【コラム】パーソナルケア・化粧品産業におけるNIR分光法:QCおよび製品スクリーニングのための理想的なツール―第1部
2022/06/27
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パーソナルケア・化粧品は、私たちの日常生活のいたるところに存在しています。私たちのほとんどは、多少の身だしなみを整えることなく、周囲の人々に会いに出かけることはまずないでしょう。だからこそ、これらの製品はこれほど広く使用されているのです。パーソナルケア製品・化粧品は、衛生目的、外見の変化、あるいは全般的な身体のケアのため、主に外用(例:髪、肌、爪)、そして経口使用(例:歯、歯茎、舌)として使用されます。日常的に使用されるこうした製品の例としては、石鹸、ローション、マニキュア、コンシーラー、毛染め、香水、紫外線(UV)吸収剤、抗酸化物質などが挙げられます。
パーソナルケア製品は通常、衛生目的で使用され、使用後すぐに洗い流されます(例:歯磨き粉や石鹸)が、日焼け止めや手指消毒剤のように肌に残しておくことを目的としたものもあります。対照的に、化粧品は通常、少なくとも数時間は肌に着用されます(例:ローション、メイクアップ、制汗剤/デオドラント、その他の香水)。世界的に広く使用されているため、こうした製品は洗浄・すすぎ後に大量に環境へ排出され、他の生物に深刻な害をもたらす可能性があります。
図1は、2020年時点における、世界のパーソナルケア・化粧品市場の上位5か国での市場規模を示しています[1]。この分野は、当面の間も引き続き成長していくと見込まれています。
品質管理の重要性
こうした製品が日常生活においていかに普及しているか、それらが身体最大の器官である肌に触れている時間、そして使用後に環境に及ぼしうる影響を考慮すると、パーソナルケア製品・化粧品の適切な品質管理(QC)は極めて重要です。
近赤外(NIR)分光法は、これらの最終製品のQCをより効率的で費用対効果の高いものにするのに特に適した分析方法です。本記事の残りの部分では、まずNIRSについての簡単な概要を示し、続いてこの産業に適したいくつかの応用例をご紹介します。この概要は、パーソナルケア・化粧品の製造業者が実験室でNIRSを使用することでどのような恩恵を受けられるかについての、いくつかの例で締めくくります。
NIRS技術:簡単な概要
光と物質の相互作用は、よく知られたプロセスです。分光法で使用される光は、通常、印加エネルギーではなく、多くの場合波長または波数によって記述されます。
NIR分光計(例:Metrohm DS2500 Liquid AnalyzerやDS2500 Solid Analyzer)は、この相互作用を測定し、図2に示すようなスペクトルを生成します。NIRSは、特定の官能基(例:CH、NH、OH、SH)の存在に対して特に敏感です。したがって、NIR分光法は、水分含有量(水分)、アルコール含有量、ヨウ素価、全脂質含有量、有効成分といった化学的パラメータを定量するための理想的な方法です。さらに、光と物質の相互作用はサンプル自体のマトリックスにも依存します。これにより、密度や粘度といった物理的・レオロジー的パラメータの検出も可能になります。
これらすべての情報は単一のスペクトルに含まれているため、この方法は迅速な多変量分析に適しています。
測定モードは、サンプルの種類に依存します。透過モードは、一般的に液体を分析するのに適した手順です。透過中(図3b)、NIR光はサンプルを通過する間に吸収されます。吸収されなかったNIR光は検出器へ反射されます。
トランスフレクションモードは、一般的にクリームを分析するのに適した手順です。トランスフレクションでは(図4b)、NIR光はサンプルを通過し、その後拡散反射体によって反射され、吸収されながら再びサンプルを通過します。吸収されなかったNIR光は、分析の最後に検出されます。
拡散反射モードは、一般的に洗剤のような固体サンプルを分析するのに適した手順です。拡散反射では(図5b)、NIR光がサンプルを照射し、吸収されなかったNIR光は検出器へ反射されます。
図2に示すスペクトルを取得する手順は、NIR分光法の2つの主要な利点、すなわちサンプル測定における簡便性と迅速性を、既に浮き彫りにしています:
- 高速な技術で、1分未満で結果が得られる
- サンプル前処理が不要―サンプルをそのまま測定できる
- サンプルあたりのコストが低い―化学薬品や溶剤が不要
- 環境に優しい技術―廃棄物が発生しない
- 非破壊的―貴重なサンプルを分析後に再利用できる
- 操作が簡単―経験の浅いユーザーでもすぐに使いこなせる
NIRSを二次的技術として使用することについて詳しくは、過去のブログ記事をご覧ください。
パーソナルケア製品・化粧品に関する規制
一般的に、パーソナルケア製品・化粧品に関する規制は医薬品ほど厳格ではありませんが、いくつかの類似した傾向があります。NIRSは、こうした規制の厳しい市場においても非常に適した技術です。Metrohm製NIRSアナライザーはUSP<856>に準拠しており、Vision air completeパッケージは21 CFR Part 11に準拠しています。
21 CFR Part 11へのNIRSの準拠について詳しくは、下記の関連ブログ記事をご覧ください。
どのASTM試験法により、NIRSはQC準拠ツールとなるのか
ASTM E1655(赤外多変量定量分析のための標準指針)は、材料の物理的または化学的特性を決定するために使用される赤外分光計の多変量校正に関する指針です。本指針は、近赤外(NIR)スペクトル領域(おおよそ780~2500 nm)から中赤外(MIR)スペクトル領域(おおよそ4000~400 cm⁻¹)にわたって実施される分析に適用されます。
パーソナルケア製品・化粧品のQCにおけるNIRSの応用とパラメータ
パーソナルケア製品・化粧品は、その化学的、物理的、およびトライボロジー的特性を決定するための標準化された試験方法に供されます。実験室試験は、研究開発およびQCに不可欠な部分です。以下の試験パラメータは、この産業における多くの最終製品にとって一般的に重要であり、NIRSで測定することができます(表1)。
表1. 選定されたパーソナルケア製品・化粧品のQCにおけるNIRS使用の応用例。
製品 | パラメータ | 従来法 | 関連するNIRSアプリケーション |
| コンタクトレンズ | 水分 | KF滴定 | AN-NIR-020 |
ヘアケア製品 | 液滴形態、有効成分、界面活性剤 | 粒径分析装置、LC-MS、HPLC | |
スキンケア製品・石鹸 | 水分、SPF値、全脂質含有量、ヨウ素価、C8~C14 | KF滴定、GC、滴定 | |
デンタルケア製品 | 有効成分 | HPLC | |
手指消毒剤 | 脂肪族アルコール、アルコール含有量 | GC | |
洗剤 | TEAD、PCS、酵素 | HPLC、滴定 | |
キサンタンガム | 有効成分、グルコース、光学密度 | GC、密度計、糖度計 |
参考資料
[1] Cosmetics Business; Euromonitor. Global Major Beauty and Personal Care Market 2020.
Your knowledge take-aways
QC実験室の効率を向上させる:NIRSがコストを最大90%削減する方法
品質管理プロセスを過小評価することは、内部および外部の製品不良につながる主要な要因の一つであり、10~30%の売上損失を引き起こすと報告されています。その結果、製造業者を支援するために多くの異なる規格が制定されています。しかしながら、結果が得られるまでの時間と関連する薬品コストは非常に過大になる可能性があり、多くの企業がQCプロセスに近赤外分光法を導入するに至っています。以下のホワイトペーパーは、NIRSの可能性を示し、最大90%のコスト削減の可能性を提示します。
