NIR-Spektroskopie in der Körperpflege- und Kosmetikindustrie: Das ideale Werkzeug für Qualitätskontrolle und Produktscreening – Teil 1

Körperpflege  und Kosmetikprodukte sind in unserem täglichen Leben allgegenwärtig. Die meisten von uns würden nicht ohne weiteres hinausgehen, um sich mit anderen Menschen zu treffen, ohne vorher ein gewisses Maß an Körperpflege zu betreiben, und deshalb sind diese Produkte auch so weit verbreitet. Körperpflegeprodukte und Kosmetika werden hauptsächlich äußerlich (z. B. auf Haare, Haut und Nägel) sowie oral (z. B. auf Zähnen, Zahnfleisch und Zunge) angewendet, entweder aus hygienischen Gründen, zur Veränderung des Aussehens oder zur allgemeinen Körperpflege. Zu den vielen Beispielen dieser regelmäßig verwendeten Produkte gehören Seifen, Lotionen, Nagellack, Concealer, Haarfärbemittel, Duftstoffe, UV-Absorber und Antioxidantien.

Körperpflegeprodukte dienen in der Regel hygienischen Zwecken und werden sofort nach dem Gebrauch abgespült (z. B. Zahnpasta oder Seife). Einige Produkte sollen jedoch auf dem Körper verbleiben, z. B. Sonnenschutzmittel oder Handdesinfektionsmittel. Im Gegensatz dazu werden Kosmetika normalerweise für mindestens einige Stunden auf der Haut getragen (z. B. Lotion, Make-up, Antitranspirant/Deodorant und andere Duftstoffe). Aufgrund ihrer weltweiten Verbreitung gelangen solche Produkte nach dem Waschen oder Abspülen in großen Mengen in die Umwelt, was zu schweren Schäden für andere Organismen führen kann.

Abbildung 1 zeigt den Wert des globalen Marktes für Körperpflege- und Kosmetikprodukte für die fünf führenden Länder im Jahr 2020 [1]. Es wird erwartet, dass dieser Sektor auf absehbare Zeit weiter wachsen wird.

Bedeutung der Qualitätskontrolle

Angesichts der weiten Verbreitung dieser Produkte in unserem Alltag, der Zeit, die sie auf unserer Haut - dem größten Organ des Körpers - verbringen, und der Auswirkungen, die sie nach ihrer Verwendung auf die Umwelt haben können, ist eine angemessene Qualitätskontrolle (QC) von Körperpflege- und Kosmetikprodukten äußerst wichtig.

Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) ist eine Analysemethode, die sich besonders dafür eignet, die Qualitätskontrolle dieser Endprodukte effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Im weiteren Verlauf dieses Artikels wird ein kurzer Überblick über NIRS gegeben, gefolgt von einigen für diese Branche geeigneten Anwendungen. Diese Übersicht endet mit einigen Beispielen, wie Hersteller von Körperpflege- und Kosmetikprodukten von der Anwendung der NIRS im Labor profitieren können.

NIRS-Technologie: ein kurzer Überblick

Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist ein bekannter Prozess. Das in spektroskopischen Methoden verwendete Licht wird in der Regel nicht durch die eingesetzte Energie beschrieben, sondern in vielen Fällen durch die Wellenlänge oder Wellenzahlen.

Ein NIR-Spektrometer (wie der Metrohm DS2500 Liquid Analyzer oder der DS2500 Solid Analyzer) misst diese Wechselwirkung, um Spektren zu erzeugen, wie in Abbildung 2 dargestellt. NIRS reagiert besonders empfindlich auf das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen (z. B. CH, NH, OH und SH). Daher ist die NIR-Spektroskopie eine ideale Methode zur Quantifizierung von chemischen Parametern wie Wassergehalt (Feuchtigkeit), Alkoholgehalt, Jodzahl, Gesamtfettgehalt und Wirkstoffen. Darüber hinaus ist die Licht-Materie-Wechselwirkung auch von der Matrix der Probe selbst abhängig. Dies ermöglicht den Nachweis physikalischer und rheologischer Parameter wie Dichte und Viskosität.

Metrohm DS2500 Flüssigkeitsanalysator

Metrohm DS2500 Feststoffanalysator

All diese Informationen sind in einem einzigen Spektrum enthalten, wodurch sich diese Methode für eine schnelle Multiparameteranalyse eignet.

