REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
INFORME INFORME DE PASANTIAS PA SANTIAS
“ Análisis Análisis Fisicoquímico por Métodos Métodos Convencionales e Instrumentales de Materia Prima, Producto en Proceso Proceso y Producto Terminado Terminado en en la Empresa”.
Presentado por:
Tutor Académico:
Br. José M. Morillo.
Prof. Elizabeth Perozo. Tutor Empresarial: Lic. Ada Estefanelli.
Octubre, 2008.
Resumen Las actividades dentro de la empresa se realizaron en el laboratorio fisicoquímico de control de calidad dentro del departamento técnico de la empresa Colgate-Palmolive C.A. La producción se clasifica en cuatro áreas, Cuidado Bucal (Crema Dental), Jabones, Detergentes (Axion Crema y ABC en polvo) y Líquidos (Ajax, Brisol, Axion Líquido, entre otros). Las pasantías se desarrollaron en el área de jabones donde se analizaban diariamente materias primas, productos intermedios y terminados. El objetivo era asegurar que el producto estuviese dentro de las especificaciones y mínimos requerimientos necesarios exigidos por la empresa. Dentro de los análisis rutinarios en cualquier Área se encontraba la determinación física de muestras y materia prima (Color, olor, textura); así como también un análisis por el FTIR o pH dependiendo de los requerimientos que cada una amerite. En la producción de jabones se encontraba la determinación del porcentaje (%) de insolubles. i nsolubles. Otro análisis de gran interés es la determinación del porcentaje de insaponificables tanto en la carga de blanqueo como en la salida de blanqueo del proceso. Los análisis de mayor relevancia en el área de jabones se basaban en la determinación del porcentaje porcentaje de TCC, Triclosán Triclosán y Vitamina E. E.
El método método
analítico empleado en la determinación de los mismos se realiza por Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). Los resultados obtenidos de los análisis se reportaban e interpretaban de acuerdo con las especificaciones del producto. Durante el período de pasantías se trabajó con variedad de equipos instrumentales y se trabajo con nuevas técnicas del laboratorio lo que permitió el desarrollo y consolidación de conocimientos adquiridos durante la carrera como licenciado en Química.
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Resumen Las actividades dentro de la empresa se realizaron en el laboratorio fisicoquímico de control de calidad dentro del departamento técnico de la empresa Colgate-Palmolive C.A. La producción se clasifica en cuatro áreas, Cuidado Bucal (Crema Dental), Jabones, Detergentes (Axion Crema y ABC en polvo) y Líquidos (Ajax, Brisol, Axion Líquido, entre otros). Las pasantías se desarrollaron en el área de jabones donde se analizaban diariamente materias primas, productos intermedios y terminados. El objetivo era asegurar que el producto estuviese dentro de las especificaciones y mínimos requerimientos necesarios exigidos por la empresa. Dentro de los análisis rutinarios en cualquier Área se encontraba la determinación física de muestras y materia prima (Color, olor, textura); así como también un análisis por el FTIR o pH dependiendo de los requerimientos que cada una amerite. En la producción de jabones se encontraba la determinación del porcentaje (%) de insolubles. i nsolubles. Otro análisis de gran interés es la determinación del porcentaje de insaponificables tanto en la carga de blanqueo como en la salida de blanqueo del proceso. Los análisis de mayor relevancia en el área de jabones se basaban en la determinación del porcentaje porcentaje de TCC, Triclosán Triclosán y Vitamina E. E.
El método método
analítico empleado en la determinación de los mismos se realiza por Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). Los resultados obtenidos de los análisis se reportaban e interpretaban de acuerdo con las especificaciones del producto. Durante el período de pasantías se trabajó con variedad de equipos instrumentales y se trabajo con nuevas técnicas del laboratorio lo que permitió el desarrollo y consolidación de conocimientos adquiridos durante la carrera como licenciado en Química.
