instituto politÉcnico nacional valen… · instituto politÉcnico nacional escuela superior de...
TRANSCRIPT
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS
ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
TEMA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A
RIVAS VALENCIA IVETTE
ASESOR
DR. HERNANI YEE MADEIRA
OCTUBRE DE 2007
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
AGRADECIMIENTOS
Al INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
por haber sido parte integral de mi formación
profesional.
A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
por otorgarme los conocimientos de
Ingeniería Química de excelencia.
Al DR. HERNANI YEE MADEIRA por toda su
confianza, apoyo, consejos y ayuda para la
realización de este trabajo.
A la Profesora IQI LILIA PALACIOS
LAZCANO por sus conocimientos, paciencia
y tiempo brindados en esta investigación.
Al LABORATORIO DE ESPECTROCOSPÍA
MÖSSBAUER Y TÉCNICAS
COMPLEMENTARIAS de la ESCUELA
SUPERIOR DE FÍSICA Y MATEMÁTICAS por
brindarme el apoyo para la realización de
esta investigación.
I
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
AGRADECIMIENTOS
Al PROYECTO SEP-CONACYT No. 61541 por
los apoyos otorgados a la realización del
presente trabajo.
Al PROYECTO SIP 20070870 por otorgarme
los apoyos necesarios para la culminación de
este trabajo.
A mi PAPÁ, PATY, ANGEL, LEO por haberme
dado su cariño, comprensión y confianza en
toda mi formación profesional.
A mi gran ASESOR por que sin tu ayuda, tu
valioso tiempo, conocimientos y paciencia, no
hubiera podido realizar este excelente
trabajo.
II
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
♦ OBJETIVO GENERAL
Establecer sí existen diferencias en los componentes básicos de cinco
muestras de distintos costos de lápices labiales de una misma Empresa, mediante
el uso Técnicas Analíticas Instrumentales.
♦ OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar por espectroscopía de infrarrojo medio (IR), si los compuestos
orgánicos conocidos como el Aceite de Castor, Ceras (de Candelilla, de abeja y de
Carnauba) y Sulfato de Bario se encuentran presentes en las cinco muestras.
Determinar si la proporción de los compuestos orgánicos presentes en la
composición de un lápiz labial es mayor al 80% de su peso mediante el uso de la
Termogravimetría.
Determinar por medio del TGA-IR, cuantas especies orgánicas se encuentran
presentes en una perdida de peso mayor al 80%
Realizar un análisis de los resultados experimentales para saber si la
formulación básica de un lápiz labial es la clave para la determinación del precio al
usuario final.
III
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
RESUMEN
Los productos cosméticos, son los medios técnicos adecuados para el
mantenimiento y perfeccionamiento de la estética del cuerpo humano.
Los Lápices Labiales tienen como finalidad la estética del maquillaje y un
efecto protector; son moldeados en barras, esencialmente de ceras y aceites,
colorantes y varios aditivos; si estas características son las requeridas por los
lápices labiales ¿porqué existen labiales de una misma compañía con precios
distintos? (posiblemente sólo sea el tipo de envasado, o en realidad difieren en su
composición básica). El problema a resolver es el de determinar la diferencia
existente entre cinco muestras aleatorias y semejantes entre sí, que van desde
$6.90 hasta $49.90.
En el presente trabajo se plantea determinar dicha diferencia por medio de un
análisis químico instrumental cuyo fin es el identificar la composición básica de
dichos lápices labiales y, a partir de los resultados realizar un análisis y determinar
si el costo se encuentra relacionado con la composición básica de los mismos.
La identificación de los compuestos básicos se realizará por medio de la
espectroscopía de infrarrojo medio (FT-IR), para los compuestos orgánicos y para
los inorgánicos observables en ese rango de longitud de onda y por último la
Termogravimetría para la determinación de la pérdida de peso, que a su vez
tendrá un acople a un FT-IR, para la determinación de los compuestos orgánicos
involucrados en dicha pérdida.
En el Capítulo I se da una descripción de los cosméticos a lo largo de la
historia del hombre, a través de las diferentes culturas que han hecho uso de ellos
y su evolución; por otra parte se presenta la clasificación de los mismos y por
último se da un enfoque de las características de los lápices labiales.
En el capítulo II se presentan las técnicas de análisis químico instrumental en
las que se describe de manera breve los fundamentos, alcance, instrumentación y
IV
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
análisis cualitativo de cada una de ellas. Dichas técnicas son: Espectroscopía de
Infrarrojo Medio (FT-IR) y Termogravimetría (TGA) y una descripción del Acople
existente entre las mismas.
En el capítulo III se describen los pasos a seguir en la experimentación en
cada una de las técnicas para análisis de los lápices labiales, así como también el
tratamiento previo a la muestra de cada uno de los lápices labiales para su uso en
cada técnica.
En el Capítulo IV se realiza el análisis de los resultados de cada muestra, en
cada una de las técnicas utilizadas y la comparación de los espectrogramas de las
muestras analizadas con un patrón de referencia.
Finalmente se presentan las conclusiones en donde se determina la diferencia
existente entre los lápices labiales analizados. Además de la presentación de las
recomendaciones y del glosario de términos.
V
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
INTRODUCCIÓN
Los productos cosméticos, o simplemente cosméticos, son los medios técnicos
adecuados para el mantenimiento y perfeccionamiento de la estética del cuerpo
humano.
Los cosméticos de los labios tiene como finalidad la estética del maquillaje y
un efecto protector; son moldeados en barras, esencialmente compuestos de ceras
y aceites, que comprenden un excipiente, colorantes y varios aditivos.
Un buen lápiz labial debe tener las siguientes características:
Debe poseer una apariencia atractiva
Debe ser inocuo
Debe ser fácil aplicación
Si las características antes mencionadas son las mínimas requeridas para
tener un lápiz labial, por qué en el mercado existe tanta variedad en precios y
marcas; y también por que dentro de una misma compañía existen lápices labiales
de costos diferentes. El problema a resolver es el de determinar la composición
básica de cinco muestras semejantes entre sí (con respecto al color), de una
misma compañía, en donde la diferencia principal es el precio, que va desde $9.90
hasta $49.90 aproximadamente.
Por lo anterior, el análisis comparativo de los lápices labiales es determinante
para la identificación de la diferencia existente entre sus precios.
En el presente trabajo se plantea determinar dicha diferencia por medio de un
análisis químico instrumental cuyo fin es el identificar la composición básica de
dichos lápices labiales, y a partir de los resultados determinar cuál es el principal
factor de la diferencia existente de sus precios.
La identificación de los compuestos básicos se realizará por medio de la
espectroscopía de infrarrojo medio (FT – IR), la cual consiste en realizar una serie
de separaciones por medio de solventes (separaciones vía húmeda) y por otro lado
VI
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
haciendo uso de la termogravimetría acoplada al FT-IR, se determinará la pérdida
de peso y haciendo uso de los espectrogramas IR, se determinará cuantas
especies orgánicas se encuentran involucradas en dicha pérdida de peso, y en
cuánto contribuye cada especie.
VII
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CONTENIDO
Página
Agradecimientos
Objetivos
Resumen
Introducción
I
III
IV
VI
Capítulo I Introducción a la Cosmetología
1.1 Historia de la Cosmetología 1
5 1.2 Clasificación de los Cosméticos
1.3 Lápiz Labial 7
Capítulo II Introducción a las Técnicas de Análisis Instrumental
2.1 Espectro Electromagnético 11
2.2 Espectroscopía de Infrarrojo (FT-IR) 14
2.2.1 Fundamentos y alcance 16
2.2.2 Tratamiento de la muestra 19
2.2.3 Instrumentación 19
2.2.4 Análisis Cualitativo 26
2.3 Análisis Térmico 28
2.3.1 Clasificación 29
2.3.2 Análisis Termogravimétrico 31
2.3.3 Instrumentación 33
2.3.4 Análisis Cualitativo 36
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Capítulo III Experimentación
3.1 Condiciones de Experimentación 38
3.2 Espectroscopía de Infrarrojo (FT-IR) 43
3.3 Termogravimetría (TGA-IR) 44
Capítulo IV Análisis de los Resultados
4.1 Infrarrojo (FT-IR) 46
4.2 Acople TGA-IR 70
Conclusiones 76
Recomendaciones 78
Referencias 79
Glosario de Términos 83
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN A LA COSMETOLOGÍA
Para poder comprender mejor lo que ha sido la cosmetología para la
humanidad hay que ver como ésta ha estado presente en la historia. Una de las
cuestiones que tiene por objetivo este capítulo es ver la importancia de los
productos cosméticos para las diferentes culturas a través de la historia, también
dar a conocer de manera sencilla cómo se ha dado su evolución, para llegar a los
cosméticos que se conocen en la actualidad.
1.1 HISTORIA DE LA COSMETOLOGÍA(17, 25, 26)
La gente se maquilla desde la antigüedad, de diferentes maneras y con
diferentes artilugios, pero, en el fondo, siempre surge la misma idea: estar más
atractivos mejorando el aspecto externo.
Los orígenes de la Cosmética se remontan a la prehistoria. Los productos de
que disponía la mujer de ese tiempo se limitaban, prácticamente, a la arcilla,
tierras de distintos pigmentos colorantes o toscos productos elaborados a partir de
grasas animales. El afeite más antiguo que se conoce estaba compuesto de sulfuro
de antimonio.
En la Biblia encontramos las primeras referencias escritas de la belleza en la
antigüedad. Dice así: "Jezabel adornó su cutis con afeites para seducir a Jehú y
para hablarle con mayores poderes de seducción". Otro ejemplo es el de Ester,
reina de Babilonia quien embellecía con afeites sus maravillosos ojos, hasta ser
considerada la mujer con los ojos más bellos que nunca existió.
En Egipto (1400 a.C.) la belleza era casi un culto, los ritos funerarios incluían
el dejar junto al difunto una serie de objetos entre los que se encontraban peines
de marfil, cremas, negro para los ojos, polvo, etc., dentro de pequeños recipientes
en los que estaban grabadas las instrucciones para su uso, tenían una especial
atención el cabello, la piel y los ojos. El cabello se teñía con henna, o bien se
1
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
rasuraba completamente para facilitar los continuos cambios de pelucas,
sumamente sofisticadas. Con ungüentos, afeites y baños perfumados o de leche
cuidaban de mantener una piel tersa y extremadamente suave. Los ojos se
remarcaban en negro, engrandeciendo y suavizando su forma natural. El carmín
de los labios, el blanco para restar viveza a la cara, el rojo-naranja para las
mejillas, eran productos extraídos de plantas y arbustos. Usaban antimonio para
cambiar el color de los párpados en azul y verde, realzando así más las pestañas.
Recientemente, se han descubierto en las tumbas de los faraones restos de
maquillaje que utilizaban para el rostro. Y asombrosamente, los estudios revelan
que esos productos cosméticos no son tan diferentes a los que se utilizan hoy en
día.
Grecia (400 a.C.) fue la civilización de la belleza, es así como Apolonio, en
uno de sus libros, explica que "en Atenas no hay mujeres viejas ni feas". La mayor
atención la prestaban al cuidado del cuerpo. Los cánones de belleza griega no
toleraban ni la grasa ni los senos voluminosos. Eran fanáticos de los baños,
siempre realizaban ejercicios antes y usaban agua fría. También los masajes tenían
un papel importante ya que lograban que en el cuerpo no hubiera rastro alguno de
grasa y que se mantuviera la figura grácil y la piel tersa. Usaban todo tipo de
aceites, que se extraían de flores distintas, el cabello se cuidaba con tintes de
extractos naturales. El maquillaje se basaba en el color negro y azul para los ojos,
coloreaban sus mejillas con carmín y, los labios y las uñas se pintaban de un único
tono. Se consideraba que el color de la piel de la cara debía ser pálido, ya que era
reflejo inequívoco de pasión.
