Análisis y control de sustancias nocivas.

PROCESOS DE ANÁLISIS DE MATERIAS Y CONTROL DE
SUSTANCIAS NOCIVAS.
En este artículo voy a repasar e intentar explicar la metodología y el instrumental en
los análisis cualitativos y cuantitativos de fibras, los controles de calidad aplicados en
ennoblecimiento (sobre todo en el tema de solideces) y los procesos de determinación
de sustancias nocivas que nos podemos encontrar en artículos de ámbito textil.
Para el análisis de fibras primeramente se realizara un análisis cualitativo de la mezcla
o de la materia en cuestión mediante una serie de procedimientos para determinar
con un alto porcentaje de acierto la composición de la materia o mezcla constituyente
de la probeta a analizar y de esta manera determinar los reactivos más idóneos para la
disolución de la materia o de una parte de la mezcla. Una vez realizado esto el
“residuo” insoluble se pesa y se calcula la proporción del componente soluble en
función de la pérdida de masa.
Para el primer análisis cualitativo podremos utilizar una serie de métodos que se
dividen en tres grupos: ópticos, químicos e instrumentales y que recurriremos a cada
uno de ellos, dependiendo de la certeza de “identificación” en la que creamos estar
(según los resultados que vamos obteniendo) a la hora de realizar este tipo de análisis.
Microscopio
óptico
Análisis por reactivos
Espectrofotometría infrarroja
transformada de Fourier (IRTF)
Análisis calorimétrico diferencial (DSC)
por
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Como métodos ópticos empleamos la microscopía; identificando las posibles fibras
según el aspecto que presentan estas bajo la aplicación de determinados aumentos,
para ello utilizamos en microscopio óptico. En el caso de fibras químicas, en las que por
estructura de fabricación nos es más difícil determinar la posible identificación de las
mismas, nos apoyaremos para su posible determinación en métodos químicos e
incluso en algunos casos en los instrumentales. Para la preparación de las fibras a
analizar en el microscopio someteremos a las mismas al test de Vetillard en el porta
probetas, aplicando dos tipos de disoluciones (Disolución iodo-iodurada y disolución
de sulfoglicerida) que nos ayudaran según las reacciones que presenten las fibras a
estos reactivos, a marcar un camino a seguir de cara al análisis por reactivos posterior.
Los métodos químicos, llamados ensayos de solubilidad se efectúan introduciendo una
pequeña cantidad de materia a examinar en un tubo de ensayo, y se vierte encima
unos 15 o 20cc del reactivo correspondiente. Se toma el tubo con unas pinzas de
madera y se agita en frío durante dos o tres minutos. Para la determinación del orden
de los reactivos a utilizar nos apoyaremos en un reglamento técnico, actualmente
(Reglamento UE 1007/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo relativo a las
denominaciones de las fibras textiles y al etiquetado y marcado de la composición en
fibras de los productos textiles).
Si es necesario que el reactivo esté a ebullición, se calienta con un mechero de alcohol,
hasta que el líquido hierva, manteniéndolo así durante otros dos o tres minutos,
agitando constantemente para evitar salpicaduras. Los líquidos inflamables a ebullición
(acetona, benceno, nitrobenceno, etc.) deben calentarse con precaución, evitando que
los vapores desprendidos se inflamen.
Cuadro clasificación de los métodos, según las fibras a tratar y los reactivos necesarios:
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Se observa el comportamiento de la fibra (inatacada, hinchada, disuelta, etc.) en
contacto con la muestra. Una completa disolución de la muestra en contacto con el
reactivo indicado, nos dará confirmación del tipo de fibra.
Se utilizan los métodos instrumentales cuando después de los ensayos de solubilidad
no es muy difícil determinar con exactitud el tipo de fibra utilizada, como ejemplos
casos como la poliamida (poliamida 6, poliamida 6,6, etc…). En este tipo de
circunstancias utilizamos métodos como la espectrofotometría infrarroja por
transformada de Fourier (IRTF) o el análisis calorimétrico diferencial (DSC), utilizando
cada una según el tipo de fibra a identificar. Explicaremos un poco estos dos
procedimientos:
El método IRTF: Los infrarrojos leen una vibración de los enlaces de carbono (que en
cada caso vibran diferente), y determinan la composición molecular. Esta herramienta
lee por radiación, pero de manera superficial, y crea un espectro de composición de
cadenas de carbono, después apoyándonos en bibliotecas ya establecidas,
determinamos el tipo de fibra que estamos analizando por comparación, según la
longitud de onda. Para ello fabricamos una pastilla con bromuro potásico (“que es
transparente” a los infrarrojos) junto con la fibra que queremos determinar.
