ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 6, с. 602-607
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =
УДК 543.544
СОРБЦИЯ ПИЩЕВОГО КРАСИТЕЛЯ ЖЕЛТЫЙ "СОЛНЕЧНЫЙ ЗАКАТ" ЕСЕ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕКТРОСКОПИИ
ДИФФУЗНОГО ОТРАЖЕНИЯ © 2015 г. Г. Р. Рамазанова, Т. И. Тихомирова1, В. В. Апяри
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет
119991ГСП-2, Ленинские горы, 1/3 1Е-таИ: tikhomirova-tatyana@yandex.ru Поступила в редакцию 13.05.2014 г., после доработки 15.10.2014 г.
Изучена сорбция пищевого красителя Желтый "солнечный закат" БСБ (оранжево-желтый Е-110) из водных растворов на кремнеземных сорбентах, модифицированных алкильными группами, и у-А1203, Сорбция максимальна в диапазоне 1 М НС1-рН 1 на Диасорб-130-С16 (79-87 %), 0.5 М НС1-рН 6.8 на Диасорб-130-С16 и Диасорб-100-С8 в присутствии бромида цетилтриметиламмония (92-98 %) и рН 1-5.6 на у-А1203 (72-87%). Построены градуировочные графики зависимости функции Кубелки-Мунка Г от концентрации красителя в водном растворе. Показана возможность концентрирования микроколичеств красителя из больших объемов растворов. Предложен способ определения красителя, основанный на его сорбционном извлечении и дальнейшем определении методом спектроскопии диффузного отражения непосредственно в фазе сорбента, который применен для анализа напитка "О! Оранж". Правильность определения проверена сравнением с результатами, полученными по методике ГОСТ Р 52470-2005.
Ключевые слова: Желтый "солнечный закат" БСБ (оранжево-желтый 8), оксид алюминия, Диа-сорб-130-С16, Диасорб-100-С8, сорбция, спектроскопия диффузного отражения.
Б01: 10.7868/80044450215060146
Внешний вид и цвет продукта являются одними из показателей, по которым судят о его качестве. Натуральные красители неустойчивы и легко подвергаются деградации в производственных условиях, поэтому использование синтетических органических красителей признано надежным и экономичным методом в решении задач восстановления или обеспечения требуемого цвета в процессе обработки пищевых продуктов. Однако использование синтетических красителей может вызывать аллергические реакции и различные заболевания, поэтому необходимо контролировать их содержание в продуктах питания. Кроме того, красители поступают в окружающую среду при сбросе сточных вод предприятий пищевой промышленности, поэтому возникает необходимость их обнаружения и определения в различных объектах окружающей среды.
При определении красителей часто их предварительно извлекают сорбентами, такими как шерсть [1], пенополиуретаны [2-4], активированный уголь [5-7], хитозан [8, 9], перлит [10-13], кремнезем [14, 15], бентонитовые глины, рисовая
шелуха, волосы [16, 17] и т.д. Особенно необходима стадия предварительного концентрирования при анализе очищенных сточных вод, содержание красителей в которых находится на микроуровне. Однако в большинстве работ сорбцию красителей систематически не изучали. Зачастую отсутствуют данные, характеризующие зависимость сорбции от рН и ионной силы, не всегда приведены коэффициенты распределения соединений. Литературные сведения о сорбционном поведении красителей на одних и тех же сорбентах часто противоречивы.
Ранее нами показано, что ряд анионных суль-фоазокрасителей сорбируется на оксиде алюминия и пенополиуретане на основе простых эфи-ров [18]. Степень извлечения на пенополиуретане мала и составляет 20-30%. Более эффективен оксид алюминия (70-80%). Полученные данные свидетельствовуют о преобладании электростатического взаимодействия анионных форм красителей с поверхностью сорбентов. В этом случае степень извлечения может зависеть от ионной силы раствора. В связи с этим актуален выбор сорб-
ционнои системы, в которой извлечение осуществляется за счет взаимодействий других типов, например, гидрофобных. Одно из возможных решений — сорбция красителя в молекулярной форме, либо получение гидрофобного соединения посредством взаимодействия с ион-парным реагентом и последующее извлечение ионного ассоциата неполярными сорбентами, например, гидрофоби-зированными кремнеземами.
Цель настоящей работы состояла в сравнении характеристик сорбции пищевого красителя Желтый "солнечный закат" БСБ (оранжево-желтый 8, Е-110) (Схема), представителя сульфоазо-красителей, широко применяемого в пищевой промышленности многих стран, включая Российскую Федерацию, но запрещенного к применению в США, Норвегии, Финляндии и др., на кремнеземных сорбентах, модифицированных алкильными группами, и оксиде алюминия. Кроме того, изуче-ниа возможность сочетания сорбционного концентрирования с последующим определением красителя на поверхности сорбентов методом спектроскопии диффузного отражения.
'3N
Структурная формула красителя Желтый "солнечный закат" FCF.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Реагенты и аппаратура. Использовали краситель Желтый "солнечный закат" FCF (ЖЗ) (Sig-ma-Aldrich). Исходный раствор ЖЗ (1 г/л) готовили растворением точной навески соединения в дистиллированной воде. Рабочие растворы (0.1 г/л) готовили разбавлением исходного раствора водой. Для получения ионного ассоциата использовали катионное ПАВ — бромид цетилтриметиламмония (ЦТМАБ) (9.2 мМ). Для создания необходимого значения рН использовали 0.1, 1 и 2 М HCl, ионную силу создавали 1 и 2 M растворами NaCl. Все реактивы квалификации не ниже ч. д. а.