En el Imperio Romano (180 d.C.) la Cosmética constituyó una auténtica
obsesión. Tanto hombres como mujeres se depilaban, peinaban y maquillaban por
igual, debido a las conquistas territoriales romanas la belleza siempre estuvo bajo
diversas influencias; como por ejemplo, cuando Julio César conquistó tierras
germanas, las esclavas eran blancas y rubias, esto desató una locura de las
2
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
romanas por ser también rubias y blancas. Los baños termales eran muy populares
llegando a 900 sólo en Roma.
Durante los primeros siglos de la Edad Media los nobles no descuidaban la
higiene personal. En las ciudades los baños públicos eran visitados con frecuencia
por éstos, mientras que en los castillos las damas se bañaban en agua fría
perfumada con hierbas aromáticas. Pero a medida que la Edad Media avanzó,
estas costumbres se olvidaron. Los perfumes de fuerte olor sustituyeron poco a
poco a la más mínima higiene corporal.
En el Renacimiento se crea el primer gran laboratorio de productos
cosméticos y medicinales. El ideal de belleza consistía en tener un cuerpo de
formas muy curvadas, la frente alta y despejada, sin apenas cejas y la piel
blanquecina. Se escribieron los primeros tratados de belleza y se instaló el primer
Instituto de Belleza, a pesar de todo esto, la higiene dejaba mucho que desear,
sólo se lavaban sus manos una vez por semana y se peinaban de vez en cuando.
En el siglo XVIII, los labios tenían forma de corazón pequeño, se usaban
pelucas extravagantes y empolvadas, mejillas enrojecidas con exceso de colorete,
polvos en cuello y hombros, con lunares en cara y espalda. La época dorada de la
cosmética se inicia en este siglo con las más sofisticadas cremas, esencias y aguas.
A pesar que la higiene personal va aumentando poco a poco, los perfumes
continúan siendo imprescindibles para disimular los malos olores. En 1725,
Giovanni Maria Farina, en Alemania crea el “Agua de Colonia”.
Llega luego el Romanticismo y con él la languidez, los aires desvalidos, los
talles ceñidos y las minúsculas cinturas. Las pelucas desaparecen temporalmente
para dar paso a bucles realizados en las peluquerías.
En los inicios del siglo XIX surge el primer intento de eliminar las arrugas a
base de un invento mortificador al que llamaban el “esmaltado de la cara”, que
consistía en lavar la cara con un líquido alcalino. Después se extendía una pasta
para rellenar las arrugas, y encima se colocaba una capa de esmalte hecha con
3
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
arsénico y plomo, que duraba aproximadamente un año. Si la máscara era muy
gruesa, se agrietaba al menor movimiento y, desde luego, era lo más insano e
incómodo de llevar. A mediados del siglo, supone el inicio del maquillaje moderno.
Aparece por primera vez el rojo de labios, concretamente en el año 1880, que
consistía en una pomada compuesta por mantequilla fresca, cera de abeja, raíces
de un colorante natural (orcaneta) y racimos de uvas negras sin pulpa, que
coloreaba sin producir efectos secundarios.
En la India hasta el día de hoy, los niños se pintan los ojos con kohol por sus
poderes desinfectantes y; también se usan las flores y el azafrán en diferentes
productos de belleza y en ritos religiosos.
En China los cánones estéticos se basaban en una mujer delicadamente
maquillada y con un cutis cuidado al máximo. El maquillaje consistía en finos
polvos de color rozado, rojo o anaranjado y los ojos se subrayaban con
bastoncillos untados en tinta china. Se usaban cremas elaboradas con pulpas de
frutas, aceites de té o grasas animales, los perfumes provenían de flores.
Hoy, el maquillaje se utiliza como “arma” de seducción. Es indudable que es
más atractivo un rostro bien maquillado, porque se pueden realzar los rasgos más
bonitos y esconder los menos agraciados.
Desde entonces hasta hoy, la cosmética ha dado un vuelco de 180˚ y nos
encontramos con un inmenso mercado dedicado sobre todo a la mujer y a mejorar
su imagen con toda clase de productos elaborados en forma industrial.
Actualmente la Cosmética tiene carácter científico y desde la limpieza de cutis
con aplicaciones de rayos ultravioleta o vapores de ozono, la incorporación del
rayo láser para muchos tratamientos, o los tratamientos anticelulíticos con alta
tecnología, vemos cómo en la Cosmética actual y prácticamente en todos los
terrenos se hace imprescindible la aplicación de técnicas científicas de primer
orden.
4
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS COSMÉTICOS(17,18,23)
Los productos cosméticos, o simplemente cosméticos, son los medios técnicos
adecuados para el mantenimiento y perfeccionamiento de la estética en el ser
humano.
El uso correcto de los cosméticos se desglosa en dos partes:
Cuidados de la piel, que tiene por objeto el mantenimiento de una piel
suave, flexible, limpia y la prevención de efectos secundarios debidos a
causas externas, tales como exposición excesiva al frío, calor, sol, viento,
etc.
Decoración, para producir una apariencia agradable, minimizando los
defectos faciales de color o contorno y mejorándola, y prestando atención
hacia mejores rasgos.
Las zonas anatómicas de acción son el cutis y sus producciones córneas y
glandulares, los órganos accesorios de los ojos, el vestíbulo y la cavidad bucal, y
por último la zona perineal.
La clasificación sistemática de los cosméticos, tomando como referencia la
zona de aplicación, comprende:
Cosméticos cutáneos
Cosméticos de las producciones cutáneas, destinados a las producciones
córneas (vello, barba y bigote, cabello, uñas), glandulares (emuntorio
cutáneo y perineal) y pigmentarias (melanina)
Cosméticos del vestíbulo y de la cavidad bucal (labios, dientes, cavidad
bucal propiamente dicha)
Cosméticos de los ojos (párpados, pestañas, cejas, zona periocular).
Las principales funciones cosméticas son:
La Función Higiénica. mantener la higiene del cuerpo con los medios apropiados
para alejar la suciedad del cutis, del cabello, de la cavidad bucal, etc; es la primera
condición de la belleza.
5
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
La Función Eutrófica, es cuando al producto se le atribuyen propiedades
compensatorias y restituyentes, es decir, eutróficas, sobre las zonas de acción no
patológicas, por ejemplo los gel reafirmante, crema anti-arrugas, etc.
La Función Estética, consiste en el hecho de que los cosméticos pueden influir
positivamente en los sentidos (de ahí la importancia que asumen el color y
perfume de los cosméticos).
6
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
1.3 LÁPIZ LABIAL(13,16,17,18,22,23)
Los cosméticos de los labios comprenden formas tendientes a la finalidad
estética del maquillaje y a un efecto protector, como es modificar la forma de la
boca, para atraer la atención y, por contraste, realzar la blancura de los dientes y
mejorar la sonrisa.
Fig. 1-1 Lápiz Labial
Los lápices labiales son cosméticos elaborados en forma de barras.
Estructuralmente son pastas anhidras, siendo los principales ingredientes ceras,
aceites, alcoholes y pigmentos. Las ceras más comúnmente utilizadas pueden ser
de tres tipos: cera de abeja, de candelilla y/o de carnauba; los aceites pueden ser
el mineral, el de castor, la lanolina o aceites vegetales; así como las fragancias y
pigmentos utilizados como conservadores y antioxidantes. Una gran variedad de
otros ingredientes pueden ser adicionados con el fin de hacer un lápiz labial más
suave, con mayor brillo y más humectante.
Para hacer un lápiz labial algunos de los ingredientes se preparan por
separado y después se mezclan con los aceites y los alcoholes con el pigmento del
color deseado, para posteriormente ser envasado en las formas que los
conocemos. En la fig. 1-2 se presenta un diagrama general del proceso de
fabricación.
7
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 1-2 Diagrama general de fabricación de Lápiz Labial.
En general, las ceras y aceites constituyen cerca de 60% del total en peso del
lápiz labial, los alcoholes y pigmentos el 25%, y el resto lo constituyen las
fragancias y los aditivos.
La formulación típica de un lápiz labial, es presentada en la tabla 1-1.
Tabla 1-1 Composición típica de un lápiz labial
Ingredientes % peso
Cera de Candelilla 8.9
Cera de Carnauba 4.2
Cera de Abeja 3.1
Ceresina 2.0
Ozoquerita 0.9
Miristrato de Isopropilo 7.5
Lanolina NF 4.4
Aceite de Castor 54.3
Pigmentos 12.0
Conservador 0.1
Aditivos Diversos 2.6
Fuente: Ciencia Cosmética (2000) (22)
8
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
No hay duda de que el amplio uso de los lápices labiales entre las mujeres ha
conducido a una reducción de labios agrietados y cortados. Además como en el
caso de muchos otros cosméticos, ejerce un efecto psicológico difícil de evaluar e
induce en una sensación de bienestar.
Un buen lápiz labial debe tener las siguientes características:
Debe poseer una apariencia atractiva, esto es una superficie lisa, de color
uniforme, libre de defectos, tales como agujeros o arenillas debidos a los
colorantes o agregados de cristales. Esto debe mantenerse durante su vida
y uso; no debe exudar aceite, desarrollar eflorescencia, formar escamas,
endurecerse, ablandarse, desmoronarse, ni hacerse frágil en el intervalo de
temperaturas probables que experimenta.
Debe ser inocuo, tanto dermatológicamente, como sí se ingiere.
Debe ser fácil de aplicar, dejando una película sobre los labios que no sea ni
excesivamente grasosa, ni demasiado seca, esto es, razonablemente
permanente pero capaz de eliminarse intencionadamente y que tenga color
estable.
9
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CAPÍTULO II
INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL(1)
Este capítulo tiene por contenido una introducción a la teoría de las técnicas
utilizadas en este trabajo, como lo son: la espectroscopía de infrarrojo (FT-IR) y el
Análisis Térmico (TGA).
La espectroscopía es un término general para la ciencia que se trata de las
distintas interacciones de la radiación con la materia. Los métodos
espectrométricos son un amplio grupo de métodos analíticos que se basan en la
espectroscopía atómica y molecular; en lo que respecta a la radiación
electromagnética la luz visible constituye una parte definida, pero es muy
pequeña. La luz se puede considerar como una onda armónica simple que se
propaga desde una fuente y viaja en línea recta, excepto cuando se refracta o se
refleja.
Fig. 2-1 Esquema de luz incidente.
Sus manifestaciones más difícilmente reconocibles incluyen los rayos γ y los
rayos X, así como las radiaciones ultravioleta, infrarrojo, microondas y de
radiofrecuencia.
10
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
2.1 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO (EE)(1,8,9)
El rango completo de longitudes de onda forma el espectro electromagnético,
del cual la luz visible no es más que un minúsculo intervalo que va desde la
longitud de onda correspondiente al violeta hasta la longitud de onda del rojo.
Aunque por conveniencia se asignan diferentes nombres a las regiones del
espectro electromagnético, no existen divisiones o líneas de corte exactas entre
unas regiones y sus vecinas. Las divisiones del espectro electromagnético han
surgido como consecuencia de los diferentes métodos utilizados para detectar cada
tipo de radiación más que, de las diferencias que puedan caracterizar a la energía
de las distintas longitudes de onda.
De hecho el intervalo es tan grande que se necesita una escala logarítmica
como se muestra en la fig. 2-2.
Fig. 2-2 Espectro Electromagnético (EE).
La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y
magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del
espacio transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de
onda, la radiación electromagnética no necesita un medio material para
propagarse, se puede propagar en el vacío.
