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Die Qualitätskontrolle von Haar-, Haut- und Zahnpflegeprodukten gewinnt für Hersteller immer mehr an Bedeutung. Neben dem Schutz unserer Gesundheit ist es ebenso wichtig, den Verkauf von Produkten zu vermeiden, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Produktrückrufe sind sehr teuer und wirken sich nachhaltig auf die Reputation eines Unternehmens aus. Daher ist ein intensives Testen dieser unterschiedlichen Pflegeprodukte unerlässlich, bevor sie auf den Markt gebracht werden. Dieser Artikel zeigt, wie die Verwendung der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) für QC und Produktscreening die ideale Wahl für Hersteller von Körperpflegeprodukten ist. Die Technik ist nicht nur schnell und zerstörungsfrei, sie ist auch einfach anzuwenden und kommt ohne Chemikalien aus.
In den nächsten Abschnitten werden verschiedene Arten von Körperpflegeprodukten vorgestellt, gefolgt von einer Erläuterung der NIRS-Analysetechnik und einem Anwendungsbeispiel, wie NIRS für die Qualitätskontrolle von Shampoo und verwandten Produkten verwendet werden kann.
Haarpflegeprodukte:
Shampoos und Conditioner sind komplexe Mischungen aus Detergenzien, Konservierungsmitteln und Wirkstoffen (z. B. Antischuppenpräparaten). Haarspülungen bestehen aus einer Mischung aus Wasser und hydrophoben Inhaltsstoffen, die eine Emulsion mit einer bestimmten Tröpfchengröße bilden. Diese Tröpfchengröße variiert während der verschiedenen Verarbeitungsschritte und es ist von großer Bedeutung, sie zu kontrollieren, da sie die Leistung des Konditionierers beeinflusst. Also die Tröpfchengröße ist ein regelmäßig zu bestimmender Qualitätsparameter.
Haargele, Wachse, Cremes, und Sprays sind kosmetische Produkte zum Stylen und Schützen der Haare. Um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, werden viele verschiedene Inhaltsstoffe nach strengen Rezepturen verwendet. Nicht-Aerosol-(dh Pump-)Haarsprays enthalten hauptsächlich Lösungsmittel und Copolymere. Einige Haarcremes enthalten Wirkstoffe zur Behandlung von Schuppen oder anderen Problemen. Dabei ist die Wirkstoffmenge im Endprodukt entscheidend. Daher muss die Wirkstoffkonzentration als einer von vielen Parametern zur Qualitätskontrolle regelmäßig bestimmt werden.
Hautpflegeprodukte:
Seife wird für Hygienezwecke in flüssiger oder fester Form verwendet. Die Seifenproduktion beginnt mit der Verseifung, gefolgt von der Reinigung, um Verunreinigungen und Nebenprodukte des Verseifungsprozesses zu entfernen. Bei der Herstellung fester Seifenstücke wird das Rohmaterial getrocknet und nach dem Reinigungsschritt zu Stücke geschnitten. Die Spezifikation des fertigen Produkts hängt von der Qualität der verwendeten Seifenstücke ab.
Cremes und Lotionen werden aus verschiedenen Gründen äußerlich auf die Haut aufgetragen – zum Beispiel als Träger von Wirkstoffen, um deren Aufnahme zu unterstützen. Diese Produkte helfen auch, den Feuchtigkeitsgehalt der Haut zu normalisieren. Lotionen sind Bestandteil von Körperpflegeprodukten, Kosmetika oder Pharmazeutika und müssen daher strenge Anforderungen an die Qualitätskontrolle erfüllen. Einer der wichtigsten Qualitätsparameter ist der Wassergehalt, da er einen wesentlichen Beitrag zur Textur und den Befeuchtungseigenschaften von Lotionen leistet.
Zahnpflegeprodukte:
Zahnpasta ist für die Mundhygiene bestimmt und muss mehrere Qualitätsanforderungen erfüllen, um eine sichere Anwendung zu gewährleisten. Üblicherweise zu bestimmende Parameter sind Zusatzstoffe, Farbstoffe und Wirkstoffe. Die Bestimmung dieser Parameter erfordert oft eine Probenvorbereitung, komplexe Analysetechniken und Chemikalien.
