J. Soc.Gosmetic Ghemists 17 703-712 (1966)

Oberdiechromatographische Trennung derKomponenten kosmetischer Cremes JANPOKORNX• UNDJAROSLAV HLADIK* I,Zorgetragen am22. _,4pril1966in MJinchen

Synopsis--ChromatographicSeparationof Componentsof Cosmetic Creams. The ordinary constituentsof cosmeticcreamswere separatedon a Florisil column by useof n-hexane,benzene, diethylether,chloroform,and their mixturesaseluents. The compositionof the fractionswas then determinedby meansof chromatography on silica-gel-impregnated paperand finallycharacterized by chemicalassayvalues.Severalmodelmixtureswhich might occurin the formulationof cosmetic creamswere analyzed. The results indicate that a combination of the two chromatographic methodsis a simple and useful method for the analysisof cosmeticcreams.

EINLEITUNG

Chromatographische Methodensetzensich in der letzten Zeit bei der Analysekosmetischer Cremesund derenKomponenten, namentlich Wachse, immer mehr dutch. AuBer der klassischen Siulenchromatographie sind es auch die Papierchromatographie (1), die Kapillaranalyse(2, 3), die Diinnschichtchromatographie (4, 5, 6) und vor allem die Gaschromatographie (7, 8, 9). Die Vorteile der einzelnenChromatographiemethoden wurdenkritischvon Seher(10) bewertet. Die siulenchromatographischen Methodensindmeistenszur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in kosmetischen Cremesund derenKomponenten angewendet worden.SiesindaufNeuburgersMethodebegriindet,dief/firdie * Institutfiir Lebensmittelchcmie der Chemisch-technologischen Hochschule Prag, 0,SSR. 703

704

JOURNAI,

OF THE SOCIETY

OF COSMETIC

CHEMISTS

Trennung von Lanolin (11), Bienenwachs(12) und auch kosmetischer Cremes(13) und einigerKomponentenausgearbeitet wurde. Das Verfahren istaufder Chromatographie aufAluminiumoxids•iule begriindet,wobeiunter Entwickelndurchnicht-polareL6sungsmittelausschlieBlich Kohlenwasserstoffe eluiert werden. Mir geringen Modifikationen wurde dieseMethode angewendetzur Kohlenwasserstoffbestimmung in unverseifbarenLipidanteilen (14), in Wachsenunter Entwicklungmir n-Heptan (15) nachderVerseifungvon EsterndurchChromatographie derPetrol•ither16sung desChloroformextrakts(16), oder direkt ohne vorl•iufigeVerseifung(17). V61on(18) verwendetedieseMethodezur Analyseverschiedener kosmetischer Produkte. Nach seinemVerfahren(19) k6nnenauchfliissigeKohlenwasserstoffe von denrestenKohlenwas serstoffenanteilen dutchdieElutionmirButanongetrennt werden.Die Chromatographie auf der Aluminiumoxids•iule wurde auchzur Lippenstiftuntersuchung angewendet(20). Ausfiihrlicherwurde die Chromatographie einigerKomponentenkosmefischerCremesausgearbeitet, in ersterReihederWachse.SpenglerundMitarbeiter (21, 22) habenihre Trennungauf S•iulenverschiedener Adsorbentien vorgeschlagen und die Elution refraktometrisch untersucht.Verschiedene Kohlenwasserstofftypen k6nnen chromatographisch auf einer Silikagels•iule dutchdie Elution mir Isopropanol(23) getrenntwerden.Dutch einestufenweiseEntwicklungdutchL6sungsmittelvon steigender Polaritiitk6nnenunverseifbare Anteile auf einer Aluminiumoxids•iule in Kohlenwasserstoffe,

Wachse,Carotinoideund Sterinegetrenntwerden(24). Mir der Anwendung eines•ihnlichenVerfahrens(25) wurde Bienenwachsauf einer Aluminiumoxid- oder Silikagels•iule in die folgendenFraktionengetrennt:Kohlenwasserstoffe, gesiittigteEster, ungesiittigte Ester, Hydroxyesterund Fettsiiuren. Eine befriedigende TrennungdesOuricury-Wachses konnteauf Aluminiumoxid-,bzw. in Kombinationmir Silikagels•iule durchgefiihrtwerden(26, 27). In diesemFalle wurden die folgendenLipidanteileerhalten:Kohlenwasserstoffe,Wachse,Ketone, Alkohole und Fetts•iuren;derenProzents•itze konnten auchquantitativbestimmtwerden. Zur BewertungkosmetischerCremesscheintdie bloBeBestimmungdes Kohlenwasserstoffanteils ein zu grobesKriterium zu sein.Es ist notwendig, mindestens noch den Gehalt an Wachsen,Glycerinestern, Alkoholen,Sterinen und Stoffenvon iihnlicherPolaritiitsowiean starkpolarenAnteilen,z. B.

grenzfl•ichenaktiven Stoffen,zu bestimmen. Zu diesemZweckewurdedie Chromatographie auf Florisils•iulen angewendet, die sichin denletztenJahten zur Trennungvon Lipidenunterschiedlicher Polarit•it (28) gut bew•ihrt hat.

