Fizyczne metody badania kosmetyków
Podział na dwie grupy:
" ObowiÄ…zkowe i dodatkowe
Metody badania surowców
" ObowiÄ…zkowe
kosmetycznych
- wymagane prawnie badania dermatologiczne, aplikacyjne, oceny
bezpieczeństwa oraz badania trwałości
- badania wykonywane przez producenta: przed zatwierdzeniem
receptury, w trakcie produkcji, po jej zakończeniu
- obejmują badania mikrobiologiczne receptury i surowców, badania
fizykochemiczne, testy lepkości, stabilności itp., zawartości
poszczególnych składników w produkcie finalnym itp.
" Cel badań:
- zapewnienie bezpieczeństwa produktu, określenie receptury  czy
jest właściwa, odpowiednio skomponowana itp.
Surowce kosm 04 2011/12
Przygotowanie próbek do badań Przygotowanie próbek do badań
" Prawidłowość pobierania próbek produktów " Przeprowadzenie próbek do roztworu (rozpuszczanie,
kosmetycznych roztwarzanie)
- z opakowań oznaczonych nazwą wytwórcy i numerem serii 
" Wydzielanie, rozdzielanie i zatężanie analitu (oznaczanego
założenie: produkt jednolity w rozumieniu GMP oraz że wynik
związku/-ów)
badania próbki pozwala na wyciągnięcie wniosku w odniesieniu
" Maskowanie czynników zakłócających pomiar
do całej serii
" DerywatyzacjÄ™ analitu
" Sposób pobierania
- w odpowiedniej ilości do analiz, dobrze wymieszaną
- produkty niedające się wymieszać - pobierane z kilku (co najmniej 3)
miejsc
- badania tożsamości i zanieczyszczeń produktów  w jednej próbce
pojedynczej (o ile monografia szczegółowa nie przewiduje inaczej)
- badania ilościowe  co najmniej dwa oznaczenia i wyznaczenie
średniej arytmetycznej  o ile nie ma innych wytycznych
Ocena jakości surowców i produktów Parametry określające właściwości fiz.-chem.
" Aktywność biologiczna związku  powiązana " Postać i właściwości
z właściwościami fizykochemicznymi
" Cechy budowy anatomicznej
" Istotne  klasyczne właściwości molekularne: elektronowe,
" Rozpuszczalność
lipofilne, steryczne, wiÄ…zania wodorowe "ð pozwalajÄ…
" Temperatura topnienia/wrzenia/krzepnięcia
przewidzieć niektóre zagrożenia toksykologiczne
" Gęstość
- mała masa cząsteczkowa przy charakterze
" Lepkość
hydrofobowym  warunkuje lepszÄ… penetracjÄ™ przez
skórę niż związków o wyższej m. cz. " Współczynnik załamania światła
- bezpieczeństwo stosowania  łatwopalność,
" Skręcalność optyczna/właściwa
wybuchowość
" Konsystencja
" pH roztworu
" Widma absorpcyjne (UV, IR)
1
Parametry określające właściwości fiz.-chem. Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP)
" Czystość chemiczna " Cechy budowy anatomicznej  parametr niezbędny do
- przez
roczystość, zmętnienie, zabarwienie roztworu, identyfikacji składników pochodzenia naturalnego
kwasowość/zasadowość, zanieczyszczenia jonami (roślinnego lub zwierzęcego)
nieorganicznymi, zawartość metali ciężkich, strata - ocena dokonywana na podstawie analizy
masy po suszeniu, obecność specyficznych organoleptycznej lub mikroskopowej (analiza
zanieczyszczeń wynikających np. z syntezy  tożsamości skrobi pochodzącej z różnych roślin)
pozostałości lub trwałości ocenianych substancji,
" Temperatura topnienia  temp. całkowitego przejścia ze
pozostałości lotnych rozpuszczalników
stanu stałego w ciekły
" Czystość mikrobiologiczna - zakres t.t.  pomiędzy tworzeniem się pierwszych kropli
cieczy i całkowitego przejścia w stan ciekły 
" Zawartość
wytworzenie menisku
Ocena tych parametrów i ich zgodność z wymaganiami
- topnienie z rozkładem  zwęglenie,
certyfikatu  świadczy o jakości użytych składników
ściemnienie, wydzielenie gazu itp.
