Определение синтетического пищевого красителя индигокармина в фармацевтических препаратах методом флуориметрии
А. А. Николаева, А. А. Иванов, Е. И. Короткова, д. х. н.
Томский политехнический университет, Томск
ivanovaaa@tpu.ru
Предложен новый метод флуориметрического определения синтетического пищевого красителя индигокармина (Е132). Изучены спектры люминесценции исследуемого лейкосоединения индигокармина. С помощью синхронного сканирования найдена оптимальная длина волны возбуждения лейкосоединения индигокармина 270 нм, при которой наблюдается наиболее интенсивная люминесценция на длине волны 410 нм, рассчитано время жизни сигнала люминесценции. Разработанная методика успешно применена для количественного определения синтетического красителя индигокармина (Е132), апробирована на лекарственных препаратах и витаминах для детей. Метод имеет хорошую сходимость с результатами хроматографического прямого определения Е132 в водном растворе в исследуемых объектах и может быть использован для контроля качества и безопасности фармацевтических препаратов.
ВВЕДЕНИЕ
Современная органическая химия обладает большим количеством инструментов для синтеза различных пищевых красителей, дешевых и устойчивых к любым видам технологических обработок (нагревание, замораживание и др.) [1].
Выгодные для промышленности синтетические красители, к сожалению, как правило, токсичны и вредны для здоровья человека, в особенности детей [2], поэтому требуется строгий контроль за их применением. Например, чаще остальных синих синтетических красителей в фармацевтической индустрии применяется индигокармин. Однако он исследован меньше всех, так как наименее стабилен по сравнению с другими.
Разработаны различные методы анализа синтетических красителей [3]. Самые распространенные и недорогие в аппаратурном оформлении – спектрофотометрические [4, 5], но они не позволяют одновременно определять несколько красителей. Поэтому их применяют для анализа достаточно простых веществ, не требующих сложной пробоподготовки (например, напитки).
Вполне приемлемы электрохимические методы исследования [6], но их пока применяют не часто, и среди работ по определению синтетических пищевых красителей индигокармин не упоминается [6–9].
Капиллярный электрофорез применяют для анализа смеси нескольких красителей. Известны публикации по определению индигокармина [10], но сам метод характеризуется длительностью пробоподготовки и анализа, а также низкой чувствительностью.
Лучше всего для определения красителей как отдельно, так и в смеси подходят хроматографические методы анализа [9–14]. Индигокармин идентифицируют на пятой минуте анализа [14]. Недостатки хроматографических методов – содержание в составе подвижных фаз токсичных органических растворителей и высокая стоимость аппаратурного оформления.
В литературе также встречаются немногочисленные работы [15] по определению синтетических пищевых красителей методом флуориметрии, но все они носят перспективный характер, результаты имеют хорошую точность и воспроизводимость, высокую чувствительность и широкий диапазон определяемых концентраций [16].
Кроме того, большинство методов определения синтетических пищевых красителей разработано и апробировано, в основном, на продуктах питания, анализ фармацевтических препаратов встречается гораздо реже. Но, по сравнению с пищевыми продуктами, содержание синтетических красителей в лекарственных препаратах регламентируется жестче. Поэтому исследования в данной области особенно актуальны.
Цель работы – разработка флуориметрической методики определения синтетического пищевого красителя индигокармина (Е132) в фармацевтических препаратах.
Методика эксперимента
В качестве объектов исследования выбраны: таблетки (антибактериальное средство) «Левомицетин Актитаб», производитель – «Оболенское ФП», Россия; витамины для детей «Пиковит» – производитель АО «КРКА», Словения.
Исследования проводили на анализаторе жидкости «Флюорат‑02-Панорама» (изготовитель ООО «Люмэкс-маркетинг», Санкт-Петербург).
Рабочие растворы красителя индигокармина (мг / л) готовили с использованием стандартного красителя с содержанием основного красящего вещества не менее 99,5% (ЗАО «Вектон», Санкт-Петербург).
Пробоподготовка исследуемых пищевых объектов заключалась в растворении исходной пробы (таблетки и конфеты) в растворе щелочи (1М NaOH) с добавлением 150 мкл 5%-ного раствора дитионита натрия и последующим центрифугированием в течение 10 мин, частота вращения центрифуги – 14 000 об / мин.
Результаты и обсуждение
Синтетический пищевой краситель синего цвета индигокармин также известен как кислотно-основной индикатор [17]. Он относится к классу индигоидных красителей, основным свойством которых является способность восстановления до водорастворимого бесцветного лейкосоединения (рис. 1) в щелочной среде [18].
