Спектрофотометрическое иследование растительного экстракта зверобоя
ART 85261
Н.
А. ШагинаБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Шагина
Н.
А.,
Азимова
Ф.
Ш.,
Мустафаева
А.
Т. Спектрофотометрическое иследование растительного экстракта зверобоя // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
1301–1305. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85261.htm.
Аннотация. В работе приведена методика экстрагирования красящих веществ зверобоя с применением вакуума. Проведено спектрофотометрическое исследование водного экстракта зверобоя.
Текст статьи
Шагина Надежда Александровна, Научный сотрудник ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкалаshagina42@yandex.ru
Азимова Фаина Шамиловна, Доцент, кандидат технических наук,ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкала
Мустафаева Анжела Тимуровна,Студентка ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкала
Спектрофотометрическое исследование растительного экстракта зверобоя
Аннотация.В работе приведенаметодикаэкстрагирования красящих веществ зверобояс применением вакуума. Проведено спектрофотометрическое исследование водного экстракта зверобоя.Ключевые слова: спектрофотометрия, растительный экстракт, флавоноиды.
ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Спектрофотометрия это физикохимический метод исследования как твердых, так и жидких веществ в различных областях спектра. Исследование жидких растительных экстрактов, как правило исследуют в УФи видимой областях спектра.Окрашенные вещества изучают в видимой области спектра. При поглощении молекулой видимого света происходят переходы электронов на более высокие энергетические уровни и в результате наблюдается электронный спектр поглощения. Полосы поглощения в ближней УФ и видимой областях спектра связаны с поглощением квантов света с меньшей энергией и поэтому соответствуют переходам электронов на более низкие энергетические уровни [1].При поглощении молекулой УФ и видимого света происходят переходы электронов на более высокие энергетические уровни и в результате наблюдается электронный спектр поглощения.Переход из одного электронного состояния в другое может происходить на разные колебательные и вращательные уровни.Вид полос электронного спектра поглощения обусловлен преимущественно электроноколебательными переходами, так как у многоатомных молекул, каковыми являются органические красители, разность энергий между соседними вращательными уровнями мала.У реальной молекулы органического соединения наблюдается одна или несколько полос поглощения в УФ области спектра (200 400 нм) и одна или несколько полос поглощения в видимой части спектра. Полосы поглощения в дальней УФ области спектра связаны с поглощением квантов света с большой энергией и соответствует переходам электронов на более высоковозбужденные синглентные уровни энергии [1].Поглощение света веществом характеризуется кривой поглощения, которая строится на основе измерения интенсивностей поглощения света определенных длин волн, рассчитанных по закону БугераЛамбертаБера: , где I0и I интенсивности светового луча соотв. до и после прохождения через раствор вещества; С молярнаяконцентрациявещества; L толщина слоя раствора;
молярный коэффициент поглощения, или экстинкции, характерный для каждого вещества. Если кривая поглощения построена в координатах , то положение ее максимума на оси абсцисс характеризует спектральный цвет и является мерой энергии возбуждения, а положение максимума на оси ординат
интенсивность окраски и является мерой вероятности электронного перехода.С уменьшением энергии возбуждения смещается в длинноволновую часть спектра, при этом окраска изменяется от желтой к оранжевой, красной и т. д.; такое изменение цвета называют его углублением или батохромным сдвигом; увеличение энергии возбуждения, приводящее к смещению в коротковолновую область и изменениюокраски в обратной последовательности, называется повышением цвета или гипсохромным сдвигом.Поглощение вещества в ближнем ультрафиолете и в видимой области связано с возбуждением , , или переходов. Переходы находятся в далекой УФ области. Переходы наблюдаются в УФ области, содержащие nэлектроны, локализованные на орбиталях атомов О, N, Hal, Sи имеют полосы поглощения при длине волны около 200 нм. Полосы поглощения, соответствующие переходам, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра. Они характерны для соединений в молекулах которых имеются такие хромофорные группы, как , , [2].УФ спектр флавоноидов характеризуется наличием, как правило, двух максимумов поглощения. Положение максимумов и их интенсивность характерны для различных групп флавоноидов [3].Зверобойпродырявленный, или обыкновенный HypericumperforatunL., семейства зверобойных многолетнее травянистое растениеТрава содержит около 10 12 % дубильных веществ производных преимущественно пирокатехина, желтое красящее вещество гиперицин (1), псевдогиперицини гиперфорин, которыеобладают наиболее выраженной биологической активностью. гиперицин пирогаллол Из флавоноидов в траве присутствуют кемферол, кверцетин, кверцитрин, рутин и другое, из простых фенолов пирогаллол(2), эфирное масло, смолистые вещества, сапонины, холин и другое. Если цветок зверобоя растереть между пальцами или на белой бумаге, то выступит смолистая темнокрасная жидкость, которая окрасит бумагу или пальцы в кровянокрасный цвет. На стебле зверобоя тоже есть красные пятна, а с наступлением осени красный цвет разливается по всему растению, и оно становится кровянокрасным.Цветы зверобоя служат для крашения, нейтральная вытяжка дает желтые и зеленые краски, горячий настой дает, в зависимости от концентрации, красную и розовую краски [4, 5].
