使用近红外光谱对头发、皮肤和牙齿护理产品进行质量控制和产品筛查
2022年10月3日
文章
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This article shows how utilizing near-infrared spectroscopy (NIRS) for quality control (QC) and product screening is the ideal choice for producers of hair, skin, and dentalcare products. Not only is the technique fast and non-destructive, it is also easy to use and does not require any chemicals.
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头发、皮肤和牙齿护理产品的质量控制对生产商的重要性不断提高。除了保障我们的健康外，避免销售不合规产品也同样重要。产品召回费用十分昂贵，还会对公司声誉产生持久影响。因此，在将这些不同的护理产品推向市场之前，必须对其进行深入测试。本文介绍了近红外光谱仪（NIRS）作为个人护理产品生产商的理想选择，如何使用其进行质量控制和产品筛查。近红外光谱技术不仅快速无损，而且使用方便，无需任何化学品。
接下来我们将介绍各种个人护理产品，接着阐释近红外光谱分析技术，以及近红外光谱仪如何用于洗发水和相关产品质量控制的应用示例。
头发护理产品：
洗发水和护发素是一种含有洗涤剂、防腐剂、活性成分（如，去屑成分）的复杂混合物。护发素由水和疏水性成分的混合物组成，形成具有特定液滴大小的乳液。这种液滴大小在不同的加工步骤中会有所不同，且会影响护发素的性能，因此对其进行控制非常重要。液滴大小是一个需要定期测量的质量参数。
胶、发蜡、发乳和定型喷雾是用于定型和保护头发的美发产品。为了获得所需性能，需严格按照配方使用许多不同的成分。非气溶胶（即泵式）定型喷雾主要含有溶剂和共聚物。一些发乳含有治疗头皮屑或其他问题的活性成分。在这种情况下，成品中活性化合物的含量至关重要。因此，活性成分浓度作为诸多质量控制参数之一，必须定期进行测定。
皮肤护理产品：
肥皂主要用于卫生目的，具有液态和固态两种形式。肥皂的生产从皂化开始，然后进行纯化，以去除皂化过程中的杂质和副产品。当制作固体肥皂块时，将纯化的原料干燥后切成条状。成品的规格取决于所用肥皂条的质量。
护肤霜和润肤乳主要外敷在皮肤上以解决各种皮肤问题，如：作为活性成分的载体，帮助其吸收；还有的产品还有助于保持皮肤水分。润肤乳是个人护理产品、化妆品或药品的一部分，因此必须满足严格的质量控制要求。其中一项重要的质量参数是水分含量，因为水分对乳液的质地和润湿特性有重要影响。
牙齿护理产品：
近红外光谱（NIRS）——头发、皮肤和牙齿护理产品的理想质量控制工具
30多年来，近红外光谱（NIRS）已成为个人护理产品和化妆品行业快速可靠的质量控制方法。然而，许多公司仍未考虑在QA或QC实验室中使用近红外光谱，原因可能是：应用经验有限，或是对使用新方法的普遍犹豫。
与其他传统分析技术相比，近红外光谱具有多种优势。首先，近红外光谱可在30秒内同时测量多个参数，且无需任何样品前处理！近红外光谱所使用的无损的光与物质间相互作用，受样品物理和化学性质的影响，使其成为测定这两种性质的理想方法。
可阅读我们之前的博客文章，了解关于近红外光谱作为一种辅助技术的更多信息。
ASTM E1655 红外多变量定量分析标准规程）是红外光谱仪确定材料物理或化学特性的多变量校准指南，适用于近红外（NIR）光谱区（约780-2500nm）至中红外（MIR）光谱区（约4000-400cm-1）。