- pomiar  aparaty grzewcze, kapilary
Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP) Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP)
" Temperatura krzepnięcia " Płynięcie cieczy  przesuwanie warstw cieczy względem
siebie
" Temperatura wrzenia  temp. przy której prężność par jest
- działanie hamujące na ten ruch - siła tarcia wewnętrznego
równa ciśnieniu zewnętrznemu (101,3 kPa = 760 mm Hg)
(oddziaływanie międzycząsteczkowe  budowa przestrzenna, polarność
- zakres t.w.  temperatura przy oddestylowaniu 5
czÄ…steczek cieczy)
pierwszych kropili cieczy i najwyższą temp. przy
- lepkość - właściwość cieczy i ciał półciekłych związana z występowaniem
destylacji cieczy przy w/w ciśnieniu
w nich tarcia wewnętrznego
- aby przesunąć warstwę cieczy o powierzchni 1 m2 względem drugiej o tej
- ogrzewanie na Å‚az
ni wodnej dla cieczy niskowrzÄ…cych
samej powierzchni należy użyć siły wprost proporcjonalnej do
- jeśli t.w. < 40 C  zalecany specjalny aparat destylacyjny
(współczynnika) lepkości dynamicznej
z termometrem z podziałką co 0,1 C
" Lepkość dynamiczna - wyrażana jako siła (w N) konieczna do
- przy obliczaniu t.w. należy ją skorygować
przesunięcia równolegle do płaszczyzny przesuwu dwóch warstw
uwzględniając aktualne ciśnienie atmosferyczne
cieczy każdej o powierzchni 1 m2 przy prędkości 1 m/s na
odległość 1 m
- wymiar: niutonosekunda na m2, czyli N"s "m-2 = Pa"s
(paskalosekunda)
Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP) Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP)
- siła działająca na jednostkę powierzchni  naprężenie ścinające Zależnie od charakteru substancji określa się:
- względna szybkość przesuwania się miedzy sobą warstw  szybkość " Lepkość dynamiczną  lepkość bezwzględna [Pa"s]
ścinania
" Lepkość względna  stosunek lepkości dynamicznej roztworu do
" Lepkość  stosunek (iloraz) naprężenia ścinającego do szybkości lepkości dynamicznej rozpuszczalnika
ścinania
" Lepkość kinematyczna  stosunek lepkości dynamicznej do gęstości
" Ciecze newtonowskie  czyste rozpuszczalniki i bardzo rozcieńczone badanej cieczy [m2/s]
roztwory
- lepkość zależy od temperatury (stała w stałej temperaturze) i ciśnienia
" Przy określaniu lepkości  należy podać temperaturę (lepkość na ogół
" Większość cieczy  ciecze nienewtonowskie  nieidealnie lepkie
zmniejsza siÄ™ wraz ze wzrostem temperatury)
- lepkość nie jest stała w stałej temperaturze, zależy (zwykle nieliniowo)
od naprężenia ścinającego
2
Określenie tożsamości
Definicje parametrów fizykochemicznych (wg FP)
Współczynnik załamania światła (współczynnik refrakcji) Wykorzystanie reaktywności wynikającej z budowy strukturalnej, w tym
m.in.:
" Stosunek szybkości światła w powietrzu do szybkości światła w danym
- obecności grup funkcyjnych, np.
ośrodku wyrażony stosunkiem sinusa kata padania do sinusa kąta
- aminowej aromatycznej I rz.  reakcja diazowania i sprzęgania
załamania w danym ośrodku
z 2-naftolem  pomarańczowe zabarwienie lub osad
- istnieje zależność między współczynnikiem załamania światła
- estrowej  tworzenie kwasów hydroksamowych
roztworu i stężeniem substancji rozpuszczonej  wykorzystywania
z hydroksyloaminÄ… dajÄ…cych niebieskoczerwone
do ilościowego oznaczania
kompleksy z FeCl3  środowisko kwaśne i inne
Skręcalność optyczna  zdolność substancji optycznej czynnej do zmiany
- jonów, np.
pÅ‚aszczyzny drgaÅ„ spolaryzowanej liniowo fali elektromagnetycznej "ð
- chlorków, bromków  reakcja z AgNO3 w środowisku HNO3
chiralność - obiektów chiralnych nie można nałożyć na siebie na drodze
- fosforanów  żółty osad w reakcji z AgNO3
translacji i obrotu w przestrzeni.
