-nr. 18684-55-4, opfylder ovenstående betingelser [8, 12, 14, 15].

1.2 Undersøgte prøver

Forskellige typer af produkter er blevet undersøgt for indhold af kolofonium. Disse inkluderer engangsbleer [2], hygiejnebind [6], urteolier og -salver [4], sulfat sæber [9], mascaraer [11, 18], plastre [3, 5, 7], forskellige former for karton, pap og papir [3, 8, 10, 19, 20], bonevoks [8] og skæreolie, loddevæske og malingsprodukter [3]. Ved opvarmning af harpiks (rosin) i forbindelse med lodning udvikler kolofonium aerosoler, som også er blevet analyseret [21]. Støv [8], træ [9] og papirproduktionsvand [22] er ligeledes undersøgt. Endvidere er DeA målt som biomarkør i urin hos fabriksarbejdere der arbejder med lodning i forbindelse med studier af eksponeringen for kolofonium [23].

1.3 Prøve forberedelse

Før analyse af prøven er analytterne ekstraheret over i et passende opløsningsmiddel. Afhængig af prøvetype er forskellige opløsningsmidler blevet anvendt: acetone [2, 7, 8, 10, 19], methanol [3, 12, 19], ethanol [14], acetonitril [4, 5], dichlormethan [3, 8, 15] ethylacetat [3], methylen chlorid [21], dietylether [4, 9,23] og methyl tert-butylether (MTBE) [22]. Hvis nødvendigt kan den efterfølgende oprensning involvere filtrering [3, 8, 12], centrifugering [4] og/eller fast-fase ekstraktion (SPE) [4, 5].

1.4 Analysemetode, separation og detektion

Til bestemmelse af tilstedeværelsen af kolofonium i prøver kan prøvens komponenter derivatiseres og separeres ved hjælp af gas kromatografi (GC) [2, 6, 8-10, 13, 21-23] eller separeres ved hjælp af højtryks-væske kromatografi (HPLC) i deres umodificerede form [3-5, 8, 12, 13]. Detektion af de separerede komponenter ved GC er blevet bestemt med flamme-ionization (FID) [2, 8-10, 22] eller massespektrometri (MS) [21, 23]. Til detektion ved HPLC er almindeligvis anvendt ultraviolet (UV) [3-5, 8, 12, 13], fluorescens detektion [4, 5] og/eller MS [12, 13]. Analytter, der er følsomme over for den høje temperatur i GC, er blevet sprøjtet ind i massespektrometret gennem en direkte injektionsport [13,14]. En alternativ metode for sådanne analytter er matrix-assisteret laser desorption/ionisering massespektrometri (MALDI-MS), hvor en cellulose coatet tyndlagskromatografi plade (TLC) indgår som prøveopsamler [15].

2 Metodebeskrivelser og evaluering

2.1 GC metoder

2.1.1 GC-FID

Metode [9]

  • Beskrivelse: Heptadecanoinsyre som intern standard. Ekstraktion med diethylether. AbA og DeA derivatiseret til metylestere med diazomethan.
  • Fordele: Top identifikation baseres både på retentionstid af kendte, rene analytter og massespektre.
  • Ulemper: Modificering af analytter. Diazomethan er klassificeret som kræftfremkaldende. Ingen oxidationsprodukter analyseres. Ikke kvantitativ.
  • Anvendes til: Træ ekstraktion, sulfat sæber, råekstrakt og destilleret tallolie kolofonium.

Metode [22?]

  • Beskrivelse: Heneicosanoinsyre, betulinol, cholesteryl heptadecanoate og 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol anvendes som fire interne standarder. Ekstraktion med MTBE. AbA og DeA derivatiseres ved silylering med bis(trimethylsilyl)-trifluoro-acetamid (BSTFA) og trimethylchlorosilan (TMCS).
  • Fordele: Kvantitativ. Mange andre komponenter analyseres også.
  • Ulemper: Detektionsgrænse ikke angivet. Modificering af analytter. Silylerede prøver nedbrydes og bør analyseres indenfor 12 timer. Ingen oxidationsprodukter analyseres. Ikke optimeret specielt til separation af AbA og DeA. Metoden til top identifikation er uspecifik.
  • Anvendes til: Papir produktionsvand og udløbsvand.

