Determinarea colorantilor sintetici din dropsuri prin extractie pe faza solida si cromatografie pe strat subtire

1. Introducere

Lucrarea de fata are ca scop determinarea cantitativa a colorantului Sunset Yellow (E110) din dropsuri de portocale, folosind cromatografia pe strat subtire. Datorita prezentei zaharurilor, developarea nu decurge in conditii optime. Din acest motiv a fost necesara introducerea unei etape de pregatire a probei prin extractie pe faza solida. Ca sorbent se poate folosi fie un schimbator de ioni, fie Sil-C18. In primul caz retentia se bazeaza pe inlocuirea anionului propriu rasinii cu ionul colorantului. Pentru ca extractia sa aiba loc in conditii optime, respectiv cu un grad de recuperare cat mai mare, trebuie realizat un compromis intre retentia si elutia componentului pe si de pe sorbent, adica interactiunea analit-sorbent sa fie suficient de puternica pentru a se asigura retentia totala, dar suficient de slaba pentru o elutie totala. Un anionit puternic bazic (Lewatit M 5080 G 3, Dowex tip 1 si 2, Amberlita tip IRA-400 si IRA-410) va duce la o retentie totala, dar nu va mai permite elutia colorantului de pe sorbent. In acest caz trebuie ales un anionit cu bazicitate medie.

Utilizarea Sil - C18 ca sorbent presupune transformarea colorantului ionic intr-o specie neionizata, adsorbtie facandu-se fie din solutii acide fie dintr-o solutie care contine un cation organic mare, ca formator de combinatie tip pereche de ion.

Colorantul Galben orange S sau Sunset Yellow (E110) face parte din grupa colorantilor monoazoici si este sarea disodica acidului

cu formula bruta , cu masa moleculara 452,37 (fig.1.).

Colorantul este solubil in apa si trebuie sa corespunda urmatoarelor cerinte: continut in substanta coloranta activa - minimum 85%; pierderi de masa prin uscare la 135⁰C - maximum 15 %; reziduu insolubil in apa - maximum 0,2%; substante extractibile in eter - maximum 0,2 %; substante colorante suplimentare - maximum 4%; produse intermediare - maximum 0,4%; arsen - maximum 3 mg / kg; plumb - maximum 10 mg /kg

Figura 1. Structura coloorantului Sunset Yellow (E110)

In urma trasarii spectrului in Viz a solutiei colorantului la diferite valori ale pH-ului s-a observat ca acesta nu prezinta modificari spectrale si ca lungimea de unda corespunzatoare maximului de absorbtie este l_max = 418 nm (Fig.2).

Figura 2. Spectrul VIZ a colorantului Sunset Yellow

Tinand cont ca analiza se realizeaza prin cromatografie pe strat subtire pe placi de silicagel, s-a ridicat si spectrul in-situ al colorantului (fig.3.)

Figura 3. Spectrul VIZ al colorantului Sunset Yellow ridicat in-situ de pe o placa de Sil G.

Se observa o buna concordanta a celor doua spectre, lungimile de unda corespunzatoare maximului de absorbtie fiind identice.

2. Parte experimentala

Determinarea cantitativa a colorantului Sunset Yellow E110 din dropsuri decurge in doua etape:

pregatirea probei pentru analiza prin dizolvarea dropsului in apa urmata de extractia pe faza solida,

determinarea cantitativa prin cromatografie pe strat subtire si fotodensitometrare.

Extractia pe faza solida

Extractia pe faza solida s-a realizat pe un cartus Chroma Bond RP C18 500mg (Macherey Nagel). Sorbentul a fost conditionat cu 10 mL metanol si spalat cu 10 mL apa. Toate probele au fost aduse la un volum aproximativ de 25 mL, retentia colorantului din probe realizandu-se cu un debit de 10 mL/min. Cartusul a fost spalat apoi cu 10 mL apa pentru indepartarea compusilor adsorbiti nespecific (zaharuri) si apoi uscat cu un curent de aer. Elutia s-a realizat cu 10 mL eluent. Efluentul obtinut a fost adus la sec prin evaporare la temperatura camerei si apoi reluat intr-un volum bine definit de amestec MeOH-apa (9,8:0,2, v/v).

In vederea determinarii gradului de recuperare s-a preparat o solutie etalon apoasa de colorant de 100 ppm. La o alicota de 5 mL solutie etalon colorant s-au adaugat 5 mL solutie bromura de cetiltrimetilamoniu (1M). Proba s-a adus la un volum final de 20 mL obtinandu-se proba E.

La o alicota de 5 mL solutie etalon coloran s-au adaugat 5 ml solutie bromura de cetiltrimetilamoniu (1M) si s-a adus cu apa la volum final de aproximativ 25 ml. S-a realizat apoi rxtractia pe faza solida conform protocolului prezentat anterior.

Intr-o prima varianta elutia colorantului de pe sorbent s-a realizat cu 10 mL MeOH. Efluentul a fost adus la sec si reluat in 20 mL amestec MeOH-apa (9,8:0,2, v/v), rezultand proba SPE-1.

Pentru a imbunatati etapa de elutie, respectiv gradul de recuperare, ca sistem de elutie a colorantului de pe cartus s-a folosit un amestec MeOH-NH₃ conc. (9:1, v/v) - 10 mL. Efluentul a fost adus la sec si reluat cu 20 mL amestec MeOH-apa (9,8:0,2, v/v), rezultand proba SPE-2.

