Влагоудержание растворов глицерина различной концентрации: сравнительное исследование

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10232 (2022) Цитировать эту статью

3322 Доступа

2 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Различные методы оценки удержания влаги увлажнителем имеют уникальные механизмы. Следовательно, для разработки современных или эффективных ингредиентов косметических продуктов необходимо четкое понимание различий между методами. Целью этого исследования было проанализировать способность глицерина удерживать влагу, обычного ингредиента косметических продуктов. В частности, в этом исследовании применялся гравиметрический анализ, анализ трансэпидермальной потери воды (TEWL) и дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) для изучения испарения растворов глицерина различных концентраций. Результаты показали, что влагоудерживающая способность глицерина увеличивается с концентрацией глицерина от 0 до 60 мас.%, а глицерин с концентрацией 60–70 мас.% не демонстрирует изменения массы в процессе испарения. Когда концентрация глицерина превышала 70 мас.%, в растворе глицерина происходила сорбция влаги. Кроме того, результаты выявили отклонение между скоростями испарения, измеренными с помощью гравиметрического анализа, и скоростями испарения, измеренными с помощью анализа TEWL. Однако нормализация результатов этих анализов позволила получить относительные скорости испарения воды, которые были согласованы между этими двумя анализами. Термограммы ДСК дополнительно подтвердили согласованные результаты и выявили две микроструктуры гидратированной воды (незамерзающая вода и свободная вода) в растворах глицерина, что объяснило, почему измеренная скорость испарения снижается с увеличением концентрации глицерина. Эти результаты могут быть применены для подтверждения способности увлажнителя в косметических продуктах удерживать влагу с помощью различных методов измерения.

Способность ингредиентов удерживать влагу имеет решающее значение в косметике1. Эффективный влагоудерживающий агент в косметических продуктах может быть полезен против старения кожи2,3. Увлажнитель — это гигроскопичное вещество, которое может поддерживать влажность и гидратацию кожи3,4. Потеря гидратации кожи приводит к ее сухости, морщинам, провисанию и дряблости. Соответственно, в нескольких исследованиях искали увлажнители, которые проявляют высокую эффективность в удержании влаги в роговом слое человека5.

Способность увлажнителя удерживать влагу можно измерить различными методами, такими как гравиметрический анализ, анализ трансэпидермальной потери воды (TEWL), дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC), термогравиметрический анализ, дилатометрия, инфракрасная спектроскопия и анализ времени релаксации на основе спектроскопии ядерного магнитного резонанса6. ,7,8,9. Среди этих методов можно легко применить гравиметрический анализ для измерения изменения веса аналита в материале в результате испарения в течение определенного периода; низкий уровень потери веса указывает на высокое удержание влаги. Однако из-за предела обнаружения весов, используемых для гравиметрического анализа, требуется значительное время для накопления обнаруживаемых изменений веса с целью измерения скорости испарения раствора, которая является показателем удержания влаги в растворе10. Поэтому при гравиметрическом анализе получение точных скоростей испарения является трудоемким процессом11.

В общем, TEWL относится к количеству водяного пара, который проникает в определенную область мембраны в единицу времени и может быть измерен с помощью зонда. Зонд TEWL представляет собой систему с открытой камерой, в которой на цилиндре установлены две пары датчиков температуры и влажности для определения потерь воды (в граммах в час на квадратный метр) в результате испарения12. Принцип измерения зонда TEWL основан на законе диффузии Фика, который относится к скорости массообмена воды на единицу площади в течение определенного периода. По сравнению с методами измерения потерь воды, которые включают взвешивание аналита, зонд TEWL может обеспечить более стабильное измерение потерь воды за несколько минут13.

ДСК — мощный инструмент для изучения микроструктуры и термического поведения жидкого образца14; его также можно применять для оценки удержания влаги увлажнителем15. По критерию температуры замерзания микроструктуру воды в увлажнителе можно разделить на три типа: незамерзающая вода, промежуточная вода и свободная вода8,16,17,18,19, как показано на рис. 1 для трех типов гидратированной воды. . Незамерзающая вода и промежуточная вода могут легко связываться с увлажнителем посредством водородных связей и поэтому называются связанной водой. Промежуточная вода и свободная вода могут проявлять фазовые переходы и поэтому называются замерзающей водой20. Незамерзающая вода прочно связывается с гидрофильными участками увлажнителя и имеет низкую подвижность из-за сильных взаимодействий вода-увлажнитель. В частности, незамерзающая вода предполагает очень слабые взаимодействия свободной воды с водой. Промежуточная вода ориентируется вокруг незамерзающей воды и увлажнителя как гидратная оболочка, образуя клеточные структуры, посредством которых достигается максимальное количество водородных связей в доступном пространстве21. Молекулярные взаимодействия промежуточной воды включают взаимодействия как вода-увлажнитель, так и вода-вода. Молекулярные взаимодействия свободной воды в основном связаны с взаимодействием вода-вода.