Method Development and Analysis of Sulfonated Fatty Acids Chain Distribution and Isomers

Abstract

Sulfonerte fettsyrer, SFA, er en type overflateaktive stoffer som ble undersøkt på 1950-, 60- og 70-tallet. Selv om forskningen lenge sto stille, har etterspørselen etter mer miljøvennlige produkter gjort SFA til en del av samtalen igjen. Unger Fabrikker laget derfor en testbatch med SFA, heretter kalt SFA_1, som skal analyseres og vurderes for fullskala produksjon. Dette arbeidet tar sikte på å bedre forstå denne testbatchens sammensetning, spesielt forholdet mellom SFA og fettsyre (FA) og forholdet mellom ulike kjedelengder i selve SFA.

Etter et innledende litteratursøk ble det klart at Ultra Performance Convergence Chromatography, UPC2, var et ideelt valg for å utvikle en metode, siden den tidligere hadde blitt brukt til å skille både FAer og lipider. Mangelen på kjøpbare SFA-standarder førte imidlertid til at en stor del av prosjektet handlet om å lage en SFA-standard.

Tynnsjiktkromatografi, TLC, ble først brukt for å bestemme om forskjellige løsninger inneholdt SFA eller FA. 1:1 volum% 2-propanol(IPA):deionisert vann var et av de beste løsningsmidlene for å løse opp SFA-prøver. Senere ble det funnet ut at dimetylsulfoksid, DMSO, løste SFA-prøver bedre, men dette løsemidlet kan ikke brukes til UPC2. Den optimaliserte mobilfasen som ble brukt var 8:2 volum% kloroform:metanol v/5% 0,1 N svovelsyre, 8:2 CHCl3:MeOH v/5% 0,1 N H2SO4. FA og SFA ble fremkalt på silika TLC-plater ved å dyppe i en bromcresolgrønn løsning, BCG, med Rf på henholdsvis 0,7 og 0,0.

SFA_1 ble omkrystallisert i deionisert vann og vasket i aceton. Det resulterende pulveret ble kalt SFA_STD. Dette pulveret ble antatt å inneholde SFA med høy nok renhet til å kunne brukes som en standard. Innledende titreringer bestemte vanninnholdet til 0,04%, mens natriumsulfat og mengden anionaktivt materiale ble funnet å være henholdsvis lav og høy. Nøyaktige verdier ble ikke funnet, da begge titreringene viste seg å være vanskelige å få til.

Ved å kjøre SFA_STD gjennom kjernemagnetisk resonansspektroskopi, NMR, og gjennom massespektroskopi, MS, ble det ikke funnet forurensninger eller FA. MS viste at den vanligste SFA-fragmenteringen var COOH-gruppens tap.

UPC2-MS/MS ble brukt for å bestemme at forholdet mellom kjedelengder i SFA var omtrent 78,10:21,50:0,40 for henholdsvis laurinsyre, myristinsyre og palmitinsyre. Mengden SFA og FA i SFA_1 kunne ikke bestemmes.

Sulfonated fatty acids, SFAs, are a type of surfactant that were investigated in the 1950s, 60s and 70s. Although the research for long was at a standstill, the demand for more environmentally friendly products has made SFA part of the conversation again. Unger Fabrikker, therefore, made a test batch of SFA, henceforth called SFA_1, to be analyzed and considered for full-scale production. This work aims to better understand this test batch's composition, particularly its SFA to fatty acid (FA) ratio and the ratio between different chain lengths in the SFA itself.

After some initial research, it became clear that Ultra Performance Convergence Chromatography, UPC2, was an ideal choice for developing a method, as it had previously been used to separate both FAs and lipids. However, the lack of purchasable SFA standards led to a big part of the project becoming about making an SFA standard.

Thin Layer Chromatography, TLC, was first used to determine whether different solutions contained SFA or FA. 1:1 volume% of 2-propanol(IPA):deionized water was one of the best solvents to dissolve SFA samples. Later it was found that dimethyl sulfoxide, DMSO, dissolved SFA samples better, but this solvent can not be used for UPC2. The optimal mobile phase used was 8:2 volume% chloroform:methanol w/5% 0.1 N sulfuric acid, 8:2 CHCl3:MeOH w/5% 0.1 N H2SO4. FA and SFA were visualized on silica TLC plates by dipping in Bromocresol green, BCG, with Rf of 0.7 and 0.0, respectively.

SFA_1 was recrystallized in deionized water and washed in acetone to create a powder named SFA_STD. This powder was believed to contain SFA of a high enough purity to be used as a standard. Initial titrations determined the water content to be 0.04%, while sodium sulfate and the amount of anion-active material were found to be low and high, respectively. Exact values were not found, as both titrations proved difficult.

Running SFA_STD through nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR, and through mass spectroscopy, MS, no contaminants or FA were found. MS showed that the most common SFA fragmentation was the COOH group's loss.

UPC2-MS/MS was used to determine that the ratio between chain lengths in SFA was approximately 78.10:21.50:0.40 for lauric, myristic, and palmitic acids, respectively. The amount of SFA and FA in SFA_1 could not be determined.