Xác định tartrazine trong thực phẩm bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử uv-vis

Xác định tartrazine trong thực phẩm bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử uv-vis

PHẦN THỨ NHẤT MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, hầu hết các loại thực phẩm như vịt quay, giò chả, chim rán hay hạt dưa, mứt kẹo, thậm chí cảnước giải khát tất cả những loại thức ăn phổ biến này đều được nhuộm màu thực phẩm Đã từ lâu,người ta có thói quen làm như thế, bởi nhuộm màu thực phẩm không chỉ làm cho thực phẩm thêm đẹpmắt, mà còn khiến thực khách có cảm giác ngon miệng hơn

Tuy nhiên, không phải tất cả các loại thực phẩm được nhuộm màu đều gây hại cho sức khỏe Để nhậnbiết được sự độc hại của phẩm màu trong thực phẩm thì không thể kiểm tra được bằng mắt thường,thậm chí đối với những người làm việc lâu năm trong các Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thựcphẩm Để kiểm tra thực phẩm nào được nhuộm bằng phẩm màu tự nhiên, thực phẩm nào được nhuộmbằng phẩm màu công nghiệp, và các chất phụ gia nào có tác hại đến sức khỏe người sử dụng thì cầnphải qua bước kiểm nghiệm chặt chẽ tại Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm TS.Lê ThịHồng Hảo cho rằng: “Về tác hại của màu công nghiệp đối với người sử dụng, nếu dùng thức ăn cónhuộm phẩm màu công nghiệp sẽ bị ngộ độc, những tồn dư của các chất này có thể sẽ làm cho người

sử dụng bị ung thư” Tác hại của việc sử dụng phẩm màu công nghiệp trong chế biến thức ăn là rõ ràng

và ai cũng biết Tuy nhiên, vì lợi ích trước mắt, vẫn có nhiều người lạm dụng các loại phẩm màu

công nghiệp, thậm chí cả những sản phẩm nằm trong danh sách các phụ gia bị cấm

Theo TS.Hảo, những sản phẩm khó nhuộm màu thì thường được nhuộm bằng phẩm màu công nghiệp

Do đó, người dân cần đặc biệt chú ý khi mua các loạt hạt hoặc thực phẩm khó nhuộm màu Đặc biệt,khi mua cần lựa chọn những sản phẩm có nhãn mác, hạn sử dụng và có ghi chú về chất phụ gia

Trong tình hình đó việc tìm kiếm phương pháp hữu hiệu để xác định hàm lượng phẩm màutrong thực phẩm là vấn đề hết sức quan trọng Trong khuôn khổ tiểu luận tôi trình bày cách xác địnhTartrazine trong thực phẩm bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

2 Mục tiêu

Trong tình hình hiện nay, khi các nhà sản xuất vì chạy theo lợi nhuận mà sử dụng những phẩmmàu thực phẩm hóa học độc hại hay quá lạm dụng phẩm màu đã gây những ảnh hưởng xấu đến sứckhỏe của người tiêu dùng Vì vậy tiểu luận này đề ra một phương pháp xác định Tartrazine là phươngpháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp chuyên gia

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tartrazine trong thực phẩm

- Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

PHẦN THỨ HAI NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.Giới thiệu về phẩm màu thực phẩm.

Phẩm màu là tên chỉ chung cho các hợp chất hữu cơ có màu ( gốc thiên nhiên và tổng hợp), rất đa dạng

về màu sắc và chủng loại Chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp lêncác vật liệu khác

Phẩm màu thực phẩm là một nhóm những chất có màu được dùng làm phụ gia thực phẩm, để tạo rahoặc cải thiện màu sắc của thực phẩm, nhằm làm tăng tính hấp dẫn của sản phẩm Nhưng phẩm màu làchất chỉ làm tăng cảm quan và hoàn toàn không có giá trị dinh dưỡng gì khi ăn vào

Những thức ăn có chứa phẩm màu trong danh mục cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm của bộ y

tế, dưới mức giới hạn dư lượng cho phép thì không gây ảnh hưởng cho sức khỏe của người tiêu dùng.Tuy nhiên nếu quá lạm dụng phẩm màu, hoặc chạy theo lợi nhuận, sử dụng các phẩm màu ngoài danhmục cho phép sẽ gây độc hại cho sức khỏe

