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「清潔さは敬虔さの隣にある」ということわざは、何世紀にもわたって伝えられています。その意味するところは、私たちが身の回りのものを清潔に保つことで、他の動物たちや私たち自身の卑劣な本能よりも高い存在となることができるということです。また、汚れたままでいると病気が蔓延することもよく知られており、清潔にすることは社会全体の利益につながります。そのため、洗剤や消毒剤などの洗浄剤は私たちの日常生活に欠かせないものとなっています。
洗浄剤は私たちの肌に触れることが多く、通常はすすぎや乾燥によって排出されます。そのため、安全性や主要成分の品質管理を確認するために、これらの洗浄剤をテストすることが必要です。このブログ記事では、洗剤や手指消毒剤の使用方法や、近赤外分光法 (NIRS) を使ってこれらの製品の品質管理を行う方法について説明します。
洗剤とは？
よくある言葉は 洗剤と石鹸、これらは 2 つの異なる製品ですが、同じ意味で使用されます。洗剤は「石鹸とは化学的に異なるが、油を乳化し、汚れを懸濁させ、湿潤剤として作用することができる、多数の合成水溶性または液体有機調製品のいずれか」と定義されています [1]。石鹸は、脂肪酸のナトリウム（またはカリウム）塩を形成するためにアルカリと脂肪成分を使用して調製されるという点で異なります。
定義で述べらているように、洗剤は油や汚れを乳化する洗浄剤です。液体洗剤、粉末、濃縮使い捨てポッドなど、さまざまな目的で数種類の製品が市場に出回っています。これらの洗剤は一般的に万能ではありませんが、食器洗い、洗濯、さらにはしつこい汚れや臭いの高効率調合などに特化することができます。
洗剤は何からできていますか？
洗剤の配合は非常に複雑な場合があります。成分は主に、界面活性剤（イオン性、非イオン性、両性）、酵素、防腐剤、キレート剤、漂白剤、染料、香料で構成されています。これらの成分のすべてがすべての洗剤に含まれているわけではありませんが、界面活性剤は、油、汚れ、その他の汚れや臭いの原因となる化合物を乳化するための重要な要件です。酵素はペットの尿に見られるような難しい化合物を分解するために必要です. これらの異なる化合物の組み合わせにより、より表面をきれいにしたりすることができます。
低刺激性洗剤は、敏感肌の人に向けた特殊な製品です。これらは通常無香料（無香料）で染料も含まれていません。有効成分は同じですが、蕁麻疹や発疹のリスクを抑えるために香料やその他の化合物は排除されています。低刺激性洗剤は、販売前に徹底的にテストする必要があります。敏感肌の方は、衣服が一度に何時間も肌に密着するため、特別に調合された洗濯用洗剤の使用を検討する必要があります。 きれいな洗濯物には、皮膚刺激のリスクを伴う必要はありません。
手指の消毒剤（ハンドサニタイザー）とは？
2020 年初めに COVID-19 のパンデミックが始まって以来、手指消毒剤は、手指消毒液とも言われ、ほぼすべての家庭の必需品となっています。手指消毒剤は液体（通常はジェル、フォーム、またはスプレー）で、塗布後すぐに乾くように設計されているため、石鹸、水、タオルが不要になります。手に塗ってこすりつけるだけで、ウイルスや細菌などの病原微生物を不活性化し、有害な細菌の拡散を防ぎます。手指消毒剤を使用しても、有害な化学物質を除去したり、特定の耐性菌を殺したりすることはないため、手洗いの完全な代替品として使用しないでください。
手指消毒剤の成分は？
使用される有効成分に応じて、手指消毒剤は次の 2 つのタイプのいずれかに分類できます。 アルコールをベースにしたもの、アルコールを含まないものがあります。アルコール系手指消毒剤は、通常、有効成分として 60 ～ 95% のアルコール分として、エタノール（エチルアルコール）、イソプロパノール（イソプロピルアルコール）、n-プロパノール [2] などが含まれており、その他にグリセロール、その他の皮膚保湿剤、および少量の水が含まれています。このアルコール濃度では、たんぱく質を変性させて特定の種類の微生物を効果的に殺菌します。世界保健機関は、同様の成分組成を推奨しています [3]。アルコールベースの手指消毒剤は、COVID-19 との戦いにおける重要なツールとして登場しました。手指消毒剤の利便性と携帯性により、2020 年から広く使用されるようになりました。
