Hand Sanitizer Analysis: Application Notebook

Hand Sanitizer Analysis: 

Application Notebook

The Covid-19 pandemic has led to an increase in usage of hand sanitizers as emphasis on disease 
prevention focuses on cleanliness and personal hygiene. Ensuring the purity and potency of hand 
sanitizers is paramount to their safety and efficacy. As a result, laboratories are seeking methods 
and techniques for analyzing hand sanitizers and their common ingredients, including ethanol and 
isopropanol. This workbook serves as a compendium of Shimadzu’s methods for analysis supporting 
this industry and the fight against Covid-19.

Table of Contents

Gas Chromatography Techniques

•  Analysis of Volatile Impurities in Anhydrous Ethanol and Ethanol for Disinfection in Accordance 

with the Purity Test set by the Pharmacopoeias (JP, USP, EP)

•  Alcohol Determination of Sanitizer Gel in accordance with USP<611> using He carrier gas
•  Determination of Ethanol and Isopropanol Content in Hand Sanitizers Using Nitrogen Carrier Gas

Molecular Spectroscopy Techniques

•  Quick and Easy Analysis of Alcohol Content in Hand Sanitizer by FTIR Spectroscopy
•  Ethanol Content and Pass/Fail Judgement in Hand Sanitizers Using FTIR Spectroscopy
•  Measurement of Impurities in Ethanol Using UV-Vis Spectrophotometry

Solutions for
     Hand Sanitizer Analysis

Application Notebook

Which technique is right for my needs?
This flow chart outlines recommended methods and instrumentation for purity and potency of alcohols 
and finished hand sanitizers. First, determine if you are analyzing finished products or individual 
ingredients. Then, determine which parameter(s) you need to assess.

Application 
News

No. 

G331

Ethanol has antimicrobial properties and is sold as a
disinfectant product at optimized concentrations.
Quality control of the alcohol as a medical product is
carried out through verification testing procedures as
stipulated

in

each

monograph

of

the

Pharmacopoeias. Guided by the International Council
for Harmonization on Technical Requirements for
Pharmaceuticals for Human Use(ICH), the Japanese
(JP),

United

States

(USP)

and

European

(EP)

pharmacopoeias share roughly the same verification
testing procedures for anhydrous ethanol and
ethanol for disinfection. The Chinese Pharmacopoeia
(ChP) also adopts a similar testing method.
Methanol, acetaldehyde, acetal and benzene are
among the volatile impurities to be monitored. An
instrument is required to detect benzene down to the
specified 2 vol ppm limit or lower and also obtain a
good

resolution

between

acetaldehyde

and

methanol. This article presents the analysis of volatile
impurities in accordance with the purity test (3) of the
Japanese pharmacopoeia.

A. Miyamoto, T. Wada

Testing Method

The sample solution and standard solutions (1) – (4) *1
were prepared in accordance with Supplement I to the
Japanese Pharmacopoeia Seventeenth Edition. For
ethanol for disinfection, purified water was added to 83
mL of anhydrous ethanol*2 to make up to a total volume
of 100 mL.

System Suitability Test

When 1 μL of the standard solution (2) is injected into
GC

under

the

conditions

shown

in

Table

1,

acetaldehyde and methanol

should elute with

acetaldehyde ahead of methanol and their resolution
needs to be no less than 1.5. In this experiment, the
resolution of acetaldehyde and methanol was greater
than 1.5 (Fig. 1 and Fig. 2). The calculation for the
resolution was performed as per the JP, USP and EP
Pharmacopoeias.

Gas Chromatography

Analysis of Volatile Impurities in Anhydrous Ethanol 
and Ethanol for Disinfection in Accordance with the 
Purity Test set by the Pharmacopoeias (JP, USP, EP)

Model

:

Nexis™ GC-2030/AOC-20i Plus

Column

:

ZB-624 (30 m, 0.32 mm I.D., df=1.8 µm)

Column Temp.

:

40 °C (12 min)-10 °C/min-240 °C (10 min）

Total

：42 min

Detector

:

FID

Carrier Gas Control

:

Constant linear velocity

Carrier Gas

:

He, 35 cm/sec

Injection Temp.

:

200 °C

Detector Temp.

:

280 °C

Injection Mode

:

Split ＊2

Split Ratio

:

1:20

Injection Volume

:

1 µL

Analysis Conditions

Table 1 lists the instrument configurations and the
analysis conditions used in this experiment.

Table 1 Instrument Configuration and Analysis Conditions

*2: The insert for splitless use for GC-17A (P/N

：221-41544) was used.

The insert was packed with 10 mg of deactivated glass wool (P/N:
221-48600).

分離度の平均値（n=3）

2.01（JP、EP）

1.82（USP）

データ1

データ2

データ3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

min

Ac

et

al

de

hy

de

M

et

ha

no

l

Fig. 1   Chromatogram of Standard Solution (2) for Anhydrous 

Ethanol (Overlaid Data from Three Continuous Analyses)

Average resolution (n=3)
2.01 (JP, EP)
1.82 (USP)

Data 1
Data 2
Data 3

分離度の平均値（n=3）

1.74（JP 、EP）

1.68（USP）

データ1

データ2

データ3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

min

Ac

et

al

de

hy

de

M

et

ha

no

l

Fig. 2   Chromatogram of Standard Solution (2) for Ethanol for 

Disinfection (Overlaid Data from Three Continuous Analyses)

Average resolution (n=3)
1.74 (JP, EP)
1.68 (USP)

Data 1
Data 2
Data 3

*1: This article uses the JP nomenclature. The USP and EP counterparts are as 

listed below.

