Fresenius Zeitschrift fiir Fresenius Anal Chem (1983) 315 : 434- 437

�9 Springer-Verlag 1983

Analyse von Sonnenschutzmitteln mittels Hochleistungs-Fliissigkeits-Chromatographie und Gas-Chromatographic*

Hans K6nig und Roland Ryschka

Analytische Laboratorien der BLENDAX-Werke R. Schneider GmbH & Co., Rheinallee 88, D-6500 Mainz, Bundesrepublik Deutschland

Analysis of Suntan Preparations Using High-Performance Liquid Chromatography and Gas Chromatography

Summary. A method is described which allows the separation, identification and determination of uv-absorbers and of the basis components of water free and emulsified suntan prep- arations. The separation is done by HPLC in one working operation using columns with Polygosil 60-:10 and n-hexane/ ethylacetate (93:7) as liquid phase at ca. 35 bar. For the detection and simultaneous quantitative determination of the separated compounds a uv/vis-spectrophotometer and a differential refractometer are arranged one after another. For the separation of the uv-absorbers of suntan preparations which are water soluble also a HPLC method is used but with reversed phase column Lichrosorb RP18 and methanol/ water (40:60) as eluens. Water and other solvents of these suntan preparations are separated, identified and determined gas-chromatographically with known methods.

Zusammeufassuug. Es wird eine Methode beschrieben, bei der mittels HPLC in einem Arbeitsgang die Lichtfiltersubstanzen und die Grundstoffe von wasserfreien und emulgierten Son- nenschutzpr~paraten getrennt, identifiziert und bestimmt werden k6nnen. Die Trennung erfolgt an Polygosil 60-10 mit n-Hexan/Ethylacetat (93:7) isokratisch bei ca. 35 bar. Zur Detektion werden ein UV-Spektralphotometer und ein Diffe- rentialrefraktometer hintereinandergeschaltet, mit deren Hil- fe auch die quantitative Bestimmung erfolgt. Zur Trennung der Lichtfiltersubstanzen fettfreier Sonnenschutzmittel wird gleichfalls die HPLC eingesetzt, jedoch mit Lichrosorb RP 18-S~ulen und Methanol/Wasser (40:60)-Mischung als Elu- tionsmittel. Wasser und L6sungsmittel werden nach bekann- ten Methoden gas-chromatographisch nachgewiesen und bestimmt.

Sonnenschutzmittel sind kosmetische PrS.parate, welche die Haut so vollkommen wie m6glich vor den schfidlichen Einwirkungen des Sonnenlichts schfitzen, dabeijedoch dessen erwiinschte Effekte, besonders das Br/iunen der Haut, m6g- lichst wenig beeintr/ichtigen sollen. Die eigentlichen Wirk- stoffe in diesen Pr~iparaten sind Verbindungen, die das Sonnenlicht ,,filtrieren", indem sie die UV-Strahlen des

* Herrn Prof. Dr. W. Fresenius zum 70. Geburtstag gewidmet Offprint requests to: H. K6nig

Bereiches von 280-320nm weitgehend absorbieren, die Strahlen h6herer Wellenlfmgen aber mehr oder weniger ungehindert durchlassen.

Man kann die Sonnenschutzmittel in drei Typen yon Pr~tparaten einteilen :

1. Wasserfreie PrS.parate: Haut61e oder Fettcremes mit 6116slichen Lichtschutzstoffen ;

2. Fettfreie Pr~parate : wN3rige, wN3rig-alkoholische oder geleeartige Zubereitungen mit wasserl6slichen Lichtschutz- stoffen;

3. Emulgierte Pr/iparate: milchartige Emulsionen oder halbfette Cremes vom Typ Ol-in-Wasser.

Alle diese Pr/iparate werden auch als Aerosole in den Handel gebracht.

Die fiir kosmetische Prfiparate zugelassenen Lichtschutz- stoffe sind in Anhang VIII der EG-Richtlinien fiir kosmeti- sche Mittel [1] zusammengestellt. Von den dort aufgeffihrten 45 Filtersubstanzen werden nach Untersuchungen von Liem u. Hilderink [5] in Handelsprodukten auf dem holl~indischen Markt nut 24, nach Ver6 ffentlichungen von Eiden u. Tittel [2, 3] in den auf dem deutschen Markt erh~iltlichen Handelspr/i- paraten nur etwa /6 Verbindungen eingesetzt, die in Tabelle 2 mit chemischer Bezeichnung, Handelsnamen und Hersteller zusammengestellt sind. Die 3 zusfitzlich untersuchten und in Tabelle2 aufgenommenen, mit +) gekennzeichneten Verbin- dungen sind nicht mehr zugelassen.