Молекулярные спектры поглощения красителя регистрировали на спектрофотометре СФ-103 (Аквилон). Оптическую плотность растворов измеряли на спектрофотометре СФ-46 (ЛОМО, Санкт-Петербург). Пробирки встряхивали на механическом вибросмесителе ЭКРОС-6500. Для измерения рН растворов использовали рН-метр Эксперт-рН, спектры диффузного отражения снимали на мини-спектрофотометре Eye-One Pro (X-Rite), который предложен в качестве эффективной альтернативы спектрометру диффузного отражения [19, 20]. При проведении сорбции в ди-
намическом режиме использовали перистальтический насос 2115 Multiperpex pump (LKB BROMMA).
В качестве сорбентов использовали Диасорб-130-С16 (удельная поверхность 250 м2/г, размер частиц 40—160 мкм), Диасорб-100-С8 (удельная поверхность 250 м2/г, размер частиц 63—200 мкм), кремнезем марки КСК-Г (удельная поверхность 250 м2/г, размер частиц 40—160 мкм), а также y-Al2O3 (удельная поверхность 138 м2/г, размер частиц 63— 200 мкм).
Методика эксперимента. Для изучения сорбции в статическом режиме в градуированные пробирки емк. 15 мл вносили 1 мл рабочего раствора красителя (0.1 г/л), HCl для создания необходимого значения рН, при изучении сорбции ионного ассоциата добавляли раствор ЦТМАБ, затем вносили навеску сорбента (0.10 г) и разбавляли смесь до 10 мл водой. Перед внесением в раствор навеску модифицированного кремнезема обрабатывали небольшим количеством этанола. Пробирки встряхивали на вибросмесителе в течение времени, необходимого для установления сорбци-онного равновесия, затем сорбент отделяли от раствора фильтрованием через бумажный фильтр. Содержание красителя в водной фазе определяли спектрофотометрически по собственному светопо-глощению при 484 нм. Сорбент отделяли от раствора, высушивали на воздухе и измеряли спектры диффузного отражения.
При работе в динамическом режиме использовали колонку (диаметр 0.5 см), в которую вносили 0.20 г сорбента, и пропускали анализируемый раствор с помощью перистальтического насоса со скоростью 4—6 мл/мин.
Предел обнаружения при определении ЖЗ методом спектроскопии диффузного отражения рассчитывали по формуле cmin = 3so/s', где so — стандартное отклонение функции Кубелки—Мунка, рассчитанной из коэффициентов диффузного отражения по формуле F = (1 — R)2/(2R), для контрольного опыта (из 20 измерений); s' — угловой коэффициент градуировочной зависимости AF — сЖЗ; AF = F — Fo, где F — функция Кубелки— Мунка сорбента с красителем, Fo — функция Ку-белки—Мунка чистого сорбента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Зависимость сорбции красителя от рН изучали в статическом режиме (рис. 1). Предварительные эксперименты показали, что время установления сорбционного равновесия составляет 15 мин на кремнеземных сорбентах и 30 мин на y-Al2O3. Степень извлечения красителя на Диасорб-130-С16 максимальна в кислой среде (1 М НС1—рН 1) и составляет 79—87%. Дальнейшее увеличение рН приводит к уменьшению степени сорбции, что
Рис. 1. Зависимость степени сорбции красителя Желтый "солнечный закат" БСБ от рН. 1 - Диасорб-130-С16 в присутствии ЦТМАБ, 2 - Диасорб-100-С8 в присутствии ЦТМАБ, 3 - у-А1203, 4 - Диасорб-130-С16, 5 - КСК-Г в присутствии ЦТМАБ. сЦТМАБ = 0.92 х 10-3 М, сЖЗ = 2.21 х 10-5 М, Ув = 10 мл, тс = 0.10 г.
связано с переходом красителя в менее заряженную форму (pKa = 0.3 — значение рассчитано с использованием стандартного пакета программ ACD Labs). Поверхность кремнеземных сорбентов Диасорб-130-С16 и Диасорб-100-С8 гидро-фобна, поэтому можно сделать вывод о том, что сорбция осуществляется за счет гидрофобных взаимодействий.
При добавлении ЦТМАБ степень извлечения ЖЗ на Диасорб-130-С16 и Диасорб-100-С8 становится почти одинаковой в интервале 0.5 М НС1— рН 6.8 и составляет 92—98%. При этом в спектрах водных растворов ЖЗ в присутствии ЦТМАБ наблюдается гипсохромный сдвиг длины волны максимума поглощения на 10 нм, что согласно данным [21, 22] свидетельствует об образовании ионного ассоциата. Следовательно, добавление ион-парного реагента расширяет область извлечения ЖЗ на гидрофобизированных кремнеземах, поскольку в этом случае образуется гидрофобный ионный ассоциат в широкой области рН. Меньшая степень извлечения из 1 М НС1, по-видимому, связана как с переходом красителя в молекулярную форму, что приводит к разрушению ионного ассоциата ЖЗ с ЦТМАБ, так и с конкурирующим действием хлорид-иона.
При получении гидрофобизированных кремнеземов не все силанольные группы кремнезема вступают в реакцию с кремнийорганическим модификатором, поэтому часть групп остается свободной и способна влиять на сорбцию. Для оценки влияния остаточных силанольных групп на извлечение красителя изучена его сорбция на немодифи-
цированном кремнеземе. Установлено, что кремнезем КСК-Г практически не извлекает ЖЗ (1-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.