NIRS ile deterjanların ve el dezenfektanlarının kolay kalite kontrolü
17 Nis 2023
Ürün
Makaleyi paylaş
“Temizlik imandandır” sözü yüzyıllardır kullanılmaktadır. Bu ifadenin ima ettiği anlam, giysilerimizi, yaşam alanlarımızı, eşyalarımızı ve elbette bedenlerimizi temiz tutma eyleminin bizi diğer canlılardan ve buna bağlı olarak daha ilkel içgüdülerimizden üstün bir konuma taşımakta olduğudur. Bunun yanı sıra, hastalıkların temiz olmayan koşullarda yaygın şekilde görüldüğü bilinmektedir ve toplum olarak temizliği sürdürmek en önemli çıkarlarımız arasında yer almaktadır. Bu nedenle temizlik maddeleri (örneğin deterjanlar ve dezenfektanlar) günlük yaşamımızın vazgeçilmez bir parçasını oluşturmaktadır.
Birçok temizlik ürünü cildimiz ile temas etmekte ve genellikle durulama veya kurutma yoluyla uzaklaştırılmaktadır. Bu nedenle, güvenlik açısından test edilmeleri ve kalite kontrol amacıyla temel bileşenlerin doğru miktarlarda bulunduğunun doğrulanması gerekmektedir. Bu blog makalemizde deterjanlar ve el dezenfektanlarının kullanım alanları ile bu ürünlerin yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS) kullanılarak kalite kontrolünün nasıl gerçekleştirilebileceği açıklanmaktadır.
Deterjanlar nedir?
Deterjan ve sabun kelimeleri sıklıkla birbirinin yerine kullanılsa da bunlar iki farklı üründür. Deterjanlar, “sabunlardan kimyasal olarak farklı olan ancak yağları emülsifiye edebilen, kiri süspansiyon halinde tutabilen ve ıslatıcı ajan olarak işlev görebilen çok sayıdaki sentetik, suda çözünebilen veya sıvı organik preparatlardan herhangi biri” olarak tanımlanmaktadır [1]. Sabunlar ise bir alkali ile yağ bileşeninin reaksiyona sokulması sonucunda yağ asidinin sodyum (veya potasyum) tuzlarının oluşturulmasıyla hazırlanmaktadır.
Tanımdan da anlaşılacağı üzere, deterjanlar yağları ve kiri emülsifiye eden temizlik maddeleridir. Piyasada çeşitli amaçlara yönelik birçok ürün mevcuttur: sıvı deterjan, toz deterjan ve hatta tek kullanımlık konsantre kapsüller. Bu deterjanlar genellikle çok amaçlı değildir, ancak bulaşık yıkama, çamaşır yıkama ve hatta inatçı lekeler ve kokular için yüksek verimli formüller gibi özel amaçlara yönelik olabilirler.
Deterjanlar nelerden oluşmaktadır?
Deterjan formülasyonları oldukça karmaşık olabilmektedir. Bu ürünler temel olarak çeşitli yüzey aktif maddelerden (iyonik, iyonik olmayan ve amfoterik), enzimlerden, koruyuculardan, şelatlayıcı ajanlardan, ağartıcı ajanlardan, ayrıca boyar maddeler ve parfümlerden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin tamamı her deterjanda bulunmamakla birlikte, yağların, kirlerin ve leke veya kokuya neden olan diğer bileşiklerin emülsifikasyonu için yüzey aktif madde temel bir gerekliliktir. Evcil hayvan idrarında bulunanlar gibi zor parçalanan bileşiklerin ayrıştırılması için enzimler de gerekli olmaktadır. Bu farklı bileşiklerin birleşimi sonucunda temiz yüzeyler ve temiz malzemeler elde edilmektedir.
Hipoalerjenik deterjanlar, hassas cilde sahip kişiler için geliştirilmiş özel ürünlerdir. Bunlar genellikle kokusuz (parfüm içermeyen) formülasyonlardan oluşmakta ve aynı zamanda boyar madde de içermemektedir. Aktif bileşenler büyük ölçüde benzer kalırken, kurdeşen veya cilt döküntüsü oluşma riskini azaltmak amacıyla parfümler ve diğer bazı bileşenler formülasyondan çıkarılmaktadır. Hipoalerjenik deterjanların bu şekilde pazarlanabilmesi için kapsamlı testlerden geçirilmesi gerekmektedir. Hassas cilde sahip kişilerin, giysilerin uzun saatler boyunca cilt ile yakın temas halinde olması nedeniyle özel olarak formüle edilmiş çamaşır deterjanlarını kullanmaları önerilmektedir. Temiz çamaşırlar cilt tahrişi riski taşımamalıdır.
