ANALYTIK VON KOSMETISCHEN MITTELN UND BEDARFSGEGENSTÄNDEN LMC. Technische Universität Berlin. Skript zum Praktikum V

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1 Technische Universität Berlin LMC Lebensmittelchemie Skript zum Praktikum V ANALYTIK VON KOSMETISCHEN MITTELN UND BEDARFSGEGENSTÄNDEN Prof. Dr. L. W. Kroh Dr. B. Cämmerer A. Berghäuser C. Richter Juni 2013

2 INHALTSVERZEICHNIS 1 Allgemeine Analysenverfahren Bestimmung des Trocknungsrückstands Wasserbestimmung (Destillationsmethode) Bestimmung des Glührückstandes (Asche) Bestimmung des Fettgehalts von Cremes durch direkte Extraktion Bestimmung der unverseifbaren Anteile Bestimmung des ph-wertes in kosmetischen Mitteln Fluorid Vortests Quantitative Bestimmung Formaldehyd Vortests Quantitative Bestimmung von Formaldehyd als Dihydrolutidin ( 64 LFGB) Bestimmung der Formaldehydabgabe aus unbeschichteten und beschichteten Spanplatten (WKI-Methode) Tenside Identifizierung von Tensiden mit Dünnschichtchromatografie Quantitative Bestimmung von Tensiden durch Zweiphasentitration Quantitative Bestimmung von Waschmittelrückständen Organische Lösungsmittel Vortests für verschiedene Inhaltsstoffe Methanol 24 Ethanol 24 Propan-2-ol Identifizierung und quantitative Bestimmung von Alkoholen mit Gaschromatografie Konservierungsstoffe und antimikrobiell wirksame Substanzen Vortests auf phenolische Verbindungen Identifizierung mittels DC Quantitative Bestimmung von Benzoe-, Sorbin- und Salicylsäure bzw. Phenoxy ethanol mit HPLC Quantifizierung phenolischer Substanzen (photometrisch) Untersuchung von Textilien auf antimikrobielle Ausrüstung Süßstoffe Identifizierung mit Dünnschichtchromatografie Quantitative Bestimmung von Süßstoffen mit HPLC Identifizierungen weiterer Inhaltsstoffe mit DC Feuchthaltemittel Organische Säuren Farbstoffe quantitative Bestimmung anorganischer Bestandteile Chlorid Phosphat (photometrisch) Silikat Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

3 10 Kunststoffe Identifizierung von Kunststoffen mittels IR-Spektroskopie Migrationsuntersuchungen Gefahrenhinweise für häufig genutzte Chemikalien und Lösungsmittel Allgemeine Entsorgungshinweise 54 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

4 1 Allgemeine Analysenverfahren Literatur: K. Rauscher, R. Engst, U. Freimuth, Untersuchung von Lebensmitteln, Fachbuchverlag Leipzig R. Matissek, G. Steiner, Lebensmittelanalytik, Springer Verlag Berlin, Bestimmung des Trocknungsrückstands Die Aluschalen werden zusammen mit dem der Oberflächenvergrößerung der Probe dienendem Seesand (max. 5 g) bei 105 C im Trockenschrank konditioniert. 2-3 g Probe werden in eine konditionierte Schale auf 0,5 mg genau eingewogen und drei Stunden bei 105 C getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator wird der Rückstand gewogen. Unter den gleichen Bedingungen schließt sich eine Nachtrocknung von einer halben Stunde an, um eine eventuell unvollständige Trocknung feststellen zu können. Bei stark lösungsmittelhaltigen Proben ist darauf zu achten, dass diese vorher im Abzug abgedampft werden. Probleme bereiten vor allem Proben, die Feuchthaltemittel enthalten, da diese teilweise flüchtig sind. Bei Nichteinhaltung von Trocknungstemperatur und zeit kann dadurch das Ergebnis verfälscht werden. ENTSORGUNG Behälter für kontaminierte Betriebsabfälle 1.2 Wasserbestimmung (Destillationsmethode) PRINZIP Die Bestimmung des Wassergehalts in kosmetischen Mitteln sowie Reinigungs- und Pflegemitteln erfolgt durch azeotrope Destillation unter Verwendung eines mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittels (Toluen). Nach Auftrennung des azeotropen Gemischs kann das Volumen des wieder kondensierten Wassers im graduierten Messrohr der Apparatur (siehe Abb.) direkt abgelesen werden und ergibt bezogen auf die Einwaage den Wassergehalt der Probe. Diese Art der Wasserbestimmung ist für lösungsmittelhaltige Proben (> ca. 5 %) nicht geeignet. REAGENZIEN Toluen Natriumoleat oder -stearat Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

5 AUSFÜHRUNG Je nach zu erwartendem Wassergehalt werden g der zu untersuchenden Probe genau in einen Rundkolben eingewogen. Dann werden (je nach Probenmenge) ml Toluen, einige Siedesteinchen und ca. 1-2 g Natriumoleat (Antischaummittel) hinzu gegeben. Nach Aufbau der Apparatur (siehe Abb. 1) wird, besonders bei stark schäumenden Proben, langsam bis zum Sieden erhitzt. Das Destillat sammelt sich nach Kondensation in dem graduierten Rohr, das vorher bis zur Nullmarke mit Wasser aufgefüllt wurde. Dort trennen sich die Phasen wieder. Wenn sich kein Wasser mehr absetzt und das Toluen klar kondensiert, wird die Destillation beendet. Falls Wassertropfen an der Wand des Destillieraufsatzes haften geblieben sind, sollten diese z. B. durch Klopfen oder Abstreifen mit einem Draht zum Abfließen gebracht werden. Als Antischaummittel kann statt Natriumoleat auch trockenes Paraffin verwendet werden. Silikonhaltige Antischaummittel sind ungeeignet, da das einwandfreie Abtropfen des Wassers beeinträchtigt wird. Besonders wichtig ist die sorgfältige Reinigung der Apparatur vor dem Gebrauch. Insbesondere das Zwischenstück und der Rückflusskühler müssen fettfrei sein. Abb.1: Versuchsaufbau zur azeotropen Wasserdestillation GEFAHRENHINWEISE Toluen: gesundheitsgefährlich, leicht entzündlich R 11-20/ ENTSORGUNG wässrige halogenhaltige Lösungsmittelabfälle Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

6 1.3 Bestimmung des Glührückstandes (Asche) AUSFÜHRUNG 2-3 g Probe werden in einen bei 550 C oder 600 C konditionierten Porzellantiegel genau eingewogen und auf der Bunsenbrennerflamme vorverascht. Bei lösungsmittelhaltigen Proben muss das Lösungsmittel vorher auf geeignete Weise (Abzug, Trockenschrank) weitgehend entfernt werden. Die vorveraschten Proben werden bei 550 C im Muffelofen bis zur Gewichtskonstanz geglüht. Falls die Asche nicht reinweiß ist, wird der Vorgang nach Zugabe von ca. 2 ml 30 %igem H 2 O 2 wiederholt. (! Vorsicht bei heißem Tiegel!) Der Porzellantiegel mit der Asche wird im Exsikkator abgekühlt und anschließend gewogen. 1.4 Bestimmung des Fettgehalts von Cremes durch direkte Extraktion PRINZIP Die wasserfreie Probe wird mit Diethylether oder Petroleumbenzin extrahiert und anschließend der lösungsmittelfreie, trockene Extraktionsrückstand gravimetrisch bestimmt. AUSFÜHRUNG Etwa 5-10 g der Cremeprobe werden wie unter 1.1 beschrieben getrocknet, genau in eine Extraktionshülse eingewogen und in die Soxhletapparatur eingesetzt. Ein mit Siedesteinen versehener, vorgetrockneter und genau ausgewogener Rundkolben wird mit einer ausreichenden Menge Lösungsmittel befüllt und an die Apparatur angeschlossen. Die Extraktion auf dem siedenden Wasserbad dauert etwa 4-6 Stunden. Nach Beendigung wird das Lösungsmittel weitgehend abdestilliert und das im Kolben verbliebene Fett im Trockenschrank bei 103 C getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator wird ausgewogen. 1.5 Bestimmung der unverseifbaren Anteile PRINZIP Das Unverseifbare umfasst die natürlichen unverseifbaren Begleitstoffe der Fette sowie die häufig als Cremebasis verwendeten Paraffinöle. Sie sind nach alkalischer Hydrolyse des Fettes aus der wässrigen Lösung mit Diethylether oder Petrolether extrahierbar. AUSFÜHRUNG Etwa 5 g des Fettes werden genau in einen Rundkolben eingewogen, mit 50 ml 1 N ethanolischer KOH versetzt und 1 Stunde im Wasserbad am Rückfluss gekocht. Die warme Lösung wird in einen Scheidetrichter überführt, der Kolben mit Wasser nachgespült und nach dem Abkühlen mehrfach mit Petroleumbenzin (in Summe ca. 100 ml) ausgeschüttelt. Die vereinigten Petroletherphasen werden mit ca. 40 ml Wasser gewaschen, und anschließend mit 50 %igem Ethanol ausgeschüttelt bis der Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

