Universit egli tudi di Parma cienze e Tecnologie Chimiche 1 ntroduzione Assorbimento UVvisibile di sostanze coloranti per uso alimentare La luce bianca contiene tutti i colori. n altre parole, contiene tutte le radiazioni con lunghezza d onda compresa fra 380 e 780 nm (1 nm = 10 9 m). La colorazione di alcuni oggetti o di determinate sostanze deriva dal fatto che questi assorbono parte di questa luce (determinate lunghezze d onda): il risultato he noi vediamo soltanto i colori che non vengono assorbiti. L energia della radiazione assorbit espressa dalla formula: E = h dove h una costante (costante di Planck) e la frequenza della luce che viene assorbita. Vale la relazione: = c dove la lunghezza d onda e la velocit della luce nel mezzo in esame (vedi tabella 1 per la corrispondenza con i colori). L assorbimento di luce corrisponde quindi ad un assorbimento di energia luminosa che viene poi dispersa in vari modi, principalmente sotto forma di calore. Questa energia assumere valori qualsiasi, ma a seconda della sostanza che assorbe, ha un proprio valore caratteristico. Questo perch la luce venire assorbita solo se la sua energia corrisponde a quella necessaria per provocare un salto di energia di un elettrone da un livello energetico pi asso ad uno pi elevato. hv Un elettrone nello stato eccitato E = hv elettroni nello stato fondamentale n molte molecole organiche, costituite da atomi semplici come C,,,, etc. l assorbimento della luce cade nel campo dell ultravioletto (UV 150380 nm) e tali sostanze sono quindi incolori (nei liquidi e nelle soluzioni) o bianche (allo stato solido). Molte altre assorbono nel visibile e danno luogo a colorazioni intense. E il caso delle molecole riportate in Figura 1 come il carotene (colore della carota e delle foglie d autunno), della clorofilla (colore delle foglie verdi), del licopene (colore rosso dei pomodori) e di moltissime altre molecole. Molto spesso, l assorbimento della luce nel visibil ssociato alla presenza di doppi legami, poich questi contengono elettroni che compiono un salto di energia pi asso (elettroni nei legami ). L energia delle transizioni si abbassa (quindi la lunghezza d onda aumenta, passando dal campo dell UV a quello del visibile) se vi sono pi i legami in posizione adiacente (coniugati). Questo fenomeno illustrato ne seguente esempio: n=1 incolore C C n=2 giallo chiaro n n=3 verde n=4 giallo cromo n=5 arancio n=6 violetto noltre la presenza di alcuni gruppi funzionali (alcoli, ammine, etc) sui sistemi coniugati ha spesso l effetto di aumentare l intesit dell assorbimento e di far cambiare la lunghezza d onda. i utilizzano nelle esperienze proposte sostanze coloranti sintetiche che possono essere aggiunte agli alimenti (Le cui formule sono riportate nella Figura 2). 1
Universit egli tudi di Parma cienze e Tecnologie Chimiche 2 Tabella 1 Corrispondenza fra colori assorbiti, lunghezze d onda e colori osservati Radiazione assorbita (nm) Colorazione osservata Violetto 400430 Giallo Verdastro Blu 430490 GialloArancio Bluverde 490510 Rosso Verde 510530 Porpora Gialloverde 530560 Violetto Giallo 560590 Blu Arancio 590610 Bluverdastro Rosso 610730 Bluverde R' Mg Clorofilla R licopene carotene Figura 1: truttra di Clorofilla, licopene e carotene 2
Universit egli tudi di Parma cienze e Tecnologie Chimiche 3 a a 3 + blu F,D&C n.1(*) (blu brillamte FCF) 4 4 a a 3 Rosso F,D&C n.2 (E123) a (Amaranto) a Blu F,D&C n.2 (E132) (Carminio indaco) Me C 2 a Rosso F,D&C n.3 (E127) (Eritrosina) Me 2 + Verde F,D&C n.3(*) (Verde rapido FCF) + Violetto F,D&C n.1(*) (Violetto benzile) 4 4 4 4 a 3 3 C a 3 Rosso F,D&C n.40 (*) (Rosso Allura) Giallo F,D&C n.6 (E110) (Giallo tarmonto) a a Figura 2: struttura di coloranti per uso alimentare. L amaranto stato vietato dal 1976. ono asteriscati i coloranti non ammessi dai paesi CEE. 3