UBER

DIE

CHROMATOGRAPHISCHE

EXPERIMENTELLER

TRENNUNG

705

TEIL

•lna[ytische Methoden LipophileBestandteile kosmetischer CremeswurdennachCarroll (29) auf dem7 % Wassetenthaltenden Florisilgetrennt.DiesetWassergehalt hat sich auch ftir die Analyse kosmetischerErzeugnisseam besten bew•ihrt. Es wurden50mgProbeauf30g Florisilabgewogen. Unterdenuntersuchten L6sungsmittelkombinationen liefertedasin der Tab.I angefiihrteSchemadie bestenErgebnisse.

Tabelle

I

Obersicht ders•iulenchromatographischen Trennung(30 g Florisil)

Nr.

Elutions-

16sungsmittel

Menge

ml

1

10% Benzol in n-Hexan

200*

2

40%Benzol inn-Hexan 150

3

25% Di•ithyliitherin

60 %Benzol inn-Hexan100 n-Hexan

Komponenten

derentsprechenden Fraktion Kohlenwasserstoffe

Sterinester, Wachse, andere sauer-

stoffhaltigeDerivate (Ather, Ketone, usw.)

250

hydroxylierte Wachse, Fettalko-

150

stark polare verseifbare Stoffe

hole, Sterine

4

Diiithyliither

* Im Falle yon gr6BerenKohlenwasserstoffmengen im Gemischsoil mehr genommenwetden.

Die Zusammensetzung der vier erhaltenenFraktionenwurde chromatographischauf dem nachMichalecund Mitarbeitern(30) mir Silikagelimpr•igniertenPaplet Whatman Nr. 3 kontrolliert. Es wurden 200-300 #g Probeaufgetragen und mir 2 % Di•ithyl•itherin ,-Hexan entwickelt.Die Anfiirbungerfolgtedutch0,001%RhodaminB-L6sungin 0,25 M K2HPO4-L6sung(31). Das Auff•irbendauerte12 Stunden,dasAuswaschen 3-4 Stunden im flieBenden Wasset.Die Chromatogramme wurdendensitometrisch ausgewertet.

Die Verseifungszahl der Fraktionenwurde nach der Semimikromethode yon Marcallund Riemann(32), die unverseifbaren Stoffenachdem Petrol•ither-Verfahren (33) und der Fetts•iuregehalt dutchExtraktionmir ,-Hexan nachdemAnsiiuernderSeifen16sung (34)bestimmt.

706

JOURNAL

OF THE SOCIETY OF COSMETIC CHEMISTS ERGEBNISSE

Trennung unverseifbarer Stoffe

Der unverseifbareAnteil lipophilerBestandteilesetzt sichhaupts•ichlich aus Kohlenwasserstoffen, Fettalkoholenund Sterinenzusammen. Fltissige und festeKohlenwasserstoffe gehenunter unserenexperimentellen Bedingungendutchdie S•iulein die ersteFraktionpraktischquantitativtiber.Die Papierchromatographie der erhaltenenFraktionenzeigt jedoch(.,4bb.! ! B), dabnattirlicheRohstoffe immerSpurenvon polarenAntellenenthalten, die wahrscheinlich w•ihrendder Raffinationoder w•ihrendder Lagerung dutch Oxydation entstehen.Kohlenwasserstoffe kOnnenleicht von Fettalkoholen(.,4bb.1 C) oder Sterinen(.,4bb.1 D) getrenntwetden,da diese A

I

I

I

'I

B

I

!

2

I

I

3

I

4

I

I

'1

I

•

2

c

I

I

1

I

I

2

I

I

I

3

I

4

D

I

•

3

I

I

I

4.