*2: FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation’s Japanese Pharmacopoeia-

grade ethanol (99.5)

JP

USP

EP

Sample

Sample solution A

Test solution(a)

Sample Solution

Sample solution B

Test solution(b)

Standard Solution (1)

Standard solution A Reference solution(a)

Standard Solution (2)

Standard solution B Reference solution(b)

Standard Solution (3)

Standard solution C Reference solution(c)

Standard Solution (4)

Standard solution D Reference solution(d)

www.shimadzu.com/an/

No. 

G331

Application 
News

Shimadzu Corporation

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedure.

This publication may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of these 
products in your country.

The content of this publication shall not be reproduced, altered or sold for any commercial purpose without the written approval of Shimadzu. 
Shimadzu disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names used in this publication other than its own.
See http://www.shimadzu.com/about/trademarks/index.html for details.

The information contained herein is provided to you "as is" without warranty of any kind including without limitation warranties as to its 
accuracy or completeness. Shimadzu does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to the 
use of this publication. This publication is based upon the information available to Shimadzu on or before the date of publication, and subject 
to change without notice.

© Shimadzu Corporation, 2020

Fig. 3   Chromatograms of Anhydrous Ethanol, Sample Solution and Standard Solutions (1) – (4)

Analysis of Volatile Impurities

Methanol, acetaldehyde, acetal and benzene are analyzed to verify that the volumes of these impurities will not exceed
those specified. The chromatograms of the samples (i.e. anhydrous ethanol and ethanol for disinfection), the sample
solution and standard solutions (1) – (4) are shown in Fig.3 and Fig. 4. The peak areas and volumes of the volatile
impurities are listed in Table 2. The data obtained were confirmed to meet the three purity criteria listed below.

Conclusion

System suitability test and analysis of volatile
impurities were carried out in accordance with the
purity test of ethanol in the JP (USP, EP) using NexisTM
GC-2030 gas chromatograph.
The results met the criteria set for testing anhydrous
ethanol and ethanol for disinfection.
NexisTM GC-2030 equipped with highly sensitive FID-
2030 had enough sensitivity to detect even the most
demanding volatile impurity like benzene.

First Edition: Jul. 2020

1.

The peak area of methanol obtained with the sample be no greater than 1/2 times that of methanol with the standard

solution (1).

2.

When calculating the amounts of the volatile impurities, the total amount of acetaldehyde and acetal (equation 1) be no
more than 10 vol ppm as acetaldehyde and the amount of benzene (equation 2) be no more than 2 vol ppm.

3.

The total area of all other impurities peak with the sample solution be no larger than the peak area of 4-methylpentan2-ol*1.

*1: Peaks with areas less than 3 % of that of 4-methyl-2-pentanol

should not be included. In this experiment, no target peaks
were detected in the sample solution.

*2: For abbreviations of A

E, BE, CE, AT, CT and BT, see refer to Table 2.

アセトアルデヒド及びアセタールの量の和（vol ppm）=

（式1）＊2

+

30 × CE × 44.05

(CT – C E) × 118.2

10 × AE

AT ー AE

ベンゼンの量（vol ppm）=

（式2）

2BE

BT - BE

Total amount of acetaldehyde and acetal (vol ppm)

(Equation 1) *2

Amount of benzene (vol ppm)

(Equation 2)

無水エタノール

試料溶液（4-Methylpentane-2-ol 添加）

標準溶液（1）

標準溶液（2）

標準溶液（3）

標準溶液（4）

SN比 11.7

uV

Ac

et

al

de

hy

de

Ac

et

al

4-

M

et

hy

lp

en

ta

ne

-2

-o

l

Be

nz

en

e

M

et

ha

no

l

Be

nz

en

e

0.0 

2.5                 5.0                7.5                10.0             12.5              15.0              17.5        min

9.5 

10.0

10.5             11.0 

min

Anhydrous ethanol
Sample solution (spiked with 4-Methylpentane-2-ol)
Standard solution (1)
Standard solution (2)
Standard solution (3)
Standard solution (4)

SN ratio 11.7

消毒用エタノール

試料溶液（4-Methylpentane-2-ol 添加）

標準溶液（1）

標準溶液（2）

標準溶液（3）

標準溶液（4）

SN比 9.3

uV

0

Ac

et

al

de

hy

de

M

et

ha

no

l

Ac

et

al

4-

M

et

hy

lp

en

ta

ne

-2

-o

l

Be

nz

en

e

Be

nz

en

e

0.0 

2.5                 5.0                7.5                10.0             12.5              15.0               17.5        min

9.5 

10.0

10.5             11.0 

min

Fig. 4   Chromatograms of Ethanol for disinfection, Sample Solution and Standard Solutions (1) – (4)

Ethanol for disinfection
Sample solution (spiked with 4-methylpentane-2-ol)
Standard solution (1)
Standard solution (2)
Standard solution (3)
Standard solution (4)

SN ratio 9.3

Sample name

Sample

Peak area of 

methanol

Peak area of 

acetaldehyde

Peak area of 

acetal

Peak area of 

benzene

A

E

C

E

B

E

Anhydrous ethanol

0

107

0

0

Ethanol for 

disinfection

0

107

0

0

Diluted sample 

name

Standard solution (1)

Standard solution (2)

Standard solution (3)

Standard solution (4)

Peak area of 

methanol

Peak area of 

acetaldehyde

Peak area 

of acetal

Peak area of 

benzene

A

T

C

T

B

T

Anhydrous ethanol

37050

1559

9418

1206

Ethanol for 

disinfection

34838

3108

8863

1115

Sample name

Total amount of acetaldehyde and acetal 

(vol ppm)

Amount of benzene 

(vol ppm)

Anhydrous ethanol

0.73

0

Ethanol for 

disinfection

0.36

0

Table 2 Average Areas and Amounts of Volatile Impurities (n=3)

Nexis is a trademark of Shimadzu Corporation in Japan and/or other countries.
Third-party trademarks and trade names may be used in this publication to refer to either the entities or their products/services.