11
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Aunque muchas de las características de la radiación electromagnética se
comprenden fácilmente con la TEORÍA ONDULATORIA, que la describe como la energía
electromagnética que viaja con forma sinuidal a la velocidad de la luz:
λυ ⋅=c
Donde:
sm 103 8×=c ; υ es la frecuencia y λ la longitud de onda, que están inversamente
relacionadas.
Los físicos se dieron cuenta de que la TEORÍA ONDULATORIA no explicaba todas
las propiedades de la radiación. Planck demostró que la emisión y la absorción de
la radiación se produce en unidades finitas de energía denominadas cuantos. Que
posteriormente Einstein consiguió explicar, que la radiación electromagnética
puede comportarse como un flujo de partículas.
Hay otros fenómenos de la interacción entre radiación y materia que sólo la
TEORÍA CUÁNTICA explica. La energía E de cada uno de estos elementos viene dada
por:
υ⋅= hE
Donde:
h es la Constante de Planck (6.626*10-34 Js).
Si se relacionan las dos TEORÍAS ONDULATORIA Y CUÁNTICA de la radiación
electromagnética, despejando la υ se obtiene:
λchE ⋅=
Que indica que la energía de un cuanto es inversamente proporcional a su
longitud de onda, es decir, a longitudes de onda más largas, menor es la cantidad
de energía.
12
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las
propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la
interferencia.
Dependiendo del fenómeno estudiado, la radiación electromagnética se puede
considerar, como una serie de ondas o como un flujo de partículas. Esta dualidad
onda-corpúsculo hace que cada cuanto (o fotón) tenga una energía proporcional a
la frecuencia de la onda asociada.
Se puede obtener mucha información a través de las propiedades físicas de
un objeto, a mediante el estudio de su espectro electromagnético, ya sea por la luz
emitida o absorbida por él, esto es la espectroscopía.
Los métodos espectrométricos son utilizados por los investigadores para la
identificación y determinación de los elementos presentes de distintas formas en la
materia, ver fig. 2-3.
Fig. 2-3 Esquema de métodos espectroscópicos según el espectro electromagnético.
13
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
2.2 ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJO (FT-IR)(1,6,7,8,9)
La espectroscopía IR medio es un método de toma de huellas dactilares, es
muy reconocido y sumamente seguro, muchas sustancias pueden ser
caracterizadas, identificadas e incluso cuantificadas por él.
Una de las fortalezas de la espectroscopía IR como una técnica analítica es su
habilidad para obtener espectrogramas en un rango muy amplio de muestras; sin
embargo, en muchos casos se requiere de un tratamiento previo a la muestra
para obtener un espectrograma de buena calidad.
Tradicionalmente la espectroscopía IR ha sido usada para analizar sólidos,
líquidos y gases, por medio de la transmisión de la radiación infrarroja a través de
la muestra. Dependiendo del estado en el que se encuentre la muestra, la
intensidad de estas características espectrales es determinada por el grosor de la
misma y típicamente este grosor no puede ser mayor a 10 micras. En la fig. 2-4 se
presenta el diagrama general de un espectrofotómetro de infrarrojo.
Fig. 2-4 Diagrama general de un espectrofotómetro de infrarrojo.
La espectroscopía IR es una de las pocas técnicas de la química analítica que
puede utilizarse para la caracterización de muestras en cualquier estado de
agregación.
La región del espectro infrarrojo abarca la radiación con números de onda
comprendidos entre 14000 y 10 cm-1, que corresponden a longitudes de onda de
14
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
0.78 a 1.000 µm. Tanto desde el punto de vista de las aplicaciones como de la
instrumentación, es conveniente dividir el espectro infrarrojo en tres regiones
denominadas infrarrojo cercano, medio y lejano. En la tabla 2-1 se presentan las
características de cada ellas.
Tabla 2-1. Características de cada una de las regiones en las que se divide la
región infrarroja
Infrarrojo
RReeggiióónn CCeerrccaannoo MMeeddiioo LLeejjaannoo
Número de onda 14000 – 4000 4000 – 400 400 – 10
Óptica Cuarzo
Bromuro de
Potasio,
Cloruro de Sodio
Maylar (Polímero)
Vibraciones
Sobretonos o
armónicos de las
vibraciones de
tensión del
hidrógeno
Vibraciones
fundamentales de
las moléculas
Vibraciones y
rotaciones del
esqueleto
Fuente: PerkinElmer (2004)
La espectroscopía IR proporciona información de tipo cualitativa y
cuantitativa, a nivel de grupos funcionales, dice qué es lo que hay. Actúa sobre los
movimientos vibracionales de los enlaces covalentes coordinados. Las sustancias
que no absorben en esta área, son los compuestos con enlaces iónicos (sales
minerales), y los compuestos metálicos. La frecuencia de vibración depende de la
masa de los átomos y de la fuerza que los une. Cada sistema vibracional cuenta
con una frecuencia característica y única.
15
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
2.2.1 FUNDAMENTOS Y ALCANCE(1,7,8,9,)
El origen de la absorción en la región infrarroja es debido a:
♦ La posibilidad de transiciones entre estados de energía vibraciones y
rotacionales de las moléculas
♦ Una molécula puede absorber energía de los fotones de la radiación
infrarroja si:
o se produce un cambio en el momento bipolar de la molécula durante
un movimiento vibracional o rotacional y,
o la frecuencia asociada con el fotón coincide con la frecuencia natural
del movimiento vibracional.
La absorción de radiación infrarroja da lugar a la excitación de la molécula a
un nivel vibracional superior. La vibración normal tiene la misma frecuencia que la
radiación electromagnética y el proceso de absorción existe únicamente si hay un
cambio de magnitud y dirección del momento bipolar del enlace.
En las moléculas poliatómicas los enlaces covalentes no son rígidos, por lo
que pueden vibrar; además los átomos individuales forman ángulos de enlace que
permiten un tratamiento cualitativo en cuanto a la vibración de moléculas
poliatómicas.
Para un mejor entendimiento de este tipo de absorción se hace uso del
Modelo del Oscilador Armónico Simple (OAS) que dice: que cuando la frecuencia
del haz coincide (es decir, es resonante) con la frecuencia de vibración, la
radiación es absorbida, se produce un desplazamiento. La energía potencial del
sistema varía con el desplazamiento (y) y la constante de la fuerza del enlace (K)
2
21 KyE = [ ] [ ]2
2 msKgE ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=
Una frecuencia natural de vibración para un sistema se expresa en Hertz como:
16
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
μπυ K
m 21
= [ ] [ ]sKg
sKg
m1
2==υ
en donde μ es la masa reducida que se calcula como:
21
21
mmmm+
=μ [ ] [ ]KgKgKg
==2
μ
y la frecuencia queda como:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+
=
21
2121
mmmm
Kcm π
υ [ ] [ ]cmKg
sKg
scmm
11 2=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=υ
en donde
υm sólo depende de K y μ
K es la fuerza del enlace
m1 y m2 son las masas de los átomos
Si la frecuencia del haz incidente es coincidente con υm se puede dar la absorción.
Si el modelo del oscilador armónico simple es aplicado a las moléculas,
encontramos que,
1. Ignora los efectos de las repulsiones de tipo coulomb
2. Ignora los efectos de la ruptura de los enlaces (disociación de
enlaces)
VVIIBBRRAACCIIOONNEESS DDEE EESSTTIIRRAAMMIIEENNTTOO OO AALLAARRGGAAMMIIEENNTTOO ((SSTTRREETTCCHHIINNGG))
Los dos átomos unidos oscilan de manera uniforme. La distancia entre los
átomos varía, pero el ángulo de enlace y el eje del mismo permanecen constantes.
Estas vibraciones pueden ser aisladas o acopladas; estas últimas, a su vez, se
subdividen en simétricas y asimétricas fig. 2-5.
17
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 2-5 Vibraciones de estiramiento. (Willard, 1990)
Las vibraciones de estiramiento requieren más energía que las de flexión y se
denotan con la letra griega υ seguida del grupo químico encerrado en un
paréntesis.
VVIIBBRRAACCIIOONNEESS DDEE DDEEFFOORRMMAACCIIÓÓNN OO DDEE FFLLEEXXIIÓÓNN ((BBEENNDDIINNGG))
Se caracteriza por que el ángulo entre dos enlaces varía en forma continua.
En este tipo de vibraciones podemos encontrar a las vibraciones de tijera, de
sacudida, de balanceo y de torsión, fig. 2-6
(a) (b) (c) (d)
Fig. 2-6 Vibraciones de deformación: (a) sacudida; (b) oscilación; (c) torsión;
(d) tijera. (Willard, 1990)
La posición de las bandas de absorción se compara con los valores tabulados
de diversos grupos funcionales y los ámbitos de frecuencia asociados a ellos.
El intervalo espectral de mayor uso es la región del infrarrojo medio, cubre las
frecuencias de 4000 a 400 cm-1.
18
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
2.2.2 TRATAMIENTO DE LA MUESTRA(20,21,22)
El tratamiento previo a la muestra es la parte fundamental para que los
análisis sean confiables puesto que si no se da este tratamiento, se pueden
obtener resultados incompletos o erróneos en algunas veces. Este tratamiento
consiste en una serie de separaciones sucesivas que fragmentan la muestra para
su uso en cada una de las técnicas de análisis químico.
En general, el tratamiento de la muestra es más fácil para estudios de líquidos
cuando se compara con el tratamiento de la muestra de un sólido, pero ambos
sufren la influencia inevitable de la complejidad de los métodos de tratamiento.
Además, los tratamientos pueden ser muy “sucios”, es decir, no cumplir con su
objetivo, y consumir varias horas hombre; además son complicados por los apuros
de conseguir la matriz correcta y homogénea en toda la muestra. Los materiales
involucrados son frágiles e higroscópicos, y la calidad de las mediciones pueden
ser afectadas adversamente si se manejan o guardan incorrectamente.
Las dos formas más comunes de tratamiento de la muestra para sólidos
suponen moler el material a un polvo de grano fino y dispersarlo en una matriz o
dispersar la muestra en un líquido. El líquido más comúnmente usado es un aceite
mineral (nujol). Típicamente solo se requiere de 20mg de sólido para ser molido y
luego una o dos gotas de nujol.
Una vez que ya se tienen las separaciones adecuadas se procede a realizar el
análisis por Espectroscopía IR.
2.2.3 INSTRUMENTACIÓN(1,7,8,9,15)
Para las medidas de absorción en el infrarrojo existen tres tipos de
instrumentos disponibles comercialmente: 1) espectrofotómetros dispersivos que
se utilizaban ampliamente para el análisis cualitativo, como cuantitativo con un
monocromador que media en forma sucesiva las frecuencias; 2) instrumentos
19
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
múltiplex que emplean la transformada de Fourier, que resultan adecuados para
las medidas en el infrarrojo tanto cualitativas como cuantitativas; y 3) fotómetros
no dispersivos que se han desarrollado para la determinación cuantitativa de
diversas especies orgánicas en la atmósfera por espectroscopía de absorción,
emisión y reflectancia.
A continuación sólo se describirán los dos tipos de equipos
espectrofotómetros más utilizados es este tipo de análisis, que se diferencian en la
forma de operación, puesto que a uno se le conoce como Dispersivo (o de doble
haz) y al otro por Transformadas de Fourier.
Dispersivo.
Siempre va a ser de doble haz (uno para el blanco y el otro para la muestra).
