Chia sẻ bài viết
Bệnh tật thường phát triển và sinh sôi trong điều kiện dơ bẩn và chúng ta sẽ bị ảnh hưởng sức khỏe khi sống trong môi trường đó. Do đó, các chất tẩy rửa (ví dụ: chất tẩy rửa và chất khử trùng) là những chất thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta để giúp môi trường sống luôn sạch sẽ. Nhiều chất tẩy rửa tiếp xúc với da của chúng ta và thường được loại bỏ bằng cách rửa hoặc làm khô. Theo đó, chúng phải được kiểm soát chất lượng vì lý do an toàn và để đảm bảo các thành phần chính có mặt với hàm lượng chính xác. Bài viết trên blog này giải thích việc sử dụng chất tẩy rửa và nước rửa tay khô cũng như cách thực hiện kiểm soát chất lượng của những sản phẩm này bằng quang phổ cận hồng ngoại (NIRS).
Bài viết gồm những nội dung chính sau:
- Chất tẩy rửa là gì?
- Thành phần chất tẩy rửa
- Nước rừa tay khô là gì?
- Thành phần nước rửa tay khô
- Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS)—công cụ lý tưởng để đánh giá chất lượng của chất tẩy rửa và nước rửa tay khô
- Những thông số và ứng dụng nào thường có thể áp dụng cho phân tích NIRS?
- Xác định hàm lượng chất hoạt động bề mặt trong bột giặt dạng lỏng bằng NIRS
- NIRS xác định hàm lượng ethanol trong chất khử trùng tay chứa cồn
1. Chất tẩy rửa là gì?
Thông thường, từ chất tẩy rửa và xà phòng được sử dụng thay thế cho nhau mặc dù đây là hai sản phẩm khác nhau. Chất tẩy rửa được định nghĩa là «bất kỳ chế phẩm hữu cơ tổng hợp dạng lỏng hoặc tan trong nước nào khác với xà phòng về mặt hóa học nhưng có khả năng nhũ hóa dầu, giữ chất bẩn ở dạng huyền phù và hoạt động như chất làm ướt» [1]. Xà phòng khác ở chỗ chúng được điều chế bằng cách sử dụng thành phần kiềm và chất béo để tạo thành muối natri (hoặc kali) của axit béo.
Theo định nghĩa, chất tẩy rửa là tác nhân làm sạch nhũ hóa dầu và chất bẩn. Một số loại sản phẩm có sẵn trên thị trường cho nhiều mục đích khác nhau: chất tẩy rửa dạng lỏng, dạng bột và thậm chí cả dạng viên đậm đặc dùng một lần. Những chất tẩy rửa này thường không đa năng, nhưng có thể được chuyên dụng, chẳng hạn như để rửa bát đĩa, giặt quần áo và thậm chí là những chất pha chế hiệu quả cao cho các vết bẩn và mùi khó chịu.
2. Thành phần của chất tẩy rửa
Công thức chất tẩy rửa có thể khá phức tạp. Chúng chủ yếu bao gồm các chất hoạt động bề mặt khác nhau (ion, không ion và lưỡng tính), enzym, chất bảo quản, chất tạo chelat, chất tẩy trắng, cũng như thuốc nhuộm và nước hoa. Không phải tất cả các thành phần này đều có trong mọi chất tẩy rửa, nhưng chất hoạt động bề mặt là yêu cầu chính để nhũ hóa dầu, chất bẩn và các hợp chất gây ố và mùi khác. Enzyme cũng cần thiết để phá vỡ các hợp chất khó phân hủy, chẳng hạn như những hợp chất có trong nước tiểu của vật nuôi. Sự kết hợp của các hợp chất khác nhau này dẫn đến bề mặt sạch và các vật liệu khác.
Chất tẩy rửa ít gây dị ứng là sản phẩm chuyên dụng dành cho những người có làn da nhạy cảm. Đây thường là những công thức không mùi và cũng không chứa thuốc nhuộm. Các thành phần hoạt tính vẫn tương tự, nhưng nước hoa và các hợp chất khác được loại bỏ để hạn chế nguy cơ phát ban hoặc phát ban. Chất tẩy rửa không gây dị ứng phải được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi đưa ra thị trường. Những người có làn da nhạy cảm nên cân nhắc sử dụng bột giặt có công thức đặc biệt vì quần áo tiếp xúc gần với da trong nhiều giờ liền. Giặt sạch không nhất thiết phải đi kèm với nguy cơ kích ứng da.
