Un sacco di cosmetici come le creme solari contengono biossido di titanio. Queste nanoparticelle sono controverse. Gli esperti sospettano che possano avere effetti dannosi sulle persone e sull'ambiente. Ma è difficile dimostrare che le particelle sono nelle lozioni. Utilizzando un metodo sviluppato dai ricercatori Fraunhofer, le particelle possono ora essere calcolate.

I cosmetici contengono sempre più nanoparticelle. Una questione particolarmente delicata è l'uso delle minuscole particelle nei cosmetici, poiché il consumatore entra in contatto diretto con i prodotti. Le lozioni solari, ad esempio, contengono nanoparticelle di ossido di titanio. Forniscono protezione dai raggi UV:come una pellicola fatta di infiniti piccoli specchi, si applicano sulla pelle e riflettono i raggi UV. Ma queste minuscole particelle sono controverse. Possono penetrare nella pelle se c'è una lesione, e innescare una reazione infiammatoria. Anche il suo utilizzo nelle creme solari spray è problematico. Gli scienziati temono che le particelle possano avere un effetto dannoso sui polmoni se inalate. Anche l'effetto sull'ambiente non è stato ancora adeguatamente studiato. Gli studi indicano che l'ossido di titanio che è penetrato nelle spiagge pubbliche attraverso i filtri solari può mettere in pericolo l'equilibrio ambientale. Perciò, un obbligo di etichettatura è in vigore dal luglio 2013, sulla base di una Direttiva UE sui cosmetici e sui prodotti per la cura del corpo. Se in un prodotto vengono utilizzati ingredienti di dimensioni nanometriche, il produttore deve chiarire questo fatto aggiungendo "nano-" al nome dell'ingrediente elencato. Per esigenze imposte dal legislatore, la necessità di metodi di analisi è enorme.

Determinazione delle dimensioni delle particelle fino alla scala più piccola

Gli odierni processi di imaging al microscopio elettronico, come la microscopia elettronica a trasmissione o la microscopia elettronica a scansione, si basano sulle proprietà della dispersione della luce. Sono utilizzati per rilevare tutte le particelle presenti. Non differenziano tra una cellula, una nanoparticella – o un pezzo di lanugine. Questi metodi sono ideali per lo studio delle proprietà e delle forme delle superfici.

"Il processo di diffusione della luce e la microscopia non sono abbastanza selettivi per molti studi, compresi esami tossicologici, " dice Gabriele Beck-Schwadorf, scienziato presso il Fraunhofer Institute for Interfaceal Engineering and Thin Films IGB di Stoccarda. La responsabile del gruppo e il suo team hanno avanzato e perfezionato un metodo di misurazione esistente in modo da consentire loro di determinare le nanoparticelle di titanio all'interno di mezzi complessi costituiti da diversi componenti altamente sensibili e delicati. I ricercatori misurano le singole particelle per singola particella, spettroscopia di massa al plasma accoppiato induttivamente (o SP-ICP-MS). "Con questo metodo, io determino la massa. Il titanio ha una massa atomica di 48 AMU (unità di massa atomica). Se metto lo spettrometro su quello, quindi posso indirizzare la misurazione del titanio, " spiega Katrin Sommer, chimico alimentare presso IGB.

Con la misurazione delle particelle, una sospensione viene spruzzata nel plasma che contiene particelle grandi e piccole in distribuzione non omogenea. La sospensione deve essere assottigliata nettamente in modo che una particella di biossido di titanio possa essere rilevata e analizzata. Gli ioni si formano da queste particelle nel plasma caldo di circa 7, 000 Kelvin. Arrivano al rivelatore dello spettrometro come una nuvola ionica, e vengono contati entro il più breve tempo di misurazione di circa tre millisecondi. L'intensità del segnale è correlata alla dimensione delle particelle. "Trasformiamo l'intensità in nanometri. Allo stesso tempo, contiamo i segnali delle particelle, da cui calcoliamo la concentrazione delle particelle con una precisione fino al dieci percento. Possiamo stabilire esattamente quante particelle hanno una dimensione specifica, "dice Sommers, spiegando la procedura.

Sono stati gli scienziati dell'IGB a sviluppare originariamente i metodi per misurare le nanoparticelle di ossido di titanio nelle acque reflue. "Ma il processo è generalmente adatto a supporti complessi, e può essere applicato anche su creme solari, " indica il ricercatore. Una caratteristica unica di questo approccio:il team IGB esegue l'analisi dei dati e l'elaborazione dei dati senza software specializzato. "Abbiamo valutato statisticamente i dati grezzi utilizzando un programma per computer standard, e quindi può funzionare indipendentemente dal produttore. Rispetto ai metodi esistenti, SP-ICP-MS prevede un processo rapido che utilizza limiti di rilevamento che si estendono fino alla scala di quantità ultra-traccia al di sotto di ppm." Ad esempio, un campione di pochi millilitri può essere esaminato in circa sei minuti.

produttori di cosmetici, imprese di nanotecnologia, e i consumatori possono trarre vantaggio dall'analisi delle particelle per l'assicurazione della qualità dei prodotti per la protezione solare e la cura del corpo, ma usarli anche per analizzare l'acqua, bevendo acqua, e cibo. I ricercatori stanno pianificando di misurare anche altre nanoparticelle in futuro, come il biossido di silice. Si può solo determinare se un prodotto contiene biossido di silice attraverso misurazioni complesse. Per stabilire la presenza di nanoparticelle, si deve prima determinare la loro dimensione o distribuzione delle dimensioni. Sulla base della definizione dell'UE, i requisiti di dichiarazione si applicano a un nanomateriale se almeno il 50 percento delle particelle contenute ha una dimensione compresa tra 1 e 100 nanometri (nm). I metodi di analisi precedenti stanno raggiungendo i loro limiti qui. Questi consentono di stabilire le dimensioni delle particelle solo in soluzioni pure. Non sono adatti per l'analisi di supporti complessi che si trovano nei cosmetici moderni. Inoltre, nanoparticelle con varie proprietà chimiche non possono essere differenziate l'una dall'altra in questo modo.