Los surfactantes forman un grupo diverso de compuestos cuyas estructuras varían ampliamente pero que, generalmente, contienen una cadena de hidrocarburo lipófila y un grupo hidrofílico soluble en agua. Se pueden categorizar en base a su estructura e incluyen clases no iónicas, aniónicas y catiónicas. y se usan ampliamente como detergentes en champús y productos de limpieza, como agentes de par iónico en cromatografía y en dispersantes complejos usados para tratar vertidos de hidrocarburos.
Los emulsionantes se utilizan para mantener en suspensión uniforme materiales inmiscibles. Son también típicamente surfactantes y se pueden diseñar para su uso en aplicaciones específicas y en productos farmacéuticos o alimentarios. La mayoría de esos surfactantes comerciales son mezclas de miembros de series homólogas (también llamados congéneres), y se pueden definir o caracterizar con Cromatografía Líquida (LC).
Los enfoques cromatográficos se pueden usar para separar las moléculas en base a la longitud o la ramificación de la cadena de carbono o distribución de isómeros posicionales. Este hecho es importante, por ejemplo, al estudiar la variabilidad lote a lote, que es básico en la industria farmacéutica.
A la inversa, cuando se intenta cuantificar la cantidad total de surfactantes o emulsionantes, se deberán cambiar las condiciones cromatográficas de tal modo que todos los congéneres eluyan en un único pico para simplificar la determinación.
El uso de sistemas de UHPLC dotados de detectores altamente selectivos y sensibles, conjuntamente con columnas de última tecnología y métodos probados puede ayudar a:
- Caracterizar o cuantificar muchas clases típicas de surfactantes
- Analizar compuestos en una gama amplia de muestras
- Implementar métodos más simples de mayor reproducibilidad y sensibilidad
El Problema de la Detección en LC
Ningún detector ofrece resultados ideales en LC: muchas veces un analito responde más fuertemente que otro o no genera señal alguna. La absorción UV requiere que la molécula contenga un cromóforo y la respuesta entre los analitos puede variar mucho en función de la naturaleza del cromóforo presente.
El Detector de Índice de Refracción (RI) no se puede usar en gradiente y es muy sensible a la temperatura.
La Espectrometría de Masas mide sólo compuestos que puedan formar iones e fase gas.
Los Detectores Evaporativos por Dispersión de Luz (ELSD) muestra respuesta variable entre analitos, relativamente poca sensibilidad y curvas de calibración complejas y no lineales.
Lo más deseable de un detector universal es la habilidad para medir con precisión un amplio rango de analitos con respuesta consistente. La detección por aerosol cargado (CAD) puede detectar cualquier analito no volátil y muchos semi volátiles a niveles de sub nanogramo y no requiere la presencia de cromóforos o que el compuesto sea ionizable. La variación en la respuesta entre analitos es mínima sea con moléculas pequeñas o proteínas y. además, el detector es totalmente compatible con gradiente.
En general los surfactantes no contienen cromóforos UV, por lo que se miden por conductividad con o sin supresión. Además, como la respuesta es similar para todos los compuestos e independiente de la estructura química, la detección CAD resulta ideal para la medida de estos compuestos. Ver Figura 1.
La Elección de la Columna para Surfactantes
Para analizar surfactantes con detectores de alta sensibilidad la columna más adecuada es la Thermo Scientific™ Acclaim™ Surfactant Plus LC.
Esta nueva generación de columnas basadas en sílice ofrece un sangrado excepcionalmente bajo muy adecuado para detectores CAD y MS, con una selectividad excelente para la separación de una amplia variedad de surfactantes. Su química de superficie avanzada ofrece mecanismos de retención de Fase Inversa y de Intercambio Aniónico que mejoran significativamente la resolución de los surfactantes.
La columna Acclaim™ Surfactant Plus ofrece una prestación superior, mayor versatilidad y velocidad de análisis para esta clase de moléculas.
- Selectividad ideal en la separación simultánea de surfactantes aniónicos, no iónicos, catiónicos y anfotéricos.
- Resistente frente al colapso de fase bajo condiciones de fases móviles altamente acuosas
- Resolución excelente de compuestos altamente hidrofílicos
- Separación robusta frente a una gran variedad de condiciones
La Separación Simultánea de Surfactantes Diferentes
Los surfactantes se usan ampliamente en productos de consumo, agrícolas, farmacéuticos, biofarmacéuticos y marcadores químicos. Se usan en productos tan diversos como pesticidas, detergentes en polvo, productos derivados del petróleo y cosméticos. Su separación e identificación puede ser complicada a causa de su diversidad y de la complejidad de la matriz de la muestra.
Aunque hay disponibles muchas columnas que se han usado en el análisis de formulaciones de surfactantes ninguna es capaz de separar en un único análisis surfactantes aniónicos, no iónicos, catiónicos y anfotéricos.
En la Figura 2 la columna Acclaim Surfactant Plus ofrece la selectividad ideal para la separación de todas esas clases de productos mientras que una columna C18 fracasa en su resolución en las mismas u otras condiciones.
Surfactantes Catiónicos
La separación e identificación de surfactantes puede ser difícil debido a su diversidad y la complejidad de la matriz de la muestra que los contiene. La química superficial de la columna Acclaim Surfactant Plus desactiva eficientemente la actividad de los silanoles superficiales incrementando la simetría de los picos y disminuyendo la interacción secundaria analito/silanol con la fase estacionaria permitiendo que Acclaim Surfactant Plus sea la columna ideal para el análisis de surfactantes catiónicos como las sales de alquil amonio cuaternario, bencil alquil amonio y alquil piridinio.