3. Nước rửa tay khô là gì?
Chất khử trùng tay, còn được gọi là nước rửa tay khô, chất khử trùng tay hoặc thuốc sát trùng tay, đã trở thành vật dụng thiết yếu trong hầu hết mọi hộ gia đình kể từ khi đại dịch COVID-19 bắt đầu vào đầu năm 2020. Nước rửa tay khô là một chất lỏng (thường là gel, bọt hoặc bình xịt) được thiết kế khô nhanh sau khi sử dụng, do đó không cần dùng xà phòng, nước và khăn tắm. Các sản phẩm này được thoa và xoa lên tay để ngăn chặn sự lây lan của vi trùng có hại bằng cách vô hiệu hóa các vi sinh vật gây bệnh như vi rút và vi khuẩn. Sử dụng dung dịch sát trùng tay sẽ không loại bỏ được các hóa chất độc hại hoặc tiêu diệt một số loại vi trùng kháng thuốc nhất định, vì vậy không nên sử dụng dung dịch này để thay thế hoàn toàn cho việc rửa tay.
4. Thành phần của nước rửa tay khô là gì?
Tùy thuộc vào thành phần hoạt tính được sử dụng, chất khử trùng tay có thể được phân thành một trong hai loại: loại chứa cồn hoặc không chứa cồn. Nước rửa tây khô chứa cồn thường chứa từ 60–95% cồn là thành phần hoạt tính, thường ở dạng ethanol (rượu etylic), isopropanol (cồn isopropyl) hoặc n-propanol [2]. Ở nồng độ như vậy, cồn ngay lập tức làm biến tính protein, vô hiệu hóa hiệu quả một số loại vi sinh vật. Glycerol, các chất dưỡng ẩm da khác và một lượng nhỏ nước tạo thành các thành phần không hoạt động. Tổ chức Y tế Thế giới khuyến nghị một thành phần tương tự [3]. Nước rửa tay khô đã nổi lên như một công cụ quan trọng trong cuộc chiến chống lại COVID-19. Sự tiện lợi và tính di động của chất khử trùng tay đã giúp chúng được sử dụng rộng rãi bắt đầu từ năm 2020.
Nước rửa tay khô không chứa cồn có chứa hoạt chất benzalkonium chloride, thường có nồng độ khoảng 0,1%. Benzalkonium chloride là một chất chống vi trùng, đã được chứng minh là có khả năng bảo vệ chống lại vi khuẩn, vi rút và nấm [4]. Cả chất khử trùng tay chứa cồn và không chứa cồn đều có thể chứa hydro peroxide (nồng độ tối đa 3%), thuốc nhuộm và nước hoa.
5. Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS)—công cụ lý tưởng để đánh giá chất lượng của chất tẩy rửa và nước rửa tay khô
Quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) là một phương pháp đã 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.
Có một số lợi thế của việc sử dụng NIRS so với các công nghệ phân tích thông thường khác. Thứ nhất, NIRS có thể đo nhiều thông số chỉ trong 30 giây mà không cần chuẩn bị mẫu! Tương tác vật chất không xâm lấn được sử dụng bởi NIRS, chịu ảnh hưởng của 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 này.
Trong phần còn lại của bài đăng này, các giải pháp hiện có để kiểm soát chất lượng chất tẩy rửa và chất khử trùng tay được phát triển theo hướng dẫn triển khai NIRS của ASTM E1655: Thực hành Tiêu chuẩn cho Phân tích Định Lượng Đa Biến Hồng. Những thực hành này bao gồm 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 chất. 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).
Để biết thêm thông tin chi tiết về hệ thống quang phổ cận hồng ngoại - NIRS như một kỹ thuật thứ 2, vui lòng đọc các bài đăng trên blog trước đây của chúng tôi.
Benefits of NIR spectroscopy: Part 1
Benefits of NIR spectroscopy: Part 2
6. 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 chất tẩy rửa và nước rửa tay khô như nồng độ cồn, chất hoạt động bề mặt, TAED (tetraacetylethylenediamine, chất hoạt hóa chất tẩy trắng) và enzyme được xác định bằng các phương pháp hóa học và vật lý trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp này không chỉ phát sinh chi phí vận hành cao mà còn tốn thời gian. Ngược lại, quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) không yêu cầu hóa chất cũng như không cần chuẩn bị mẫu, giúp tiết kiệm chi phí liên quan cho vật tư tiêu hao và nhân công. NIRS cũng đủ dễ dàng để những người không phải là nhà hóa học sử dụng và cung cấp kết quả trong vòng chưa đầy một phút. Hơn nữa, 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 phân tích tại line sản xuất đặc biệt.
Trong các phần sau, các thông số chính để kiểm soát chất lượng bột giặt dạng lỏng và các sản phẩm khử trùng tay có chứa cồn được xác định bằng Máy phân tích chất lỏng Metrohm NIRS DS2500 (Hình 1). Phổ Vis-NIR thu được được sử dụng để tạo ra các mô hình dự đoán tương ứng cho hàm lượng chất hoạt động bề mặt và ethanol. Chất lượng của các mô hình dự đoán được đánh giá bằng sơ đồ tương quan hiển thị mối tương quan giữa dự đoán Vis-NIR và các giá trị của phương pháp chính. Các số liệu dại diện (FOM) tương ứng hiển thị độ chính xác dự kiến của một dự đoán trong quá trình phân tích thông thường.
