Procedimiento para la determinación de las macromoléculas intactas de nitrocelulosa y polímeros de D-glucopiranosa mediante Electrofóresis Capilar.

PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS MACROMOLÉCULAS INTACTAS DE NITROCELULOSA Y POLÍMEROS DE D-GLUCOPIRANOSA MEDIANTE ELECTROFORESIS CAPILAR 1 O 15 El procedimiento analítico propuesto permite la determinación de nitrocelulosa intacta mediante Electroforesis Capilar con detección por Fluorescencia Inducida por Láser (CE-LIF) . Actualmente no existe ningún protocolo analítico para la determinación de nitrocelulosa intacta, por lo que este procedimiento supone un gran avance ya que permite determinar, de manera rápida y sencilla, la presencia de nitrocelulosa en muestras que contengan esta macromolécula como, por ejemplo, las pólvoras homogéneas o de base nitrocelulósica de simple, doble y triple base. Además, este procedimiento también es válido para la determinación de otros polímeros de Dglucopiranosa como son la celulosa y el almidón. 20 25 SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención tiene su campo de aplicación dentro del área de la Química y la Tecnología Química y utiliza como técnica la Electroforesis Capilar. En particular, esta invención se refiere al desarrollo de un método analítico de determinación de las macromoléculas intactas de nitrocelulosa y polímeros de Dglucopiranosa en muestras de pólvora, colodión, papel y almidón. ESTADO DE LA TÉCNICA 30 La nitrocelulosa es un material blanco, de textura fibrosa y de apariencia similar al algodón, que se fabrica a partir de celulosa. La celulosa es un polisacárido constituido por un intervalo comprendido entre 100 y 10000 unidades de D-glucopiranosa unidas por enlaces B (1~4) [1]. Este polisacárido natural reacciona con ácido nítrico produciendo un polímero, la nitrocelulosa, también llamada nitrato de celulosa. La

reacción general de formación de la nitrocelulosa a partir de la celulosa es un proceso de esterificación reversible y muy exotérmico esquematizado como: R-OH + HON02 ~ R-ONOz + HzO [2].

Tanto el precursor, la celulosa, como el producto final, la nitrocelulosa, tendrán una estructura similar, a excepción de los grupos presentes en los carbonos C2, C3 y C6. Estas posiciones, que en la molécula de celulosa están ocupadas por grupos hidroxilo, son las únicas disponibles para la nitración. Debido a que no todos los carbonos presentan la misma probabilidad de reacción con los grupos nitro, existe la posibilidad de obtener nitrocelulosa con diferente grado de nitración. De hecho, el orden de reactividad es C6>>C2;::::C3 [2, 3]. Por tanto, la fórmula molecular de la nitrocelulosa es (C6H702 (0H) 3-x (ON02) x) n, donde x indica el número de grupos hidroxilo intercambiados por grupos nitro. La cantidad de grupos hidroxilo sustituidos en una molécula se define como «grado de sustitución» (DS) , cuyo cálculo se realiza mediante la ecuación (1) [4]:

DS = 3, 6 x contenido en nitrógeno [%]

Ecuación ( 1)

31, 13 -contenido en nitrógeno [%]

Este parámetro, que depende del contenido en nitrógeno, representa una de las propiedades más importantes de la nitrocelulosa puesto que su valor afecta directamente a otras propiedades de este polímero, como son la solubilidad y la viscosidad. La solubilidad de la nitrocelulosa es inversamente proporcional al DS y al grado de polimerización (DP, definido como el número de monómeros repetidos a lo largo de la cadena polimérica ) .

La nitrocelulosa con un bajo contenido en nitrógeno (<12%) se utiliza, entre otras aplicaciones, para fabricar películas fotográficas, tintas y pinturas, mientras que la nitrocelulosa con un alto contenido en nitrógeno (>12%) se caracteriza por presentar naturaleza explosiva y debido a tales características, su principal aplicación se centra en la formación de composiciones explosivas, como son las dinamitas y los propulsores [2, 4, 5]. Las dinamitas son explosivos fuertes utilizados habitualmente con fines civiles. Están constituidas por compuestos de carácter explosivo (nitrato de amonio y nitroglicol) , compuestos combustibles (butil-ftalato, harina o serrín y nitrocelulosa) y compuestos inertes (como carbonato de calcio) . Los propulsores o pólvoras se utilizan para impulsar los proyectiles a elevadas velocidades y se clasifican según su composición en: pólvoras negras, homogéneas (también conocidas como pólvoras coloidales o de base nitrocelulósica ) , compuestas y de alto poder explosivo [2, 6]. De los distintos propulsores existentes, las pólvoras homogéneas y algunas de alto poder explosivo tienen como componente activo (componente energético del propulsor) la nitrocelulosa. Las pólvoras homogéneas se dividen en tres tipos, en función de su número de componentes activos: i) pólvoras de simple base, que contienen principalmente nitrocelulosa; ii) pólvoras de doble base, que están formadas por nitrocelulosa y otra sustancia explosiva como nitroglicerina, dinitroetilenglicol o dinitrotolueno y iii) pólvoras de triple base, que están compuestas por nitrocelulosa y otras dos sustancias explosivas (nitroglicerina o dinitroetilenglicol y nitroguanidina) [6, 7]. Entre las pólvoras de alto poder explosivo se encuentran las pólvoras LOV A (lowvulnerability-ammunition) , que están formadas principalmente por hexógeno y un derivado de celulosa [2, 8] y las pólvoras HP (high-performance) que suelen contener hexógeno, nitrocelulosa y otros explosivos como el nitrato de triaminoguanidina.

