NIR spektroskopie v průmyslu osobní péče a kosmetiky: Ideální nástroj pro kontrolu kvality a screening produktů – Část 1

Osobní péče a kosmetické produkty jsou v našem každodenním životě všudypřítomné. Většina z nás by nevyšla ven, aniž by nejprve procvičila trochu hygieny, a proto jsou tyto produkty tak široce používány. Produkty osobní péče a kosmetika se aplikují především zevně (např. na vlasy, kůži a nehty) i orálně (např. na zuby, dásně a jazyk) buď z hygienických důvodů, pro úpravu vzhledu nebo pro celkovou údržbu těla. Některé z mnoha příkladů těchto položek pravidelně používaných zahrnují mýdla, pleťové vody, laky na nehty, korektor, barvy na vlasy, vůně, absorbéry ultrafialového záření (UV) a antioxidanty.

Produkty osobní péče se obvykle používají pro hygienické účely a ihned po použití se opláchnou (např. zubní pasta nebo mýdlo), i když některé jsou určeny k ponechání na těle, jako je opalovací krém nebo dezinfekční prostředek na ruce. Naproti tomu kosmetika se běžně nosí na kůži, minimálně několik hodin (např. pleťová voda, make-up, antiperspirant/deodorant a další vůně). Vzhledem k jejich celosvětovému širokému použití se tyto druhy produktů po umytí nebo spláchnutí uvolňují ve velkém množství do životního prostředí, což může vést k vážnému poškození jiných organismů.

Obrázek 1 ukazuje hodnotu globálního trhu osobní péče a kosmetiky pro pět největších předních zemí od roku 2020 [1]. Očekává se, že tento sektor bude v dohledné době dále růst.

Figure 1. Od roku 2020 utratily nejvíce za osobní péči a kosmetické produkty Spojené státy s téměř 100 miliardami dolarů, těsně následované Čínou [1].

Význam kontroly kvality

Vezmeme-li v úvahu rozšířenost těchto druhů předmětů v našem každodenním životě, množství času, který stráví na naší kůži – největším orgánu těla, a vliv, který mohou mít po použití na životní prostředí, náležitá kontrola kvality (QC) osobních péče a kosmetických výrobků je nesmírně důležitá.

Blízká infračervená (NIR) spektroskopie je analytická metoda, která je zvláště vhodná pro zefektivnění kontroly kvality těchto konečných produktů. Ve zbývající části tohoto článku je uveden krátký přehled NIRS, po kterém následují některé aplikace vhodné pro toto odvětví. Tento přehled uzavírá několik příkladů toho, jak mohou výrobci osobní péče a kosmetiky těžit pomocí NIRS v laboratoři.

Technologie NIRS: krátký přehled

Interakce mezi světlem a hmotou je dobře známý proces. Světlo používané ve spektroskopických metodách se typicky nepopisuje použitou energií, ale v mnoha případech vlnovou délkou nebo vlnočty.

NIR spektrometr (jako je Metrohm DS2500 Liquid Analyzer nebo DS2500 Solid Analyzer) měří tuto interakci a generuje spektra, jak je zobrazeno na Obrázek 2. NIRS je zvláště citlivý na přítomnost určitých funkčních skupin (např. CH, NH, OH a SH). Proto je NIR spektroskopie ideální metodou pro kvantifikaci chemických parametrů, jako je obsah vody (vlhkost), obsah alkoholu, jodové číslo, celkový obsah tuku a aktivní složky. Kromě toho je interakce světla a hmoty také závislá na matrici samotného vzorku. To umožňuje detekci fyzikálních a reologických parametrů, jako je hustota a viskozita.

Analyzátor kapalin Metrohm DS2500

Pevný analyzátor Metrohm DS2500

Figure 2. Spektra dezinfekčního prostředku na ruce vyplývající z interakce NIR světla s příslušnými vzorky.

Všechny tyto informace jsou obsaženy v jediném spektru, proto je tato metoda vhodná rychlá multiparametrová analýza.

Režim měření závisí na typu vzorku. The přenosový režim je obecně vhodný postup pro analýzu kapaliny. Během přenosu (Obrázek 3b), NIR světlo prochází vzorkem, zatímco je absorbováno. Jakékoli neabsorbované NIR světlo se odráží k detektoru.

Figure 3. a) Měření kapalin se obvykle provádí v lahvičkách. b) Režim měření je známý jako transmisní, kdy světlo prochází vzorkem, zatímco je absorbováno (ve schématu zleva doprava).

The transflekční režim je obecně vhodný postup pro analýzu krémy. Pro transflexi (Obrázek 4b), NIR světlo prochází vzorkem, poté odražené difuzním reflektorem prochází opět vzorkem, zatímco je absorbováno. Neabsorbované NIR světlo je pak detekováno na konci analýzy.

Figure 4. a) Měření krémů se obvykle provádí v kalíšku s použitím zlatého razítka jako difuzního reflektoru. b) Režim měření je známý jako transflekce, kdy světlo prochází vzorkem, odráží se na difuzním reflektoru a znovu prochází vzorkem, zatímco je absorbováno.

Režim difúzního odrazu je obecně vhodný postup pro analýzu pevných vzorků jako čisticí prostředky. Pro difúzní odraz (Obrázek 5b), NIR světlo osvětlí vzorek a veškeré neabsorbované NIR světlo se odrazí do detektoru.

