Fanschminken - Strategie zur Untersuchung der Farbpigmente

 

Zusammenfassung
Die Untersuchung von Pigmenten (schwer lösliche Farbstoffe) in lipophilen dekorativen Kosmetika wie Fanschminken, Kinderschminken, Lippenstiften oder Cremelidschatten erfordert große analytische Erfahrung. Hierbei ist es wichtig, Referenzsubstanzen auf ihre Eignung und Spezifikation zu prüfen und dem Aufschluss und der Extraktion der schwerlöslichen Pigmente aus der fetthaltigen Matrix besondere Aufmerksamkeit zu widmen. In einem zweigleisigen Ansatz werden unterschiedliche Extraktionsschritte und Nachweisverfahren durchgeführt und die Ergebnisse auf Plausibilität geprüft. Die Dünnschichtchromatographie spielt sowohl als präparative als auch analytische Methode eine wesentliche Rolle, um die Aufarbeitung und Messung „in toto“ zu visualisieren. Weitere spezifische Messtechniken wie HPLC-DAD und Spektralphotometrie bei unterschiedlichen pH-Werten ergänzen die Spezifität des qualitativen Nachweises. Im Bedarfsfall kann quantifiziert werden und durch hochspezifische Verfahren wie 1H-NMR-Spektroskopie und LC-MS-MS zusätzlich abgesichert werden. Das CVUA Karlsruhe ist als amtliches Labor zur Untersuchung kosmetischer Mittel mit den o.g. Prüfverfahren seitens der deutschen Akkreditierungsstelle DAkkS akkreditiert worden.
Hintergrundinformation
Lipophile dekorative Kosmetika wie Fanschminken, Kinderschminken, Lippenstifte oder Cremelidschatten bestehen überwiegend aus einer Grundmasse von Fetten, Wachsen oder deren Derivaten, in die farbgebende Stoffe in feinst verteilter Pulverform homogen eingearbeitet wurden. Bei diesen Farbstoffen handelt es sich meist um synthetische organische Pigmente, die hautverträglich, toxikologisch sicher, farbintensiv und je nach Anwendung schweiß- oder speichelecht sein müssen. Nur so entsprechen sie den hohen Ansprüchen bzgl. Sicherheit und Qualität an ein dekoratives kosmetisches Mittel. Die Farbintensität und Unlöslichkeit wird durch einen speziellen Herstellungsprozess der Pigmente erreicht, indem z.B. wasserlösliche Azofarbstoffe einer sogenannten Verlackung unterworfen werden. Das bedeutet, dass die Farbstoffe in meist patentierten Verfahren unter bestimmten Prozessbedingungen (erhöhte Temperatur, Druck etc.) auf einen anorganischen Träger aufgezogen werden, z.B. Barium-, Kalzium oder Aluminiumsalze.
Synthetische organische Pigmente werden in großer Vielfalt weltweit von der chemischen Farbenindustrie produziert. Im Colour Index (C.I.), einem Nachschlagewerk aller gebräuchlichen Farbmittel, das von der britischen Society of dyers and colourists herausgegeben wird, sind mehrere tausend Farbmittel in Klassen gelistet (u.a. Nitroso, Monoazo, Anthrachinon, Phtalocyanine, siehehttp://www.sdc.org.uk/technical-services/colour-index). Allerdings sind nur 153 Farbstoffe gemäß der europäischen Kosmetikverordnung EC/1223/09 Anhang IV für die Verwendung in kosmetischen Mitteln zugelassen. Von den diversen Farbtönen sind z.B. 33 rote Farbstoffe in dieser Positivliste aufgeführt
(siehe http://ec.europa.eu/consumers/cosmetics/cosing/index.cfm?fuseaction=search.results&annex_v2=IV&search).
Alle anderen Farbmittel dürfen für dekorative kosmetische Mittel nicht verwendet werden. Darüber hinaus sind in einer speziellen Verbotsliste (Anhang II EC/1223/09) wenige Farbstoffe geregelt, deren Verwendung in kosmetischen Mitteln aus Gründen des vorbeugenden gesundheitlichen Verbraucherschutzes ausdrücklich untersagt ist. Dieses Verbot fand in Folge von toxikologischen Bewertungen des Wissenschaftlichen Kosmetikausschusses der Europäischen Union (SCCS und seine Vorgängerausschüsse) statt, auf wissenschaftlicher Grundlage wurde die Sicherheit von Substanzen überprüft und diese entweder als sicher für den Einsatz in kosmetischen Mitteln (ggf. unter bestimmten Einschränkungen) oder als unsicher bewertet. Aus der großen Palette tausender Farbmittel, die rein theoretisch in kosmetischen Mitteln eingesetzt werden könnten, wurde die toxikologische Bewertung durch den SCCS nur für die Stoffe der o.g. Positivliste bzw. Verbotsliste vorgenommen.
Unsere Strategie
Qualitative Screeningmethode – zweigleisiger Ansatz
Vor Hintergrund der großen Vielfalt an Pigmenten in lipophilen dekorativen Kosmetika ist es zweckmäßig, die Analytik auf die zugelassenen und verbotenen Farbstoffe in Form einer zweigleisigen, qualitativen Screeningmethode auszurichten. Dadurch können nicht nur diese Farbstoffe zweifelsfrei nachgewiesen werden, sondern auch wertvolle Hinweise auf weitere, nicht geregelte Farbstoffe erzielt werden.
 