Actualmente, el estudio de compuestos explosivos presenta un gran interés en química forense debido, en parte, a los ataques terroristas cometidos contra la población civil y militar. Por ello, hoy en día son necesarios estudios para la caracterización y la determinación de este tipo de compuestos, de manera que se pueda llegar al origen del delito. En el campo de los propulsores, la nitrocelulosa presenta un gran interés puesto que forma parte de la mayoría de éstos.

Aunque existen numerosos estudios sobre compuestos explosivos de naturaleza orgánica, hoy en día, el estudio de la nitrocelulosa continúa siendo un desafío en muchos aspectos. Características de la nitrocelulosa, tales como su elevada masa molar (;::::20-250 kDa [5]) , su alta complejidad estructural y su comportamiento químico inusual, dificultan el estudio rutinario de esta macromolécula. Además, este polímero generalmente se encuentra embebido en una matriz compleja y, por tanto, mezclado con otros componentes de diversa naturaleza. La cromatografía líquida, y en particular la cromatografía de exclusión molecular (SEC) , ha sido la técnica de separación por excelencia para la determinación y caracterización de nitrocelulosa [9-19]. Sin embargo, la mayoría de los estudios realizados por esta técnica se centran en la determinación de parámetros de caracterización de polímeros, como son la distribución de la masa molar, la viscosidad y el índice de refracción específico. En otros trabajos realizados se han estudiado las propiedades térmicas, mecánicas y morfológicas de este compuesto

mediante técnicas de análisis térmico (calorimetría diferencial de barrido, DSC; análisis termomecánico TMA; análisis mecánico dinámico DMA) [20, 23], técnicas espectroscópicas (espectroscopia infrarroja fotoacústica, FTIR-PAS; espectroscopia infrarroja de micro-reflectancia, FTIR-MR; espectroscopia infrarroja de reflectancia 5 total atenuada escala macro y micro, Macro y Micro-ATR 1FTIR) [21, 22] y técnicas de caracterización morfológica (medidas de fuerza, compresión, etc.) [24]. Además, se ha estudiado el proceso de degradación de la nitrocelulosa por técnicas térmicas (DSC; calorimetría diferencial de barrido modulada, MDSC; termogravimetria, TG; análisis térmico diferencial, DTA; calorimetría de aceleración, ARC) espectroscópicas 1O (espectro fotometría, espectroscopia infrarroja, FTIR; espectroscopia FTIR por salto de temperatura, T -Jump-FTIR; espectroscopia FTIR acoplada a espectrometría de masas, FTIR-MS; espectroscopia FTIR por salto de temperatura acoplada espectrometría de masas con un analizador de tiempo de vuelo, T-Jump/TOF-MS; resonancia magnética nuclear de carbono 13, 13 C-NMR) y cromatográficas (cromatografía de gases, GC; 15 cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas, GC-MS) [25-46]. En cuanto a la determinación de nitrocelulosa, hasta la fecha sólo se ha realizado por cromatografía líquida de alta eficacia y de intercambio iónico, tras su hidrólisis a nitratos y nitritos [47-49], pero no de forma intacta. Por ello, el objetivo de esta invención es el desarrollo de un procedimiento pionero por CE-LIF que permita 20 determinar la nitrocelulosa intacta. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El procedimiento para la determinación de nitrocelulosa intacta...

l. Procedimiento de determinación de nitrocelulosa intacta caracterizado porque permite determinar esta macromolécula mediante Electroforesis Capilar (CE) con detección por fluorescencia inducida por láser (LIF) tras un proceso de derivatización y una separación electroforética en medio ácido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque reqmere un tratamiento de muestra sencillo consistente en la pulverización de la misma antes de su 1 O derivatización.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por realizar la separación electroforética de la nitrocelulosa intacta en un capilar de sílice fundida no recubierto, de 50 ¡.tm de diámetro interno y 375 ¡.tm de diámetro externo con una longitud total de 50, 2 cm que debe acondicionarse entre inyecciones con ácido clorhídrico 0, 1 M durante 2 min, seguido de agua mili-Q durante 2 min y del tampón de separación durante 4 min, todo ello a una presión de 20 psi.

4. Procedimiento según la reivindicación 3 caracterizado por el empleo de un medio de separación acuoso para CE consistente en ácido fórmico 1 , O M ajustado a pH 2, 0 con hidróxido sódico O, 1 M.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado por los siguientes parámetros instrumentales en CE: inyección por presión de 0, 5 psi durante 5 s de las 25 muestras; temperatura de 25 oc y voltaje de separación de -20 kV.

6. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque la detección se realiza a una longitud de onda de excitación de 488 nm y una longitud de onda de emisión 520 nm de mediante un detector LIF de Argón-Ión.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 y 6 caracterizado porque permite la determinación cualitativa de nitrocelulosa intacta contenida en muestras que contienen nitrocelulosa con un elevado grado de nitración, como son las pólvoras sin humo, y en muestras que contienen nitrocelulosa con un bajo grado de nitración, como son los colodiones.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 y 6 caracterizado porque es aplicable a polímeros de naturaleza similar a la nitrocelulosa como son la celulosa y el almidón.