Quang Phổ Cận Hồng Ngoại (NIRS) trong kiểm soát chất lượng và sàng lọc sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân
3 thg 10, 2022
Bài viết
vi
Bài viết này giới thiệu các loại sản phẩm chăm sóc cá nhân khác nhau, sau đó là giải thích về kỹ thuật phân tích Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) và ví dụ về cách ứng dụng NIRS được sử dụng để kiểm soát chất lượng dầu gội đầu và các sản phẩm liên quan. Kỹ thuật NIRS không chỉ nhanh chóng và không phá hủy mà còn dễ sử dụng và không cần bất kỳ loại hóa chất nào.
Chia sẻ bài viết
Việc kiểm soát chất lượng các sản phẩm chăm sóc tóc, da và nha khoa ngày càng trở nên quan trọng đối với các nhà sản xuất. Bên cạnh việc bảo vệ sức khỏe của chúng ta, điều quan trọng không kém là tránh bán các sản phẩm không có thông số kỹ thuật. Việc thu hồi sản phẩm rất tốn kém và có ảnh hưởng lâu dài đến danh tiếng của công ty. Do đó, việc thử nghiệm chuyên sâu các sản phẩm chăm sóc khác nhau này là điều cần thiết trước khi chúng được đưa ra thị trường. Bài viết này giới thiệu các loại sản phẩm chăm sóc cá nhân khác nhau, sau đó là giải thích về kỹ thuật phân tích Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) và ví dụ về cách ứng dụng NIRS được sử dụng để kiểm soát chất lượng dầu gội đầu và các sản phẩm liên quan. Kỹ thuật NIRS không chỉ nhanh chóng và không phá hủy mà còn dễ sử dụng và không cần bất kỳ loại hóa chất nào.
Bài viết gồm những nội dung sau:
Dầu gội đầu và dầu xả là hỗn hợp phức tạp có chứa chất tẩy rửa, chất bảo quản và các hoạt chất (ví dụ: hợp chất trị gàu). Dầu dưỡng tóc bao gồm hỗn hợp nước và các thành phần kỵ nước, tạo thành dạng nhũ tương với kích thước giọt xác định. Kích thước giọt này thay đổi trong suốt các bước xử lý khác nhau và rất quan trọng để kiểm soát vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất của dầu xả. Như vậy, kích thước giọt là một tham số chất lượng cần được xác định một cách thường xuyên.
Gel, sáp, kem và xịt tóc là những sản phẩm mỹ phẩm dùng để tạo kiểu và bảo vệ tóc. Để có được các đặc tính mong muốn, nhiều thành phần khác nhau được sử dụng theo các công thức nghiêm ngặt. Keo xịt tóc không chứa aerosol (tức là dạng bơm) chủ yếu chứa dung môi và chất đồng trùng hợp. Một số loại kem dưỡng tóc có chứa hoạt chất để trị gàu hoặc các vấn đề khác. Trong trường hợp này, lượng hợp chất hoạt động trong sản phẩm cuối cùng là rất quan trọng. Do đó, nồng độ hoạt chất phải được xác định thường xuyên như một trong nhiều thông số kiểm soát chất lượng.
Xà phòng được sử dụng cho mục đích vệ sinh, ở dạng lỏng hoặc rắn. Quá trình sản xuất xà phòng bắt đầu bằng quá trình xà phòng hóa, sau đó là quá trình tinh chế để loại bỏ tạp chất và sản phẩm phụ của quá trình xà phòng hóa. Khi tạo ra bánh xà bông rắn, nguyên liệu thô được sấy khô và cắt thành sợi dài sau bước tinh chế. Thông số kỹ thuật của thành phẩm phụ thuộc vào chất lượng của sợi xà phòng được sử dụng.
Kem và lotion được bôi bên ngoài da vì nhiều lý do – ví dụ, đóng vai trò là chất mang các thành phần hoạt tính để hỗ trợ quá trình hấp thụ của chúng. Những sản phẩm này cũng giúp bình thường hóa độ ẩm của da. Kem dưỡng da là một phần của các sản phẩm chăm sóc cá nhân, mỹ phẩm hoặc dược phẩm và do đó phải đáp ứng các yêu cầu kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Một trong những thông số chất lượng quan trọng nhất là hàm lượng nước vì nó góp phần quan trọng vào kết cấu và đặc tính dưỡng ẩm của kem dưỡng da.
