Couplage. Allergens, fragrances, gas chromatography, mass spectrometry

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1 Couplage Saïd Kinani 1, Stéphane Bouchonnet 1, Axelle Magne 2 Détection et dosage de composés allergènes dans des compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse RÉSUMÉ L analyse des allergènes dans les parfums constitue depuis plusieurs années un défi majeur pour l industrie de la parfumerie et des cosmétiques. Le couplage entre la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC-MS) apparaît comme la technique de choix pour l analyse de ces composés. Cependant, la présence d interférents nombreux et abondants rend l analyse particulièrement difficile, à tel point que, malgré les enjeux économiques et légaux, il n existe pas aujourd hui de méthode validée pour la quantification des allergènes dans les parfums. Nous avons développés et comparés trois méthodes de GC-MS : une méthode de SIM («Selected Ion Monitoring») sur quadripôle et deux méthode de spectrométrie de masse en tandem, l une sur trappe ionique, l autre sur triple quadripôle. Les méthodes de SIM et de MRM («Multiple Reaction Monitoring») ont été appliquées à l analyse d une cinquantaine de compositions de parfumerie. Aucune des deux méthodes n est totalement satisfaisante mais la MRM est globalement la plus performante : elle est plus précise en quantification et fournit statistiquement moins de faux positifs (allergène détecté alors que celui-ci n est pas présent dans le parfum) et de faux négatifs (allergène présent mais non détecté) que le SIM. MOTS CLEFS Allergènes, parfums, chromatographie en phase gazeuse, spectrométrie de masse Analysis of allergen compounds in fragrances by gas chromatography - mass spectrometry SUMMARY Analysis of allergens in fragrances remains a very challenging task for perfume and cosmetic manufacturers. The coupling between gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS) constitutes a technique of choice for the analysis of these compounds. Numerous and abundant interfering compounds make the analysis such diffi cult that there is no validated method to quantify allergen in fragrances nowadays, in spite of legal and economical stakes. We developed and compared three GC-MS methods. One uses a quadrupole in the selected ion monitoring (SIM) mode. Other methods use tandem mass spectrometry; one is performed on an ion trap and one uses a triple quadrupole in the multiple reaction monitoring (MRM) mode. Both the SIM and MRM methods were applied to the analysis of fi fty fragrance compositions. None of both methods provides fully satisfactory results but MRM appears as the most effi cient one: it is more precise in quantitation and provides less false negatives (a present allergen is non detected) and false positives (an allergen is detected whereas it is not present) than SIM. KEYWORDS Allergens, fragrances, gas chromatography, mass spectrometry 1 Département de Chimie, Laboratoire des Mécanismes Réactionnels - Ecole Polytechnique Palaiseau cedex Tél. : stephane.bouchonnet@dcmr.polytechnique.fr 2 Yves Rocher - Laboratoire central d analyses DQ DIAD - Les Gâtinais La Gacilly cedex 28 SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars 2006

2 Technologie appliquée Détection et dosage de composés allergènes dans les compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse I - Introduction L analyse des allergènes dans les parfums constitue depuis plusieurs années un défi majeur pour l industrie de la parfumerie et des cosmétiques. Les parfums sont de plus en plus l objet de l attention des allergologues et des dermatologues en raison de l augmentation des réactions positives observées lors des tests épicutanés d un bilan allergologique de contact (1, 2). L IFRA («International Fragrance Association») fournit des recommandations quant aux composés allergènes à analyser ; une liste de 24 constituants fait aujourd hui référence (3). Depuis le 11 septembre 2004, le 7 ème amendement de la directive Cosmétique de la législation européenne impose l étiquetage des allergènes présents à plus de 10 dans les produits rincés (savons, shampooings, etc.) et à plus 100 dans les produits non rincés (parfums, déodorants, etc.) (4). Etant donnée la volatilité des constituants de parfums, le couplage entre la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC-MS) est sans conteste une technique de choix pour la détection et la quantification des allergènes dans les compositions de parfumerie (5). Il n existe pas aujourd hui de norme pour l analyse de ces molécules dans les parfums car aucune des méthodes développées à ce jour n est parfaitement satisfaisante. La difficulté tient à deux facteurs principaux : 1) les compositions de parfumerie sont extrêmement complexes ; elles comportent des dizaines voire des centaines de