Facile controllo qualità di detergenti e disinfettanti per le mani con NIRS
17 apr 2023
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Il detto «La pulizia è quasi importante quanto la religiosità » esiste da secoli. L'implicazione è che l'atto di mantenere puliti i nostri vestiti, spazi abitativi, effetti personali e, naturalmente, il nostro stesso corpo ci eleva al di sopra degli altri animali e, per estensione, dei nostri istinti più bassi. A parte questo, è risaputo che le malattie prosperano in condizioni impure, ed è nel nostro migliore interesse come società mantenere le cose pulite. Pertanto, gli agenti di pulizia (ad esempio, detergenti e disinfettanti) sono costanti nella nostra vita quotidiana.
Molti detergenti entrano in contatto con la nostra pelle e vengono generalmente eliminati mediante risciacquo o asciugatura. Di conseguenza, devono essere testati per motivi di sicurezza e per garantire che gli ingredienti chiave siano presenti nelle quantità corrette ai fini del controllo di qualità. Questo articolo del blog spiega gli usi di detergenti e disinfettanti per le mani e come eseguire il controllo di qualità di questi prodotti con la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS).
Cosa sono i detersivi?
Spesso le parole detersivo e sapone sono usate in modo intercambiabile anche se si tratta di due prodotti diversi. I detergenti sono definiti come «uno qualsiasi dei numerosi preparati organici sintetici idrosolubili o liquidi che sono chimicamente diversi dai saponi ma sono in grado di emulsionare gli oli, trattenere lo sporco in sospensione e agire come agenti bagnanti» [1]. I saponi differiscono in quanto vengono preparati utilizzando un componente alcalino e uno grasso per formare un sale sodico (o potassico) dell'acido grasso.
Come recita la definizione, i detergenti sono agenti di pulizia che emulsionano oli e sporco. Sul mercato sono disponibili diversi tipi di prodotti per vari scopi: detersivi liquidi, in polvere e persino cialde concentrate monouso. Questi detersivi non sono generalmente multiuso, ma possono essere specializzati, ad esempio, per lavare i piatti, il bucato e persino come miscele ad alta efficienza per macchie e odori difficili.
Di cosa sono fatti i detersivi?
Le formulazioni detergenti possono essere piuttosto complesse. Sono costituiti principalmente da vari tensioattivi (ionici, non ionici e anfoteri), enzimi, conservanti, agenti chelanti, agenti sbiancanti, nonché coloranti e fragranze. Non tutti questi ingredienti si trovano in tutti i detergenti, ma un tensioattivo è un requisito fondamentale per l'emulsione di oli, sporco e altri composti che causano macchie e odori. Gli enzimi sono anche necessari per rompere i composti difficili, come quelli che si trovano nell'urina degli animali domestici. La combinazione di questi diversi composti si traduce in superfici pulite e altri materiali.
I detersivi ipoallergenici sono un prodotto specializzato per le persone con pelle sensibile. Si tratta solitamente di formulazioni non profumate (prive di profumo) che non contengono coloranti. I principi attivi rimangono simili, ma vengono eliminati profumi e altri composti per limitare il rischio di produrre orticaria o eruzioni cutanee. I detersivi ipoallergenici devono essere accuratamente testati prima di essere commercializzati come tali. Quelli con la pelle sensibile dovrebbero prendere in considerazione l'uso di detersivi per bucato appositamente formulati poiché gli indumenti sono a stretto contatto con la pelle per molte ore alla volta. Il bucato pulito non deve necessariamente presentare il rischio di irritazione della pelle.
Cos'è il disinfettante per le mani?
Il disinfettante per le mani o antisettico per le mani, è diventato un punto fermo in quasi tutte le famiglie dall'inizio della pandemia di COVID-19 all'inizio del 2020. Il disinfettante per le mani è un liquido (di solito un gel, schiuma o spray) progettato asciugare rapidamente dopo l'applicazione, eliminando così la necessità di sapone, acqua e asciugamani. Questi prodotti vengono applicati e strofinati sulle mani per prevenire la diffusione di germi nocivi inattivando microrganismi patogeni come virus e batteri. L'uso di disinfettante per le mani non rimuoverà le sostanze chimiche nocive né ucciderà alcuni germi resistenti, quindi non dovrebbe essere usato come sostituto completo del lavaggio delle mani.
Quali ingredienti ci sono nel disinfettante per le mani?
A seconda del principio attivo utilizzato, gli igienizzanti per le mani possono essere classificati in due tipologie: quelli a base di alcool, oppure analcolici. I disinfettanti per le mani a base di alcol contengono in genere tra il 60 e il 95% di alcol come ingrediente attivo, solitamente sotto forma di etanolo (alcool etilico), isopropanolo (alcool isopropilico) o n-propanolo [2]. A tali concentrazioni, l'alcol denatura immediatamente le proteine, neutralizzando efficacemente alcuni tipi di microrganismi. Glicerolo, altri idratanti per la pelle e una piccola quantità di acqua costituiscono gli ingredienti inattivi. L'Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda una composizione simile degli ingredienti [3]. I disinfettanti per le mani a base di alcol sono emersi come uno strumento importante nella lotta contro il COVID-19. La praticità e la portabilità dei disinfettanti per le mani hanno contribuito al loro utilizzo diffuso a partire dal 2020.