Ffir den Analytiker bereiten die 61igen bzw. cremigen Zubereitungen und die Emulsionen gr613ere Schwierigkeiten als die w~13rig-alkoholischen oder geleeartigen Pi'gparate, weshalb die letzteren bier nicht eingehender behandelt werden soften. Die Auftrennung, Identifizierung und Bestimmung der ,,fettenden" wasserunl6slichen Verbindungen - wie Paraffinkohlenwasserstoffe, Perhydrosqualen, Fettalkohole, Fette und Ole (Fettsfiuretrigtyceride), Ester von Fettsfiuren mit Alkanolen - und der Tenside als Emulgatoren lfil3t sich am besten mit Hilfe chromatographischer Methoden ausffih- ren, am zweckm~il3igsten mit der Hochleistungs-Flfissigkeits- und der Gas-Chromatographie.

Gemische yon Paraffinkohlenwasserstoffen, Fetts~iureal- kanolestern (-isopropylestern), Fetts/iuretriglyceriden, Fett- alkoholen und Emulgatoren auf Basis nichtionischer Tenside mit Ethylenoxidgruppen lassen sich mittels HPLC nach Substanzklassen auftrennen, ohne dab gleichzeitig eine Tren- nung in Homologe erfolgt.

Wir arbeiteten mit dem Chromatograph $100 der Fa. Siemens mit Differentialrefraktometer SR 210 zur Detektion. Die Trennung erfolgte auf 0,25m V4A- Stahlsfiulen mit 3 mm Innendurchmesser an Polygosil 60-10

Tabeile 1 Retentionszeiten und Nachweisgrenzen der ,fettenden" Grundstoffe ftir Lichtschutz- prS.parate

Substanzklasse eingesetzte Verbindung RT Erfassungs- (min) grenze

(~g)

Paraffinkohlenwasserst offe und Perhydrosqualen

Fettsfiurealkanolester

Glycerintrifett s/iureester

Phthalsgtureester

H6here Alkanole

Fettalkoholpolyglykolether und Alkylphenolpolygly k olether

Vaseline, wei6, und Perhydro- 1,85 ca. 10 squalen

Myristinsgureisopropylester 2,2 ca. 10

Softisan 100 2,75 ca. 10

Phthalsgmredibut ylester 3,45 ca. 10

2-Octyldodecanol 4,35 ca. 10

Dehydol LS 2, 9,9 ca. 50 Arkopal N 090

435

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 min

f 7- e

/8

11

A "~ 1 3 5 7 9 11 13 15 17 min

O3

Abb. 1. Hochleistungs-Fliissigkeits-Chromatogramm: Trennung an Po- lygosil 60-10-S/iulen mit n-Hexan/Ethylacetat (93:7). 1. Im oberen Teil von ,,fettenden" Grundstoffen: a Paraffinkohlenwasserstoffe und Per- hydrosqualen; b Fettsfiurealkanolester; c Glycerintrifettsg.ureester; i Phthals/iureester; dH6here Alkanole; e EO-Addukte. 2. lm unteren Teil yon 11 Lichtfiltersubstanzen: 1 Sonnelan UV und Sunarome WMO; 2 Eusolex 3573; 3 Eusolex 6300; 4 Unisol; 5 Eusolex 6653; 6 Parsol MCX und Neo-Heliopan; 7 Escalol 506; 8 Uvinul M 40 und Eusolex 4360; 9 Solprotex III; 10 Prosolal S 9; l l Givtan F

der Fa. Macherey&Nagel als stationS.re Phase isokratisch bei Raumtemperatur mit n-Hexan/Essigsfiureethylester (93:7 v/v) als Elutionsmittel. Die Durchflul3geschwindigkeit betrug 0 ,9 -1 ,3 ml/min, der Sfiulenvordruck 2 5 - 3 5 bar. Die Sub- stanzaufgabe, jeweils l0 gl L6sung, erfolgte mit der im Gerfit eingebauten pneumatischen Spritze.