molécules. Une extraction sélective des allergènes est inenvisageable car les propriétés physico-chimiques de ces derniers sont à la fois très diverses et souvent voisines de celles de certains interférents ; 2) certaines molécules allergènes sont susceptibles d être présentes dans des parfums ou des bases de parfumerie à des concentrations allant de l infinitésimal à 90% de la composition ; aucun spectromètre de masse ne peut assurer une quantification précise sur une telle gamme dynamique, à moins d injecter le parfum à différentes concentrations. Etant donnés les enjeux économiques impliqués, les sociétés communiquent peu sur leurs méthodes analytiques et les publications relatives à l analyse des allergènes sont très peu nombreuses. La validation des méthodes dans le domaine de l analyse des allergènes fait toutefois l objet d un groupe de travail associant l Agence française de normalisation (AFNOR) et le Comité européen de normalisation (CEN). Une démarche similaire a été engagée dans le domaine des cosmétiques et de la parfumerie par le COLIPA (european cosmetic toiletry and perfumery association), ces travaux visent l élaboration de directives techniques dans des domaines comme, par exemple, la préparation des échantillons. Les méthodes de GC-MS «classiques» utilisant la détection en SIM («Single Ion Monitoring»), ont montré leurs limites : elles imposent le recours à des chromatogrammes réalisés en balayage sur une large gamme d ions (pour confirmer l identification de certains allergènes) (6) et/ou à des analyses menées en parallèle avec des colonnes capillaires de polarités différentes. Dans les deux cas, la composition de parfumerie doit être injectée deux fois ou plus si la gamme des teneurs en allergènes impose de procéder à l analyse à deux niveaux de dilution (7). Les résultats présentés sont satisfaisants mais portent sur un petit nombre de cas. La principale limite de ces méthodes tient à leur durée ; non pas à la durée de l analyse elle-même, analyse aisément automatisable, mais plutôt au temps que doit consacrer l analyste à l exploitation des chromatogrammes obtenus : le traitement automatique des données n est pas suffisamment fiable et chacun des pics chromatographiques doit être observé, tour à tour, pour vérifier qu il n est pas sujet à coélution. La technique de chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse a été récemment testée pour l analyse des allergènes dans des bases de parfums ; les auteurs s accordent sur le caractère prometteur des résultats obtenus mais les tests ont été trop peu nombreux (seuls quelques cas d analyse ont été présentés) pour conclure à une méthode infaillible (8, 9). La versatilité et la robustesse du système sur des analyses de routine restent à démontrer. A notre connaissance, aucune méthode utilisant la spectrométrie de masse en tandem n a été publiée alors que cette technique est, par théorie, la plus performante qui soit, en termes de sélectivité et de spécificité (10). Nous avons développé trois méthodes pour l analyse par GC-MS des allergènes dans les parfums, elle se fondent sur : 1) l utilisation d un simple quadripôle en SIM à 3 ions ; 2) l utilisation d un triple quadripôle en MRM («Multiple Reaction Monitoring») à 2 transitions ; 3) l utilisation d une trappe ionique en mode MS/MS. Ces trois méthodes comportent rigoureusement le même protocole de séparation chromatographique. Elles ont été comparées en termes de seuil de détection, linéarité de la réponse et répétabilité. Les méthodes SIM et MRM ont permis de déterminer les concentrations en allergènes d une cinquantaine de compositions de parfumerie fournies par trois grandes entreprises françaises de parfums et cosmétiques. Pour chacun de ces parfums, les concentrations en allergènes ont pu être estimées à partir des fiches techniques des matières premières et comparées à nos résultats. Cette étude fournit des données statistiques sur la fiabilité des méthodes SIM et MRM comparées. II - Appareillage et méthodes 1. Produits et solvants Les allergènes de référence ainsi que le 1,4-dibromobenzène et le 4,4 -dibromobiphényl ont été REMERCIEMENTS Les auteurs tiennent à remercier les sociétés Yves Rocher, Guerlain et L Oréal pour leur précieux concours. SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars

