Do LZO zalicza się związki chemiczne, które łatwo przechodzą w stan gazowy, czyli są to substancje niskocząsteczkowe, najczęściej niepolarne, np. węglowodory alifatyczne i aromatyczne, estry, aldehydy, ketony, terpeny, alkohole, a także chlorowcopochodne. W rzeczywistości jest to ogromna grupa substancji chemicznych szeroko rozpowszechnionych w przyrodzie, występujących także w kosmetykach. Obecność estrów, aldehydów, ketonów, terpenów oraz innych substancji jest w kosmetykach pożądana, ponieważ odpowiadają za ładny zapach lub mają właściwości pielęgnujące. Niestety niektóre z nich mogą powodować alergie lub posiadać właściwości toksyczne dla organizmu. Stąd monitorowanie zawartości LZO w kosmetykach jest w pełni uzasadnione. Poznanie dokładnego składu jakościowego i ilościowego surowców stosowanych do produkcji kosmetyków ma wpływ na właściwości pielęgnujące i zapachowe produktu końcowego. Dlatego ważne jest dokładne poznanie składu olejków eterycznych, stosowanych do produkcji kosmetyków i perfum. Powszechnie wiadomo, że na skład takich olejków roślinnych wpływa pochodzenie rośliny, a także inne parametry, jak: procesy zbioru, przechowywania, transportu, suszenia oraz sposób wytwarzania samego olejku. Jeśli olejki eteryczne mają różny skład, to także inny zapach [1]. Bardzo ważne jest monitorowanie zanieczyszczeń występujących w olejkach. Najczęściej występują w nich śladowe ilości pestycydów lub inne chlorowcopochodne substancje zaburzające gospodarkę hormonalną (ang. endocrine disruptors).

Chromatografia gazowa
Najpowszechniejszą i najbardziej dokładną techniką służącą do oznaczania LZO w kosmetykach jest chromatografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas (GC/MS). Technika ta umożliwia rozdzielenie składników mieszaniny i ich zidentyfikowanie podczas jednej analizy chromatograficznej. Zastosowanie układów GC/MS do badania kosmetyków pozwala na wykonanie pełnej analizy jakościowej i ilościowej lotnych składników kremów, perfum czy mydeł, w krótkim czasie.

Oczywiście istotne jest dobranie właściwych warunków analizy, np. dobór odpowiedniej kolumny chromatograficznej, programu temperaturowego, jak również odpowiednich parametrów spektrometru mas tj. zakresu mierzonych jonów (m/z) czy szybkości zbierania danych. Ważne jest także, aby stosowany spektrometr mas był odpowiednio czuły względem oznaczanych substancji i pozwalał zbadać pełne spektrum analitów. Tego typu podejście do badań, które jest nakierowane na oznaczenie możliwie największej ilości analitów w próbce, nazywa się analizą niecelowaną (ang. non-target analysis), w odróżnieniu od analizy celowanej (ang. target analysis), która skupia się na wykryciu i zidentyfikowaniu wyłącznie określonych substancji. Wykonywanie analiz celowanych prowadzi najczęściej do utraty informacji na temat substancji, które nie są przedmiotem zainteresowania, a które mogą wpływać na zapach olejku eterycznego lub stanowić jego zanieczyszczenie. W przypadku niecelowanych analiz próbki kosmetyku, możliwe jest wykrycie – oprócz substancji zapachowych – także innych stanowiących jej zanieczyszczenie, jak choćby substancje migrujące z opakowań do kosmetyków, których źródłem mogą być substraty stosowane do produkcji opakowań.

Spektometry mas z pomiarem czasu przelotu jonów
Niecelowana analiza LZO w kosmetykach jest możliwa z zastosowaniem spektrometrów mas wykorzystujących technologię pomiaru czasu przelotu jonów (ang. time of flight mas spectrometry, TOFMS). Dzięki unikalnej konstrukcji spektrometrów TOFMS, pozwalającej uzyskiwać dużą szybkość rejestracji danych, możliwe jest rejestrowanie doskonałej jakości widm z szerokiego zakresu mierzonych mas, pokrywającego pełny zakres mas molowych oznaczanych analitów. Jednocześnie detektor ten pozwala na zachowanie dużej czułości oznaczeń, co przekłada się na możliwość wykrywania analitów na śladowym poziomie stężeń (tj. ppb, ppt).

Dwuwymiarowa chromatografia gazowa
Techniką, która pozwala na jeszcze dokładniejsze zbadanie składu próbki, poprzez doskonałe rozdzielenie wszystkich jej składników, jest kompletna dwuwymiarowa chromatografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas czasu przelotu (GCXGC-TOFMS). Rozwiązanie to umożliwia rozdzielenie izomerów, które w warunkach jednowymiarowej chromatografii gazowej zwykle koelują. Stosowanie w układach gcxgc kolumn różniących się polarnością (typowo w takim układzie: kolumna pierwszego wymiaru jest niepolarna, zaś kolumna drugiego wymiaru – polarna) oraz zwiększenie pojemności pików układu chromatograficznego umożliwia rozdzielenie substancji, których w warunkach jednowymiarowej gc nie można było rozdzielić i zidentyfikować. Aspekt ten jest istotny w przypadku konieczności poznania dokładnego składu olejku, ustalenia jego chemotypu [2] lub podczas badania autentyczności perfum. Udowodniono, że stosowanie układów typu GCXGC-TOFMS do badania składu perfum, pozwala identyfikować substancje, które wcześniej nie były wykrywane ze względu na maskowanie ich przez inne anality występujące w próbce w bardzo wysokim stężeniu lub przez przykrycie analitów bogatą matrycą [3].

