Związki powierzchniowo czynne. Oznaczanie zawartości substancji

- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym -
Ćwiczenie 2
Temat: Związki powierzchniowo czynne. Oznaczanie zawartości substancji
chelatujących metodą miareczkową.
Cel ćwiczenia: Zapoznanie z właściwościami, zastosowaniem oraz procedurą oznaczania
najczęściej stosowanych substancji chelatujących (kwasu etylenodiaminotetraoctowego
EDTA lub jego soli) w detergentach i mydłach.
I. Część teoretyczna
Tłuszcze roślinne i zwierzęce (trójglicerydy) są powszechnie stosowane w kosmetyce.
W postaci czystej trójglicerydy są bezbarwne i bezwonne, lecz wykazują małą odporność na
wpływ czynników biologicznych (mikroorganizmów, enzymów) i fizykochemicznych
(światło, powietrze, podwyższona temperatura). Degradacji tłuszczów wywołanej czynnikami
fizykochemicznymi zapobiega się stosując antyutleniacze, czyli inhibitory procesu
autooksydacji. Antyutleniacze, zwane też przeciwutleniaczami lub antyoksydantami, są
związkami chemicznymi, które zwalniają szybkość reakcji autooksydacji. Autooksydacja jest
samorzutną, rodnikową, powolną reakcją niektórych substancji, w tym również tłuszczów, z
tlenem, która przebiega już w temperaturze pokojowej. Reakcję tę zapoczątkowuje światło, a
cały proces przyśpieszają śladowe ilości metali ciężkich, zdolnych do przemian oksydacyjnoredukcyjnych, przebiegających z udziałem jednego elektronu, np. żelazo, którego kationy
Fe3+ i Fe2+ stosunkowo łatwo zarówno oddają, jak i przyjmują jeden elektron. Autooksydacja
jest zjawiskiem wyjątkowo niekorzystnym, a przeciwdziałają mu obecne w preparatach
kosmetycznych antyutleniacze. Podstawowa ich rola sprowadza się do opóźniania procesu
starzenia się wyrobów, podczas ich przechowywania, użytkowania lub przetwarzania.
Antyutleniacze powinny być nietoksyczne, aktywne w małych stężeniach, oraz nie mogą
wpływać na pogarszanie innych właściwości preparatu.
Antyoksydanty stosowane w kosmetyce dzieli się na antyoksydanty podstawowe oraz
związki współdziałające z nimi synergistycznie. Do pierwszej grupy należą substancje
działające przez bezpośrednią dezaktywację rodników (są to witaminy E, C, karoteny, kwas
nordihydrogwajaretowy (NDGA) pochodzenia naturalnego, syntetyczne związki fenolu, a
także pochodne kwasu galusowego oraz tert-butylofenolu). Do drugiej grupy, czyli związków
działających
połączenia
synergistycznie z antyoksydantami typu witamin lub fenoli, są zaliczane
o
charakterze
hydroksykwasów
(sole
kwasu cytrynowego,
winowego,
1
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym askorbowego), kwasów poliaminooctowych, a także pochodne kwasu fosfonowego. Związki
te wykazują zdolność wiązania w niejonizujące kompleksy kationów metali ciężkich.
OH
OH
O
O
HO
O
OH
OH
O
HO
OH
O
OH
OH
Kwas winowy
Kwas cytrynowy
Szczególnie wartościowymi związkami chelatującymi kationy metali katalizujących
przebieg autooksydacji są połączenia wywodzące się z kwasów etylenodiaminopolioctowych
(kwas
etylenodiaminotetraoctowy
–
EDTA,
kwas
wersenowy,
kwas
dietylenotriaminopentaoctowy- DTPA, kwas pentatowy). Związki te mogą bowiem wiązać
koordynacyjnie kationy metali ciężkich zarówno przez atomy tlenu, jak i azotu, zawarte w
tym samym czynniku chelatującym, tworząc wyjątkowo trwałe kompleksy.