7. Xác định hàm lượng chất hoạt động bề mặt trong bột giặt dạng lỏng bằng NIRS
Bột giặt có chứa chất làm mềm vải, chất tẩy trắng, chất hoạt động bề mặt, cũng như các enzym. Trong số này, chất hoạt động bề mặt là yếu tố quan trọng nhất đối với hiệu quả làm sạch, vì nó phá vỡ ranh giới giữa các hợp chất phân cực và không phân cực. Điều này cho phép chất tẩy rửa có hiệu quả chống lại dầu và mỡ khác cũng như vết bẩn từ đất hoặc đồ uống.
Định lượng hàm lượng chất hoạt động bề mặt trong bột giặt dạng lỏng thường được thực hiện bằng phương pháp chuẩn độ điện thế hai pha. Nhược điểm của phương pháp này bao gồm các bước chuẩn bị mẫu thủ công (ví dụ: pha loãng và điều chỉnh độ pH) và bản thân việc xác định cũng tốn nhiều thời gian. Ngược lại, quang phổ Vis-NIR mang lại kết quả chất lượng cao trong vòng chưa đầy một phút và không yêu cầu bất kỳ hóa chất hoặc chuẩn bị mẫu nào. Phổ từ một loạt các mẫu bột giặt được thể hiện trong Hình 2 với biểu đồ tương quan và các số liệu tương ứng để dự đoán hàm lượng chất hoạt động bề mặt được đưa ra trong Hình 3.
| Figures of merit | Value |
|---|---|
| R2 | 0.97 |
| Standard error of calibration | 2.20 mmol/100 g |
| Standard error of cross-validation | 2.38 mmol/100 g |
Năm 2020, nhu cầu về nước rửa tay tăng vọt do sự lây lan của dịch COVID-19. Nhiều công ty đã chuyển hướng, hợp lý hóa hoạt động của họ để sản xuất nước rửa tay với số lượng lớn. Như trong bất kỳ quy trình sản xuất sản phẩm nào, công thức pha chế chính xác giúp tạo ra chất lượng tốt và giảm lãng phí. Thuốc thử được sử dụng trong các dung dịch này bao gồm nước, cồn (thường là etanol hoặc isopropanol), một lượng nhỏ chất làm mềm da (chất làm mềm da, ví dụ: glycerol) và chất oxy hóa (ví dụ: hydro peroxide) để giảm thiểu nhiễm vi khuẩn. Nồng độ cồn trong dung dịch sát trùng tay phải lớn hơn 60% (v/v) để khử trùng hiệu quả và do đó phải được đo lường cho mục đích kiểm soát chất lượng.
Phân tích chất khử trùng bằng quang phổ cận hòng ngoại NIRS là một quy trình dễ dàng – chỉ cần thêm một lượng nhỏ mẫu vào vial (Hình 4), bắt đầu phân tích và phổ thu được sau vài giây (Hình 5).
Biểu đồ tương quan và các số liệu tương ứng để dự đoán hàm lượng ethanol thông qua quang phổ NIR được thể hiện trong Hình 6.
| Figures of merit | Value |
|---|---|
| R2 | 0.9977 |
| Standard error of calibration | 0.41 v/v% |
| Standard error of cross-validation | 0.56 v/v% |
Tóm tắt
Chất tẩy rửa được sử dụng trong rất nhiều trường hợp để làm sạch dụng cụ nấu nướng của chúng ta, tẩy vết bẩn cứng đầu trên quần áo và/hoặc khử mùi hôi. Việc kiểm soát chất lượng các sản phẩm này là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tiêu dùng.
Xịt, gel hoặc bọt khử trùng tay là một cách tuyệt vời để giữ vệ sinh khi ở những nơi xà phòng và nước không được sử dụng. Tuy nhiên, khả năng khử trùng phụ thuộc vào nồng độ của các hoạt chất (dù là công thức có chứa cồn hay không chứa cồn với benzalkonium chloride).
Các ví dụ ứng dụng được trình bày trong bài viết này chứng minh rằng quang phổ cận hồng ngoại rất phù hợp để phân tích nhiều thành phần trong chất tẩy rửa và nước rửa tay khô. Kết quả được cung cấp trong vòng chưa đầy một phút mà không cần chuẩn bị mẫu. Thuốc thử hóa học không cần thiết cho phân tích NIRS, nghĩa là tạo ra ít chất thải hơn, dẫn đến chi phí cho mỗi lần phân tích thấp hơn.
References
[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
Your knowledge take-aways
Boost efficiency in the QC laboratory: How NIRS helps reduce costs up to 90%
Underestimating QC processes is one of the major factors leading to internal and external product failure, which have been reported to cause a loss of turnover between 10–30%. As a result, many different norms are put in place to support manufacturers with this. However, time to result and the associated costs for chemicals can be quite excessive, leading many companies to implement near-infrared spectroscopy in their QC process. The following white paper illustrates the potential of NIRS and displays cost saving potentials up to 90%.