I disinfettanti per le mani non a base di alcol contengono il principio attivo benzalconio cloruro, solitamente intorno a una concentrazione dello 0,1%. Il cloruro di benzalconio è un agente antimicrobico, che ha dimostrato di proteggere da batteri, virus e funghi [4]. Sia i disinfettanti per le mani a base di alcol che quelli senza alcol possono anche contenere perossido di idrogeno (concentrazione fino al 3%), coloranti e fragranze.
Spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS): lo strumento ideale per valutare la qualità di detergenti e disinfettanti per le mani
La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è da oltre 30 anni un metodo consolidato per il controllo di qualità rapido e affidabile dei prodotti per la cura della persona e dei cosmetici. Tuttavia, molte aziende non considerano ancora in modo coerente l'implementazione del NIRS nei propri laboratori QA/QC. Le ragioni potrebbero essere un'esperienza limitata per quanto riguarda le possibilità di applicazione o una generale esitazione nell'implementare nuovi metodi.
Ci sono diversi vantaggi nell'usare NIRS rispetto ad altre tecnologie analitiche convenzionali. Per prima cosa, NIRS è in grado di misurare più parametri in soli 30 secondi senza alcuna preparazione del campione! L'interazione luce-materia non invasiva utilizzata dal NIRS, influenzata dalle proprietà fisiche e chimiche del campione, lo rende un metodo eccellente per la determinazione di entrambi i tipi di proprietà.
Nella parte restante di questo post, vengono mostrate le soluzioni disponibili per il controllo qualità di detergenti e disinfettanti per le mani sviluppate secondo le linee guida di implementazione NIRS di ASTM E1655: Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis. TQueste pratiche coprono una guida per la calibrazione multivariata degli spettrometri a infrarossi utilizzati per determinare le caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali. Queste pratiche sono applicabili alle analisi condotte nella regione spettrale del vicino infrarosso (NIR) (da circa 780 a 2500 nm) attraverso la regione spettrale del medio infrarosso (MIR) (da circa 4000 a 400 cm-1).
Per informazioni più dettagliate su NIRS come tecnica secondaria, leggi i nostri precedenti blog posts.
Vantaggi della spettroscopia NIR: Parte 1
Vantaggi della spettroscopia NIR: Parte 2
Quali parametri e applicazioni sono generalmente possibili per l'analisi NIRS?
In genere, i parametri chiave per il controllo di qualità di detergenti e disinfettanti per le mani come contenuto di alcol, tensioattivi, TAED (tetraacetiletilendiammina, un attivatore di candeggina) ed enzimi sono determinati con metodi chimici e fisici in laboratorio. Questi metodi non solo comportano costi di gestione elevati, ma richiedono anche molto tempo. Al contrario, la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) non richiede né prodotti chimici né preparazione del campione, il che consente di risparmiare sui relativi costi per materiali di consumo e manodopera. NIRS è anche abbastanza facile da essere utilizzato da non chimici e fornisce risultati in meno di un minuto. Inoltre, è possibile determinare contemporaneamente più parametri chimici e fisici. I vantaggi combinati di questa tecnologia rendono NIRS la soluzione ideale per molte misurazioni QA/QC giornaliere o analisi atline ad-hoc.
Nelle sezioni seguenti, i parametri chiave per il controllo di qualità del detersivo liquido per bucato e dei prodotti per la disinfezione delle mani contenenti alcol sono determinati con Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer (Figura 1). Gli spettri Vis-NIR ottenuti sono stati utilizzati per creare modelli di previsione rispettivamente per il contenuto di tensioattivo ed etanolo. La qualità dei modelli di previsione è stata valutata utilizzando un diagramma di correlazione che mostra la correlazione tra la previsione Vis-NIR e i valori del metodo primario. Le rispettive figure di merito (FOM) mostrano la precisione prevista di una previsione durante l'analisi di routine.
Determinazione del contenuto di tensioattivi nel detersivo liquido per bucato con NIRS
I detersivi per bucato contengono ammorbidenti, agenti sbiancanti, tensioattivi ed enzimi. Di questi, il tensioattivo è il fattore più importante per l'effetto pulente, in quanto rompe l'interfaccia tra composti polari e non polari. Ciò consente al detergente di essere efficace contro oli e altri grassi, nonché macchie di terra o bevande.