Application 
News

No. 

G333

United States Pharmacopeia (USP) General Chapters
<611> ALCOHOL DETERMINATION stipulates two
analytical methods for quantitating ethanol: one with
distillation and the other by gas chromatography. The
latter (i.e. USP <611> Method II) further gives an
option of either using a packed column (Method II a)
or a capillary column (Method II b).
This article introduces a quantitative analysis of
ethanol in alcohol-based sanitizer gel according to
USP <611> Method II b.

N. Iwasa, T. Wada

Preparation of Standard Solution and Sample

Solution

5 mL each of 2 %(v/v) ethanol*1 and 2 %(v/v)
acetonitrile*1 (internal standard), both in water, were
pipetted into a 25 mL volumetric flask, made up to
volume with water and vortex to prepare a 0.4 %(v/v)
standard solution.
As a sample solution, a commercially available sanitizer
gel (ca. 80 %(v/v)) was first diluted with water to ca. 2
%(v/v) ethanol. To further bring down the concentration
to ca. 0.4 %(v/v), 5 mL of each of the prepared ca. 2
%(v/v) sample and 2 %(v/v) acetonitrile were aliquoted
into 25 mL volumetric flask and mixture was make up to
volume with water.
*1 USP<611> specifies the use of USP Alcohol Determination-Alcohol

RS (2 %(v/v) ethanol) and USP Alcohol Determination-Acetonitrile RS
(2 %(v/v) acetonitrile) to prepare the standard solution.

Analysis Conditions

Using the gas chromatograph Nexis™ GC-2030,
ethanol in the standard solution and the sample
solution

were

quantitated

according

to

USP<611>ALCOHOL DETERMINATION Method IIb. The
instrument configuration and analysis conditions for
the this experiment are listed below in Table 1.

Table 1 Instrument Configuration and Analysis Conditions

Fig. 2   Position and Quantity of Wool in the Insert

Gas Chromatography

Alcohol Determination of Sanitizer Gel 
in accordance with USP<611>

Fig. 1  Sample Preparation Method

Model

: Nexis GC-2030 + AOC-20i Plus

Detector

: FID-2030 flame ionization detector

Column

: SH-Rtx™-624 (30 m

×0.53 mm I.D., d.f.= 3 µm)

Column Temperature

: 50 °C (5 min) – 10 °C/min – 200 °C (4 min)

Total 24 mins

Injection Temperature

: 210 °C

Injection Mode

: Split

Split Ratio

: 1: 5

Carrier Gas Controller 

: Linear velocity (He)

Linear Velocity

: 34 cm/sec

Detector Temperature

: 280 °C

FID H

2 Flow Rate

: 32 mL/min

FID Make up Flow Rate : 24 mL/min (He)
FID Air Flow Rate

: 200 mL/min

Injection Volume

: 0.2 µL

Syringe

: Elastic Syringe, AOC (P/N: 221-49548)*2

<Standard solution>

2 %(v/v) ethanol

IS: 2 %(v/v) acetonitrile

Dilute each sample 
5-fold

<Sample solution>

Sample: ca. 2 %(v/v) ethanol

IS: 2 %(v/v) acetonitrile

Dilute each 
sample 5-fold

Sample: ca. 80 %(v/v) ethanol

Dilute the sample 
40-fold

0.4 %(v/v) standard solution

ca. 0.4 %(v/v) sample solution

*2 When samples in aqueous solution are analyzed with a standard

syringe for AOC-20i Plus, the plunger motion may become dull
during analysis, which affects repeatability. Using an elastic
syringe for AOC (P/N: 221-49548) equipped with a plunger made
of titanium enables stable sample introduction.

In this analysis, a glass insert was specifically
configured as shown in Fig.2 to meet the requirements
for the system suitability test(SST) in USP<611>. 20 mg
of deactivated glass wool was packed into a split glass
insert at a position 20 mm from the top. Increasing the
amount of wool compared to the default amount of 10
mg and placing the wool slightly (i.e. 2 mm) above the
default position (i.e. 22 mm from the top) improved
reproducibility.

20 mg of glass wool 
(P/N: 221-48600)

Insert for split injection
(P/N: 221-41444-84)

25 mL

＋

25 mL

＋

20 mm

95 mm

www.shimadzu.com/an/

No. 

G333

Application 
News

Shimadzu Corporation

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedure.

This publication may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of these 
products in your country.

The content of this publication shall not be reproduced, altered or sold for any commercial purpose without the written approval of Shimadzu. 
Shimadzu disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names used in this publication other than its own.
See http://www.shimadzu.com/about/trademarks/index.html for details.