En el ejemplo la columna Acclaim Surfactant Plus ha permitido la separación completa de este tipo de surfactantes en condiciones de Fase inversa con picos de forma excelente en menos de diez minutos.
Sufactantes Etoxilados
La buena química de la columna Acclaim Surfactant Plus ofrece una resolución excelente de los oligómeros individuales de los surfactantes etoxilados. Este tipo de compuestos representan el 40% del consumo mundial de tensioactivos. La mayoría de los no iónicos se consideran de baja producción de espuma, buena solubilidad en agua y baja concentración micelar crítica. Su compatibilidad con los suavizantes catiónicos los hacen preferibles en ciertas formulaciones. En el ejemplo la columna Acclaim surfactant Plus ofrece una resolución excelente entre los oligómeros individuales presentes en el surfactante etoxilado.
Lauril Sulfatos
Los lauril sulfatos etoxilados (SLES) se preparan por adición de grupos oxietilénicos a un alcohol que luego se sulfata. La etoxilación incrementa la solubilidad en agua y la creación de espuma, haciendo que estos tensioactivos resulten ideales en la producción de champúes y detergentes. La Figura 5 muestra los perfiles de lauril sulfato que se obtienen en una columna Acclaim Surdactant Plus con un detector CAD.
Polietilén Glicoles
Los Polietilén Glicoles (PEGs) suelen ser impurezas presentes en surfactantes etoxilados en una concentración entre 1-10%. La distribución de oligómeros es similar, pero más amplia, que la del surfactante. La Figura 6 ilustra la resolución excepcional excepcional de la columna Acclaim Surfactant Plus de oligómeros individuales de varios PEGs. Los PEGs tienen usos propios y se encuentran corrientemente en varios productos como las cremas faciales y cremas dentales.
Polisorbatos
Los Polisorbatos (como Tween® 20, 60, 80) se usan en grandes cantidades en la industria alimentaria y farmacéutica, Puesto que estos productos tienen una demanda significativa en la industria se producen casi siempre en grandes lotes con límites variables de impurezas (peróxidos, carbonilos y metales).
La caracterización y cuantificación de los polisorbatos es difícil puesto que estos compuestos son mezclas heterogéneas sin cromóforos y, como resultado, se usan tests físicos y de comprobación de impurezas que son suficientes para que el fabricante alcance sus criterios de calidad pero que pueden ser insuficientes para el usuario final.
En el punto final de uso, una determinación física como el cambio de color puede indicar un cambio en la composición química que puede afectar el producto final, pero la dificultad de comprobar la composición conjuntamente con los niveles variables de impurezas, hace difícil valorar la consistencia lote a lote. La Figura 7 muestra un enfoque válido para medir las impurezas y la variabilidad lote a lote de Polisorbato 80.
Pluronics
Los tensioactivos se usan generalmente para controlar o afectar la consistencia de mezclas, para alterar la tensión superficial y como ayuda en la mezcla de productos normalmente inmiscibles. Estos agentes existen en cuatro diferentes categorías cada uno con una forma de uso y actividad: anfotéricos (zwitteriónicos), catiónicos, aniónicos y no iónicos.
En cada categoría existen cientos de productos que ofrecen prácticamente cualquier rango de propiedades requeridas para una aplicación o uso específico.
Los polímeros Pluronic o poloxámeros, pertenecen a una clase especial de surfactantes no iónicos y consisten en un copolímero tribloque de una molécula de óxido de polipropileno unida a dos bloques polietileno. En la Figura 8 se muestra el análisis de cinco productos diferentes, L64, F68, F127, P85 y P123 con una fase móvil tamponada y un gradiente orgánico rápido.
Los pluronics eluyen con una ventana de retención de aproximadamente un minuto, con el gradiente ajustado para ofrecer la mejor resolución y forma de pico, manteniendo una única señal para cuantificar con la máxima sensibilidad.
Spans
Los Ésteres de Sorbitan (conocidos como Spans) son tensioactivos lipofílicos no iónicos usados frecuentemente con un polisorbato en proporciones variables para producir emulsiones de agua en aceite o de aceite en agua o cremas con una amplia variedad de texturas y consistencias. También se usan como emulsionantes y estabilizantes en productos alimentarios.
En US se ha aprobado Span 60 y 80 como aditivos alimentarios mientras que en EU el rango es mayor e incluye Span 20, 40, 60, 65 y 80. En la Figura 9 se muestra 3 concentracones de Span 80 (monooleato de sorbitan).
Lecitina
La Lecitina es una substancia grasa que se produce en tejidos animales y vegetales. Se usa como emulsionante en chocolate y aceites en spray para prevenir adherencias. Con el método que se detalla más abajo (ver Figura 10) se disolvieron tres muestras, se clarificaron y abalizaron, inclusive lecitina, una barrita de granola y aceite de krill.
Este método pudo determinar la cantidad de fosfatidilcolina en una muestra alimentaria, tanto en el ingrediente como en un producto natural nutracéutico con resultados acordes con el Método Oficial para Fosfolípidos de la American Oil Chemists’ Society (AOCS) con una sensibilidad LOQ de 20 ng en columna.
Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC)
La HPMC, a veces denominada hipromelosa o celulosa modificada, se usa como espesante de productos lácteos y ayuda a mejorar el sabor. HPMC es también un importante emulsionante usado en la industria farmacéutica. Con el método descrito en la Figura 11, se prepararon y analizaron dos muestras: un helado de paleta y un producto lácteo más complejo (ver Figura 9), cada uno conteniendo menos de 1% de HPMC. El HPMC se calibró en un rango amplio de concentraciones y el método es capaz de determinar el producto en dos productos alimentarios con una recuperación de 83% y un LOQ de 10 ng en columna.
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