人工色素的TLC檢測

周冕，羅敏，張吉坪，李晨曦

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶 400054)

人工色素的TLC檢測

周冕，羅敏，張吉坪，李晨曦

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶 400054)

通過氫鍵調節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)為基礎展開體系，分別對硅膠進行接枝改性和在基礎展開體系中添加氫鍵調節劑，再對人工色素進行薄層色譜檢測分析。結果表明: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量濃度的增加而增大;主鏈型改性劑和氫鍵調節劑的引入增加了固定相、流動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、穩定性好、價格便宜而廣泛應用于食品中。然而，在食品中添加的人工色素一旦超過國家規定的使用范圍或使用限量，就會直接危害人民群眾的身體健康［1-2］。我國《食品添加劑使用標準》［3］明確規定:嬰幼兒食品禁止使用任何人工色素。此外，我國對人工色素的使用范圍及標準有明確的規定。為了避免不法商家隨意擴大人工色素的應用范圍和使用劑量，對人工色素的檢測非常重要［4］。

目前，檢測人工色素的國標方法為高效液相色譜法，另外高效液相-質譜聯用法用于檢測結果的確證，氣相-質譜聯用儀也能取得較好效果［5-6］。但是上述方法的檢測儀器昂貴、操作復雜、在基層不易普及。為了找到一種更適用于現場快速測定的方法，本文通過對薄層色譜法(TLC)固定相進行改性和在流動相中添加氫鍵調節劑來調節人工色素與流動相、固定相的氫鍵作用，建立一種使用薄層色譜法檢測人工色素的方法。

大多數常見的人工色素如誘惑紅、靛藍、對位紅、蘇丹藍Ⅱ等都含有氫鍵供體或氫鍵受體，在與TLC的固定相、流動相作用時，有可能產生氫鍵作用。近年來的研究成果表明:氫鍵作用［7-8］在現代色譜分離過程中起重要作用。基于前人［9］對硅膠改性和展開劑調節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鏈型改性劑聚乙烯醇對硅膠進行改性處理，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，分析兩類改性硅膠對人工色素的不同影響。此外，將氫鍵作用引入流動相，即配置含氫鍵調節劑的展開劑，通過調節展開劑的氫鍵供(受)體密度達到調節和改善展開劑吸附-解吸附作用的效果。因此，本文選擇了6種人工色素(見表1)作為目標物質，并根據人工色素的氫鍵供、受體種類、位置及數量的不同來研究氫鍵作用對TLC檢測人工色素的影響。

表1 目標物質的分子結構及氫鍵供、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，寧波新芝生物科技股份有限公司;DZG-6020真空干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司。

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)目標物質(表1):鄰氨基偶氮甲苯、蘇丹紅B、蘇丹Ⅱ、蘇丹紅7B、蘇丹藍Ⅱ標準品，由重慶市計量質量檢測研究院提供。

1.2 改性硅膠及薄層色譜板的制備

根據改性劑氫鍵供、受體位置的不同，將改性硅膠分為主鏈型改性硅膠和側鏈型改性硅膠;實驗選用的主鏈型改性劑為聚乙二醇，側鏈型改性劑為聚乙烯醇。實驗通過超聲處理將不同質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TLC檢測人工色素的影響。

稱取1.5 g硅膠置于燒杯中，加入20 mL一定質量濃度的改性劑溶液。待硅膠完全浸潤后，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劑混合至膠粘態，用涂布器涂覆于鋁板上，烘干，即制得改性薄層色譜板。

1.3 氫鍵展開劑的選擇

展開劑體系［10］一般為二元以上的流動相體系，采用極性—非極性組合，以便于調節展開劑極性。綜合考慮各目標物質的溶解度參數和極性，同時為了避免基礎展開劑體系對實驗結果的影響，通過實驗對常用展開劑體系進行篩選，最終采用的基礎展開劑體系為石油醚—二氯甲烷體系，保證基礎展開劑體系與人工色素無氫鍵作用。文中未經特別說明的基礎展開劑體系均指石油醚-二氯甲烷體系(體積比為7∶3，每次用量均為10 mL)。根據氫鍵調節劑與基礎展開劑體系的互溶性，選擇丙酮、正丙醇(見表2)作為實驗的氫鍵調節劑。

表2 氫鍵調節劑的分子結構及氫鍵供、受體分布情況

2 結果與討論

2.1 改性硅膠對TLC檢測人工色素的影響分析

2.1.1 主鏈型改性硅膠對TLC檢測人工色素的影響

實驗通過調節主鏈型改性劑聚乙二醇的質量濃度(0～17.5 g/L)來調節固定相的氫鍵受體密度，考察人工色素的Rf值隨聚乙二醇質量濃度的變化情況。如圖1所示，人工色素Rf值增大，可認為是由PEG/SiO2與人工色素之間的氫鍵作用增強引起的。