Hierzu ist es zunächst wesentlich, geeignete Referenzmaterialien zur Verfügung zu haben. Zertifizierte Pigmente mit exaktem Gehalt des Pigmentanteils und weiteren Hinweisen zu Nebenbestandteilen (Nebenpigmente, Spuren von Schwermetallen etc.) sind auf dem Markt nicht verfügbar. Die Überprüfung der aus verschiedenen Quellen erhaltenen Referenzsubstanzen muss daher durch laboreigene qualitätssichernde Maßnahmen erfolgen, z.B. über 1H-NMR, IR, LC-MS-MS bzw. deren Kombination.
 
Für die Untersuchung der Proben nutzen wir zur Erzielung einer ausreichenden Selektivität einen zweigleisigen Ansatz, um Gutachten-relevante qualitative Ergebnisse bzgl. der Hauptkomponenten in den lipophilen Matrices zu erhalten. In Abbildung 1 wird dies durch die Schritte A und B veranschaulicht. Die erzielten Daten werden miteinander verglichen und auf Plausibilität geprüft. Wichtig ist hierbei, die chromatographischen und spektralphotometrischen Daten der Referenzmaterialien der zugelassenen und verbotenen Farbstoffe als Vergleich heranzuziehen. Bei völliger Übereinstimmung der in Abbildung 1 dargestellten Ergebnisse 1, 2 und 3 liegt ein signifikanter qualitativer Nachweis vor.
Angesichts der Vielzahl möglicher Analyten ist es entscheidend, beide Aufarbeitungstechniken durchzuführen. Durch Schritt A lässt sich visuell verifizieren, ob die unlöslichen Pigmente tatsächlich aufgeschlossen wurden oder ob noch farbige Schmelzrückstände vorliegen. Die präparative und nachfolgende analytische Dünnschichtchromatographie liefert auf einen Blick eine Übersicht auf alle extrahierten Farbstoffe aus der Probe. So könnten z.B. Farbstoffe auf dem Startpunkt verbleiben, die in der „Blackbox“ HPLC-DAD oder LC-MS-MS nicht detektiert würden. Die Ausnutzung bathochromer Effekte gelöster Farbstoffe im UV/VIS-Bereich 300-800 nm (Spektralphotometrie) bei drei unterschiedlichen pH-Werten ist ebenfalls ein selektiver Baustein des Screeningverfahrens. Im Schritt B wird der Ansatz ergänzt durch den effizienten Aufschluss mit einem speziellen Ultraschallhomogenisator (Sonotrode) und anschließender HPLC-DAD, die auf Grund der besseren Auflösung gegenüber der DC (Retentionszeit) sowie der Nutzung einer hinterlegten Spektrenbibliothek ergänzende wertvolle Hinweise über vorhandene Farbstoffe liefert.
 