I II I• '1

2

I 3

4

Abbildung! Trennung der unvcrscifbarcnAnttile kosmctischcrCremes.A: Vasclin61, B: Paraffin, C: Paraffin + Lancttcwachs, D: Vasclin61 q- Cholesterol. 1, 2, 3, 4: Fraktioncn der siulcnchromatographischcn Trcnnung.

f2BER

DIE

CHROMATOGRAPHISCHE Tabelle

TRENNUNG

707

II

Chromatographische Trennung der BestandteilekosmetischerCremesnach der Po]arit•it Getrennte

Fraktion

Rf-Wert auf silikageIimpr•ignier-

Nr.

ternPapier

Komponente VaseIin6I Paraffin

1 1

1,00 1,00

Bienenwachs Lanolin

1-4 1-4

Tab. IV

Lanettewachs Cholesterol TrigIyceride Diglyceride Monoglyceride

3 3 3 3 4

0,52 0,06 0,15-0,20 0 0

Zuckerester

4

0

Span 20 ©

2-4

0-0,85

Tween

4

0

20 ©

Tab. III

immerin die dritteFraktiontibergehen. Fettalkoholeunterscheiden sichyon Sterinendutchdie Chromatographie auf demSilikagel-impr•ignierten Papier auf Grund ihrer Rf-Werte (Tab. II). Die Trennungist denVerh•iltnissen im Falle der dtinnschichtchromatographischen Analyseauf Silikagel(35) •ihnlich, da die Fettalkoholedort auchals eineeinzigeKomponenteerscheinen. Auch Lanettewachs, dasqualitativin die dritteFraktiontibergeht,erscheint alsein einzigerFleckauf demSilikagel-impr•ignierten PapJer.

Trenm•ng derniedrigschme/•enden Ester Die Esterwetdenin der zweitenbisviertenFraktionje nachPolarit•itausgewaschen, jedochdieKohlenwasserstofffraktion entNilt immerEsterspuren, die dasselbechromatographische Verhalten auf der S•iulesowie auf dem PapletwieKohlenwasserstoffe besitzen.Die TrennungeinzelnerEstertypen ist ausdemBeispielder Chromatographie yon Lanolin(Tab.IIIund •lbb. 2) ersichtlich.Lanolin entNilt iramet eine gewisseKohlenwasserstoffmenge,

die wit in Obereinstimmung mit neuenErgebnissen (36) h6heralsin der Literatur angegebenwird gefundenhaben.In der zweitenFraktion sind Stealnester (Stednebilden etwa 30% desUnverseifbaren)(38) sowieFettalkoholester vertreten.Die dritteFraktionist nichteinheitlichxviediePapierchromatographie gezeigthat. Die ersteKomponentebesitzteinendenFettalkoholen

•ihnlichen

Rf-Wert.

Die

freien

Fettalkohole

k6nnen

nach der

Literatur (37) bis 25% desGesamtmaterials bilden.Die dem Start n•ichste KomponenteentsprichtnachihremVerbaltenden Sterinen.Die mittleren

708

JOURNAL OF THE SOCIETY OF COSMETIC CHEMISTS Tabelle

III

Chromatographische Trennungvon Lanolin Analysierte

Fraktion Nr.

Kennzahl

1

Menge % Verseifungszahl mg KOH Unverseifbares% Fettsiiuren% Rf-Wert auf Paplet

2

4 20

40 61 59 42 0,87

87 15 1,0

3

4

48 113

7 52

43 44 0,47 0,35 0,21 0,07

46 54 0,0

Fleckeentsprechenden Hydroxywachsen. Die freie Hydroxylgruppekann entweder aus einer Hydroxys•iuresrammen,da diese einen erheblichen Prozentsatz der gesamtenFetts•iuren bilden (36, 37), oderausGlykolen,die im Wollwachsin der Menge von etwa 2 % (37, 39) vorhandensin& In die vierteFraktiongehteinegeringeMengean polarenEsternfiber.Es handelt sichwahrscheinlich um oxydierteAnteile. Wie ausder •4bb.3 ersichtlich ist, hat eineKohlenwasserstoffzugabe keinen merklichenEinfiuBauf daschromatographische Verhaltenvon Lanolin.

Trenn•ng derhochschmelgenden •'ster Wie das Beispielder Trennung yon Bienenwachsestern (Tab. II• und •4bb.4) zeigt,ist esim Falle/iblicherAnalysennichtn&ig, die Separationstemperaturen zu erNShen, da dieTrennungganz•ihnlichwie im Falleniederschmelzender Ester yorkorator.Auch die nat/irlichenBienenwachsproben enthalteneineKohlenwasserstofffraktion, die quanfitafivin dieersteFraktion /ibergeht.Ihre MengeentsprichtdenLiteraturangaben (40, 41). In die zweite Tabelle

IV

Chromatographische Trennung yon Bienenwachs Analysierte Kennzahl

Menge % Verseifungszahl mg KOH Unverseifbares% Fettsiiuren% Rf-Wert auf Paplet

Fraktion Nr. 1

18 14 90 7 1,0

2

37 78 64 34 0,87

3

4

30 126 52 49 0,56

2 64 53 46 0,0

0,22 0,05

UBER

DIE

CHROMATOGRAPHISCHE

g',.