Metode [2, 8, 10]

  • Beskrivelse: Methyl stearat som intern standard. Ekstraktion med acetone. Analytter derivatiseres til metylestre med diazomethan.
  • Fordele: Bestemmelse af AbA, DeA og 7-O-DeA. Kvantitativ.
  • Ulemper: Modificering af analytter. Diazomethan er kræftfremkaldende. Top identifikation er baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens med eller overlapning af ukendte toppe. Nødvendig at syntetisere 7-O-DeA, da den ikke er kommerciel tilgængelig. Detektionsgrænse ikke angivet.
  • Anvendes til: Papir, gulvbelægning til linoleum og bleer.

2.1.2 GC-MS

Metode [21?]

  • Beskrivelse: Heptadecanoinsyre som intern standard. Ekstraktion med methylene chloride. Detektion af AbA og DeA; derivatisering to metylestre med kalium karbonat og methyl iodide.
  • Fordele: Top identifikation baseres på både massespektre og retentionstid af kendte, rene analytter. Kvantitativ.
  • Ulemper: Modificering af analytter. Ingen oxidationsprodukter analyseres. Detektiongrænse er ikke angivet.
  • Anvendes til: dampe fra lodning.

Metode [23?]

  • Beskrivelse: Heptadecanoinsyre som intern standard. Ekstraktion med diethylether. DHA derivatiseret med dimethylformamide dimethylacetal. Detektionsgrænse: 50 nM DHA.
  • Fordele: Top identifikation baseres på både massespektre og retentionstid af kendte, rene analytter. Kvantitativ
  • Ulemper: Ingen bestemmelse af AbA eller oxidationsprodukter.
  • Anvendes til: Biomarkør i urin.

2.2 HPLC metoder

2.2.1 HPLC-UV

Metode [3]

  • Beskrivelse: UV detektion af AbA ved 242nm og DeA ved 265 nm. Kalibrering med rene syrer. Ekstraktion med methanol, ethylacetat eller dichlormethan. Detektionsgrænse; 10 ppm AbA, 150ppm DeA.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. Yderligere top identifikation baseres på UV-spektre ved topspids. Kvantitativ.
  • Ulemper: Ingen oxidationsprodukter måles. Top identifikation baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens og overlapning af ukendte toppe. DeA har lav absorption ved 267nm; ved max absorbans 215nm er der høj matrix interferens.
  • Anvendes til: plastre, skæreolier, loddevæske og malingsprodukter

Metode [13]

  • Beskrivelse: UV detektion af 15-HPDA ved 254nm. 15-HPDA er termisk ustabil; til MS opsamles HPLC-fraktion; DIP.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. Detektion af oxidationsprodukt 15-hydroperoxydehydroabietinsyre (15-HPDA). Yderligere top identifikation med MS.
  • Ulemper: AbA og DeA detekteres ikke. Ikke kvantitativ. Syntese af reference stof 15-HPDA er nødvendigt, da dette stof er ustabilt og derfor ikke er kommercielt tilgængeligt. Top identifikation er baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens af eller overlapning af ukendte toppe.
  • Anvendes til: Umodificeret kolofonium

Metode [8]

  • Beskrivelse: Metode svarende til [3]. Ekstraktion med acetone eller dichlormethan.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. Detektion af oxidationsproduktet 7-O-DeA samt AbA og DeA.
  • Ulemper: Syntese af reference stof 7-O-DeA er nødvendigt, da dette stof ikke er kommercielt tilgængeligt. Top identifikation er baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens af eller overlapning af ukendte toppe. DeA har lav absorption ved 267nm; ved max absorbans 215nm er der stor matrix interferens. Ikke kvantitativ.
  • Anvendes til: Papir, bonevoks, støv.

