СПОСОБ ОПРЕДЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КРАСИТЕЛЕЙ

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования и анализа материалов путем разделения их на составные части (компоненты) и предназначено для определения содержания красителей в материалах методом жидкостной хроматографии, в частности колоночной хроматографии.

Изобретение может быть использовано для определения присутствия и количественного содержания водорастворимых красителей в веществах растительного, биологического, минерального и искусственного происхождения.

Уровень техники
Жидкостная колоночная хроматография широко применяется для определения концентрации различных растворимых соединений и веществ. Жидкостная хроматография относится к числу наиболее эффективных методов анализа органических и неорганических проб сложного состава. Компоненты пробы, введенной с элюентом в хроматографическую колонку, из-за различных сорбционных свойств двигаются в ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно. Этим определяется высокая селективность метода.

Наиболее близким заявленному изобретению по назначению и совокупности признаков является способ определения красителей методом жидкостной хроматографии (патент RU 2177150, МПК 7 G 01 N 30/94, опубл. 20.12.2001), который включает отбор пробы, ее подготовку и анализ методом хроматографии. При анализе используют тонкослойную хроматографию (ТСХ), а детектирование красителей осуществляют визуально в проходящем свете. Идентификацию красителей производят путем сравнения полученной хроматограммы анализируемой смеси красителей с хроматограммой стандартной смеси красителей.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не является универсальным для всего спектра красителей. Действительно, известно, что метод ТСХ пригоден для определения только синтетических красителей, и не может быть использован для определения красителей природного происхождения. Кроме того, заявленный способ имеет недостаточно высокую точность в силу присущей методу ТСХ невысокой разрешающей способности, а также не позволяет определить количественное содержание красителей (даже синтетических).

Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка способа одновременного (в рамках одного анализа) определения содержания любых водорастворимых красителей в различных природных и искусственных материалах.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты: расширение области применения способа за счет определения любых водорастворимых красителей как природных (натуральных) так и искусственных (синтетических) вне зависимости от их происхождения, сокращение времени за счет совместного определения любых водорастворимых красителей, повышение точности, чувствительности и разрешающей способности, а также улучшение воспроизводимости и повышение информативности. Определение концентрации натуральных и синтетических красителей в одной пробе дает возможность с высокой достоверностью выявлять наличие фальсификации окраски предметов, веществ и соединений.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в способе определения водорастворимых красителей, включающем подготовку пробы и ее хроматографический анализ, при подготовке пробы в нее добавляют ацетон и сульфат натрия, а при хроматографическом анализе проводят жидкостную хроматографию с переменным составом элюента. Предпочтительно добавляют безводный сульфат натрия. Ацетон и сульфат натрия могут быть добавлены как одновременно, так и поочередно.

Заявленным способом можно определять натуральные и/или синтетические водорастворимые красители.

Натуральные и синтетические водорастворимые красители определяют совместно. Иными словами, любые красители, вне зависимости от их происхождения (как натуральные, так и синтетические) могут быть определены на основе хроматографического анализа одной пробы.

Элюент состоит по крайней мере из двух компонентов, соотношение концентраций которых изменяется в процессе хроматографии.

В качестве компонентов элюента могут быть использованы ацетонитрил, аммоний уксуснокислый, водный раствор муравьиной кислоты, водный раствор смеси муравьиной кислоты и ацетонитрила.

Скорость потока элюента выбирают в пределах от 0,6 до 1,4 мл/мин, а температуру элюента выбирают в пределах от 30 до 50^oС.

Жидкостную хроматографию проводят в стеклянной колонке длиной 80-200 мм и диаметром 3-8 мм, содержащей сорбент Сепарон С 18 с диаметром частиц 3-8 мкм.

Наличие красителя определяют УФ детектором, расположенным на расстоянии 5-190 мм от начала колонки, а измерения интенсивности окраски проводят в диапазоне электромагнитного излучения 500-540 нм.

Перечень чертежей
Фиг.1 - хроматограмма антоцианов винограда.

Фиг.2 - хроматограмма антоцианов вишни.

Фиг. 3 - хроматограмма вишневого сока, содержащего синтетический краситель.

Фиг.4 - хроматограмма натурального вишневого сока.

Фиг.5 - хроматограмма сока "земляничный".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В способе использован известный метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), а именно колоночной хроматографии, согласно которому разделение смесей проводят в трубках, заполненных сорбентом.