Influenta matricii de zahar a fost testata prin realizarea unei probe sintetice utilizand ca sistem de dispersie o solutie apoasa de zahar - 12%. Astfel la 5mL solutie etalon 100 ppm s-a adaugat 5 ml bromura de cetiltrimetil amoniu (1M) si 15 mL solutie 12% zahar. Proba astfel obtinuta a fost prelucrata conform protocolului prezentat anterior, rezultand proba SPE-3.

Proba de drops (3,3629g) a fost dizolvata in 10 mL apa, s-au adaugat 10 mL solutie de bromura de cetiltrimetil amoniu (1M), 5 mL apa si apoi a fost prelucrata conform protocolului descris anterior. Elutia colorantului de pe sorbent s-a realizat cu 10 mL amestec MeOH-NH₃ conc. (9:1, v/v). Efluentul a fost adus la sec si reluat in 5 mL amestec MeOH-apa (9,8:0,2, v/v), rezultand proba D-SPE.

De asemenea a fost analizata prin cromatografie pe strat subtire si o proba de drps dizolvata in 5 mL apa - D.

2.2.Analiza cromatografica

Analiza cromatografica pe strat subtire s-a realizat pe placi de silicagel (Merck), utilizand ca faza mobila sistemul: i-propanol - NH₃ conc. (5:2, v/v). Probele au fost aplicate cu o nicroseringa Hamilton sub forma de spoturi la 1 cm de marginea inferioara a placii, conform schemei prezentata in tabelul 1.

Tabelul 1. Schema de aplicare a probelor pe placa cromatografica

Developarea s-a realizat pe o distanta de 10 cm. In figura       este prezentata cromatograma obtinuta.

Figura Cromatograma probelor de colorant Sunset Yellow

Spotul corespunzator colorantului analizat se regaseste la o valoare R_f = 0,86.

3. Rezultate

3.1. Ridicarea curbei de etalonare

In vederea ridicarii curbei de calibrare din solutia etalon de colorant de 100 ppm s-au aplicat pe placa spoturi de volume diferite. Dupa developare, placa a fost scanata la 485 nm in zig-zag cu un fotodensitometru Shimadzu CS-9000. Rezultatele obtinute sunt prezentate in tabelul 2.

Tabelul 2. Rezultate obtinute in vederea ridicarii curbei de calibrare.

A* - aria medie a patru spoturi aplicate pentru fiecare volum

Dreapta de calibrare si ecuatia dreptei sunt prezentate in figura 5.

Figura 5. Dreapta de calibrare a colorantului Sunset Yellow (l=485nm)

3.2. Determinarea gradului de recuperare

Ariile corespunzatoare spoturilor de Sunset Yellow din fiecare proba sunt prezentate in tabelul 3.

Tabelul 3. Date experimentale obtinute in vederea determinarii gradului de recuperare

Gradul de recuperare s-a calculat raportand aria corespunzatoare spotulul colorantului din proba prelucrata prin extractie pe faza solida la aria corespunzatoare spotului colorantului din proba etalon.

Se observa ca in cazul in care se utilizeaza amestecul MeOH-NH₃ conc (9:1, v/v) gradul de recuperare este mai mare. Acest lucru poate fi explicat prin distrugerea compusului pereche de ioni - (colorant)^-(cetiltrimetil amoniu)⁺ de prezenta amoniacului. Datorita interactiunii extrem de slabe ion liber - Sil C18, colorantul este desorbit foarte usor de pe sorbent.

De asemenea se observa ca in cazul probei simulate SPE-3, prezenta zaharurilor duc la scaderea gradului de recuperare, impiedicand elutia totala a colorantului, chiar in prezenta amoniacului.

3.3. Determinarea cantitativa a colorantului Sunset Yellow

In urma fotodensitometrarii cromatogramei obtinute s-au obtinut fotodensitogramele din figura 6. pentru spotul 7 respectiv 7. pentru spotul 8.

Pe baza ariilor obtinute si a curbei de calibrare s-a calculat continutul total de colorant si apoi concentratia colrantului in proba de aliment.

Figura 6. Fotodensitograma probei de drops prelucrata prin extractie pe faza solida (spot 7)

Figura 7. Fotodensitograma probei de drops prelucrata prin extractie pe faza solida (spot 8)

Aria medie a celor doua spoturi:

Pe baza curbei de calibrare s-a calculat cantitatea de colorant existenta in spotul de 5 mL , respectiv concentratia solutiei aplicate

- ecuatia curbei de calibrare :

-

- tinand cont de GR = 77,8% concentratia probei de drops a fost:

- cantitatea de colorant in intreaga proba (5mL) s-a determinat:

obtinandu-se in final o concentratie a colorantului in produsul alimentar de 42,1 mg/kg.

Concluzii

Datorita potentialului toxic, colorantii alimentari sintetici trebuie identificati si determinati cantitativ din produsele alimentare. In acest sens cele mai potrivite metode de analiza sunt cele cromatografice. Analiza acestora prin cromatografie pe strat subtire este impiedicata insa de prezenta zaharurilor (fig.8.)

Figura 8. Fotodensitograma probei de drops neprelucrata prin extractie pe faza solida.

Din matricle solide de siropuri sau bomboane zaharoase (dropsuri) colorantul poate fi extras in conditii bune conditii prin extractie pe faza solida Sil-C18 in urma formarii unui compus tip pereche de ion cu bromura de cetiltrimetil amoniu. Pentru colorantul Sunset Yellow, din matrici simulate cu un continut ridicat de zahar, gradul de recuperare obtinut este de 77.8%.

Cantitatea de colorant determinata in dropsurile de portocale este de 42,1 mg/kg, valoare foarte apropiata de limita maxima admisa de legislatia in vigoare la noi in tara de 40 mg/kg produs alimentar.