Вольтамперометрический способ определения кармуазина в пищевых объектах и лекарственных препаратах

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к вольтамперометрическому способу определения содержания красного синтетического пищевого красителя кармуазина (Азорубин, Е122) в пищевых объектах и твердых лекарственных препаратах (пастилках, таблетках, порошках).

Известен способ определения кармуазина в пищевых продуктах методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде (далее - СУЭ), модифицированном висмутом. Измерения проводят на полярографе POL150 в трехэлектродной ячейке с использованием модифицированного висмутом СУЭ в качестве индикаторного и платинового и хлоридсеребряного электродов в качестве вспомогательного и электрода сравнения соответственно. Нанесение пленки висмута осуществляют из раствора Bi(NO₃)₃ С=200 мг/л в 0,5 М растворе HNO₃ при потенциале -0,9 В в течение 100 с. В качестве фонового электролита используется 0,01 М раствор NaCl. Сигнал электровосстановления кармуазина регистрируют при потенциале -0,4 В. Линейная зависимость градуировочной характеристики наблюдается в интервале 0-60 мг/л с пределом обнаружения 3 мг/л (В. Claux, О. Vittori. Bismuth Film Electrode as an alternative for mercury electrodes: determination of azo dyes and application for detection in food stuffs / Electroanalysis. 2007. Vol. 19(21), pp. 2243-2246).

Недостатком данного способа является высокий предел обнаружения 3 мг/л.

Известен способ определения кармуазина в пищевых продуктах методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии с использованием СУЭ, модифицированного висмутом и хитозаном. В работе используется трехэлектродная ячейка, состоящая из модифицированного рабочего электрода, платинового и насыщенного каломельного электрода в качестве вспомогательного и электрода сравнения соответственно. Модификация электрода проводится в два этапа. Сначала осуществляют нанесение пленки висмута из раствора Bi(III) С=0,15 мг/мл и KBr С=0,05 мг/мл в 0,5% HNO₃ при потенциале -0,78 В в течение 180 с. Далее электрод выдерживают в течение 15 мин в растворе хитозана при воздействии ультразвука. В качестве фонового электролита используется 0,5 М фосфатный буферный раствор с рН 7,0. Сигнал электровосстановления кармуазина наблюдается при потенциале -0,58 В. Линейная зависимость градуировочной характеристики наблюдается в интервале 0-206 мг/л с пределом обнаружения 5,02 мг/л (К. Asadpour-Zeynali, F. Mollarasouli. Bismuth and Bismuth-Chitosan modified electrodes for determination of two synthetic food colorants by net analyte signal standard addition method / Cent. Eur. J. Chem. 2014. Vol. 12(6), pp. 711-718).

Недостатками данного способа являются трудоемкость и длительность модификации рабочего электрода перед измерением, высокий предел обнаружения 5,02 мг/л и ограничения, связанные с применением насыщенного каломельного электрода в качестве электрода сравнения (невозможность его использования в сильнощелочных и сильнокислых средах, а также в присутствии ионов хлористого калия или соединений ртути).

Ближайшим из известных аналогов является способ определения кармуазина в негазированных напитках на ртутно-капающем электроде методом дифференциально-импульсной полярографии.

Определение проводят на полярографе POL 150+MDE150 в трехэлектродной ячейке в фосфатном буферном растворе с рН 9,1. В качестве индикаторного используется ртутно-капающий электрод, в качестве вспомогательного и электрода сравнения - платиновый и хлоридсеребряный электроды соответственно. Диапазон потенциалов от -0,2 до -0,8 В. Скорость развертки потенциала 1 мВ/с. Катодный пик кармуазина регистрируют при потенциале -0,48 В. Линейность градуировочной характеристики соблюдается в интервале 0-4,0 мг/л с пределом обнаружения 0,03 мг/л (S. Chanlon, L. Joly-Pottuz, М. Chatelut etc. Determination of Carmoisine, Allura red and Ponceau 4R in sweets and soft drinks by differential pulse polarography / J. Food Comp. and Anal. 2005. Vol. 18, pp. 503-515).

Недостатками данного способа являются использование больших объемов токсичной металлической ртути.

Задачей заявляемого способа является значительное снижение уровня токсичности индикаторного электрода, увеличение чувствительности и точности определения содержания кармуазина в пищевых объектах и лекарственных препаратах.