Das Fliissigkeits-Chromatogramm einer Mischung der o.a. 5 Substanzgruppen zeigt der obere Teil von Abb. 1. Die eingesetzten Verbindungen und die erhaltenen Retentionszei- ten sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Perhydrosqualen erscheint unter den angewandten Bedingungen mit der glei-

chen Retentionszeit wie die Paraffinkohlenwasserstoffe. Die nichtionischen Ethylenoxid-Addukte werden nicht voneinan- der getrennt: Fettalkoholpolyglykolether, Alkylphenolpoly- glykolether und Polyethylenglykole kommen an der gleichen Stelle. Polyethylenglykole lassen sich yon Emulgatoren auf Basis nichtionischer Ethylenoxid-Addukte und von anderen nichtionischen Verbindungen an der gleichen Sfiule trennen, wenn man ein wesentlich polareres Elutionsmittel als fltissige Phase einsetzt, z.B. Methanol/Essigsfiureethylester (85:15 v/v).

Dadurch, dab nach dieser Methode eine Trennung ledig- lich nach Stoffklassen ohne Auftrennung in homologe Ver- bindungen erfolgt, wird die Identifizierung der Substanzen wesentlich erleichtert. Die Erfassungsgrenze liegt bei 10 gg ffir alle Grundstoffe auger fiir die Ethylenoxid-Addukte, bei denen erst 50 btg einen deutlich sichtbaren Peak geben. Da /0 I~1 auf die S/iule gegeben werden, lassen sich somit in allen Ffillen 0,5 % noch gut bestimmen.

Die weitergehende Aufkl~irung der einzelnen Stoffklassen kann am besten gas-chromatographisch nach bekannten Methoden durchgefiihrt werden [2]. So werden Paraffinkoh- lenwasserstoffe, Perhydrosqualen, Fettalkohole und Fettsfiu- realkanolester direkt gas-chromatographisch an S~iulen mit Silicongummi W-982 auf Chromosorb W-DMCS ( 6 0 - 80 mesh) mit Temperaturprogrammierung von 1 0 0 - 320 ~ C getrennt, w~hrend Wachsalkohole und Sterine nach Silylie- rung identifiziert und bestimmt werden k6nnen. Fetts/iuretri- glyceride k6nnen gleichfalls direkt gas-chromatographisch bestimmt werden. Besser erscheint uns die Identifizierung und Bestimmung der Fett- und Wachss~iuren nach der Verseifung der Triglyceride, wobei die Methylester der S/iuren gas- chromatographisch getrennt werden. Werden die S~iuren zusfitzlich noch silyliert, k6nnen auch Hydroxyfetts/iuren gut erfaBt werden.

Die Trennung und die quantitative Bestimmung der Lichtschutzverbindungen lassen sich unter den gleichen Be- dingungen fltissigkeits-chromatographisch ausftihren wie die der lipophilen ,,fettenden ~" Komponenten.

Da alle Lichtschutzsubstanzen im UV absorbieren, 15.Bt sich zu ihrer Detektion ein UV-Detektor vorteilhaft einset- zen. Wir verwendeten das Spektralphotometer PM 2 D der Fa. Zeiss, das die Absorption im gesamten Spektralbereich yon 2 0 0 - 7 0 0 n m zu messen erlaubt, und bestimmten die Extinktion bei 310 nm (Tabelle 2, Methode 1). Die Reten- tionszeiten der lipophilen Sonnenschutzfiltersubstanzen, die auf diese Weise an Polygosil 60-10-S~iulen mit n-Hexan/ Essigsfiureethylester (93 : 7) erhalten werden, sind in Tabelle 2 aufgeffihrt. Die Erfassungsgrenze fiir die Filtersubstanzen ist

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Tabelle 2. Zusammenstellung der untersuchten Lichtfiltersubstanzen mit Analysenmethoden, Retentionszeiten und Nachweisgrenzen

Nr. Chem. Bezeichnung Handelsname Hersteller Methode RT Nachweis- (min) grenze (gg)

1 Octythydroxybenzoes~iureester +~ Sonnelan UV Croda 1 2,1 0,03 Sunarome WMO WMO

Eusolex 3573 Merck

Eusolex 6300 Merck

Unisol Induchem.

Eusolex 6653 Merck

Neo-Heliopan AV Haarmann & Reimer

Parsol MCX Givaudan

Escalol 506 van Oyk

Uvinul M 40 BASF Eusolex 4360 Merck

Solprotex III Firmenich

Prosolal S 9 Dragoco

Givtan F Givaudan

Uvinul DS 49 BASF

Eusolex 161 Merck

Eusolex 232 Merck

Uvinul MS 40 BASF Cyasorb UV 284 Amer. Cyanamid

Corp.

