The aim of the present study was the development of analytical methods which can be used for gaining a deeper insight into the mechanisms of hair treatment with cosmetic formulations like shampoos. The efficacy of such a formulation is affected by the amount of different active agents remaining on the hair after treatment. Due to the complex composition of most of the formulations various dependencies and interactions of the ingredients are possible. Beneath that a variety of parameters of the treatment process influence the substantivity. Finally the degree of hair damage present at the treatment process is significant. So the process of hair treatment with cosmetic formulations is very complex. The understanding of this process enables a systematic development of products with better or novel effectivity. The developed analytical methods provide the possibility of a parallel determination of different active agents and their interaction of the adsorption behaviour. Furthermore the determination of influencing variables like treatment conditions or hair damage can be performed. So it is possible to generate the knowledge necessary for excellent scientific product development. The general methodology for the method development consists of an extraction from hair followed by a selective and sensitive quantitation of the active agents located in the extract using LC/MS and LC/MS/MS. Analytical methods for the determination of the complex composed surface active agents Sodium Laureth Sulfate, Cocamidopropyl Betaine and Alkyl Polyglucoside were developed. During the evaluation process it could be figured out that significant swelling of the hair fibre does not occur during a hair wash lasting 2 min or less. Hence the active agents are mainly adsorbed at the hair surface. During method development it was found that the composition of these agents is changing during hair treatment resulting in a difference of the singles substance distribution on hair and in the shampoo. Additionally an analytical method for selective and sensitive quantitation of the cationic polysaccharides Polyquaternium-10 and Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride using LC/MS was developed. The parallel quantitation of Polyquaternium-10 and Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride enables to study their interaction of the adsorption behaviour. Beneath that the quantitation of substances with low active contentes, like Ubiquinone 50, Piroctone Olamine and Benzophenone?4, was carried out. The extraction behaviour of these substances showed that an extraction time of 7 min assisted by an ultrasonic treatment is optimal. Longer extraction leads to a significant increase of the active hair surface due to swelling. The result is a higher adsorption capacity of the hair fibre and thus a decreased analyte concentration in the extract. The reproducibility of the using treatment protocol was approved by parallel quantitation of several active agents. Due to variation of several treatment parameters their influence on substantivity was studied: the flow rate, temperature and hardness of the water for rinsing and the time for massaging in the formulation. Furthermore, it was shown that the degree of hair damage and further shampoo ingredients influence the substantivity of active agents. Finally it was demonstrated that the adsorption behaviour can be significantly influenced by the application strategy. / Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mit der Entwicklung von analytischen Methoden eine Möglichkeit zu schaffen, um die Mechanismen bei der Haarbehandlung mit kosmetischen Formulierungen, wie Shampoos besser verstehen zu können. Die Pflegeleistung einer solchen Formulierung wird unter anderem davon bestimmt, wie viel der unterschiedlichen eingesetzten Wirkstoffe nach der Behandlung auf dem Haar verbleiben. Durch die Komplexität der kosmetischen Formulierungen kommt es zu vielfältigen Abhängigkeiten und Beeinflussungen der Substantivität der einzelnen Substanzen voneinander. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Parametern bei der Haarbehandlung, die die Substantivität beeinflussen. Schließlich spielt auch der Zustand des Haares eine entscheidende Rolle. Alles in allem handelt es sich bei der Behandlung des Haares mit kosmetischen Formulierungen um sehr komplexe Prozesse. Das Verständnis dieser Prozesse ermöglicht eine gezielte Entwicklung von Produkten mit besserem und zum Teil neuartigem Leistungsspektrum. Die entwickelten Analysenmethoden erlauben die parallele Bestimmung der auf dem Haar adsorbierten Menge verschiedener Wirkstoffe. