人工色素的TLC檢測(cè)

周冕，羅敏，張吉坪，李晨曦

(重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

人工色素的TLC檢測(cè)

周冕，羅敏，張吉坪，李晨曦

(重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

通過(guò)氫鍵調(diào)節(jié)作用建立一種快速分離與鑒定人工色素的薄層色譜法。以石油醚-二氯甲烷(7:3，V/V)為基礎(chǔ)展開(kāi)體系，分別對(duì)硅膠進(jìn)行接枝改性和在基礎(chǔ)展開(kāi)體系中添加氫鍵調(diào)節(jié)劑，再對(duì)人工色素進(jìn)行薄層色譜檢測(cè)分析。結(jié)果表明:相較于硅膠，改性硅膠的氫鍵密度明顯增大，其氫鍵密度隨著改性劑質(zhì)量濃度的增加而增大;主鏈型改性劑和氫鍵調(diào)節(jié)劑的引入增加了固定相、流動(dòng)相與人工色素間形成氫鍵的可能性，改變了人工色素的Rf值。

人工色素;薄層色譜;氫鍵作用

人工色素因其色彩鮮艷、著色力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜而廣泛應(yīng)用于食品中。然而，在食品中添加的人工色素一旦超過(guò)國(guó)家規(guī)定的使用范圍或使用限量，就會(huì)直接危害人民群眾的身體健康［1-2］。我國(guó)《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》［3］明確規(guī)定:嬰幼兒食品禁止使用任何人工色素。此外，我國(guó)對(duì)人工色素的使用范圍及標(biāo)準(zhǔn)有明確的規(guī)定。為了避免不法商家隨意擴(kuò)大人工色素的應(yīng)用范圍和使用劑量，對(duì)人工色素的檢測(cè)非常重要［4］。

目前，檢測(cè)人工色素的國(guó)標(biāo)方法為高效液相色譜法，另外高效液相-質(zhì)譜聯(lián)用法用于檢測(cè)結(jié)果的確證，氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀也能取得較好效果［5-6］。但是上述方法的檢測(cè)儀器昂貴、操作復(fù)雜、在基層不易普及。為了找到一種更適用于現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定的方法，本文通過(guò)對(duì)薄層色譜法(TLC)固定相進(jìn)行改性和在流動(dòng)相中添加氫鍵調(diào)節(jié)劑來(lái)調(diào)節(jié)人工色素與流動(dòng)相、固定相的氫鍵作用，建立一種使用薄層色譜法檢測(cè)人工色素的方法。

大多數(shù)常見(jiàn)的人工色素如誘惑紅、靛藍(lán)、對(duì)位紅、蘇丹藍(lán)Ⅱ等都含有氫鍵供體或氫鍵受體，在與TLC的固定相、流動(dòng)相作用時(shí)，有可能產(chǎn)生氫鍵作用。近年來(lái)的研究成果表明:氫鍵作用［7-8］在現(xiàn)代色譜分離過(guò)程中起重要作用?；谇叭耍?］對(duì)硅膠改性和展開(kāi)劑調(diào)節(jié)以改善人工色素分離效果的研究，本文選擇主鏈型改性劑聚乙二醇和側(cè)鏈型改性劑聚乙烯醇對(duì)硅膠進(jìn)行改性處理，即在硅膠表面接枝含氫鍵供體或受體較多的聚合物以增加硅膠中易于形成氫鍵的基團(tuán)，分析兩類(lèi)改性硅膠對(duì)人工色素的不同影響。此外，將氫鍵作用引入流動(dòng)相，即配置含氫鍵調(diào)節(jié)劑的展開(kāi)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)展開(kāi)劑的氫鍵供(受)體密度達(dá)到調(diào)節(jié)和改善展開(kāi)劑吸附-解吸附作用的效果。因此，本文選擇了6種人工色素(見(jiàn)表1)作為目標(biāo)物質(zhì)，并根據(jù)人工色素的氫鍵供、受體種類(lèi)、位置及數(shù)量的不同來(lái)研究氫鍵作用對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響。

表1 目標(biāo)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及氫鍵供、受體分布情況

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1)儀器:SB-100D超聲清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司;DZG-6020真空干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

2)試劑:硅膠GF254、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、丙酮、正丙醇、石油醚、二氯甲烷，分析純，均為市售。