Сам краситель Е132 в водном растворе не люминесцирует, но при растворении в щелочи обнаружена люминесценция образующегося лейкосоединения индигокармина, что и явилось идеей определения индигокармина в фармацевтических препаратах методом флуориметрии.
Для полученного лейкосоединения была найдена оптимальная длина волны возбуждения – 270 нм, при которой наблюдали наиболее интенсивную люминесценцию на длине волны 410 нм (рис. 2).
Для увеличения чувствительности и точности определения Е132 в исследуемых объектах подбирали параметры строба – время задержки (зависимость интенсивности сигнала от времени) и длительности сигнала (время регистрации на одной длине волны) (рис. 3).
При изучении зависимости интенсивности люминесценции от задержки и длительности сигнала установлены оптимальные значения: задержка сигнала – 0,75 мкс, длительность – 5,00 мкс. При этих параметрах строба наблюдается наибольшая интенсивность люминесценции индигокармина в 1М растворе NaOH.
Для установления природы сигнала [19] с помощью полученной кривой затухания (зависимость интенсивности от времени) (рис. 3–1) высчитывали среднее время жизни люминесценции через площадь под кривой затухания (определенный интеграл от 0 до 4 мкс для функции):
.
Время жизни составило 4,3 · 10–7 с, из чего можно сделать вывод о том, что для раствора индигокармина в 1М NaOH характерен процесс флуоресценции.
Для количественного определения Е132 строили градуировочный график зависимости интенсивности люминесцентного сигнала от концентрации лейкосоединения в 1М NaOH при средней чувствительности прибора (табл. 1).
Для оценки правильности результатов разрабатываемой флуориметрической методики использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с детектированием на 610 нм, где наблюдается максимум поглощения Е132 [20]. Среднее время удерживания составило 5,101 мин. Для метода сравнения строили градуировочную зависимость площади пика от концентрации водного раствора красителя индигокармина (рис. 4б, табл. 1).
Результаты исследований представлены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, наблюдается хорошая сходимость результатов разрабатываемого флуориметрического и арбитражного хроматографического методов определения фармацевтических объектов на наличие синтетического красителя индигокармина (Е132).
Для оценки селективности разрабатываемой методики определяли содержание исследуемого пищевого красителя индигокармина (по сигналу люминесценции его лейкосоединения в щелочи) в присутствии других красителей. Результаты исследований представлены в табл. 3. Для оценки селективности метода был выбран распространенный синтетический краситель такого же синего цвета, как и индигокармин, а также желтый краситель, который наиболее часто применяется в смеси с индигокармином для получения зеленого цвета.
Как видно из табл. 3, другие синтетические красители практически не влияют на флуориметрическое определение индигокармина, так как не способны образовывать в щелочной среде люминесцирующие лейкосоединения.
Выводы
Полученные результаты показывают возможность применения флуориметрического метода анализа для качественного и количественного определения синтетического пищевого красителя индигокармина (Е132) в фармацевтических препаратах по сигналу люминесценции образующегося в щелочной среде лейкосоединения Е132 без использования сложной и длительной пробоподготовки. Предел обнаружения был рассчитан как минимальный аналитический сигнал, значимо превышающий сигнал фона по формуле:
Сmin = 3 S0 / S,
где S0 – стандартное отклонение для серии значений сигнала контрольного опыта (фоновый раствор 1 М NaOH (n = 10)), S – коэффициент чувствительности (тангенс угла наклона градуировочной прямой, взятый из уравнения регрессии), который составил 0,1287.
Полученный предел обнаружения 0,0031 мг / л – ниже, чем в ряде работ по определению индигокармина [5, 7, 9, 10, 13, 14].
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта № 4.5752.2017 Государственного задания «Наука» РФ. Исследования проводились с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Физико-химические методы анализа» Томского политехнического университета.
Литература / References
Zyablov A. N., Khalzova S. A., Selemenev V. F. Sorption of red food coloring polymers with molecular imprints. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 7. P. 42–47.
Feketea G., Tsadouri S. Common food colorants and allergic reactions in children: Myth or reality? // J. Food Chem. 2017. V. 230. P. 578–588.
Yamjala K., Nainar M. S., Ramisetti N. R. Methods for the analysis of azo dyes employed in food industry–a review // Food Chem. 2016. V. 192. P. 813–824.