Là các phẩm màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng hợp hóa học

Ví dụ Amaranth(đỏ), Brilliant blue ( xanh), tartazine ( vàng chanh)

Các phẩm màu tổng hợp thường đạt độ bền màu cao, với một lượng nhỏ đã cho màu đạt với yêu cầuđặt ra, nhưng chúng có thể gây ngộ độc nếu dùng không nguyên chất hay dùng quá liều lượng chophép

1.2 Giới thiệu về Tartrazine[1]

1.2.1 Tên khác, chỉ số

CI Food Yellow 4, FD&C Yellow No 5; Số CI (1975): 19140

INS: 102

ADI = 0 - 7,5 mg/kg thể trọng

1.2.2 Định nghĩa

Chủ yếu gồm Trinatri

5-hydroxy-1-(4-sulfonphenyl)-4-(4-sulfonphenylazo)-H-pyrazol-3-carboxylat và các chất màu phụ cùng với NaCl và (hoặc) Na2SO4 là các thành phần không màu chính

Có thể chuyển thành chất màu nhôm (aluminium lake) tương ứng, trong trường hợp này áp dụng quyđịnh chung đối với các loại chất màu nhôm

Tartrazine thường được dùng trong các sản phẩm nướng, ngũ cốc và các sản phẩm ngũ cốc, các sảnphẩm sữa, cá và các sản phẩm thủy sản, thịt và các sản phẩm gia cầm, các sản phẩm có sử dụng trứng,nước trái cây, rau quả và các sản phẩm đậu, nước giải khát, các sản phẩm mứt, các loại bánh kẹo, thứcuống có cồn, các sản phẩm muối chua, nước sốt, các sản phẩm trang trí thực phẩm, kem, các loại mónngọt, đồ gia vị, cá xông khói, các loại bánh snack, các loại món hầm

1.2.3.Cấu tạo hóa học

* Tên hóa học: Trinatri 5-hydroxy-1-(4-sulfonphenyl)-4-(4-sulfonphenylazo)-H-pyrazol-3-carboxylat

* Mã số C.A.S: 1934-21-0

* Công thức hóa học: C16H9N4Na3O9S2

* Công thức cấu tạo:

* Khối lượng phân tử: 534,37 ( thuộc nhóm màu azo)

1.2.4.Thành phần

+Hợp chất mang màu phải không thấp hơn 85%

+ Hợp chất phụ mang màu: Không quá 1%

+ Hợp chất hữu cơ không mang màu: Không quá 0.5% bao gồm Hydrazinobenzensulfonic acid, aminobenzensulfonic acid, 5-oxo-1(4-sulfophenyl)-2-pyrazoline-3-tetrahydroxysuccinic acid

4-+Amine thơm chưa bị sulfo hoá không quá 0.01% tính theo aniline

+ Các chất có thể trích ly bằng ete: Không quá 0.2%

+Hình dạng: Dạng bộ hay dạng hạt có màu cam sáng

+ Chức năng: Tạo màu

+ Tính tan: Tan được trong nước, tan ít trong dung dịch ethanol

+Tổn thất khi sấy ở 1350C: Không quá 15%, với chloride và sulfate tính theo muối natri

+ Chất không tan trong nước: Không quá 0.2%

+ Quang phổ hấp thu: 426 nm

+ Chì: Không quá 10 ppm

+ Arsen: Không quá 3 ppm

+ Thuỷ ngân: Không quá 1 ppm

+ Cadmium: Không quá 1ppm

+ Kim loại nặng: Không quá 40 ppm

1.2.5.Tính chất

Tartrazine là chất màu bền, nhạy với những chất oxy hoá mạnh, dễ hút ẩm Tartrazin được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới, bởi vì nó là chất màu tổng hợp có giá thành thấp nhất Các loại thực phẩm có chứa tỷ lệ tartrazine khác nhau tuỳ thuộc vào nhà sản xuất hay giá thành sản xuất Tuy nhiên ngày nay có xu hướng hạn chế sử dụng tartrazin và thay thế bằng những hợp chất màu không tổng hợp như annatto, màu malt, betacarotene