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Índice
Introducción ........................ .............................................. ............................................ ............................................. ............................................. ......................... ... 3 Objetivos. ........................ .............................................. ............................................. ............................................. ............................................ ............................. ....... 4 Objetivo Objetivo General General.. ........................ ............................................... .............................................. .............................................. ................................... ............ 4 Objetivos Específicos. ...................... ............................................. .............................................. .............................................. .............................. ....... 4 Función en la Empresa ....................... .............................................. ............................................. ............................................ ............................. ....... 5 Cronograma de Actividades ....................... ............................................. ............................................. ............................................ ..................... 6 Marco Teórico ......................... ............................................... ............................................ ............................................. ............................................ ..................... 7 Definición de Términos....................... Términos.. ............................................ .............................................. .............................................. ........................... .... 7 Jabones y Fabricación Fabricación ........................ .............................................. ............................................. ............................................ ..................... 7 Materia Prima ......................... ............................................... ............................................ ............................................. ................................. .......... 8 Sebo ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ............................................ ............................. ....... 8 Grasa ........................ .............................................. ............................................ ............................................. ............................................. ......................... ... 8 Aceites....................... ............................................. ............................................ ............................................. ............................................. ......................... ... 9 Vitamina E ....................... .............................................. ............................................. ............................................ ........................................ .................. 9 Glicerina ....................... ............................................. ............................................ ............................................. .......................................... ................... 10 Triclosan ....................... ............................................. ............................................ ............................................. .......................................... ................... 11 Triclorocarbanilida (TCC) ........................ ............................................... ............................................. .................................. ............ 11 Definición de Fundamentos Fundamentos de Análisis, técnicas y Equipos Equipos Instrumentales ... ......... 12 Materia Insaponificable ......................... ............................................... ............................................ ...................................... ................ 12 Índice de Materia Insaponificable Insaponificable ........................ ............................................... ............................................. ........................ 12 Métodos Gravimétricos .......................... ................................................ ............................................ ...................................... ................ 13 Titulación Acido-Base ........................ .............................................. ............................................. .......................................... ................... 13 Titulación Yodométrica .......................... ................................................ ............................................ ...................................... ................ 14 Cromatografía Liquida de Alta Resolución (HPLC) .......................................... .......................................... 15 ............................................ ............................................. ............................................. ........................ 19 Metodología Experimental ...................... Color de de Saponificación. Saponificación. ........................ ............................................... ............................................... ............................................. ..................... 20 Determinación del Porcentaje (%) de Glicerina......................................................... Glicerina.... ..................................................... 20 Determinación del porcentaje de Insolubles............................................................... Insolubles.... ........................................................... 22 Determinación del Porcentaje de Insaponificables..................................................... Insaponificables.... ................................................. 23 Análisis de TCC /Triclosán /Triclosán y Vitamina E por HPLC. ............................................... ... ............................................ 24 Logros y Aprendizaje ........................ .............................................. ............................................ ............................................. ............................... ........ 25 Conclusiones .......................... ................................................ ............................................ ............................................. .......................................... ................... 26 Recomendaciones ........................ .............................................. ............................................. ............................................. .................................. ............ 27 Bibliografia ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ............................................ ........................... ..... 28 Anexos ......................... ................................................ ............................................. ............................................ ............................................. ............................... ........ 29
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Introducción La empresa Colgate Palmolive C.A. se ha dedicado a la fabricación de productos de consumo masivo para el cuidado del hogar y del cuerpo durante muchos años en Venezuela. Sus altos estándares de calidad, tecnología y seguridad la han hecho merecedora de prestigiosos reconocimientos. Con 62 años de trayectoria en la manufactura de sus productos. La empresa se clasifica en cuatros departamentos, las cuales son la producción de jabones, detergentes, cuidado bucal (Crema dental), líquidos (Ajax. Brisol, Axion) y una unidad de Soplado (plásticos). Entre los objetivos de la empresa se encuentra en ser reconocidos como líderes en Venezuela y Latinoamérica, ofreciendo productos y servicios de calidad mundial a través de la optimización de los procesos de manufactura, y del entrenamiento y desarrollo del personal, garantizando de este modo la calidad en todos los productos, tanto en Venezuela como el resto de las subsidiarias de Colgate Palmolive C.A., por tal motivo surgen las actividades y metas propuestas durante el período de mis pasantías dentro de la empresa. Los productos deben ser evaluados constantemente, tanto en cada una de las etapas de elaboración como ya terminados, a fin de verificar que tanto las propiedades físicas como químicas cumplan con las especificaciones de calidad establecidos. Antes de llevar los productos al mercado, los productos se someten a extensas pruebas profesionales y evaluaciones de seguridad. Siendo una compañía global en la elaboración de productos de consumo masivo, las normas de excelencia de Colgate Palmolive C.A. aseguran para los clientes la calidad y valor de los productos obtenidos, en cualquier parte del mundo donde se comercialicen.
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Objetivos Objetivo General
Realizar análisis fisicoquímico de materia prima, producto en proceso y producto terminado por métodos tradicionales e instrumentales a productos de cuidado personal (Jabones) conforme a los procedimientos operativos de la empresa Colgate-Palmolive C.A.; ubicados en el Edo. Carabobo, Venezuela.
Objetivos Específicos
•
Determinar el porcentaje de Glicerina presente en Jabón Húmedo por titulación Yodométrica.
•
Determinar el porcentaje de Humedad en materia prima y producto en proceso por método gravimétrico.
•
Determinar el porcentaje de materia Insaponificable en materia prima y producto en proceso por Extracciones Sucesivas.
Determinar el porcentaje de materia Insoluble presente en materia
•
prima y producto en proceso por métodos gravimétricos. •
Determinar el color de Blanqueo y/o Saponificación de materia prima por el tintómetro Lovibond.
Determinar el porcentaje de Acidez en materia prima por titulación
•
Acido-Base. Cuantificar el porcentaje de Triclorocarbanilida (TCC) presente en
•
productos terminados por Cromatografía Liquida de Alta Resolución (HPLC). •
Cuantificar el porcentaje de Triclosán presente en productos terminados por HPLC.
Cuantificar el porcentaje de Vitamina E presente en Productos
•
terminados por HPLC.