The information contained herein is provided to you "as is" without warranty of any kind including without limitation warranties as to its 
accuracy or completeness. Shimadzu does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to the 
use of this publication. This publication is based upon the information available to Shimadzu on or before the date of publication, and subject 
to change without notice.

© Shimadzu Corporation, 2020

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

min

Ethanol

Acetonitrile

（IS）

Chromatogram and Calibration Curve of the

Standard Solution

The chromatogram and calibration curve of the
standard solution are shown in Fig. 3 and 4. The SST
results of the standard solution are summarized in
Table 2.
The SST criteria include the following:
•

The resolution factor, R, between alcohol and the
internal standard be not less than 4.

•

The tailing factor of the alcohol peak be not
greater than 2.0.

•

Six replicate injections of the standard solution
show a relative standard deviation of not more
than 4.0 % in the ratio of the peak of alcohol to the
peak of the internal standard.

The results obtained with the standard solution
satisfied all three SST criteria. The requirement for
reproducibility (i.e. 4 %) was easily met with the RSD
of 0.4 %.

Chromatogram of Sample Solution and

Quantitative Result for Ethanol

The chromatogram of the sample solution is shown in
Fig. 5, and the quantitative results and repeatability
(n=3) are listed in Table 3.

Area ratio 

Quantitative value (%)

Data 1

0.929279

78.997

Data 2

0.925411

78.668

Data 3

0.929298

78.998

Average

0.927996

78.888

%RSD

0.241

0.241

First Edition: Aug. 2020

Fig. 3  Chromatograms of Standard Solution

Fig. 4  Calibration Curve

Table 2  System Suitability of Standard Solution (n=6)

Compound

Peak 

area

Area
ratio

Area 

ratio %RSD

Symmetry 

(tailing) factor

Resolution 

(USP)

Ethanol

627440 0.941074

0.405

1.467

---

Acetonitrile (IS) 666723

---

1.255

10.265

10.265

In Table 2, the items specified in the system suitability test are
indicated in red.

Note: The values shown are reference values, not guaranteed values.

Fig. 5  Chromatograms of Sample Solution

Table 3  Ethanol Quantitative Values and Repeatability (n=3)

Note: The values shown are reference values and not intended to
be guaranteed values.

Conclusion

Alcohol concentration in sanitizer gel was determined
using a capillary column in compliance with USP
<611> Method IIb.
The SST was conducted with a standard solution and
satisfied with the resolution of 10.3 (cf. > 4 as a
requirement) between ethanol and acetonitrile, the
tailing factor of 1.5 (cf. < 2 as a requirement) and the
repeatability of 0.4 % RSD (cf. 4 % limit).

The repeatability remained well even with a sample

solution,

proving

the

robustness

of

the

gas

chromatograph Nexis GC-2030.

Nexis is a trademark of Shimadzu Corporation in Japan and/or other
countries.
Rtx is either a trademark or a registered trademark of Restek
Corporation in the United States and/or other countries.

Note: The experiment in this article was performed based on the
current version of USP-NF as of April 24, 2020.

0.0

0.1

0.2

0.3

Concentration

ratio

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Area ratio

0.4

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

min

Ethanol

Acetonitrile

（IS）

No. SSI-GC-2005 

■ Introduction 

The current coronavirus pandemic has created an 
unprecedented demand for alcohol-based hand 
sanitizers.  The US FDA has provided guidance to 
allow manufacturing of hand sanitizers using ethanol 
or isopropanol (IPA) as their active ingredient.  The 
United States Centers for Disease Control (CDC), the 
World Health Organization (WHO), and the US 
Pharmacopeia (USP) all have determined that ethanol 
or IPA concentrations in hand sanitizers must be 
between 60 and 95% to ensure germicidal and 
viricidal properties.  
 
We developed a GC FID method to accurately 
quantify ethanol and IPA concentrations in two hand 
sanitizer samples.  By using nitrogen as the carrier 
gas, this method is cost-effective and ensures the 
product compliance with CDC and USP guidelines 
and regulations. 
 

■ Samples and Analytical Conditions/   

   Experimental 
Ethanol (200 proof) and n-butanol (min. 99%) were 
purchased from Sigma Aldrich. 2-propanol 
(isopropanol or IPA, min. 99.9%) was purchased 
from Fisher Scientific. The solutions and samples 
were diluted in deionized water to specified 
concentrations. 
 
A Shimadzu GC-2030 chromatograph equipped with 
split/splitless injector (SPL) and flame ionization 
detector (FID) was used for this analysis and the data 
were acquired, analyzed and reported using 
LabSolutions LCGC software. The method 
parameters are shown in table 1 below.

 
 
 
 
 
 
 
Table 1: Instrument Configuration and Analysis Conditions 
 

GC system 

Shimadzu GC-2030 with SPL, FID and AOC-20 Plus autosampler 

Column 

Rxi-624Sil MS, 30m x 0.32mm x 1.8µm 

Injector Mode 

Split at 1:20 ratio 

Injection Volume 

1.0 µL 

Carrier Gas 

Nitrogen (N2) 

Flow mode 

Constant linear velocity of 40cm/sec 

Column Temperature 

30°C, 4min – 30°C/min –120°C, 2min 

Injection Port Temperature 

250°C 

FID Temperature and Gases 

250°C, Hydrogen 32mL/min, Air 200mL/min, Makeup (N2) 24mL/min 

Gas Chromatography 

Determination of Ethanol and Isopropanol 
Content in Hand Sanitizers Using Nitrogen 
Carrier Gas 

No. GC-2005 
 

No. SSI-GC-2005 

■ Results and Discussion 

Calibration Curves 
Since both ethanol and 2-propanol (isopropanol 
alcohol or IPA) can be used to prepare hand 
sanitizer, calibration standards were prepared with 
both types of alcohol. An internal standard (IS) is 
commonly used in these assays to improve accuracy. 
Although acetonitrile is specified in the USP method 
as the IS for ethanol, it elutes closer to IPA and may 
cause column/liner deterioration with repeated 
injections. In comparison, n-butanol elutes away 
from both ethanol and IPA, and is not known to 
cause degradation to the GC systems. It is commonly 
used in blood alcohol content assays as an IS for 
ethanol. Therefore, n-butanol was used as the IS in 
this study. 