El dezenfektanı nedir?
El antiseptiği, el dezenfektanı veya el ovma solüsyonu olarak da bilinen el dezenfektanı, 2020 yılının başlarında COVID-19 pandemisinin başlamasından bu yana neredeyse her evde bulunan temel ürünlerden biri haline gelmiştir. El dezenfektanı, uygulandıktan sonra hızla kuruması için tasarlanmış bir sıvıdır (genellikle jel, köpük veya sprey formunda bulunmaktadır). Böylece sabun, su ve havlu kullanımına olan ihtiyaç ortadan kalkmaktadır. Bu ürünler, virüsler ve bakteriler gibi patojenik mikroorganizmaları etkisiz hale getirerek zararlı mikropların yayılmasını önlemek amacıyla ellere uygulanmakta ve ovalanmaktadır. El dezenfektanı kullanmak, zararlı kimyasalları ortadan kaldırmaz veya bazı dirençli mikropları öldürmez; bu nedenle el yıkamanın tam anlamıyla yerine geçecek bir yöntem olarak kullanılmamalıdır.
El dezenfektanlarında hangi bileşenler bulunmaktadır?
Kullanılan aktif bileşene bağlı olarak el dezenfektanları iki ana gruba ayrılmaktadır: alkol bazlı ve alkolsüz ürünler. Alkol bazlı el dezenfektanları genellikle aktif bileşen olarak %60-95 oranında alkol içermektedir. Bu alkol çoğunlukla etanol (etil alkol), izopropanol (izopropil alkol) veya n-propanol şeklinde bulunmaktadır [2]. Bu konsantrasyonlarda alkol proteinleri hızla denatüre etmekte ve belirli mikroorganizma türlerini etkili bir şekilde etkisiz hale getirmektedir. Gliserol, diğer cilt nemlendiricileri ve az miktarda su ise aktif olmayan bileşenleri oluşturmaktadır. Dünya Sağlık Örgütü de benzer bir bileşim önermektedir [3]. Alkol bazlı el dezenfektanları COVID-19 ile mücadelede önemli araçlardan biri olarak öne çıkmıştır. Bu ürünlerin kullanım kolaylığı ve taşınabilirliği, 2020 yılından itibaren yaygın şekilde kullanılmalarına katkı sağlamaktadır.
Alkolsüz el dezenfektanlarında ise aktif bileşen olarak genellikle yaklaşık %0,1 konsantrasyonda benzalkonyum klorür bulunmaktadır. Benzalkonyum klorür; bakterilere, virüslere ve mantarlara karşı etkili olduğu kanıtlanmış antimikrobiyal bir ajandır [4]. Hem alkol bazlı hem de alkolsüz el dezenfektanları ayrıca hidrojen peroksit (en fazla %3 konsantrasyonda), boyar maddeler ve parfümler de içerebilmektedir.
Yakın Kızılötesi Spektroskopi (NIRS): Deterjan ve el dezenfektanlarının kalitesini değerlendirmek için ideal araç
Yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS), kişisel bakım ve kozmetik ürünlerinin hızlı ve güvenilir kalite kontrolü için 30 yılı aşkın süredir kullanılan yerleşik bir yöntemdir. Bununla birlikte birçok şirket, NIRS teknolojisinin KC/KK laboratuvarlarında uygulanmasını halen düzenli olarak değerlendirmemektedir. Bunun nedenleri, uygulama olanaklarına ilişkin deneyim eksikliği veya yeni yöntemlerin uygulanmasına yönelik genel bir çekimserlik olabilmektedir.
NIRS'in diğer geleneksel analitik teknolojilere kıyasla birçok avantajı bulunmaktadır. Öncelikle NIRS, herhangi bir numune hazırlığı gerektirmeden yalnızca 30 saniye içerisinde birden fazla parametreyi ölçebilmektedir. Fiziksel ve kimyasal numune özelliklerinden etkilenen invaziv olmayan ışık-madde etkileşimi sayesinde, hem fiziksel hem de kimyasal özelliklerin belirlenmesi için son derece uygun bir yöntem sunmaktadır..