7 Petrolether neutral reagiert. Der Petrolether wird durch Zugabe von 1-2 g Natriumsulfat getrocknet und in einen vorher getrockneten und gewogenen Rundkolben filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels wird die im Kolben verbliebene Probe im Trockenschrank bei 103 C getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator wird ausgewogen. 1.6 Bestimmung des ph-wertes in kosmetischen Mitteln Literatur: J. Hild, Dt. Lebensm. Rundschau 80 (1983) Mit Ausnahme von wässrigen Zubereitungen kann der ph-wert in kosmetischen Mitteln nicht direkt gemessen werden, sie müssen zur Bestimmung verdünnt und/oder homogenisiert werden. Emulsionen (W/O und O/W) und tensidhaltige Zubereitungen (Shampoo..) 1 Teil Probe mit 9 Teilen Wasser homogenisieren und vermessen Zahnpasten 1 Teil Probe mit 3 Teilen Wasser homogenisieren und vermessen alkoholische Proben 1 Teil Probe mit 3 Teilen Wasser verdünnen Die Bestimmung des ph-wertes erfolgt elektrochemisch mit Hilfe einer ph-messelektrode. Da der leicht saure ph-wert des dest. Wassers die Messung verfälscht, wird hierfür Leitungswasser genommen. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

8 2 Fluorid 2.1 Vortests Für Vortests auf Fluorid siehe entsprechende Lehrbücher der anorganischen Chemie 2.2 Quantitative Bestimmung PRINZIP Das Fluorid wird durch Isothermdestillation (Mikrodiffusion) von der Probenmatrix abgetrennt und spektralphotometrisch nach der Alizarin-Komplexon-Methode bestimmt. Literatur: J. Bäumler, E. Glinz; Mitt. Lebensmittel-Unters. Hyg (1964) REAGENZIEN NaF methanolische NaOH 60 %ige Perchlorsäure 1 N NaOH 1 N HCl Natriumacetat Eisessig Aceton 0,0005 M Alizarinkomplexon-Lösung (3,4-Dihydroanthrachinon-2-yl-methylimino-diessigsäure) 192,4 mg Alizarinkomplexon werden in 50 ml H 2 O suspendiert und so lange frisch angesetzte 1 N NaOH hinzugetropft, bis sich das Komplexon gelöst hat (etwa 4 ml). Nach Zufügen von 900 ml H 2 O wird durch vorsichtige Zugabe von ca. 4 ml 1 N HCl ein ph-wert von 5,0 eingestellt. Nach Überspülen in einen 1000 ml Messkolben wird aufgefüllt und die Lösung in einer braunen Flasche im Dunkeln aufbewahrt. (3-4 Wochen haltbar) 0,0005 M Cer-(III)-nitrat-Lösung 216 mg Cer-(III)-nitrat x 6 H 2 O werden mit H 2 O auf 1 Liter aufgefüllt. Acetatpuffer (ph = 4,3): 105 g Natriumacetat (CH 3 COONa x 3 H 2 O) und 100 ml Eisessig werden mit H 2 O auf 1 L verdünnt und auf ph 4,3 eingestellt. Reagenzienmischung für 12 Bestimmungen 100 ml Alizarin-Komplexon-Lösung 20 ml Pufferlösung 100 ml Cer(III)nitratlösung 200 ml Aceton werden in einen 500 ml Messkolben gegeben, die Mischung auf 20 C gebracht und mit Wasser zur Marke aufgefüllt. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

9 Diese Mischung muss immer frisch hergestellt werden. AUSFÜHRUNG Isolierung aus der Probenmatrix Die Deckelinnenseiten einer entsprechenden Anzahl von Petrischalen werden mit 0,5 ml 0,1 N methanolischer NaOH vollständig benetzt und bei 60 C kurz getrocknet. Ca. 200 mg Zahnpasta werden in einen 100 ml Messkolben genau eingewogen, mit ca. 50 ml dest. Wasser versetzt, gut gerührt und evtl. im Ultraschallbad behandelt. Anschließend wird bis zur Marke aufgefüllt. 2 ml dieser Suspension (entspricht ca. 5-8 µg F - ) werden auf einen Petrischalenboden pipettiert und mit 4 ml 60 %iger Perchlorsäure versetzt. Anschließend wird sofort mit dem vorbehandelten Deckel verschlossen. Die Schalen werden gestapelt, beschwert und über Nacht (ca. 16 h) bei 60 C in den Trockenschrank gestellt. Bei flüssigen Proben (Mundwasser) werden 2 ml (ca. 2 g - Dichte bestimmen!!) in einem 250 ml Messkolben pipettiert und mit dest. Wasser bis zur Marke aufgefüllt. 2 ml davon (entspricht bei 0.05% Gehalt ca. 8µg F-) werden auf den Petrischalenboden pipettiert und mit 4 ml Perchlorsäure versetzt. Die Probe wird wie oben beschrieben weiterbehandelt. Bildung des Farbkomplexes Nach 16 h werden die Petrischalen vorsichtig aus dem Trockenschrank genommen und abkühlen gelassen. Das sich auf den Deckelinnenseiten abgesetzte NaF wird vollständig mit insgesamt ca. 40 ml Wasser gründlich eluiert. Das Eluat wird in einen 100 ml Messkolben überführt, mit genau 40 ml Reagenzienmischung versetzt und 1 h im Dunkeln stehengelassen. Nach Auffüllen der Messkolben mit Wasser wird die Extinktion bei 620 nm gegen einen gleich behandelten Reagenzienblindwert gemessen. Aufstellung der Kalibriergeraden Die in der Probe enthaltene Fluoridmenge wird über eine Kalibriergerade berechnet. Dazu wird eine Standardlösung von 221 mg NaF/1 L Wasser hergestellt und diese entsprechend verdünnt. Es sollten in den für die Kalibriergerade verwendeten Lösungen 1 bis maximal 5 µg F - /ml (bei Auftragen von 2 ml bedeutet das 2 bis 10µg F- im Ansatz zur Bildung des Farbkomplexes) enthalten sein. Zum Ausschließen von systematischen Fehlern werden die Standards für die Kalibrierung genauso wie die Probe der Mikrodiffusion unterworfen. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

10 GEFAHRENHINWEISE Cer-III-nitrat: brandfördernd, gesundheitsschädlich R 8-41 Natriumfluorid: giftig R /38 Perchlorsäure: brandfördernd, ätzend R ENTSORGUNGSHINWEISE Proben und Kalibrierlösungen einschließlich nicht benötigter Reagenzienlösung in den Behälter für Schwermetallabfälle Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