非アルコールベースの手指消毒剤には、有効成分である塩化ベンザルコニウムが通常 0.1% 前後の濃度で含まれています。塩化ベンザルコニウムは抗菌剤であり、細菌、ウイルス、真菌から保護することが証明されています [4]。アルコールベースの手指消毒剤とアルコールフリーの手指消毒剤には、過酸化水素 (最大 3% の濃度)、染料、香料も含まれています。
近赤外分光法 (NIRS) — 洗剤と手指消毒剤の品質を評価するための理想的なツール
近赤外分光法 (NIRS) は、30 年以上にわたり、パーソナルケア製品と化粧品の品質管理を迅速かつ確実に行うことのできる確立された方法です。しかし、多くの企業では、自社の QA/QC ラボで NIR導入に至っていません。その理由は、実際にNIRで洗剤や手指消毒剤の品質管理を行った経験が少ないためと考えられます。
近赤外分析計（NIRS）を使用することには、他の従来の分析技術よりも利点があります。1 つには、NIRS は、サンプル前処理の必要がなく、わずか 30 秒で複数項目を測定できます。近赤外分析で使用される非破壊の光と物質の相互作用は、サンプルの物理的、化学的特性と関係しており、両方の測定に優れた手法となります。
ここからは、近赤外分析法による洗剤と手指消毒剤の品質管理に利用可能なアプリケーションを紹介します。
ASTM E1655: 赤外線多変量定量分析の標準プラクティスは、サンプルの物理的または化学的特性を測定する際に使用される赤外分光計の多変量キャリブレーションのガイドをカバーしています。これらの手法は、近赤外 (NIR) スペクトル領域 (約 780 ～ 2500 nm) から中赤外 (MIR) スペクトル領域 (約 4000 ～ 400 cm) で行われる分析に適用できます。-1）。
二次技術としての NIRS の詳細については、以前のブログ投稿をお読みください。
洗剤や手指消毒剤の品質管理に利用可能な近赤外分析計での分析項目とアプリケーションはどれですか?
洗剤や手指消毒剤の品質管理では、アルコール、界面活性剤、TAED (テトラアセチルエチレンジアミン、漂白活性化剤)、酵素の含有量を実験室で化学的および物理的方法によって分析されます。これらの分析は、ランニングコストが高いだけでなく時間もかかります。対照的に、近赤外分光法 (NIRS) は、化学薬品もサンプル前処理も必要としないため、消耗品や人件費に関連するコストを節約できます。NIRS は化学者以外でも簡単に使用でき、1 分以内に結果が得られます。さらに、複数の化学的および物理的分析項目を同時に決定できます。この技術の利点を組み合わせることで、NIRS は多くの毎日の QA/QC 測定またはアドホック アトライン分析にとって理想的なソリューションとなっています。
以下のセクションでは、メトロームの液体試料向け NIRS DS2500アナライザー (図1）により、 Vis-NIR スペクトルを使用して、界面活性剤とエタノール含有量の予測モデルをそれぞれ作成しました。予測モデルの品質は、Vis-NIR 予測と主要な方法の値との相関を示す相関図を使用して評価されました。それぞれの性能指数 (FOM) は、ルーチン分析中に予想される予測の精度を示します。
NIRS による液体洗濯洗剤中の界面活性剤含有量の測定
洗濯用洗剤には、柔軟剤、漂白剤、界面活性剤、酵素が含まれています。これらのうち、界面活性剤は、極性化合物と非極性化合物の間の界面を破壊するため、洗浄効果にとって最も重要な要素です。これにより、洗剤は油やその他のグリースだけでなく、土や飲み物の汚れにも効果的です。
液体洗濯洗剤中の界面活性剤含有量の定量化 最も一般的に行われるのは、二相電位差滴定です。この方法の短所には、手動のサンプル調製ステップ (希釈や pH 調整など) が含まれ、測定自体に時間がかかります。対照的に、Vis-NIR 分光法は 1 分未満で高品質の結果が得られ、サンプルの前処理や化学薬品を必要としません。 さまざまな洗濯用洗剤サンプルのスペクトルを以下に示します。 図 2 で与えられた界面活性剤含有量の予測のための相関図とそれぞれの統計値を使用して 図 3.