Blog makalesinin devamında, ASTM E1655: Kızılötesi Çok Değişkenli Kantitatif Analiz için Standart Uygulamalar, standardında belirtilen NIRS uygulama kılavuzları doğrultusunda geliştirilen deterjan ve el dezenfektanlarının kalite kontrolüne yönelik çözümler sunulmaktadır. Bu uygulamalar, malzemelerin fiziksel veya kimyasal özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan kızılötesi spektrometrelerin çok değişkenli kalibrasyonu için bir rehber sağlamaktadır. Söz konusu uygulamalar, yakın kızılötesi (NIR) spektral bölgesinden (yaklaşık 780-2500 nm) orta kızılötesi (MIR) spektral bölgesine (yaklaşık 4000-400 cm⁻¹) kadar gerçekleştirilen analizlere uygulanabilmektedir.
NIRS'in ikincil bir teknik olarak kullanımına ilişkin daha ayrıntılı bilgi için önceki blog yazılarımızın incelenmesi önerilmektedir.
NIR spektroskopisinin avantajları: Bölüm 1
NIR spektroskopisinin avantajları: Bölüm 2
NIRS analizi için genel olarak hangi ölçüm parametreleri ve uygulama alanları mümkündür?
Deterjanlar ve el dezenfektanlarının kalite kontrolünde alkol içeriği, yüzey aktif madde miktarı, TAED (tetraasetiletilendiamin, bir ağartıcı aktivatörü) ve enzimler gibi temel parametreler geleneksel olarak laboratuvarlarda kimyasal ve fiziksel yöntemlerle belirlenmektedir. Bu yöntemler sadece yüksek işletme maliyetlerine yol açmakla kalmaz, aynı zamanda zaman alıcıdır. NIRS, kimyager olmayan kullanıcılar tarafından da kolaylıkla kullanılabilmekte ve bir dakikadan kısa sürede sonuç vermektedir. Ayrıca birden fazla kimyasal ve fiziksel parametre aynı anda belirlenebilmektedir. Bu teknolojinin bir araya gelen avantajları, NIRS'i günlük kalite güvence/kalite kontrol ( KG/KK) ölçümleri ve gerektiğinde gerçekleştirilen at-line(hat içi) analizleri için ideal çözüm haline getirmektedir.
Aşağıdaki bölümlerde sıvı çamaşır deterjanı ve alkol içeren el dezenfeksiyon ürünlerinin kalite kontrolüne yönelik temel parametreler Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer (Şekil 1) kullanılarak belirlenmektedir. Elde edilen Vis-NIR spektrumları, sırasıyla yüzey aktif madde ve etanol içeriği için tahmin modellerinin oluşturulmasında kullanılmaktadır. Tahmin modellerinin kalitesi, Vis-NIR tahmin sonuçları ile birincil yöntem sonuçları arasındaki ilişkiyi gösteren korelasyon diyagramları aracılığıyla değerlendirilmektedir. İlgili performans göstergeleri (FOM), rutin analiz sırasında beklenen tahmin hassasiyetini göstermektedir.
NIRS ile sıvı çamaşır deterjanında yüzey aktif madde miktarının belirlenmesi
Çamaşır deterjanları kumaş yumuşatıcıları, ağartıcı ajanlar, yüzey aktif maddeler ve enzimler içermektedir. Bunlar arasında yüzey aktif maddeler temizlik performansını belirleyen en önemli bileşendir; çünkü polar ve apolar bileşikler arasındaki ara yüzeyi parçalamaktadır. Bu sayede deterjan, toprak veya içecek lekelerinin yanı sıra yağ ve diğer kirler üzerinde de etkili olmaktadır.
Sıvı çamaşır deterjanındaki yüzey aktif madde içeriğinin nicel belirlenmesi, en yaygın şekilde iki fazlı potansiyometrik titrasyon ile gerçekleştirilir. Bu yöntemin dezavantajları arasında manuel numune hazırlama adımları (örneğin, seyreltme ve pH ayarlaması) yer alır ve ölçüm işleminin kendisi de zaman alıcıdır. Buna karşın, Vis-NIR spektroskopisi bir dakikadan daha kısa sürede yüksek kaliteli sonuçlar verir ve herhangi bir numune hazırlığı veya kimyasal madde gerektirmez. Çeşitli çamaşır deterjanı numunelerinden elde edilen spektrumlar Şekil 2’de gösterilmiştir; yüzey aktif madde içeriğinin tahminine ilişkin korelasyon diyagramı ve ilgili performans değerleri ise Şekil 3’te verilmiştir.