3 Figure 1 Chromatogramme d une solution standard d allergènes à 50. Se reporter au tableau I pour l identification des allergènes et étalons internes. fournis par les Sociétés Yves Rocher et Guerlain. La liste des molécules est donnée dans le tableau I. Toutes les dilutions ont été réalisées dans l éthanol (pureté 99,9 % - Sigma-Aldrich Saint Quentin Fallavier - France). Les bases de parfums, évidemment gardées anonymes, ont été gracieusement fournies par les Sociétés Yves Rocher, Guerlain et L Oréal. 2. Chromatographie en phase gazeuse Le chromatographe en phase gazeuse VARIAN CP-3800 équipé d un passeur automatique d échantillons VARIAN CP-8400 est commun aux deux appareils de couplage GC-MS utilisés pour cette étude. La séparation chromatographique est un temps de fermeture de la vanne de «split» de 0,8 minutes ; 1 μl d échantillon est injecté pour chaque analyse. La température de l injecteur est de 280 C. Le débit d hélium est électroniquement régulé à 1,4 cc/min. La programmation en température du four est la suivante : 1 min. à 50 C, montée à 250 C à 3,5 C/min. puis à 280 C à 20 C/min., palier de 0,36 min. à 280 C pour une durée totale de 1 heure. Les conditions chromatographiques sont rigoureusement identiques pour les trois méthodes de GC-MS développées. La figure 1 montre le chromatogramme (courant ionique total), obtenu dans les conditions décrites ci-dessus, d une solution standard d allergènes à 50. réalisée sur une colonne capillaire VARIAN de phase stationnaire peu polaire (10% diphényl / 90% diméthyl polysiloxane) «Factor Four VF-XMS» (60 m, 0,25 mm, 0,25 μm). L utilisation d une colonne capillaire plus courte complique considérablement l exploitation des chromatogramme car elle augmente les coélutions entre allergènes et les coélutions entre allergènes et interférents. Elle oblige par ailleurs à augmenter le nombre d ions (SIM) ou de transitions (MRM) à détecter dans le même segment chromatographique, ce qui implique une baisse significative de la précision de la méthode en quantification ainsi que des seuils de détection supérieurs. La phase stationnaire la plus couramment utilisée pour l analyse des allergènes en parfumerie est moins polaire (5% diphényl / 95% diméthyl polysiloxane) que celle retenue pour cette étude. Après tests comparatifs, nous avons constaté que la «Factor Four VF-XMS» procure des pics chromatographiques légèrement plus fins pour les allergènes les plus tardivement élués. Les injections sont effectuées en mode «splitless» avec 3. Spectrométrie de masse Les trois méthodes développées lors de cette étude utilisent l ionisation électronique à 70 ev. Nous avons réalisé des essais préliminaires en ionisation chimique (IC) au méthanol avec la trappe ionique. Les résultats sur les allergènes sont prometteurs en termes de seuil de détection et de répétabilité mais les étalons internes recommandés par l IFRA ont de très faibles affinités protoniques et leur facteur réponse est très faible en IC. Valider une méthode d IC pour l analyse des allergènes imposerait de remplacer les étalons préconisés par l IFRA. 3.1 Développement des méthodes de SIM et de MRM Les méthodes de SIM et de MRM ont été développées avec un analyseur triple quadripôle VARIAN 1200 et présentent les caractéristiques suivantes. La «fenêtre d ouverture» du quadripôle est de 0,7 m/z en SIM ; elle est de 1,5 m/z pour chacun des quadripôles en MRM. La fréquence d acquisition 30 SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars 2006

4 Technologie appliquée Détection et dosage de composés allergènes dans les compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse Tableau I. Principaux paramètres d acquisition des méthodes SIM, MRM et MS/MS optimisées. Les ions en gras sont ceux retenus pour la qualification. Analytes Tret. (min) SIM MRM en TQ MS/MS en trappe ionique Ions (m/z) Transitions (Vcoll en Volt) Parent (m/z) Vcoll (V) Fils (m/z) Limonène 17, (15) (15) 93 1, Alcool benzylique 18, (15) (15) 108 0, Linalol 20, (20) (20) 121 0, Méthylheptine carbonate 24, (20) (10) 155 0, EI-1 25, (40) (40) 236 1, Citronnellol 25, (15) (15) 123 0, Néral 26, (15) (10) 135 1, Géraniol 26, (18) (15) 137 0, Géranial 27, (20) (10) 135 1, Hydroxycitronellal 28, (15) (10) 137 1, Aldéhyde cinnamique 28, (10) (20) 131 1, Alcool anisique 28, (15) (15) 138 0, Alcool cinnamique 29, (15) (15) 134 0, Eugénol 31, (25) (25) 164 1, Isoeugénol 34, (25) (25) 164 1, Méthyl ionone gamma 35, (25) (25) 135 0, Coumarine 35, (20) (20) 146 0, Lilial 37, (25) (15) 189 0, Aldéhyde amylcinnamique 41, (15) (15) 203 1, Lyral 42, (20) (20) 175 1, Alcool amylcinnamique 42, (20) (20) 187 1, Farnésol 42, (20) (20) 121 1, Aldéhyde hexylcinnamique 44, (15) (15) 216 1, Benzoate de benzyle 45, (25) (25) 91 1, Salicylate de benzyle 48, (20) (15) 91 1, EI-2 53, (30) (30) 152 1, Cinnamate de benzyle 55, (35) (35) 193 1, SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars

5 est de 2,5 spectres/seconde. Le courant d ionisation est fixé à 150 μa. Le multiplicateur d électrons est en mode «standard» (valeur automatiquement ajustée par le logiciel ; 1140 V dans notre cas) pour les segments d acquisition comportant un seul allergène, en mode «high gain» (1340 V dans notre cas) pour les segments comportant plusieurs allergènes (ou un allergène et un étalon interne). Les analytes groupés dans un même segment en raison de temps de rétention très proches apparaissent sur fond vert dans le tableau I. Les températures de la ligne de transfert, de la source et de l enceinte contenant les quadripôles sont respectivement de 280, 220 et 40 C. En MRM, l activation par collisions est réalisée avec de l argon à une pression partielle dans la cellule de 1,0 mbar. Le tableau I récapitule les principaux paramètres associés à la détection des allergènes pour ces deux méthodes : les 3 ions retenus pour le SIM, les 2 transitions choisies pour la MRM en triple quadripôle et les tensions d accélération associées (proportionnelles à l énergie de collision). L ion représenté en caractère gras est celui retenu pour la quantification. 3.2 Développement de la méthode de MS/MS Une méthode de MS/MS a également été développée sur une trappe ionique à ionisation interne «Saturn 2000» VARIAN. Le courant d émission des électrons est de 50 μa et le temps d ionisation est automatiquement ajusté grâce à un protocole «AGC» («Automatic Gain Controller»). La tension du multiplicateur d électrons est fixée 200 V au dessus de la valeur automatiquement ajustée (1750 V dans notre cas). L activation par collisions est réalisée en mode résonant. Pour chaque allergène, l ion précurseur est isolé en 5 ms à un qz de 0,3 avec une fenêtre de 3,0 m/z. L excitation par résonance dure 20 ms. Les ions précurseurs et ions fils choisis sont donnés dans le tableau I, ainsi que l amplitude de la radiofréquence (notée «Vcoll.») appliquée pour la mise en résonance de l ion parent. La répartition des allergènes en segments analytiques est rigoureusement identique à celle des méthodes développées en simple et triple quadripôle. Pour chaque segment, la gamme de balayage débute 5 Th sous l ion fils de plus petit m/z et termine 5 Th au dessus de l ion fils de plus grand m/z. La fréquence d enregistrement des spectres est de 4 spectres/seconde. 4. Quantification La quantification est réalisée automatiquement, par logiciel, pour les trois méthodes de GC-MS, avec 1 ion pour la quantification plus 2 ions «qualifiants» en SIM et 1 ion pour la quantification plus 1 ion «qualifiant» pour chacune des méthodes de MS/MS et MRM. Le terme «qualifiant» signifie que l ion a été jugé caractéristique de l analyte et que son abondance relative (par rapport à celle de l ion utilisé pour la quantification) est retenue comme critère d identification. La tolérance quant aux variations des abondances relatives des ions dépend de l abondance de ces derniers ; nous avons appliqué les critères préconisés par le JOCE («Journal Officiel de la Communauté Européenne») (11). La quantification est réalisée avec les étalons internes recommandés par l IFRA : le 1,4-dibromobenzène et le 4,4 -dibromobiphényl, respectivement désignés par «EI-1» et «EI-2» dans les figures et tableaux. Ces étalons sont ajoutés aux parfums de manière à ce que chacun soit à 50. Chaque allergène est quantifié relativement à l étalon dont il est le plus proche en temps de rétention. Lorsqu un allergène comporte plusieurs constituants, comme par exemple le farnésol qui fournit trois pics chromatographiques majoritaires, étalonnage et quantification sont réalisés à partir du constituant le plus abondant. Seuls les deux isomères du citral, néral et géranial, sont quantifiés séparément car ils sont disponibles purs ou presque. III - Résultats et interprétation 1. Comparaison des méthodes analytiques Le tableau II présente les performances des trois méthodes de GC-MS en termes de limites de quantification, linéarité des facteurs de réponse et coefficients de variation à 10 et 100 pour chacun des allergènes. Les seuils de quantification ont été estimés pour un rapport signal sur bruit de 10 sur le profil chromatographique de l ion retenu pour la quantification. Nous avons vérifié que le rapport des abondances des deux ions fils est conforme aux critères de la méthode à la concentration retenue pour limite de quantification. La linéarité du facteur de réponse (r 2 ) a été calculée sur une gamme de concentrations allant du seuil de quantification à 100. Les coefficients de variation ont été calculés à partir des écarts-types de résultats de quantification portant sur 8 injections à 10 (uniquement pour les allergènes dont la limite de détection est inférieure ou égale à 10 ), et 8 injections à MS/MS en trappe ionique Les seuils de quantification obtenus en MS/MS avec la trappe ionique sont supérieurs à 10 pour 7 allergènes ; ils atteignent 40 pour la méthylheptine carbonate, le géraniol, le géranial, l hydroxycitronellal, l alcool amylcinnamique et le farnésol. Ces seuils élevés, comparés à ceux fournis par les autres méthodes, s expliquent par le fait que la trappe ionique ne permet pas de suivre des ions sélectionnés comme en SIM ni des transitions comme en MRM avec un triple quadripôle, elle fonctionne nécessairement en balayage et le temps imparti à la détection des ions d intérêt est court ; la sensibilité en MS/MS s en trouve diminuée. Par ailleurs, le facteur réponse de certains allergènes n est pas parfaitement linéaire (< 0,99) sur le domaine considéré et les coefficients de variation des analyses réalisées en MS/MS avec la trappe 32 SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars 2006