- siarczanów(VI)  reakcja z BaCl2 w środowisku HCl
Skręcalność właściwa  10 cm warstwa roztworu zawierającego 1 g
- salicylanów  fioletowe zabarwienie w reakcji z FeCl3
substancji w 1 cm3
pomiar lampa sodowa (589 nm), rtęciowa (546 nm), podawane w wyniku,
podobnie jak temp.
- skręcalność właściwa (s.w.) - charakteryzuje substancje jakościowo
- może stanowić podstawę oznaczania stężenia danego składnika, o ile znana jest s.w.
Określenie tożsamości Ocena stabilności produktu
Wykrycie zanieczyszczeń " Zapach / kolor (w porównaniu z próbkami zamrożonymi)
" Produkcyjne  niespecyficzne  z
ródło: surowce i rozpuszczalniki, " Wskaz
nik pH
zanieczyszczenia z aparatury
" Lepkość
" Degradacyjne  zanieczyszczenia specyficzne: uboczne produkty
" Zmiana wielkości cząstki (dla emulsji)
podczas syntezy, produkty rozkładu danej substancji (niewłaściwe lub
" Utrata masy (w opakowaniach komercyjnych) nieprzekraczajÄ…ca 1% na
długotrwałe przechowywanie; rozkład pod wpływem światła, wilgoci,
miesiÄ…c przy przechowywaniu w temp. 45 C
temperatury "ð reakcje utleniania i redukcji, fotolizy, hydrolizy itp.)
" Zawartość konserwantów
Zanieczyszczenia surowców
" Zawartość substancji czynnej środka kosmetycznego
" Organiczne  powstałe w procesie syntezy lub podczas
przechowywania (także pozostałości reagentów)
" Nieorganiczne  głównie z procesu technologicznego (np. metale
ciężkie, sole i odczynniki, katalizatory i inne substancje stosowane np.
w procesie oczyszczania)
" rozpuszczalnikami  ciecze organiczne, lotne lub nielotne o znanej
toksyczności
ObowiÄ…zki producenta przed wprowadzeniem
Analiza jakościowa/ilościowa
składu produktów kosmetyczno-leczniczych
kosmetyku na rynek
" Przekazanie do krajowego systemu następujących danych: Zadanie złożone i trudne
- nazwa handlowa kosmetyku
" Skomplikowany skład produktu kosmetyczno-leczniczego
- skład jakościowy/ilościowy
- substancje czynne
- cechy fizykochemiczne produktu
- substancje bazowe o charakterze lipofilowym (np. euceryna,
- informacje o skutkach niepożądanych jakie mogą wystąpić w wyniku
wazelina, lanolina) lub o charakterze hydrofilowym (np. woda,
jego stosowania
glicerol, inne alkohole i in.)
" W produktach kosmetycznych nie mogą być obecne substancje - składniki dodatkowe konieczne do wytworzenia produktu
chemiczne uznane za rakotwórcze, mutagenne, działające kosmetycznego, np. nośniki substancji czynnych, związki
szkodliwie na reprodukcję konserwujące kosmetyk, SPC, związki nawilżające itp.
