【コラム】NIRS(近赤外分光法)による毛髪、皮膚、および歯科用製品の品質管理および製品スクリーニング
2022/10/03
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ヘア、スキン、デンタルケア製品の品質管理は、製造業者にとって重要性を増し続けています。健康を守ることに加えて、規格外製品の販売を回避することも同様に重要です。製品のリコールは非常に高額であり、企業の評判に持続的な影響を及ぼします。したがって、これらの様々なケア製品を市場に投入する前に、集中的な試験を行うことが不可欠です。本記事では、QCおよび製品スクリーニングに近赤外分光法(NIRS)を活用することが、パーソナルケア製品の製造業者にとって理想的な選択である理由を紹介します。この技術は迅速かつ非破壊的であるだけでなく、使いやすく、化学薬品を必要としません。
次のセクションでは、様々な種類のパーソナルケア製品を紹介した後、NIRS分析技術の説明、そしてシャンプーおよび関連製品のQCにNIRSをどのように使用できるかという応用例を紹介します。
ヘアケア製品:
シャンプーおよびコンディショナーは、洗浄剤、防腐剤、有効成分(例:抗フケ化合物)を含む複雑な混合物です。ヘアコンディショナーは、水と疎水性成分の混合物で構成されており、規定の液滴サイズを持つエマルションを形成します。この液滴サイズは、様々な処理工程を通じて変化し、コンディショナーの性能に影響を与えるため、管理することが非常に重要です。そのため、液滴サイズ は定期的に測定する必要がある品質パラメータです。
ヘアジェル、ワックス、クリーム、およびスプレーは、スタイリングおよび毛髪の保護に使用される化粧品です。所望の特性を得るために、厳格な処方に従って多くの異なる成分が使用されます。非エアゾール(すなわちポンプ式)ヘアスプレーは、主に溶剤と共重合体を含みます。一部のヘアクリームには、フケやその他の問題を治療するための有効成分が含まれています。この場合、最終製品中の有効成分の量が極めて重要です。したがって、有効成分の濃度は、多くの品質管理パラメータの一つとして定期的に測定する必要があります。
スキンケア製品:
石鹸は、液体または固体の形態で衛生目的に使用されます。石鹸の製造は鹸化から始まり、その後、鹸化工程の不純物および副産物を除去するための精製が行われます。固形石鹸バーを製造する場合、精製工程後に原料が乾燥され、ヌードル状に切断されます。最終製品の規格は、使用される石鹸ヌードルの品質に左右されます。
クリームおよびローションは、様々な理由で皮膚に外部から塗布されます。例えば、吸収を助けるための有効成分のキャリアとして機能します。これらの製品は、皮膚の水分レベルを正常化するのにも役立ちます。ローションはパーソナルケア製品、化粧品、または医薬品の一部であり、したがって厳格な品質管理要件を満たす必要があります。最も重要な品質パラメータの一つは水分含有量です。水分含有量はローションの質感および保湿特性に大きく寄与するためです。
デンタルケア製品:
歯磨き粉は口腔衛生目的で使用され、安全な使用を保証するために複数の品質要件を満たす必要があります。通常、測定する必要があるパラメータには、添加物、着色剤、および有効成分が含まれます。これらのパラメータの測定には、試料調整、複雑な分析技術、および化学薬品が必要なことがよくあります。
うがい薬は、口腔内の微生物負荷を低減することを目的とした防腐溶液です。有効成分、精油、着色剤など、多くのパラメータが品質管理検査に合格するためにテストされる必要があります。
近赤外分光法(NIRS)—ヘア、スキン、デンタルケア製品の品質管理に理想的なツール
近赤外分光法(NIRS)は、30年以上にわたり、パーソナルケアおよび化粧品製品の迅速かつ信頼性の高い品質管理の確立された方法です。しかし、多くの企業はまだNIRSをQA/QCラボに一貫して導入することを検討していません。その理由は、応用の可能性に関する経験が限定的であるか、新しい方法の導入に対する一般的な躊躇である可能性があります。
従来の分析技術と比較してNIRSを使用することにはいくつかの利点があります。まず、NIRSは試料調整なしでわずか30秒で複数のパラメータを測定できます。NIRSによって使用される非侵襲的な光物質相互作用は、物理的および化学的試料特性の両方の影響を受け、両方の特性タイプの測定に優れた方法となります。
NIRSを二次技術として詳しく知るには、以前のブログ記事をご覧ください。
ASTM E1655: QC適合技術としてのNIRS
ASTM E1655 (赤外多変量定量分析の標準実務)は、材料の物理的または化学的特性を測定するために使用される赤外分光計の多変量キャリブレーションのガイドです。これらの実務は、近赤外(NIR)スペクトル領域(およそ780〜2500 nm)から中赤外(MIR)スペクトル領域(およそ4000〜400 cm-1)を通じて行われる分析に適用可能です。
NIRS分析では一般的にどのようなパラメータとアプリケーションが可能ですか?