OH
OH
O
O
N
HO
O
O
O
N
HO
OH
N
O
O
OH
OH
EDTA
Kwas hydroksyetyloetylenodiaminotrioctowy
O
OH
O
HO
N
N
O
O
OH
O
O
O
O
OH
OH
NTA
DTPA
2
OH
N
OH
N
HO
OH
N
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym Przykładowo, kwas wersenowy może mieć postać zarówno soli trójsodowej (Limclair,
Versene-9, SequestreneNa3), jak i czterosodowej (Trilon B, Questex, Versene, Sequestrene,
Komplexon, Calsol). Warto wspomnieć, że EDTA dodaje się także do mydeł, ponieważ
chelatując kationy metali ziem alkalicznych (wapnia i magnezu) zmiękcza wodę. Do
chelatujących kwasów aminopolioctowych należy także kwas aminotrioctowy (NTA),
występujący w postaci soli trisodowej pod nazwą handlową Trilon A, NTANa3.
Wśród pochodnych fosfonowych, które wykorzystuje się w kosmetyce wymienić
należy tris(fosfonometylo)aminę oraz kwas 1-hydroksyetano-1,1-difosfonowy (EHDP, kwas
etidronowy). EHDP w kosmetykach może mieć postać soli tetrasodowej (Turpinale) lub
disodowej (Calcimux, Didronel, Diphos, Etidron). Sole obu kwasów są stosowane jako środki
wspomagające działanie antyoksydantów, a także jako regulatory twardości wapniowej wody,
m.in. w mydłach. Niektóre z wymienionych związków kompleksotwórczych są używane w
preparatach do pielęgnacji zębów, gdzie stanowią składnik hamujący tworzenie się kamienia
nazębnego.
OH
O P OH
HO
OH
P
O
N
O
P
HO
OH
OH
HO
OH
HO
OH
P
P
O
O
CH3
EHDP
Tris(fosfonometylo)amina
Sole sodowe kwasów aminopolikarboksylowych (najczęściej stosowany Trilon) lub
związki fosfonowe dodawane są także do środków piorących. Ze względu na zdolność
kompleksowania jonów metali pochodzących z wody, tkanin, surowców do produkcji
środków piorących i korozji elementów pralek, zabezpieczają one składniki wybielające przed
ich powolną degradacją.
3
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym II. Część doświadczalna
Ćwiczenie zostało opracowane w oparciu o polską normę: PN-ISO 4325.
Odczynniki:
Nazwa
Sprzęt:
Ilość Nazwa
Ilość
[cm3]
HCl, roztwór o stężeniu 5 mol/dm3,
NaOH, roztwór o stężeniu 2 mol/dm3
Pehametr + układ elektrod do
pomiarów pehametrycznych
Roztwór buforu octanowego,
pH = 4.65 (wymieszać równe objętości
roztworów kwasu octowego, c(CH3COOH)
= 0.4 mol/dm3 i wodorotlenku sodu,
c(NaOH) = 0.2 mol/dm3).
30
Wskaźnik PAN, roztwór 0.1 % 1-(2pirydylazo)-2-naftolu w alkoholu etylowym
(roztwór przechowywać nie dłużej niż 7 dni)
2.4
Siarczan(VI) miedzi(II), wzorcowy roztwór
mianowany, c(CuSO4) = 0.01 mol/dm3 (z
dokładnością do 1 mg odważyć 2.497 g
pentahydratu
siarczanu(VI)
miedzi(II)
(CuSO4x5H2O) o czystości co najmniej
99.5% (m/m) i rozpuścić w wodzie.
Otrzymany roztwór przenieść ilościowo do
kolby miarowej pojemności 1000 cm3,
rozcieńczyć wodą do kreski i wymieszać).
250
Roztwory buforowe (jeden o pH niższym,
drugi o wyższym od pH roztworu
badanego), np. pH = 4 i pH = 9.
10
4
Mieszadło magnetyczne
szt. 1
Termometr (100ºC)
szt. 1
Zlewka poj. 50 cm3
szt. 1
Kolba stożkowa poj. 250 cm3 szt. 3
lub zlewka poj. 200 cm3
Biureta poj. 50 cm3
szt. 1
Pipeta 5 cm3
szt. 1
Pipeta 0.5 cm3
szt. 1
Cylinder poj. 100 cm3
szt. 1
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym 1. Przygotowanie próbki
W zlewce lub kolbie stożkowej o pojemności 200 cm3 odważyć 10 g próbki
laboratoryjnej (szampon do włosów, żel do mycia twarzy lub inny detergent wskazany przez
prowadzącego zajęcia) z dokładnością do 0.1 g. Do próbki dodać 100 cm3 wody i mieszać do
rozpuszczenia.
