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Nota 

Detección rápida y no invasiva de metanol en gel a través de espectroscopia Raman (TruScan)

Este estudio, llevado a cabo por el Lic. Diego Grassi y el Dr. Fernando Iñón (División Investigación y Desarrollo de JENCK S.A), comenzó con el objetivo de evaluar la factibilidad del desarrollo de un método rápido de identificación de alcohol en gel a base de metanol mediante espectroscopia Raman. El mismo se divide en 2 fases, la primera consistente en adquirir espectros Raman de materias primas para la elaboración de alcohol gel así como de muestras artificiales, incluyendo alcohol gel en base metanol, y muestras comerciales adquiridas en el mercado. La segunda fase es la generación de un método automático de identificación de alcohol gel en base a etanol y un segundo método en identificación de alcohol gel a base de metanol (producto ilegítimo).

Durante el desarrollo del proyecto se identificó una muestra comercial a base de metanol, lo que llevó a generar una denuncia ante las autoridades competentes teniendo en cuenta el riesgo a la salud pública que implica la comercialización de gel de alcohol metílico en vez de alcohol gel.

Materiales utilizados

Los materiales en estudio comprenden solventes puros (etanol y metanol), componentes típicos de los geles (carbopol, trietanolamina, glicerina), muestras artificialmente preparadas de geles de alcohol etílico y metílico al 70%, y muestras comerciales colectadas anónimamente por empleados de Jenck. La tabla 1 muestra la asignación de nombres y composición de cada muestra (AG=alcohol gel).

ID Categoría Descripción Proveedor
AG1 AG comercial AG Farmacity
AG2 AG comercial AG BacterClin
AG3 AG comercial AG Espadol
AG4 AG comercial AG Valot + Espadol
AG5 AG comercial AG VZ
AG6 AG comercial AG Valot (envase 1)
AG7 AG comercial AG Valot (envase 2)
AG8 AG comercial AG Miradror (envase 1)
AG9 AG comercial AG Miradror (envase 2)
AG10 Materia prima MeOH
AG11 Materia prima EtOH
AG12 Materia prima MeOH + EtOH
AG13 Materia prima Agua
AG14 Materia prima Isopropanol
AG15 AG sintético Gel EtOH Laboratorio
AG16 AG sintético Gel MeOH Laboratorio
AG17 AG sintético Gel de MeOH + EtOH
AG18 Materia prima Carbopol
AG19 Materia prima Trietanolamina
AG20 Materia prima Glicerina
AG21 AG sintético Gel MeOH Elaboración Propia
AG22 AG sintético Gel MeOH Elaboración Propia
AG23 AG sintético Gel MeOH Elaboración Propia
AG24 AG sintético Gel MeOH Elaboración Propia
AG25 AG comercial AG Biacol
AG26 AG comercial AG
AG27 AG comercial AG Eborcol
AG28 AG comercial AG Lisboa

Procedimiento utilizado

Para adquirir los espectros se transfirieron a viales con tapa a rosca alícuotas de aproximadamente 2 mL de materias primas, alcohol gel, muestras artificiales a base de etanol y metanol, y muestras comerciales adquiridas en el mercado. Cabe aclarar que este procedimiento de transferencia de una alícuota al vial no será necesario realizarla una vez desarrollado el método final de identificación (fase 2 del proyecto), puesto que la detección se puede realizar a través del contenedor primario del producto.

El espectro Raman de cada muestra se adquirió utilizando un equipo TruScan (Ahura, comercializado localmente por nuestra empresa) entre 250 y 3000 cm-1. Cada análisis dura menos de 1 minuto.

Dado que la espectroscopia Raman brinda espectros con características espectrales que permiten la identificación de sustancias en forma sencilla, la comparación de los espectros fue visual en primera instancia, realizando un análisis de componentes principales para lograr una agrupación de la muestras como un segundo paso. Por otro lado, se está procediendo a la generación de métodos automáticos programados en el mismo TruScan (fase 2).

Resultados

El siguiente gráfico muestra el espectro Raman obtenido para etanol y metanol como solventes puros. Como puede verse, ambos espectros son bien distintivos. El etanol puede caracterizarse por una banda principal de dispersión en 880 cm-1, un doblete en 1055 cm-1 y 1095 cm-1, y un pico característico a 435 cm-1. En cambio, el metanol se caracteriza por una banda principal de dispersión en 1025 cm-1 y un pequeño pico a 1450 cm-1, montado sobre una banda ancha.

Figura 1: espectro Raman de los solventes puros](//public.jenck.com/notijenck/uploads/2009/09/nuevo-11-560x330.png)
Figura 1: espectro Raman de los solventes puros

Las formulaciones de alcohol gel normalmente llevan 0,17g/100mL de carbopol, 0,1g/100mL de trietanolamina, 1mL/100mL de glicerina más un 70% final de etanol. Cuando se comparan los espectros Raman de dichas formulaciones con el espectro del etanol (Figura 2) puede verse que los picos de dispersión propios del etanol siguen siendo perfectamente discriminados. Los otros componentes aportan algunas bandas extra y generan una emisión en forma de banda ancha entre 1100 y 2100 cm-1, que se interpreta por una variación de la línea de base, pero no impide la detección de las bandas propias del etanol. Esto se debe principalmente a que el etanol se encuentra en mayor proporción, sumado al hecho de que su actividad Raman es mayor que la de la mayoría de los componentes presentes en las formulaciones sintéticas y comerciales.