Изобретение осуществляется следующим образом.

1. Отбор и подготовка пробы
Проводят отбор пробы, растворяют ее в растворителе (например, в воде) и/или экстрагируют в воду водорастворимые красители. Отбирают стандартный объем пробы (20 мл), к которому для подготовки пробы к анализу и удалению мешающих веществ и химических элементов добавляют 380-420 мл ацетона и 45-55 г безводного сульфата натрия. Перемешивают смесь компонентов и добавляют оксид алюминия в количестве 45-55 г. Затем от полученной смеси отделяют ацетон, для чего полученную смесь фильтруют или декантируют, и упаривают ацетон в вакуумном испарителе. Полученный сухой остаток смывают водой и получают водный раствор красителей, который направляют на хроматографический анализ.

2. Определение водорастворимых красителей
20 мкл полученной пробы помещают в стеклянную хроматографическую колонку, заполненную твердым сорбентом Сепарон С 18, и проводят элюирование, используя элюент переменного состава. Элюент состоит по крайней мере из двух компонентов, один из которых включает ацетонитрил, а другой - кислотный остаток СООН. Соотношение компонентов в течение времени проведения процесса хроматографии меняется таким образом, что существует по крайней мере один период времени процесса, в течение которого содержание одного из компонентов в элюенте является преобладающим, и по крайней мере один другой период времени процесса, в течение которого содержание другого компонента в элюенте является преобладающим. Использование элюента переменного состава позволяет подавать на анализ и разделять по колонке самые разные красители - как синтетические, так и натуральные. Выбранная скорость потока элюента (от 0,6 до 1,4 мл/мин) позволяет сократить время анализа без снижения его качества. Детектирование красителя проводят с помощью ультрафиолетового излучения с длиной волны от 500 до 540 нм. Данный интервал выбран исходя из спектральных характеристик анализируемых красителей. Идентификацию осуществляют путем сравнения полученной хроматограммы анализируемой смеси красителей с хроматограммой стандартной смеси красителей. Концентрацию водорастворимых красителей определяют по полученным спектрам, используя спектры эталонных растворов или эталонные зависимости (например, концентрации водорастворимого красителя от интенсивности спектральной линии), полученные экспериментальным путем.

Заявленное изобретение может найти применение в пищевой и фармацевтической промышленности для контроля производства и качества продуктов и медикаментов, содержащих пищевые красители, а также в специализированных аналитических лабораториях по контролю качества потребительских товаров на предмет содержания в них красителей, в том числе, запрещенных к применению. В частности, заявленное изобретение может быть использовано для анализа пищевых продуктов и напитков, в том числе, для определения их фальсификации.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1
Был проведен анализ красителей в пластиках, используемых для производства детских игрушек. Подготовка пробы проводилась следующим образом. Порошок образца пластика растворили в растворителе и экстрагировали в воду водорастворимые красители. Взяли 20 мл пробы, добавили 400 мл ацетона и 50 г безводного сульфата натрия и перемешали, затем добавили 50 г Аl₂О₃. Полученную смесь отфильтровали и испарили ацетон в вакуумном испарителе. Осадок смыли 5 мл воды. Анализ проводился методом ВЭЖХ при температуре элюента 40^oС и скорости потока 1 мл/мин. В качестве элюента была использована смесь двух компонентов А и Б, где компонент А представлял собой ацетонитрил, а компонент Б - уксуснокислый аммоний с рН от 4,4 до 4,8. Состав элюента в процессе хроматографии менялся следующим образом: в начале процесса в элюенте преобладало содержание компонента Б; в дальнейшем содержание компонента А увеличивалось и в середине процесса соотношение компонентов А и Б было примерно равным; затем содержание в элюенте компонента А увеличивалось и к концу процесса стало преобладающим. Анализ проводился с помощью ультрафиолетового детектора на длине волны λ=510 нм. Из полученной хроматограммы следует, что анализируемая пластмасса не содержит красителей, вредных для здоровья ребенка.