哪些参数和应用可以使用近红外光谱进行分析？
通常，头发、皮肤和牙齿护理产品质量控制的关键参数（如水分含量、表面活性剂、活性成分、碘值、总脂肪物质）是在实验室通过化学和物理方法测定的。这些方法不仅运行成本高，而且十分耗时。
近红外光谱（NIRS）可以克服这些问题，因为它既不需要化学品，也不需要样品前处理，在不到一分钟的时间即可获得结果，即使是非专业人员也可轻松操作。此外，近红外光谱还可同时测量多种化学和物理参数。该技术的综合优势使近红外光谱成为日常QA/QC测量或旁线分析的理想解决方案。
应用示例：使用近红外光谱对洗发水中的表面活性剂进行质量控制
测定洗发水中的表面活性剂{如，月桂醇聚醚硫酸酯钠（SLES）、椰油酰胺丙基甜菜碱（CAPB）、椰油酰胺丙基氧化胺（CAW）、椰子酰胺二乙醇胺（DEA）、卡波姆}是一个需要较高成本和大量时间的过程，因为使用传统实验室技术进行这些分析需要使用大量化学品。[WK1]
为了展示使用近红外光谱作为质量控制工具的优势，使用瑞士万通DS2500近红外光谱固体分析仪在全波长范围（400-2500 nm）内以透反射模式测量洗发水样品。使用DS2500浆液样品杯，可以简化样品的放置和样品容器的清洗。1 mm光程的镀金反射器为所有测量保证了相同的光程，可确保结果的重现性。
使用获得的可见-近红外光谱（图1）建立预测模型，用于测定洗发水中的几个关键成分。预测模型的优劣可使用相关图进行评估，相关图显示了可见-近红外光谱预测值和实验室方法值之间的相关性（图2），模型参数（FOM）则显示了日常分析期间预测值的预期精度（图2和表1）。
表1. 使用DS2500近红外光谱固体分析仪测定洗发水样品中关键成分的浓度范围和模型参数（FOM）
| 参数 | 范围 (%) | R2 （决定系数） | SECV（交叉验证标准偏差） |
|---|---|---|---|
| 月桂醇聚醚硫酸酯钠（SLES） | 2–13 | 0.991 | 0.4% |
| 椰油酰胺丙基甜菜碱（CAPB） | 0–2 | 0.993 | 0.05% |
椰油酰胺丙基氧化胺（CAW） 表面活性剂 |
0–2 | 0.991 | 0.12% |
| 卡波姆 | 0–3 | 0.998 | 0.04% |
| 椰子酰胺二乙醇胺（DEA） | 0–3 | 0.997 | 0.05% |
| 聚季铵盐-7 | 0.2–1.9 | 0.991 | 0.07% |
运行成本：湿化学方法VS近红外光谱法
与湿化学方法相比，使用近红外光谱法的运行成本显著降低。图3显示了使用滴定法/高效液相色谱法和近红外光谱法分别测定洗发水关键质量参数的运行成本比较。
总结
对于使用在我们皮肤和牙齿上的物品，其质量控制是一个关键方面。由于我们每天都会接触个人护理产品，因此它们必须符合行业标准和法规，确保使用安全。头发、皮肤和牙齿护理产品中各种质量控制参数的传统湿化学分析涉及化学试剂的使用、熟练的分析人员，还需要大量时间来前处理和分析样品。近红外光谱（NIRS）作为一种快速替代方法，无需任何化学品或样品前处理步骤，非技术人员也可轻松操作。此外，近红外光谱还可在一次运行中同时测量多个参数，进一步减少了分析时间，不到一分钟的时间即可快速获得结果。
提高QC实验室的效率：近红外光谱如何帮助节省高达90%的成本
对质量控制过程的低估是导致内外部产品不合格的主要因素之一，据报道，这会导致10-30%的营业额损失。因此，国家制定了许多不同的规范，以支持制造商实现这一目标。然而，由于获得结果需要较长时间、化学品的相关成本也非常高，这使得许多公司在其质量控制过程中选择使用近红外光谱。以下白皮书说明了近红外光谱的巨大潜力，并展示了其可节约高达90%成本的无限潜力。