Der Messmodus ist abhängig von der Probenart. Der Übertragungsmodus ist im Allgemeinen ein geeignetes Verfahren zur Analyse von Flüssigkeiten. Während der Übertragung (Abbildung 3b), wandert das NIR-Licht durch die Probe und wird dabei absorbiert. Nicht absorbiertes NIR-Licht wird zum Detektor reflektiert.

Der Transflexionsmodus ist im Allgemeinen ein geeignetes Verfahren zur Analyse von Cremes. Bei der Transflexion (Abbildung 4b) dringt das NIR-Licht durch die Probe, wird dann vom diffusen Reflektor reflektiert und wandert erneut durch die Probe, während es absorbiert wird. Am Ende der Analyse wird dann nicht absorbiertes NIR-Licht detektiert.

Der Modus der diffusen Reflexion ist im Allgemeinen ein geeignetes Verfahren für die Analyse fester Proben wie Reinigungsmittel. Bei der diffusen Reflexion (Abbildung 5b) beleuchtet das NIR-Licht die Probe, und das nicht absorbierte NIR-Licht wird zum Detektor reflektiert.

Die in Abbildung 2 dargestellte Vorgehensweise zur Gewinnung der Spektren verdeutlicht bereits zwei wesentliche Vorteile der NIR-Spektroskopie: Einfachheit bei der Probenmessung und Schnelligkeit:

• Schnelle Technik mit Ergebnissen in weniger als einer Minute.
• Keine Probenvorbereitung erforderlich – messen Sie die Probe so, wie sie ist.
• Geringe Kosten pro Probe – keine Chemikalien oder Lösungsmittel erforderlich.
• Umweltfreundliche Technik – es entsteht kein Abfall.
• Zerstörungsfrei – wertvolle Proben können nach der Analyse wiederverwendet werden.
• Einfache Bedienung – auch unerfahrene Anwender haben sofort Erfolg.

Für detailliertere Informationen zu NIRS als Sekundärtechnik lesen Sie bitte unsere vorherigen Blogbeiträge.

Vorteile von NIRS: Teil 1

Vorteile von NIRS: Teil 2

Vorteile von NIRS: Teil 3

Vorteile von NIRS: Teil 4

Vorschriften für Körperpflege- und Kosmetikprodukte

Im Allgemeinen sind die Vorschriften für Körperpflege- und Kosmetikprodukte nicht so streng wie die für Arzneimittel, aber es gibt bestimmte ähnliche Trends. Die NIRS ist eine Technik, die sich für solche regulierten Märkte gut eignet. Die NIRS-Analysatoren von Metrohm sind mit der USP <856> konform, und das Vision-Air-Komplettpaket ist 21 CFR Part 11-konform.

Lesen Sie mehr über die NIRS-Konformität mit 21 CFR Part 11 in unserem entsprechenden Blogbeitrag unten.

NIR-Spektroskopie: ein 21 CFR Part 11-konformes Tool für die Qualitätskontrolle und das Produktscreening

Welche ASTM-Testmethode macht NIRS zu einem QC-konformen Werkzeug?

ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) ist ein Leitfaden für die multivariate Kalibrierung von Infrarotspektrometern, die zur Bestimmung physikalischer oder chemischer Eigenschaften von Materialien eingesetzt werden. Diese Praktiken gelten für Analysen im nahen Infrarotbereich (NIR) (etwa 780 bis 2500 nm) bis zum mittleren Infrarotbereich (MIR) (etwa 4000 bis 400 cm^-1).

Anwendungen und Parameter für die Qualitätskontrolle von Körperpflege- und Kosmetikprodukten mit NIRS

Körperpflegeprodukte und Kosmetika werden standardisierten Prüfmethoden zur Bestimmung ihrer chemischen, physikalischen und tribologischen Eigenschaften unterzogen. Labortests sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Forschung und Entwicklung sowie der Qualitätskontrolle. Die folgenden Testparameter sind typischerweise für viele Endprodukte in dieser Branche wichtig und können mit NIRS gemessen werden (Tabelle 1).

Referenz

[1] Kosmetikgeschäft; Euromonitor. Globaler wichtiger Markt für Schönheits- und Körperpflege 2020.

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