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Función en la Empresa El período de pasantías se desarrolló en el laboratorio Físico-Químico de control de calidad dentro del departamento técnico de la empresa ColgatePalmolive C.A. Mi función dentro de la empresa era de analista de control de calidad; diariamente se realizaban análisis de materia prima, producto en proceso y
producto terminado con el fin de resguardar y mantener los
parámetros de calidad de la producción de la empresa. Se llevaba un control del proceso global del producto; así como también una supervisión de los técnicos de manufactura dentro de la planta y de los reactivos, materiales y equipos empleados en los análisis.
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Cronograma de Actividades (Pasantías)
Semanas
LUNES
MARTES
MIERCOLES
JUEVES
VIERNES
Uso, 1 era y 2 da Semana (6-Agosto al 20-Agosto)
Identificación y análisis de Materia Prima por FTIR
Determinación
estandarización,
del % de
mantenimiento,
Glicerina en
instalación,
Jabón
operación
Húmedo.
desempeño de
Determinar el % Análisis de
de materia
Materia Prima
Insoluble en Materia prima
pH metro. 3ra y 4ta Semana (20-Agosto al 3-Septiembre) 5ta, 6ta y 7ma Semana (3-Septiembre al 24-Septiembre)
Determinación
Determinación
Determinación
Determinación de
de Vitamina E
de %
Vitamina E en
en productos
Saponificación
productos
terminados por
en materia
terminados por
HPLC.
prima
HPLC.
Determinación
Determinación del
Determinación
de color –
% de Humedad
de color –
Lovibond
en materia Prima.
Lovibond
Determinar el % de materia Insoluble en Materia prima.
8va y 9na
Determinación
Semana
del % de
(24-Septiembre
Humedad en
al
materia Prima.
8-Octubre)
Alcalinidad en
Determinación de
Jabones por
% Saponificación
titulación
en materia prima.
Acido- Base
de TCC y
12da Semana
resultados a
Triclosán en
(8-Octubre al
Cuaderno de
barra de
29- Octubre)
Control.
Jabones por HPLC
materia prima y productos terminados.
de % Saponificación en materia prima. Identificación y análisis de Materia Prima por FTIR.
del porcentaje
Determinación
(%) de
del % de
Glicerina por
Humedad en
método
materia Prima.
periodato.
Determinación Pasar
fusión a
Determinación
Determinación
Acidez Libre o
10ma, 11era y
de punto de
Pasar resultados a Cuaderno de Control.
Determinación
Determinación
física de
de TCC y
muestras
Triclosán en
(Color, olor,
barra de
textura y
Jabones por
forma).
HPLC
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Marco Teórico Definición de Términos (Materia Prim a, Produc to en proceso y Produ ctos Termin ados)
Jabones y Fabricación
La preparación del jabón es una de las más antiguas reacciones químicas conocidas. Durante siglos la elaboración de jabones fue una tarea casera empleándose para ello cenizas vegetales y grasas animales o vegetales. Posteriormente se sustituyó la ceniza por álcalis. Las grasas y aceites son ésteres formados por un alcohol más un ácido. Las sustancias grasas se descomponen al tratarlas con una disolución acuosa de álcalis (sosa sódica o potásica) produciéndose una reacción química denominada saponificación que da como resultado jabón y glicerina. Para que la saponificación se produzca es necesario agitar la mezcla de la grasa con la sosa. Si la sosa es sódica (hidróxido de sodio) se obtiene un jabón sólido y duro, si es potásica (hidróxido potásico) el jabón que se obtiene es blando o líquido (cremas jabonosas como las de afeitar). Una vez producida la saponificación se sala la mezcla para separar el jabón de la glicerina, se sigue con un proceso de cocción, de amasado, enfriamiento y secado lento. Los jabones industriales suelen contener además diferentes productos químicos y aditivos, como fosfatos, agentes espumantes o blanqueantes con el fin de incrementar su función limpiadora. Según el tipo de grasa utilizado, el proceso de fabricación seguido y los aditivos empleados se obtienen jabones de diferentes calidades. Los jabones son sales sódicas o potásicas de ácidos grasos superiores (que contienen 12 o más átomos de carbono). Sus moléculas están constituidas por dos partes, una apolar, formada por una cadena larga carbonada, como si fuera una cola, que es neutra y repele el agua (hidrófoba) pero atrae a la grasa (liposoluble). La otra parte, la cabeza, es polar y está
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formada por un extremo iónico cargado eléctricamente que es afín al agua (hidrófila). Materia Prima En la fabricación del jabón, los caracteres físicos y químicos del producto dependen directamente de las materias primas empleadas. De las grasas y aceites se emplean el sebo, la manteca, aceite de nueces, los residuos de la refinación y del endurecimiento de aceites de semilla y algunos aceites marinos Sebo El sebo se utiliza en la fabricación de jabones en mayor cantidad que cualquier otra grasa. Se obtiene fundiendo grasas de ganado vacuno, lanar, caballar, etc., y se clasifica en dos grados comerciales: comestible y no comestible. La mayor parte del sebo utilizado es no comestible. Los sebos se clasifican según su color, su título, su porcentaje de ácidos grasos libres y su contenido de humedad, materia insoluble y materia insaponificable. El título del sebo crudo es un factor importante para determinar la calidad del sebo y la dureza del jabón que éste producirá. El título se define como el punto de solidificación de los ácidos grasos contenidos en el sebo, expresado en grados centígrados. Una grasa cuyo título excede los 40ºC, se clasifica como sebo, y hasta 40ºC se considera como grasa o manteca. El contenido de humedad, materia insoluble y materia insaponificable es material que no produce jabón. El sebo de alto título produce jabones duros y el de título bajo, jabones blandos. Grasa
La grasa o manteca ocupa el segundo lugar en importancia entre las materias grasas utilizadas para producir jabón. La grasa pocas veces se utiliza sola en las calderas de saponificación; generalmente se utiliza combinada con el sebo. Los jabones hechos con manteca son algo más blandos que los fabricados con sebo y no tienen el olor y la estabilidad peculiares de los 8
fabricados con sebo. La manteca contiene mayor porcentaje de ácidos grasos sin saturar que el sebo.