Kem đánh răng được dùng cho mục đích vệ sinh răng miệng và cần đáp ứng nhiều yêu cầu về chất lượng để đảm bảo an toàn khi sử dụng. Các thông số thường cần được xác định bao gồm phụ gia, chất tạo màu và hoạt chất. Việc xác định các thông số này thường yêu cầu chuẩn bị mẫu, kỹ thuật phân tích phức tạp và nhiều hóa chất.
Nước súc miệng là một dung dịch sát trùng nhằm giảm lượng vi khuẩn trong khoang miệng. Các thông số như hoạt chất, tinh dầu, chất tạo màu, v.v. phải được kiểm tra để vượt qua kiểm tra kiểm soát chất lượng.
4. Kiểm soát chất lượng bằng kỹ thuật Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) các sản phẩm chăm sóc tóc, da và nha khoa
Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) đã là một phương pháp được thiết lập để kiểm soát chất lượng nhanh chóng và đáng tin cậy đối với các sản phẩm chăm sóc cá nhân và mỹ phẩm trong hơn 30 năm. Tuy nhiên, nhiều công ty vẫn không xem xét nhất quán việc triển khai NIRS trong phòng thí nghiệm QA/QC của họ. Lý do có thể là kinh nghiệm hạn chế về khả năng ứng dụng hoặc do dự chung về việc triển khai các phương pháp mới.
Một số thuận lợi của việc sử dụng phương pháp cận hồng ngoại NIRS so với các công nghệ phân tích thông thường khác. Thứ nhất, phương pháp cận hồng ngoại NIRS có thể đo nhiều thông số chỉ trong 30 giây mà không cần chuẩn bị mẫu! Tương tác vật chất ánh sáng không xâm lấn được sử dụng bởi phương pháp cận hồng ngoại NIRS, cận hồng ngoại chịu ảnh hưởng các đặc tính vật lý cũng như hóa học của mẫu, làm cho nó trở thành một phương pháp tuyệt vời để xác định cả hai loại đặc tính.
Để biết thêm thông tin chi tiết về phương pháp cận hồng ngoại NIRS như một phương pháp thứ hai, vui lòng đọc các bài đăng trên blog trước đây của chúng tôi.
NIR vs IR: What is the difference
How to implement NIR spectroscopy in your laboratory workflow
4.1 ASTM E1655: NIRS là kỹ thuật tuân thủ kiểm soát chất lượng
ASTM E1655 (Thực hành tiêu chuẩn cho phân tích định lượng đa biến hồng ngoại) là hướng dẫn hiệu chuẩn đa biến của máy quang phổ hồng ngoại được sử dụng để xác định các đặc tính vật lý hoặc hóa học của vật liệu. Các phương pháp này có thể áp dụng cho các phân tích được tiến hành trong vùng phổ cận hồng ngoại (NIR) (khoảng 780 đến 2500 nm) qua vùng phổ giữa hồng ngoại (MIR) (khoảng 4000 đến 400 cm-1).
4.2 Những thông số và ứng dụng nào thường có thể áp dụng cho phân tích NIRS?
Thông thường, các thông số chính để kiểm soát chất lượng của các sản phẩm chăm sóc tóc, da và nha khoa như độ ẩm, chất hoạt động bề mặt, thành phần hoạt tính, giá trị i-ốt và tổng chất béo (TFM) được xác định trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp hóa học và vật lý. Những phương pháp này không chỉ có chi phí vận hành cao – chúng còn tốn thời gian.
Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) có thể khắc phục những vấn đề này vì nó không yêu cầu hóa chất hay chuẩn bị mẫu, cung cấp kết quả trong vòng chưa đầy một phút và thậm chí nó có thể được sử dụng bởi những người không phải là nhà hóa học. Bên cạnh đó, nhiều thông số hóa học và vật lý có thể được xác định đồng thời. Các lợi ích kết hợp của công nghệ này làm cho NIRS trở thành giải pháp lý tưởng cho nhiều phép đo QA/QC hàng ngày hoặc thậm chí phân tích ngẫu nhiên trên atline.
5. Ví dụ ứng dụng: Kiểm soát chất lượng chất hoạt động bề mặt trong dầu gội bằng NIRS
Việc xác định các chất hoạt động bề mặt như sodium laureth sulfat (SLES), cocamidopropyl betaine (CAPB), cocamidopropylamine oxit (CAW), cocamide diethanolamine (DEA) và carbopol trong dầu gội đầu là một quy trình tốn nhiều chi phí và thời gian do sử dụng một lượng lớn hóa chất cần thiết cho các phân tích này bằng các kỹ thuật phòng thí nghiệm thông thường.