Figura 2: Espectro Raman de un alcohol gel de etanol y del solvente
Figura 2: Espectro Raman de un alcohol gel de etanol y del solvente

En el caso del gel realizado con metanol, la discriminación del solvente también es evidente (Figura 3). Las contribuciones al espectro de los demás componentes del gel no impiden la clara discriminación de la presencia de metanol.

Figura 3: Espectro Raman de un alcohol gel de metanol y del solvente
Figura 3: Espectro Raman de un alcohol gel de metanol y del solvente

Hasta aquí puede verse que es factible la discriminación del solvente base en el gel. Ahora, si se compara un gel fabricado a base de metanol con uno realizado con etanol (Figura 4), la diferencia es evidente, distinguiéndose entre sí perfectamente a partir del espectro en base a las bandas características de cada solvente.

Figura 4: Espectro Raman de un alcohol gel de metanol y de otro con etanol
Figura 4: Espectro Raman de un alcohol gel de metanol y de otro con etanol

Habiendo asegurado la capacidad de distinguir geles constituidos a partir de etanol y de metanol, se procedió a evaluar muestras comerciales. De todas las ensayadas, sólo una, la identificada como Lisboa (AG28), ha sido identificada como gel de metanol. Como puede verse en la Figura 5, la presencia del metanol y la ausencia del etanol son evidentes.

Figura 5: Espectro Raman muestra comercial a base de metanol
Figura 5: Espectro Raman muestra comercial a base de metanol

En base a los espectros adquiridos de las muestras comerciales y artificiales, se procedió a realizar un análisis de componentes principales (PCA). Para este análisis se construye una matriz numérica, donde cada fila representa una muestra y las columnas el desplazamiento Raman (número de onda): en la intersección de una fila y una columna se encuentra la señal obtenida para la muestra representada en dicha fila al número de onda indicado por la columna, es decir, en cada fila se coloca el espectro Raman de una muestra. El análisis busca explicar la variabilidad numérica en dicha matriz (esto es, en los espectros obtenidos para todas las muestras) en base a la construcción de nuevas variables (denominadas componentes principales, PC). Dichos componentes se obtienen a partir de las variables originales (número de onda), a través de un procedimiento matemático estandarizado. Este análisis permite además la reconstrucción de los espectros originales de cada muestra a partir de los componentes principales, a través de la multiplicación de cada componente por un número (score, calculado para cada muestra) y una posterior suma. A partir de este análisis es factible, a su vez, visualizar si las diferentes muestras analizadas presentan agrupamientos naturales cuando se grafican los scores de cada muestra sobre dichos componentes. En caso de evidenciar agrupamiento, es factible explicarlo mediante la interpretación química de los componentes.

En el caso de este estudio, con sólo 2 componentes principales es factible explicar el 95% de la varianza espectral de todas las muestras. La Figura 6 presenta el grafico de los scores de cada muestra sobre cada componente, y permite evidenciar el agrupamiento natural obtenido. Como puede verse existe una clara diferenciación entre los geles de alcohol etílico y metílico, localizándose la muestra denominada “Lisboa” junto con los geles de alcohol metílico. Asimismo, puede observarse cómo las muestras que contienen una mezcla de etanol y metanol se sitúan en una zona intermedia del gráfico, lo que posibilita su diferenciación.

Figura 6: Scores de PC1 y PC2.
Figura 6: Scores de PC1 y PC2.

En la Figura 7 se muestra la interpretación de los componentes principales en base al espectro de los solventes puros. A partir del mismo se puede concluir que un score en el componente 1 (PC1) positivo está relacionado con el espectro de etanol, y un score negativo sobre dicho componente con el espectro de metanol. El componente 2 posiblemente esté tomando la contribución de los excipientes.

Figura 7. Loadings de PC1 y PC2 en función del número de onda.
Figura 7. Loadings de PC1 y PC2 en función del número de onda.

Conclusiones

Esta nota busca evidenciar la factibilidad de realizar un ensayo de identificación de gel de alcohol metílico (cosmético ilegítimo del alcohol gel) de modo no invasivo, a través de contenedores, por una unidad portátil de espectroscopia Raman. A partir de los datos obtenidos, el éxito de dicha identificación queda demostrado, lo que puede ser de gran utilidad en pesquisas de fármacos y cosméticos ilegítimos.

Es importante destacar que la información brindada con respecto a los análisis de componentes principales es adicional a fin de mostrar la capacidad discriminatoria entre geles a partir de espectros Raman. Esto no implica que se deba utilizar esta herramienta estadística para poder discriminar en campo geles de alcohol etílico y metílico. A través de la generación de un método de identificación en el instrumento, se puede saber si el material bajo estudio (medido directamente a través de su recipiente) es gel de etanol o no.

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