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Для проведения спектрофотометрического анализа экстрактивных красящих веществ зверобоя была разработана методика извлечения красящих веществ.Целью технологии извлечения красителей и дубителей из растительного сырья является наименьшие энергозатраты и экологичность.Разработанная методика включает следующие этапы:1.Измельчение растительного сырья;2.Экстракция красителя из расчета 150 грамм растительного сырья на 1 литр воды. Краситель экстрагируют водой из сухого сырья до 1 литра в течение 1 часа при температуре 8085 0С;3.Экстракция происходит в вакууме при атмосферном давлении 100 мм. рт. ст. при температуре кипения экстракта 4045 0С.4.Фильтрацияэкстракта;Выпаривание под вакуумом дает возможность проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, разлагающихся при повышенных температурах. При разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата.Далее полученный экстракт исследовали на спектрофотометре. Спектры поглощения сняты на приборе «ПАНОРАМА ФЛЮОРАТ» в Дагестанском Научном Центре Российской Академии Наук.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
На рисунке приведена кривая поглощения водного раствора красителя зверобоя в диапазоне волн 190 нм 850 нм. На кривой также наблюдается несколько пиков максимального поглощения в диапазоне длин волн 500 660 нм. Положение максимумов зависит от строения молекулы красителя. В зверобое содержится гиперицин 4, 5, 7, 4, 5, 7 гексаокси 2,2 диметилмезонафтодиантрон. Он относится к конденсированным производным антрахинона. Кроме гиперицина в траве содержится второй пигмент псевдогиперицин. Содержание этих соединений в траве гиперицина составляет 0,1 0,4 % [6].
Рис.1. Спектр поглощения водной вытяжки зверобоя продырявленного
В спектре красящих веществ зверобоя продырявленного наблюдаются полосы в интервале 500560 нм, что говорит о наличии в экстракте антоцианов, а полоса поглощения при 540 нм пирокатехина или пирогаллола [7]. Длина волны, соответствующая 650 нм и 830 нм характерна для колебаний связи СС ароматических циклов [8]. Полоса поглощения соответствующая 700 нм соответствует колебаниям бензольного кольца [9]. Суммарный цвет раствора темнокоричневый с легким бардовым оттенком.Наибольшее количествопиков сдвинуто в сторону длинных волн, что дает углубление цвета (батохромный эффект). Это способствует получению более темных цветов при крашении шерстяной ткани и кожевой ткани шубной овчины.Для разработки технологии использования природных красителей необходимо установить их спектральные свойства, что позволит прогнозировать колористические параметры окраски ими и предложить методы ее закрепления.Одним из наиболее информативных методов молекулярной спектроскопии является спектроскопия поглощения ультрафиолетового (УФ) излучения. Исследования в видимой области спектра ив дальнем ультрафиолете являются обычными методами качественного и количественного исследования фенольных соединений[10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Растительные флавоноиды, к которым относятся природные красители имеют свойство разлагаться при повышении температуры при обычном экстрагировании. Экстрагирование данным способом позволит уменьшить энергозатраты на производство растительных красителей, что является наиболее экономически выгодным способом экстракции. Применение спектрофотометрического анализа при определении экстрактивных красящих веществ, позволило понять химический состав и природу связей в молекулах флавоноидов.
