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

Produkty určené pro osobní péči a kosmetiku jsou v našem každodenním životě všudypřítomné. Většina z nás by nevyšla u domu bez každodenní hygieny, a proto jsou tyto produkty tak široce používány. Produkty osobní péče a kosmetika se aplikují především zevně (např. na vlasy, kůži a nehty) ale také orálně (např. na zuby, dásně a jazyk) buď z hygienických důvodů, pro úpravu vzhledu nebo pro celkovou údržbu těla. Mnohé z těchto pravidelně používaných příkladů zahrnují mýdla, pleťové vody, laky na nehty, korektory, barvy na vlasy, vůně, absorbéry ultrafialového záření (UV) nebo antioxidanty.

Produkty osobní péče se obvykle používají pro hygienické účely a ihned po použití se opláchnou (např. zubní pasta nebo mýdlo) nebo zůstavají na těle (opalovací krémy nebo dezinfekční prostředeky na ruce).

Na druhé straně je kosmetika, která se běžně nanáší na kůži a zástává naní 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.

Metrohm: Obrázek 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 produktů v našem každodenním životě, množství času, který stráví na naší kůži (největším orgánu našeho těla) a vliv, který mohou mít po použití na životní prostředí, náležitá kontrola kvality (QC) produktů osobních péče a kosmetických výrobků je nesmírně důležitá.

Blízká infračervená spektroskopie (NIR) 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 využívat možnosti 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 Obrázku 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
• 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.

Metrohm DS2500 NIR spektrometr
DS2500 Liquid Analyzer
DS2500 Solid Analyzer

Metrohm: Obrázek 2: Spektra dezinfekčního prostředku na ruce z interakce NIR světla s příslušnými vzorky

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

Režim měření závisí na typu vzorku. Transmisní režim je obecně vhodný postup pro analýzu kapaliny. Během měření (Obrázek 3), NIR záření prochází vzorkem, zatímco je absorbováno. Jakékoli neabsorbované NIR záření prochází k detektoru.

Metrohm: Obrázek 3: Režim měření známý jako transmisní, kdy světlo prochází vzorkem, zatímco je absorbováno

Transflekční režim je obecně vhodný postup pro analýzu krémů. Při transflexi (Obrázek 4), NIR světlo prochází vzorkem, poté odražené difuzním reflektorem prochází opět vzorkem, zatímco je absorbováno. Neabsorbované NIR světlo je pak detekováno na konci analýzy.

Metrohm: Obrázek 4: Režim měření známý jako transflekce

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

Metrohm: Obrázek 5: Režim měření známý jako odraz.

Postup pro získání spekter, jak je uvedeno na Obrázku 2 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.

• Výhody NIRS: Část 1

• Výhody NIRS: Část 2

• Výhody NIRS: Část 3

• Výhody NIRS: Část 4

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

Která testovací metoda ASTM dělá z NIRS nástroj ve schodě s kontrolou 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 (tabulka 1).

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

Produkt / Parametry / Konvenční metoda / Související aplikace NIRS

1. Kontaktní čočky / Vlhkost / KF titrace

• AN-NIR-020

2. 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

3. Přípravky pro péči o pleť a mýdlo / Vlhkost, ochranný sluneční faktor, celkový obsah tuků, jódové číslo, C8–C14 / KF titrace, GC, titrace

• AN-NIR-055, AN-NIR-051, AN-NIR-062, WP-023

4. Výrobky pro péči o zuby / Účinné látky / HPLC

• AN-NIR-069

5. Dezinfekční prostředky na ruce / alyfatické alkoholy, obsah alkoholu / GC

• AN-NIR-061, AN-NIR-087

6. Čistící prostředky / TEAD, PCS, Enzymy / HPLC, titrace

• AN-NIR-049, AN-NIR-074

7. Xanthanová guma / Aktivní složka, glukóza, optická hustota / GC, hustoměr, brixmetr

• AN-NIR-052