 
Nitrogen (N2) was chosen as the carrier gas to reduce 
the cost of analysis compared to using helium. As 
shown in Figure 1, all peaks were well resolved, and 
no contaminating peaks were found in water blank 
with IS only. 
 
The calibration standards were diluted to indicated 
concentrations with 0.5% (v/v) of n-butanol in 
deionized water. Internal standard quantification 
methods were used, and the calibration curves were 
fitted to linear regression without forcing through 
zero. 

 
Figure 1: Chromatograms of calibration standards and water blank with IS (n-butanol) 
 
 
 
   

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

min

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1100000

1200000

1300000

1400000

1500000

1600000

1700000

1800000

1900000

2000000

2100000

2200000

2300000

uV

Ethanol 

Isopropanol (IPA) 

n-butanol (IS) 

1% (v/v) 
0.9% (v/v) 
0.7% (v/v) 
0.6% (v/v) 
Blank 

0.00

0.25

0.50

0.75

Conc. Ratio

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Area Ratio

0.00

0.25

0.50

0.75

Conc. Ratio

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

Area Ratio

Ethanol 

r2=0.99928 

Figure 2: Four-point calibration curves for ethanol and IPA

Isopropanol (IPA) 

r2=0.99998 

No. SSI-GC-2005 

Hand Sanitizer Samples 
Two hand sanitizer samples were analyzed, one 
containing ethanol and the other IPA. Each sample 
was diluted 100-fold in IS solution for this analysis. 
The concentration of alcohol content is calculated by 
multiplying the concentration reported from the 
software by 100.  
 

 
Table 2: Concentration of alcohols in hand sanitizer samples. 
Results are average of four injections. And the relative 
standard deviation (RSD) for the repeated injections was also 
shown for each sample. 
 

Sample 1 

Sample 2 

Ethanol conc. (v/v) 

59.11 

not detected 

IPA conc. (v/v) 

not detected 

56.40 

RSD 

2.677% 

1.175% 

 
Figure 3: Chromatograms of hand sanitizer samples and a blank injected after the samples. No carryover of analytes was observed

■ Conclusion 

Alcohol content in two hand sanitizer samples was 
successfully analyzed using Shimadzu GC-2030 on a 
Rxi-624Sil MS column using N2 carrier gas. One of 
the samples contains ethanol, while the other 
contains isopropanol (IPA). The method used in this 
study was modified from USP standard general 
chapter 611, alcohol determination. The calibration 
curves for both ethanol and IPA were linear with r2 > 
0.999, and the analysis was straightforward with 
very good repeatability (RSD < 3% for both samples).  
 

 
Nitrogen was successfully used as the carrier gas in 
this assay. Compared to helium, nitrogen is more 
cost-effective. It is also more inert thus safer than 
hydrogen, which is another commonly used cost-
saving alternative carrier gas. Taken together, both 
ethanol and IPA content in hand sanitizers can be 
easily determined using Shimadzu GC-2030 with SPL 
and FID with nitrogen carrier gas. 
 

■ Reference 

1.

 USP General Chapter 611, Alcohol Determination. 

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

min

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1100000

1200000

1300000

1400000

1500000

1600000

1700000

1800000

1900000

2000000

2100000

2200000

2300000

2400000

uV

Hand sanitizer sample 1 
Hand sanitizer sample 2 
Blank (Internal standard only) 

injected after samples 

No. SSI-GC-2005 

■ Consumables 

Part Number 

Description 

Unit 

Instrument 

221-76650-01 

Septa, Green, Premium Low Bleed 

Pk of 25 

GC-2030 

227-35007-01 

Split Liner with Wool 

Pk of 5 

221-75597-03 

FID jet 

221-81162-02 

ClickTek Ferrule 0.5mm 

Pk of 6 

221-77155-41 

ClickTek Column Connector 

each 

221-34618-00 

Syringe, 10µL, fixed needle 

each 

AOC-20i/s 

220-97331-31 

Sample Vials, 1.5mL Amber Glass with Caps & Septa 

Pk of 100 

220-97331-47 

Sample Vials, 1.5mL Amber Glass with Caps & Septa 

Pk of 1000 

220-97331-63 

200µL Glass Silanized Inserts for 1.5mL Vials 

Pk of 100 

220-97331-23 

Wash Vials, 4mL Amber Glass with Caps & Septa 

Pk of 100 

227-36077-01 

SH-Rxi-624Sil MS Capillary Column, 0.32 x 1.8 x 30 

each 

Column 

227-36078-01* 

SH-Rxi-624Sil MS Capillary Column, 0.53 x 3 x 30 

each 

 
*Column conforms to USP general chapter 611 standard method 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedure. 
This publication may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of 
these products in your country. 
 