| 統計値 | 値 |
|---|---|
| R2（相関係数） |
0.97 |
| SEC（検量線の標準誤差） | 2.20mmol/100g |
| SECV（交差確認の標準誤差） | 2.38mmol/100g |
アルコールベースの手指消毒剤のエタノール含有量の NIRS 測定
2020 年、COVID-19 の蔓延により、手指消毒剤の需要が急増しました。多くの企業が手指消毒剤を大量に生産しました。どの製品製造プロセスでもそうであるように、正確な調合によって高品質が実現し、廃棄物を削減できます。これらの溶液に使用される試薬には、水、アルコール (通常はエタノールまたはイソプロパノール)、少量の皮膚軟化剤 (グリセロールなどの皮膚柔軟剤)、および微生物汚染を最小限に抑えるための酸化剤 (過酸化水素など) が含まれます。手指消毒剤のアルコール含有量は、効果的な防腐剤として 60% (v/v) を超える必要があるため、品質管理のために測定する必要があります。
消毒剤の NIRS 分析は簡単なプロセスです。少量のサンプルを使い捨てバイアルにセットするだけです (図 4)、分析を開始すると、数秒でスペクトルが取得されます (図 5）。
近赤外分光法によるエタノール含有量の予測の相関図とそれぞれの統計値を以下に示します。 図 6.
| 統計値 | 値 |
|---|---|
| R2（相関係数） | 0.9977 |
| SEC（検量線の標準誤差） | 0.41 v/v% |
| SECV（交差確認の標準誤差） | 0.56 v/v% |
サマリー
洗剤は、調理器具をきれいにしたり、衣類のしつこい汚れを落としたり、臭いを消したりするために、非常に多くの状況で使用されています。これらの製品の品質管理は、消費者にとっての安全性と有効性を確保するために必要です。
ハンドサニタイザースプレー、ジェル、またはフォームは、石鹸と水が簡単な選択肢ではない場合に衛生状態を維持するための優れた方法です. ただし、消毒力は有効成分の濃度に依存します (塩化ベンザルコニウムを含むアルコール含有製剤またはアルコール非含有製剤)。
この記事で紹介するアプリケーション例は、 近赤外分光法が洗剤や手指消毒剤の複数の成分の分析にしていることを示しています。 サンプル前処理を必要とせず、 1分以内に結果が得られます。近赤外（NIRS）分析では化学試薬は必要ありません、つまり、廃棄物が少なくなり、分析あたりのコスト削減が可能になります。
参考文献
[1] 洗剤の定義. https://www.merriam-webster.com/dictionary/detergent (2023-03-14 アクセス)。
[2] Saha, T.;カドカ、P。ダス、S. C. アルコールベースの手指消毒剤 – 組成、適切な使用および注意事項。ばい菌 2021年、 11 (3)、408–417。DOI:10.18683/germs.2021.1278
[3] 世界保健機構。現地生産ガイド: WHO が推奨する擦式手指製剤、2010 年。 https://www.who.int/publications/i/item/WHO-IER-PSP-2010.5
[4] Kovač, B.;ピレティック、K.;コバチェビッチ・ガニッチ、N.;ら。選択された食品媒介病原体バイオフィルムに対する活性化合物としての塩化ベンザルコニウムの有効性。衛生 2022年、 2 (4)、226–235。DOI:10.3390/hygiene2040020
関連情報
オンデマンドのウェビナー: より速く、より簡単に: 近赤外分光法によるパーソナルケア製品の品質管理
アプリケーションノート: Vis-NIR 分光法による洗濯洗剤中の界面活性剤 – 化学薬品を使用しない迅速な測定
QC ラボにおける効率性の向上: いかにNIRSが90％までの費用削減に役立つか
QC プロセスを過小評価することは、内部および外部の製品の失敗につながる主な要因の 1 つであり、10 ～ 30% の離職率の損失を引き起こすと報告されています。その結果、メーカーをサポートするために、さまざまな基準が設けられています。しかし、結果が得られるまでの時間とそれに伴う化学薬品のコストが非常に高くつく可能性があるため、多くの企業が QC プロセスに近赤外分光法を導入しています。次のホワイト ペーパーでは、NIRS の可能性を説明し、最大 90% のコスト削減の可能性を示しています。