- substancje czynne w mniejszym stężeniu niż substancje bazowe i/lub
" Wykorzystywane składniki aktywne muszą mieć:
dodatkowe
- udowodnioną skuteczność
- produkty rozkładu substancji czynnych często maja budowę zbliżona
- występować w produktach w określonym stężeniu
do substratu
" Wybór złej metody analitycznej
- trudnoÅ›ci w oznaczaniu "ð niepowodzenia w wytwarzaniu
kosmetyków/dermokosmetyków "ð możliwość pewnego
zagrożenia dla zdrowia
3
Metoda analityczna Walidacja metody  podstawowe pojęcia
" Zbiór wszystkich czynności związanych z wykonaniem analizy od chwili " Wartość rzeczywista (wartość oczekiwana)  wartość otrzymana po
przygotowania danej próbki do pomiaru wielkości mierzonej (podstawa dokonaniu odpowiedniego pomiaru próbki
oznaczenia), a następnie opracowania wyników
" Wartość oznaczona  wartość uzyskana po zastosowaniu
" Metody w analizie ilościowej, jak również w jakościowej  powinny być odpowiedniej procedury analitycznej  najczęściej średnia
objęte procesem walidacji arytmetyczna z uzyskanych wyników pomiaru
" Proces walidacji metody analitycznej  wykazanie: " Dokładność pomiaru  zgodność pomiędzy wynikiem pomiaru
- czy metoda jest przydatna do określonej analizy a wartością rzeczywistą w próbce
- czy jest powtarzalna
" Precyzja pomiaru  zgodność pomiędzy wynikami niezależnych
- czy oznacza się odpowiednią dokładnością, wykrywalnością
oznaczeń próbek
i oznaczalnością
" Niepewność pomiaru  odnosi się do wyniku pomiaru  określa
- czy spełnia warunek liniowości, selektywności i specyficzności
przedział wokół wartości średniej w którym może się znalez
ć (na
- określenie innych parametrów: niepewność, zakres oznaczania,
określonym poziomie ufności) wartość oczekiwana
dokładność pomiaru, trwałość analitu
Parametry walidacji Ilościowe parametry walidacji
" Jakościowe " Liniowość (zakres roboczy)
- selektywność  możliwość zastosowania metody do oznaczenia
" Odzysk (dokładność)
analitu w obecności innych składników występujących w próbce
" Precyzja
oznaczanej bez wystÄ…pienia interferencji
" Granica wykrywalności i oznaczalności
- specyficzność  najwyższy stopień selektywności (selektywność
" Powtarzalność/odtwarzalność
100%)  jest wartością absolutną (HPLC, GC)
" Odporność metody
" Niepewność metody
Ilościowe parametry walidacji Ilościowe parametry walidacji
Dokładność metody/pomiaru Dokładność metody/pomiaru
" Stopień zgodności wyniku pomiaru z wartością prawdziwą wielkości " Wyznaczanie dokładności:
mierzonej - dodatek wzorców do prób badanych
- jeśli brak wzorców  porównanie wyników uzyskanych daną metodą
" Niedokładność pomiaru  stopień niezgodności wyniku pomiaru
z wynikami uzyskanymi metodÄ… uznanÄ… za referencyjnÄ…
z wartością prawdziwą wielkości mierzonej
- przedstawiana jako procent (odsetek) odzysku
" Czynniki wpływające na dokładność metody:
odzysk = Xi/Z, gdzie:
- błędy przypadkowe
Xi  oznaczona ilość analitu w próbce
- błędy systematyczne
Z  znana ilość analitu w próbce
" Wyznaczanie dokładności:
" Odzysk dla składnika głównego powinien wynosić 95-105%, dla składników na
- dodatek wzorców do prób badanych
poziomie śladowym 80-120%
- jeśli brak wzorców  porównanie wyników uzyskanych daną metodą
" Dokładność  opisana przez błąd bezwzględny lub błąd względny w %
z wynikami uzyskanymi metodÄ… uznanÄ… za referencyjnÄ…
" Przy ocenie dokładności  min. 9 pomiarów co najmniej w trzech zakresach
stężeń, powtarzając każde oznaczenie (co najmniej) trzykrotnie
4
Ilościowe parametry walidacji Ilościowe parametry walidacji
Precyzja metody Liniowość metody (zakres roboczy)
" Stopień rozrzutu pomiędzy wynikami danej serii pomiarów " Określa zdolność uzyskiwania wyników pomiarów analitycznych wprost