Aceites
Estos aceites, a saber: de coco, de palma, marinos, de oliva, de cacahuate, de maíz, o de sésamo, se utilizan combinados con las grasas ordinarias utilizadas en la fabricación de jabón. Se utilizan para jabones especiales con propiedades distintas a las de los jabones comunes. Estos jabones no tienen mucha salida debido a que son muy caros por las materias primas utilizadas.
Vitamina E
Es una vitamina liposoluble (se disuelven en las grasas, por lo tanto se encuentran asociadas a las grasas de la dieta, y se depositan en las grasas de nuestro organismo) que existe en ocho diferentes formas. Cada forma posee su propia actividad biológica la cual es medida por la potencia o uso funcional en el cuerpo. Alfa-tocoferol (a-tocoferol) es el nombre de la forma de Vitamina E más activa en los humanos. Es también un poderoso antioxidante biológico. La Vitamina E en suplementos es generalmente vendida como alfa-tocoferil acetato, una forma que protege su capacidad para funcionar como un antioxidante. La forma sintética es etiquetada "D, L" mientras que la forma natural es etiquetada "D". La forma sintética solo es la mitad de activa que la forma natural .
Imagen # 1: Estructura de Vitamina E.
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Los antioxidantes, tales como la vitamina E, actúan para proteger las células contra los efectos de los radicales libres, los cuales son potencialmente dañinos. Los radicales libres pueden dañar las células y contribuir al desarrollo de enfermedades cardiovasculares y cáncer. Estudios que se están llevando a cabo para determinar si la Vitamina E, a través de su habilidad para limitar la producción de radicales libres, podrían ayudar a prevenir o retrasar el desarrollo de estas enfermedades crónicas. La Vitamina E también se ha demostrado que juega un papel en la función del sistema inmunológico, en la reparación de ADN, y otros procesos del metabolismo.
Glicerina
La Glicerina es una sustancia incolora, con un sabor dulce a alcohol, de fórmula C3H8O3 (1,2,3-propanotriol), y densidad relativa de 1,26. Tiene un punto de ebullición de 290 °C y un punto de fusión de 18 °C. La glicerina líquida es resistente a la congelación, pero puede cristalizar a baja temperatura. Es soluble en agua en cualquier proporción, y se disuelve en alcohol, pero es insoluble en éter y muchos otros disolventes orgánicos. Las grasas y aceites simples son ésteres de ácidos grasos y glicerina. Una vez obtenida como producto secundario en la fabricación del jabón después de haber tratado las grasas y aceites con álcali, la glicerina bruta se purifica por destilación. El uso más frecuente de la glicerina es la elaboración de resinas alquídicas. Otras aplicaciones son la fabricación de medicinas y artículos de aseo, como pasta de dientes; como agente plastificante para el celofán y como agente humidificante de productos derivados del tabaco. Dado que existen otros productos más baratos, solamente el 5% de la producción industrial de glicerina se destina a la fabricación de explosivos derivados de ella. Por su afinidad con el agua y su viscosidad, la glicerina se utiliza para la tinta de los tampones de sellar. También se usa para lubricar la maquinaria que bombea los productos del petróleo, debido a su resistencia a disolverse en los líquidos del petróleo. Por su alta viscosidad y ausencia de toxicidad, la glicerina es un excelente lubricante para las máquinas procesadoras de alimentos. 10
Triclosán Es un potente agente antibacteriano y fungicida. En condiciones normales se trata de un sólido incoloro con un ligero olor a fenol.
Imagen #2: Triclosán. El triclosán es poco soluble en agua, pero se disuelve en presencia de bases, por ejemplo en NaOH 1N. Además es soluble en etanol, cloroformo y muchos disolventes orgánicos. Esta presente en muchos productos cosméticos ( jabones, desodorantes, pastas de dientes, etc.) como agente desinfectante. Además un número creciente de productos destinados al consumidor final están impregnados de triclosán. En el medio ambiente, el triclosán puede ser degradado por microorganismos o reaccionando con la luz del sol dando lugar a compuestos entre los cuales se encuentran clorofenoles y dioxinas.