Necesitamos 10 toneladas de presión para crear la pastilla mezcla del bromuro y la
fibra, o en su caso ensimajes, aceites o parafinas.
El método DSC (calorímetro diferencial de barrido) permite identificar el punto de
fusión de un tipo de fibra. Para ello se preparan dos probetas que se calientan en un
micro horno, una patrón que está vacía y la de la fibra a determinar. La diferencia
entre el punto de fusión determinara el tipo de fibra que estamos analizando. Es la
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técnica instrumental dominante para la investigación de los materiales poliméricos por
medio del análisis químico.
Para el método de análisis cuantitativo de fibras y una vez realizado el análisis por
reactivos de la muestra a estudio, el residuo restante una vez eliminadas las materias
no fibrosas (grasas, ceras, aprestos….) presentes en la fibra durante su fabricación, se
pesará para poder determinar el porcentaje del componente soluble en función de la
pérdida de peso. Para esto el procedimiento incluye una serie de instrucciones a
seguir, con tiempos de secado específicos, ya que se trabaja con la materia
completamente deshidratada. Posteriormente, se efectuará una corrección según la
tasa legal de humedad de cada fibra y con ello obtendremos los porcentajes reales de
la mezcla.
Ejemplo ficha análisis cualitativo-cuantitativo:
Referencia: Tejido de calada blanco
Observación microscópica: Se observa dos tipos de fibras, una irregular que presenta falsas vueltas de torsión (podría ser
algodón) y una segunda más regular y con forma tubular (podría ser una sintética).
Comprobación reactivos: Análisis cualitativo; Utilización método 7, cogeremos dos penachos en sentido urdimbre y trama, uno
de los cuales lo tendremos una hora al “baño maría” 50°C en ácido sulfúrico al 75%. El otro penacho lo colocaremos 5 minutos
con ácido tricloroacético, en frio.
Después lo secaremos y comprobaremos al microscopio, que el que estaba sumergido en tricloroacético, la fibra sintética ha sido
destruida y desaparece completamente. Por su parte en el otro penacho que estaba en el sulfúrico en caliente, observamos que
ha desaparecido la fibra más irregular, lo que nos da la confirmación que estábamos tratando un algodón.
Cálculos: Análisis Cuantitativo; Trabajaremos con masa deshidratada, un gramo por cada muestra y una superficie de 5 por 5 cm.
Sobre muestras ya tratadas con ambos reactivos y después de la eliminación de uno de los componentes, el residuo insoluble se
pesa y se calcula la proporción del componente soluble en función de la pérdida de peso, (las colocamos 2 horas en estufa a
100°C, para secarlas completamente). Trabajamos mínimo dos replicas.
Masa total
M. pesa filtro
M. Inicial
Masa crisol
M. resto 1
Replica 1
71,9776
70,9727
1,0049
51,7970
0,2389
Replica 2
72,7702
71,6923
1,0779
49,7116
0,2389
Porcentaje cuantitativo deshidratado de la mezcla:
23.8% PES
76,2% CO
Para la conversión o corrección a la tasa legal de humedad utilizaremos la siguiente formula de conversión:
100P1
P 1A % =
P1 1+ (a1 + b ) /100 + (100-P ) 1 + (a + b ) / 100
Con lo que los porcentajes con la tasa legal de humedad ya corregida quedarán de la siguiente manera:
Pes: 21,9 %
CO: 78,1%
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En los laboratorios químicos de muchas empresas e institutos tecnológicos se suele
llevar el control de calidad de solideces del ennoblecimiento, la calidad de las tinturas
o de la estampación viene determinada por la solidez, o sea la resistencia que presenta
un articulo textil a variar o perder su color por acción de un determinado agente físico
o químico, pudiendo este a llegar a degradar el color o descargarlo sobre otros textiles.
Para evitar en lo posible esto, se realizan en estos laboratorios una serie de ensayos de
solideces de tintura a la luz, al lavado, al frote, al frote también con disolventes
orgánicos, al planchado, al agua, al agua de mar y al agua clorada, al sudor, al blanqueo
con hipoclorito y a los agentes de limpieza en seco.
Para estos tipos de ensayos y según lo que se pretenda observar en cada uno de ellos,
se utilizarán una serie de instrumentos que con la ayuda de variables como
temperatura, presión, empleo de lámparas de Xenón, acciones de abatanado, de frote
intensivo, disolventes, baños salinos, disoluciones de agua clorada, etc..,
conseguiremos ver hasta qué punto el trabajo sometido a estas probetas, con la ayuda
de unas escalas de referencia o patrones, produce descarga y/o alteración del color.