Chất đối kháng với Tartrazine là sulphur dioxide, acid ascorbic, sodium hydroxide và các dung dịch kiềm khác

Sản phẩm tartrazine thương mại ở dạng bột, màu vàng, hoà tan tốt trong nước 1 lít nước ở 200C

có thể hoà tan được 150g tartrazine Ngược lại, tartrazine hoà tan kém trong cồn Một lít ethanol chỉ hoà tan được 0.1g tartrazine Trong môi trường kiềm, tartrazine sẽ tạo nên màu đỏ

Tartrazine gây ra các phản ứng dị ứng, đặc biệt đối với những người không sử dụng được thuốc aspirin Theo FDA, tartrazine gây phát ban với tỷ lệ 0.01% Tuy nhiên, không có những thông tin rõ ràng về mức độ của những tác hại tartrazine với từng cá nhân cụ thể Nhiều nghiên cứu còn cho thấy tartrazine còn gây ra những rối loạn, thay đổi tính tình của trẻ em Do đó, ở Mỹ yêu cầu phải công bố chất màu này trên các sản phẩm thuốc và thực phẩm và từng lô màu cần phải được FDA công nhận trước khi đem vào sử dụng Tartrazine bị cấm sử dụng ở Na Uy, Úc và Đức Hiện nay, người ta đang

ưu tiên sử dụng betacarotene để tạo màu vàng cho thực phẩm hữu cơ và annatto cho thực phẩm vô cơ)

Như chúng ta đã ghi nhận từ trước, những ảnh hưởng của việc sử dụng màu trong thực phẩm đãđược biết đến từ thời cổ đại Tuy nhiên các nghiên cứu một cách có kiểm soát để xem sự tác động củamàu sắc có ảnh hưởng đến hương vị và ảnh hưởng lên thực phẩm xem có được chấp thuận hay khôngthì chỉ được tiến hành trong 70 năm qua Hiện nay, trong tình hình phẩm màu thực phẩm được sử dụng

tràn lan, nên có những phương pháp thích hợp để xác định một số loại phẩm màu phổ biến trong thựcphẩm Trong tiểu luận này tôi trình bày cách xác định Tartrazine bằng máy UV-VIS.

1.3.Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

1.3.1 Tổng quan[2]

Các phân tử ở điều kiện bình thường tồn tại ở trạng thái cơ bản bền vững có năng lượngthấp.Khi chúng được cung cấp năng lượng, ví dụ như có chùm sáng (photon) có năng lượng thích hợpnằm trong vùng sóng 190 - 800 nm chiếu vào, phân tử nhận năng lượng, trở thành trạng thái kích thích

Năng lượng tổng E(ts) của chùm sáng mà phân tử đã nhận được đó cuối cùng biến thành nhiệt năng

nhưng có 3 dạng chuyển hóa:

E(ts) = E(e) + E(d) + E(q)

E(e) là dạng chuyển mức các electron: Trong phân tử, các điện tử tham gia vào liên kết trong các liên

kết , , ngoài ra còn có các đôi điện tử không liên kết (n), sẽ hấp thụ năng lượng của chùm sáng và nóchuyển lên trạng thái năng lượng cao Em Khi phân tử chất bị kích thích như thế, nó có sự chuyển mứcnăng lượng:   * ;   * ; n   * hay n   *

Ed và Eq: là năng lượng quay và dao động của nguyên tử trong phân tử Nó được hình thành khi phân

tử của chất nhận năng lượng bởi chùm sáng kích thích, tuy nhiên do năng lượng thấp nên tác động của

nó chỉ làm quay hoặc dao động các nguyên tử quanh vụ trí cân bằng

Sau khi chất hấp thụ, ta đo phần còn lại của chùm sáng chiếu vào ban đầu đó tạo ra phổ hấp thụ quang phân tử của chất Vì thế phổ loại này đợc gọi là quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Như vậy

phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ xuất hiện do sự tương tác của các điện tử hóa trị trong phân tử haynhóm phân tử với chùm sáng kích thích có bước sóng nằm trong vùng UV-VIS

