Kompendium Chemii Kosmetycznej - Wykłady 1-5

Związki nieorganiczne i pierwiastki w kosmetyce

• Klasyfikacja związków nieorganicznych: W recepturach kosmetycznych wykorzystuje się pierwiastki w stanie wolnym, tlenki metali, wodorotlenki metali, kwasy nieorganiczne oraz sole.
• Pierwiastki w stanie wolnym:
  • Siarka: Najbardziej aktywną formą jest siarka koloidalna. Wykazuje spektrum działania przeciwgrzybiczego, przeciwpasożytniczego, przeciwtrądzikowego oraz przeciwłupieżowego. Stosowana w recepturach zasypek, maści, płynów i mydeł.
  • Biosiarka: Jest to siarka koloidalna zawieszona w oleju rycynowym. Znajduje zastosowanie w preparatach dedykowanych do zwalczania trądziku i łupieżu.
  • Węgiel: Grafit służy do przyciemniania pigmentów. Węgiel aktywny stosowany jest w maseczkach, mydłach, żelach, pastach do zębów, kredkach oraz tuszach do rzęs.
  • Tlen: Działa odżywczo na skórę, pobudza procesy komórkowe i nawilża.
  • Ozon: Alotropowa odmiana tlenu. Wspomaga krążenie skórne, oddychanie tkankowe, usuwanie toksyn oraz mechanizmy immunologiczne. Ozonoterapia jest zalecana dla cery zmęczonej, pozbawionej blasku, w leczeniu trądziku, blizn i cellulitu.
  • Złoto koloidalne: Posiada właściwości przeciwzmarszczkowe, regeneracyjne i odżywcze. Dogłębnie nawilża, działa antybakteryjnie, przeciwzapalnie i przeciwgrzybiczo. Tworzy na skórze film ochronny, rozświetla ją i rozjaśnia. Występuje w mleczkach, tonikach, kremach i żelach.

Tlenki metali i filtry nieorganiczne

• Tlenek cynku ($ZnO$): Biały proszek o właściwościach kryjących. Odbija promieniowanie UV, wybiela i matuje. Działa chłonnie, dezynfekująco, gojąco i lekko wysuszająco. Stosowany w talkach, pudrach, zasypkach i środkach na trądzik młodzieńczy.
• Ditlenek tytanu ($TiO_2$): Najbielszy i najtrwalszy pigment. Pełni rolę naturalnego filtra UV. Służy do rozjaśniania innych pigmentów oraz produkcji perłowych cieni do powiek i lakierów do paznokci.
• Tlenki żelaza: Matowe pigmenty występujące w kolorach czerwonym, żółtym i czarnym. Ich mieszanie pozwala na uzyskanie szerokiej gamy odcieni kosmetyków kolorowych.
• Ditlenek krzemu ($SiO_2$ / Krzemionka): Wypełniacz poprawiający teksturę i ułatwiający aplikację. Pochłania sebum oraz wilgoć. Rozprasza światło, co daje efekt optycznego wygładzenia skóry (soft focus), rozświetlenia oraz redukcji widoczności zmarszczek. Składnik past do zębów i peelingów.
• Mechanizm filtrów nieorganicznych ($TiO_2$, $ZnO$):
  • Odbijają i rozpraszają promienie UV oraz absorbują energię fotonów.
  • W zakresie UVB dominuje absorpcja.
  • W zakresie UVA i światła widzialnego dominuje rozpraszanie.
  • Forma mikronizowana: Silnie rozprasza światło i może pozostawiać biały ślad.
  • Forma nano: Transparentna na skórze, zachowuje pełne zdolności ochronne.

Kwasy, wodorotlenki i sole nieorganiczne

• Kwasy nieorganiczne:
  • Kwas fosforowy(V): Regulator pH i składnik buforów. W odżywkach i maskach służy do domykania łusek włosa.
  • Kwas borowy: Konserwant i środek antyseptyczny/dezynfekujący. Głównie w maściach specjalistycznych i produktach do stóp.
  • Kwasy krzemowe: Zapobiegają zbrylaniu produktów sypkich, działają chłonnie w zasypkach i pastach do zębów.
• Wodorotlenki:
  • Wodorotlenek sodu ($NaOH$) i potasu ($KOH$): Wykorzystywane do wyrobu mydeł i jako regulatory pH stabilizujące formułę.
  • Wodorotlenek magnezu ($Mg(OH)_2$): Zagęstnik, środek łagodzący i antyseptyczny. Neutralizuje zapach potu w dezodorantach.
  • Woda amoniakalna: Alkaliczny stabilizator pH w produktach do farbowania i ondulacji włosów.
• Sole nieorganiczne:
  • Siarczan(VI) wapnia ($CaSO_4$): Zagęstnik, spulchniacz, wypełniacz w szminkach i pudrach. Absorbuje sebum i ściąga pory.
  • Siarczan(VI) magnezu ($MgSO_4$): Znany jako sól gorzka, Epsom lub angielska. Działa antyłojotokowo, bakteriobójczo, przeciwtrądzikowo i przeciwgrzybiczno. Zmniejsza obrzęki, koi i złuszcza. Stabilizuje emulsje typu W/O przez mechanizmy elektrostatyczne i osmotyczne.