Trabaja bajo el principio del punto nulo, que se basa en igualar el haz de
referencia con el haz de la muestra. En él, la radiación de la fuente se divide en
dos por medio de dos espejos M1 y M2. Uno de los rayos enfoca a la muestra y el
otro sigue un camino equivalente y sirve como haz de referencia. Los dos rayos
pasan alternativamente por el monocromador y van al detector, debido al espejo
giratorio con sectores blancos y así el detector “ve” alternativamente la radiación
de la muestra y de referencia. Ambas radiaciones han recorrido la misma distancia
a través de la atmósfera y así ambas han reducido su energía en la misma
proporción.
20
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig.2-7 Esquema de la óptica de un espectrofotómetro Dispersivo. (Banwell, 1977)
Si una muestra es capaz de absorber energía del haz a una frecuencia
determinada, el detector recibe una señal que varía de intensidad ya que el haz de
la muestra transporta menor energía que el haz de la referencia. En la fig. 2-8 se
observan los principales componentes del espectrofotómetro dispersivo.
Fig. 2-8 Módulos instrumentales de un espectrofotómetro dispersivo. (Willard, 1990)
EEssppeeccttrrooffoottóómmeettrroo ddee TTrraannssffoorrmmaaddaass ddee FFoouurriieerr
Con este tipo de espectrofotómetro se realizan medidas interferométricas con
el uso de computadoras. El espectrofotómetro FT-IR es una derivación de la
prueba clásica de Michelson para medir el éter. Un haz de rayos paralelos va desde
la fuente hasta un interferómetro, que consiste en un divisor del haz B y dos
espejos M1 y M2 ,fig. 2-9.
21
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 2-9 Esquema de un interferómetro de un espectrofotómetro de Transformadas
de Fourier. (Banwell, 1977)
La recombinación en el divisor B producirá una interferencia constructiva o
destructiva, dependiendo de los recorridos desde B a M1 y M2. Así si las longitudes
de los caminos son idénticas o difieren en un numero entero de longitudes de onda
aparecerá una interferencia constructiva dando un rayo sobre B, mientras si esa
diferencia es de media longitud de onda la radiación se anula en B; cuando se
mueve M2 el detector verá una fluctuación de intensidad más complicada, que
utilizando un proceso de Transformada de Fourier, es posible calcular las
frecuencias originales y las intensidades, a partir de las fluctuaciones observadas.
Cuenta con el background (BKG), que es una memoria de blanco (que es lo que se
le va a restar a la muestra), de ahí que sólo tenga un haz fig. 2-10.
Fig. 2-10 Módulos instrumentales de un espectrofotómetro de transformadas de Fourier.
(Willard, 1990)
22
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
La óptica esta hecha de cristales de cloruro de sodio (NaCl) o bromuro de
potasio (KBr), debido a que no absorben en la región del infrarrojo medio. Por tal
motivo los equipos de infrarrojo tienen que contar con los requerimientos
necesarios para evitar que se opaque la óptica, debido a la humedad ambiental.
Actualmente la instrumentación del infrarrojo medio son del tipo de
Transformadas de Fourier, este tipo de espectrofotómetros han aumentado
notablemente el número y tipo de aplicaciones. La razón de este incremento radica
en el aumento de la relación señal/ruido, y de los límites de detección, en un
orden de magnitud e incluso mayor.
FFUUEENNTTEESS
Las fuentes de radiación en el infrarrojo constan de un sólido inerte que se
calienta eléctricamente a una temperatura comprendida entre los 1500 y 2200 K.
Todas estas fuentes están constituidas por materiales cerámicos. Como resultado
se obtiene una radiación continua que se aproxima a la del cuerpo negro.
Los requisitos que deben de cumplir este tipo de fuentes de radiación son:
• Que sea estacionaria (que cuente con la misma energía)
• Constante en períodos largos de tiempo.
Las principales fuentes de radiación utilizadas son:
Emisor de Nernst
Fuente Globar
Filamento incandescente
CCEELLDDAASS
Existen dos tipos de celdas para líquidos: las fijas y las desmontables o de
espesor variable.
En el caso de muestras líquidas se utilizan celdas de cloruro de sodio, ya que
este material es transparente a la radiación infrarroja y más resistente que el
23
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
bromuro de potasio (KBr). Para gases las celdas son evacuadas y posteriormente
se introduce en ellas la muestra a una presión determinada. Si la muestra está en
estado sólido, esta se disuelve en un solvente adecuado y se pueden emplear
celdas de cloruro de sodio similares a las empleadas para las muestras líquidas, o
bien se puede emplear un sostén para la muestra según la técnica para prepararla.
DDEETTEECCTTOORREESS
Hay dos tipos de detectores de uso común, uno sensible al calor de la
radiación y el otro es un fotoconductor. En ambos a mayor efecto (elevación de
temperatura o conductividad) a una frecuencia dada, mayor transmitancia (y
menor absorbancia) de la muestra a esa frecuencia.
Los requerimientos mínimos necesarios para contar con un buen detector
son:
Tener una pequeña área
Una capacidad calorífica baja
Una respuesta rápida (que se encuentre dentro de los milisegundos)
Una alta sensibilidad térmica
Una alta absortividad no selectiva para todas las fuentes de radiación
térmica
Los detectores que se usan en el infrarrojo se clasifican en dos grupos
generales:
1. Los detectores térmicos, en los que la radiación infrarroja produce un
efecto de calentamiento que modifica una propiedad física del
detector que es registrada directamente como transmitancia. Aquí
encontramos a los Termopares y Bolómetros
2. Los detectores fotoconductores, que usan los efectos cuánticos de la
radiación infrarroja para cambiar las propiedades eléctricas de un
semiconductor. Los semiconductores son materiales que se
24
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
encuentran entre los conductores y los aisladores, estos materiales
no tienen en estado normal electrones libres, pero cuentan con
bandas de conducción . Aquí encontramos al detector fotoconductor
y al fotovoltaico.
AACCCCEESSOORRIIOO DDEE RREEFFLLEECCTTAANNCCIIAA TTOOTTAALL AATTEENNUUAADDAA ((AATTRR))
El haz infrarrojo está dirigido a un cristal ópticamente denso con un índice
refractivo alto en cierto ángulo. Esta reflectancia interna crea una ola evanescente
que se extiende más allá de la superficie del cristal en la muestra, teniendo lugar
un contacto con el cristal. Puede ser más fácil pensar en la ola evanescente como
una burbuja de infrarrojo, eso se sienta sobre la superficie del cristal. Esta ola
evanescente sobresale solamente algunas micras (0.5-5). Más allá de la superficie
de cristal y de la muestra. Por consiguiente, debe haber buen contacto entre la
muestra y la superficie del cristal. El haz de radiación infrarroja se va atenuando
en cada ola evanescente desde un extremo del cristal hasta el otro y es enviado al
detector del espectrofotómetro de FT-IR. El sistema genera un espectrograma
infrarrojo.
Una reflexión total atenuada se auxilia midiendo los cambios que ocurren en
un haz infrarrojo que interiormente es reflejado cuando el haz entra en el contacto
con una muestra, como se muestra en la fig. 2-11.
Fig. 2-11 Sistema de Reflectancia Total Atenuada (ATR)
25
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Para que la técnica sea exitosa, hay que seguir los dos requerimientos
siguientes:
La muestra debe tener contacto directo con el cristal del ATR
El índice de refracción del cristal debe ser significativamente más grande
que el de la muestra o la reflectancia interna no ocurrirá. Es seguro suponer
que la mayoría de los sólidos y los líquidos tienen índices de refracción más
bajos.
El cristal es una placa horizontal, que tiene aproximadamente 5 cm de largo
por 1 cm de ancho con la superficie superior expuesta ver la fig. 2-12
(dependiendo del modelo del instrumento). El número de reflexiones en cada
superficie del cristal es generalmente entre cinco y diez, ya que esto es
dependiente de la longitud y el grosor del cristal y el ángulo del incidencia.
Fig. 2-12 Accesorio de ATR de cristal de ZnSe
2.2.4 ANÁLISIS CUALITATIVO(1,8,9)
Prácticamente todos los compuestos moleculares pueden manifestar una serie
de bandas de absorción, cada banda corresponde con un movimiento de vibración
de un enlace dentro de la molécula, el conjunto de éstas bandas constituye la
huella digital del compuesto. De ahí la eficacia de la espectroscopía infrarroja, ya
26
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
que cada compuesto tiene un comportamiento único frente a un haz de radiación
infrarroja.
Esta región esta dividida en la región de frecuencia de grupos funcionales,
4000 a 1300 cm-1 y la región de las huellas dactilares, 1300 a 650 cm-1. En la
región de frecuencia de grupos funcionales, las bandas principales de absorción
pueden asignarse a unidades de vibración consistentes en sólo dos átomos de una
molécula. En la región restante los factores principales son las frecuencias de
estiramiento de enlaces simples y vibraciones de flexión de los sistemas
poliatómicos, que involucran movimientos de los enlaces de un grupo sustituyente
con el resto de la molécula, ver fig 2-13.
.
Fig. 2-13 Ubicación de los tipos de vibración en la región infrarroja.
La identificación de un compuesto orgánico a partir de un espectrograma de
este tipo es un proceso que consta de dos etapas. La primera etapa implica la
determinación de los grupos funcionales con mayor probabilidad que estén
presentes. La segunda etapa consiste en una comparación detallada del
espectrograma del compuesto desconocido con los espectrogramas de compuestos
puros que contienen todos los grupos funcionales encontrados en la primera
etapa. En este caso es particularmente útil la región de la huella dactilar. Un gran
27
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
parecido en la región de huella dactilar (así como en las otras) de los
espectrogramas de dos compuestos constituye casi una evidencia de sus identidad.
2.3 ANÁLISIS TÉRMICO(12)
En 1887 LeChatelier realizó los primeros experimentos termoanalíticos, y su
desenvolvimiento desde esa fecha ha sido muy lento por falta de instrumentos con
buena resolución y reproducibilidad. Fue hasta en 1950 cuando empezaron a
aparecer los primeros instrumentos capaces de proporcionar una normalización y
comparabilidad de los resultados. En 1965 se forma la Confederación internacional
de Análisis Térmico (ICTA) la cual establece las reglas básicas fundamentales en
técnicas termoanalíticas.
El Análisis Térmico engloba al conjunto de técnicas analíticas que estudian el
comportamiento térmico de los materiales.
Cuando un material es calentado o enfriado, su estructura y su composición
química sufren cambios como: fusión, solidificación, características de los cristales,
transformaciones polimórficas, transiciones vítreas, interacciones sólido-sólido,
oxidación, descomposición, transición, expansión, sinterización, etc. Estas
transformaciones se pueden medir, estudiar y analizar, midiendo la variación de
distintas propiedades de la materia en función de la variación de la temperatura en
una atmósfera específica.
Este tipo de análisis permite la identificación, control de pureza y estabilidad
de las sustancias, ya que las transiciones de estado ocurren a temperaturas
características para cada una de ellas.
Las técnicas de Análisis Térmico que se emplean con mayor frecuencia son: la
Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), el Análisis Térmico Diferencial (DTA), el
Análisis Termogravimétrico (TGA) y el Análisis Termomecánico (TMA); las técnicas
acopladas de análisis de gases involucrado en los procesos en estudio (técnicas
EGA), como son la termogravimetría acoplada a la espectroscopía de masas
28
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
(TGA-EM) o a la espectroscopía infrarroja (TGA-IR), etc. Las propiedades medidas
por estas técnicas se indican en la tabla 2-2
Tabla 2-2. Propiedades medidas en cada una de las Técnicas del Análisis
Térmico
Técnica Propiedad Medida
DSC Flujo de calor, cambio de energía
DTA Diferencia de temperaturas
TGA Masa, peso
TMA Deformación
Fuente: Wunderlich (1990)
Como se puede observar las técnicas del análisis térmico son muy versátiles y
aplicables a un gran número de campos tales como: ciencia y tecnología de
polímeros, ciencia y tecnología de los materiales carbonosos, ciencia de materiales,
industria farmacéutica, industria metalúrgica, petroquímica, etc.