*ĐỊNH LUẬT BOUGHE - LAMBE – BEER (Định luật Beer)

Chiếu một chùm sáng có bước sóng xác định đi qua b lớp dung dịch Do hấp thụ, sau mỗi lớp dungdịch, ánh sáng giảm đi n lần Gọi cường độ ánh sáng ban đầu là Io, sau khi đi qua lớp thứ nhất là I1 ta



Lấy logarit hai vế, ta có: log

độ dung dịch 1 nhỏ hơn dung dịch 2, ta có: K C1b1 = K C2 b2

Tiến hành với nồng độ dung dịch C1 nhỏ hơn C2n lần, tuy nhiên số lớp chất màu lại tăng n lần nên tích

Như vậy độ hấp thụ quang của một chất màu phụ thuộc vào:

Bản chất của chất màu với hệ số K tương ứng

 Hệ số hấp thụ phân tử gam e đặc trưng cho bản chất hấp thụ ánh sáng và không phụ thuộc vào thểtích dung dịch, bề dày lớp dung dịch và chỉ phụ thuộc vào  của dòng sáng tới (I0) Do đó đại lượng e

thường được coi là tiêu chuẩn khách quan quan trọng nhất để đánh giá độ nhạy của phép định lượng

trắc quang, e =f()

Hình 1.1 a)Cuvet chứa dung dịch hấp thụ quang

b) Hai cuvet cùng chứa một lượng chất màu được quan sát từ trên xuống

 Thứ nguyên của e:

e = b(cm).C(M/A l) = l /cm-1M

* TÍNH CHẤT CỦA ĐỘ HẤP THỤ QUANG A VÀ HỆ QUẢ

a) Phổ hấp thụ quang A phụ thuộc bước sóng của ánh sáng tới

Chiếu chùm sáng có bước sóng khác nhau đi qua dung dịch hấp thụ, độ hấp thụ của dung dịch phụthuộc nhiều vào bước sóng (thay đổi bước sóng)

Chiếu các chùm sáng có bước sóng thay đổi một cách liên tục từ bước sóng dài đến bước sóng ngắnhơn (hoặc ngược lại), còn gọi là quét phổ, ta thu được phổ hấp thụ là những dải liên tục, có những cựcđại hấp thụ, ở các vị trí max khác nhau tuỳ thuộc chất phân tích (hình 2.1)

b) Độ hấp thụ quang A phụ thuộc nồng độ chất

Lập dãy chuẩn chất hấp thụ quang có nồng độ khác nhau trong điều kiện phù hợp và chiếu chùm sáng

có bước sóng cố định ứng với cực đại của phổ hấp thụ chất màu qua dung dịch, ta thu được một dãy sốliệu về độ hấp thụ quang của các dung dịch, vẽ vào đồ thị, ta thu được đường chuẩn biểu diễn sự phụthuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ chất, A=f(C)

Hình2.2 Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C.

d) Độ hấp thụ quang A có tính chất cộng tính

Hình 1.2 Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng

Ax A

Nếu dung dịch có nhiều chất hấp thụ, độ hấp thụ quang của dung dịch ở một bước sóng nhất định là tổng các độ hấp thụ quang thành phần (hình 2.3):

A= e1C1b + e2 C2 b +…+ enCnb

* Biết e và A max riêng có thể xác định đồng thời nồng độ hai chất trong dd

Hai chất P và Q có hai cực đại hấp thụ tại hai bước sóng 1max và 2max

Đo độ hấp thụ quang tại hai bước sóng trên, thu được hai đại lượng hấp thụ A1 và A2, trong đó A1 và A2

đều là tổng của các đại lượng hấp thụ thành phần tại mỗi bước sóng

Thí dụ 1.1: P và Q tạo phức với thuốc thử X, tạo thành PX và QX có hai cực đại hấp thụ ở 400nm và

500 nm, e tương ứng với mỗi nguyên tố như sau:

Tính hàm lượng P, Q trong mẫu biết MP = 65, MQ = 60

Giải: Nhân hai vế của phương trình (2.6) với 10 ta có

1 , 0 1000

100 60 10 525 ,

100 65 10 75 ,

Độ truyền qua được định nghĩa,

* Mối liên hệ giữa độ hấp thụ quang (A) và độ truyền qua (T)

