TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.5 2.2 2.3
A közeli infravörös tartományban végzett spektroszkópia felhasználása a minőségbiztosításban Tárgyszavak: közeli infravörös spektroszkópia (KIS); Epton-titrálás; analitikai, kemometriai vizsgálat; kozmetikai anyagok minőség-ellenőrzése.
Elsősorban kozmetikai cikkek összetételének és minőségének ellenőrzésére vették most igénybe a közeli infravörös tartományra kiterjesztett spektroszkópiai módszert. A megbízható azonosításon túlmenőleg a gyors elemzési eljárás révén a minőséget befolyásoló paraméterek meghatározására nyílik lehetőség. A közeli infravörös tartományban végzett spekroszkópia mindössze néhány éve kezdett meghonosodni mind a kvalitatív (azonosítás), mind a kvantitatív analitikai módszerek között. Spektrumtartománya a 800…250 nm hullámhosszakra terjed ki, amelyek 12 500…4000 hullámszám/cm-nek felelnek meg. Az elsősorban CH-, CO-, NH-, OH- és SH-lengésekre reagáló spektrumok eléggé strukturálatlanok, azonban a jelenlegi számítógéptípusok teljesítménye kemometriai eljárás révén lehetővé teszi az értékelést. Az ilyen matematikai spektrumfeldolgozás eredményeként – megfelelő estekben, a kalibrálási ráfordítástól függően – lehetőség van különböző paraméterek egyidejű mennyiségi meghatározására. Ezáltal mód nyílik egyidejűleg több nedves kémiai eljárás helyettesítésére. A közeli infravörös spektroszkópia (KIS) alkalmazásának célja A KIS-készülék beszerzésének költségei jelentősek. A kalibrálás igen munkaigényes. Ezért használata csak akkor indokolt, amikor a hagyományos, munkaigényes vizes kémiai elemzési módszereket a gyors KIS-eljárással pótolni lehet. Különösen nagyszámú vizsgálat esetében lehet komoly időmegtakarításra számítani.
Ennek a roncsolásmentes elemzési módszernek további előnye a minták munkaigényes előkészítésének elmaradása, és hogy elkerülhetők az oldószerek, a reagensek használata és az ezekkel kapcsolatos biztonsági, valamint környezetvédelmi problémák. Ha az eljárást több telephelyen kívánják alkalmazni, célszerű először központilag egy, a készüléktől független kalibrálást végrehajtani, majd ezt a többi készülékre átvinni. Ügyelni kell arra, hogy javítás következtében – például a fényforrás pótlása miatt – a módszer készülékelhangoldódás révén használhatatlanná ne váljon. Az Epton-titrálás Tenzid összetételekben a mosó hatású anyagok meghatározására széles körben alkalmazzák az Epton-féle kétfázisú titrálást. Az ionogén tenzidek meghatározása azon az elven alapul, hogy az anionaktív tenzidek a kationaktív tenzidekkel stöchiometrikus összetételű, semleges sókat alkotnak (1. ábra). [R–O–SO3]- Na
[R–N(CH3)2–CH2–C6H5]+ Cl– +
anionos tenzid
kationos tenzid ↓ –
[R–O–SO3] [R–N(CH3)2–CH2–C6H5]+ + NaCl
1. ábra Semleges sók képződése Epton-titrálás esetében Indikátorként savanyúra beállított keverék szolgál, amely kationos (dimidiumbromid) és anionos (diszulfinkék VN 150) diklórmetános festék keverékéből és kationos etalonoldatból, pl. N-benzil-N, N-dimetil-N[4-(1,1,3,3-tetrametil-butil)-fenoxi-etoxi-etil]-ammóniumkloridból áll, anionaktív tenzidek meghatározásakor. Az Epton-titrálás végpontját a pirosból kékbe való színátmenet és a kétfázisú keverékben az általa előidézett vegyes szín (ibolya) jellemzi. A módszer hátrányai többek között az alábbiak: − halogénezett oldószer alkalmazása, − egészségügyileg meggondolásra késztető indikátor felhasználása, − hibás eredmények lehetségesek a végpont eltérő, szubjektív felismerése következtében, − egy meghatározás ideje mintegy 5…10 percre becsülhető, − az eredmények pH-függősége,
− amfoter tenzidek és más anyagok hibás megállapítást eredményezhetnek. Sampongyártásnál naponta több elemzésre van szükség a minőség biztosítása érdekében. Amennyiben a minták száma naponta 20 és az elemzés időszükséglete 10 perc, akkor évente (300 munkanap) 1000 munkaórát kell teljesíteni. A cél ezért egy olyan közeli infravörös spekroszkópiai eljárás kifejlesztése volt, amely a felsorolt hátrányoktól mentesen, azonos időmegtakarítást nyújtva, azonos elemzési pontosság és reprodukálhatóság elérését teszi lehetővé. Amennyiben kiderülne, hogy a különböző samponok számára mindig külön kalibrálásra van szükség, az időmegtakarítás lényegében csökkenne. A módszer részletei Különböző megfontolások után VECTRON 22/N-C típusú (Bruker) KISspektrométerre esett a választás. A berendezés temperálható küvettatartóval van ellátva. Valamennyi mérést eldobható üvegküvettában, 30 °C hőmérsékleten végezték, miután a vizes minták esetében a mért spektrumok észrevehető mértékben hőmérsékletfüggőek voltak. 0,4
abszorbciós egységek
0,3
0,2
0,1
0,0
0,1 -0,2
11 000
10 000
9000
8000 7000 hullámszám/cm
6000
2. ábra Egy sampon KIS-spektruma
5000
4000
Elsőnek egy samponból nagyszámú megfelelő mintát vettek. Ezeket az Epton-módszer szerint titrálták, és temperálás után a KIS-spektrométerben elvégezték a mérést. Az Epton-érték és a KIS-spektrumok közötti korreláció szempontjából megfelelő spektrumtartomány megválasztását az integrált OPUS-NT spektroszkópiai szoftver könnyíti meg. Ez nemcsak a spektrométer irányítását, hanem az eredeti spektrum kvantitatív értékeléséhez szükséges matematikai utófeldolgozás optimálását is átveszi (2. ábra) A kiválasztott spektrumtartomány széles koncentrációtartományban (150…390 mmol/kg) teszi lehetővé a kalibrált sampon anionos mosóhatású anyagainak kvantitatív meghatározását, ami a keresztellenőrzés módszerével igazolható (3. ábra).