Mundwasser ist eine antiseptische Lösung zur Verringerung der mikrobiellen Belastung in der Mundhöhle. Parameter wie Wirkstoffe, ätherische Öle, Farbstoffe und mehr müssen getestet werden, um die Qualitätskontrollen zu bestehen.
Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) – das ideale Gerät zur Qualitätskontrolle von Haar-, Haut- und Zahnpflegeprodukten
Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist seit mehr als 30 Jahren eine etablierte Methode zur schnellen und zuverlässigen Qualitätskontrolle von Körperpflege- und Kosmetikprodukten. Viele Unternehmen berücksichtigen jedoch immer noch nicht konsequent die Implementierung von NIRS in ihren QA/QC-Laboren. Die Gründe könnten entweder begrenzte Erfahrungen mit Anwendungsmöglichkeiten oder eine allgemeine Zurückhaltung bei der Implementierung neuer Methoden sein.
Es gibt mehrere Vorteile der Verwendung von NIRS gegenüber anderen herkömmlichen Analysetechnologien. Zum einen ist NIRS in der Lage, mehrere Parameter in nur 30 Sekunden ohne Probenvorbereitung zu messen! Die von NIRS verwendete nicht-invasive Licht-Materie-Wechselwirkung, die sowohl von physikalischen als auch von chemischen Probeneigenschaften beeinflusst wird, macht es zu einer hervorragenden Methode zur Bestimmung beider Eigenschaftstypen.
Für detailliertere Informationen über NIRS als Sekundärtechnik lesen Sie bitte unsere vorherigen Blogbeiträge.
NIR vs. IR: Was ist der Unterschied?
Wie Sie die NIR-Spektroskopie in Ihren Arbeitsablauf im Labor integrieren
Vorkalibrierungen der NIR-Spektroskopie: Sofortige Ergebnisse
ASTM E1655: NIRS als QC-konforme Technik
ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) ist ein Leitfaden für die multivariate Kalibrierung von Infrarotspektrometern, die zur Bestimmung der physikalischen oder chemischen Eigenschaften von Materialien verwendet werden. Diese Praktiken gelten für Analysen, die im Spektralbereich des nahen Infrarots (NIR) (etwa 780 bis 2500 nm) bis zum Spektralbereich des mittleren Infrarots (MIR) (etwa 4000 bis 400 cm) durchgeführt werden-1).
Welche Parameter und Anwendungen sind generell für die NIRS-Analyse möglich?
Typischerweise werden Schlüsselparameter für die Qualitätskontrolle von Haar-, Haut- und Zahnpflegeprodukten wie Feuchtigkeitsgehalt, Tenside, Wirkstoffe, Jodzahl und Total Fatty Matter (TFM) im Labor mit chemischen und physikalischen Methoden bestimmt. Diese Methoden haben nicht nur hohe laufende Kosten – sie sind auch zeitaufwändig.
Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) kann diese Probleme überwinden, da sie weder Chemikalien noch Probenvorbereitung erfordert, Ergebnisse in weniger als einer Minute liefert und sogar von Nicht-Chemikern verwendet werden kann. Darüber hinaus können zahlreiche chemische und physikalische Parameter gleichzeitig bestimmt werden. Die kombinierten Vorteile dieser Technologie machen NIRS zur idealen Lösung für viele tägliche QA/QC-Messungen oder sogar Ad-hoc-Atline-Analysen.
Anwendungsbeispiel: Qualitätskontrolle von Tensiden in Shampoos mit NIRS
Die Bestimmung von Tensiden wie Natriumlaurylethersulfat (SLES), Cocamidopropylbetain (CAPB), Cocamidopropylaminoxid (CAW), Cocamiddiethanolamin (DEA) und Carbopol in Shampoos ist ein kosten- und zeitintensiver Prozess, da für diese Analysen mit herkömmlichen Labortechniken große Mengen an Chemikalien benötigt werden.