11 3 Formaldehyd 3.1 Vortests Reaktion mit Chromotropsäure PRINZIP HCHO addiert elektrophil an Chromotropsäure. Nach Oxidation des Zwischenprodukts reagiert dieses mit einem weiteren Molekül Chromotropsäure zu einer intensiv violett gefärbten Substanz. REAGENZIEN konz. H 2 SO 4 Chromotropsäure AUSFÜHRUNG Etwas Probe wird mit 2 ml konz. H 2 SO 4 und einigen Kristallen Chromotropsäure 10 min im Wasserbad auf C erhitzt. GEFAHRENHINWEISE Chromotropsäure: gesundheitsschädlich R 36/37/38 Reaktion mit 4-Amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol Literatur: Liem, D.H., Analysis of cosmetics with regard to legislation, PhD 1976, Wageningen PRINZIP Das Triazols bildet mit dem HCHO in einer Carbonylreaktion mit anschließendem Ringschluss eine rotviolett gefärbte Verbindung. REAGENZIEN 4-Amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol 1 %ig gelöst in 1 N NaOH, frisch hergestellt AUSFÜHRUNG Die Probe wird in einer dünnen Schicht auf eine Glasplatte aufgetragen, die mit weißem Papier unterlegt ist. Ein Tropfen des Reagenz wird auf die Probe gegeben. Bei Anwesenheit von Formaldehyd erscheint nach ca. 3 min eine intensive rotviolette Färbung. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

12 3.2 Quantitative Bestimmung von Formaldehyd als Dihydrolutidin ( 64 LFGB) Literatur: Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach 64 LFGB (vormals 35 LMBG), Band III (K), K (EG), Bestimmung der Gesamtmenge an Formaldehyd durch Kolorimetrie PRINZIP In Gegenwart von Ammoniumacetat kondensiert Formaldehyd mit Pentan-2,4-dion zum gelben 3,5- Diacetyl-1,4-dihydrolutidin, das mit Butanol extrahiert und dessen Extinktion photometrisch bei 410nm gemessen wird. Formaldehydabspalter werden durch die Derivatisierung gespalten und mitbestimmt. REAGENZIEN Formaldehyd 0,1 N Iodlösung 1 N NaOH 1 N HCl 0,1 N Natriumthiosulfatlösung Stärkelösung Eisessig Butan-1-ol Acetylaceton für 1 Messreihe (bestehend aus Kalibrierung, Blindwert und Proben) 25 g Ammoniumacetat, 0,2 ml Pentan-2,4-dion (Acetylaceton) und 0,3 ml Eisessig werden in einem 100 ml Messkolben mit dest. H 2 O gelöst und zur Marke aufgefüllt (ph 6,4). Falls der ph- Wert höher liegt, wird er mit ca. 0,1 M HCl eingestellt. Die Lösung sollte stets frisch hergestellt werden. Pufferlösung (1 x pro Praktikum) 75 g Ammoniumacetat und 1 ml Eisessig werden in einem 500 ml-messkolben mit dest. H 2 O gelöst und zur Marke aufgefüllt. AUSFÜHRUNG Bestimmung des Formaldehydgehalts der Stammlösung Zur Herstellung der Stammlösung werden etwa 500 mg Formaldehydlösung genau in einen 100 ml - Messkolben eingewogen und bis zur Marke mit dest. H 2 O aufgefüllt. Der Formaldehydgehalt der Stammlösung wird iodometrisch bestimmt. Hierzu werden 10 ml der hergestellten Stammlösung nach Zugabe von genau 25 ml 0,1 N Iodlösung und 10 ml 1 N NaOH 5 min lang stehengelassen, mit 11 ml 1 N HCl angesäuert und das ausgeschiedene Iod mit 0,1 N Natriumthiosulfatlösung zunächst bis zur Gelbfärbung und nach Zugabe von Stärkelösung bis zum Farbumschlag von violett nach rahm-weiß titriert. 1 ml 0,1 N Iodlösung = 1,501 mg Formaldehyd Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

13 Aufstellung der Kalibrierungsgeraden Aus der Stammlösung wird durch weiteres Verdünnen (z. B. 1:500) eine Formaldehydlösung von ca. 5 mg/l hergestellt. Von dieser Lösung wird 0,1 bis 4 ml (entspricht ca. 0,5-20 µg HCHO absolut) in ein 25 ml graduiertes Reagenzglas mit Stopfen gegeben. Die Lösungen werden mit dest. H 2 O auf ein Gesamtvolumen von 15 ml gebracht, jeweils mit 5 ml Acetylaceton-Reagenz versetzt, geschüttelt und genau 10 min im Thermostaten bei 60 C erhitzt. Anschließend werden die Lösungen rasch abgekühlt (ca. 2 min im Eisbad), mit genau 5 ml Butan-1-ol versetzt und 30 Sekunden lang kräftig geschüttelt. Nach Phasentrennung wird die gelb gefärbte Butanolphase mit einer Pipette vorsichtig abgehebert, in eine Küvette (! keine Kunststoffküvetten verwenden!) überführt und bei 410 nm im Photometer gegen den Reagenzienblindwert gemessen. Sämtliche Arbeitsschritte sind innerhalb von 25 min nach dem Einstellen der Reagenzgläser in das Wasserbad durchzuführen. Bei der Herstellung der Lösungen für die Kalibrierungsgerade sollte unbedingt der in der Probe erwartete Formaldehydgehalt beachtet und die angegebenen Richtwerte für die Kalibriergerade gegebenenfalls angepasst werden. In mit Formaldehydabspaltern konservierten kosmetischen Mitteln ist ein Gehalt von ca. 0,02 % Formaldehyd zu erwarten. Bestimmung des Gehalts der Probe Es wird soviel Probe eingewogen (mindestens 2 verschiedene Einwaagen), dass sie 100 bis 150 µg HCHO enthält und auf 100 ml aufgefüllt (z. B. etwa 500 mg von mit Formaldehydabspaltern konserviertem Kosmetischem Mittel). Der ph-wert der Lösung sollte einen nicht über 6,0 liegen und muss ggf. eingestellt werden. Mit einem aliquoten Teil der Lösung z. B. 5 oder 10 ml (jeweils Doppelbestimmung) wird wie bei der Aufstellung der Kalibrierungsgerade verfahren. Das Gesamtvolumen im Reagenzglas ist vor der Reagenzzugabe mit dest. H 2 O auf 15 ml aufzufüllen. Die Probe wird gegen einen Probenblindwert vermessen. Der Probenblindwert soll die unter Umständen störende Eigenfärbung der Probensubstanz kompensieren. Daraus ergibt sich, dass je nach verwendetem Ausgangsvolumen an Probe entsprechende Blindwerte anzusetzen sind, bei denen das Acetylaceton-Reagenz durch 5 ml Pufferlösung ersetzt wird. GEFAHRENHINWEISE Formaldehyd: giftig R 23/24/ Butan-1-ol: entzündlich, gesundheitsschädlich, reizend R ENTSORGUNG organische Phase in wässrige halogenfreie Lösungsmittelabfälle Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

14 3.3 Bestimmung der Formaldehydabgabe aus unbeschichteten und beschichteten Spanplatten (WKI-Methode) Literatur: EN (1996), Bestimmung der Formaldehydabgabe, Teil 3, Formaldehydabgabe nach der Flaschen-Methode Formaldehydbestimmung nach der WKI-Flaschen-Methode und hiervon abgeleiteten Verfahren, E. Roffael, Holz als Roh- und Werkstoff 46 (1988) PRINZIP Spanplattenklötzchen werden über destilliertem Wasser in einer geschlossenen Polyethylenflasche befestigt und bei konstanter Temperatur stehen gelassen. Anschließend wird der im destillierten Wasser absorbierte Formaldehyd analytisch bestimmt. Zur Wahl stehen die iodometrische Titration und der spektrophotometrische Nachweis als Dihydrolutedin. AUSFÜHRUNG Aus den Platten werden Klötzchen mit den ungefähren Maßen 25 mm x 25 mm x Dicke geschnitten. Die Versuchsmuster (etwa g) werden genau gewogen und mit Gummibändern über genau 50 ml dest. Wasser in einer 500 ml fassenden Polyethylenflasche befestigt (siehe Abb. 2) Doppelbestimmung!!. Die fest verschlossenen Flaschen werden bei der gewünschten Temperatur (in der Regel 40 C) im Trockenschrank für unterschiedlich lange Zeiten (üblicherweise 24 h) stehen gelassen. Danach werden die geschlossenen Flaschen 30 min bis 60 min abgekühlt (in kaltem Wasser oder im Kühlschrank), um eine vollständige Absorption des Formaldehyds zu erreichen. Der Formaldehyd wird danach iodometrisch oder photometrisch (siehe Kap. 3.2) bestimmt und auf das Plattengewicht [mg/kg] bezogen. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

