Desarrollo de métodos analíticos para el control de calidad de surfactantes y aditivos en productos de limpieza y de higiene personal

Resumen

En la composición química de productos de limpieza, además de los surfactantes, que constituyen la principal materia activa de la formulación, se encuentran aditivos de muy distintos tipos, tales como blanqueantes químicos y ópticos, activadores, agentes antiredeposición, inhibidores de transferencia de color, enzimas, controladores de espuma, espesantes, etc. La composición de estos productos difiere en función de su uso industrial o doméstico. La presente Tesis se centra en el desarrollo de distintos métodos analíticos para el control de calidad de algunas clases de surfactantes y de diversos aditivos en productos de limpieza y cuidado personal, así como en muestras ambientales. En esta Tesis se pretende encontrar soluciones adecuadas y de calidad para caracterizar y determinar estos compuestos. Los métodos desarrollados se basan principalmente en la cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC), por ser esta técnica la de mayor implantación en las industrias del sector, si bien, cuando la naturaleza del problema lo aconseja se han utilizado también técnicas de electroseparación capilar (CE), de infusión en un espectrómetro de masas (MS) y técnicas acopladas (HPLC-MS y CE-MS), entre otras. La presente Tesis se puede dividir en cuatro grandes bloques: A. Caracterización y determinación de surfactantes, dentro de los cuales se estudiarán alquilpoliglucósidos, alquil éter sulfatos y alcoholes grasos (etoxilados y no etoxilados). A.1. Los alquilpoliglucósidos son surfactantes no iónicos y no absorbentes, por lo que se propone su determinación mediante cromatografía de líquidos (HPLC) acoplada a espectrometría de masas (MS). El trabajo en modo ion-positivo permite la detección de estos compuestos, gracias a la formación de aductos con ion sodio, distinguiendo entre los diferentes homólogos de anillos y de cadena, así como entre isómeros de anillo. Por otro lado, mediante espectrometría de masas, se diferenciarán los homólogos en función de su diferente fragmentación, ya sea con infusión directa de estándares, o previa separación cromatográfica de los homólogos en materias primas industriales. A.2. Los alquil éter sulfatos son surfactantes comúnmente empleados en la formulación de detergentes. Están constituidos por mezclas de homólogos, que se distinguen en función de la longitud de la cadena hidrocarbonada y del número de unidades de óxido de etileno. Se propone el desarrollo de un método de caracterización y determinación de estos surfactantes. Para ello se utilizará un método de derivatización previa a la separación cromatográfica, que permita la detección UV. El hecho de seleccionar detección UV para estos compuestos se debe a la mayor facilidad de utilización de esta técnica por parte de los laboratorios de control de calidad en las industrias del sector. Se pretende investigar también el aislamiento de esta familia de surfactantes, con el objetivo de hacer aplicable el método a una amplia variedad de muestras. A.3. Los alcoholes grasos se encuentran frecuentemente en una amplia variedad de muestras industriales y en productos para el hogar. También son utilizados como materias primas en la industria de los detergentes, para la producción de importantes clases de surfactantes como alquilsulfatos y alcoholes etoxilados. Se pretende desarrollar un método de determinación de los alcoholes grasos sin etoxilar y etoxilados, basado en su oxidación previa a los correspondientes ácidos carboxílicos o etoxi-carboxílicos, seguida de infusión directa en el espectrómetro de masas. B. Caracterización y determinación de polímeros utilizados en la formulación de determinados productos de limpieza. B.1. La industria de los detergentes utiliza polímeros solubles en agua para inhibir parcialmente la transferencia de color en el lavado de textiles, o como agentes anti-redeposición. Como inibidor de la tranferencia de color, durante años se ha utilizado la poli(vinilpirrolidona), sin embargo, hoy en día también se utilizan otros tipos de polímeros con propiedades de complejación superiores, como es el caso del poli(1-óxido-4-vinilpiridina). Por otro lado, el alcohol