通常、ヘア、スキン、デンタルケア製品の品質管理の主要パラメータである水分含有量、界面活性剤、有効成分、ヨウ素価、および全脂肪物質(TFM)は、化学的および物理的方法により実験室で測定されます。これらの方法は高い運用コストを持つだけでなく、時間がかかります。
近赤外分光法(NIRS)は、化学薬品も試料調整も必要とせず、1分未満で結果を提供し、化学者以外でも使用できるため、これらの問題を克服できます。さらに、複数の化学的および物理的パラメータを同時に測定できます。この技術の複合的な利点により、NIRSは多くの日常的なQA/QC測定やアドホックなアットライン分析に理想的なソリューションです。
アプリケーション例:NIRSによるシャンプー中の界面活性剤の品質管理
ラウリル硫酸ナトリウム(SLES)、ココアミドプロピルベタイン(CAPB)、ココアミドプロピルアミンオキシド(CAW)、ココアミドジエタノールアミン(DEA)、およびカルボポールなどの界面活性剤のシャンプー中での測定は、従来のラボ技術でこれらの分析に必要な大量の化学薬品の使用のため、コストと時間集約的なプロセスです。
QCツールとしてNIRSを使用することのいくつかの利点を示すために、シャンプー試料はMetrohm DS2500 Solid Analyzerで全波長範囲(400–2500 nm)の透過反射モードで測定されました。DS2500 Slurry Cupが採用され、試料の位置付けと試料容器の洗浄が簡素化されました。1 mm ゴールド拡散反射鏡は、すべての測定に対して同じ光路長を定義し、再現可能な結果を保証します。
取得した Vis-NIR スペクトル(Figure 1)を使用して、シャンプー中の複数の主要成分の測定のための予測モデルが作成されました。予測モデルの品質は、Vis-NIR 予測と一次法の値との相関を示す相関図を使用して評価されました(Figure 2)。各々の性能指数(FOM)は、日常的な分析中の予測の予想精度を示しています(Figure 2およびTable 1)。
Table 1. DS2500 Solid Analyzer でシャンプー試料中に測定された主要成分の濃度範囲および性能指数(FOM)。
| パラメータ | 範囲 (%) | R2 | SECV |
| SLES | 2–13 | 0.991 | 0.4% |
| CAPB | 0–2 | 0.993 | 0.05% |
| CAW界面活性剤 | 0–2 | 0.991 | 0.12% |
| カルボポール | 0–3 | 0.998 | 0.04% |
| ココアミド DEA | 0–3 | 0.997 | 0.05% |
| ポリクォータニウム-7 | 0.2–1.9 | 0.991 | 0.07% |
このソリューションは、NIR分光法が試料調整や化学試薬の使用なしにシャンプー中の複数の有効成分の分析に非常に適していることを実証しています。さらに、結果は1分未満で得られ、ユーザーの貴重な時間を節約します。
ランニングコスト:湿式化学分析法対NIRS
NIR分光法を使用する場合、湿式化学分析法と比較してランニングコストが大幅に低くなります。シャンプー中の主要な品質パラメータの測定における滴定/HPLCとNIR分光法のランニングコストの比較をFigure 3に示します。
まとめ
品質管理は、私たちが肌や歯の衛生のために使用する物質にとって重要な側面です。パーソナルケア製品への日常的な曝露のため、これらの製品が業界標準および規制に従い、安全に使用できることが極めて重要です。ヘア、スキン、デンタルケア製品における様々なQCパラメータの従来の湿式化学分析には、化学試薬の使用、熟練した化学分析者が関与し、試料の調整と分析に時間を要します。近赤外分光法(NIRS)は迅速な代替手段であり、化学薬品も試料調整工程も必要とせず、非技術系の人員でも使用できます。複数のパラメータを同時に測定できるため、分析時間がさらに短縮され、結果は1分未満で得られます。
QCラボの効率を向上:NIRSがコストを最大90%削減する方法
QCプロセスの過小評価は、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様々な規格が制定されています。しかし、結果が出るまでの時間や関連する化学薬品の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では、NIRSの可能性を説明し、最大90%のコスト削減の可能性を示します。