15 Abb.2 : Versuchsanordnung der WKI-Flaschenmethode Die mit Hilfe der WKI-Flaschen-Methode ermittelten Formaldehydabgabewerte sind weitgehend unabhängig von der Plattenfeuchte, da die eingebrachten, vergleichsweise kleinen, Probekörper während der Prüfung in den WKI-Flaschen Feuchte aufnehmen und mit dem Umgebungsklima annähernd ins Gleichgewicht kommen. Erst bei hoher Temperatur wirkt sich die relative Feuchte stark auf die Formaldehydabgabe aus. Unter fixierten Randbedingungen (Fassungsvermögen der Flaschen, Temperatur, relative Luftfeuchte) spielt nur das Gewicht der Proben eine Rolle. Iodometrische Formaldehydbestimmung PRINZIP Der in der Lösung enthaltene Formaldehyd reduziert das zugegebene Iod zu Iodid. Durch Redoxtitration mit Thiosulfat kann das unverbrauchte Iod und daraus der Gehalt an Formaldehyd bestimmt werden. REAGENZIEN 0,01 N Iodlösung 0,01 N Thiosulfatlösung 1 N NaOH 1 M H 2 SO 4 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

16 AUSFÜHRUNG 10 ml der auf ihren Formaldehydgehalt zu untersuchenden Lösung werden in einen 300 ml Erlenmeyerkolben mit Schliff überführt. Nacheinander werden 25 ml 0,01 N Iodlösung und 10 ml 1 N NaOH zugegeben. Der verschlossenen Kolben wird 15 Minuten im Dunkeln stehen gelassen. Danach gibt man 10 ml 1 M H 2 SO 4, wobei Braunfärbung auftritt. Das überschüssige Iod wird mit 0,01 N Thiosulfatlösung in Gegenwart von Stärkelösung als Indikator auf rahmweiß (farblos) titriert. Der Blindwert wird auf die gleiche Art bestimmt. 1 ml 0,01 N Iodlösung = 0,1501 mg Formaldehyd Das Ergebnis wird als mg Formaldehyd je 100 g Platte angegeben. ENTSORGUNGSHINWEISE Analysenlösungen können in den Ausguss gegossen werden Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

17 4 Tenside Literatur: E. Kratz und H. Waldhoff, Nachweis von Tensiden in: Analytik von Bedarfsgegenständen, ed. L. W. Kroh, B. Behr s Verlag GmbH & Co. KG, Hamburg 2007 S. 290 ff 4.1 Identifizierung von Tensiden mit Dünnschichtchromatografie Literatur: Umweltbundesamt, Leitfaden für analytische Untersuchungen, Qualitative Unterscheidung von anionischen Tensiden nach Alkylsulfaten und Alkylsulfonaten ANT 2 R. Matissek, Tenside Detergents 19 (1982) 57 System V Probenvorbereitung Mit einer Ethanol-Wasser-Mischung (1:1 v/v) lassen sich alle Tenside aus einer Formulierung extrahieren. REAGENZIEN Pinakryptolgelb-Reagenz 100 mg Pinakryptolgelb wird in 90 ml kochendem Wasser gelöst und nach dem Abkühlen auf 100 ml aufgefüllt. Das Reagenz ist unter Lichtausschluss monatelang haltbar. Vergleiche: 1 %ige Lösungen in Ethanol/Wasser 1:1 (v/v) Trennsysteme: Trennsystem 1 Kationische Tenside sind mit dieser Methode nicht nachweisbar. Sorbens: Kieselgel 60 Laufmittel: Aceton/Tetrahydrofuran 9 : 1 (v/v), frisch ansetzen Detektion: Pinakryptolgelb Entwicklung: doppelt 30 ml Fließmittel werden in eine der Bodenhälften einer Doppeltrogkammer eingefüllt. Die vorbereitete DC-Platte wird in die zweite, nicht mit Fließmittel benetzte Bodenhälfte gestellt und die Kammer mit dem Deckel geschlossen. Nach 30 min Aktivierungszeit wird die Kammer auf ca. 45 gekippt, so dass die DC-Platte mit dem Fließmittel direkt in Berührung kommt. Dabei sollte der Deckel nicht geöffnet werden, damit die Raumsättigung gewährleistet bleibt. Nach einer Laufstrecke von ca. 15 cm (etwa 1 h) wird die DC-Platte aus der Kammer entfernt und die Laufhöhe markiert. Nachdem die DC-Platte an der Luft getrocknet ist, wird die Entwicklung auf die oben beschriebene Weise wiederholt. Es ist exakt die gleiche Laufhöhe einzuhalten. Die nach der 2. Entwicklung getrocknete Platte wird kräftig mit Pinakryptol-Reagenz besprüht und noch feucht im langwelligen UV-Licht (366 nm) betrachtet. Nach 2-3 min sind die Flecken gut sichtbar (gelb). Sie werden mit Bleistift markiert, da sie nach kurzer Zeit ausfransen. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

18 Abb. 3: Tensid DC (Trennsystem 1) Na laurylsulfat (NLS) 2 Na laurylethersulfat (NLES) 3 Na alkylbenzolsulfonat (ABS) 4 Na laurat (Seife) 5 Na sarkosid 6 Cetyltrimethylammoniumchlorid 7 Cocamidopropylbetain (CAPB) Trennsystem 2 Seifen sind mit dieser Methode nicht nachweisbar. Sorbens: Kieselgel 60 F 254 Laufmittel: A: Essigsäureethylester/Methanol/10 N NH 3 4 : 1 : 1 (v/v/v) nach trocknen B: 1-Propanol/Chloroform/Methanol/10 N NH 3 4 : 4 : 2 : 1 (v/v/v/v) Detektion: Pinakryptolgelb, 366 m Entwicklung: Laufmittel A und B nacheinander Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

19 Ca. 30mL Laufmittel A wird in eine Dünnschichtkammer gefüllt, die vorbereitete Platte hinein gegeben und entwickelt. Nach einer Laufstrecke von mindestens 15 cm wird die DC-Platte aus der Kammer entfernt, die Laufhöhe markiert und die Platte getrocknet. Anschließend wird die Entwicklung auf gleiche Art mit Laufmittel B wiederholt. Die Laufhöhe sollte für beiden Laufmittel gleich sein. Die Detektion erfolgt wie bei Trennsystem 1 beschrieben. Abb. 4.: Tensid DC (Trennsystem 2) Natriumlaurylsulfat (NLS) 2 Natriumlaurylethersulfat (NLES) 3 Natriumalkylbenzoat (ABS) 4 Natriumlaurat 5 Natriumsarkosinat 6 Cetyltrimethylammoniumchlorid 7 Cocamidopropylbetain (CAPB) Rewoquat GEFAHRENHINWEISE Pinakryptolgelb: reizend R 36-37/38/R 36 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