2.3.1 CLASIFICACIÓN DEL ANÁLISIS TÉRMICO(7,8,9,12,27)
A continuación se dará una breve descripción de cada una de las técnicas
antes mencionadas.
Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)
Esta técnica puede ser de flujo de calor o de cambio de energía. En el primer
caso, se mide la variación en el flujo de calor entre la muestra y la referencia
cuando dicha muestra se somete a un programa de temperatura en una atmósfera
controlada. En el segundo caso se mide la energía que hay que aportar o retirar
del sistema para que la muestra y la referencia se mantengan a la misma
temperatura cuando dicha muestra se somete a un programa de temperatura en
una atmósfera controlada. La DSC es una técnica cuantitativa que permite obtener
29
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
información de la temperatura a la cual tiene lugar el cambio energético en estudio
y del calor involucrado en el proceso.
En los últimos años se está extendiendo el uso de equipos de DSC Modulado
(MDSC), cuya característica principal es que mediante la tecnología de modulación
de la temperatura (se superpone un programa de temperatura sinusoidal perfil de
temperatura convencional) es posible separar el flujo total de calor en la
componente cinética y la termodinámica (Cp). Sus principales aplicaciones son:
♦ Estudio de transiciones de primer orden: fusión, solidificación, cristalización,
etc.
♦ Estudio de polimorfismos
♦ Identificación de polímeros
♦ Estudios de polímeros: curado, transiciones vítreas, fusión, grado de
cristalinidad
♦ Estudios de oxidaciones
♦ Determinación de purezas
♦ Determinaciones de Cp
♦ Estudios cinéticos
Análisis Térmico Diferencial (DTA)
Es una técnica en donde se mide la diferencia de temperatura entre la
muestra y un material (térmica, física y químicamente inerte) en función del
tiempo o de la temperatura cuando dicha muestra se somete a un programa de
temperatura en una atmósfera controlada. En principio se trata de una técnica
cualitativa que indica la temperatura a la cual tiene lugar el cambio energético en
estudio y si el proceso en estudio es endotérmico o exotérmico. Sin embargo con
un adecuado calibrado es posible convertirla en semicuantitativa y obtener
información del calor involucrado en el proceso.
30
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Análisis Termomecánico (TMA)
Es una técnica en la que se mide la deformación de una muestra cuando es
sometida a una fuerza constante y a un programa de temperatura en una
atmósfera controlada. Esta fuerza puede ser de compresión, flexión o tracción. Sus
principales aplicaciones son:
♦ Ensayos de compresión-dilatación
♦ Estudio de transiciones vítreas
♦ Estudios de reblandecimientos y fusiones
♦ Coeficiente de dilatación
2.3.2 ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO (TGA)(9,12)
La Termogravimetría (TGA) medirá la variación en peso. Es una técnica en la
cual el peso de una muestra se mide continuamente en función de la temperatura,
mientras la muestra está sometida a un programa controlado de calentamiento o
enfriamiento. Incluye programas de calentamiento dinámico o de temperatura fija
(proceso isotérmico). Suministra más información que la pérdida por secado a una
temperatura determinada, ya que detecta las temperaturas a las que se
desprenden las sustancias volátiles retenidas, además de cuantificar los respectivos
desprendimientos.
Muchas sustancias tienen la capacidad de formar hidratos y/o solvatos. En los
primeros, el agua está presente no sólo en su superficie como humedad, sino
también en el cristal. Esta propiedad, conocida como pseudopolimorfismo, puede
conducir a complejos procesos de fusión.
Generalmente, la pérdida de solvente adsorbido en la superficie puede
distinguirse de la pérdida de solvente ocluido en el cristal y de las pérdidas de
masa producidas por descomposición de la sustancia.
31
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Las mediciones se llevan a cabo bajo reflujo programado de un gas
apropiado. El contenido porcentual de pérdida, G, se calcula por la fórmula
siguiente:
ommpérdidadeG Δ
=100)__(%
en la cual:
Δm es la pérdida de masa
mo es el peso inicial de la muestra.
Dado que el Análisis Termogravimétrico no identifica específicamente los
productos de reacción, pueden analizarse los gases desprendidos con
metodologías apropiadas, empleándose para la caracterización de sustancias la
combinación de DSC y TGA.
En la curva TGA se representa el peso en el eje de ordenadas y la
temperatura (o a veces el tiempo) en el de abscisas. La variación de peso se
puede representar bien en miligramos o en porcentaje de muestra original.
La mayor parte de las curvas TGA presentan pérdidas de peso, cuyo origen
está en reacciones químicas (descomposición, combustión, reducción a óxidos
metálicos, etc.) y transformaciones físicas (evaporación, vaporización, sublimación,
etc.). Además de la curva TGA, hay que recurrir a otras curvas con fines
interpretativos, como lo son: la primera y segunda derivada.
Otra forma de representar los datos en Termogravimetría es por medio de la
llamada Termogravimetría Derivada (DTG) a través de la primera derivada de la
curva de peso, en función de la temperatura o del tiempo. La curva DTG
representa por tanto, la variación de peso frente a la temperatura. La curva DTG
representa el resultado del mismo experimento que la curva TGA (variación del
peso frente a la temperatura o el tiempo), pero de forma diferente. Una curva TGA
de un compuesto puro puede ser considerada como característica de tal
32
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
compuesto, debido a la secuencia de procesos fisicoquímicos que experimenta en
unas determinadas condiciones en un intervalo de temperaturas, fig. 2-14.
Fig. 2-14. Ejemplo de la Gráfica de Tipo TGA y DTGA
2.3.3 INSTRUMENTACIÓN(12,27)
La instrumentación utilizada se denomina termobalanza. Básicamente consiste
en una balanza de precisión, un horno controlado por un programador de
temperatura y un registro.
BBAALLAANNZZAA
Las condiciones requeridas para la balanza son exactitud, sensibilidad y
reproducibilidad, siendo también necesarias una capacidad razonable, elevada
33
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
estabilidad y rapidez de respuesta. Los dos sistemas de balanza más comunes son
las de punto nulo y las de desviación. A medida que el peso varía y el brazo de la
balanza comienza a desviarse de su posición normal, un sensor detecta la
desviación y provoca la fuerza que devuelve al brazo de la balanza a su posición de
cero o punto nulo. La fuerza aplicada es directamente proporcional al cambio de
peso. Se suele utilizar una microbalanza electrónica, de capacidad máxima 1.0 g
incluido el peso del portamuestras, que permite acomodar hasta 500 mg de
muestra aproximadamente.
HHOORRNNOO
El horno se puede considerar como el corazón de la termobalanza; tiene que
acomodar el portamuestras y asegurar velocidades de calentamiento lineal en un
amplio intervalo de temperaturas, así como trabajar en régimen isotérmico. Estos
requisitos se pueden conseguir utilizando un horno con un rebobinado no
inductivo, provisto de algún sistema de refrigeración. El horno conecta
directamente al programador. Es muy importante que el horno posea una zona
caliente uniforme, lo cual es fácil de conseguir en un horno de masa apreciable.
Sin embargo, estos se enfrían muy lentamente y también necesitan mucho más
tiempo para alcanzar una determinada temperatura. Por estas razones, el diseño
de los hornos comerciales varía considerablemente de unos fabricantes a otros.
Además, si ha de ir provisto de sistema de circulación de gases para trabajar en
atmósfera controlada, se dificulta aún más el diseño del horno.
Para la medida de la temperatura a la que se somete la muestra en el interior
del horno, se utilizan diferentes dispositivos, siendo lo más frecuente el uso de
termopares. Para temperaturas de hasta 1000 ºC se utilizan termopares de
chromel-alumel, y de Pt/Pt-Rh para temperaturas de hasta 1500 ºC. Obviamente,
los termopares deben ser químicamente inertes a temperaturas elevadas y su
situación con respecto a la muestra es crítica.
34
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
PPRROOGGRRAAMMAADDOORR
El programador está conectado directamente al horno y lo controla a lo largo
de todo el proceso. Debe existir un sensor de temperatura en contacto directo con
el horno, que envíe información al programador para controlar la potencia eléctrica
que se envía al horno. El desarrollo de dispositivos de estado sólido permite
disponer actualmente de programadores que pueden ejecutar complicados
programas de calentamiento, isotérmico y enfriamiento. El objetivo es poder
disponer de un registro continuo del peso de la muestra en función de la
temperatura, generalmente a través de un sistema informatizado de adquisición de
datos, así como para el procesado de los mismos.
1. Microbalanza
2. Control de Temperatura
3. Pared Adiabática
4. Portamuestra
5. Horno
6. Tubo de Transferencia
7. Salida de Gases
8. Purga de Gases
9. Sistema de Vacío
10. Entrada de Gas Acarreador
Fig. 2-15. Instrumentación de la termobalanza
La termobalanza cuenta con un acople a un equipo FT-IR, que permite que
los gases emitidos de la descomposición de la muestra en estudio en
Termogravimetría puedan ser analizados por Espectroscopia de infrarrojo medio.
En la fig. 2-16 se presenta la instrumentación del acople TGA-IR.
35
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 2-16. Instrumentación del acople entre la termobalanza y un espectrofotómetro FT-IR
2.3.4 ANÁLISIS CUALITATIVO(27)
El acople permite analizar un compuesto determinado por FT-IR en el
infrarrojo medio, a cierta temperatura y/o tiempo en el cual la descomposición de
la muestra está sucediendo, se presenta una inflexión, la cual se presenta a un
tiempo, temperatura y longitud de onda determinado, ver fig. 2-17.
36
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 2-17. Gráfica TGA-IR tridimensional
Al extraer el espectrograma de infrarrojo de dicha inflexión, podemos realizar
el análisis cualitativo por espectroscopía IR, el cual nos permite determinar de que
compuesto se trata.
Sus principales aplicaciones son:
♦ Estudios de descomposición y estabilidad térmica
♦ Estudios composicionales
♦ Determinación de purezas
♦ Determinación del contenido de humedad, materia volátil, cenizas y carbono
fijo
♦ Estudios de gasificación de muestras carbonosas
♦ Estudios cinéticos
37
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CAPÍTULO III
EXPERIMENTACIÓN
En el presente capítulo se hará una descripción detallada de la
experimentación en cada una de las técnicas de análisis, hasta la obtención de los
resultados.
3.1 CONDICIONES DE EXPERIMENTACIÓN
En este apartado se describirá de manera detallada como se llevan acabo
dichas separaciones contemplando desde la adquisición de las muestras a analizar,
el material, el equipo, hasta los reactivos requeridos.
MMUUEESSTTRRAASS AA AANNAALLIIZZAARR
Los labiales en estudio son de la misma compañía, AVON COSMETICS S.A. DE
C.V., en donde la variable principal a considerar fue el costo final, los costos de
dichos labiales van desde los $6.90 hasta los $44.90; dichos labiales se adquirieron
por duplicado para corroborar los resultados, es decir, que los análisis se realizaron
dos veces para cada una de las muestras, ver fig. 3-1.
Fig. 3-1 Lápiz de Labios a analizar
38
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
MMAATTEERRIIAALL
El material requerido debe ser de vidrio y graduado a 20°C, no
necesariamente una marca en específica, pero sí debe estar libre de cualquier
impureza como lo pueden ser grasa, polvo, etc.
Dicho material deberá de ser lavado previamente y dejarlo secar para evitar
algún tipo de contaminación, todo el material requerido se encuentra descrito ver
tabla 3-1.
Tabla 3-1. Descripción del Material.