Parsol Hydro Givaudan

Uvinul D 50 BASF

Parsol 1789 Givaudan

Solprotex II Firmenich

2 4-Phenylbenzophenon-2-carbons~iure-2-ethylhexylester 1 2,3 0,10

3 3 -(4'-Met hylbenzyliden)-d, 1-campher 1 2,4 0,01

4 3-Benzyliden-d,l-campher 1 2,4 0,01

5 Dibenzylidenhydrazin +) I 2,55 0,005

6 4-Methoxyzimt s/iure-2-et hylhexylester 1 3,0 0,01

7 4-Dimethytaminobenzoes~iu reisoamylester 1 3,6 0,02

8 2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon 1 3,6 0,02

9 4-Methoxyzimtsfiurepropylester 1 3,75 0,03

10 5-(3,3-Dimethyl-2-norbornyliden)-3-penten-2-on 1 4,4 0,05

11 4-Methoxyzimtsfiure-2-ethoxyethylester 1 11,35 0,07

12 2,2'-Dihydroxy-4,4"-dimethoxybenzophenon-5 -Natriumsulfonat 2 1,2 0,10

13 Natrium-3,4-dimethoxyphenylglyoxylat 2 1,3 0,05

14 2-Phenylbenzimidazol-5-sulfonsfiure +~ 2 1,4 0,05

15 2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon-5-sulfonsfiure 2 1,6 0,10

16 Diethanolammonium-4-methoxycinnamat 2 2,6 0,10

17 2,2',4,4'-Tetrahydroxybenzophenon 2 6,7 0,10

18 4-tert.Butyl-4'-methoxydibenzylmethan GC 21,8 0,10

19 Gemischt von Kaliumsalzen yon p-Methoxyzimtsfiure, GC 20,0/21,5/ 0,20 Zimts/iure, Salizyls~iure 22,'/

Die mit +) gekennzeichneten Verbindungen sind nach Anhang VIII der EG-Richtlinien fiir kosmetische Mittel nicht mehr zugelassen

fiugerst niedrig; sie liegt fiir alle Verbindungen bei bzw. unter 0,1 lag. so dal3 Konzentrat ionen von 0,001 ~o noch gut be- stimmt \~ crdcn kOnnen. Das Fl t iss igkei ts-Chromatogramm einer Mischung aller nach dieser Methode aufgetrennten Lichtschutzverbindungen gibt der untere TeiI yon Abb. 1 wieder. Darin entsprechen die Ziffern an den Peaks den in Tabel le2 angegebenen Substanznummern. Wie man sieht, erscheinen mit gleicher Retentionszeit 4-Dimethylaminoben- zoes/iureisoamylester und 2-Hydroxy-4-methoxy-benzo- phenon, letzteres jedoch mit Tailing. Die Unterscheidung, welche der Verbindungen vorliegt, 1/iBt sich am einfachsten durch Aufnahme des UV-Spektrums der abgetrennten Ver- bindungen treffen. Eine Trennung beider Verbindungen 1/il3t sich in polarem Medium nach der im folgenden angegebenen Methode flt issigkeits-chromatographisch erzielen.

Schaltet man bei dieser Methode UV-Spektra lphotometer und Refrakt ionsdetektor hintereinander, dann k6nnen gleichzeitig mit den Fil tersubstanzen die lipophilen Grund- k6rper der Sonnenschutzpr/iparate getrennt, identifiziert und bestimmt werden, wie es in Abb. 1 in den getrennten Auf- zeichnungen beider Detektorensignale zu erkennen ist.

Trennung, Identifizierung und Bestimmung polarer Lichtfiltersubstanzen lassen sich mittels Hochleistungs-Fl/is- s igkeits-Chromatographie an Umkehrphasen-Sfiulen durch- ffihren. Hierbei setzten wir wieder den Chromatographen