Universit egli tudi di Parma cienze e Tecnologie Chimiche 4 Vogliamo definire il loro colore mediante misura dello spettro di assorbimento Per la misura si utilizza uno spettrofotometro, cio uno strumento che misura l intesit della luce emessa al variare della lunghezza d onda. Riferimento M R C RV Computer orgente luminosa monocromatore (seleziona ) Campione Rivelatore (misura intensit ) chema dello spettrofotometro L entit dell assorbimento viene espressa in unit di assorbanza (A), definita come: A = log 10 ( 0 /) Dove o l intensit della luce che colpisce il campione e e quella della luce che passa attraverso il campione senza essere assorbita. Esperienza 1: Definizione dei parametri quantitativi del colore. i utilizzano delle sostanze coloranti per uso alimentare (vedi pagina precedente). i utilizza uno spettrofotometro misurando in cellette di quarzo da 1 cm l assorbimento di soluzioni di alcuni di questi Riempire la seguente tabella: ostanza Colore Concentrazione (moli/l) Tartrazina 2 10 5 ndaco 2 10 5 Eritrosina 2. 10 5 Eritrosina 1 10 5 Amaranto 4 10 5 Campione incognito Miscela incognita Rispondere alle seguenti domande: max (nm) Assorbanza 1Quale fra i parametri misurati definisce il tipo di colore (blu, rosso o giallo)? 2Quale definisce se il color pi chiaro o pi scuro? 3Quale parametro dipende dalla concentrazione? Che relazione c, presumibilmente fra questo parametro e la concentrazione? 4 E possibile stabilire quali coloranti compongono la miscela? n base a cosa? 4
Universit egli tudi di Parma cienze e Tecnologie Chimiche 5 Esperienza 2. Analisi di una miscela mediante cromatografia su strato sottile Per evidenziare la composizione di una miscela di coloranti di uso alimentare utilizziamo una semplice apparecchiatura cromatografica, costituita da un recipiente in vetro (un vaso da marmellata va bene), contenente 1520 ml di un liquido detto eluente, e una lastrina di alluminio su cui depositata una polvere di gel di silice. (vedi Figura) i traccia con una matita una riga sulla lastrina a 1cm dall estremit. i depositano in punti diversi sulla riga diverse gocce di ciascuna soluzione. i immerge l estremit della lastrina nell eluente, si chiude il recipiente e si lascia che il liquido salga lungo la lastrina per capillarit. Durante questo processo, le diverse sostanze tendono a migrare lungo la lastrina trasportate dal liquido (fase mobile), ma vengono trattenute dalla silice (fase stazionaria). gni sostanza viene trattenuta in modo diverso a seconda della sua polarit. Perci sserveremo macchie ad altezze diverse. Per il campione incognito, potremo riconoscere quali sostanze lo compongono dalla diversa migrazione di queste, per confronto con i campioni noti. Quantitativamente si indicare la corsa di ciascuna sostanza con il fattore di ritenzione: r f = d(sost)/d(solvente) in cui d(sost) il cammino percorso dalla sostanza e d(solv) il cammino percorso dal solvente. Confrontare il risultato ottenuto con le conclusioni tratte dall analisi spettrofotometrica. Riferimenti bibliografici: 1D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.. Kriz l Laboratorio di Chimica rganica Ed. orbona 1994. Pagg 269281. 2 P. Cappelli, V. Vannucchi, Chimica degli Alimenti 2 Ed. Zanichelli Editore pagg 156171. 5