Figure 5. a) Měření pevných vzorků se obvykle provádí ve vzorkovnicích. b) Režim měření je známý jako odraz, kde je světlo vystaveno vzorku, zatímco rozptýlené odražené světlo je absorbováno.

Postup pro získání spekter, jak je uvedeno v Obrázek 2 již zdůrazňuje dvě hlavní výhody NIR spektroskopie: jednoduchost měření vzorku a Rychlost:

Rychlá technika s výsledky za méně než minutu.
Není nutná žádná příprava vzorku – změřte vzorek tak, jak je.
Nízké náklady na vzorek – nejsou potřeba žádné chemikálie ani rozpouštědla.
Technika šetrná k životnímu prostředí – nevzniká žádný odpad.
Nedestruktivní – vzácné vzorky lze po analýze znovu použít.
Snadná obsluha – nezkušení uživatelé jsou okamžitě úspěšní.

Pro podrobnější informace o NIRS jako sekundární technice si prosím přečtěte naše předchozí příspěvky na blogu.

Předpisy pro osobní péči a kosmetické výrobky

Obecně platí, že předpisy pro osobní péči a kosmetické výrobky nejsou tak přísné jako předpisy pro léčiva, ale existují určité podobné trendy. NIRS je technika, která je na takto regulovaných trzích docela vhodná. Analyzátory Metrohm NIRS jsou v souladu s USP <856> a Kompletní balíček Vision air vyhovuje 21 CFR Part 11.

Přečtěte si více o souladu NIRS s 21 CFR Part 11 v našem souvisejícím blogovém příspěvku níže.

NIR spektroskopie: nástroj vyhovující 21 CFR Part 11 pro kontrolu kvality a screening produktů

Která testovací metoda ASTM dělá z NIRS nástroj vyhovující kontrole kvality?

ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) je průvodcem pro vícerozměrnou kalibraci infračervených spektrometrů používaných pro stanovení fyzikálních nebo chemických vlastností materiálů. Tyto postupy jsou použitelné pro analýzy prováděné v blízké infračervené (NIR) spektrální oblasti (zhruba 780 až 2500 nm) až po střední infračervenou (MIR) spektrální oblast (zhruba 4000 až 400 cm^-1)

Aplikace a parametry pro QC produktů osobní péče a kosmetiky s NIRS

Produkty osobní péče a kosmetika jsou podrobeny standardizovaným testovacím metodám, aby se určily jejich chemické, fyzikální a tribologické vlastnosti. Laboratorní testování je nepostradatelnou součástí R&D a QC. Následující testovací parametry jsou obvykle důležité pro mnoho koncových produktů v tomto odvětví a lze je měřit pomocí NIRS (stůl 1).

Stůl 1. Příklady použití pro použití NIRS pro kontrolu kvality vybraných produktů osobní péče a kosmetiky.

Produkt	Parametry	Konvenční metoda	Související aplikace NIRS
Kontaktní čočky	Vlhkost	KF titrace	AN-NIR-020
Výrobky pro péči o vlasy	Morfologie kapiček, Aktivní složky, Povrchově aktivní látky	Analyzátor velikosti částic, LC-MS, HPLC	AN-NIR-046 AN-NIR-047 AN-NIR-048 AN-NIR-050 AN-NIR-054
Přípravky pro péči o pleť a mýdlo	Vlhkost, ochranný sluneční faktor, celkový obsah tuků, jódové číslo, C8–C14	KF titrace, GC, titrace	AN-NIR-051 AN-NIR-055 AN-NIR-062 WP-023
Výrobky pro péči o zuby	Účinné látky	HPLC	AN-NIR-069
Dezinfekční prostředky na ruce	alyfatické alkoholy, obsah alkoholu	GC	AN-NIR-061 AN-NIR-087
Čistící prostředky	TEAD, PCS, Enzymy	HPLC, titrace	AN-NIR-049 AN-NIR-074
Xanthanová guma	Aktivní složka, glukóza, optická hustota	GC, hustoměr, brixmetr	AN-NIR-052

Budoucí splátky

Tento článek je obecným přehledem použití NIRS jako ideálního nástroje kontroly kvality pro osobní péči a kosmetické produkty. Další díly budou věnovány nejdůležitějším aplikacím s podrobnějšími informacemi o:

Péče o vlasy, pokožku a zuby
Detergenty a dezinfekční prostředky

Odkaz

[1] Obchod s kosmetikou; Euromonitor. Globální hlavní trh krásy a osobní péče 2020.

Vaše znalosti

Zvyšte efektivitu v laboratoři kontroly kvality: Jak NIRS pomáhá snížit náklady až o 90 %

Podcenění procesů kontroly kvality je jedním z hlavních faktorů vedoucích k interním a externím selháním produktů, které údajně způsobují ztrátu obratu mezi 10–30 %. V důsledku toho je zavedeno mnoho různých norem, které mají výrobce v tomto podporovat. Čas potřebný k dosažení výsledku a související náklady na chemikálie však mohou být značně nadměrné, což vede mnoho společností k implementaci blízké infračervené spektroskopie do jejich procesu kontroly kvality. Následující bílá kniha ilustruje potenciál NIRS a ukazuje potenciál úspory nákladů až 90 %.

Author

Wim Guns

International Sales Support Spectroscopy
Metrohm International Headquarters, Herisau, Switzerland