The content of this publication shall not be reproduced, altered or sold for any commercial purpose without the written approval of 
Shimadzu. Shimadzu disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names used in this publication other than its own. 
See http://www.shimadzu.com/about/trademarks/index.html for details. 
 
The information contained herein is provided to you "as is" without warranty of any kind including without limitation warranties as to its 
accuracy or completeness. Shimadzu does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to 
the use of this publication. This publication is based upon the information available to Shimadzu on or before the date of publication, and 
subject 

First Edition: August 2020 

© Shimadzu Corporation, 2020 

SHIMADZU SCIENTIFIC INSTRUMENTS 
7102 Riverwood Drive, Columbia, MD 21046, USA 
Phone: 800-477-1227/410-381-1227, Fax: 410-381-1222 
URL: www.ssi.shimadzu.com 

SHIMADZU Corporation 
www.shimadzu.com/an/  

Application 
News

No. 

A637

Introduction

The effects of alcohol-based hand sanitizers are dependent
on type of alcohol used and alcohol concentration. The
Center for Disease Control and Prevention (CDC) has
recommended sanitizers with 60 - 95% alcohol as the most
effective composition of hand sanitizers.
Ethanol, which has bactericidal activity, is prepared at the
optimal concentration level for a range of commercially
available alcohol-based sanitizers. To measure alcohol
concentration,

the

distillation

method

or

gas

chromatography (GC) is stipulated by the United States
Pharmacopeia (USP). These methods require more than 20
minutes per sample for analysis. Pretreatment, such as
dilution, is also required. In contrast, if the Fourier
transform infrared spectrophotometer (FTIR) is used, the
preparatory steps can be skipped and the ethanol content
in alcohol sanitizers can quickly be determined in
approximately one minute.
This report introduces a simple pass/fail judgment of
ethanol concentration in a commercially available ethanol
sanitizer using the photometric measurement function that
comes as standard in LabSolutions™ IR.

S. Iwasaki

Experimental

Dehydrated ethanol was spiked with water to prepare the
standards at concentrations of 70 vol% and 82 vol%. The
samples were measured using IRSpirit™, a Fourier transform
infrared

spectrophotometer, equipped

with QATR™-S

(diamond crystal), a single-reflection ATR accessory, as
shown in Fig. 1. The measurement conditions are shown in
Table 1. First, 20 to 30 µL of the sample amount was placed
onto the ATR crystal using a micropipette and, as shown in
Fig. 2, covered immediately with a volatile cover to
minimize evaporation, which could cause its concentration
to change. Fig. 3 shows the IR spectra of ethanol standards.
The figure shows that the heights of peaks from ethanol at
1086 cm-1 and 1044 cm-1 (green lines) and those from water
at 3340 cm-1 and 1650 cm-1 (blue lines) are dependent on
the concentration.

Table 1 Measurement Conditions

Fig. 3   IR Spectra of Ethanol Standards (70, 82 vol%)

Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR) 

Determination of Ethanol Content in and 
Simple Fail/Pass Judgment of Alcohol Hand 
Sanitizer by FTIR

Instrument

: IRSpirit, QATR-S (Diamond)

Resolution

: 4 cm-1

Accumulation

: 20

Apodization function

: Sqr-Triangle

Detector

: DLATGS

Fig. 1   IRSpirit™ FTIR with QATR™-S

Volatile 
Cover

Fig. 2   QATR-S with Volatile Cover

― 70 vol%

― 82 vol%

1000

1500

2000

3000

4000

cm-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Abs

1000

1050

1100

cm-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Abs

www.shimadzu.com/an/

No. 

A637

Application 
News

Shimadzu Corporation

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedure.

This publication may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of these 
products in your country.

The content of this publication shall not be reproduced, altered or sold for any commercial purpose without the written approval of Shimadzu. 
Shimadzu disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names used in this publication other than its own.
See http://www.shimadzu.com/about/trademarks/index.html for details.

The information contained herein is provided to you "as is" without warranty of any kind including without limitation warranties as to its 
accuracy or completeness. Shimadzu does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to the 
use of this publication. This publication is based upon the information available to Shimadzu on or before the date of publication, and subject 
to change without notice.

© Shimadzu Corporation, 2020

Pass/Fail Judgment Using Labsolutions IR

To maintain the quality of alcohol sanitizers, it is important to
control the concentrations of the constituents in these
sanitizers. As a general rule, the spectra of a sample of known
concentration and the sample to be controlled are analyzed to
estimate the concentration of the sample to be controlled
based on the height or area of the peak. Additionally, the
obtained concentration should be judged by the analyzer as
either pass or fail. These steps should be performed carefully
because they not only require a lot of time but may also be
affected by human error. The photometric measurement
function installed as standard on LabSolutions IR can
determine the absorbance or transmittance at specific wave
numbers/wavelengths, and calculate these results using the
formulas for pass/fail judgment. This makes it possible to
reduce the operation time significantly.

Using this function, we judged four commercially available

ethanol sanitizers (A – D) shown in Table 2. The samples
were analyzed without pretreatment and dilution.