Cantidad Material tipo
5 Vidrio de reloj chico
4 Tubos de ensayo
5 Pipeta pasteur de vidrio
Caja Papel filtro chico
1 Embudo mediano de cuello corto
1 Probeta graduada de 10 ml
1 Espátula metálica tipo odontológica
5 Vaso de precipitados de 20 ml
3 Pipeta graduada de 5 ml
5 Vaso de precipitados de 100 ml
5 Crisol chico
2 Pizeta de 100 ml
1 Propipeta
1 Mortero de Aghata
39
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
EEQQUUIIPPOO
El equipo que se usará en este tratamiento consta de:
- Una balanza analítica SCIENTECH MOD. S A 80 con cuatro cifras significativas
- Parrilla con agitación magnética (que proporcioné un calentamiento máximo
de 100 °C)
- Una bala magnética del tamaño de una cápsula
- Una centrifugadora que sea capaz de proporcionar 1000 r.p.m. y por último
- Tubos para centrifugadora
- Prensa SPECAC con capacidad de 15 ton.
- Un dado para pastillas de KBr
ESPECTROFOTÓMETRO FT-IR EQUINOX 55 DE BRUKER con accesorio de ATR de ZnSe. El
equipo EQUINOX 55 utiliza una fuente de tipo Globar, un interferómetro ultraestable
con óptica de KBr y un detector de sulfato de triglicina deuterado (DTGS).
TERMOBALANZA STA 409 PC LUXX DE NETZSCH con acople TGA-IR La TERMOBALANZA esta
constituida por una balanza electrónica marca Sartorius, con un horno que permite
una rampa de temperaturas de 20°C hasta 1500°C, un termopar de tipo S y un
portamuestras de alúmina; utilizando como gas acarreador Argón de alta pureza y
un detector de DTGS (utilizando nitrógeno líquido para su enfriamiento).
40
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
RREEAACCTTIIVVOOSS
Los reactivos utilizados es necesario que cumplan con las características
especificadas en esta sección, puesto que de no ser así no se garantiza el éxito de
los análisis.
Tabla 3.2 Descripción de los Reactivos y cantidad requerida de cada uno.
Cantidad Reactivo
500 ml Hexano (C6H14) grado espectroscópico
500 ml Etanol (C2H5O) grado espectroscópico
Lo necesario Acetona (C3H6O)
Lo necesario Nitrógeno Líquido (N2)
20 g Bromuro de Potasio (KBr) grado espectroscópico
Lo necesario Aceite de Castor (C18H34O3)
Lo necesario Cera de Abeja
Lo necesario Cera de Candelilla
Lo necesario Cera de Carnauba
10 g Sulfato de Bario (BaSO4)
10 g Oxido de Fierro III (Fe2O3)
Para un entendimiento más sencillo en esta sección se hará uso de un
diagrama de bloques, en el cual se describe de manera sintetizada cada una de las
separaciones a realizar, y posteriormente se describirá cada uno de los pasos, ver
fig. 3-2.
41
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Fig. 3-2 Diagrama General de la Metodología de la Experimentación.
42
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
3.2 ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJO (FT-IR)
Este análisis consiste en una serie de tres separaciones realizadas con el uso
de solventes orgánicos, los cuales por medio de sus propiedades fisicoquímicas son
capaces de aislar de manera efectiva un componente del Lápiz Labial;
posteriormente estos serán analizados por Espectroscopía Infrarroja, y por medio
del análisis cualitativo se determinará de que compuesto se trata.
Para el caso de las separaciones A y B, se parte de un mismo punto, en
donde se llevan a cabo 5 pasos iguales para las dos, y en el último paso es donde
cada una toma su procedimiento a seguir.
1. Pesar en un vaso de precipitados de 20 ml 0.1g de Muestra (lápiz labial),
haciendo uso de la balanza analítica
2. Agregar a la cantidad ya pesada 5 ml de Hexano, medidos con una pipeta
graduada de 5 ml y ayudándonos de la propipeta
3. Añadir a la mezcla anterior el agitador magnético e inmediatamente colocar
en la parrilla de agitación y dejar agitando hasta que la mezcla sea
homogénea (de 5 a 7 min.)
4. Colocar la mezcla en un tubo de centrifugadora y centrifugar a 1000 r.p.m.
durante 5 min. (debe de obtenerse una solución incolora)
5. Separar la fase soluble de la insoluble
SSEEPPAARRAACCIIÓÓNN AA
1. Tomar con ayuda de una pipeta pasteur 2 ml de la fase soluble y
colocarlos sobre el cristal del ATR y dejar evaporar, hasta la
formación de una película homogénea
2. Colocar el ATR y obtener el espectrograma de IR correspondiente
3. Realizar la interpretación del espectrograma obtenido
43
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
SSEEPPAARRAACCIIÓÓNN BB
1. Al sobrante de la fase soluble, agregar con una pipeta graduada 2 ml
de etanol caliente y mezclar
2. Enfriar la solución entre 3°C – 5°C durante 15 min.
3. Filtrar la solución con ayuda de papel filtro y lavar con 10 ml de etanol
frío (debe de estar a 5°C)
4. A lo retenido en el papel filtro, colocarlo entre dos pastillas de KBr y
colocar el porta pastillas en el Espectrofotómetro y obtener el
espectrograma de IR correspondiente.
5. Realizar la interpretación del espectrograma obtenido
SSEEPPAARRAACCIIÓÓNN CC
1. Pesar en un crisol 1.0 g de Muestra haciendo uso de la balanza analítica
2. Colocar el crisol en una mufla a 800°C durante 4 Hr. (o en su defecto hasta
que se obtenga la calcinación total de la muestra)
3. Dejar enfriar las cenizas, y una vez frías
4. Tomar una muestra de las cenizas y colocarla en un mortero de ágata y
agregar aprox., 10 mg de KBr
5. Mezclar los polvos hasta que sea una mezcla homogénea
6. Hacer la pastilla de KBr con las cenizas y colocarla en el porta muestras
7. Obtener el espectrograma de IR correspondiente
8. Realizar la interpretación del espectrograma obtenido
3.3 TERMOGRAVIMETRÍA (TGA-IR)
Para esta parte de la experimentación partimos de que más de 80% de la
masa de un lápiz labial, son compuestos orgánicos, los cuales principalmente son
ceras, aceites y alcoholes; por tales razones, nos llevaron a la construcción de la
44
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
rampa de temperatura en la cual se trabajarían cada una de la muestras a
analizar.
Tomando como referencia la calcinación de la separación C, se determinó que
la temperatura máxima a la que podíamos llevar el Análisis Termogravimétrico era
de 650°C, ya que en esta temperatura ya no tendríamos compuestos orgánicos en
la muestra; por tal motivo nuestra rampa de temperatura para la obtención del
termograma es de 25°C a 650°C. con una velocidad de calentamiento de
10°C/min.
Una vez determinada la rampa de temperatura de trabajo, se llevo a cabo el
siguiente procedimiento:
1. Pesar en un crisol de alúmina 30 mg de Muestra haciendo uso de la balanza
analítica
2. Colocar el crisol en la Termobalanza
3. Preparar el equipo (Termobalanza y Espectrofotómetro FT-IR), programar la
rampa de temperatura
4. Correr la medición
5. Obtener el termograma correspondiente y los espectrogramas IR
6. Realizar la interpretación del termograma y espectrogramas obtenidos
7. Realizar este procedimiento para cada una de las muestras.
45
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En el presente capítulo, se muestran los resultados obtenidos en las
separaciones realizadas a cada una de las muestras y los resultados obtenidos del
acople TGA-IR.
Para las separaciones, los análisis se realizaron partiendo de los
espectrogramas obtenidos, los cuales con ayuda de ciertas herramientas como: los
espectros IR de los estándares (medidos en las mismas condiciones
experimentales) de los compuestos esperados, con una librería electrónica y con
algoritmos matemáticos (1ª derivada aplicada a los espectros).
Para el caso del análisis TGA-IR, se realizó en dos etapas; la primera
utilizando los termogramas, partiendo de la perdida de masa en cada una de la
muestras y en la segunda etapa, analizando sólo la parte de la perdida de masa en
el termograma, se extrajeron los espectros de IR en fase gaseosa de los
compuestos presentes en la descomposición térmica del lápiz labial,
correspondientes a temperaturas especificas.
4.1 INFRARROJO (FT-IR)
Para la separación A, se realizó el análisis del espectrograma del Aceite de
Castor comercial, en donde se determinó cada uno de los picos característicos;
partiendo de estos resultados se procedió a realizar el análisis del espectrograma
obtenido de la muestra 1, encontrándose casi el total de los picos del aceite de
castor, ver fig. 4-1 y tabla 4-1. Para los picos faltantes, se procedió a realizar un
análisis de la 1ª. derivada, lo que nos permitió determinar la existencia de los picos
faltantes, ver fig. 4-2 y fig. 4-3.
Para corroborar la interpretación del espectrograma obtenido, se llevo a cabo
una búsqueda en una librería electrónica (FDM), que nos dio por resultado que el
compuesto involucrado era aceite de castor con un correlación del 97%.
46
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Este mismo análisis se realizó a las 4 muestras restantes. Realizando un
comparativo de los espectrogramas de las 5 muestras con el espectrograma del
aceite de castor, ver fig. 4-16.