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung der Wirkstoffadsorption untersucht werden. Darüber hinaus ermöglicht das Methodenspektrum eine Bestimmung der Einflussgröße äußerer Parameter, wie der Waschbedingungen und innerer Parameter, wie der Haarschädigung. Damit ist es möglich, das notwendige Wissen für eine fortschrittliche, wissenschaftliche Produktentwicklung zu gewinnen. Der allgemeine Ansatz für die Entwicklung der Methoden beinhaltet eine Extraktion der Wirkstoffe vom Haar, gefolgt von einer selektiven und empfindlichen Quantifizierung im Extrakt mittels LC-MS und LC-MS/MS. Es wurden Analysenmethoden für die komplex zusammengesetzten oberflächenaktiven Wirkstoffe Sodium Laureth Sulfate, Cocamidopropyl Betaine und Alkyl Polyglucoside entwickelt. Dabei wurde durch Untersuchungen der Extraktion vom Haar bewiesen, dass die zweiminütige Haarwäsche nicht zu einem signifikanten Aufquellen des Haares führt, so dass die Wirkstoffe hauptsächlich an der Haaroberfläche adsorbiert werden. Außerdem wurde gezeigt, dass sich die Zusammensetzung dieser Wirkstoffe während der Haarwäsche ändert, so dass sich die Einzelsubstanzverteilung auf dem Haar von der im Shampoo unterscheidet. Des Weiteren wurde die selektive und empfindliche Quantifizierung der kationischen Polymere Polyquaternium-10 und Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride durchgeführt. Die parallele Quantifizierung beider Konditionierungsstoffe ermöglicht die Untersuchung, in welchem Umfang sich beide Polymere in ihrem Adsorptionsverhalten beeinflussen. Bei der Methodenentwicklung für die Quantifizierung der Wirkstoffe Ubiquinone, Piroctone Olamine und Benzophenone-4 zeigte sich, dass eine Extraktion über 7 min im Ultraschallbad die besten Ergebnisse brachte. Bei längerer Extraktionszeit vergrößert sich die Oberfläche des Haares durch Quellung, so dass sich der Anteil an adsorbierten Analyten wieder erhöht. Die Reproduzierbarkeit der Haarwäsche mit dem verwendeten Waschprotokoll wurde bestätigt, indem verschiedene Wirkstoffe parallel auf dem Haar quantifiziert wurden. Durch Veränderung der Waschparameter Einmassierzeit sowie Durchflussmenge, Temperatur und Härte des Spülwassers wurde der Einfluss dieser Parameter auf die Substantivität der Wirkstoffe untersucht. Darüber wurde gezeigt, dass sowohl der Schädigungsgrad des Haares als auch andere auf dem Haar befindliche Shampoo-Bestandteile einen Einfluss auf die Substantivität von Wirkstoffen haben. Schließlich wurde an einem Beispiel gezeigt, dass man die Substantivität von Wirkstoffen nicht nur durch die Zusammensetzung der kosmetischen Formulierung, sondern auch durch die Art der Anwendung entscheidend beeinflussen kann.

The aim of the present study was the development of analytical methods which can be used for gaining a deeper insight into the mechanisms of hair treatment with cosmetic formulations like shampoos. The efficacy of such a formulation is affected by the amount of different active agents remaining on the hair after treatment. Due to the complex composition of most of the formulations various dependencies and interactions of the ingredients are possible. Beneath that a variety of parameters of the treatment process influence the substantivity. Finally the degree of hair damage present at the treatment process is significant. So the process of hair treatment with cosmetic formulations is very complex. The understanding of this process enables a systematic development of products with better or novel effectivity. The developed analytical methods provide the possibility of a parallel determination of different active agents and their interaction of the adsorption behaviour. Furthermore the determination of influencing variables like treatment conditions or hair damage can be performed. So it is possible to generate the knowledge necessary for excellent scientific product development. The general methodology for the method development consists of an extraction from hair followed by a selective and sensitive quantitation of the active agents located in the extract using LC/MS and LC/MS/MS. Analytical methods for the determination of the complex composed surface active agents Sodium Laureth Sulfate, Cocamidopropyl Betaine and Alkyl Polyglucoside were developed. During the evaluation process it could be figured out that significant swelling of the hair fibre does not occur during a hair wash lasting 2 min or less. Hence the active agents are mainly adsorbed at the hair surface. During method development it was found that the composition of these agents is changing during hair treatment resulting in a difference of the singles substance distribution on hair and in the shampoo. Additionally an analytical method for selective and sensitive quantitation of the cationic polysaccharides Polyquaternium-10 and Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride using LC/MS was developed. The parallel quantitation of Polyquaternium-10 and Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride enables to study their interaction of the adsorption behaviour. Beneath that the quantitation of substances with low active