 
Abbildung 1: Qualitativer Nachweis von Pigmenten in lipophilen dekorativen Kosmetika mittels DC, HPLC-DAD und Spektralphotometrie – zweigleisiger Ansatz
 
Im Bedarfsfalle weitere Absicherung der Ergebnisse bei verbotenen Pigmenten
Wenn verbotene Pigmente nach Anlage 2 der europäischen Kosmetikverordnung EC/1223/09 qualitativ nachgewiesen wurden, die erhebliche Maßnahmen seitens der zuständigen Behörden zur Folge haben können (z.B. Rückrufaktionen, öffentliche Warnungen oder RAPEX-Schnellwarnung auf Grund eines ernsten Risikos für den Verbraucher), besteht je nach vorliegendem Pigment im Einzelfall die Möglichkeit, die Ergebnisse durch weitere hochspezifische Analysentechniken zu untermauern. Dieser zusätzliche Schritt wird im Rahmen unserer Strategie auf Grund des zusätzlichen apparativen Aufwandes nur bei Bedarf eingesetzt.
 
Im konkreten Fall von Fanschminken wurde nach o.g. Schema vorgegangen und wir haben den verbotenen Farbstoff C.I. 15585 eindeutig als farbgebendes Pigment qualitativ nachgewiesen (siehe http://www.ua-bw.de/pub/beitrag.asp?subid=0&Thema_ID=4&ID=1922&lang=DE&Pdf=No ).
Außerdem haben wir in diesem Fall die folgenden beiden Analysentechniken zur weiteren Absicherung eingesetzt.
1H-NMR-Spektroskopie
Die mittels präparativer DC nach essigsaurem Pigmentaufschluss aufgereinigte rote Analytlösung wurde in DMSO-d6 gelöst und membranfiltriert. Die Lösung wird mit ca. 1 mg TSP versetzt und 600 µl für die Messung mittels NMR-Spektroskopie eingesetzt. Die Probe wird an einem 400 MHz-Gerät mit einer Standard-1H-Pusfrequenz und 128 Scans vermessen und gegen die Referenzsubstanz ausgewertet.
 
LC-MS-MS 
Für die Absicherung mittels LC-MS/MS wird der aufgereinigte, von der Probenmatrix abgetrennte Farbstoff verwendet. Die Farbstofflösung wird über eine RP-18-Phase (UPLC) dem MS zugeführt. Die mittels Elektrosprayionisation (ESI, negative Polarität) erzeugten Analytionen (m/z 375.0 und m/z 377.0) werden im Multiple Reaction Monitoring (MRM) fragmentiert und die daraus entstandenen Tochterionen analysiert. Zur (halb)quantitativen Bestimmung* wird der Massenübergang m/z 375.0 → 203.9 (Quantifier) verwendet. Die Übergänge m/z 375.0 → m/z 346.9, m/z 375.0 → m/z 138.9, m/z 377.0 → m/z 205.8 und m/z 377.0 → m/z 268.8 (Qualifier) dienen der Identifizierung. Die Quantifizierung* erfolgt nach Integration der Peaks und Ermittlung der Peakfläche mittels Kalibrierung über den externen Standard.
 
*Achtung! Aufgrund der Probenaufarbeitung ist eine exakte Gehaltsbestimmung nicht möglich. Das Verfahren ermöglicht die Abschätzung der Größenordnung des Farbstoffs (Mindestgehalt).

 

 

Autor(en): Die Kosmetik-Sachverständigen des CVUA Karlsruhe

 

Bericht erschienen am 03.07.2014 14:59:13