3)目標(biāo)物質(zhì)(表1):鄰氨基偶氮甲苯、蘇丹紅B、蘇丹Ⅱ、蘇丹紅7B、蘇丹藍(lán)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)品，由重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院提供。

1.2 改性硅膠及薄層色譜板的制備

根據(jù)改性劑氫鍵供、受體位置的不同，將改性硅膠分為主鏈型改性硅膠和側(cè)鏈型改性硅膠;實(shí)驗(yàn)選用的主鏈型改性劑為聚乙二醇，側(cè)鏈型改性劑為聚乙烯醇。實(shí)驗(yàn)通過(guò)超聲處理將不同質(zhì)量濃度的改性劑接枝包覆于硅膠表面，以制備不同氫鍵密度的改性硅膠，研究分析2種改性硅膠對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響。

稱(chēng)取1.5 g硅膠置于燒杯中，加入20 mL一定質(zhì)量濃度的改性劑溶液。待硅膠完全浸潤(rùn)后，超聲處理15 min，取出燒杯靜置并濾去上層清液，置于真空干燥箱中烘干，即得到所需改性硅膠。將所得改性硅膠與適量膠結(jié)劑混合至膠粘態(tài)，用涂布器涂覆于鋁板上，烘干，即制得改性薄層色譜板。

1.3 氫鍵展開(kāi)劑的選擇

展開(kāi)劑體系［10］一般為二元以上的流動(dòng)相體系，采用極性—非極性組合，以便于調(diào)節(jié)展開(kāi)劑極性。綜合考慮各目標(biāo)物質(zhì)的溶解度參數(shù)和極性，同時(shí)為了避免基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)常用展開(kāi)劑體系進(jìn)行篩選，最終采用的基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系為石油醚—二氯甲烷體系，保證基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系與人工色素?zé)o氫鍵作用。文中未經(jīng)特別說(shuō)明的基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系均指石油醚-二氯甲烷體系(體積比為7∶3，每次用量均為10 mL)。根據(jù)氫鍵調(diào)節(jié)劑與基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系的互溶性，選擇丙酮、正丙醇(見(jiàn)表2)作為實(shí)驗(yàn)的氫鍵調(diào)節(jié)劑。

表2 氫鍵調(diào)節(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)及氫鍵供、受體分布情況

2 結(jié)果與討論

2.1 改性硅膠對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響分析

2.1.1 主鏈型改性硅膠對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響

實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)主鏈型改性劑聚乙二醇的質(zhì)量濃度(0～17.5 g/L)來(lái)調(diào)節(jié)固定相的氫鍵受體密度，考察人工色素的Rf值隨聚乙二醇質(zhì)量濃度的變化情況。如圖1所示，人工色素Rf值增大，可認(rèn)為是由PEG/SiO2與人工色素之間的氫鍵作用增強(qiáng)引起的。

對(duì)于氫鍵供體數(shù)目不同、氫鍵供體類(lèi)型相同的蘇丹紅7B和蘇丹藍(lán)Ⅱ，從圖1可以看出隨著聚乙二醇質(zhì)量濃度的增大，蘇丹藍(lán)Ⅱ的Rf值增加速率高于蘇丹紅7B，這可能是因?yàn)樘K丹藍(lán)Ⅱ中氫鍵供體數(shù)目比蘇丹紅7B的氫鍵供體數(shù)目多，因此蘇丹藍(lán)Ⅱ中可與聚乙二醇?xì)滏I受體作用的氫鍵供體數(shù)目比蘇丹紅7B多，所以PEG/SiO2對(duì)蘇丹藍(lán)ⅡRf值的影響比蘇丹紅7B大。對(duì)于氫鍵供、受體數(shù)目均相同且分布位置類(lèi)似的蘇丹紅B和蘇丹紅7B，如圖1所示，二者的Rf值隨著聚乙二醇質(zhì)量濃度的增加而增大，但蘇丹紅B的Rf值增加速率高于蘇丹紅7B。原因在于蘇丹紅7B與聚乙二醇形成了較弱的氫鍵體系［11］(N—H…O，鍵能為8 kJ/mol)，而蘇丹紅B與聚乙二醇可形成較強(qiáng)的氫鍵體系(O—H…O，鍵能為21 kJ/mol)。因此，相比蘇丹紅B，PEG/SiO2對(duì)蘇丹紅7B的影響較小。在圖1中，可以明顯地看到:當(dāng)聚乙二醇質(zhì)量濃度增大到某一值后，人工色素的Rf值變化趨于穩(wěn)定，原因是改性硅膠的氫鍵密度隨著改性劑聚乙二醇的質(zhì)量濃度增加而增加，當(dāng)固定相的氫鍵密度增大到一定值后，固定相與人工色素氫鍵作用達(dá)到飽和狀態(tài)。