Kaur A. D., Gupta U. The Review on Spectrophotometric Determination of Synthetic Food Dyes and Lakes // Gazi University J of Science. 2012. V. 25. Р. 579–588.
Altınöz, S., Toptan, S. Simultaneous determination of Indigotin and Ponceau‑4R in food samples by using Vierordt“s method, ratio spectra first order derivative and derivative UV spectrophotometry // Journal of Food Composition and Analysis. 2003. V. 16. P. 517–530.
Lipskikh O. I., Korotkova E. I., Nikolaeva A. A. Sensors for voltammetric determination of food azo dyes – A critical review // Electrochim. Acta. 2018. V. 260. P. 974–985.
Chanlon S., Joly-Pottuz L., Chatelut M., Vittori O., Cretier J. L. Determination of Carmoisine, Allura red and Ponceau 4R in sweets and soft drinks by differential pulse polarography // J Food Comp Anal. 2005. V. 18. N 6. P. 503–515.
Alghamdi A. H. Applications of stripping voltammetric techniques in food analysis // Arab J Chem. 2010. V. 3. N 1. P. 1–7.
Abu Shawish H. M., Abu Ghalwa N., Saadeh S. M., El Harazeen H.
Development of novel potentiometric sensors for determination of tartrazine dye concentration in foodstuff products // Food Сhem. 2013. V. 138. N 1. P. 126–132.
Komissarchik S., Nyanikova G. Test systems and a method for express detection of synthetic food dyes in drinks // LWT – Food Sci and Technol. 2014. V. 58. P. 315–320. doi:10.1016 / j.lwt.2014.03.038.
Kucharska M., Grabka J. A review of chromatographic methods for determination of synthetic food dyes // Talanta. 2010. V. 80. P. 1045–1051.
Korzun T., Munhenzva, I., Escobedo J. O., Strongin R. M. Synthetic food dyes in electronic cigarettes // Dyes Pigm. 2018. V. 160. P. 509–513.
Mathiyalagan S., Mandal B. K., Ling Y.-C. Determination of synthetic and natural colorants in selected green colored foodstuffs through reverse phase-high performance liquid chromatography // Food Chem. 2018. V. 278. P. 381–387. doi.org / 10.1016 / j.foodchem.2018.11.077.
Yoshioka N., Ichihashi K. Determination of 40 synthetic food colors in drinks and candies by high-performance liquid chromatography using a short column with photodiode array detection // Talanta. 2008. V. 74. N 5. P. 1408–1413. doi:10.1016 / j.talanta.2007.09.015.
Chen G.Q., Wu Y. M., Liu H. J. Determination and identification of synthetic food colors based on fluorescence spectroscopy and radial basis function neural networks / [et al.] // Spectrosc Spectral Anal. 2010. V. 30. P. 706–709.
Antina E.V., Berezin M. B., Guseva G. B., Bumagina N. A., Antina L. A., Vyugin A. I. New colorimetric and fluorescent chemosensors based on dipyrromethene dyes. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 6. P. 16–21.
Safarik I., Mullerova S., Pospiskova K. Semiquantitative determination of food acid dyes by magnetic textile solid phase extraction followed by image analysis. // Food Chem. 2019. V. 274. P. 215–219. doi:10.1016 / j.foodchem.2018.08.125.
Власова Е. А., Вашурина И. Ю., Калинников Ю. А. Сравнение эффективности каталитического действия торфяных гумусовых кислот и синтетических катализаторов, традиционно используемых в технологиях колорирования текстильных материалов кубовыми красителями // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. № 3. С. 62–65.
Vlasova E.A., Vashurina I.Ju., Kalinnikov Ju.A. Comparison of the effectiveness of the catalytic effect of peat humic acids and synthetic catalysts traditionally used in the technology of coloring textile materials with vat dyes // Russian journal of chemistry and chemical technology. 2008. Т. 51. N 3. PP. 62–65.
Пацаева С.В., Южаков В. И. Спецпрактикум «Электронные спектры сложных молекул». – М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2010. 34 с.
Pacaeva S.V., Juzhakov V.I. Special workshop “Electronic spectra of complex molecules. – M.: MGU imeni M.V. Lomonosova, 2010, 34 p.
ГОСТ 34229-2017. Продукция соковая. Определение синтетических красителей методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. – М.: Стандартинформ 2018, 19 с.
GOST 34229-2017 Juice products. Determination of synthetic dyes by high performance liquid chromatography, Moscow, Standartinform – M.: Standartinform, 2018, 19 p.