6 Technologie appliquée Détection et dosage de composés allergènes dans les compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse Tableau II Limites de quantification (LOQ), linéarités des facteurs réponse (r2) et coefficients de variation (CV) des méthodes de SIM, MRM et MS/MS optimisées. SIM à 3 ions en quadripôle MRM en triple quadripôle MS/MS en trappe ionique Analytes LOQ r 2 CV (%) LOQ r 2 CV (%) LOQ r 2 CV (%) Limonène 1 0,998 5,3 4,3 1 0,996 3,3 2,7 1 0,994 13,9 9,4 Alcool benzylique 1 0,998 1,3 1,0 1 0,999 1,3 1,1 2 0,996 11,3 4,6 Linalol 1 0,999 3,0 2,2 1 0,999 3,6 2,4 6 0,996 2,3 0,2 Méthylheptine carbonate 1 0,995 1,7 2,5 1 0,996 5,0 3,4 40 0,999-2,7 EI Citronellol 2 0,996 2,7 2,2 2 0,999 3,6 2,4 6 0,998 6,0 0,9 Néral 1 0,995 1,8 4,0 2 0,999 1,6 2,2 20 0,993-1,8 Géraniol 2 0,996 4,2 3,5 6 0,993 2,6 4,6 40 0,998-9,0 Géranial 1 0,994 1,8 3,7 1 0,997 0,9 1,4 40 0,999-8,1 Hydroxycitronellal 1 0,994 2,3 4,8 6 0,993 3,0 2,6 40 0,970-20,3 Aldéhyde cinnamique 1 0,993 2,0 3,4 1 0,998 3,6 3,0 2 0,978 12,9 2,0 Alcool anisique 2 0,994 2,3 2,9 2 0,997 2,1 1,3 6 0,998 1,2 0,8 Alcool cinnamique 2 0,996 1,5 2,3 2 0,996 2,9 3,4 6 0,986 6,2 2,2 Eugénol 1 0,997 4,3 1,0 1 0,998 0,4 1,7 1 0,998 4,0 1,0 Isoeugénol 1 0,998 2,5 1,0 1 0,998 1,3 1,6 1 0,997 23,6 4,9 Méthyl ionone gamma 1 0,997 1,5 1,9 1 0,999 0,7 1,2 1 0,997 31,9 6,7 Coumarine 1 0,997 1,3 1,8 1 0,999 0,9 0,8 1 0,997 25,8 7,6 Lilial 1 0,995 0,6 2,6 1 0,997 2,7 3,1 1 0,997 20,9 5,7 Aldéhyde amylcinnamique 1 0,995 0,7 0,8 1 0,999 2,3 3,9 1 0,999 20,8 5,6 Lyral 2 0,998 2,0 1,5 6 0,998 3,2 2,2 10 0,993 13,6 8,2 Alcool amylcinnamique 2 0,994 4,5 0,4 2 0,997 4,0 0,9 40 0,999-18,2 Farnésol 6 0,991 21,1 4,8 8 0,993 6,2 2,2 40 0,982-4,7 Aldéhyde hexylcinnamique 1 0,999 2,2 0,9 1 0,993 2,5 3,0 1 0,999 19,1 6,7 Benzoate de benzyle 1 0,998 1,4 1,1 1 0,999 2,9 2,2 2 0,995 8,0 5,9 Salicylate de benzyle 2 0,997 1,1 1,0 6 0,997 2,0 0,4 2 0,995 24,5 8,2 EI Cinnamate de benzyle 1 0,999 1,3 1,2 1 0,999 0,3 0,5 2 0,997 19,1 2,5 SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars

7 ionique à partir d une solution standard à 10 ne sont pas satisfaisants puisqu ils atteignent des valeurs de l ordre de 25 % pour bon nombre d analytes. Ces variations importantes sont imputables au manque de sensibilité évoqué plus haut mais également aux problèmes d autoprotonation, fréquemment rapportés par les utilisateurs de ce type de spectromètre de masse, que nous avons constatés lors de ces analyses. Cela signifie que la méthode MS/MS en trappe ionique n est pas performante aux concentrations les plus basses et qu elle ne peut convenir à l analyse des allergènes dans des produits non rincés (sauf à envisager une reconcentration de l échantillon, ce qui est délicat et peut considérablement augmenter l incertitude de mesure) Perspectives avec la trappe ionique La trappe ionique pourrait néanmoins être particulièrement efficace avec une méthode «hybride» utilisant, tour à tour, au cours d une même séparation chromatographique, l ionisation électronique et l ionisation chimique. La trappe ionique à ionisation interne est le seul spectromètre de masse à permettre le recours à des méthodes de ce type ; l efficacité de ces dernières a déjà été démontrée (12). Le recours à l ionisation chimique impose de s éloigner des recommandations de l IFRA mais nos premiers résultats dans ce domaine sont très prometteurs SIM et MRM en simple et triple quadripôle Les tests sur compositions de parfumerie présentés ci-dessous ont été réalisés en ionisation électronique avec les méthodes de SIM en simple quadripôle et de MRM en triple quadripôle. La comparaison de ces dernières en termes de performances montre que, sur les solutions de standards, le SIM procure des limites de détection plus basses que la MRM. Il est clair qu en MRM, l étape d activation par collisions entraîne inévitablement une perte d ions d intérêt, expliquant l obtention de limites de quantification globalement supérieures à celles fournies par le SIM. Avec des seuils inférieurs à 10 pour tous les allergènes, la méthode MRM est néanmoins compatible avec les normes analytiques en cours. Il est à noter que, dans ses recommandations portant sur les méthodes analytiques, le JOCE attribue 5 points d identification aux méthodes de MRM impliquant 2 transitions à partir de 2 ions précurseurs et 4 points à celles impliquant 2 transitions à partir d un unique parent (13). Nous avions donc