Para la medición de la degradación del color se utilizará la escala de grises, que
consiste en cinco pares de muestras de color gris neutro numeradas del uno al cinco,
donde el cinco representa el máximo valor de solidez y el uno el mínimo, y con esto no
podremos hacer una idea de nuestra muestra analizada, donde se encuentra después
de realizados los ensayos. Suele ser una valoración subjetiva, ya que por regla general
dependerá mucho de la persona que realice la valoración, normalmente lo realizaran
dos personas. Si lo que medimos es la degradación, utilizamos la escala de grises
donde podemos compara el gris con el blanco, como en el otro caso el cinco
representa el máximo valor y el uno el mínimo. Son utilizadas en todos los ensayos de
solidez, exceptuando los de “a la luz”, ya que este tipo de escala se queda corto
porque en este caso influyen otros factores como humedad, temperatura, iluminación,
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etc… En este caso utilizaremos la escala de azules, formada por ocho muestras patrón
de tejido, donde el máximo de solidez a la luz es el ocho y el mínimo el uno.
Describiremos ahora los instrumentos utilizados en los ensayos
de solideces, según el trabajo o agente al que se le somete:
Para la solidez a la luz se utiliza el Xenotest; si lo que buscamos
es comprobar las solideces al lavado, lavado en seco y agua
clorada nos apoyaremos en el Linitest; en los ensayos de
solidez al sudor (ya sea básico o ácido) utilizamos el
Pespirometer, la solidez de las tinturas al agua y al agua de
mar también se realizan con este instrumento; la solideces al
planchado que se realizan inmediatamente después del
ensayo y a las cuatro horas del mismo, el instrumento a utilizar
Xenotest
es el Fixotest; y finalmente para ver la solidez al frote y a al
frote con disolventes orgánicos, nos hacemos servir del Crockmeter. Para la valoración
de las tinturas con Hipoclorito Sódico simplemente sumergimos la probeta en una
disolución en reposo y sin presencia de luz, secamos y después comparamos con
escala de grises.
Pespirometer
Crockmeter
Linitest
Otro de los ensayos que podemos realizar
en el laboratorio químico es el referente a
la estabilidad dimensional de un tejido
tras ser sometido a un proceso de lavado
y secado. El principio del método consiste
en
seleccionar probetas de ensayo
representativas de la partida a analizar,
marcar pares de puntos de referencia
sobre cada una de ellas a la misma distan-
Fixotest
cia y medir las longitudes, después de los tratamientos que vienen marcados sus
características por norma, se vuelven a medir y se determina su encogimiento o su
extensión mediante un cálculo fácil.
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Las sustancias nocivas pueden llegar al cuerpo humano a través de la piel, boca o vías
respiratorias, esto pude provocar graves problemas de salud y por esta razón en los
laboratorios químicos textiles, se analizan los tejidos y prendas, así como los accesorios
de estas (etiqueta, botones, etc..), para evitar en lo posible que las sustancias nocivas
lleguen al consumidor final. Existen una serie de pruebas específicas para poder
determinar la presencia de estas, vamos a repasarlas.
La determinación del pH Acuoso: Esta prueba es
importante por el efecto que pueden tener este
sobre la piel (alergias, etc..); los tratamientos de
tintura y acabados pueden conferir al tejido un
pH demasiado acido o demasiado básico y esto
afecta la sensibilidad de la piel. Para este análisis
utilizamos el aparato llamado PHmeter, donde la
probeta con una masa especifica, estará sobre las
dos horas en una disolución de Cloruro Potásico
en movimiento, la maquina se calibra con dos
disoluciones, una básica y otra ácida, y después
PHmeter
con patrones (que son comprados) verificamos
la calibración; la media del pH se sacara de la
segunda y tercera prueba realizada y debe mantenerse entre un rango especifico, de lo
contrario incumplen determinadas normas, como por ejemplo la Oko-tex (esta y otras
normas son sacadas por institutos tecnológicos o asociaciones donde lo que se
pretende es, el control de sustancias nocivas en la fabricación de productos textiles).
Otro de los análisis es el test de olor; para este ensayo se coloca un trozo de muestra
de unas determinadas medidas en una disolución de Nitrato Magnésico durante un
tiempo y después se deseca completamente, a continuación y mediante una referencia
tipo que ya poseemos, la compararemos con la de la muestra a analizar y nos dará un
resultado, que va del uno al cinco según la cantidad de olor que desprende. El análisis
es subjetivo y suele realizarlo más de una persona.