The photometric measurement function screen is shown in

Fig. 4. The formula for pass/fail judgment is set up in
Equation tab (red box) as shown in Fig. 4. In this analysis, the
height from baseline to peak at 1044 cm-1 (C-O stretching
vibration) was used to calculate the ethanol concentration
(baseline drawn at 1110 cm-1 - 1020 cm-1). The formula for
pass/fail judgment was set up so that samples at 70 vol%
(height from baseline to peak: 0.301) - 82 vol% (height from
baseline to peak: 0.348) are judged Pass and the others are
judged Fail. After the measurement of sample spectra, the
data are automatically added to the sample table (blue box)
shown in Fig. 4 to judge the samples. As shown in Table 2,
Samples A and B, for which the concentrations were lower
than the set reference concentration, were judged Fail.

The measurement results of IR spectra (magnified view) are
shown in Fig. 5. Using the peak height from ethanol (black
line), the ethanol concentration can also be estimated.

Table 2  Labeling and Pass/Fail Judgment of Commercially 

Available Ethanol Sanitizers

First Edition: Nov. 2020

Sample

Ethanol content labeled on 

the product

Pass/fail judgment

A

58 vol%

Fail

B

65 vol%

Fail

C

70 vol%

Pass

D

76.9

～81.4 vol%

Pass

Fig. 4   Photometric Measurement Function Screen

Equation

Sample table

Conclusion

With IRSpirit and QATR-S, ethanol content in sanitizers could
be easily determined using just a single drop of sample.
Additionally, the ethanol content could be easily and
accurately judged for pass/fail by using the photometric
measurement function of LabSolutions IR software. The use
of this function can reduce the time required for analysis,
including judgment. Concerns over product fraud or fake
substances can be eliminated by controlling the quality of
the major active ingredient (ethanol) in sanitizers.
For an example of quantitative analysis using the program
installed as a standard function on LabSolutions IR, see also
Application News No. A630 “Quick and Easy Analysis of
Alcohol Content in Hand Sanitizer by FTIR Spectroscopy.”

1000

1025

1050

1075

1100

1125

cm-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Abs

70 vol%

82 vol%

A

B

C

D

Fig.5  Measurement Results of IR Spectra (Magnified View)

LabSolutions, IRSpirit and QATR are trademarks of Shimadzu Corporation in Japan and/or other countries.

 
Application 
News 

No. 

A626 

Spectrophotometric Analysis 

Measurement of Impurities in Ethanol 

Using UV-Vis Spectrophotometer 

 
At present, demand for ethanol for disinfection is increasing 
sharply as preventive measure for an infectious disease. 
When  ethanol  is  to  be  used  as  a  medical  product, 
identification testing and purity testing conforming to the 
applicable Pharmacopoeias in each country are necessary. 
Ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrophotometry is used in 
these tests as one technique for determining whether 
impurities are present in ethanol.   

In the experiment introduced here, measurement of “Other 
impurities (absorbance)” in ethanols, which is described in 
the Japanese Pharmacopoeia, European Pharmacopoeia, and 
United States Pharmacopeia, was conducted using a 
Shimadzu UV-1900i UV-Vis spectrophotometer, and 
absorbance, which is specified as an acceptance standard in 
the Pharmacopoeias, was judged automatically by using the 
evaluation function of LabSolutions™ UV-Vis. 

H. Abo 

 
„

 Test Method for Ethanols 

The Japanese Pharmacopoeia (JP) describes the five items 
“Clarity and color of solution,” “Acidity or alkalinity,” “Volatile 
impurities,” “Other impurities (absorbance),” and “Residue on 
evaporation” under “Purity” testing of ethanol, anhydrous 
ethanol and ethanol for disinfection. Among these, “Other 
impurities (absorbance)” is measured in order to determine 
the presence/absence of impurities contained in ethanol 
based on absorption in the ultraviolet (UV) region. 

The European Pharmacopoeia (EP) includes “Absorbance” as 
one item in “TESTS” and describes similar testing using UV-Vis 
spectrophotometry.  

The United States Pharmacopeia (USP) specifies 
“ULTRAVIOLET ABSORPTION” in “SPECIFIC TESTS” and also 
describes testing by UV-Vis spectrophotometry. 

The measurement method for “Other impurities” is the same 
in the three Pharmacopoeias. The absorption spectrum of the 
sample is measured using a cell with an optical path length 
of 5 cm and water as a blank, and judgment of acceptability 
is based on absorbance.   

Specifically, the Pharmacopoeias provide that the absorbances 
at 240 nm, between 250 and 260 nm, and between 270 and 
340 nm are not more than 0.40, 0.30, and 0.10, respectively, 
when the absorption spectrum is measured in the 235 to 
340 nm wavelength region. The provision also specify that the 
absorption spectrum should be smooth and “show a steadily 
descending curve with no observable peaks or shoulders.” 

 
„

 Measurement of Anhydrous Ethanol 

Anhydrous ethanol was measured with the UV-1900i UV-Vis 
spectrophotometer shown in Fig. 1, using a Shimadzu square 
long-path absorption cell holder and a 50 mm square cell. 
Table 1 shows the measurement conditions. 

Fig. 2 shows the results of spectrum measurement. 

Fig. 1  UV-1900i UV-Vis Spectrophotometer 

Table 1  Measurement Conditions 

Instrument : 

UV-1900i 

Software : 

LabSolutions 

UV-Vis 

Measurement wavelength range  :  235 - 340 nm 
Scan speed 

:  Medium 

Sampling pitch 

:  0.5 nm 

Slit width 

:  1 nm (fixed) 

Fig. 2  Result of Measurement of Anhydrous Ethanol 

 
In Fig. 2, it can be confirmed that absorbance is not more than 
0.40 at 240 nm, not more than 0.30 between 250 and 260 nm, 
and not more than 0.10 between 270 and 340 nm, and there 
are no clear peaks or remarkable shoulders in the absorption 
spectrum curve. 