tenté, dans un premier temps, de développer la méthode de MRM avec 2 ions précurseurs pour chaque allergène mais la méthode résultante fournissait des seuils de détection trop élevés pour certains analytes. Nous avons donc optimisé une méthode «hybride» avec 2 ions précurseurs chaque fois que c est possible et un seul quand nécessaire. Les valeurs des coefficients de variation (CV) calculés sur les mesures à 10 et 100 sont du même ordre de grandeur en SIM et en MRM. Etant données les incertitudes inhérentes à la quantification des allergènes dans les parfums, ils sont très satisfaisants (inférieurs à 5%) dans la majorité des cas. Il est à noter néanmoins que le SIM fournit un CV particulièrement élevé pour le farnésol à 10 : 21,1 %. 2. Application à l analyse de compositions de parfumerie En partenariat avec les laboratoires de trois grandes industries de parfumerie et de cosmétiques, nous avons testé les méthodes de SIM en quadripôle et de MRM en triple quadripôle sur des matières premières naturelles et des compositions de parfumerie (bases qui seront diluées dans l éthanol pour réaliser un parfum). Chaque échantillon a été analysé dilué à 1,0 % et à 0,1 % ; la valeur de concentration retenue pour chaque allergène est celle dont la détermination s est faite la plus «au centre» de la droite de calibration (là où les déviations des points de gamme par rapport à la droite de calibration sont les moins importantes). Les résultats des analyses effectuées avec chacune des méthodes sont comparés aux concentrations théoriques, concentrations estimées à partir des fiches de sécurité des fournisseurs de matières premières. Quelques compositions ont été réalisées spécialement pour cette étude, exclusivement à partir de matières premières dont les teneurs en allergènes étaient précisément connues. La principale difficulté de la comparaison réside en effet dans le fait que les estimations des fournisseurs peuvent se révéler approximatives : selon les cas, les concentrations en allergènes sont estimées à partir de données bibliographiques, de fiches de sécurités d un fournisseur en amont, de dosage par GC-FID (détecteur à ionisation de flamme), par GC-MS, etc. Par précaution, les concentrations en allergènes indiquées sur les fiches de sécurité des fournisseurs sont généralement surestimées. Dans la confrontation des résultats aux données des fournisseurs, nous avons donc appliquée une «tolérance» de 20 %. A titre d exemple, le tableau III montre une comparaison des résultats obtenus en SIM et en MRM. Lorsque la valeur déterminée ne s écarte pas de plus de 20 % de la valeur attendue, le résultat est considéré comme correct. Lorsque le résultat s écarte de plus de 20 % de la valeur attendue, on considère qu il y a surestimation ou sous-estimation. Il y a «faux positif» lorsque la présence d un allergène est détectée alors que celui-ci n est pas présent dans le parfum, «faux négatif» lorsqu un allergène présent n est pas détecté. Le tableau 3 donne un exemple de comparaison SIM / MRM sur une composition de parfumerie. Le tableau IV (voir page 36) fournit la compilation des analyses réalisées par SIM et par MRM sur une cinquantaine de compositions de parfumerie. Pour chacun des allergènes, nous avons rapporté, en pourcentage, la proportion de surestimations, sous-estimations, faux positifs, faux négatifs et résultats satisfaisants obtenus en SIM et en MS/MS. 34 SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars 2006

8 Technologie appliquée Détection et dosage de composés allergènes dans les compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse Analytes Quantité estimée () Quantité mesurée par la méthode SIM () Quantité mesurée par la méthode MRM () Limonène 59,4 51,7 57,0 Commentaires Alcool benzylique 2,0 1,7 1,5 sous-estimation Linalool 32,9 32,1 35,5 Méthylheptine carbonate 0,0 0,5 0,0 faux positif Citronellol 102,7 74,6 102,0 sous-estimation Néral 1,30 0,00 1,25 faux négatif Géraniol 57,8 65,6 55,8 Géranial 1,5 1,4 1,1 sous-estimation Hydroxycitronellal 20,6 22,6 19,6 Aldéhyde cinnamique - 0,23 0,06 faux positif Alcool anisique Alcool cinnamique Eugénol 4,3 4,4 4,2 Isoeugénol 0,5 0,5 0,5 Méthyl ionone gamma 5,1 4,1 4,6 Coumarine 52,7 49,3 56,9 Lilial Aldéhyde amylcinnamique 3,8 4,2 4,1 Lyral 0,0 4,7 0,0 faux positif Alcool amylcinnamique 0,0 5,3 0,0 faux positif Farnésol Aldéhyde hexylcinnamique Benzoate de benzyle 12,9 11,1 13,3 Salicylate de benzyle 1,9 2,1 2,2 Cinnamate de benzyle Tableau 3 Comparaison des résultats obtenus par les méthodes de SIM et de MRM sur une composition de parfumerie. Les résultats présentés sur fond vert sont ceux qui posent problème. Les résultats présentés sont à nuancer en fonction du pourcentage d occurrence dans les parfums testés. Certains allergènes sont statistiquement peu présents dans les parfums. Par exemple, l alcool