20 4.2 Quantitative Bestimmung von Tensiden durch Zweiphasentitration Literatur: DIN ISO 2271 (1982) Tenside/Waschmittel, Umweltbundesamt, Leitfaden für analytische Untersuchungen Bestimmung der Summe anionenaktiver Substanzen (Zweiphasentitration mit visueller Endpunkterkennung) ANT 1-2, Bestimmung von Seifen mit Zweiphasentitration ANT 4 PRINZIP Die wässrige Lösung eines Tensids wird mit der Mischindikatorlösung nach Herring versetzt, die einen kationischen und einen anionischen Farbstoff enthält und mit Methylenchlorid unterschichtet. Als Titrans dient ein entgegengesetzt geladenes Tensid. a) Aus anionischem Tensid (z.b. AT - Na + ) und kationischem Indikatorfarbstoff (I + ) bildet sich zunächst ein Salz (AT - I + ), das sich in Methylenchlorid mit rosaroter Farbe löst (siehe Schema). a) b) c) d) Titration (+Hyamine (KT + Cl - )) Äquivalenzpunkt H 2 O (AT - Na + ) (I - ) (AT - KT + ) (AT - Na + ) (Na + ) (Cl - ) (I - ) (AT - KT + ) (Na + ) (Cl - ) (I + I - ) (AT - KT + ) (I + ) (Na + ) (Cl - ) CH 2 Cl 2 (A - I + ) (A - I + ) (KT + I - ) rosa rosa farblos graublau b) Bei der Titration reagieren das anionische Tensid (AT - Na + ) und das Titrans Hyamine (kationisches Tensid) (KT + Cl - ) zu einem farblosen, wasserlöslichen Salz (AT - KT + ). c) Durch weiterer Zugabe von Hyamine (KT + Cl - ) wird ein immer höherer Anteil des anionische Tensids (AT - Na + ) gebunden. Der Endpunkt der Titration (Äquivalenzpunkt) ist erreicht, wenn das anionische Tensid (AT - Na + ) vollständig mit dem kationischen Titrans (KT + Cl - ) reagiert hat und auch der kationische Indikatorfarbstoff (I + ) aus seinem Salz mit dem anionischen Tensid (AT - I + ) verdrängt wurde. d) Das entstandene Salz (AT - KT + ) ist farblos, deshalb wird zur besseren optischen Endpunktbestimmung leicht übertitriert. Dabei bildet überschüssige Hyamine (KT + Cl - ) mit dem anionischem Indikatorfarbstoff (I - ) ein Salz (KT + I - ), das sich in Methylenchlorid mit blauer Farbe löst. Der Umschlag erfolgt von rosa nach graublau und ist am besten in verdünnten Lösungen zu erkennen. Zur Bestimmung von kationischen Tensiden wird entsprechend verfahren, als Titrans aber ein anionisches Tensid (Natriumdodecylsulfat) verwendet. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

21 REAGENZIEN 0,004 M Hyamine (N-Alkyldimethyl-benzylammonium-chlorid) M Natriumdodecylsulfat In ein Becherglas werden 1,14 bis 1,16 g Natriumdodecylsulfat genau eingewogen und in ca. 200 ml H 2 O gelöst. Anschließend wird die Lösung in einen 1 l - Messkolben überführt und bis zur Marke aufgefüllt. NaOH H 2 SO 4 CH 2 Cl 2 Herring-Indikator Stammlösung 0,1 g Dimidiumbromid und 0,05 g Disulfinblau VN 150 werden getrennt jeweils in 10 ml heißem 10 %igem Ethanol gelöst. Anschließend werden beide Lösungen vereinigt und auf 50 ml aufgefüllt. Diese Stammlösung wird in einer dunklen Flasche aufbewahrt Indikatorlösung: Zur Herstellung der gebrauchsfertigen Indikatorlösung werden 20 ml Stammlösung nach Zugabe von 20 ml 2,5 M H 2 SO 4 mit H 2 O auf 500 ml verdünnt. AUSFÜHRUNG Quantitative Bestimmung eines anionischen Tensids Ca. 2 g Probe (Richtwert bei einem Gehalt von ca. 10 % Tensid in der Probe z. B. Shampoo oder Duschbad) wird genau eingewogen, in dest. H 2 O gelöst und anschließend quantitativ in einen 250 ml Messkolben überführt und bis zur Marke aufgefüllt. Für Proben mit geringerem Tensidgehalt (z. B. Zahnpasta) muss die Einwaage entsprechend erhöht werden. Ein aliquoter Teil (günstig: 10 ml) der verdünnten Probelösung wird in einen Messzylinder mit Schliffstopfen pipettiert und nach Zugabe von ca. 10 ml dest. H 2 O, ca. 5 ml CH 2 Cl 2 und ca. 3 ml Herring-Indikator-Lösung mit der 0,004 M Hyamine Lösung titriert. Nach jeder Titrans-Zugabe wird das Gefäß verschlossen und kräftig geschüttelt. Je näher der Endpunkt der Titration kommt, umso schneller trennt sich die Emulsion nach dem Schütteln. Der Endpunkt der Titration ist daran zu erkennen, dass in der organischen Phase kein rosa Farbton mehr zu erkennen ist und bei geringfügigem Übertitrieren der Farbton nach graublau umschlägt. Quantitative Bestimmung eines kationischen Tensids Zur quantitativen Bestimmung kationischer Tenside muss das Titrans (0,004 M Natriumdodecylsulfat) selbst hergestellt und der Normalitätsfaktor durch Titration gegen Hyamine bestimmt werden. Die Titration des kationischen Tensids mit Natriumdodecylsulfat erfolgt entsprechend dem für anionische Tenside beschriebenen Verfahren. Der Farbumschlag erfolgt von blau nach hellrosa. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

22 Besonderheiten Betaine (z. B. Cocamidopropylbetain) können quantitativ nur in stark saurer Lösung bestimmt werden. Hier liegen sie quantitativ in kationischer Form vor. Betaine und Anionische Tenside Liegen Betaine als kationische Tenside vor (saurer ph), reagieren sie mit den in der Probe vorhandenen anionischen Tensiden stöchiometrisch ab. Zur quantitativen Bestimmung muss deshalb sowohl in alkalischer Lösung (anionisches Tensid allein) als auch im stark Sauren (anionisches Tensid minus Aminoxid) titriert werden. Aus den beiden erhaltenen unterschiedlichen Ergebnissen können die Mengen der nebeneinander vorliegenden Tenside berechnet werden. Die ph-einstellung sollte, bedingt durch die chemische Struktur der Betaine, mit H 2 SO 4 erfolgen. Carboxylierte Tenside (z. B. Seifen) liegen nur bei basischem ph-wert geladen vor und können nur so quantitativ bestimmt werden. In saurer Lösung liegen die Fettsäuren undissoziiert vor. Anionische Tenside und Seifen Zur quantitativen Bestimmung muss sowohl in alkalischer Lösung (anionisches Tensid und Seife gemeinsam) als auch im Sauren (anionisches Tensid allein) titriert werden. Aus den beiden erhaltenen unterschiedlichen Ergebnissen können die Mengen der nebeneinander vorliegenden Tenside berechnet werden. Berechnung WAS [g] = m Hy x V x MW WAS - waschaktive Substanz: V m Hy MW = Verbrauch an Hyamine bzw. NLS = Molarität der Hyamine- bzw. NLS-Lösung = Molgewicht der WAS Angabe des Endergebnisses in % der Probe GEFAHRENHINWEISE Dimidiumbromid: gesundheitsschädlich R 36/37/38 Hyamine 1622: gesundheitsschädlich R 22-37/38-41 Natriumdodecylsulfat: gesundheitsschädlich, umweltgefährdend R /38-37/ Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