S 100 der Fa. Siemens mit 0,25 m V4A-Stahlsfiulen mit 3 mm Innendurchmesser ein. Als station~ire Phase diente Lichro- sorb RP 18 der Fa. Merck, als fltissige Phase ein Gemisch yon Methanol und Wasser im Verh/iltnis 40:60 (v/v); der Eluens- durchflul3 betrug 1 ml/min bei 60 bar unter isokratischen Bedingungen bei Raumtemperatur . Zur Detektion wurde das Spektralphotometer PM 2 D der Fa. Zeiss eingesetzt (Tabel- le 2, Methode 2). Die Retentionszeiten der nach dieser Metho- de getrennten Verbindungen sind gleichfalls in Tabelle2 aufgeftihrt, das zugeh6rige Fl t iss igkei ts-Chromatogramm zeigt Abb. 2. Sind nur schwerer eluierbare Substanzen zu bestimmen, wie Diethanolammonium-p-methoxycinnamat oder Tetrahydroxybenzophenon, kann die Durchflugrate des Eluens auf 2 ml/min erh6ht werden, so dab ftir diese Verbin- dungen sch/irfere Peaks ohne Tailing erhalten werden. Auch ffir die hydrophilen Fil tersubstanzen liegt die Erfassungs- grenze bei 0,1 gg. Bei Einsatz yon 10 gl lassen sich Konzentra- tionen von 0,001 ~ gut bestimmen.

Allerdings k6nnen nach diesen Methoden nicht alle polaren Lichtfiltersubstanzen, die auf dem deutschen Mark t sind, getrennt und bestimmt werden. Salze yon Methoxyzimt- sfiure, Zimts/iure und Salizylsfiure und Butyl-p-methoxy- dibenzoylmethan werden nicht yon der Lichrosorb RP 18- S/iule eluiert. Am besten lassen sich diese beiden Verbin- dungen gas-chromatographisch nachweisen und bestimmen,

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1L 1:

15

12

16

d_

17

L "~ 1 3 5 7 9 11 13 15 17 min o

bO

Abb.2. Hochleistungs-Fliissigkeits-Chromatogramm: Trennung an Lichrosorb RP 18 mit Methanot/Wasser (40:60) von 6 Lichtfiltersub- stanzen. 12Uvinul DS 49; I3 Eusolex 161; 14Eusolex 232; 15Uvinul MS 40 und Cyasorb UV 284; 16Parsol Hydro; 17Uvinul D 50

und zwar an 2 m Glass~iulen mit 1/4" Innendurchmesser mit 10% Silicongummi UCC-W982 als station~ire Phase auf Chromosorb W - A W - D M C S ( 6 0 - 8 0 mesh). Wit arbei- teten bei 1 0 0 - 3 0 0 ~ temperaturprogrammier t mit 10~

rain mit Flammenionisat ionsdetektor und Helium als Tr/iger- gas mit 35 ml/min Str6mungsgeschwindigkeit. Wasser unddie L6sungsmittel der fettfreien Sonnenschutzmittel werden am besten nach K6nig u. Hermes [4] gas-chromatographisch an Porapak T-S~iulen analysiert. Dabei mul3 ein W~irmeleitfiihig- keitsdetektor zur Anzeige verwendet werden, um auch das Wasser erfassen zu k6nnen.

Wie bei der Gas-Chromatographie erfolgt auch bei der Hochleistungs-Flt issigkeits-Chromatographie die quantitati- ve Bestimmung der getrennten Verbindungen mit Hilfe von Eichl6sungen, welche den erwarteten KonzentrationsverhS.lt- nissen m6glichst entsprechen sollten. Da die Methode des externen Standards sehr empfindlich auf Dosierungsschwan- kungen reagiert, empfiehlt es sich, einen internen Standard als weitere Komponente hinzuzufiigen. Kleinere Abweichungen im Dosiervolumen beeinflussen dann die quantitative Bestim- mung nicht mehr. Als ein solcher interner Standard ist ein Phthals~iureester der Mischung der , ,fettenden" Grundstoffe zugesetzt worden, wie in Tabelle 1 und im oberen Tell von Abb. I ersichtlich ist. Die als interner Standard eingesetzte Verbindung sollte nicht zu groge Abweichungen im Reten- tionsverhalten von den zu bestimmenden Substanzen zeigen.

Literatur

1. Verordnung tiber kosmetische Mittel vom 16.12.1977, BGBI. I nach den Richtlinien der Kommission der Europ~ischen Gemeinschaft 76/768 vom 27.7.1976, Anhang VIII (Entwurf vom 17.3.1980)

2. Eiden F, Tittel C (1981) Deut Apotheker Z 121:1874 3. Eiden F, Tittel C (1981) Deut Apotheker Z 121:2693 4. K6nig H, Hermes M (1981) Chromatographia 14:351 5. Liem D, Hilderink L (1979) Int J Cosmetic Sci 1:341

Eingegangen am29. Januar 1983