Triclorocarbanilida (TCC)
Las anilidas (triclorocarbanilida) son amidas aromáticas derivadas de la anilina por sustitución del H del grupo N2 con un radical carboxílico. Propiedades El TCC, es un polco o cristal blanco, insoluble en agua pero soluble en grasas. Es utilizado en forma de polvo, solución, pomada y jabón. Tiene acción sinérgica con los detergentes. Otros nombres con los que es conocido, son: 3,4,4,-Triclorocarbanilida o N-(4-clorofenil)-N`- (3,4-diclorofenil) Urea. El triclorocarbán tiene una acción bactericida contra bacterias grampositivas y menor frente a bacterias grammnegativas y hongos.
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Imagen #3: Estructura de una molécula Triclorocarbananilida. Usos del triclorocarbán Es
utilizado
como
agente
antibacteriano
y
antimicótico
en
desinfectantes, formando parte de los jabones para la antisepsia de la piel y en desodorantes. Se utiliza extensamente en jabón del tocador, shampoo, crema de ducha, y muchos otros productos del hogar.
Definición de Fundamentos de Análisis, técnicas y Equipos Instrumentales Materia Insaponificable Reacción de hidrólisis en medio alcalino que consiste en la descomposición de un éster en el alcohol y la sal alcalina del ácido carboxílico correspondientes. Es la reacción inversa a la esterificación. Muchos ácidos carboxílicos se encuentran en los productos naturales, pero no como ácidos libres, sino combinados con alcoholes, generalmente glicerina, en forma de ésteres. Así, la mayor parte de las grasas naturales son ésteres de la glicerina con ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga, por lo que se les suele llamar ácidos grasos. Por saponificación de estas grasas en una disolución acuosa de un álcali, como el hidróxido de sodio, se obtienen los jabones, que son las sales alcalinas de los ácidos grasos de cadena larga. Índice de Materia Insaponificable Se define como "índice de saponificación" de una grasa o de un éster en general, la cantidad de hidróxido de potasio, expresada en mg, que se precisa para saponificar un gramo de problema.
La reacción en conjunto es, por tanto: 12
RCOOR' + KOH RCOOK + R'OH, En el caso de las grasas, se produce el "jabón " y glicerina. El ácido acetilsalicílico, objeto de una de las alternativas de la práctica, reacciona como: C6 H4(COOH)(OCOCH3) +2KOH C6 H4(COOK)(OH) +CH3COOK+H2O
Métodos Gravimétricos El análisis gravimétrico está basado en la Ley de las proporciones definidas, que establece que, en cualquier compuesto puro, las proporciones en peso de los elementos constituyentes siempre son las mismas, y en la Ley de la consistencia de la composición, que establece que las masas de los elementos que toman parte en un cambio químico muestran una relación definida e invariable entre sí. El análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometría) de las reacciones químicas.
Titulación Acido-Base Las reacciones ácido-base son reacciones de neutralización entre los iones, que se producen al estar en contacto un ácido con una base obteniéndose una sal más agua. Un equivalente de un ácido neutraliza completa y precisamente un equivalente de una base, puesto que un mol H + reaccionará con un mol de OH -. 13
Esto significa que al mezclar volúmenes iguales de soluciones que tienen la misma normalidad llevara a una reacción completa entre sus solutos, un litro de ácido 1N neutralizará completamente un litro de base 1N porque un equivalente
de
ácido
reaccionara
con
un
equivalente
de
base.
Matemáticamente es posible determinar la cantidad de ácido que posee una disolución a partir de una cantidad de base conocida, o viceversa. Dicha técnica recibe el nombre de titulación por método volumétrico, volumetría ácido-base o reacción de neutralización. El pH en el punto de equivalencia de una reacción de neutralización es diferente según la fortaleza del ácido y/o la base que se neutraliza; en la mayoría de los casos el uso de indicadores visuales son empleado para determinar el punto de equivalencia en una reacción.
Titulación Yodométrica La yodometría es un método volumétrico indirecto, donde un exceso de iones yoduro son adicionados a una solución conteniendo el agente oxidante, que reaccionará produciendo una cantidad equivalente de yodo que será titulado con una solución estandarizada de tiosulfato de sodio. Este método volumétrico es fundamentado en la siguiente semireacción: Eº = 0,535 Volts Los iones yoduro son reductores débiles que reducen oxidantes fuertes, cuantitativamente. Los iones no son usados directamente como titulante por varias razones, entre ellas por la falta de un indicador visual apropiado y por lenta la velocidad de reacción. En la titulación yodométrica de agentes oxidantes, donde un exceso de yoduro está presente en la solución, no se debe demorar mucho para empezar la titulación del yodo. Si es necesario un periodo más grande de tiempo para completarse la reacción, el aire debe ser evacuado de la solución y la atmósfera en contacto con ella debe ser inerte. 14
El yodo es soluble en agua en la proporción de 0,001 mol L -1, a la temperatura ambiente, pero su solubilidad es aumentada en la presencia de iones yoduro. Así, la pérdida de yodo por volatilización es evitada por la adición de un gran exceso de iones yoduro, los cuales reaccionan con el yodo para formar iones triyoduro, según la ecuación:
K = 7,68 X 102 En titulaciones a una temperatura de aproximadamente 25ºC, las pérdidas de yodo por volatilización son despreciables si la solución contiene aproximadamente 4% m/v de yoduro de potasio.
Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC)
La cromatografía es un método muy utilizado en todas las ramas de la ciencia y que permite la separación, identificación y determinación de los componentes químicos en mezclas complejas. Ningún otro método de separación es tan potente y de aplicación tan general como la cromatografía. Descripción general de la cromatografía: Es difícil definir rigurosamente el término de cromatografía, ya que se ha aplicado ese nombre a varios sistemas y técnicas. Sin embargo, todos esos métodos tienen en común el uso de una fase estacionaria y una fase móvil. En todas las separaciones cromatográficas, la muestra se desplaza con una fase móvil, que puede ser un gas, un líquido o un fluido supercrítico. Esta fase móvil se hace pasar a través de una fase estacionaria con la que es inmiscible, y que se fija a una columna o a una superficie sólida. Las dos fases se eligen de tal forma, que los componentes de la muestra se distribuyen de modo distinto entre la fase móvil y la fase estacionaria. Aquellos componentes que son fuertemente retenidos por la fase estacionaria se mueven lentamente con el flujo de la fase móvil; por el contrario, los componentes que se unen débilmente a la fase estacionaria, se mueven con rapidez. Como consecuencia 15
de la distinta movilidad, los componentes de la muestra se separan en bandas o zonas discretas que pueden analizarse cualitativa y/o cuantitativamente. Cromatograma: Si colocamos un detector al final de la columna que responde a la concentración del soluto y se registra su señal en función del tiempo (o del volumen de fase móvil añadido) se obtiene una serie de picos que representan un grafico denominado cromatograma. Este grafico es útil tanto para el análisis cualitativo como cuantitativo. La posición de los picos en el eje del tiempo puede servir para identificar los componentes de la muestra; las áreas bajo los picos proporcionan una medida cuantitativa de la cantidad de cada componente. Tiempo de retención tR: Es el tiempo que transcurre después de la inyección de la muestra hasta que el pico de concentración del analito alcanza el detector; es el tiempo que tarda un compuesto en salir de la columna; es el tiempo que tarda en aparecer el máximo de un pico.
Figura #1. Cromatograma característico de una mezcla de dos componentes. El pico pequeño de la izquierda representa una especie que no se retiene en la columna, y de esta forma alcanza el detector casi inmediatamente después del inicio de la elución. Por tanto, su tiempo de retención tM es aproximadamente igual al tiempo que emplea una molécula de la fase móvil para pasar a través de la columna. Tipos de separación cromatográfica: 16
Los métodos cromatográficos se pueden clasificar de dos modos distintos. El primero de ellos se basa en la forma en que las fases estacionaria y móvil se ponen en contacto, diferenciándose así la cromatografía en columna de la cromatografía en plano o plana. En la cromatografía en columna, un tubo estrecho contiene la fase estacionaria a través de la cual hace se pasar la fase móvil por presión o gravedad. En la cromatografía en plano o plana, la fase estacionaria se fija sobre una placa plana o a los intersticios de un papel; en este caso la fase móvil se desplaza a través de la fase estacionaria por capilaridad o por efecto de la gravedad. Nos centraremos principalmente en la cromatografía en columna, y como ya hemos dicho la teoría que se desarrolle para la cromatografía en columna se adaptara también para la cromatografía plana. Otra clasificación más fundamental de los métodos cromatográficos se basa en el tipo de fase móvil y estacionaria, y en la clase de equilibrios implicados en la transferencia de los solutos entre las fases. La tabla a continuación refleja la relación de las tres clases generales de cromatografía: cromatografía de líquidos, cromatografía de gases y cromatografía de fluidos supercríticos. Como su nombre indica las fases móviles en las tres técnicas son, respectivamente, líquidos, gases y fluidos supercríticos. Hay que mencionar que solamente la cromatografía de líquidos es la que puede llevarse a cabo en columnas o sobre superficies planas; por otra parte, tanto la cromatografía de gases como la de fluidos supercríticos están restringidas a los procedimientos en columna, de tal modo que las paredes de la columna contienen la fase móvil.