También se suele analizar el contenido en Formaldehído libre, ya que este
componente suele ser utilizado en resinas, productos de acabado, fijadores de color,
etc.., y se considera alérgico. Para la determinación del contenido de formaldehído
libre e hidrolizable se utiliza un espectrofotómetro UV-Visible, tras un tratamiento con
un reactivo especifico del residuo acuoso. Este instrumento utiliza radiación
electromagnética (luz) de las regiones visibles, ultravioletas cercanas (UV) e infrarrojas
cercanas (NIR) del espectro electromagnético, es decir, una longitud de onda entre
380nm y 780nm. La radiación absorbida por las moléculas desde esta región del
espectro provoca transiciones electrónicas que pueden ser cuantificadas.
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Espectrofotómetro UV-Visible
Para la detección de sustancias nocivas o metales pesados, los laboratorios utilizan dos
instrumentos como son el ASE (para la extracción) y el cromatógrafo de gases (para la
detección de masas). El principio del primer instrumento se basa en la extracción de las
sustancias mediantes disolventes y calor, de manera que en una celda (donde se
coloca la muestra) que está dentro de un horno, se inyecta a presión un disolvente
para que moje la muestra y se le aplica calor, con esto se consigue que descargue las
sustancias nocivas de la muestra en otra celda de recolección y los residuos en una
celda de residuos. Después de la extracción de sustancias pasaremos al cromatógrafo
de gases, donde el procedimiento seguirá las siguientes fases: Pinchamos la muestra
extraída y preparada con una jeringa que suele coger una cantidad entre uno o dos
microlitros, a continuación mediante un inyector especial introducimos la muestra en
una cámara de vaporización (con gas de Helio), para poder convertir este liquido en
vapor, este vapor se adhiere a una columna, donde a posteriori pasa al detector de
masas que por radiación descompone las moléculas y sobre los patrones ya
preparados, compara la muestra analizada. Permite dos tipos de análisis: por SIM o por
SCAN. En el primer tipo solo se analiza o busca las masas de lo que se está buscando,
en el segundo caso se analiza todo lo que lleva (Masas), pero perderemos sensibilidad.
En la figura de arriba observamos el ASE, para
extracción de sustancias mediante disolventes;
en la de la derecha, el cromatógrafo de gases.
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En este artículo también vamos a integrar al microscopio electrónico como
instrumento de análisis cualitativo de muestras (aunque también nos puede servir en
muchos de los procesos vistos anteriormente) veremos brevemente el fundamento del
mismo, los tipos que nos podemos encontrar y las técnicas.
Partiendo de la base de que cualquier microscopio nos permite amplificar cualquier
objeto que es indistinguible a muestro ojo humano, la diferencia entre un microscopio
óptico y uno electrónico está basada en la fuente de iluminación utilizada; el
microscopio óptico utiliza un haz de luz en el rango de las longitudes de onda del
visible, el microscopio electrónico emplea un haz de electrones de muy corta longitud
de onda que permite obtener una mayor resolución y amplificación. Con ello
obtenemos información tanto estructural como de caracterización de defectos gracias
a los distintos tipos de interacción de los electrones con la materia.
Malla de biopolímeros
Microscopio electrónico de barrido
Existen dos tipos de microscopios electrónicos: el microscopio electrónico de barrido
(SEM) y el microscopio electrónico de transmisión (TEM). La diferencia principal entre
ellos es la manera en que forman y magnifican la imagen, consiguiendo con el primero
observar la morfología y características de la superficie estudiada, mientras que con el
segundo podríamos llevar a ver la estructura interna y detalles ultra estructurales.
Como ya hemos comentado antes, las aplicaciones pueden ser muy variadas, entre las
cuales podemos encontrar: la determinación de secciones transversales de fibras, la
comprobación de componentes aditivados, la detección de los tipos de fibras de que
está compuesta una muestra, el estudio de la construcción de tejidos textiles
(estructuras), observación, detección y cuantificación de microcápsulas, determinación
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Abalorios para productos textiles
Microscopio electrónico de transmisión
de finuras de microfibras y nanofibras, caracterización de laminados, detección de
seres vivos, etc…
Algunos microscopios electrónicos ambientales de barrido, tiene la posibilidad de
llevar integrado un equipamiento auxiliar (EDAX) para estudiar la emisión de Rayos X.
Esto convierte al microscopio en una de las técnicas analíticas más potentes a nivel
cuantitativo y cualitativo, con esto obtenemos información composicional y elemental
de forma global en la muestra. Con esta opción, además de determinar los elementos
que constituyen la muestra se puede determinar la posición en la que se encuentran.
Autor: Robert Borrás Beneito
Técnico Superior Textil
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bb.robert@gmail.com
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