對于氫鍵供體數目不同、氫鍵供體類型相同的蘇丹紅7B和蘇丹藍Ⅱ，從圖1可以看出隨著聚乙二醇質量濃度的增大，蘇丹藍Ⅱ的Rf值增加速率高于蘇丹紅7B，這可能是因為蘇丹藍Ⅱ中氫鍵供體數目比蘇丹紅7B的氫鍵供體數目多，因此蘇丹藍Ⅱ中可與聚乙二醇氫鍵受體作用的氫鍵供體數目比蘇丹紅7B多，所以PEG/SiO2對蘇丹藍ⅡRf值的影響比蘇丹紅7B大。對于氫鍵供、受體數目均相同且分布位置類似的蘇丹紅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對蘇丹紅7B的影響較小。在圖1中，可以明顯地看到:當聚乙二醇質量濃度增大到某一值后，人工色素的Rf值變化趨于穩定，原因是改性硅膠的氫鍵密度隨著改性劑聚乙二醇的質量濃度增加而增加，當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到飽和狀態。

圖1 PEG/SiO2對Rf值的影響

2.1.2 側鏈型改性硅膠對TLC檢測人工色素的影響

選用基礎展開劑體系，以便于對照分析，固定相由質量濃度為0～3 g/L的側鏈型改性劑聚乙烯醇超聲處理得到，實驗考察了人工色素Rf值隨聚乙烯醇的質量濃度的變化情況，結果表明:PVA/ SiO2對人工色素的Rf值影響甚小。聚乙烯醇的側鏈傾向于形成分子內氫鍵［12］，且構成了相對穩定的五、六元環，在展開劑和人工色素的作用下不易于將其分子內氫鍵打開，因此人工色素與側鏈型改性硅膠的氫鍵作用可忽略。

圖2 PVA/SiO2對Rf值的影響

2.2 氫鍵調節劑對TLC檢測人工色素的影響分析

選擇丙酮和正丙醇作為實驗的氫鍵調節劑加入基礎展開劑體系中，通過添加少量的氫鍵調節劑(0～0.4 mL)來調節流動相中氫鍵供、受體密度，分析人工色素與流動相的氫鍵作用對Rf值的影響。但需注意:只有加入少量氫鍵調節劑時，人工色素Rf值的變化趨勢才較為明顯，若氫鍵調節劑的添加量較大，即流動相的氫鍵供(受)體密度較大時，流動相與人工色素的氫鍵作用達到飽和，此時氫鍵調節劑對人工色素的氫鍵調節作用已趨于穩定。

2.2.1 受體型氫鍵對TLC檢測人工色素的影響

當氫鍵調節劑為丙酮時，注意到圖3與圖1的變化趨勢相似，且聚乙二醇和丙酮僅提供氫鍵受體與人工色素產生氫鍵作用。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與丙酮可形成較強的氫鍵體系(O—H…O，鍵能為21 kJ/mol)。因此，丙酮對蘇丹紅7B的Rf值影響比蘇丹紅B小。對于氫鍵供體數目不同但類型相同的蘇丹紅7B和蘇丹藍Ⅱ，從圖3可以看出:隨著丙酮濃度的增大，蘇丹藍Ⅱ的Rf值增加速率高于蘇丹紅7B，這可能是由于蘇丹藍Ⅱ中氫鍵供體數目比蘇丹紅7B的氫鍵供體數目多。因此，蘇丹藍Ⅱ中可與丙酮氫鍵受體作用的氫鍵供體數目比蘇丹紅7B多，所以丙酮對蘇丹藍ⅡRf值的影響比蘇丹紅7B大。

2.2.2 供體型氫鍵調節劑對TLC檢測人工色素的影響

當氫鍵調節劑為正丙醇時，結果如圖4所示。對于氫鍵受體數目不同的蘇丹紅B、蘇丹Ⅱ2種人工色素，氫鍵供體和受體的類型相同，此外氫鍵供、受體的位置分布也類似，排除了氫鍵體系強弱及氫鍵形成位置(分子內和分子間)的不同對人工色素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，與氫鍵調節劑形成的氫鍵數目越多，對人工色素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目，但氫鍵供體的類型不同，若以氫鍵體系的強弱分析，按照上文得到的結論，氫鍵體系越強，對人工色素的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，為分子內氫鍵的形成提供了條件，且分子內氫鍵可構成一種穩定的五、六元環結構，有利于分子內氫鍵的形成，抑制了正丙醇與蘇丹Ⅱ的分子間氫鍵形成，因此正丙醇對鄰氨基偶氮甲苯Rf值的影響更大。

圖3 丙酮添加量對Rf值的影響(V展開劑=10 mL)

圖4 正丙醇添加量對Rf值的影響關系圖(V展開劑=10 mL)

3 結束語

通過在TLC的固定相和流動相中引入易于與人工色素形成氫鍵作用的物質，觀察人工色素Rf值的變化情況。結果表明:TLC固定相采用PEG/ SiO2或在流動相中添加少量丙酮時，有利于人工色素的檢測分離;PVA/SiO2易于形成分子內氫鍵，對人工色素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分離。

因此，在薄層色譜法檢測實驗中，當人工色素難以分離時，可根據人工色素氫鍵體系的強弱和是否形成分子內氫鍵及氫鍵供、受體數目來選擇合適的改性劑或氫鍵調節劑，快速分離人工色素，達到監測食品安全的目的。

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(責任編輯 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

重慶理工大學拔尖創新人才培養項目(BC201204)

周冕(1973—)，博士，副教授，主要從事產品質量檢測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［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，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.