ВЫВОДЫ
1.Разработана методика экстрагированиякрасящих веществ из растительного сырья зверобоя. Данный метод предполагает снижение температуры процесса экстракции за счет уменьшения атмосферного давления.2.Путем спектрофотометрического анализа изучено строение и свойства растительных красителей, получаемых из травы зверобоя. Экстрагируемые из растений растворы представляют собой сложный комплекс индивидуальных окрашенных веществ, способных поразному сорбироваться шерстью и образовывать сложные комплексы с окрашиваемым волокном.
Ссылки на источники1.Кричевский, Г.Е. Методы исследования в текстильной химии : справочник / Г.Е. Кричевсикй, Ю.К. Овчинников, Т.Г. Хачатурова и др.; под общ. ред. Г.Е. Кричевского. М.:РосЗиТЛП, 1993. 401 с.[Дата обращения 10.02.15]2.Булатов, М.И. Практическое руководство по колорометрическим и спектрофотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. М.: Химия, 1965. 224 с.[Дата обращения 07.11.13]3.Ладыгина, Е.Я. Химический анализ лекарственных растений / Е.Я. Ладыгина, Л.Н. Сафронич, В.Э. Отряшенкова М.: Высшая школа, 1983. 176 с.[Дата обращения 2.02.15]4.Абдулнатипов, А.И. Курс лекций по биоорганической химии / А.И. Абдулнатипов. Махачкала: Дагпресс, 2005. 242 с.[Дата обращения 2.02.15]5.Яруллина, Н. Ядовитые и вредные растения горного Дагестана / Н. Яруллина, М. Омаров. Махачкала: Дагкнижиздат, 1996. 136 с.[Дата обращения 29.01.15]6.Ломаченко, Н.В. Накопление фенольных соединений растениями HypericumperforatunL. в экологоценотический градиентах : дисс. … канд.биол.наук : 03.00.12Ломаченко Наталья Владимировна. Уфа, 1999. 120 с.[Дата обращения 17.12.14]7.Икрами, М.Б. УФспектры растительных экстрактов. Актуальные проблемы естественных наук:материалы международной заочной научнопрактической конференции / М.Б. Икрами, К.К. Мирзорахимов, Рахимова Ф.А., Тураева Г.Н., Гулбекова Г. Новосибирск: Априори, 2011. 138 с.[Дата обращения 10.02.15]8.Берлова, Н.В. / Товароведное исследование маньчжурского ореха как сырья легкой промышленности : дисс. … канд.техн.наук : 05.19.08 / Берлова Наталья Викторовна. М, 2005. 176 с. [Дата обращения 29.01.15]9.Бранд, Дж. Применение спектроскопии в органической химии / Дж. Бранд, Г. Эглинтон. М.: Мир, 1967. 279 с.[Дата обращения 10.02.15]10.Правдивцева, О.Е. Исследования по обоснованию новых подходов к стандартизации сырья и препаратов зверобоя продырявленного / О.Е. Правдивцева, В.А. Куркин // Химия растительного сырья. 2008. № 1. С. 81 86.[Дата обращения 10.02.15]
Азимова Фаина Шамиловна, Доцент, кандидат технических наук,ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкала
Мустафаева Анжела Тимуровна,Студентка ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкала
Спектрофотометрическое исследование растительного экстракта зверобоя
Аннотация.В работе приведенаметодикаэкстрагирования красящих веществ зверобояс применением вакуума. Проведено спектрофотометрическое исследование водного экстракта зверобоя.Ключевые слова: спектрофотометрия, растительный экстракт, флавоноиды.
ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Спектрофотометрия это физикохимический метод исследования как твердых, так и жидких веществ в различных областях спектра. Исследование жидких растительных экстрактов, как правило исследуют в УФи видимой областях спектра.Окрашенные вещества изучают в видимой области спектра. При поглощении молекулой видимого света происходят переходы электронов на более высокие энергетические уровни и в результате наблюдается электронный спектр поглощения. Полосы поглощения в ближней УФ и видимой областях спектра связаны с поглощением квантов света с меньшей энергией и поэтому соответствуют переходам электронов на более низкие энергетические уровни [1].При поглощении молекулой УФ и видимого света происходят переходы электронов на более высокие энергетические уровни и в результате наблюдается электронный спектр поглощения.Переход из одного электронного состояния в другое может происходить на разные колебательные и вращательные уровни.Вид полос электронного спектра поглощения обусловлен преимущественно электроноколебательными переходами, так как у многоатомных молекул, каковыми являются органические красители, разность энергий между соседними вращательными уровнями мала.У реальной молекулы органического соединения наблюдается одна или несколько полос поглощения в УФ области спектра (200 400 нм) и одна или несколько полос поглощения в видимой части спектра. Полосы поглощения в дальней УФ области спектра связаны с поглощением квантов света с большой энергией и соответствует переходам электронов на более высоковозбужденные синглентные уровни энергии [1].Поглощение света веществом характеризуется кривой поглощения, которая строится на основе измерения интенсивностей поглощения света определенных длин волн, рассчитанных по закону БугераЛамбертаБера: , где I0и I интенсивности светового луча соотв. до и после прохождения через раствор вещества; С молярнаяконцентрациявещества; L толщина слоя раствора;
молярный коэффициент поглощения, или экстинкции, характерный для каждого вещества. Если кривая поглощения построена в координатах , то положение ее максимума на оси абсцисс характеризует спектральный цвет и является мерой энергии возбуждения, а положение максимума на оси ординат
интенсивность окраски и является мерой вероятности электронного перехода.С уменьшением энергии возбуждения смещается в длинноволновую часть спектра, при этом окраска изменяется от желтой к оранжевой, красной и т. д.; такое изменение цвета называют его углублением или батохромным сдвигом; увеличение энергии возбуждения, приводящее к смещению в коротковолновую область и изменениюокраски в обратной последовательности, называется повышением цвета или гипсохромным сдвигом.Поглощение вещества в ближнем ультрафиолете и в видимой области связано с возбуждением , , или переходов. Переходы находятся в далекой УФ области. Переходы наблюдаются в УФ области, содержащие nэлектроны, локализованные на орбиталях атомов О, N, Hal, Sи имеют полосы поглощения при длине волны около 200 нм. Полосы поглощения, соответствующие переходам, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра. Они характерны для соединений в молекулах которых имеются такие хромофорные группы, как , , [2].УФ спектр флавоноидов характеризуется наличием, как правило, двух максимумов поглощения. Положение максимумов и их интенсивность характерны для различных групп флавоноидов [3].Зверобойпродырявленный, или обыкновенный HypericumperforatunL., семейства зверобойных многолетнее травянистое растениеТрава содержит около 10 12 % дубильных веществ производных преимущественно пирокатехина, желтое красящее вещество гиперицин (1), псевдогиперицини гиперфорин, которыеобладают наиболее выраженной биологической активностью. гиперицин пирогаллол Из флавоноидов в траве присутствуют кемферол, кверцетин, кверцитрин, рутин и другое, из простых фенолов пирогаллол(2), эфирное масло, смолистые вещества, сапонины, холин и другое. Если цветок зверобоя растереть между пальцами или на белой бумаге, то выступит смолистая темнокрасная жидкость, которая окрасит бумагу или пальцы в кровянокрасный цвет. На стебле зверобоя тоже есть красные пятна, а с наступлением осени красный цвет разливается по всему растению, и оно становится кровянокрасным.Цветы зверобоя служат для крашения, нейтральная вытяжка дает желтые и зеленые краски, горячий настой дает, в зависимости от концентрации, красную и розовую краски [4, 5].