- wyrażana odchyleniem standardowym oraz przedziałem ufności dla proporcjonalnych do stężenia/zawartości w oznaczanej próbce
pojedynczego wyniku oznaczenia lub wartości średniej - liniowość zgodna z równaniem regresji y = ax + b, przy czym b
powinno być równe 0
" Powtarzalność metody
- wartość a (wsp. kier.)  określa czułość metody
- ocena wyników analizy otrzymanych w krótkim okresie czasowym,
wykonane przez jednego analityka w tych samych warunkach (ten " Współczynnik korelacji r  charakteryzuje zależność pomiędzy
sam sprzęt, odczynniki itp.) wartością pomiarową a stężeniem/zawartością substancji
- wysoka wartość r  dobra liniowość metody; jednocześnie określa
" Odtwarzalność metody
liniowy zakres metody analitycznej
- czy wyniki konkretną metodą prowadzą do identycznych rezultatów
- w przypadku oznaczania substancji czynnej w próbce r 0,995, przy
w różnych laboratoriach, na różnym sprzęcie, przez różnych
oznaczaniu składników śladowych r 0,980
analityków
" Zakres metody  przedział stężeń analitu, przy którym oznaczenie jest
" Precyzja pośrednia
prowadzone z odpowiednią dokładnością, precyzją i liniowością
- określa różnice między wynikami uzyskanymi w tym samym
laboratorium, ale w innym czasie i przez innego analityka
" Oznaczenie  jak poprzednio: 3 stężenia, min. po 9 oznaczeń, powtórzenie każdego
pomiaru  trzykrotnie
" Precyzja metody  wyrażona wartością odch. standardowego i współ. zmienności
Ilościowe parametry walidacji Ilościowe parametry walidacji
" Granica wykrywalności (LOD)  najmniejsza ilość substancji badanej, " Niepewność metody
jaka może być wykryta, lecz niekoniecznie oznaczona z dobrą wynik = wartość niepewność
dokładnością i precyzją (3 razy wyższy sygnał niż  szum ) - niepewność  wyrażona za pomocą odchylenia standardowego
DL = 3,3 S/ a
(wartość bezwzględna) lub współczynnika zmienności
S- odchylenie standardowe
" Trwałość analitu/próbki
a  wsp. kier. prostej regresji
- pomiar stężenia substancji oznaczane w próbce w określonych
" Granica oznaczalności (LOQ)  najmniejsza ilość badanej substancji, która
odstępach czasowych
może być oznaczona z dobra dokładnością i precyzją (stosunek sygnału
- jako trwałe  roztwory standardów i próbek, których wartość
substancji badanej do sygnału zakłóceń 10 : 1
pomiarowa po 48 h zmienia się o 2% w porównaniu z wartością
DQ = 10S/ a
pomiarową próbki i wzorców przygotowanych ex tempore
" Odporność metody  dopuszczalne zmiany w procedurze analitycznej
" Eliminacja wyników wątpliwych
bez istotnego wpływu na uzyskiwane wyniki
- test Q-Dixona Q = (xn  xw) / R
- zmiana: inna seria odczynników, materiałów pomocniczych, (kolumny
xw  wynik wÄ…tpliwy oznaczenia
chromatograficznej) , czasem przechowywania próbki
xn  wynik oznaczenia najbliższy co do wielkości w uporządkowanym szeregu
- odporność metody  wyrażona także odtwarzalnością pomiarów
wyników o coraz większej wartości
R  rozstęp  różnica między największym i najmniejszym wynikiem w serii
wynik odrzucamy, gdy Q jest większe od wartości krytycznej Qk (z tablic)
Błędy pomiarowe
CiÄ…g dalszy zapewne nastÄ…pi niebawem
" Błąd systematyczny  wartość stała gdy wykonujemy pomiar w tych
samych warunkach
" y
ródła błędów systematycznych
- błędy aparaturowe (wahania temperatury, zanieczyszczenia,
uszkodzenie)
- błędy metody (niespecyficzny odczynnik, nietrwała próbka)
- błędy operatora (zły odczyt, błąd w obliczeniach, w przygotowaniu
próbki)
" Błąd przypadkowy  różne wartości, wyniki kolejnych pomiarów
zmieniają się w sposób losowy
" BÅ‚Ä…d nadmierny  wyraz
ne odstępstwo wyników od pozostałych (z
ródło
 najczęściej człowiek)
Dziękuję za uwagę
5