Tabla # 1: Clasificación de los métodos cromatográficos en columna. 17
Cromatogr afía líquid a de alta resoluci ón (HPLC)
El HPLC (HIGH PERFORMANCE LIQUID CROMATOGRAPHY) o Cromatografía liquida de alta resolución, es una técnica cromatográfica usada para separar componentes usando una variedad de interacciones químicas entre el analito y la columna cromatográfica. Básicamente es un sistema compuesto de un reservorio de fase móvil, bomba, inyector, columna de separación y detector. El analito se pasa a través de una columna de la fase estacionaria bombeando la fase móvil liquida con alta presión. La muestra se introduce en pequeños volúmenes a la corriente de la fase móvil y allí se retarda por medio de interacciones químicas con la fase estacionaria mientras atraviesa la columna. El retardo se conoce como tiempo de retención, único para analito. Depende de la naturaleza del analito, de la fase estacionaria y de la composición de la fase móvil. Los solutos mas comunes usados en la fase móvil son combinaciones de agua purificada con líquidos orgánicos, los mas comunes son Metanol y Acetonitrilo, también suelen usarse sales y bufferes para contribuir a la 18
separación de componentes. También se usa el Acido Trifluoroacetico para actuar como formador de pares iónicos. Estas combinaciones introducen el concepto de gradiente de elución. Consiste en la variación de la composición de la fase móvil, para adaptarse a los diferentes analitos y conseguir mejores resultados. El gradiente separa la matriz del analito en función de la afinidad del analito por la composición de la fase móvil. Cada analito tiene un gradiente de elución óptimo para obtener la máxima separación de picos en el detector.
Metodología Experimental 19
Color de Saponificación.
Consiste en determinar el color de saponificación de producto en proceso (grasas y sebos) mediante un método tradicional, sencillo y efectivo con el fin de controlar que el producto final cumpla con las especificaciones. Equipo Utilizado: Tintómetro Lovibond.
Procedimiento. Pesar una cantidad de muestra fundida
Adicionar Alcohol reactivo
KOH (Solución acuosa 50 Mantener Reflujo Saponificación Completa (70ºC)
Leer Color Lovibond
Resultados. Se reporta el Color Observado en escala del 0 – 100 de color Amarillo, Rojo, Azul y Blanco; dependiendo del producto en proceso analizado.
Determi nación del Porcent aje (%) de Glicerina.
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El análisis empleado consiste en determinar el porcentaje de Glicerina presente en producto en proceso (Jabón Húmedo) por el método del ácido perIodico; el cual consiste en una titulación Yodométrica . Equipo Utilizado Titulador Dosimat Procedimiento. Pesar una pequeña cantidad de
Agua Caliente Disolver
Acido Acético lacial Añadir Enfriar
Transferir y aforrar en Balón de 500 mL
Sobrenadante
Separar Ácidos Grasos
Tomar Alícuota de 25 mL
Adicionar 25 mL Acido Periódico
Adicionar KI al 15 %
Nota: Reposar en la Oscuridad por 30 min.
Titular con Tiosulfato de
Reportar Resultado
Resultados. Se calcula el porcentaje obtenido
y se reporta dentro de las
especificaciones requeridas del analito. Solución Indicadora (almidón).
21
Determinación del porcentaje de Insolubles.
El objetivo del análisis se basa en determinar partículas extrañas y sustancia desconocidas insolubles en éter de petróleo. Procedimiento. Pesar Muestra Fundida
Adicionar Eter de Petróleo
Calentar
Disolver
Filtrar
Reportar Residuo
Resultados. Se calcula el porcentaje de materia insoluble en base el valor del peso obtenido y se reporta de acuerdo a las especificaciones del producto.
22
Determi nación d el Porcentaje de Insaponif icables.
El método de análisis consiste en determinar el porcentaje de materia insaponificable presente en el producto por un método gravimétrico. La materia insaponificable se encuentra frecuentemente disuelta en las grasas y aceites y no pueden ser saponificados por los álcalis cáusticos, pero son solubles en los solventes ordinarios. Procedimiento. Adicionar 25 ± 1 mL Alcohol Etílico Neutro
Adicionar 35 ± 1 mL KOH 2N
Pesar Muestra Fundida
Reflujo 1 hora
NOTA. Importante --- Saponificación completa
Lavar Balón con 40 ± 1 mL Alcohol Etílico Neutro
Transferir Cilindro de Extracción 500 ± 1 mL
Tapar y Agitar
Añadir 50 mL Éter de Petróleo
Completar con 50:50 Agua:Metanol 400 ± 1 mL Enfriar
Completar 80 ± 1 mL H2O
Lavar Balón con Éter de Petróleo
NOTA: Bien mezclado. Esperar separación de 2 capas.
Evaporar Éter de Petróleo Reportar Peso Obtenido
Resultados. Se calcula y reporta el porcentaje (%) de materia insaponificable por diferencia de pesos.
23
An áli si s d e TCC /Tri cl os án y Vit ami na E p or HPLC.
Equipo Cromatógrafo Líquido de Alta Resolución (HPLC) Procedimiento. Tratamiento de la Muestra
Ajustar Condiciones HPLC
Preparación de Estándares Estabilizar la Columna e inyectar Estándares Inyección de Muestras
Interpretación de Espectros Analizar y Reportar Resultados
Resultados. Se reporta y analiza el resultado de acuerdo con las especificaciones y análisis del producto.