23 ENTSORGUNG nach Phasentrennung (evtl. Schütteltrichter) organische Phase in wässrige halogenhaltige Lösungsmittelabfälle 4.3 Quantitative Bestimmung von Waschmittelrückständen Literatur: Wissenschaftliche Abschlussarbeit, A. Mzebaze Sokeng, TU Berlin 2011 PRINZIP Die Waschmittelrückstände werden mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels aus dem Wäschestück extrahiert, die Extraktionslösung wird UV-spektroskopisch vermessen und der Gehalt an Tensiden (+ TAED) über eine Kalibriergerade berechnet. REAGENZIEN Dodecylbenzolsulfonsäure Natriumsalz ca. 1 N NaOH AUSFÜHRUNG Es werden Stoffstücke in den Maßen von ca. 10 cm x 10 cm ausgeschnitten (Dreifach- Bestimmung) und ausgewogen (es sollten pro Probe mindestens 3g sein). Die Proben kommen zusammen mit 100 ml Aqua dest, das mit NaOH auf ph 9 eingestellt wurde, in jeweils eine Schraubdeckelflasche und werden 3 h bei Zimmertemperatur geschüttelt. Der Stoff wird mit Hilfe einer Pinzette entfernt und die Lösung 30 min stehen gelassen. Trübungen bzw. eventuell vorhandene Fusseln müssen sich absetzen. Die Extinktion der klaren Lösung wird bei 223 nm am Spektophotometer gemessen Mit Dodecylbenzolsulfonsäure Natriumsalz (LABS) wird im Konzentrationsbereich von mg/l eine Kalibriergerade erstellt. Das Ergebnis wird in mg/100g Stoff (%) angegeben. GEFAHRENHINWEISE Dodecylbenzolsulfonsäure Natriumsalz: gesundheitsschädlich R 22-37/38-41 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

24 5 Organische Lösungsmittel 5.1 Vortests für verschiedene Inhaltsstoffe Methanol PRINZIP In saurer Lösung wird Methanol durch KMnO 4 zu Formaldehyd oxidiert und kann als solcher mit verschiedenen Farbreaktionen nachgewiesen werden. Da Methanol als Formaldehyd nachgewiesen wird, ist vor der Oxidation auf vorhandenen Formaldehyd zu prüfen. Nachweis mit Chromotropsäure Literatur: Pohloudek-Fabini, R. u. Th. Beyrich, Organische Analyse unter besonderer Berücksichtigung von Arzneistoffen, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG, Leipzig 1975 REAGENZIEN Chromotropsäurelösung: 50 mg Dihydroxynaphthalin-3,6-disulfonsäure (Chromotropsäure) in 100 ml 75%iger H 2 SO 4 gelöst 5 %ige wässrige KMnO 4 -Lösung verdünnte H 3 PO 4 konz. H 2 SO 4 Oxalsäurelösung: 6,3 g Oxalsäure werden nach Zugabe von 10 g konz. H 2 SO 4 mit H 2 O dest auf 100 ml aufgefüllt AUSFÜHRUNG Etwas Probelösung wird mit einigen Tropfen H 2 O, ca. 0,5 ml verdünnter H 3 PO 4 und ca. 4 ml 5 %iger KMnO 4 -lösung versetzt. Es wird geschüttelt (Handschuhe) und mindestens 15 min stehengelassen. Nach Zugabe von ca. 2 ml Oxalsäurelösung wird weitere 10 min gewartet, bis die Farbe des KMnO 4 verschwunden ist. Die farblose Lösung wird mit Wasser auf 10 ml aufgefüllt und 1 ml davon mit 1 ml frisch zubereiteter Chromotropsäurelösung und 10 ml konz. H 2 SO 4 10 min auf dem Wasserbad auf 60 C erwärmt. Bei Anwesenheit von Methanol tritt Violettfärbung auf. Ethanol PRINZIP Ethanol wird in saurer Kaliumpermanganatlösung zu Acetaldehyd oxidiert. Dieser gibt mit Nitroprussidnatrium und einem sekundären Amin (z.b. Piperazin, Piperidin oder Diethylamin) eine blaue Färbung. Diese Methode ist allgemein als Nachweis für Aldehyde und Ketone geeignet. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

25 Reaktion mit Nitroprussidnatriumlösung (nach Simon) Literatur: Pohloudek-Fabini, R. u. Th. Beyrich, Organische Analyse unter besonderer Berücksichtigung von Arzneistoffen, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG, Leipzig 1975 REAGENZIEN 1 %ige wässrige Nitroprussidnatriumlösung Reagenzpapier: Filterpapier getränkt mit Piperidin und l %iger Nitroprussidnatriumlösung 5 %ige wässrige KMnO 4 -Lösung verdünnte H 3 PO 4 AUSFÜHRUNG Etwas Probelösung wird im Reagenzglas mit einigen Tropfen H 2 O, verdünnter H 3 PO 4 und 5 %iger KMnO 4 -lösung versetzt. Anschließend wird das Reagenzglas mit einem Wattebausch lose verschlossen, mit dem Reagenzpapier abgedeckt und längere Zeit zum Sieden erhitzt. Eine blauviolette Färbung des Reagenzpapieres zeigt Ethanol (als Acetaldehyd) an. Diese Reaktion kann auch in Lösung durchgeführt werden, wobei zweckmäßigerweise einige Tropfen des Destillats eingesetzt werden. Dazu wird die Probe mit Kaliumpermanganat und der verdünnten H 3 PO 4 erhitzt und mit 1 ml 1 %iger Piperidin- und 1 ml 1 %iger Nitroprussidnatriumlösung versetzt. Propan-2-ol Nachweis mit p-dimethylaminobenzaldehyd (nach Auterhoff) Literatur: Pohloudek-Fabini, R. u. Th. Beyrich, Organische Analyse unter besonderer Berücksichtigung von Arzneistoffen, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG, Leipzig 1975 PRINZIP Propan-2-ol gibt beim Unterschichten mit einer Lösung von 4-Dimethylaminobenzaldehyd in konz. H 2 SO 4 einen rotvioletten Ring. REAGENZIEN 4-Dimethylaminobenzaldehydlösung: etwa 1 % ige Lösung von 4-Dimethylaminobenzaldehyd in konz. H 2 SO 4 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

26 AUSFÜHRUNG Einige ml des Filtrats bzw. der Probe werden mit einigen ml der Reagenzlösung unterschichtet. Bei Anwesenheit von Propan-2-ol entsteht ein leuchtend rotvioletter Ring, allmählich färbt sich die gesamte Schwefelsäureschicht rot. Maßgebend ist eine reine Rotviolett-Färbung, die sofort oder innerhalb von 2 bis 5 min auftreten muss. Nach längerem Stehen (15-20 min) tritt mit Propan-1-ol eine braune Färbung auf. Höhere Alkohole geben sofort braunrote Färbungen. GEFAHRENHINWEISE Nitroprussidnatrium: Piperidin: KMnO 4: Chromotropsäure: 4-Dimethylaminobenzaldehyd: giftig R 20/21-25 leichtentzündlich. giftig R11; R23/24; R34 brandfördernd, gesundheitsschädlich, umweltgefährlich R 8, R22; R50/53 reizend R36/37/38 gesundheitsschädlich R 21; R36/37/38 ENTSORGUNG in wässrige halogenfreie Lösungsmittelabfälle ggf. vorher neutralisieren 5.2 Identifizierung und quantitative Bestimmung von Alkoholen mit Gaschromatografie Literatur: Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach 35 LMBG (EG) Bestimmung von Methanol im Verhältnis zu Äthanol oder Propanol-2 Zur Isolierung der Alkohole werden je nach erwartetem Gehalt ml Probe mit etwa der gleichen Menge Wasser versetzt und bei langsam ansteigender Temperatur destilliert. Dabei sollte der Siedeverlauf genau beobachtet werden, da daraus Hinweise auf bestimmte Lösungsmittel gewonnen werden können. Für quantitative Zwecke wird das Destillat in einem mit wenig Wasser beschickten 50 ml Messkolben aufgefangen. Nach Abschluss der Destillation wird mit Wasser bis zur Marke aufgefüllt. Das aus den Proben erhaltene alkoholische Destillat wird definiert verdünnt und direkt für die GC eingesetzt. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