圖1 PEG/SiO2對(duì)Rf值的影響

2.1.2 側(cè)鏈型改性硅膠對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響

選用基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系，以便于對(duì)照分析，固定相由質(zhì)量濃度為0～3 g/L的側(cè)鏈型改性劑聚乙烯醇超聲處理得到，實(shí)驗(yàn)考察了人工色素Rf值隨聚乙烯醇的質(zhì)量濃度的變化情況，結(jié)果表明:PVA/ SiO2對(duì)人工色素的Rf值影響甚小。聚乙烯醇的側(cè)鏈傾向于形成分子內(nèi)氫鍵［12］，且構(gòu)成了相對(duì)穩(wěn)定的五、六元環(huán)，在展開(kāi)劑和人工色素的作用下不易于將其分子內(nèi)氫鍵打開(kāi)，因此人工色素與側(cè)鏈型改性硅膠的氫鍵作用可忽略。

圖2 PVA/SiO2對(duì)Rf值的影響

2.2 氫鍵調(diào)節(jié)劑對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響分析

選擇丙酮和正丙醇作為實(shí)驗(yàn)的氫鍵調(diào)節(jié)劑加入基礎(chǔ)展開(kāi)劑體系中，通過(guò)添加少量的氫鍵調(diào)節(jié)劑(0～0.4 mL)來(lái)調(diào)節(jié)流動(dòng)相中氫鍵供、受體密度，分析人工色素與流動(dòng)相的氫鍵作用對(duì)Rf值的影響。但需注意:只有加入少量氫鍵調(diào)節(jié)劑時(shí)，人工色素Rf值的變化趨勢(shì)才較為明顯，若氫鍵調(diào)節(jié)劑的添加量較大，即流動(dòng)相的氫鍵供(受)體密度較大時(shí)，流動(dòng)相與人工色素的氫鍵作用達(dá)到飽和，此時(shí)氫鍵調(diào)節(jié)劑對(duì)人工色素的氫鍵調(diào)節(jié)作用已趨于穩(wěn)定。

2.2.1 受體型氫鍵對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響

當(dāng)氫鍵調(diào)節(jié)劑為丙酮時(shí)，注意到圖3與圖1的變化趨勢(shì)相似，且聚乙二醇和丙酮僅提供氫鍵受體與人工色素產(chǎn)生氫鍵作用。由圖3可知:蘇丹紅B和蘇丹紅7B隨著丙酮濃度的增加，二者的Rf值也隨之增大，但蘇丹紅7B的Rf值增加速率低于蘇丹紅B，這可能是由于蘇丹紅7B與丙酮形成了較弱的氫鍵體系(N—H…O，鍵能為8 kJ/ mol)，而蘇丹紅B與丙酮可形成較強(qiáng)的氫鍵體系(O—H…O，鍵能為21 kJ/mol)。因此，丙酮對(duì)蘇丹紅7B的Rf值影響比蘇丹紅B小。對(duì)于氫鍵供體數(shù)目不同但類(lèi)型相同的蘇丹紅7B和蘇丹藍(lán)Ⅱ，從圖3可以看出:隨著丙酮濃度的增大，蘇丹藍(lán)Ⅱ的Rf值增加速率高于蘇丹紅7B，這可能是由于蘇丹藍(lán)Ⅱ中氫鍵供體數(shù)目比蘇丹紅7B的氫鍵供體數(shù)目多。因此，蘇丹藍(lán)Ⅱ中可與丙酮?dú)滏I受體作用的氫鍵供體數(shù)目比蘇丹紅7B多，所以丙酮對(duì)蘇丹藍(lán)ⅡRf值的影響比蘇丹紅7B大。