2. Wykonanie oznaczenia
Ustalić pH roztworu (przed wykonaniem oznaczenia należy przygotować układ
pomiarowy, a następnie skalibrować go - patrz instrukcja obsługi pehametru). W tym celu w
badanym roztworze zanurzyć elektrodę połączoną z pehametrem i dodawać roztwór kwasu
chlorowodorowego do uzyskania pH = 4.6±0.5. Następnie elektrodę wyjąć i opłukać.
UWAGA: Zazwyczaj nie występują zakłócenia spowodowane obecnością w produkcie
innych składników, na przykład kwasów tłuszczowych, lecz jeżeli jest niezbędne usunięcie
kwasów tłuszczowych pochodzących z mydeł, należy to wykonać metodą filtracji przez
zwilżoną bibułę filtracyjną.
Do badanego roztworu dodać 5 cm3 roztworu buforu octanowego i 0.4 cm3 roztworu
wskaźnika PAN. Ogrzać do temperatury 60 °C i miareczkować roztworem siarczanu(VI)
miedzi(II) do zmiany barwy wskaźnika z żółtej na kolor czerwonego wina. Zabarwienie
powinno utrzymywać się przez co najmniej 1 min. Zanikanie barwy punktu końcowego
sugeruje, że w próbce obecne są inne substancje chelatujące. Jeżeli miareczkowanie
prowadzone jest w zlewce, niezbędne jest użycie mieszadła magnetycznego.
Powtórzyć te same czynności z nową porcją badanego roztworu. Maksymalna różnica
między wynikami dwóch oznaczeń tej samej próbki nie może być większa niż 0.01% (m/m)
przy zawartości EDTA w próbce do 2%.
III. Sprawozdanie
Obliczyć, w procentach, zawartość substancji chelatującej, wyrażoną ułamkiem
masowym kwasu etylenodiaminotetraoctowego z następującego wzoru:
zaw. =
V ⋅c
100
× 292 ×
[%]
3
m
10
w którym:
V – objętość roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) użytego do miareczkowania (cm3)
c – stężenie roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) (mol/dm3)
5
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Metody analityczne w przemyśle kosmetycznym m – masa próbki badanej (g)
292 – masa cząsteczkowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego.
Uwaga: Jeżeli różnica między wynikami dwóch oznaczeń tej samej próbki jest większa niż
0.01 % (m/m) przy zawartości EDTA w próbce do 2 % (m/m) należy powtórzyć oznaczanie.
IV. Wymagania teoretyczne
Definicja i klasyfikacja środków powierzchniowo czynnych. Właściwości środków
powierzchniowo
kosmetycznej.
czynnych.
Zastosowanie
Antyutleniacze.
związków
Dodatki
kompleksujących
wykończające.
Podstawy
w
chemii
teoretyczne
kompleksometrii: definicja związku kompleksowego, liczby koordynacyjnej, czynniki
wpływające
na
trwałość
związków
kompleksowych,
krzywa
miareczkowania
kompleksometrycznego, typy miareczkowań kompleksometrycznych, wpływ pH na
oznaczenia kompleksometryczne, wskaźniki kompleksometryczne, kompleksony i ich
kompleksy.
V. Utylizacja
Roztwory pozostałe po wykonaniu ćwiczenia rozcieńczyć wodą wodociągową i wylać
do kanalizacji.
VI. Zalecana literatura
1. W. Malinka, Zarys chemii kosmetycznej, VOLUMED sp. z o.o., Wrocław 1999.
2. A. Cygański, Chemiczne metody analizy ilościowej, Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa 1992.
3. Z.S. Szmal, T. Lipiec, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej,
Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa 1988.
4. J. Ogonowski, A. Tomaszkiewicz-Potępa, Związki powierzchniowo czynne, skrypt wyd.
przez Politechnikę Krakowską, Kraków 1999.
5. J. Minczewski, Z. Marzenko, Chemia analityczna, wydanie ósme, tom 2, PWN, Warszawa
2001.
VII. Opracowanie ćwiczenia i instrukcji: Danuta Kroczewska i Anna Kamecka
(wrzesień 2004)
6