Veel cosmetica, zoals zonnebrandcrèmes, bevatten titaniumdioxide. Deze nanodeeltjes zijn omstreden. Experts vermoeden dat ze schadelijke effecten kunnen hebben op mens en milieu. Maar het is moeilijk te bewijzen dat de deeltjes in de lotions zitten. Met behulp van een methode ontwikkeld door Fraunhofer-onderzoekers, de deeltjes kunnen nu worden berekend.

Cosmetica bevatten steeds vaker nanodeeltjes. Een bijzonder gevoelig punt is het gebruik van de minuscule deeltjes in cosmetica, aangezien de consument in direct contact komt met de producten. Zonnebrandlotions bevatten bijvoorbeeld nanodeeltjes van titaniumoxide. Ze bieden UV-bescherming:als een film gemaakt van oneindige kleine spiegels, ze worden op de huid aangebracht en reflecteren UV-stralen. Maar deze kleine deeltjes zijn controversieel. Ze kunnen de huid binnendringen als er een verwonding is, en een ontstekingsreactie veroorzaken. Het gebruik ervan in spray-on zonnebrandmiddelen is ook problematisch. Wetenschappers vrezen dat de deeltjes bij inademing een schadelijk effect kunnen hebben op de longen. Zelfs het effect op het milieu is nog onvoldoende onderzocht. Studies tonen aan dat het titaniumoxide dat via zonnebrandmiddelen in openbare stranden is gesijpeld, het milieuevenwicht in gevaar kan brengen. Daarom, sinds juli 2013 is er een etiketteringsvereiste van kracht gebaseerd op een EU-richtlijn over cosmetica en lichaamsverzorgingsproducten. Als ingrediënten van nanoformaat in een product worden gebruikt, de fabrikant moet dit feit duidelijk maken door "nano-" toe te voegen aan de vermelde ingrediëntennaam. Vanwege de eisen die de wetgever stelt, de behoefte aan analysemethoden is enorm.

Deeltjesgroottes bepalen tot op de kleinste schaal

De huidige beeldvormingsprocessen met elektronenmicroscoop, zoals transmissie-elektronenmicroscopie of scanning elektronenmicroscopie, zijn gebaseerd op de eigenschappen van lichtverstrooiing. Ze worden gebruikt om alle aanwezige deeltjes te detecteren. Ze maken geen onderscheid tussen een cel, een nanodeeltje – of een stukje pluis. Deze methoden zijn bij uitstek geschikt voor de studie van oppervlakte-eigenschappen en vormen.

"Het lichtdiffusieproces en microscopie zijn niet selectief genoeg voor veel onderzoeken, inclusief toxicologische onderzoeken, " zegt Gabriele Beck-Schwadorf, wetenschapper aan het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Thin Films IGB in Stuttgart. De groepsmanager en haar team hebben een bestaande meetmethode zo ontwikkeld en verfijnd dat ze titanium nanodeeltjes kunnen bepalen in complexe media die bestaan ​​uit verschillende componenten die zeer gevoelig en delicaat zijn. Onderzoekers meten individuele deeltjes aan de hand van een enkel deeltje, inductief gekoppelde plasma-massaspectroscopie (of SP-ICP-MS). "Met deze methode Ik bepaal de massa. Titanium heeft een atomaire massa van 48 AMU's (atomic mass units). Als ik de spectrometer daarop instel, dan kan ik me richten op de meting van titanium, " legt Katrin Sommer uit, levensmiddelenchemicus bij IGB.

Met deeltjesmeting, er wordt een suspensie in het plasma gesproeid die zowel grote als kleine deeltjes in niet-homogene verdeling bevat. De suspensie moet sterk worden uitgedund zodat het ene na het andere titaandioxidedeeltje kan worden gedetecteerd en geanalyseerd. Uit deze deeltjes worden ionen gevormd in heet plasma van ongeveer 7, 000 Kelvin. Ze komen bij de detector van de spectrometer als een ionenwolk, en worden geteld binnen de kortste meettijd van ongeveer drie milliseconden. Signaalintensiteit correleert met deeltjesgrootte. “We zetten de intensiteit om in nanometers. Tegelijkertijd we tellen deeltjessignalen, waaruit we de deeltjesconcentratie berekenen met een nauwkeurigheid tot tien procent. We kunnen precies vaststellen hoeveel deeltjes een bepaalde grootte hebben, " zegt Somers, uitleg van de procedure.

Het waren IGB-wetenschappers die oorspronkelijk de methoden ontwikkelden voor het meten van titaniumoxide-nanodeeltjes in afvalwater. "Maar het proces is over het algemeen geschikt voor complexe media, en kan ook worden toegepast op zonnebrandcrèmes, " geeft de onderzoeker aan. Een uniek kenmerk van deze aanpak:het IGB-team voert de data-analyse en dataverwerking uit zonder gespecialiseerde software. "We hebben de ruwe data statistisch geëvalueerd met behulp van een standaard computerprogramma, en kan dus ongeacht de producent werken. In vergelijking met bestaande methoden, SP-ICP-MS omvat een snel proces dat gebruikmaakt van detectielimieten die zich uitstrekken tot de ultra-spoorhoeveelheidschaal onder ppm." een monster van slechts een paar milliliter kan in ongeveer zes minuten worden onderzocht.

Cosmetica makers, nanotechnologiebedrijven, en consumenten kunnen profiteren van de deeltjesanalyse voor kwaliteitsborging van zonbeschermings- en lichaamsverzorgingsproducten, maar gebruik ze ook voor het analyseren van water, drinkwater, en eten. De onderzoekers zijn van plan om in de toekomst ook andere nanodeeltjes te meten, zoals siliciumdioxide. Of een product siliciumdioxide bevat, kan alleen door complexe metingen worden vastgesteld. Om de aanwezigheid van nanodeeltjes vast te stellen, men moet eerst hun grootte of grootteverdeling bepalen. Op basis van de definitie van de EU, Voor een nanomateriaal gelden declaratievereisten als ten minste 50 procent van de daarin aanwezige deeltjes een grootte heeft tussen 1 en 100 nanometer (nm). Eerdere analysemethoden lopen hier tegen hun grenzen aan. Deze maken het mogelijk om deeltjesgroottes alleen in zuivere oplossingen vast te stellen. Ze zijn niet geschikt voor analyse van complexe media die men aantreft in moderne cosmetica. In aanvulling, nanodeeltjes met verschillende chemische eigenschappen zijn op deze manier niet van elkaar te onderscheiden.