Thí dụ 1.2: Một mẫu dung dịch chứa trong cuvet 1cm đo độ truyền qua đạt 80% ánh sáng ở một bướcsóng nhất định Nếu độ hấp thụ quang của chất này cũng ở bước sóng đó là 2,0 thì nồng độ chất là baonhiêu

Giải: Độ truyền qua là 0,8 hay phần trăm truyền qua đạt 80% nên T=0,8 Theo định nghĩa: log T = εbC.b.C hay log 1/T = εbC.b.C, vậy theo đầu bài ta có

tính điều đó có nghĩa là có sự sai lệch Đây là dấu hiệu thứ nhất về sự sai lệch khỏi định luật Beer.

Dấu hiệu thứ hai là phổ hấp thụ của dung dịch chất hấp thụ quang ở những nồng độ khác nhau phải có

cực đại ở cùng một bước sóng (các điều kiện khác như pH, thành phần dung giống nhau) Các dungdịch có thành phần giống nhau trừ chất hấp thụ quang có thành phần khác nhau nhưng cực đại hấp thụlệch nhau thì đây cũng là dấu hiệu của sự không tuân theo định luật Beer

- Những nguyên nhân sai lệch của định luật Beer

a) Do ánh sáng không đơn sắc

Khi ánh sáng không đơn sắc chiếu qua chất hấp thụ quang, có nghĩa dòng sáng tới có nhiều tia sáng vớicác bước sóng khác nhau, chất phân tích chỉ hấp thụ một số tia sáng nhất định, tỷ lệ hấp thụ khôngđồng đều Khi tăng nồng độ chất phân tích, một số tia sáng đó có thể bị hấp thụ hoàn toàn trong khimột số tia sáng vẫn bị hấp thụ ít, thậm chí không hấp thụ Kết quả là thu được đường biểu diễn khôngtăng tuyến tính về độ hấp thụ quang theo nồng độ (do các tia sáng không bị hấp thụ có cường độ đi ra(I) không giảm khi tăng nồng độ)

b) Chất hấp thụ quang có thành phần thay đổi

1 Chất hấp thụ quang không bền, thành phần thay đổi khi pha loãng dung dịch

Gọi  là độ phân ly của phức màu MX, phương trình phân ly như sau:

Độ sai lệch S tỷ lệ thuận với K và n, tỷ lệ nghịch với C (hình 2.4)

Để tránh sự phân ly của phức MX, nồng độ thuốc thử X cao, n = 1, S =0

Ảnh hưởng của ion H+ (pH) tới sự hình thành phức màu

Đa số các thuốc thử dùng trong phân tích phổ hấp thụ phân tử là những muối của axit hay bazơ:

Khi tăng hoặc giảm nồng độ H+, đều làm cân bằng tạo MX thay đổi

Trường hợp pH cao, kim loại M có thể bị thuỷ phân và kết tủa, mặt khác X ở trạng thái X-, như vậy,phức có thể ở trang thái đa phối tử (thí dụ phức Fe(III)- salixilic ở pH 1-3 hình thành phức 1:1 FeSal+

có màu tím, khi tăng pH lên 4, một nửa phức có 2 phối tử, FeSal2- có màu đỏ; Đến pH 9, phức chuyểnsang dạng 3 phối tử, FeSal3 có màu vàng)

Trường hợp nồng độ H+ cao, pH thấp, HX tồn tại nhiều, MX cũng hình thành ít

Người phân tích cần chọn ra pH phù hợp cho việc hình thành phức màu vừa đảm bảo phức MX hìnhthành tốt, độ chính xác và độ lặp lại cao

2 Ảnh hưởng của các cấu tử lạ

a) Các cấu tử lạ là cation

Kí hiệu cấu tử lạ là ion kim loại M’, nó cũng tác dụng với thuốc thử X tạo hợp chất màu M’X tương tự

MX Như vậy, hợp chất này cũng hấp thụ quang, làm sai lệch kết quả đo về phía dương Để tránh hiện