Um einige der Vorteile der Verwendung von NIRS als QC-Tool aufzuzeigen, wurden Shampooproben mit einem Metrohm DS2500 Solid Analyzer im Transflexionsmodus über den gesamten Wellenlängenbereich (400–2500 nm) gemessen. Es wurde ein DS2500 Slurry Cup verwendet, der die Positionierung der Probe und die Reinigung des Probengefäßes vereinfacht. Der 1 mm große diffuse Goldreflektor definiert für alle Messungen die gleiche Schichtdicke, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.
Die erhaltenen Vis-NIR-Spektren (Abbildung 1) wurden zur Erstellung von Vorhersagemodellen für die Bestimmung mehrerer wichtiger Inhaltsstoffe in Shampoo verwendet. Die Qualität der Vorhersagemodelle wurde anhand von Korrelationsdiagrammen bewertet, die die Korrelation zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den Werten der Primärmethode darstellen (Abbildung 2). Die jeweiligen Gütezahlen (FOM) zeigen die erwartete Präzision einer Vorhersage während der Routineanalyse (Abbildung 2 und Tabelle 1).
Tabelle 1. Konzentrationsbereiche und Gütezahlen (FOM) für wichtige Inhaltsstoffe, gemessen in Shampooproben mit dem DS2500 Solid Analyzer.
| Parameter | Bereich (%) | R2 | SECV |
|---|---|---|---|
| SLES | 2–13 | 0.991 | 0.4% |
| KAP | 0–2 | 0.993 | 0.05% |
| CAW-Tensid | 0–2 | 0.991 | 0.12% |
| Carbopol | 0–3 | 0.998 | 0.04% |
| Cocamide DEA | 0–3 | 0.997 | 0.05% |
| Polyquaternium-7 | 0.2–1.9 | 0.991 | 0.07% |
Diese Lösung zeigt, dass sich die NIR-Spektroskopie hervorragend für die Analyse mehrerer Inhaltsstoffe in Shampoos ohne Probenvorbereitung oder Verwendung chemischer Reagenzien eignet. Darüber hinaus werden Ergebnisse in weniger als einer Minute erzielt, was den Benutzern wertvolle Zeit spart.
Betriebskosten: Nasschemische Verfahren vs. NIRS
Die Betriebskosten sind beim Einsatz der NIR-Spektroskopie im Vergleich zu nasschemischen Methoden deutlich niedriger. Ein Vergleich der Betriebskosten bei der Verwendung von Titration/HPLC mit NIR-Spektroskopie für die Bestimmung wichtiger Qualitätsparameter in Shampoo ist in Abbildung 3 dargestellt.
Zusammenfassung
Die Qualitätskontrolle ist ein entscheidender Aspekt für die Substanzen, die wir auf unserer Haut und für unsere Zahnpflege verwenden. Da wir täglich mit Körperpflegeprodukten in Berührung kommen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass sie den Industrienormen und -vorschriften entsprechen und sicher in der Anwendung sind. Die herkömmliche nasschemische Analyse verschiedener QC-Parameter in Haar-, Haut- und Zahnpflegeprodukten erfordert den Einsatz chemischer Reagenzien, qualifizierte chemische Analytiker und viel Zeit für die Vorbereitung und Analyse der Proben. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist eine schnelle Alternative, die keine Chemikalien oder Probenvorbereitungsschritte erfordert und auch von nichttechnischem Personal durchgeführt werden kann. Es können mehrere Parameter gleichzeitig gemessen werden, was die Analysezeit weiter verkürzt, und die Ergebnisse werden in weniger als einer Minute geliefert.
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Die Unterschätzung von QC-Prozessen ist einer der Hauptfaktoren, die zu internen und externen Produktfehlern führen, die Berichten zufolge zu Umsatzeinbußen zwischen 10 und 30 % führen. Infolgedessen werden viele verschiedene Normen eingeführt, um die Hersteller dabei zu unterstützen. Die Zeit bis zum Ergebnis und die damit verbundenen Kosten für Chemikalien können jedoch sehr hoch sein, was viele Unternehmen dazu veranlasst, die Nahinfrarot-Spektroskopie in ihren QC-Prozess zu integrieren. Das folgende Whitepaper veranschaulicht das Potenzial von NIRS und zeigt Kosteneinsparpotenziale von bis zu 90 % auf.