TRENNUNG

:,

•

,• •

709

•--'• ...•: --.

Abbildung2

Abbildung3

Trennung von niederschmelzenden Estern (Lanolin).

EinfiuB yon Vaselin61auf die Analyseyon Lanolin.

Fraktion gehendie hochmolekularen Ester fiber, wiihrendein Teil polarer Ester in der dritten Fraktion ausgewaschen wird und im Falle der Papierchromatographie als eine Komponenteyon Rf = 0,56 erscheint.Die dritte Fraktion enthiiltauchHydroxyester,da Bienenwachs, iihnlichwie OuricuryWachs (27), anniihernd13 % Hydroxysiiurenund 3 % Glykole (42) entNilt. In dieserFraktion wurde auch die Anwesenheitvon Sterinspurennachgewiesen.In der viertenFraktion wurdenPolaranteile,hauptsiichlich Oxydationsprodukte,erhalten.

Abbildung4

Trennung von hochschmelzendenEstem (Bienenwachs).

EinfluB von Paraffin auf die Analyse von Bienenwachs.

710

JOURNAL

OF THE SOCIETY

OF COSMETIC

CHEMISTS

Eine Kohlenwasserstoffzugabe hat, •ihnlich wie im Falle von Lanolin, keinenEinfiuBauf die Bienenwachsestertrennung (.,4bb.5). Auf SilikagelPPH (Spolana, Neratovice)wurdendie Estertypen- Lanolin sowieBienenwachs - auf derselbenWeisewie auf Florisil getrennt,abet die Entwicklungdauertelinger. Unter unserenVersuchsbedingungen gingenFetts•iuretriglyceride in die dritteFraktion,dagegenDi- und Monoglyceridein die vierteFraktion/fiber (Tab.Iund II). Die Trennungwar den fr/fiheren(43) unter m•iBigunterschiedlichen Bedingungen erhaltenenResultaten•ihnlich.

Trennuneg starkpolarer•4nteile

Freie Fetts•iurenwetden unter den Bedingungender Methode nicht eluiert- siewetdenerstdutch die Entwicklungmir einemGemischvon Di•ithyl•ither und Essigs•iure ausgewaschen - und st6rendie Analysenicht.In der Anwesenheitvon Zuckeresterngehennut einige h6hereEster in die vierte Fraktion/fiber,die anderenKomponentenwetden jedocherst dutch dieMethanol-enthaltenden L6sungsmittelsysteme eluiert.Sorbitane(Tweens© und Spans ©) k6nnennachder Literaturentwederpapierchromatographisch (44) oder auf einer Celluloses•iule (45) nut dutch erheblichpolareAlkohole enthaltendeSystemechromatographiert wetden; dutch die Verteilungschromatographie unter der Entwicklungmir ,-Heptan (46) wetdensie je nachdenHLB-Wertengetrennt.Unter unserenAnalysebedingungen bleiben alsoTweens©auf der S•iuleund wetden nut dutch Methanolausgewaschen. Spurenvon Spans*k6nnenjedochschonin die dritte Fraktion/fibergehen; die mehrpolarenBestandteile wetdenin der viertenFraktionausgewaschen und der Hauptanteilwird dutch20 ø/0Methanolin Chloroformeluiert.

Tabclle

V

Beispielder chromatographischen Analyseeiner kosmetischen Creme Fraktion Nr.

Menge mg berechnet gefunden

1

33

2

12

32 13

3

44

42

4

7

8

Zusammensetzung (%): Vaselini5110, Paraffin 10, Ceresin10, Bienenwachs10, Lanettewachs5, Lanolin 20, Cholesterol2, Zuckerester5, Monoglyceride5, Cetylalkohol3, Pflanzeni51 20.

OBER

DIE

CHROMATOGRAPH•SCHE

TRENNUNG

711

Beispiel derTrenn.ng lipidischer •4nteileeinerkosmetischen Creme Einige Mischungen,die der Zusammensetzung von kosmetischen Cremes entsprachen, wurden nach dem angegebenen Verfahrengetrennt.Wie aus demBeispielin der Tab. W ersichtlich ist, stimmendie berechneten Mengen einzelnerFraktionenmir denVersuchsergebnissen gut tiberein.Obgleichdie Analyseetwa einenTag dauert,kann die Methodeleichtauchftir zahlreiche Probereihen angepaBt werden. (Eingegangen: 20. Mai 1966) LITERATUR

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