Metody rozdziału mieszanin i procesy laboratoryjne

• Ekstrakcja: Przenoszenie składnika z jednej fazy do drugiej za pomocą rozpuszczalnika (ekstrahenta). Warunkiem jest dobra rozpuszczalność substancji. Wyróżniamy ekstrakty wodne, alkoholowe, olejowe i glikolowe.
• Krystalizacja: Wydzielanie kryształów z roztworu w celu oczyszczenia substancji stałych. Zależy od rozpuszczalności.
• Destylacja: Rozdział cieczy oparty na różnicach temperatur wrzenia.
  • Destylacja prosta: Dla cieczy o dużych różnicach temperatur wrzenia.
  • Destylacja frakcyjna: Dla cieczy o zbliżonych temperaturach wrzenia.
  • Destylacja z parą wodną: Służy do otrzymywania olejków eterycznych oraz hydrolatów (produkt uboczny).

Organiczne związki aktywne: Hydroksykwasy i Estry

• Hydroksykwasy: Kwasy organiczne posiadające grupy $-OH$ i $-COOH$.
  • AHA ($α$-hydroksykwasy): Rozpuszczalne w wodzie. Przykłady: kwas glikolowy (najmniejsza masa cząsteczkowa, najgłębsza penetracja), mlekowy (nawilża), migdałowy (przeciwbakteryjny), jabłkowy, cytrynowy, winowy.
  • BHA ($β$-hydroksykwasy): Kwas salicylowy. Rozpuszczalny w tłuszczach, penetruje warstwę łojową. Polecany do cery trądzikowej.
  • PHA (polihydroksykwasy): Działają łagodniej, dla skóry wrażliwej i naczyniowej. Wzmacniają barierę naskórkową.
• Estry: Produkty reakcji estryfikacji (kwas karboksylowy + alkohol $→$ ester + woda). Pełnią funkcje emolientów, substancji zapachowych i rozpuszczalników. Poprawiają konsystencję, poślizg i zmiękczają skórę.

Metody chromatograficzne w kosmetologii

• Podstawa: Rozdział oparty na różnym powinowactwie składników do fazy stacjonarnej i ruchomej (ciecz lub gaz).
• Rodzaje chromatografii:
  • Bibułowa: Faza stacjonarna to bibuła.
  • Cienkowarstwowa (TLC): Adsorbent (żel krzemionkowy, tlenek glinu, celuloza) na płytce. Współczynnik retencji $Rf = \frac{\text{droga substancji}}{\text{droga czoła eluentu}}$. Wartości od $0$ (silna adsorpcja) do $1$ (brak adsorpcji). Optimum: $0,2$ do $0,8$.
  • Gazowa (GC): Faza ruchoma to gaz. Analiza substancji lotnych, olejków, wykrywanie zafałszowań i pozostałości rozpuszczalników.
  • Cieczowa (HPLC): Wysokosprawna, faza ruchoma pod wysokim ciśnieniem. Do oznaczania konserwantów, parabenów, filtrów UV i antyoksydantów.

Analiza chemiczna i spektroskopia UV-VIS

• Analiza jakościowa: Identyfikacja składu próbki przez reakcje charakterystyczne (zmiana barwy, osad, gaz).
• Analiza miareczkowa (alkacymetria, redoksymetria itp.):
  • Alkalimetria: Miareczkowanie roztworem zasady.
  • Acydymetria: Miareczkowanie roztworem kwasu.
  • Rodzaje: Bezpośrednie, odwrotne (wymaga $2$ roztworów mianowanych), podstawieniowe.
  • Błędy: Brudne szkło, powietrze w biurecie, zbyt szybkie dodawanie titranta (pozostawanie na ściankach), przemiareczkowanie.
• Spektroskopia UV-VIS: Pomiar absorpcji promieniowania ($190$–$800\,nm$).
  • Zakresy UV: UV-A ($320$–$380\,nm$), UV-B ($280$–$320\,nm$), UV-C ($200$–$280\,nm$ – najbardziej niebezpieczne).
  • Prawo Lamberta-Beera: $A = ε \times l \times c$, gdzie $A$ to absorbancja, $ε$ współczynnik absorpcji, $l$ droga optyczna, $c$ stężenie.

Kosmetyki kolorowe i substancje barwiące

• Barwniki vs Pigmenty: Barwniki są rozpuszczalne, pigmenty są nierozpuszczalne. Oznaczane symbolem CI (Colour Index).
• Woski w pomadkach:
  • Carnauba: Najtwardszy, poprawia przyczepność.
  • Candelilla: Nabłyszcza i wygładza.
  • Pszczeli: Zmiękcza i tworzy film.
• Składniki pudrów: Talk (poślizg), mika (rozproszenie światła), krzemionka (matowienie), stearyniany metali (przyczepność).
• Pigmenty perłowe: Działają dzięki interferencji światła. Przykłady: naturalna esencja perłowa (guanina i hipoksantyna z łusek ryb), tlenochlorek bizmutu, mika pokryta $TiO_2$.
• Lakiery do paznokci: Główna substancja błonotwórcza to nitroceluloza. Zawierają plastyfikatory dla elastyczności i rozpuszczalniki ułatwiające aplikację.

Emulsje i Formy Kosmetyczne

• Typy emulsji: O/W (olej w wodzie – faza zewn. to woda) oraz W/O (woda w oleju – faza zewn. to olej).
• Emulgatory: Posiadają część hydrofilową (do wody) i lipofilową (do tłuszczu).
• Skala HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance):
  • Niskie HLB – tworzą emulsje W/O.
  • Wysokie HLB – tworzą emulsje O/W.
• Żele: Układy zawierające substancję żelującą i fazę wodną. Są lekkie i szybko się wchłaniają.
• Fluidy i korektory: Emulsje z pigmentami. Korektor ma wyższą zawartość pigmentów niż fluid.