| Performans göstergeleri | Değer |
|---|---|
| R2 | 0.97 |
| Kalibrasyonun standart hatası | 2.20 mmol/100 g |
| Çapraz doğrulamanın standart hatası | 2.38 mmol/100 g |
Alkol bazlı el dezenfektanlarında etanol içeriğinin NIRS ile belirlenmesi
2020 yılında COVID-19'un yayılması nedeniyle el dezenfektanlarına olan talep hızla artmıştır. Birçok şirket üretim süreçlerini yeniden düzenleyerek yüksek hacimlerde el dezenfektanı üretimine yönelmiştir. Her üretim sürecinde olduğu gibi, doğru formülasyon yüksek ürün kalitesi sağlamanın yanı sıra israfın azaltılmasına da katkıda bulunmaktadır. Bu çözeltilerde kullanılan bileşenler arasında su, alkol (çoğunlukla etanol veya izopropanol), az miktarda yumuşatıcı (cilt yumuşatıcı, örneğin gliserol) ve mikrobiyal kontaminasyonu en aza indirmek amacıyla kullanılan oksitleyici bir ajan (örneğin hidrojen peroksit) bulunmaktadır. El dezenfektanlarının etkili bir antiseptik olabilmesi için alkol içeriğinin %60'ın (v/v) üzerinde olması gerekmektedir. Bu nedenle kalite kontrol amacıyla ölçülmesi zorunlu olmaktadır.
Dezenfektanların NIRS analizi oldukça kolay gerçekleştirilmektedir. Tek kullanımlık bir vial içerisine küçük bir miktar numune eklenmekte (Şekil 4), analiz başlatılmakta ve spektrumlar saniyeler içerisinde elde edilmektedir (Şekil 5).
NIR spektroskopisi yoluyla etanol içeriğinin belirlenmesinde korelasyon diyagramı ve ilgili performans göstergeleri Şekil 6’da gösterilmektedir.
| Performans göstergeleri | Değer |
|---|---|
| R2 | 0.9977 |
| Kalibrasyonun standart hatası | 0.41 v/v% |
| Çapraz doğrulamanın standart hatası | 0.56 v/v% |
Özet
Deterjanlar; mutfak ekipmanlarının temizlenmesinde, giysilerdeki inatçı lekelerin çıkarılmasında ve kokuların giderilmesi gibiçok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu ürünlerin güvenliğini ve tüketiciler için etkinliğini garanti altına almak amacıyla kalite kontrolünün gerçekleştirilmesi gerekmektedir.
El dezenfektanları ise sabun ve suyun kolay erişilebilir olmadığı durumlarda hijyenin korunmasına katkı sağlayan etkili ürünlerdir. Ancak dezenfeksiyon gücü, aktif bileşenlerin konsantrasyonuna bağlıdır. Bu aktif bileşenler alkol içeren formülasyonlar veya benzalkonyum klorür içeren alkolsüz formülasyonlar olabilmektedir.
Bu blog makalesinde sunulan uygulama örnekleri, yakın kızılötesi spektroskopinin deterjanlar ve el dezenfektanlarında birden fazla bileşenin analizine son derece uygun olduğunu göstermektedir. Sonuçlar numune hazırlığı gerektirmeden bir dakikadan kısa sürede elde edilmektedir. NIRS analizlerinde kimyasal reaktif kullanımına ihtiyaç duyulmamaktadır. Böylece daha az atık oluşmakta ve analiz başına maliyetler düşmektedir.
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
Bilgi Birikiminiz
Uygulama Notu: El Dezenfektanlarında Kalite Kontrolü - Hızlı ve reaktifsiz etanol içeriği tayini
Uygulama Notu: El Dezenfektanlarında Kalite Kontrolü - Bir dakika içerisinde çok parametreli tayin
KK laboratuvarında verimliliği artırın: NIRS maliyetleri %90'a kadar azaltmaya nasıl yardımcı olmaktadır?
Kalite kontrol süreçlerinin yeterince önemsenmemesi, şirket içi ve şirket dışı ürün başarısızlıklarına yol açan başlıca faktörlerden biri olarak görülmektedir ve bu durumun %10 ila %30 arasında ciro kaybına neden olduğu bildirilmektedir. Sonuç olarak üreticileri desteklemek amacıyla birçok farklı standart uygulanmaktadır. Ancak sonuç alma süresi ve kimyasal kullanımına bağlı maliyetler oldukça yüksek olabilmektedir. Bu nedenle birçok şirket kalite kontrol süreçlerine yakın kızılötesi spektroskopiyi entegre etmektedir. Aşağıdaki beyaz kitapta NIRS teknolojisinin potansiyeli gösterilmekte ve %90'a varan maliyet tasarrufu fırsatları sunulmaktadır.