La quantificazione del contenuto di tensioattivo nel detersivo per bucato liquido è più comunemente eseguita mediante titolazione potenziometrica a due fasi. Gli svantaggi di questo metodo includono le fasi di preparazione manuale del campione (ad esempio, diluizione e regolazione del pH) e la determinazione stessa richiede molto tempo. Al contrario, la spettroscopia Vis-NIR fornisce risultati di alta qualità in meno di un minuto e non richiede alcuna preparazione del campione o prodotti chimici. Gli spettri di un assortimento di campioni di detersivi per bucato sono mostrati nella Figura 2 con il diagramma di correlazione e le rispettive figure di merito per la previsione del contenuto di tensioattivo forniti nella Figura 3.
| Figure di Merito | Valore |
|---|---|
| R2 | 0.97 |
| Standard error of calibration | 2.20 mmol/100 g |
| Standard error of cross-validation | 2.38 mmol/100 g |
Determinazione NIRS del contenuto di etanolo in disinfettante per le mani a base di alcol
Nel 2020, la domanda di disinfettante per le mani è salita alle stelle a causa della diffusione del COVID-19. Molte aziende hanno cambiato marcia, semplificando le loro operazioni per produrre disinfettante per le mani in grandi volumi. Come in qualsiasi processo di fabbricazione del prodotto, una formulazione accurata consente una buona qualità e riduce gli sprechi. I reagenti utilizzati in queste soluzioni includono acqua, alcol (comunemente etanolo o isopropanolo), piccole quantità di emolliente (ammorbidente per la pelle, ad esempio glicerolo) e un agente ossidante (ad esempio, perossido di idrogeno) per ridurre al minimo la contaminazione microbica. Il contenuto di alcol nei disinfettanti per le mani deve essere superiore al 60% (v/v) per essere un efficace antisettico e deve quindi essere misurato ai fini del controllo di qualità.
L'analisi NIRS dei disinfettanti è un processo semplice: basta aggiungere una piccola aliquota di campione a una fiala monouso (Figura 4), iniziare l'analisi e gli spettri vengono acquisiti in pochi secondi (Figura 5).
Il diagramma di correlazione e le rispettive figure di merito per la previsione del contenuto di etanolo tramite spettroscopia NIR sono mostrati in Figura 6.
| Figure di Merito | Valore |
|---|---|
| R2 | 0.9977 |
| Standard error of calibration | 0.41 v/v% |
| Standard error of cross-validation | 0.56 v/v% |
Riassunto
I detersivi sono usati in tantissime situazioni per pulire le nostre pentole, per rimuovere macchie ostinate dai vestiti e/o per eliminare gli odori. Il controllo di qualità di questi prodotti è necessario per garantirne la sicurezza e l'efficacia per i consumatori.
Lo spray disinfettante per le mani, il gel o la schiuma sono un ottimo modo per rimanere igienici quando acqua e sapone non sono un'opzione facile. Tuttavia, il potere di disinfezione dipende dalla concentrazione dei principi attivi (se formulazioni contenenti alcool o senza alcool con benzalconio cloruro).
Gli esempi di applicazione presentati in questo articolo dimostrano che la spettroscopia nel vicino infrarosso è ottimamente adatta per l'analisi di più costituenti nei detergenti e nei disinfettanti per le mani. I risultati vengono forniti in meno di un minuto senza necessità di preparazione del campione. I reagenti chimici non sono necessari per l'analisi NIRS, il che significa che vengono prodotti meno rifiuti, con conseguente riduzione dei costi per analisi.
Riferimenti
[1] Definition of DETERGENT. https://www.merriam-webster.com/dictionary/detergent (accessed 2023-03-14).
[2] Saha, T.; Khadka, P.; Das, S. C. Alcohol-Based Hand Sanitizer – Composition, Proper Use and Precautions. Germs 2021, 11 (3), 408–417. DOI:10.18683/germs.2021.1278
[3] World Health Organization. Guide to Local Production: WHO-Recommended Handrub Formulations, 2010. https://www.who.int/publications/i/item/WHO-IER-PSP-2010.5
[4] Kovač, B.; Piletić, K.; Kovačević Ganić, N.; et al. The Effectiveness of Benzalkonium Chloride as an Active Compound on Selected Foodborne Pathogens Biofilm. Hygiene 2022, 2 (4), 226–235. DOI:10.3390/hygiene2040020
La tua conoscenza "take-aways"
Aumenta l'efficienza nel laboratorio QC: come NIRS aiuta a ridurre i costi fino al 90%
La sottovalutazione dei processi di controllo qualità è uno dei principali fattori che portano al fallimento interno ed esterno del prodotto, che è stato segnalato per causare una perdita di fatturato tra il 10 e il 30%. Di conseguenza, vengono messe in atto molte norme diverse per supportare i produttori in questo. Tuttavia, il tempo necessario per ottenere i risultati e i costi associati per i prodotti chimici possono essere piuttosto eccessivi, portando molte aziende a implementare la spettroscopia nel vicino infrarosso nel loro processo di controllo qualità. Il seguente white paper illustra il potenziale del NIRS e mostra i potenziali risparmi sui costi fino al 90%.