előrejelzett és a valódi érték (mosó hatású anyag)
3. ábra A kalibrációs spektrumok keresztellenőrzése A KIS-módszer eléri az Epton-titrálás mérési pontosságát és reprodukálhatóságát. A rutinellenőrzés során – tekintettel az Epton-eljárás végpontellenőrzéssel kapcsolatos hátrányaira – azt részben még felül is múlja. Az egyes mérések időtartama – tekintettel a mintegy 2,5 perces temperálási időre – kb. 3 perc. Tekintettel azonban arra, hogy a küvettatartóban több temperálási hely áll rendelkezésre, folyamatos használat esetében csupán a tulajdonképpeni
30 s-os pásztázási idő számít. A mérés, a közvetlen értékelés és az eredmények kijelzése automatikus. A módszer kidolgozása után a nem a kalibráló készlethez tartozó, hanem a rendes gyártásból származó mintákat a KIS-spektrométerrel vizsgálták. A kapott értékeket összehasonlították a minőségbiztosítási titrált értékekkel. A KIS-értékek megegyeztek az Epton-értékekkel. Eredmények A módszer kidolgozásakor elért kiváló eredményekre való tekintettel, hasonló, azonban nem azonos összetételű samponmintákat a minőségbiztosítással párhuzamosan, a KIS-spektrométerrel ellenőriztek. Legtöbb esetben most is megegyeztek egymással a KIS- és az Eptonértékek. A minőségbiztosítás során valamennyi samponmintának kb. kétharmad része a KIS-spektrométerrel kalibrálható. A módszer gazdaságosságát igazolja az ily módon elért munkaidő-, vegyszer-, kezelési stb. megtakarítás. Néhány minta esetében a referenciamódszerhez képest jelentős eltérést tapasztaltak, amelyek olyan különleges alkotóanyagokra vezethetők vissza, amelyek nem szerepelnek az eredeti samponösszetételben. Egyéni kalibrálás révén azonban ezek a samponok is bemérhetők. A tapasztalatok alapján meghatározható, hogy a KIS-módszer milyen összetételek esetében alkalmazható. Összefoglalás és további kilátások Feltételezhető, hogy a közeli infravörös spektroszkópia a samponok minőségbiztosításán kívül más kozmetikai termékek esetében is alkalmas az analitikai vizes kémiai módszerek kiegészítésére vagy pótlására. Az ismertetett módszerhez hasonlóan, kalibrálás alapján lehetővé teszi több hasonló termék kvantitatív értékelését, másrészt – nagyobb kalibrálási ráfordítással – lehetőség van több egyedi összetevő egyidejű meghatározására, ami a vizes kémiai módszerrel nem valósítható meg. Függetlenül a vizsgálati stratégiától és a kalibrálási munkaigénytől, a KISspektroszkópia segítségével a minta olyan összetételi hibáját (pl. nem megfelelő alapanyag felhasználását) is ki lehet mutatni, amelyet a szokványos módszerekkel nem lehet felismerni. A kvantitatív elemzésen túlmenőleg, a megengedett tűréshatárokon belül tisztázni lehet, hogy a vizsgált minta egyáltalán megfelel-e az előírt minőségnek. A KIS-spektroszkópia a nyersanyag-átvételi ellenőrzésnél is hasznos szolgálatot tehet. A készülék használata utókalibrálást nem igényel, tekintettel igen nagy hullámszám-pontoságára. Lehetőség van tehát különböző telephelyeken való használatára. Még fogyó eszköznek
minősülő alkatrészek (pl. fényforrás vagy lézer) cseréje esetében sincs szükség új kalibrálásra. A jelenleg rendelkezésre álló értékelő szoftver használata révén az eddig alkalmazott módszereken túlmenő lehetőségeket kínál a kvantitatív KIS-spektroszkópia. Ehhez azonban olyan szakemberekre van szükség, akik a kérdéssel behatóan foglalkoznak. Ezen a területen egyelőre sajnos a szolgáltatók száma eléggé korlátozott. (Dr. Barna Györgyné) Gerstung, S.; Fetten, M.; Schimmels, G.: Anwendung der NIR-Spektroskopie in der Qualitätssicherung. = SÖFW-Journal, 127. k. 4. sz. 2001. p. 42–44, 46. Thompson, R. B.: Using physical models of the testing process in the determination of probability of detection. = Materials Evaluation, 59. k. 7. sz. 2001. p. 861–865.