MMuueessttrraa NNoo.. 11
Muestra1-Sep A
0
20
40
60
80
100
120
650850105012501450165018502050225024502650285030503250345036503850
Número de Onda (cm^-1)
% T
3467
2918 28531740 1460
1373
1237
1161
1106
967
864
723
Fig. 4-1 Espectrograma de FT-IR de la Separación A para la Muestra 1
47
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
270027502800285029002950300030503100
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 1 1a Derivada
3010
Fig. 4-2 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 1
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
1550160016501700175018001850
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 1 1a Derivada
1649
Fig. 4-3 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 1
48
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-1 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación A para la Muestra 1
Frecuencia Vibración Información
3467 O-H Alargamiento H2O ambiental
3010 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2918, 2853 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1740 C=O Carbonilo
1649 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1402, 1373 C-H Flexión CH3-, CH2-
1237, 1161, 1106, 967
C-O Alargamiento Ester
864 C=C Flexión Insaturación
723 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 22
Muestra 2-Sep A
0
20
40
60
80
100
120
650850105012501450165018502050225024502650285030503250345036503850
Número de Onda (cm^-1)
% T
3471
2918 2852
1741
1462
1375
1240
1162
1107
967
864
724
Fig. 4-4 Espectrograma de FT-IR de la Separación A para la Muestra 2
49
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
270027502800285029002950300030503100
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 2 1a Derivada
3010
Fig. 4-5 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 2
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
1550160016501700175018001850
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 2 1a Derivada
1651
Fig. 4-6 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 2
50
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-2 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación A para la
Muestra 2
Frecuencia Vibración Información
3471 O-H Alargamiento H2O ambiental
3010 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2918, 2852 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1741 C=O Carbonilo
1651 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1462, 1375 C-H Flexión CH3-, CH2-
1240, 1162, 1107, 967
C-O Alargamiento Ester
864 C=C Flexión Insaturación
724 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 33
Muestra 3-Sep A
0
20
40
60
80
100
120
650850105012501450165018502050225024502650285030503250345036503850
Número de Onda (cm^-1)
% T
3466
2917 28491740 1463
1376
1243
1163
1108
967
859
721
2954
1417
Fig. 4-7 Espectrograma de FT-IR de la Separación A para la Muestra 3
51
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
270027502800285029002950300030503100
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 3 1a Derivada
3009
Fig. 4-8 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 3
-40
-20
0
20
40
60
80
100
1550160016501700175018001850
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 3 1a Derivada
1655
Fig. 4-9 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 3
52
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-3 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación A para la
Muestra 3
Frecuencia Vibración Información
3466 O-H Alargamiento H2O ambiental
3009 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2954, 2817, 2849
C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1740 C=O Carbonilo
1655 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1463, 1376 C-H Flexión CH3-, CH2-
1243, 1163, 1108, 967
C-O Alargamiento Ester
859 C=C Flexión Insaturación
721 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 44
Muestra 4-Sep A
0
20
40
60
80
100
120
650850105012501450165018502050225024502650285030503250345036503850
Número de Onda (cm^-1)
% T
3468
2916 2849
1740
1463
1376
1247
1166
1110
859
720
1035
890
829
Fig. 4-10 Espectrograma de FT-IR de la Separación A para la Muestra 4
53
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
270027502800285029002950300030503100
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 4 1a Derivada
3012
Fig. 4-11 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
1550160016501700175018001850
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 4 1a Derivada
1654
Fig. 4-12 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 4
54
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-4 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación A para la
Muestra 4
Frecuencia Vibración Información
3468 O-H Alargamiento H2O ambiental
3012 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2916, 2849 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1740 C=O Carbonilo
1654 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1463, 1376 C-H Flexión CH3-, CH2-
1247, 1166, 1110, 1035
C-O Alargamiento Ester
890, 859, 829 C=C Flexión Insaturación
720 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 55
Muestra 5-Sep A
0
20
40
60
80
100
120
650850105012501450165018502050225024502650285030503250345036503850
Número de Onda (cm^-1)
% T
3468
2917 2850 1742 1463
1377
1239 1164
1117
1044
844
720
Fig. 4-13 Espectrograma de FT-IR de la Separación A para la Muestra 5
55
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
270027502800285029002950300030503100
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 5 1a Derivada
3009
Fig. 4-14 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 5
-40
-20
0
20
40
60
80
100
1550160016501700175018001850
Número de Onda (cm^-1)
Tran
smita
ncia
(%)
Muestra 5 1a Derivada
1649
Fig. 4-15 Extracto de FT-IR y 1ª. Derivada de la Separación A para la Muestra 5
56
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-5 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación A para la Muestra 5
Frecuencia Vibración Información
3468 O-H Alargamiento H2O ambiental
3009 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2917, 2850 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1742 C=O Carbonilo
1649 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1463, 1377 C-H Flexión CH3-, CH2-
1239, 1164, 1117, 1044
C-O Alargamiento Ester
844 C=C Flexión Insaturación
720 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
Fig. 4-16 Espectrogramas de la Separación A para todas las Muestras y del Aceite de
Castor.
57
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Para la Separación B, se obtuvieron los espectrogramas de cada una de las
ceras reportadas en la literatura; cera de abeja, candelilla y carnauba; para
obtener los picos característicos de cada una, y compararlos con los
espectrogramas obtenidos de las muestras; pero ninguno de los espectrogramas
de las muestras coincidía con el de las ceras, por lo que se procedió a realizar un
análisis de las mezclas entre ellas y cada una con aceite de castor, esto último por
que se partía del mismo tratamiento previo a la muestra; de todo lo anterior se
determinó que el compuesto presente en cada una de las muestras fue aceite de
castor con la cera de candelilla. Por lo cual se presenta un comparativo de los 5
espectrogramas de cada muestra y del espectrograma del aceite de castor+cera
de candelilla, ver fig. 4-22.
MMuueessttrraa NNoo.. 11
Muestra 1-Sep B
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
1376
3420
3008
2917 2849
1741
1652
1462
1240
1096
1163 1051
881
719
Fig. 4-17 Espectrograma de FT-IR de la Separación B para la Muestra 1
58
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-6 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación B para la Muestra 1
Frecuencia Vibración Información
3420 O-H Alargamiento H2O ambiental
3008 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2917, 2849 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1741 C=O Carbonilo
1652 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1462, 1376 C-H Flexión CH3-, CH2-
1240, 1163, 1096, 1051
C-O Alargamiento Ester
881 C=C Flexión Insaturación
719 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 22
Muestra 2-Sep B
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
341
3010
2918 2852
1739
1652
1462
1241
1163
1376 1100
881
719
1051
Fig. 4-18 Espectrograma de FT-IR de la Separación B para la Muestra 2
59
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-7 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación B para la Muestra 2
Frecuencia Vibración Información
3419 O-H Alargamiento H2O ambiental
3010 =C-H Alargamiento Insaturación (alqueno)
2918, 2852 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1739 C=O Carbonilo
1652 C=C Alargamiento Insaturación (alqueno)
1462, 1376 C-H Flexión CH3-, CH2-
1241, 1163, 1100, 1051
C-O Alargamiento Ester
881 C=C Flexión Insaturación
719 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 33
Muestra 3-Sep B
0
20
40
60
80
100
120
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
3448
29182849
1739
1463
13771244
1172
1111
720
Fig. 4-19 Espectrograma de FT-IR de la Separación B para la Muestra 3
60
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-8 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación B para la Muestra 3
Frecuencia Vibración Información
3448 O-H Alargamiento H2O ambiental
2918, 2849 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1739 C=O Carbonilo
1463, 1377 C-H Flexión CH3-, CH2-
1244, 1172, 1111
C-O Alargamiento Ester
720 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 44
Muestra 4-Sep B
0
20
40
60
80
100
120
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
3420
29242852
1741
1462
1375
1240
1170
1109
720
Fig. 4-20 Espectrograma de FT-IR de la Separación B para la Muestra 4
61
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-9 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación B para la Muestra 4
Frecuencia Vibración Información
3420 O-H Alargamiento H2O ambiental
2924, 2852 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1741 C=O Carbonilo
1462, 1375 C-H Flexión CH3-, CH2-
1240, 1170, 1109
C-O Alargamiento Ester
720 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
MMuueessttrraa NNoo.. 55
Muestra 5-Sep B
0
20
40
60
80
100
120
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
3460
29172849
1740
1460
1381
1240
1166
1113
719
Fig. 4-21 Espectrograma de FT-IR de la Separación B para la Muestra 5
62
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-10 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación B para la Muestra 5
Frecuencia Vibración Información
3460 O-H Alargamiento H2O ambiental
2917, 2849 C-H Alargamiento CH3-, CH2-
1740 C=O Carbonilo
1460, 1381 C-H Flexión CH3-, CH2-
1240, 1166, 1113
C-O Alargamiento Ester
719 C-H Flexión Cadena larga (más de 7 carbonos)
Fig. 4-22 Espectrogramas de la Separación B para todas las Muestras y del Aceite de
Castor + Cera de Candelilla.
63
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Para la Separación C, se realizó el análisis del espectrograma del sulfato de
bario (BaSO4), para obtener el los picos característicos; pero no todos los picos
presentes correspondían al sulfato de bario, por lo que se procedió a realizar el
análisis del espectrograma del oxido de fierro III (Fe2O3), debido a que este es el
compuesto responsable del color en la mayoría de los lápices de labios; por lo se
determinó que los compuestos involucrados en esta separación fueron el sulfato
de bario (BaSO4) y el oxido de fierro III (Fe2O3), en el comparativo se puede
observar las semejanzas de los espectrogramas de las muestras con el de los
compuestos mencionados, ver fig. 4-28.
MMuueessttrraa NNoo.. 11
Muestra 1-Sep C
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
1181
1118
1077
983
706
610
555
482
635
Fig. 4-23 Espectrograma de FT-IR de la Separación C para la Muestra 1
64
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-11 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación C para la
Muestra 1
Frecuencia Información
1181 Ref. BaSO4
1118 Ref. BaSO4
1077 Ref. BaSO4
983 Ref. BaSO4
706 Ref. BaSO4 y Fe2O3
635 Ref. Fe2O3
610 Ref. Fe2O3
555 Ref. Fe2O3
482 Ref. Fe2O3
MMuueessttrraa NNoo.. 22
Muestra 2-Sep C
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
1184
1120
1075
982
538
468610
640
Fig. 4-24 Espectrograma de FT-IR de la Separación C para la Muestra 2
65
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-12 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación C para la
Muestra 2
Frecuencia Información
1184 Ref. BaSO4
1120 Ref. BaSO4
1075 Ref. BaSO4
982 Ref. BaSO4
640 Ref. BaSO4 y Fe2O3
610 Ref. Fe2O3
538 Ref. Fe2O3
468 Ref. Fe2O3
MMuueessttrraa NNoo.. 33
Muestra 3-Sep C
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
1185
1121
1075
981
540
469610
640
Fig. 4-25 Espectrograma de FT-IR de la Separación C para la Muestra 3
66
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-13 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación C para la
Muestra 3
Frecuencia Información
1185 Ref. BaSO4
1121 Ref. BaSO4
1075 Ref. BaSO4
982 Ref. BaSO4
640 Ref. BaSO4 y Fe2O3
610 Ref. Fe2O3
540 Ref. Fe2O3
469 Ref. Fe2O3
MMuueessttrraa NNoo.. 44
Muestra 4-Sep C
30
40
50
60
70
80
90
100
110
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T
1070
479
561
593
1121
1185
981
709
Fig. 4-26 Espectrograma de FT-IR de la Separación C para la Muestra 4
67
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-14 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación C para la
Muestra 4
Frecuencia Información
1185 Ref. BaSO4
1121 Ref. BaSO4
1070 Ref. BaSO4
981 Ref. BaSO4
709 Ref. BaSO4 y Fe2O3
593 Ref. Fe2O3
479 Ref. Fe2O3
MMuueessttrraa NNoo.. 55
Muestra 5-Sep C
0
20
40
60
80
100
120
4006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
Número de Onda (cm^-1)
%T 1183
1117
1078
462551
605
707
Fig. 4-27 Espectrograma de FT-IR de la Separación C para la Muestra 5
68
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Tabla 4-15 Análisis del espectrograma obtenido en la Separación C para la
Muestra 5
Frecuencia Información
1183 Ref. BaSO4
1117 Ref. BaSO4
1078 Ref. BaSO4
707 Ref. BaSO4 y Fe2O3
605 Ref. BaSO4
551 Ref. Fe2O3
462 Ref. Fe2O3
Fig. 4-28 Espectrogramas de la Separación C para todas las Muestras y del Sulfato
de Bario (BaSO4) y Oxido de Fierro III (Fe2O3).
69
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
4.2 ACOPLE TGA-IR
El análisis de estos resultados se inició con el cálculo de la pérdida total de la
masa del lápiz de labios, esto se determinó por medio de la 1ª. Derivada (DTG);
posteriormente se realizó el análisis de esa pérdida para determinar cuantos
compuestos orgánicos se encontraban presentes, con ayuda de los
espectrogramas obtenidos en fase gaseosa por medio del acople y las
temperaturas de ebullición, las cuales coinciden con el aceite de castor y de las
ceras.