Metode [12]:

  • Beskrivelse: UV detektion af AbA og DeA ved 245nm. Ekstraktion med methanol. Separation er optimeret til største mulige antal komponenter.
  • Fordele: Detektion af 7-O-oxo samt AbA og DeA og en række andre komponenter. Ingen modifikation af analytter. Identifikation af toppe med MS.
  • Ulemper: Top identifikation er baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens af eller overlapning af ukendte toppe. Syntese af reference stof 7-O-DeA er nødvendigt, da dette stof ikke er kommercielt tilgængeligt. DeA har lav absorption ved 245nm; ved max absorbans 215nm er der stor matrix interferens. Ikke kvantitativ.
  • Anvendes til: Umodificeret kolofonium

2.2.2 Kombination af HPLC-UV og fluorescens detektion

Metode [5]

  • Beskrivelse: UV detektion af AbA ved 240nm og fluorescens detektion af DeA, excitation 225nm, emission 285nm. Kalibrering med rene syrer. Ekstraktion med acetonitril. SPE oprensning før HPLC. Grænseværdi: 1,25 ng AbA, 0,5ng DeA.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. SPE begrænser matrix interferens og gør detektionen mere specifik. Detektion af DeA er 100 gange mere følsom med fluorescens end ved UV. Samme kolonne er brugt til begge detektorer. HPLC separation på 10 minutter. Kvantitativ.
  • Ulemper; Ingen oxidationsprodukter er detekteret. Top identifikation er baseret på retentionstid af kendte, rene analytter; risiko for interferens af eller overlapning af ukendte toppe.
  • Anvendes til: Klæbemiddel i makeup

Metode [4]

  • Beskrivelse: UV detektion af AbA ved 200nm og fluorescens detektion af DeA, excitation 225nm, emission 285nm. Kalibrering med rene syrer. Ekstraktion med acetonitril eller diethylether. SPE oprensning før HPLC. Detektionsgrænse: 0,4ppm eller 1 ng for AbA og DeA.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter, SPE begrænser matrix interferens og gør detektionen mere specifik. Detektion af DeA er 100 gange mere følsom med fluorescens end ved UV. Samme kolonne brugt til begge detektorer. HPLC separation på 10 minutter. Kvantitativ.
  • Ulemper; Ingen oxidationsprodukter detekteret. Top identifikation er baseret på retentions tid af kendte, rene analytter; risiko for interferens af eller overlapning af ukendte toppe.
  • Anvendes til: urteolier og -salver

2.2.3 HPLC-MS

Metode [13]

  • Beskrivelse: HPLC-UV fraktionering (se tidligere). Fraktioner analyseres ved DIP-MS.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. Massespektre af oxidationsproduktet 15-HPDA, der er termisk ustabilt.
  • Ulemper: AbA og DeA ikke detekteret. Ikke kvantitativ. Syntese af reference stof 15-HPDA er nødvendigt, da dette stof ikke er kommercielt tilgængeligt.
  • Anvendes til: Umodificeret kolofonium

Metode [12]

  • Beskrivelse: HPLC-UV fraktionering (se tidligere). Fraktioner analyseres ved kemisk ionisering-MS.
  • Fordele: Ingen modifikation af analytter. Detektion af oxidationsproduktet 7-O-DeA, samt AbA og DeA og en række andre komponenter.
  • Ulemper: Ikke kvantitativ. Til 7-O-DeA identifikation; IR og NMR.
  • Anvendes til: Umodificeret kolofonium

2.2.4 Direkte indsat probe MS metode

Metode [14]