27 Die quantitative Bestimmung kann mit Hilfe einer Kalibrierungsgeraden, durch Standardaddition oder durch Zusatz eines internen Standards erfolgen. Die Standards für die Kalibriergerade sollten ca. 0,05-0,5% (m/m) Alkohol enthalten. GC-Parameter: Säule: Agilent,. FFAP 30m x 0,25mm ID; 0,25µm Filmdicke Injektor: 250 C Detektor (FID): 270 C Temperaturprogramm 20 C/min auf 70 C - 4min isotherm 180 C Vergleiche: Methanol Ethanol Propan-2-ol Propan-1-ol ENTSORGUNG Destillate und Kalibrierlösungen: in den Ausguss Destillationsrückstand: (je nach Probe) meist in halogenhaltige Lösungsmittelabfälle Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

28 6 Konservierungsstoffe und antimikrobiell wirksame Substanzen 6.1 Vortests auf phenolische Verbindungen Reaktion mit Aminoantipyrin Literatur: K. F. Brown, et al., J. Pharmac. Soc. 58, (1969) PRINZIP Phenolische Verbindungen reagieren unter oxidativer Kondensation mit 4-Aminoantipyrin zu intensiv gefärbten (orange bis rot) Pyrazolonen. Diese Reaktion ist sehr empfindlich, Salicylsäure reagiert nur sehr langsam. REAGENZIEN 2 %ige wässrige Lösung von Aminoantipyrin 2 N NH 3 -Lösung 2 %ige wässrige Kaliumhexacyanoferrat-(III)-Lösung AUSFÜHRUNG Zu ca. 5 ml der ethanolischen Probelösung bzw. des ethanolischen Probenextrakts werden wenige Tropfen einer 2 %igen wässrigen Aminoantipyrin-Lösung sowie ca. 1 ml 2 N NH 3 -Lösung gegeben, umgeschüttelt und die Lösung anschließend mit ca. 1 ml einer 2 %igen Kaliumhexacyanoferrat-(III)- Lösung versetzt. Bei Anwesenheit von Phenolen bildet sich eine intensive Rotfärbung. GEFAHRENHINWEISE Aminoantipyrin: gesundheitsschädlich, reizend R 22-36/37/38 Kaliumhexacyanoferrat: reizend R /38/R 32 ENTSORGUNG wässrige halogenhaltige organische Abfälle 6.2 Identifizierung mittels DC Literatur: H.-J. Schmahl, E. Hieke, Fresenius Z. anal. Chem. 304 (1980) H. König, Fresenius Z. Anal. Chem. 246 (1969) Die Identifizierung von Konservierungssäuren und antimikrobiell wirksamen Substanzen kann durch übliche DC nach Auftragung von Vergleichen bzw. Mischspots erfolgen. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

29 allgemeine DC Sorbens: Kieselgel 60 F 254 Laufmittel 1: n-butanol/25%iger Ammoniak/Wasser (35:10:5 v/v/v) - obere Phase verwenden! Detektion: UV (254 nm) Laufzeit ca. 4-5 h Vergleichssubstanzen 1 %ig in Aceton oder Ethanol (ca. 3 µl auftragen) Tab. 1: Rf-Werte der antimikrobiell wirksamen Substanzen (Laufmittel 1) Substanz Rf-Wert Triclosan 0,88 Bromchlorophen 0,76 Dichlorophen 0,69 Benzoesäure 0,25 Sorbinsäure 0,20 Salicylsäure 0,30 Phenylsalicylat 0,47 Benzylsalicylat 0,94 Phenoxyethanol 0,38 DC besonders geeignet für polychlorierte Phenole Sorbens: Kieselgel 60 F 254 Laufmittel 2: Toluen/Aceton (40 : 1 v/v) Detektion: UV (254 nm) Vergleichssubstanzen 1 %ig in Aceton oder Ethanol (ca. 3 µl auftragen) Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

30 Tab. 2: Rf-Werte der antimikrobiell wirksamen Substanzen (Laufmittel 2) Substanz Rf-Wert Triclosan 0,60 Bromchlorophen 0,35 Dichlorophen Phenylsalicylat Benzylsalicylat Benzoesäure 0,05 Sorbinsäure 0,05 Salicylsäure 0,06 Phenoxyethanol 0,10 ENTSORGUNG gebrauchte DC-Platten: Behälter für kontaminierte Betriebsmittel Laufmittel: halogenfreie Lösungsmittel, Laufmittel 1 ggf. neutralisieren 6.3 Quantitative Bestimmung von Benzoe-, Sorbin- und Salicylsäure bzw. Phenoxyethanol mit HPLC Literatur: - Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach 35 LMBG (EG) Nachweis und Bestimmung von Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure, Sorbinsäure, Salicylsäure und Propionsäure in kosmetischen Mitteln - Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach 64 LFGB (EG) Nachweis und Bestimmung von 2-Phenoxyethanol, 1-Phenoxypropan-2-ol, Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl- und Benzylhydroxybenzoesäure - E. Kratz und H. Waldhoff, Konservierungsstoffe in: Analytik von Bedarfsgegenständen, ed. L. W. Kroh, B. Behr s Verlag GmbH & Co. KG, Hamburg 2007 S. 304 ff PRINZIP Nach dem Ansäuern (! ph-wert prüfen!) wird die Probe mit einer Mischung aus Methanol und Wasser extrahiert und der Gehalt an Konservierungsstoffen entweder über einen internen Standard oder über Kalibriergeraden mittels HPLC bestimmt. REAGENZIEN Acetatpuffer : 6,35 g Natriumacetat und 20 ml Essigsäure werden in 1 l H 2 O bidest gelöst Methoxybenzoesäure Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

31 AUSFÜHRUNG 0,5-1 g der Probe wird mit ca. 20 ml Methanol angelöst, mit 1 ml 1 N H 2 SO 4 versetzt und auf 100 ml mit dest. Wasser aufgefüllt. Anschließend wird mindestens 1 min kräftig geschüttelt, Cremes sollten im Ultraschallbad behandelt werden. Der Extrakt wird filtriert, mit Wasser 1:5 verdünnt und zur HPLC-Bestimmung verwendet. Die optimale Konzentration der Stammlösung zur Aufstellung der Kalibriergeraden liegt bei 0,1-1 mg/100 ml für die Konservierungssäuren und bei 0,5-2 mg/100 ml für Phenoxyethanol. Dazu wird die entsprechende Menge der Standards in wenig Methanol angelöst und mit Wasser auf 100 ml aufgefüllt. Anschließend wird auf die gewünschte Konzentration weiter verdünnt. Benzoe-, Salicyl- und Sorbinsäure können im Gemisch bei 240 nm detektiert werden, Sorbinsäure und Phenoxyethanol gemeinsam bei 270 nm. HPLC-Bedingungen mobile Phase: Acetatpuffer/Acetonitril (450 ml/125 ml) entgast (Ultraschall) 2,0 ml/min Säule: Nucloesil 5 C18, 12,5-25 cm x 4,6 mm Detektor: UV 240 nm oder 270 nm bei Anwesenheit von Phenoxyethanol als interner Standard eignet sich Methoxybenzoesäure (ca. 0,5 %ig im Extraktionsmittel) ENTSORGUNGSHINWEISE Proben und Kalibrierlösungen in wässrige halogenfreie Lösungsmittelabfälle 6.4 Quantifizierung phenolischer Substanzen (photometrisch) Literatur: F. Will, C. Varsel, J.A.0.A.C. 49 (1966) 5 PRINZIP Nach Abtrennung der antimikrobiell wirksamen Substanzen aus der Probenmatrix mittels Säulenchromatografie können diese über die spezifische Extinktion bei max (Tab. 3) mit Hilfe einer Kalibriergeraden UV-spektroskopisch quantifiziert werden Säulenchromatographische Matrixabtrennung REAGENZIEN getrocknetes Kieselgel 40 oder 60 Aceton Chloroform 0,1 N KOH Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