MMuueessttrraa NNoo.. 11
Muestra 1
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
TGA DTG
241 493
Pérdida= -85.12%
Fig. 4-29 Termograma de TGA para la Muestra 1
70
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Muestra 1
0
20
40
60
80
100
120
30 150 270 390 510 630
Temperatura (°C)
% P
eso
241 493
Pérdida= -68.93%
Pérdida= -16.19%
333
Fig. 4-30 Termograma de TGA para la Muestra 1
MMuueessttrraa NNoo.. 22
Muestra 2
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
TGA DTG
241 494
Pérdida= -84.82%
Fig. 4-31 Termograma de TGA para la Muestra 2
71
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Muestra 2
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
241 494
Pérdida= -75.12%
Pérdida= -9.70%
308
Fig. 4-32 Termograma de TGA para la Muestra 2
MMuueessttrraa NNoo.. 33
Muestra 3
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
TGA DTG
241 497
Pérdida= -84.92%
Fig. 4-33 Termograma de TGA para la Muestra 3
72
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Muestra 3
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
241 497
Pérdida= -75.45%
Pérdida= -9.47%
316
Fig. 4-34 Termograma de TGA para la Muestra 3
MMuueessttrraa NNoo.. 44
Muestra 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
TGA DTG
239 490
Pérdida= -84.39%
Fig. 4-35 Termograma de TGA para la Muestra 4
73
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Muestra 4
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
239 490
Pérdida= -75.44%
Pérdida= -8.95%
307
Fig. 4-36 Termograma de TGA para la Muestra 4
MMuueessttrraa NNoo.. 55
Muestra 5
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
TGA DTG
238 495
Pérdida= -85.89%
Fig. 4-37 Termograma de TGA para la Muestra 5
74
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Muestra 5
0
20
40
60
80
100
120
30 130 230 330 430 530 630
Temperatura (°C)
% P
eso
238 495
Pérdida= -69.45%
Pérdida= -16.44%
332
Fig. 4-38 Termograma de TGA para la Muestra 5
75
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
CONCLUSIONES
Un lápiz labial es una mezcla compleja de ceras, aceites, alcoholes,
pigmentos, conservadores y algunos aditivos. Las muestras analizadas en el
presente trabajo fueron seleccionadas de tal forma que la diferencia principal entre
ellas fuera únicamente el costo.
El análisis de las muestras se basó principalmente en dos técnicas analíticas la
espectroscopía FT-IR y la termogravimetría TGA; haciendo uso también de un
acople entre ellas TGA-IR.
En la separación A, se determinó que las cinco muestras analizadas tienen
como principal componente el aceite de castor; aunque en algunos casos
los picos representativos del aceite de castor no se ven bien definidos, pero
con el uso de la 1ª derivada se comprobó su presencia.
En la separación B, se presentó una mezcla de Aceite de Castor y Cera de
Candelilla en las cinco muestras. La presencia del aceite de castor en esta
separación es atribuida a un tratamiento inadecuado de la muestra, puesto
que el objetivo de esta separación es la identificación de ceras; objetivo que
se cumplió parcialmente, al identificar la cera de candelilla. Cabe mencionar
que no descartamos la presencia de las otras ceras, que pueden estar
enmascaradas, por la proporción en la que se encuentran en la formulación.
En la separación C, se pudo determinar que aparte de contener sulfato de
bario (BaSO4), se presenta oxido de fierro III (Fe2O3); aunque cabe
mencionar que la presencia de algún otro compuesto inorgánico no puede
ser observada; ya que el alcance de la técnica usada no es la más adecuada
para esta fin.
Con el termograma obtenido y con el uso de la 1ª derivada se corroboró
que la aportación de más del 85% de la masa de un lápiz labial esta dada
por la mezcla de compuestos orgánicos, principalmente.
76
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
Acoplando el TGA-IR, se pudo detectar que cuando se inicio la perdida de
peso, alrededor de los 240°C, el espectrograma obtenido, corresponde a un
componente de la mezcla y esto se mantuvo constante hasta alrededor de
los 300°C, que fue aquí en donde cambia totalmente el espectrograma. Si la
perdida total fue alrededor del 85% en peso y solo se observan dos
especies diferentes, se concluye que los componentes orgánicos principales
son ceras y aceite de castor; corroborando la separación A, la separación B
y los datos bibliográficos.
Se determinó que las composiciones básicas del lápiz labial son similares,
por lo que la diferencia del precio entre las muestras solo es reflejada en el
empaque y en los aditivos, pero la composición básica del producto
cosmético es similar.
77
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
RECOMENDACIONES
En lo que respecta a la separación A se vio una mejora sustentable con el uso
del accesorio de reflectancia total atenuada (ATR) de cristal de ZnSe, que sustituyó
al KBr, que era el que se utilizaba en forma de pastilla, ya que no se obtenían
espectrogramas tan claros y definidos. Aunque cabe mencionar que también puede
hacerse uso de un accesorio ATR pero de cristal de diamante.
En los resultados obtenidos en la separación B, se observó que las ceras no
se separaron en su totalidad del aceite de castor, por lo cual se recomienda un
tratamiento previo a la muestra mucho más exhaustivo, aunque eso no impidió la
identificación de las mismas.
Como las técnicas utilizadas fueron efectivas para este análisis comparativo,
se recomienda el uso de ellas para cualquier otro análisis de los productos
cosméticos, no sin antes considerar el tratamiento previo a la muestra.
78
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
REFERENCIAS
(1) AGUILAR, Ma. Rosario. (2002). “Apuntes de Química Analítica III”. IPN-
ESIQIE. México. Págs. 35
(2) BONADEO, Higinio. (1988). “Cosmética. Ciencia y Tecnología”. Editorial
Ciencia Tres, S. A. Madrid, España. Pág. 498.
(3) BORÉ, P. (1985). “Cosmetics Analysis”. Editorial Marcel Dekker Inc.
Volumen 4. EUA. Pág. 534.
(4) FORMOSO, Antonio. (1999). “2000 Procedimientos Industriales al
Alcance de Todos”. Editorial Limusa–Noriega. Treceava Edición. México.
Pág. 1240.
(5) KIRK, Raymond et al. (1998). “Enciclopedia de Tecnología Química”.
Editorial Limusa. México. Pág. 1494.
(6) NYQUIST, Richard A. (1971). “Infrared Spectra of Inorganic
Compounds”. Editorial Academic Press, Inc. California, EUA. Págs. 99-
100,172, 178, 182.
(7) PECSOK, Robert, L. (1987). “Métodos Modernos de Análisis Químico”.
Editorial Limusa. México. Págs. 99-100,172, 178, 182.
(8) ROBINSON, James, W. (1999). Principios de Análisis Instrumental”.
Editorial Acribia. Zaragoza, España. Pág. 93-94, 97, 123.
80
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
(9) SKOOG, Douglas et al. (2001). “Análisis Instrumental”. Editorial Mc Graw
Hill. Quinta Edición. España. Pág. 1028.
(10) SUTTON, Lorraine (2000). “Cosmética”. Editorial Alfaomega. México. Pág.
94.
(11) WILKINSON, J. B. et al. (1990). “Cosmetología de Harry“. Ediciones Díaz
de Santos, S. A. Madrid, España. Pág. 1039.
(12) WUNDERLICH, Bernhard (1990). “Thermal Analysis". Academic Press, Inc.
San Diego, EUA. Pág. 450.
(13) ZOE KCCECIOGLU DRAELOS, Lisy (1995). “Cosméticos en Dermatología”.
Editorial Limusa. México.
(14) BALTAZAR PEREZ, Gregorio, “Implantación de un sistema de costos en
una fabrica de cosméticos”, Tesis ESCA-IPN, México 1987.
(15) GARCÍA MURILLO, Antonieta, “Espectrofotometría Infrarroja de
Minerales”, Tesis ESIQIE-IPN, 1997.
(16) GUZMÁN CASTILLO, Irma Guisela, “Variantes en la formulación de lápiz
labial en barra”, Tesis EQFB-UFM, 1989.
(17) MARTÍNEZ HERNÁNDEZ, María Magdalena, “Investigación sobre la
manufactura de lápiz labial y su evolución”, Tesis FQ-UNAM, México
1983.
81
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
(18) NAVA FLORES, Rosalba, “Desarrollo y preparación de un nuevo lápiz
labial con principios activos novedosos”, Tesis FQ-UNAM, México 2001.
(19) VAZQUEZ DAVILA, Yolanda, “Diseño de un sistema de calidad para el
área de envasado en una empresa de cosméticos”, Tesis ESCA-IPN,
México 1998.
(20) HANNAH, R.W., “Lipstick Análisis by Infrared Spectroscopy”, Perkin-
Elmer INFRARED Bulletin, No. 24, 1976, Bimestral.
(21) HAUSDORFF, Harry H., “Infrared Applications to the Analysis of
Cosmetics and Essential Oils”, Journal of the Society of Cosmetic
Chemists, v.IV, 1953, Mensual.
(22) SCHRADER, K., “Non-Feathering Extended Wear Lipstick”, Ciencia y
Cosmética, Marzo-Abril,2000, Bimestral.
(23) Cosméticos, Online, Internet, Febrero 2004.
www.multiceras.com.mx/esp/aplicaciones/cosmeticos.htm
(24) Formulaciones, Online, Internet, Febrero 2004.
www.formulamagistral.com/Principal.htm
(25) Historia de la cosmetología, Online, Internet, Marzo 2004.
www.cosmetologiachile.com
(26) Historia de la cosmetología, Online, Internet, Marzo 2004.
www.mujerbonita.com
82
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
(27) Interpretación de curvas TGA, Online, Internet, Mayo 2004.
www.userCom.com
(28) Formulaciones cosméticas, Online, Internet, Marzo 2005.
www.mulceras.com.mx/esp/aplicaciones/cosmeticos.htm
83
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
GLOSARIO DE TÉRMINOS
AAffeeiittee. m. Cosmético.
AArrttiilluuggiioo. m. Ardid o maña, especialmente cuando forma parte de algún plan para
alcanzar un fin.
BBuucclleess. (del fran. boucle, y éste del lat. buccŭla, boquita.) rizo de cabello en forma
de tirabuzón o sortija.
CCrroommóóffoorrooss. m. Quím. Grupo de átomos mediante los cuales una molécula absorbe
determinadas radiaciones de luz que le dan un determinado color.
EEfflloorreesscceenncciiaa. (del lat. efflorescens,-entis,eflorescente.) f. Quím. Conversión
espontánea de diversas sales en polvo, debida a la pérdida de agua
de cristalización; el fenómeno contrario, en que la sustancia
absorbe humedad, es la delicuescencia.
EEllaassttóómmeerroo. (del gr. _έλαστός, que puede ser empujado, dúctil, y μέρος, parte,
porción) m. Quím. Materia sintética que posee propiedades elásticas
semejantes a las del caucho.
EEmmuunnttoorriioo. (del lat. emunctorĭum; de emungĕre, limpiar) m. pl. Anat. Glándulas de
los sobacos, ingles y detrás de las orejas.
EEssppeeccttrrooggrraammaa. (del lat. spectrum, imagen, aparición) Fis. Serie de imágenes, a
modo de bandas con líneas brillantes y líneas oscuras, que se
forman cuando la radiación de una fuente luminosa o
electromagnética se descompone en sus colores u ondas
constituyentes, que se arreglan en orden sus respectivas
longitudes.
EEuuttrróóffiiccaa. adj. Dícese del órgano o del organismo en estado de buena nutrición, y
de los medios nutritivos que permiten conseguir tal estado.
GGrráácciill. (del lat. gracĭlis, delgado) adj. Sútil, fino, delicado.
HHeennnnaa. Nombre de la alheña en inglés.
84
CARACTERIZACIÓN DEL LÁPIZ LABIAL POR TÉCNICAS ANALÍTICAS INSTRUMENTALES
KKoohhooll.. (Sulfuro de antimonio) Colorante mineral muy usado por el pueblo egipcio,
y que fabricado con galena o antimonio, tenía virtudes estéticas (al resaltar
el contorno de los ojos), así como protectoras, (al mitigar la fuerte
intensidad de la luz solar).
OOrrccaanneettaa. (del ar. Irqān, alheña, azafrán.). Bot. Planta muy vellosa, con flores
acampanadas, de color amarillo, y raíz gruesa, de que se saca una
tintura roja; es común en España.
PPeerriinneeaall. adj. Relativo al perineo (espacio): región perineal.
TTeerrmmoolláábbiill. (de termo- y lábil) adj. Que se altera fácilmente por la acción del calor.
85