  • Beskrivelse: Ekstraktion med ethanol. Kemisk ionisering- og elektron impact ionisering-MS. Komponent identifikation baseres på reference massespektre.
  • Fordele: Detektion af 7-O-DeA samt AbA og DeA og en række andre stoffer inklusiv oxidationsprodukter. Ingen modifikation af analytterne.
  • Ulemper: Ingen separation, komplekse massespektre. Ikke kvantitativ.
  • Anvendes til: Umodificeret kolofonium

2.2.5 MALDI-MS metode

Metode [15]

  • Beskrivelse: Ekstraktion med dichlormethan. TLC plade coatet med cellulose anvendes som prøveopsamler.
  • Fordele: Detektion af 7-O-DeA og andre oxidationsprodukter. Ingen modifikation af analytter.
  • Ulemper: Ingen separation, komplekse massespektre. Ikke kvantitativ. Kræver mekanisk ændring af instrumentets prøveopsamler
  • Bruges til: Umodificeret kolofonium.

2.3 Konklusion

Indholdet af AbA varierer mellem 30-50 % i kolofonium af typen gum rosin og 35-40 % i tallolie kolofonium. Hvis det antages, at indholdet af harpikssyrer er 90 %, vil en detektionsgrænse på 10 mikrogram/g AbA således svare til en detektionsgrænse på cirka 30 mikrogram/g (ppm) for kolofonium. En detektionsgrænse på dette niveau vil være acceptabelt i forhold til det koncentrationsniveau, der udløser reaktion hos allergi patienter [3]. Derfor bør en detektionsgrænse for AbA 10 ppm anvendes som en retningslinje til at vurdere størrelsesordnen af den ønskede detektionsgrænse i den udvalgte analysemetode.

Foreslået metode I, eksisterende
GC-FID metoden [2, 8, 10] inkluderer kvantitativ analyse af AbA, DeA og 7-O-DeA. Målbare mængder ned til 1 ppm AbA [10], 1 ppm DeA [2] og 2 ppm 7-O-DeA er præsenteret, selv om grænseværdierne ikke er specificerede. Det er nødvendigt at derivatisere analytterne, hvilket inkluderer brugen af farlige kemikalier. For at undgå top interferens og overlapning af ukendte toppe, kan det være nødvendig at udvikle og anvende en supplerende GC-MS analyse [12].

Foreslået metode II, metodeudvikling
HPLC-UV-fluoresens metode [4, 5] er kvantitativ for AbA og DeA ned til 0,5-1,25 ng, hvilket svarer til omkring 0,4 ppm. Det er ikke nødvendigt at derivatisere komponenterne. Matrix interferens er begrænset og specificiteten af detektionen er øget ved hjælp af SPE oprensning. Oxidationsproduktet 7-O-DeA er inkluderet i metoden. Denne analyt er undersøgt ved hjælp af HPLC-UV [8], dog ikke kvantitativt. Da HPLC-UV-flourescens metoden er ikke-destruktiv, er fraktionering og efterfølgende analyse en mulighed, f. eks. direkte ved MS for at undgå forveksling med ukendte toppe [12-14].


