Espectrometría de masas, una herramienta eficaz para la caracterización de muestras complejas
La producción de materiales plásticos requiere de diversos componentes como monómeros, plastificantes, estabilizantes, clarificantes o filtros de protección ultravioleta, entre otros, y su composición final se determina en función de los requerimientos del producto final.
Un factor común que rodea al mundo de los plásticos es el control de su calidad: desde el cumplimiento de una ficha técnica a verificar el cumplimiento de especificaciones o legislaciones necesarias según el uso final e, incluso, detectar alteraciones organolépticas o defectos en sus propiedades.
Para ello, una de las técnicas empleadas es la cromatografía ya que permite la separación de los componentes, mayoritarios o minoritarios, y su posterior detección y cuantificación. Para ello en AIMPLAS se emplea la cromatografía gaseosa o líquida, en función de la naturaleza de los compuestos de análisis. A estas técnicas se acoplan diferentes tipos de detectores: ionización en llama, absorbancia ultravioleta-visible, índice de refracción, viscosímetro o espectrometría de masas.
La espectrometría de masas permite la detección, identificación y cuantificación de compuestos orgánicos en muestras de diversa índole. Este tipo de detector proporciona identificaciones más fiables de compuestos presentes en los plásticos, así como la disminución de límites de detección con tal de ajustarse a las necesidades de los clientes y las regulaciones vigentes.
A continuación, se detallan algunos ejemplos de equipos que llevan acoplada esta ventajosa técnica.
Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas con inyector de líquidos y espacio de cabeza
La cromatografía de gases puede ser empleada para la detección de compuestos volátiles y semivolátiles. Para la medición de compuestos orgánicos volátiles (VOC, por sus siglas en inglés) se emplea el muestreador de espacio de cabeza, donde la muestra es introducida en un vial específico y sometida a un ligero calentamiento (máximo 150ºC) durante el tiempo deseado. En el espacio de cabeza del vial se desprenden los compuestos que se van volatilizando, los cuales son recogidos por una jeringa termostatizada e inyectados en el equipo.
En el caso de los compuestos orgánicos semivolátiles (SVOC, por sus siglas en inglés), se lleva a cabo un tratamiento de la muestra con tal de obtener una matriz líquida, acuosa u orgánica que se introduce directamente en el equipo. El tratamiento de la muestra se realiza en función de la naturaleza de los compuestos buscados, pudiendo variar entre extracción por disolución-precipitación del polímero, extracción por lavado con disolventes polares y apolares o migración tras el contacto con simulantes alimentarios.
Esta técnica puede ser empleada para el análisis de ensayos dirigidos cuyo límite de detección es del orden de partes por billón (es decir, nanogramos por kilogramo de muestra). Un ejemplo de ello son las verificaciones de compuestos para el cumplimiento del Reglamento (EU) 10/2011 sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos, para determinar la presencia de contaminantes como los ftalatos o el benceno, para dar cumplimiento del REACH o la certificación Blue Angel, entre otros.
Además, el equipo ofrece otra modalidad que consiste en ensayos no dirigidos, también conocidos comúnmente en inglés como screening. En este caso, se realiza un barrido de todas las masas y compuestos detectables, lo cual es útil para conocer la composición de la muestra, detectar diferencias entre muestras OK y no OK o para el cumplimiento del Reglamento (EU) 10/2011 para conocer las sustancias no añadidas intencionadamente o NIAS, por sus siglas en inglés.
Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas con termodesorción
La cromatografía gaseosa con termodesorción se puede emplear para la detección y semicuantificación de compuestos presentes en los plásticos, tanto volátiles como semivolátiles.
La técnica consiste en la introducción de unos miligramos de muestra en un tubo de termodesorción, el cual es calentado hasta aproximadamente 300ºC. Los compuestos desprendidos se inyectan en el equipo donde se hace un screening con tal de detectar los compuestos presentes en la muestra.
Un ejemplo de la utilidad de este tipo de equipo es para verificar las emisiones producidas por los materiales plásticos utilizados en el interior de los vehículos o para conocer compuestos desprendidos en la producción de los plásticos bajo petición del cliente.
Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas con pirolizador
Este último tipo de cromatografía gaseosa es la que emplea como muestreador un pirolizador. La pirólisis es un proceso que descompone térmicamente materiales orgánicos en ausencia de oxígeno. Bajo estas condiciones, los materiales se someten a altas temperaturas, generalmente entre 300°C y 800°C, sin que se produzcan reacciones de combustión.
Esta técnica es especialmente útil para el análisis de materiales desde su fracción volátil hasta su fracción no volátil. Con ello, se pueden relacionar los compuestos de degradación con un determinado polímero y una serie de aditivos presentes en el material, sin necesidad de emplear varios equipos en el análisis de cada fracción de compuestos en función de su volatilidad. Otra ventaja de este análisis es la cantidad de muestra necesario, puesto que con unos pocos miligramos se podría realizar el análisis.
La utilidad de este equipo reside en el análisis de defectos de piezas con tal observar diferencias en la concentración o tipología de los aditivos, la caracterización de materiales con tal de proporcionar la composición química o la identificación de microplásticos en muestras de distinta índole como aguas de consumo u otras matrices ambientales.
Cromatografía líquida de alto rendimiento acoplada a espectrometría de masas en tándem
La cromatografía líquida se emplea para analizar compuestos de naturaleza menos volátil, los cuales son extraídos de la muestra de la forma más apropiada en función de sus características. Para ello, es necesario conocer previamente qué compuestos se quieren medir, con tal de optimizar las condiciones del equipo necesarias como energías de colisión o fragmentos de ruptura tras la ionización de los compuestos. Por lo tanto, se trata de un equipo enfocado principalmente a realizar ensayos dirigidos de compuestos minoritarios en las muestras.
Cuando se acopla a este equipo una espectrometría de masas en tándem como puede ser la de triple cuadrupolo, se consiguen disminuir los límites detección notablemente, alcanzando partes por billón o trillón. Un ejemplo de esta aplicación es el análisis de aminas aromáticas primarias en materiales destinados al uso alimentario, sustancias perfluoroalquiladas (PFAS, por sus siglas en inglés), plaguicidas, nitrosaminas o fármacos.
Cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas de tiempo de vuelo
La cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas de tiempo de vuelo se emplea para realizar screening de sustancias no volátiles presentes en los materiales plásticos. Gracias a su elevada sensibilidad, es un equipo ideal para la búsqueda de compuestos desconocidos y para llevar a cabo elucidaciones estructurales. La detección de los compuestos se basa en su separación por el tiempo de vuelo, con lo que se obtiene la masa exacta del compuesto ionizado.
Se puede elegir la modalidad en función de la naturaleza de las sustancias de análisis o combinar los resultados de ambas en caso de desconocimiento de las sustancias presentes.
Ejemplos de su aplicación son la búsqueda de sustancias no añadidas intencionadamente en los envases alimentarios o cosméticos o los ensayos de extraíbles y lixiviados para el sector farmacéutico.
En AIMPLAS disponemos de una gran variedad de equipos de cromatografía gaseosa y líquida acoplados a detectores de espectrometría de masas, para poder dar mejor soporte en aquellos análisis que requieran de detección, identificación y cuantificación de compuestos orgánicos a niveles traza o ultratraza.
Lorena Pla Muñoz – Chromatography Laboratory