contentes, like Ubiquinone 50, Piroctone Olamine and Benzophenone?4, was carried out. The extraction behaviour of these substances showed that an extraction time of 7 min assisted by an ultrasonic treatment is optimal. Longer extraction leads to a significant increase of the active hair surface due to swelling. The result is a higher adsorption capacity of the hair fibre and thus a decreased analyte concentration in the extract. The reproducibility of the using treatment protocol was approved by parallel quantitation of several active agents. Due to variation of several treatment parameters their influence on substantivity was studied: the flow rate, temperature and hardness of the water for rinsing and the time for massaging in the formulation. Furthermore, it was shown that the degree of hair damage and further shampoo ingredients influence the substantivity of active agents. Finally it was demonstrated that the adsorption behaviour can be significantly influenced by the application strategy. / Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mit der Entwicklung von analytischen Methoden eine Möglichkeit zu schaffen, um die Mechanismen bei der Haarbehandlung mit kosmetischen Formulierungen, wie Shampoos besser verstehen zu können. Die Pflegeleistung einer solchen Formulierung wird unter anderem davon bestimmt, wie viel der unterschiedlichen eingesetzten Wirkstoffe nach der Behandlung auf dem Haar verbleiben. Durch die Komplexität der kosmetischen Formulierungen kommt es zu vielfältigen Abhängigkeiten und Beeinflussungen der Substantivität der einzelnen Substanzen voneinander. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Parametern bei der Haarbehandlung, die die Substantivität beeinflussen. Schließlich spielt auch der Zustand des Haares eine entscheidende Rolle. Alles in allem handelt es sich bei der Behandlung des Haares mit kosmetischen Formulierungen um sehr komplexe Prozesse. Das Verständnis dieser Prozesse ermöglicht eine gezielte Entwicklung von Produkten mit besserem und zum Teil neuartigem Leistungsspektrum. Die entwickelten Analysenmethoden erlauben die parallele Bestimmung der auf dem Haar adsorbierten Menge verschiedener Wirkstoffe. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung der Wirkstoffadsorption untersucht werden. Darüber hinaus ermöglicht das Methodenspektrum eine Bestimmung der Einflussgröße äußerer Parameter, wie der Waschbedingungen und innerer Parameter, wie der Haarschädigung. Damit ist es möglich, das notwendige Wissen für eine fortschrittliche, wissenschaftliche Produktentwicklung zu gewinnen. Der allgemeine Ansatz für die Entwicklung der Methoden beinhaltet eine Extraktion der Wirkstoffe vom Haar, gefolgt von einer selektiven und empfindlichen Quantifizierung im Extrakt mittels LC-MS und LC-MS/MS. Es wurden Analysenmethoden für die komplex zusammengesetzten oberflächenaktiven Wirkstoffe Sodium Laureth Sulfate, Cocamidopropyl Betaine und Alkyl Polyglucoside entwickelt. Dabei wurde durch Untersuchungen der Extraktion vom Haar bewiesen, dass die zweiminütige Haarwäsche nicht zu einem signifikanten Aufquellen des Haares führt, so dass die Wirkstoffe hauptsächlich an der Haaroberfläche adsorbiert werden. Außerdem wurde gezeigt, dass sich die Zusammensetzung dieser Wirkstoffe während der Haarwäsche ändert, so dass sich die Einzelsubstanzverteilung auf dem Haar von der im Shampoo unterscheidet. Des Weiteren wurde die selektive und empfindliche Quantifizierung der kationischen Polymere Polyquaternium-10 und Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride durchgeführt. Die parallele Quantifizierung beider Konditionierungsstoffe ermöglicht die Untersuchung, in welchem Umfang sich beide Polymere in ihrem Adsorptionsverhalten beeinflussen. Bei der Methodenentwicklung für die Quantifizierung der Wirkstoffe Ubiquinone, Piroctone Olamine und Benzophenone-4 zeigte sich, dass eine Extraktion über 7 min im Ultraschallbad die besten Ergebnisse brachte. Bei längerer Extraktionszeit vergrößert sich die Oberfläche des Haares durch Quellung, so dass sich der Anteil an adsorbierten Analyten wieder erhöht. Die Reproduzierbarkeit der Haarwäsche mit dem verwendeten Waschprotokoll wurde bestätigt, indem verschiedene Wirkstoffe parallel auf dem Haar quantifiziert wurden. Durch Veränderung der Waschparameter Einmassierzeit sowie Durchflussmenge, Temperatur und Härte des Spülwassers wurde der Einfluss dieser Parameter auf die Substantivität der Wirkstoffe untersucht. Darüber wurde gezeigt, dass sowohl der Schädigungsgrad des Haares als auch andere auf dem Haar befindliche Shampoo-Bestandteile einen Einfluss auf die Substantivität von Wirkstoffen haben. Schließlich wurde an einem Beispiel gezeigt, dass man die Substantivität von Wirkstoffen nicht nur durch die Zusammensetzung der kosmetischen Formulierung, sondern auch durch die Art der Anwendung entscheidend beeinflussen kann.