Пример 2
Был проведен анализ винограда и вишни. Подготовка пробы проводилась следующим образом. К 20 мл пробы (сока) прибавили 400 мл ацетона, 50 г безводного сульфата натрия и перемешали, затем добавили 50 г Al₂O₃. Полученную смесь отфильтровали и испарили ацетон в вакуумном испарителе. Осадок смыли 5 мл воды. Анализ проводился методом ВЭЖХ при температуре элюента 40^oС и скорости потока 1 мл/мин. В качестве элюента была использована смесь двух компонентов А и Б, где компонент А представлял собой водный раствор муравьиной кислоты, а компонент Б - водный раствор смеси муравьиной кислоты и ацетонитрила. Состав элюента в процессе хроматографии менялся следующим образом: в начале процесса элюент состоял в основном из компонента А, содержание которого со временем уменьшалось; в середине процесса элюент состоял только из компонента Б; затем содержание компонента А начало увеличиваться и к концу процесса содержание компонента А было таким же, как и в начале процесса. Анализ проводился с помощью ультрафиолетового детектора на длине волны λ=520 нм. Хроматограмма антоцианов винограда показана на фиг.1, а хроматограмма антоцианов вишни - на фиг.2.

Пример 3
Был проведен сравнительный анализ натурального вишневого сока и вишневого сока, содержащего красители. Подготовку пробы проводили так же, как и в примере 2. Анализ проводился методом ВЭЖХ при температуре элюента 40^oС и скорости потока 1 мл/мин. В качестве элюента была использована смесь двух компонентов А и Б. Компонент А представлял собой водный раствор муравьиной кислоты с содержанием воды 850-950 мл и содержанием кислоты 50-150 мл. Компонент Б представлял собой водный раствор смеси муравьиной кислоты и ацетонитрила с содержанием воды 350-450 мл, муравьиной кислоты 50-150 мл и ацетонитрила 450-550 мл. Состав элюента в процессе хроматографии менялся следующим образом: в начале процесса элюент состоял из 85-90% компонента А и 10-15% компонента Б; через 24-28 минут после начала процесса соотношение компонентов А и Б составляло 65-75% на 25-35% соответственно; через 33-37 минут после начала процесса элюент состоял только из компонента Б; через 39-42 минуты после начала процесса содержание компонента А начало увеличиваться и на 41-45 минуте процесса достигло 10-15% и осталось таким же до конца процесса. Анализ проводился с помощью ультрафиолетового детектора на длине волны λ=520 нм. На фиг.3 приведена хроматограмма вишневого сока, содержащего синтетический краситель, на которой четко заметен спектральный пик, характерный для синтетического пищевого красителя Е122. На фиг.4 приведена хроматограмма натурального вишневого сока, на которой такой спектральный пик отсутствует.

Пример 4
Был проведен анализ сока, заявленного как "земляничный". Подготовку пробы проводили так же, как и в примере 2. Анализ проводился методом ВЭЖХ при температуре элюента 40^oС и скорости потока 0,8 мл/мин. В качестве элюента была использована смесь двух компонентов А и Б, где компонент А представлял собой ацетонитрил, а компонент Б - уксуснокислый аммоний с рН от 4,4 до 4,8. Состав элюента в процессе хроматографии менялся следующим образом: в начале процесса элюент состоял из 90-95% компонента Б и 5-10% компонента А; в дальнейшем содержание компонента А увеличивалось и через 8-11 минут от начала процесса соотношение компонентов А и Б составило 35-45% на 55-60% соответственно; через 13-16 минут от начала процесса содержание в элюенте компонента А было преобладающим и составляло 85-95%; такой состав элюента поддерживали до конца процесса. Анализ проводился с помощью ультрафиолетового детектора на длине волны λ=510 нм. Из полученной хроматограммы, представленной на фиг.5, следует, что анализируемый сок не содержит каких-либо натуральных компонентов, зато хорошо заметны два пика, присущие двум синтетическим красителям: Понсо и Е-122. Заявленным способом было определено также количественное содержание данных красителей: 15 мг/л и 2 мг/л соответственно. Анализ данного сока с помощью заявленного способа позволяет сделать вывод о том, что анализируемый сок не является натуральным и не может быть рекомендован к употреблению в силу содержания в нем большого количества искусственных красителей, способных вызвать аллергическую реакцию.

Следует также отметить, что вышеприведенные примеры не исчерпывают область применения заявленного способа, который может быть использован для качественного и количественного анализа любых водорастворимых красителей в различных природных и искусственных материалах.

Использование предложенного способа одновременного качественного и количественного определения различных водорастворимых красителей отличается высокой производительностью, достаточной экспрессностью и невысокой стоимостью анализа.