Để cho thấy những lợi ích của việc sử dụng phương pháp cận hồng ngoại NIRS làm công cụ kiểm soát chất lượng, các mẫu dầu gội được đo bằng máy Phân Tích Metrohm DS2500 Solid ở chế độ truyền phản xạ trên toàn dải bước sóng (400–2500 nm). Một Cốc Đo DS2500 Slurry Cup đã được sử dụng, giúp đơn giản hóa việc định vị mẫu và làm sạch bình chứa mẫu. Bộ phản xạ khuếch tán vàng 1 mm được mặc định cùng một pathlength cho tất cả các phép đo để đảm bảo kết quả có thể lặp lại.
Phổ Vis-NIR thu được (Hình 1) được sử dụng để tạo ra các mô hình dự đoán nhằm xác định một số thành phần chính trong dầu gội đầu. Chất lượng của các mô hình dự đoán được đánh giá bằng cách sử dụng các biểu đồ tương quan hiển thị mối tương quan giữa dự đoán Vis-NIR và các giá trị của phương pháp chính (Hình 2). Các hệ số chất lượng (FOM) tương ứng hiển thị độ chính xác dự kiến của một dự đoán trong quá trình phân tích thông thường (Hình 2 và Bảng 1).
Bảng 1. Phạm vi nồng độ và hệ số chất lượng (FOM) cho các thành phần chính được đo trong các mẫu dầu gội đầu bằng Máy phân tích DS2500 solid.
| Thông số | Phạm vi (%) | R2 | SECV |
|---|---|---|---|
| SLES | 2–13 | 0.991 | 0.4% |
| CAPB | 0–2 | 0.993 | 0.05% |
| CAW surfactant | 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% |
Giải pháp này chứng tỏ rằng quang phổ NIR rất phù hợp để phân tích nhiều hoạt chất trong dầu gội đầu mà không cần chuẩn bị mẫu hoặc sử dụng bất kỳ thuốc thử hóa học nào. Ngoài ra, kết quả thu được trong vòng chưa đầy một phút, giúp người dùng tiết kiệm thời gian quý báu.
Chi phí vận hành: Phương pháp hóa học truyền thống so với cận hồng ngoại NIRS
Chi phí vận hành thấp hơn đáng kể khi sử dụng quang phổ cận hồng ngoại NIR so với các phương pháp hóa học truyền thống. So sánh chi phí vận hành của việc sử dụng chuẩn độ/HPLC với quang phổ cận hồng ngoại NIR để xác định các thông số chất lượng chính trong dầu gội đầu được minh họa trong Hình 3.
6. Summary
Kiểm soát chất lượng là một khía cạnh quan trọng đối với các chất chúng ta sử dụng trên da và vệ sinh răng miệng. Do chúng ta tiếp xúc hàng ngày với các sản phẩm chăm sóc cá nhân nên điều quan trọng là chúng phải tuân theo các tiêu chuẩn và quy định của ngành cũng như an toàn khi sử dụng. Phân tích hóa học truyền thống thông thường đối với các thông số kiểm soát chất lượng khác nhau trong các sản phẩm chăm sóc tóc, da và nha khoa liên quan đến việc sử dụng thuốc thử hóa học, nhà phân tích hóa học lành nghề và cần có thời gian để chuẩn bị và phân tích mẫu. Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) là một giải pháp thay thế nhanh chóng, không yêu cầu hóa chất hoặc các bước chuẩn bị mẫu và có thể được sử dụng bởi những người không có kỹ thuật. Nhiều thông số có thể được đo cùng một lúc, giúp giảm thời gian phân tích hơn nữa và cho kết quả trong vòng chưa đầy một phút.
Your knowledge take-aways
Tăng cường hiệu quả trong phòng thí nghiệm QC: NIRS giúp giảm chi phí tới 90% như thế nào
Đánh giá thấp các quy trình QC là một trong những yếu tố chính dẫn đến lỗi sản phẩm được báo cáo là gây ra tổn thất doanh thu từ 10–30%. Do đó, nhiều quy định khác nhau được đưa ra để hỗ trợ các nhà sản xuất trong việc này. Tuy nhiên, thời gian cho kết quả và chi phí liên quan khá cao, khiến nhiều công ty khó khăn triển khai kỹ thuật quang phổ cận hồng ngoại trong quy trình QC của họ. White paper sau đây minh họa tiềm năng của NIRS và giúp tiết kiệm chi phí lên đến 90%.