2.4 Referencer

  1. Hausen, B.M., et al., Contact Allergy Due to Colophony.3. Sensitizing Potency of Resin Acids and Some Related Products. Contact Dermatitis, 1989. 20(1): p. 41-50.
  2. Karlberg, A.T. and K. Magnusson, Rosin components identified in diapers. Contact Dermatitis, 1996. 34(3): p. 176-8O.
  3. Ehrin, E. and A.T. Karlberg, Detection of rosin (colophony) components in technical products using an HPLC technique. Contact Dermatitis, 1990. 23(5): p. 359-66.
  4. Lee, B.L., et al., High-performance liquid chromatographic determination of dehydroabietic and abietic acids in traditional Chinese medications. Journal of Chromatography A, 1997. 763: p. 221-226.
  5. Lee, B.L., et al., High-Performance Liquid-Chromatographic Method for Determination of Dehydroabietic and Abietic Acids, the Skin Sensitizers in Bindi Adhesive. Journal of Chromatography A, 1994. 685(2): p. 263-269.
  6. Kanerva, L., et al., Colophonium in sanitary pads. Contact Dermatitis, 2001. 44(1): p. 59-60.
  7. Gafvert, E. and G. Farm, Rosin (colophony) and zinc oxide in adhesive bandages - An appropriate combination for rosin-sensitive patients? Contact Dermatitis, 1995. 33(6): p. 396-400.
  8. Karlberg, A.T., et al., Airborne contact dermatitis from unexpected exposure to rosin (colophony) - Rosin sources revealed with chemical analyses. Contact Dermatitis, 1996. 35(5): p. 272-278.
  9. Holmbom, B., Improved Gas Chromatographic Analysis of Fatty and Resin Acid Mixtures with Special Reference to Tall Oil. J Am Oil Chem Soc, 1977. 54: p. 289-293.
  10. Karlberg, A.T., E. Gafvert, and C. Liden, Environmentally Friendly Paper May Increase Risk of Hand Eczema in Rosin-Sensitive Persons. Journal of the American Academy of Dermatology, 1995. 33(3): p. 427-432.
  11. Karlberg, A.T., C. Liden, and E. Ehrin, Colophony in Mascara as a Cause of Eyelid Dermatitis - Chemical-Analyses and Patch Testing. Acta Dermato-Venereologica, 1991. 71(5): p. 445-447.
  12. Sadhra, S., C.N. Gray, and I.S. Foulds, High-performance liquid chromatography of unmodified rosin and its applications in contact dermatology. J Chrom B, 1997. 700: p. 101-110.
  13. Shao, L.P., et al., 15-Hydroperoxydehydroabietic Acid - a Contact Allergen in Colophony from Pinus Species. Phytochemistry, 1995. 38(4): p. 853-857.
  14. Scalarone, D., et al., Direct-temperature mass spectrometric detection of volatile terpenoids and natural terpenoid polymers in fresh and artificially aged resins. Journal of Mass Spectrometry, 2003. 38(6): p. 607-617.
  15. Scalarone, D., et al., MALDI-TOF mass spectrometry on cellulosic surfaces of fresh and photo-aged di- and triterpenoid varnish resins. J Mass Spectrom, 2005. 40(12): p. 1527-35.
  16. Hausen, B.M., et al., Contact Allergy Due to Colophony.9. Sensitization Studies with Further Products Isolated after Oxidative-Degradation of Resin Acids and Colophony. Contact Dermatitis, 1993. 29(5): p. 234-240.
  17. Karlberg, A.T. and E. Gafvert, Isolated colophony allergens as screening substances for contact allergy. Contact Dermatitis, 1996. 35(4): p. 201-207.
  18. Sainio, E.L., M.L. HenriksEckerman, and L. Kanerva, Colophony, formaldehyde and mercury in mascaras. Contact Dermatitis, 1996. 34(5): p. 364-365.
  19. Karlberg, A.T. and C. Liden, Colophony (Rosin) in Newspapers May Contribute to Hand Eczema. British Journal of Dermatology, 1992. 126(2): p. 161-165.
  20. Bergh, M., T. Menne, and A.T. Karlberg, Colophony in Paper-Based Surgical Clothing. Contact Dermatitis, 1994. 31(5): p. 332-333.
  21. Smith, P.A., et al., Detection of resin acid compounds in airborne particulate generated from rosin used as a soldering flux. American Industrial Hygiene Association Journal, 1997. 58(12): p. 868-875.
  22. Örså, F. and B. Holmbom, A convenient method for the detemination of wood extractives in papermaking process waters and effluents. Journal of Pulp and Paper Science, 1994. 20(12): p. 361-365.
  23. Jones, K., et al., Identification of a possible biomarker for colophony exposure. Occup Med (Lond), 2001. 51(8): p. 507-509.

 

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |



Version 1.0 Marts 2009, © Miljøstyrelsen.