Поставленная задача достигается тем, что проводят подготовку индикаторного электрода путем погружения электрода с серебряной подложкой в кварцевую электрохимическую ячейку, содержащую Hg₂(NO₃)₂ 0,05 М 10 мл раствора, и проводят электролиз при потенциале -2,0 В в течение 60 с при постоянном перемешивании раствора, после чего ополаскивают индикаторный электрод дистиллированной водой. Таким образом, в процессе электролиза получается индикаторный ртутно-пленочный электрод в виде серебряной подложки с нанесенной на нее тонкой пленкой металлической ртути.

Далее в электрохимическую ячейку помещают 10 мл гидрофталатного буферного раствора (рН 4,01), индикаторный ртутно-пленочный электрод, а также хлоридсеребряные электроды в качестве вспомогательного и электрода сравнения.

После через электрохимическую ячейку с помещенными в нее электродами, индикаторного ртутно-пленочного, вспомогательного и электрода сравнения, и буферным раствором (рН 4,01) в течение 5 мин пропускают азот под давлением и производят регистрацию вольтамперограммы фонового электролита.

Далее, в электрохимическую ячейку с индикаторным ртутно-пленочным, вспомогательным и электродом сравнения и буферным раствором (рН 4,01) помещают анализируемую пробу и снова через электрохимическую ячейку в течение 5 мин пропускают азот под давлением и проводят стадию накопления кармуазина при потенциале 0,1 В в течение 150 с, что приводит к увеличению чувствительности способа за счет снижения предела обнаружения до 0,02 мг/л.

Затем производится регистрация вольтамперограмм электровосстановления кармуазина при потенциале -0,1 В в постоянно токовом режиме с дифференцированием со скоростью 0,08 В/с в диапазоне потенциалов от 0,1 до -0,4 В и последующий расчет концентрации красителя по высоте тока электровосстановления методом градуировочного графика, линейность которого сохраняется в диапазоне концентраций от 0,05 до 0,4 мг/л.

Пример реализации

Для определения содержания кармуазина в безалкогольном напитке «Королевский пингвин» (Вишня) отбирают 10 мл напитка и отфильтровывают через фильтр «белая лента». При проведении эксперимента в электрохимическую ячейку помещают подготовленный индикаторный ртутно-пленочный электрод, хлоридсеребряные вспомогательный и электрод сравнения, 10 мл гидрофталатного буферного раствора (гидрофталат калия КНС₈Н₄О₄, 0,05М) с рН 4,01. В раствор фонового электролита опускают электроды и подключают к вольтамперометрическому анализатору (ТА-2, ООО Томьаналит, Томск). Далее в течение 5 мин пропускают через гидрофталатный буферный раствор азот под давлением и регистрируют вольтамперограммы фонового электролита в диапазоне потенциалов от 0,1 до -0,4 В при скорости развертки потенциала 0,08 В/с. После получения доказательств отсутствия загрязнителей в фоновом гидрофталатном буферном растворе и воспроизводимой фоновой кривой (фиг. 1, кривая 1) количественно дозатором вносят аликвоту исследуемого образца 0,2 мл и регистрируют значение тока электровосстановления кармуазина при потенциале -0,1 В. При этом проводят стадию накопления вещества на индикаторном ртутно-пленочном электроде в течение 150 с при потенциале накопления 0,1 В. Для определения содержания кармуазина в напитке используют метод градуировочного графика. Содержание кармуазина в напитке «Королевский пингвин» составило 35,12 мг/л.

После проведения эксперимента для удаления пленки ртути с поверхности электрода, его погружают на 30 с в 1 М раствор HNO₃.

На фиг. 1 представлены вольтамперограммы электровосстановления стандартного раствора кармуазина в зависимости от его концентрации в электрохимической ячейке: 1 - фоновая кривая; в присутствии кармуазина: 2 - 0,1 мг/л, 3 - 0,2 мг/л, 4 - 0,3 мг/л.

На фиг. 2 представлена градуировочная зависимость тока электровосстановления кармуазина (I, мкА) от его концентрации (С, мг/л) в электрохимической ячейке с коэффициентом корреляции (R) равным 0.999.

В таблице 1 представлены результаты определения содержания кармуазина в безалкогольных напитках и твердых лекарственных препаратах методом катодной вольтамперометрии n=6, р=0,95.