anisique et l alcool cinnamique ont des occurrences de 8 % (soit 4 parfums sur les 50 analysés). Le nombre de cas est alors trop faible pour que les statistiques associées soient recevables en tant que telles, elles constituent seulement une indication de tendance. La majorité des allergènes présente un pourcentage de résultats satisfaisants supérieur à 75 % (17/25 en SIM, 21/25 en MRM) mais les problèmes demeurent nombreux. Les faux positifs sont fréquents, particulièrement en SIM. Ils sont dus à des interférents présentant à la fois des temps de rétention voisins de ceux des allergènes concernés et des ions communs avec ces allergènes dans les mêmes proportions relatives. Pour quelques allergènes (méthylheptine carbonate, géranial, aldéhyde cinnamique, cinnamate de benzyle), les faux SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars

9 Tableau 4 Présentation statistique des résultats obtenus sur une cinquantaine de parfums en SIM et MRM. Occurrences et résultats sont donnés en pourcentage. positifs concernent 16 % des analyses réalisées en MRM alors que ce mode d acquisition est réputé particulièrement spécifique. Ce résultat décevant illustre la principale difficulté de l analyse des allergènes : certains interférents sont de structures très voisines, parfois même isomères de l allergène à quantifier. C est ainsi que de nombreux terpènes ont des propriétés physico-chimiques très voisines de celles du limonène et des spectres de masse quasiment identiques : les risques d interférence sont très grands. L exemple du lyral est éloquent : nos analyses montrent 20 % de faux positifs en SIM, 12% de faux positifs en MRM. En partenariat avec les parfumeurs, nous avons pu récemment Analytes et occurrence (%) dans les tests Résultats en SIM Faux positifs Faux négatifs Résul-tats satisfaisants Résultats en MRM Surestimations Sousestimations Surestimations Sousestimations Faux positifs Faux négatifs Résultats satisfaisants Limonène Alcool benzylique Linalool Méthylheptine carbonate Citronellol Néral Géraniol Géranial Hydroxycitronellal Aldéhyde cinnamique Alcool anisique Alcool cinnamique Eugénol Isoeugénol Méthyl ionone gamma Coumarine Lilial Aldéhyde amylcinnamique Lyral Alcool amylcinnamique Farnésol Aldéhyde hexylcinnamique Benzoate de benzyle Salicylate de benzyle Cinnamate de benzyle SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars 2006

10 Technologie appliquée Détection et dosage de composés allergènes dans les compositions de parfumerie par couplage chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse établir que l un des constituants d un produit largement utilisé en parfumerie, l «iso E super», fournit, dans nos conditions chromatographiques, un pic très voisin de celui de l isomère de lyral choisi pour la quantification de cet allergène. Les ions retenus pour l identification et/ou la quantification du lyral (m/z 93, m/z 177 et m/z 192) sont communs au spectre de ce constituant de l iso E super, constituant dont on sait aujourd hui qu il est responsable des faux positifs répertoriés pour le lyral. Cet exemple illustre les difficultés inhérentes à l analyse des allergènes dans les parfums. Lorsque l interférent est identifié, il est possible de résoudre le problème soit en choisissant d autres ions du spectre du lyral (ou d autres transitions en MRM), soit en modifiant les conditions chromatographiques (nature de la phase stationnaire de la colonne capillaire, ou programmation de température du four) de manière à bien séparer l allergène de l interférent. Le très grand nombre de matières premières utilisées en parfumerie multiplie les risques d interférences. Les méthodes développées dans ce travail sur la seule base des allergènes peuvent être considérablement améliorées en prenant en compte les autres matières premières de la parfumerie. Une approche visant à recenser toutes les interférences possibles, dans des conditions chromatographiques données, et à établir en conséquence le choix des ions en SIM ou des transitions en MRM serait incontestablement fastidieuse à optimiser mais extrêmement efficace. A notre connaissance, il n existe pas à ce jour de méthode de ce type présentée dans la littérature. Figure 2 Extraits de chromatogrammes réalisés en SIM et en MRM à partir d un même parfum. SIM (quadripôle) MRM (triple quadripôle) Surestimations 8,4 5,2 Sous estimations 3,6 2,6 Faux positifs 5,9 4,4 Faux négatifs 3,5 1,9 Tableau 5 Bilan comparatif des risques d erreurs (en %) associés aux méthodes SIM et MRM. Les surestimations, fréquentes en SIM comme en MRM, relèvent pour la plupart du même problème : un interférent remplissant les critères de sélection de la méthode est intégré avec l allergène. La quantité d interférent s ajoute à celle de l allergène et entraîne la surévaluation de ce dernier. Nous avons vérifié que, dans la majorité des cas, les sous-évaluations concernent des cas où les allergènes concernés se trouvent à de faibles concentrations dans le parfum (< 10 ). Aux concentrations les plus faibles, l écart des points de référence à la droite de calibration entraîne une incertitude importante sur la quantification, incertitude à l origine de bon nombre de faux négatifs et faux positifs. Les faux négatifs SPECTRA ANALYSE n 248 Janvier-février-mars