2.2.2 供體型氫鍵調(diào)節(jié)劑對(duì)TLC檢測(cè)人工色素的影響

當(dāng)氫鍵調(diào)節(jié)劑為正丙醇時(shí)，結(jié)果如圖4所示。對(duì)于氫鍵受體數(shù)目不同的蘇丹紅B、蘇丹Ⅱ2種人工色素，氫鍵供體和受體的類(lèi)型相同，此外氫鍵供、受體的位置分布也類(lèi)似，排除了氫鍵體系強(qiáng)弱及氫鍵形成位置(分子內(nèi)和分子間)的不同對(duì)人工色素Rf值的影響。隨著正丙醇添加量的增大，二者的Rf值也增大，但蘇丹紅B的Rf值增大速率較大。分析其原因，可能是人工色素氫鍵受體越多，與氫鍵調(diào)節(jié)劑形成的氫鍵數(shù)目越多，對(duì)人工色素Rf值的影響也越大。再討論鄰氨基偶氮甲苯和蘇丹Ⅱ，二者有相同的氫鍵供體及受體數(shù)目，但氫鍵供體的類(lèi)型不同，若以氫鍵體系的強(qiáng)弱分析，按照上文得到的結(jié)論，氫鍵體系越強(qiáng)，對(duì)人工色素的Rf值影響越大，即蘇丹Ⅱ的Rf值所受影響較大。但從圖4可明顯地看出:隨著正丙醇添加量的增加，鄰氨基偶氮甲苯Rf值的變化速率明顯高于蘇丹Ⅱ。分析其原因是由于蘇丹Ⅱ中氫鍵受體和氫鍵供體相距較近，為分子內(nèi)氫鍵的形成提供了條件，且分子內(nèi)氫鍵可構(gòu)成一種穩(wěn)定的五、六元環(huán)結(jié)構(gòu)，有利于分子內(nèi)氫鍵的形成，抑制了正丙醇與蘇丹Ⅱ的分子間氫鍵形成，因此正丙醇對(duì)鄰氨基偶氮甲苯Rf值的影響更大。

圖3 丙酮添加量對(duì)Rf值的影響(V展開(kāi)劑=10 mL)

圖4 正丙醇添加量對(duì)Rf值的影響關(guān)系圖(V展開(kāi)劑=10 mL)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在TLC的固定相和流動(dòng)相中引入易于與人工色素形成氫鍵作用的物質(zhì)，觀察人工色素Rf值的變化情況。結(jié)果表明:TLC固定相采用PEG/ SiO2或在流動(dòng)相中添加少量丙酮時(shí)，有利于人工色素的檢測(cè)分離;PVA/SiO2易于形成分子內(nèi)氫鍵，對(duì)人工色素Rf值的影響可忽略;而正丙醇添加劑使人工色素的Rf值趨近，不利于人工色素的檢測(cè)分離。

因此，在薄層色譜法檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)人工色素難以分離時(shí)，可根據(jù)人工色素氫鍵體系的強(qiáng)弱和是否形成分子內(nèi)氫鍵及氫鍵供、受體數(shù)目來(lái)選擇合適的改性劑或氫鍵調(diào)節(jié)劑，快速分離人工色素，達(dá)到監(jiān)測(cè)食品安全的目的。

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(責(zé)任編輯 何杰玲)

TLC Detection of Synthetic Pigment

ZHOU Mian，LUO Min，ZHANG Ji-ping，LI Chen-xi
(College of Materials Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China)

This article establishes a thin layer chromatography(TLC)for the fast separation and identification of synthetic pigment by hydrogen-bonding effects.Based on the conditions of petroleum ether -methylene chloride(7∶3，V/V)，TLC detection and analysis on synthetic pigment was carried out by grafting hydrogen-bonding modifier onto silica gel and adding hydrogen bonding regulator to based system respectively.The results suggest that hydrogen-bonding density of modified silica gel is significantly higher than that of silica gel and increases with modifiers mass concentration.Main chain modifier and hydrogen-bonding eluent increases the possibility of hydrogen-bonding between synthetic pigment and stationary phase，as well as mobile phase，which changes the Rfvalue effectively.

synthetic pigment;thin layer chromatography;hydrogen-bonding effects

R155

A

1674-8425(2014)08-0055-05

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2014.08.012

2014-04-21

重慶理工大學(xué)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目(BC201204)

周冕(1973—)，博士，副教授，主要從事產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)與功能高分子材料制備方面的研究。

周冕，羅敏，張吉坪，等.人工色素的TLC檢測(cè)［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014(8):55-59.

format:ZHOU Mian，LUO Min，ZHANG Ji-ping，et al.TLC Detection of Synthetic Pigment［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(8):55-59.