24
Logros y Aprendizaje Las pasantías en la empresa Colgate-Palmolive C.A. resultaron ser muy gratificantes y de gran provecho; reforcé mis conocimientos y técnicas dentro del laboratorio adquiridas durante el desarrollo de mi carrera como licenciado en Química. Uno de los aspectos de mayor importancia fue el manejar equipos instrumentales de gran relevancia en el ámbito analítico. Análisis con el Cromatógrafo de Gases, Infrarrojo con transformada de Fourrier (FTIR), Cromatógrafo Liquido de Alta Resolución (HPLC), Infrarrojo Cercano (NIRS), pH metro, Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Color Lovibond, Karl Fischer; entre otros. El trabajo de equipo y una excelente organización permitió entre otras cosas llevar a cabo los análisis rutinarios y especiales; así como también el seguimiento a lo largo del proceso de todos los factores involucrado con el proceso.
25
Conclusiones El análisis por HPLC para Triclosán, Triclorocarbanilida y Vitamina E
•
resultaron ser muy precisos con un alto grado de confiabilidad.
•
Los resultados del porcentaje de saponificación, insolubles y humedad de la materia prima son factor determinante en la manufactura del producto en proceso y terminado.
•
El porcentaje de Glicerina presente en el jabón húmedo refleja el grado de avance de la reacción de saponificación llevada a cabo en el proceso.
El color de saponificación de las materias primas refleja el estado y
•
pureza del analito.
•
Los análisis del porcentaje de materia insoluble presente tanto en la carga y salida de blanqueo resultan ser de gran utilidad para el control y prevención de presencia de agentes externos; así como también el funcionamiento del filtro durante el proceso.
•
Tanto las materias primas, intermediarios como el producto final deben regirse dentro de las especificaciones para así constatar y asegurar al consumidor un producto de calidad y seguridad.
El período de las pasantías en la empresa Colgate-Palmolive C.A.
•
excedieron las expectativas esperadas; un cúmulo de conocimientos, técnicas y un gran equipo de trabajo trajo consigo el logro de los objetivos y metas propuestas.
26
Recomendaciones Realizar la determinación de Álcali y Acidez en materia prima por
•
Titulaciones Potenciométricas, la cual representa un factor respuesta y un resultado más preciso, minimizando errores de apreciación.
•
Realizar la determinación de % Humedad de materia prima por el equipo de medición de Humedad Karl Fischer, ya que representa un factor respuestas más corto y obtención de resultados más precisos.
Realizar la determinación del % de Triclorocarbanilida - Triclosán en
•
producto terminado por Infrarrojo Cercano (NIRS), el cual minimiza la cantidad de reactivos, el factor respuesta, la propagación de errores y costos. Establecer convenios Colgate-Palmolive
•
Universidad de Carabobo
↔
para Pasantes y trabajos de Investigación.
27
Bibliografía
•
“ Vitamin E and Vitamin E Acetate in finished product s” , Standard
Practice Instructions 1005-05, Colgate – Palmolive. USA -Sep 2008
•
“Fats and fatt y oil s – Colo r ”, Standard Practice Instructions 2354-8 USA-Diciembre 2000. , Colgate – Palmolive.
•
“ Fats
and
Oils-
Determination
of
Insoluble” ,
Standard Practice
Instructions 2362-7, Colgate – Palmolive. USA Jun 2004.
•
“Saponification values for fats, oils and mixes” , Standard Practice
Instructions 2368-10, Colgate – Palmolive. USA - Ene 2001.
•
“ Glycerine by Periodate Method” , Standard Practice Instructions 7009-5,
Colgate – Palmolive. USA- Abril 2006.
•
“ Triclo san and/or TCC in Bar Soap”, Standard Practice Instructions 9499-
05, Colgate – Palmolive. USA - Sep 2008.
•
EDGAR WOOLLATT. “The Manufacture of Soaps, Other Detergents and
Glycerine”, Edit. Ellis Horwood Limited 2da Edition New York, 1994
28
ANEXOS
29
Anexo # 1: Línea de Productos de Jabones. Linea Protex •
Protex Balance
•
Protex Suave
•
Protex Ultra
•
Protex Fresh
•
Protex DEO12
•
Protex Herbal
•
Protex Cream
•
Protex Sun Care
•
Protex Avena
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Anexo # 2: Diagrama de Proceso de Producción y manufactura de jabones en la empresa Colgate-Palmolive.
Aceite
Recepcion de Grasas y Acei tes
Almacen de Grasas y
Blanqueo
Refinacion Materiale s
Alm acenado de Vi ruta de J abon Saponificacion
Perfumes Colorantes
Secado
Preparado
Mezclado
Pre-Plodder
(Pre-Homogenizador)
Plodder
(Homogenizador)
Cortadora
Troqueladora
(Estampadora)
Envolvedora
Empaquetadora
(Ofertas 2X, 3X)
Mesa de Empaque
Selladora
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Anexo # 3: Cromatógrafo Líquido de Alta Resolución empleado en la Laboratorio Fisicoquímico.
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