Przygotowanie próbek
Innym istotnym aspektem, związanym z stosowaniem chromatografii gazowej do badania LZO w kosmetykach, jest odpowiednie przygotowanie próbki, ze względu na fakt, iż analiza w GC wymusza wprowadzanie do układu próbki, której składniki po zadozowaniu łatwo przechodzą w stan gazowy i w takiej postaci mogą być rozdzielane na kolumnie.
W przypadku kosmetyków w stanie ciekłym, np. perfum lub olejków eterycznych, istnieje możliwość wprowadzenia próbki bezpośrednio do dozownika chromatografu gazowego, wyposażonego w dozownik z dzieleniem strumienia gazu, gdzie tylko część próbki wprowadzana jest do kolumny chromatograficznej. Takie podejście z dzieleniem strumienia gazu stosowane jest w celu uniknięcia efektu przeładowania kolumny analitami, występującymi w próbce w zbyt dużym stężeniu. Przygotowanie próbki w przypadku dozowania cieczy polega na rozcieńczeniu jej rozpuszczalnikiem organicznym, np. etanolem w stosunku objętościowym 1:10 lub 1:100, w zależności od stężeń analitów. Jest to najszybszy i zdecydowanie najprostszy sposób analizy próbek perfum, np. pod kątem wykrywania alergenów [4].

Technikę bezpośredniego dozowania próbek ciekłych do układu GC/MS stosuje się również do badania składu olejków eterycznych bez konieczności ich rozcieńczania. Wystarczy zadozować 0,2 μl cieczy do dozownika z dzieleniem strumienia 200:1 i wykonać analizę chromatograficzną. Stosowanie spektrometru mas z analizatorem TOFumożliwia uzyskanie pełnej informacji na temat składu próbki oraz identyfikowanie analitów występujących na śladowym poziomie stężeń. Taka informacja może zostać wykorzystana podczas porównywania składu próbek olejków eterycznych różnego pochodzenia [5].

Analiza próbek stałych, np. past czy kremów, jest nieco bardziej skomplikowana ze względu na fakt, że substancje lotne należy wcześniej wyekstrahować z próbki i zatężyć. Do tego celu wykorzystuje się technikę tzw. mikroekstrakcję do fazy stacjonarnej (ang. solid phase microextraction, SPME), gdzie na włóknie o grubości kilkudziesięciu mikrometrów, pokrytym odpowiednim sorbentem, adsorbuje się substancje lotne uwalniane przez ciało stałe (tu pasta, krem), tworzące tzw. fazę nadpowierzchniową (ang. headspace).

Włókno do SPME przez określony czas zostaje umieszczone w fiolce z próbką, która wówczas może być podgrzewana i mieszana, co zwiększa uwalnianie analitów z matrycy. Po zakończonym procesie adsorpcji, następuje przeniesienie włókna do dozownika chromatografu gazowego, gdzie zachodzi termiczna desorpcja i przeniesienie substancji z dozownika do kolumny chromatograficznej.

Uniwersalne narzędzie analityczne
Zastosowanie chromatografii gazowej w połączeniu ze spektrometrią mas do badania kosmetyków pozwala na szybkie i czułe oznaczenie substancji odpowiadających za zapach oraz właściwości pielęgnujące.

Jednocześnie system GC/MS stanowi uniwersalne narzędzie analityczne, które oprócz substancji pożądanych w kosmetykach, umożliwia oznaczenie zanieczyszczeń, które mogą mieć wpływ na zdrowie konsumenta, jak alergeny czy pestycydy. Warto zawsze pamiętać, aby zastosować odpowiednie podejście analityczne w zależności od tego, jakie dane chcemy uzyskać. Czy zależy nam na pełnej informacji na temat wszystkich analitów, czy też skupiamy się na wybranych związkach i wykonujemy analizy celowane. Wykonywanie analiz niecelowanych za pomocą GC-TOFMS pozwala m.in. na oznaczenie jakościowe i ilościowe wszystkich LZO w próbce, na zbadanie autentyczności kosmetyków markowych oraz porównywanie olejków eterycznych różnego pochodzenia. Dlatego przed analizą należy rozważyć możliwości analityczne wykorzystywanego spektrometru mas, jego zalety i ograniczenia. Stosowanie układów GC/MS wymaga odpowiedniego przygotowania próbki tak, aby badane substancje były lotne w warunkach analizy, czyli podczas chromatograficznego rozdzielania i detekcji za pomocą spektrometrii mas. Stąd w praktyce najczęściej stosuje się relatywnie proste metody przygotowania próbki, jak rozcieńczenie próbki lotnym (tj. niskowrzącym) rozpuszczalnikiem organicznym i dozowanie próbki ciekłej. W celu zatężenia analitów wykorzystuje się technikę ekstrakcyjną – mikroekstrakcję do fazy stacjonarnej, umożliwiającą adsorpcję substancji oznaczanych na włóknie.

dr Agnieszka Ulanowska, Doradca Techniczno-Handlowy
Grzegorz Strączyński, Dyrektor Generalny
LECO Polska