polivinílico se utiliza en los detergentes como agente anti-redeposición. Se propone el desarrollo de métodos de determinación de dichos polímeros en detergentes, utilizando para ello electroforesis capilar. La determinación de los polímeros se realizará directamente, o bien, mediante un procedimiento basado en la formación de complejos con colorantes, lo cual debe permitir mejoras sustanciales de la selectividad y límite de detección de los métodos. C. Métodos de identificación, clasificación y determinación de enzimas, centrando el estudio en aquellos tipos comúnmente empleados en productos de limpieza. C.1. El análisis directo de enzimas sin hidrolizar, o sin digestión previa con tripsina, no es fácil. De hecho, los métodos bioquímicos descritos en la bibliografía se limitan fundamentalmente a establecer la actividad enzimática. Así pues, se propone un método de electroforesis capilar como técnica de identificación directa de las enzimas más comunes presentes en detergentes. A partir de la enzima aislada y sin necesidad de hidrólisis o digestión previa, se pueden obtener electroferogramas con cortos tiempos de análisis, que permiten identificar distintos tipos de enzimas, así como diferenciar enzimas pertenecientes a la misma clase. Utilizando las áreas de los picos de las enzimas, así como la concentración total de proteína establecida por el método de Bradford, se determinará la cantidad de enzima presente en los productos de limpieza. C.2. Dentro de los aditivos utilizados en los detergentes, las enzimas son uno de los más importantes. El uso de enzimas en limpiadores implica una reducción de los tiempos y las temperaturas de lavado, con el consiguiente ahorro de agua y energía. Se proponen métodos de clasificación de enzimas en productos de limpieza. Para ello, se propone el aislamiento previo de las enzimas de la matriz de la muestra mediante precipitación, siendo posteriormente hidrolizadas para obtener los aminoácidos correspondientes. Éstos pueden determinarse por infusión directa en el espectrómetro de masas, o bien, separarse mediante cromatografía líquida, con detección UV. Para cada muestra, el perfil de los aminoácidos debe proporcionar información sobre la naturaleza (clase e identidad) del enzima o enzimas presentes. C.3. Una técnica comúnmente empleada en Bioquímica es la digestión de proteínas con tripsina. Los hidrolizados resultantes, pueden utilizarse para clasificar las diferentes enzimas. Una vez obtenidos los hidrolizados, se pueden establecer las clases de enzimas presentes por diferentes técnicas, como son la cromatografía líquida con columnas comerciales diseñadas para proteinas, la infusión directa en el espectrómetro de masas de los digestos trípticos o también un análisis mediante HPLC-MS, o electrocromatografía capilar. Se realizó un estudio comparativo de diferentes columnas comerciales, incluyendo columnas empaquetadas y columnas monolíticas, tanto poliméricas o de sílice, para obtener una buena separación de los digestos obtenidos con tripsina a partir de enzimas procedentes de materias primas de la industria de los detergentes, o de producto acabado (bases de detergente y limpiadores). D. Desarrollo de columnas monolíticas para electrocromatografía capilar. D.1. Se prepararon columnas monolíticas para electrocromatografía capilar (CEC) utilizando laurilmetacrilato (LMA) como monómero base para sintetizar el polímero. La polimerización se llevó a cabo mediante radiación UV utilizando peróxido de lauroilo como iniciador. Se optimizó la composición de la mezcla de polimerización. Las prestaciones de estas columnas desde el punto de vista de CEC se obtienen mediante la medida de los factores de retención y eficacias de una serie de analitos de prueba. D.2. Se preparación de columnas monolíticas de LMA para CEC utilizando diferentes fotoiniciadores radicalarios. Los iniciadores estudiados fueron: alfa,alfa'-azobisisobutironitrilo (AIBN), 2,2-dimetoxi-2-fenilacetofenona (DMPA), peróxido de dibenzoilo (BPO) y peróxido de lauroilo (LPO). Se estudió la influencia de la naturaleza de cada iniciador y su concentración en la mezcla de polimerización. Se evaluaron sus prestaciones cromatográficas mediante la medida de la retención y la eficacia para mezclas de analitos no cargados.