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Aplicación 

Análisis rápido de acrilonitrilo en polímeros ABS usando un sistema de cromatografía con inversión de flujo (backflush)

Los residuos de solvente orgánico en materiales de envasado son un problema que recibe mucha atención debido a su relación con la seguridad alimenticia. Mientras que los envases de alimentos y sus materiales están sujetos a estándares controlados a través de diferentes ensayos, la preocupación por la seguridad ha extendido el análisis incluso a sustancias que no figuran entre los estándares de control. Un ejemplo de estas sustancias es el acrilonitrilo, controlado como cancerígeno por los organismos regulatorios de Europa y Estados Unidos

Los residuos de solvente orgánico en materiales de envasado son un problema que recibe mucha atención debido a su relación con la seguridad alimenticia. Mientras que los envases de alimentos y sus materiales están sujetos a estándares controlados a través de diferentes ensayos, la preocupación por la seguridad ha extendido el análisis incluso a sustancias que no figuran entre los estándares de control. Un ejemplo de estas sustancias es el acrilonitrilo, controlado como cancerígeno por los organismos regulatorios de Europa y Estados Unidos.

Para la medición GC de acrilonitrilo se utilizan detector de ionización de llama (FID) y detector termoiónico de llama (FTD), pero este análisis suele requerir demasiado tiempo por la presencia de sustancias con elevado punto de ebullición en el líquido extraído de materiales resinosos, que tardan mucho tiempo en salir de la columna.

Además, cuando se utiliza un FTD, también puede ser un problema la menor estabilidad y el deterioro del detector, dependiendo del solvente que se utilice.

Un sistema de cromatografía con backflush (retrolavado por inversión de flujo) es aquel en el que el flujo de gas portador se revierte tras la elución de los analitos desde la columna, de modo que las sustancias con elevado punto de ebullición son expulsadas del sistema a través del inyector (específicamente por la válvula del split). La eliminación de estas sustancias no sólo sirve para proteger la columna y evitar la contaminación del detector, sino que también permite reducir significativamente el tiempo de análisis.

A continuación se presenta un análisis rápido de acrilonitrilo basado en el uso de un sistema de cromatografía con backflush .

Sistema de cromatografía con backflush

En un sistema de cromatografía con backflush , se conecta en la salida de la columna de separación un elemento especial de backflush , que consiste en controlador de presión avanzado (APC) y un a accesorio de conexión. Este permite controlar la presión de la salida de la columna para que el flujo pueda revertirse.

Tras la detección de los analito, se pone en marcha la inversión de flujo, elevando la presión en el dispositivo de retrolavado, mientras que se reduce la presión en la unidad de inyección de la muestra, revirtiendo así el gradiente de presión efectivo durante el análisis normal. Como resultado, se revierte el flujo de gas portador, y los contaminantes residuales presentes en la columna son expulsados a través de la válvula de splits en la unidad de inyección. Esta técnica reduce el tiempo de análisis, protege la columna y evita la contaminación del detector.

Fig. 1: Cromatógrafo de gases con dispositivo de inversión de flujo Fig. 1: Cromatógrafo de gases con dispositivo de inversión de flujo

Método de análisis

El tratamiento previo de la muestra se realizó siguiendo los lineamientos indicados en “Food Sanitation Inspection Guidelines, Physics and Chemistry, 2005”.

La solución utilizada se preparó cortando una cuchara hecha de resina ABS en fragmentos de 5 mm y disolviéndolos en N,N-dimetilformamida. Se añadió una muestra estándar de acrilonitrilo a esta solución blanco para preparar una muestra de agregado patrón.

Para el análisis se utilizó una columna Rtx-WAX (30 m x 0,25 mm; D.I.: 0,25 ?m), y la muestra de agregado patrón se analizó mediante GC/FID y GC/FTD.

En la Fig. 2 se muestra un diagrama de flujo de la preparación de la muestra, y en la Tabla 1 se muestran las condiciones analíticas.












































ColumnaRtx-WAX (30 m x 0,25 mm D.I. df = 0,25 ?m)
Temperatura de columna50 ºC (1,0 min) - 10 ºC/min - 78 ºC - 20 ºC/min - 250 ºC
Temperatura de inyección250 ºC
Gas portadorHe
Método de inyecciónSplit 1:20
Presión de inyección146,2 kPa (3,8 min) - (? 400) kPa/min - 20 kPa (8,28 min)
Presión ACP50 kPa (3,8 min) - 400 kPa/min - 300 kPa (7,97 min)
Volumen inyectado1,0 ?L
DetectorFID ó FTD
Temperatura del detector250 ºC

Fig. 2: Preparación de una muestra de polímero ABS Fig. 2: Preparación de una muestra de polímero ABS

Análisis de una solución fortificada con acrilonitrilo

En la Fig. 3 se muestran los cromatogramas de la muestra de agregado patrón fortificada con el equivalente a 80 ppm de acrilonitrilo. En el primer análisis, en el que no se realizó la inversión de flujo, llevó cerca de 55 minutos calentar la columna a 250 ºC para eliminar los contaminantes residuales, resultando en un tiempo total de análisis de 60 minutos.

En el segundo, en cambio, tras la elución de acrilonitrilo en 3,8 minutos, se realizó el retrolavado durante 4,6 minutos para eliminar los solventes residuales y las sustancias con alto punto de ebullición. Esta técnica permite realizar análisis que típicamente llevarían una hora en sólo 12,4 minutos. Las condiciones analíticas utilizadas al aplicar el backflush se muestran en la Tabla 1.

Fig. 3: Cromatogramas GC/FID de una muestra fortificada con 80 ppm de acrilonitrilo Fig. 3: Cromatogramas GC/FID de una muestra fortificada con 80 ppm de acrilonitrilo

En la Fig. 4 se muestra el cromatograma obtenido a partir del análisis de una solución de muestra fortificada con 8 ppm de acrilonitrilo, utilizando backflushing con un detector FTD. Este detector garantiza una gran selectividad, así como una elevada sensibilidad con respecto a los compuestos nitrogenados. Sin embargo, componentes de la matriz y solventes pueden afectar la estabilidad del detector. Al realizar la inversión de flujo utilizando N,N-dimetilformamida como solvente, el tiempo de análisis se reduce y a su vez se evita deteriorar la estabilidad del detector.

Fig. 4: Cromatograma GC/FTD de una muestra fortificada con 8 ppm de acrilonitrilo Fig. 4: Cromatograma GC/FTD de una muestra fortificada con 8 ppm de acrilonitrilo

Además, la efectividad de la inversión de flujo para eliminar contaminantes indeseados puede verificarse por la ausencia de picos en el análisis de la muestra blanco.

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