Wavelength (nm)

A

b

so

rban

ce

 (A

bs

.)

First Edition: Jul. 2020 

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedure. 

This publication may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of these 
products in your country. 
 
The content of this publication shall not be reproduced, altered or sold for any commercial purpose without the written approval of Shimadzu.   
Shimadzu disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names used in this publication other than its own.   
See http://www.shimadzu.com/about/trademarks/index.html for details. 
 
The information contained herein is provided to you "as is" without warranty of any kind including without limitation warranties as to its   
accuracy or completeness. Shimadzu does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to the   
use of this publication. This publication is based upon the information available to Shimadzu on or before the date of publication, and subject   
to change without notice. 

© Shimadzu Corporation, 2020 

www.shimadzu.com/an/ 

Application
News 

No. 

A626 

„

 Pass/Fail Judgment Using LabSolutions UV-Vis 

The provisions for “Other impurities (absorbance)” of anhydrous 
ethanol specify that the absorbances at 240 nm, between 250 
and 260 nm, and between 270 and 340 nm are not more than 
0.40, 0.30, and 0.10, respectively. However, reading the 
absorbances of all the measured samples is time-consuming 
work and judgments must be made carefully, as human error is 
also possible. The time required for this work can be reduced by 
the spectral evaluation function of LabSolutions UV-Vis. 

The spectral evaluation function features 8 pass/fail criteria 
and 33 standard evaluation methods, including point pick, 
maximum value, minimum value, peak, valley, area, statistics, 
and cutoff, as well as a pass/fail judgment function. Here, a 
pass/fail judgment for anhydrous ethanol was made using 
the pass/fail judgment function. 

„

 Setting of Pass/Fail Judgment Using 

LabSolutions UV-Vis 

Although there are three judgment conditions by absorbance, 
in analysis of anhydrous ethanol, judgments are made by using 
[Point Pick – Single Point] and [Maximum Value – Single Point]. 
[Point Pick – Single Point] reads the absorbance of a fixed 
wavelength, and [Maximum Value – Single Point] can read the 
maximum value in a predetermined wavelength range. 

First, absorbance of NMT 0.40 (“not more than 0.40”) at 
240 nm is set. Fig. 3 shows the Detailed Settings screen for 
evaluation of [Point pick – Single point]. The setting is made 
from this screen. The wavelength is set at 240 nm, and the 
pass/fail judgment criterion is set at NMT 0.40. 

Fig. 3  Detailed Settings Screen for   

[Point Pick – Single Point] Evaluation 

 
Next, the remaining conditions are set. Fig. 4 shows the 
Detailed Settings screen for evaluation of [Maximum Value – 
Single Point]. The wavelength range is designated, and the 
maximum value of absorbance in that range is read.   

Here, two conditions are set. The judgment criteria of NMT 
0.30 is set for 250-260 nm, and NMT 0.10 is set for 270-340 nm. 

Fig. 4  Detailed Settings Screen for   

[Maximum Value – Single Point] Evaluation 

„

 Results of Pass/Fail Judgment 

Fig. 5 shows the results of the pass/fail judgments for the 
anhydrous ethanol shown in Fig. 2 and a simulated rejected 
sample. The absorbance values of the anhydrous ethanol are 
within the pass range for all three wavelength conditions. On 
the other hand, in case of failure, the result can be 
understood at a glance, as the evaluation line is colored red. 
Fig. 6 shows an enlarged view of the evaluation table. 

In pass/fail judgments, the data are added to the evaluation 
table automatically after spectrum acquisition. Therefore, the 
judgment can be completed simply by measuring the sample. 

Fig. 5  Results of Pass/Fail Judgment 

„

 Conclusion 

In this experiment, measurements of anhydrous ethanol were 
conducted in accordance with the Japanese Pharmacopoeia, 
European Pharmacopoeia, and United States Pharmacopeia 
using a UV-1900i, and a pass/fail judgment was made using the 
spectral evaluation function of the LabSolutions UV-Vis 
software. Analysis time, including judgment work, can be 
substantially reduced by using the spectral evaluation function. 

Fig. 6  Enlargement of Evaluation Table 

LabSolutions is a trademark of Shimadzu Corporation in Japan and/or other countries.

- : Anhydrous ethanol
- : Simulated rejected sample 

Hand Sanitizer Analysis Application Notebook

▶

This brochure may contain references to products that are not available in your country. Please contact us to check the availability of these 

products in your country.

Company names, product/service names and logos used in this publication are trademarks and trade names of Shimadzu Corporation or its 

affiliates, whether or not they are used with trademark symbol “TM” or “®”.

Third-party trademarks and trade names may be used in this publication to refer to either the entities or their products/services. Shimadzu 

disclaims any proprietary interest in trademarks and trade names other than its own.

The contents of this publication are provided to you “as is” without warranty of any kind, and are subject to change without notice. Shimadzu 

does not assume any responsibility or liability for any damage, whether direct or indirect, relating to the use of this publication.

Shimadzu Corporation
www.shimadzu.com/an/

Shimadzu Scientific Instruments

7102 Riverwood Drive, Columbia, Maryland 21046, U.S.A.
Phone: 800-477-1227/410-381-1227, Fax: 410-381-1222
www.ssi.shimadzu.com

© Shimadzu Corporation 2020

December 2020