32 AUSFÜHRUNG Ca. 5 g Kieselgel werden mit Aceton in die Säule eingeschlemmt (bei Säulendurchmesser von ca.15 mm etwa 15 cm hoch füllen, bei ca. 20 mm Durchmesser etwa 8 cm). Etwa 0,5 g der Probe (bei Phenylsalicylat bis 1 g) werden in ein kleines Becherglas eingewogen, mit ca. 1 g Kieselgel versetzt und solange verrührt, bis das entstandene Gemenge homogen und rieselfähig ist und auf die vorbereitete Trennsäule gegeben. Reste von Probe/Kieselgel werden mit Aceton aus dem Becherglas auf die Säule gespült und mit ca. 25 ml Aceton die acetonlöslichen, in diesem System abtrennbaren, antimikrobiellen Substanzen eluiert. Für eine ausreichend gute Trennung sollte die Tropfgeschwindigkeit nicht höher als 1 Tropfen/s sein. Bei alkoholisch-wässrigen Probelösungen werden ca. 5 ml der Probe direkt auf die vorbereitete Säule pipettiert. Das erhaltene Eluat wird am Vakuumrotationsverdampfer vollständig eingeengt. Nicht entfernte Feuchthaltemittel erschweren die Phasentrennung bei der weiteren Aufarbeitung beträchtlich und können das quantitative Ergebnis verfälschen. Der verbleibende Rückstand wird in Chloroform aufgenommen, in einen 10 ml Messkolben überführt und aufgefüllt. Daraus wird ein aliquoter Teil (mindestens 5 ml, aber auch alle 10 ml möglich) abgenommen und im Mixxor-Trennkolben (siehe Abb. 4) mit Wasser durchmischt, um störende wasserlösliche Bestandteile auszuwaschen. Nach Phasentrennung wird die gesamte organische Phase in einen Scheidetrichter pipettiert und mit genau 25 ml 0,1 N KOH ausgeschüttelt, die phenolischen Verbindungen gehen dabei in die wässrige Phase über. Von der wässrigen (KOH-) Phase wird ein UV-Spektrum im Bereich von 250 bis 400 nm gegen 0,1 N KOH aufgenommen und die maximale Absorptionswellenlänge ( max ) mit der der erwarteten antimikrobiell wirksamen Substanz (Tab.: 3 verglichen. Die quantitative Auswertung erfolgt dann über eine Kalibrierungsgerade. Dazu werden Vergleichslösungen der identifizierten phenolischen Verbindung (etwa im Bereich von µg/ml) gegen KOH vermessen. GEFAHRENHINWEISE Chloroform: gesundheitsschädigend R 20/22/ Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

33 ENTSORGUNG: wässrige, halogenhaltige Lösungsmittelabfälle Abb. 4 Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

34 Tabelle 3: max der antimikrobiell wirksame Substanzen gelöst in KOH antimikrobiell wirksame Substanz max [nm] in KOH 2,4,4 -Trichlor-2-hydroxy-diphenylether 292 (Triclosan) 3,3 -Dibrom-4,4 dichlor-2,2 methylendiphenol 312 (Bromchlorophen) Chlorophen Chlor3-methylphenol 297 Benzoesäure 230 Sorbinsäure 262 Salicylsäure 302 Phenylsalicylat 341 Benzylsalicylat 333 Phenoxyethanol 270 (Parabene ca. 290) max der antimikrobiell wirksamen Verbindungen in Schweisssimulanz bzw. Ethanol sind ca. 10 nm zu niedrigeren Wellenlängen verschoben. 6.5 Untersuchung von Textilien auf antimikrobielle Ausrüstung PRINZIP Die in den zu untersuchenden Textilien enthaltenen antimikrobiell wirksamen Verbindungen werden mit geeigneten Lösungsmitteln oder Schweisssimulanz extrahiert und UV/VIS-spektrophotometrisch über eine Kalibriergerade quantifiziert. REAGENZIEN 0,1 N KOH Schweisssimulanz: 5 g NaCl, 1 g Harnstoff und 1 g Milchsäure (98 %) werden in ca. 900 ml dest. Wasser gelöst und mit 1 %iger Ammoniaklösung auf einen ph-wert von 6,5 eingestellt. Anschließend wird mit Wasser auf 1 L aufgefüllt Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

35 AUSFÜHRUNG Extraktion Die zu untersuchende Textile wird genau ausgewogen und klein geschnitten. Die Stücke werden in ein Becherglas gegeben, das genau 50 ml 0,1 N KOH oder Schweisssimulanz enthält. Es ist darauf zu achten, dass alle Teile mit Flüssigkeit bedeckt sind, ggf. muss noch weitere Flüssigkeit genau zugegeben werden. Zur Extraktion lässt man zugedeckt mindestens 1 h bei Körpertemperatur (Schweisssimulanz) bzw. bei 60 C (KOH, simulierte Wäsche) stehen, durchmischt noch einmal gut und filtriert einen Teil der Flüssigkeit ab. Für die quantitative Bestimmung mittels UV/VIS- Spektroskopie (siehe Kap. 6.4) muss gegebenenfalls verdünnt werden. Ein nicht antimikrobiell ausgerüstetes, aber ähnliches Stück Stoff des gleichen Materials ist ebenso zu behandeln und als Nullprobe zu vermessen. Es ist darauf zu achten, dass die Probe immer gegen das jeweilige Simulanzlösemittel vermessen wird. ERGEBNIS Das Ergebnis ist als mg migrierte Substanz pro 100 g Probe anzugeben. Bei einer Angabe in mg pro dm 2 Stoff ist das entsprechend Flächengewicht der Textile anzugeben. ENTSORGUNG untersuchte Textilien: in den Behälter für kontaminierte Betriebsmittel benutztes Schweisssimulanz: halogenhaltige wässrige Lösungsmittelabfälle Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS

36 7 Süßstoffe 7.1 Identifizierung mit Dünnschichtchromatografie Literatur: G. W. v. Rymon-Lipinski, H.-C. Brixius, Dünnschichtchromatografischer Nachweis von Acesulfam, Saccharin und Cyclamat, Z. Lebensm. Unters. Forsch. 168 (1979) Isolierung aus der Matrix REAGENZIEN Ionenaustauscher Amberlite La-2 Vorbereitung des Ionenaustauschers: 5 ml Ionenaustauscher Amberlite La-2 werden im Schütteltrichter mit 95 ml Petrolether und 20 ml 20 %iger Essigsäure kräftig geschüttelt. Die obere Phase wird zur Identifizierung der Süßstoffe verwandt. Essigsäure 25 %iger NH 3 Methanol AUSFÜHRUNG g der Probe werden auf ca ml mit H 2 O verdünnt und mit Essigsäure angesäuert. Die Probelösung wird zweimal mit 25 ml vorbehandelter Ionenaustauscherlösung ausgeschüttelt, die vereinigten Ionenaustauscherlösungen dreimal mit dest. H 2 O gewaschen und dreimal mit je 15 ml 25 %iger NH 3 -Lösung geschüttelt. Die vereinigten ammoniakalischen Lösungen werden auf dem Wasserbad bis zur Trockne eingeengt und der Rückstand für die DC in wenig Methanol/H 2 O aufgenommen. Dünnschichtchromatographie Sorbens: Polyamid 11 F 254 Laufmittel : Xylen/ Propan-1-ol/ Ameisensäure (50 : 50 : 10 v/v) Detektion: UV 254 Sprühreagenz: 0,2 %ige methanolische 2,7 -Dichlorfluoreszinlösung zur Farbentwicklung Erhitzen der Platte 10 min bei 105 C Im UV erscheint Cyclamat hellgelb und Saccharin grün auf gelbem Untergrund, nach Besprühen mit Fluoreszin erhält man helle Flecken auf orangefarbenem Untergrund. Analytik von Kosmetischen Mitteln und Bedarfsgegenständen SS