11 concernent 7 allergènes en SIM, 4 en MRM. Un faux négatif résulte de la présence d un interférent présentant un ou plusieurs ions communs avec l allergène analysé : les ions du spectre de SIM ou de MRM de l interférent ont des proportions relatives différentes de celle du spectre de l allergène. En cas de co-élution, les abondances relatives des ions de l allergène et de l interférent s additionnent : le spectre résultant n est pas conforme à celui de référence et le pic chromatographique correspondant à l allergène n est pas intégré, ce dernier n ayant pas été identifié malgré sa présence. La MRM fournit globalement moins de faux négatifs que le SIM. En SIM à 3 ions, la présence d un seul ion commun à l interférent et à l allergène suffit à provoquer un faux négatif alors qu en MRM, un faux négatif résulte de la présence d une transition commune (même fragmentation à partir du même ion parent). La figure 2 compare des extraits de chromatogrammes obtenus en SIM et en MRM à partir d un même parfum ; elle illustre la meilleure sélectivité de la MRM. Globalement, aucune des deux méthodes n apparaît parfaitement satisfaisante : les risques d erreur demeurent non négligeables. Il apparaît clairement que les résultats obtenus en MRM sont significativement meilleurs à ceux du SIM dans tous les domaines de la comparaison. Le Tableau 5 dresse un bilan comparatif des risques d erreurs associés aux méthodes SIM et MRM. Il apparaît que la méthode de MRM se révèle fournir des résultats statistiquement meilleurs tant pour les sur- et sous-estimations que pour les faux positifs et faux négatifs. Nous avons procédé à une exploitation non automatisée des données sur une dizaine de parfums en considérant les pics chromatographiques des allergènes un par un en en intégrant les pics «manuellement». Cette façon de procéder permet d améliorer considérablement les résultats, en SIM comme en MRM, mais nécessite un temps d interprétation incompatible avec des analyses à haut débit. Nous avons estimé qu une intégration «manuelle» des pics chromatographiques réduit le risque d erreur d environ 60 %. IV - Conclusion Trois méthodes de GC-MS utilisant l ionisation électronique et les étalons internes préconisés par l IFRA ont été optimisées : une méthode de SIM sur quadripôle et deux méthode de spectrométrie de masse en tandem, l une sur trappe ionique, l autre sur triple quadripôle. La séparation chromatographique est satisfaisante ; elle implique une colonne capillaire légèrement plus polaire que celle généralement utilisée pour l analyse des allergènes. Les seuils de quantification obtenus en MS/ MS avec la trappe ionique sont supérieurs à 10 pour certains allergènes. Cette méthode ne peut donc convenir à l analyse des allergènes dans des produits non rincés mais la trappe ionique à ionisation interne pourrait néanmoins s avérer particulièrement efficace avec une méthode «hybride» utilisant à la fois l ionisation électronique et l ionisation chimique. Les méthodes de SIM sur quadripôle et de MRM sur triple quadripôle ont été appliquées à l analyse d une cinquantaine de parfums de différentes origines. La quantification a été automatiquement réalisée par logiciel. Aucune des deux méthodes n apparaît parfaitement satisfaisante : le nombre de surévaluations, sous évaluations, faux positifs et faux négatifs est significatif quelque soit la méthode considérée. Il apparaît néanmoins clairement que, la méthode de MRM étant plus sélective que le SIM, elle se révèle fournir des résultats statistiquement meilleurs dans tous les domaines. Il est à noter qu une exploitation «manuelle» des données permet d améliorer considérablement les résultats (nous avons estimé la réduction des risques d erreur à 60 % environ), en SIM comme en MRM, mais nécessite un temps d interprétation incompatible avec des analyses à haut débit. BIBLIOGRAPHIE (1) GOOSSENS A., LEPOITTEVAIN J.P., Allergie de contact aux cosmétiques et aux composants de parfums : aspects cliniques, chimiques et diagnostiques nouveaux. Revue française d allergologie et d immunologie clinique, 2003, 43, (2) MEYNADIER J.M., RAISON-PEYRON N., MEUNIER L., MEYNADIER J., Allergie aux parfums. Revue française d allergologie et d immunologie clinique, 1997, 37, (3) LEPOITTEVAIN J.P., 7ème amendement à la directive cosmétique : étiquetage des allergènes «parfumés». 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