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Для проведения спектрофотометрического анализа экстрактивных красящих веществ зверобоя была разработана методика извлечения красящих веществ.Целью технологии извлечения красителей и дубителей из растительного сырья является наименьшие энергозатраты и экологичность.Разработанная методика включает следующие этапы:1.Измельчение растительного сырья;2.Экстракция красителя из расчета 150 грамм растительного сырья на 1 литр воды. Краситель экстрагируют водой из сухого сырья до 1 литра в течение 1 часа при температуре 8085 0С;3.Экстракция происходит в вакууме при атмосферном давлении 100 мм. рт. ст. при температуре кипения экстракта 4045 0С.4.Фильтрацияэкстракта;Выпаривание под вакуумом дает возможность проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, разлагающихся при повышенных температурах. При разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата.Далее полученный экстракт исследовали на спектрофотометре. Спектры поглощения сняты на приборе «ПАНОРАМА ФЛЮОРАТ» в Дагестанском Научном Центре Российской Академии Наук.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
На рисунке приведена кривая поглощения водного раствора красителя зверобоя в диапазоне волн 190 нм 850 нм. На кривой также наблюдается несколько пиков максимального поглощения в диапазоне длин волн 500 660 нм. Положение максимумов зависит от строения молекулы красителя. В зверобое содержится гиперицин 4, 5, 7, 4, 5, 7 гексаокси 2,2 диметилмезонафтодиантрон. Он относится к конденсированным производным антрахинона. Кроме гиперицина в траве содержится второй пигмент псевдогиперицин. Содержание этих соединений в траве гиперицина составляет 0,1 0,4 % [6].
Рис.1. Спектр поглощения водной вытяжки зверобоя продырявленного
В спектре красящих веществ зверобоя продырявленного наблюдаются полосы в интервале 500560 нм, что говорит о наличии в экстракте антоцианов, а полоса поглощения при 540 нм пирокатехина или пирогаллола [7]. Длина волны, соответствующая 650 нм и 830 нм характерна для колебаний связи СС ароматических циклов [8]. Полоса поглощения соответствующая 700 нм соответствует колебаниям бензольного кольца [9]. Суммарный цвет раствора темнокоричневый с легким бардовым оттенком.Наибольшее количествопиков сдвинуто в сторону длинных волн, что дает углубление цвета (батохромный эффект). Это способствует получению более темных цветов при крашении шерстяной ткани и кожевой ткани шубной овчины.Для разработки технологии использования природных красителей необходимо установить их спектральные свойства, что позволит прогнозировать колористические параметры окраски ими и предложить методы ее закрепления.Одним из наиболее информативных методов молекулярной спектроскопии является спектроскопия поглощения ультрафиолетового (УФ) излучения. Исследования в видимой области спектра ив дальнем ультрафиолете являются обычными методами качественного и количественного исследования фенольных соединений[10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Растительные флавоноиды, к которым относятся природные красители имеют свойство разлагаться при повышении температуры при обычном экстрагировании. Экстрагирование данным способом позволит уменьшить энергозатраты на производство растительных красителей, что является наиболее экономически выгодным способом экстракции. Применение спектрофотометрического анализа при определении экстрактивных красящих веществ, позволило понять химический состав и природу связей в молекулах флавоноидов.
ВЫВОДЫ
1.Разработана методика экстрагированиякрасящих веществ из растительного сырья зверобоя. Данный метод предполагает снижение температуры процесса экстракции за счет уменьшения атмосферного давления.2.Путем спектрофотометрического анализа изучено строение и свойства растительных красителей, получаемых из травы зверобоя. Экстрагируемые из растений растворы представляют собой сложный комплекс индивидуальных окрашенных веществ, способных поразному сорбироваться шерстью и образовывать сложные комплексы с окрашиваемым волокном.
Ссылки на источники1.Кричевский, Г.Е. Методы исследования в текстильной химии : справочник / Г.Е. Кричевсикй, Ю.К. Овчинников, Т.Г. Хачатурова и др.; под общ. ред. Г.Е. Кричевского. М.:РосЗиТЛП, 1993. 401 с.[Дата обращения 10.02.15]2.Булатов, М.И. Практическое руководство по колорометрическим и спектрофотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. М.: Химия, 1965. 224 с.[Дата обращения 07.11.13]3.Ладыгина, Е.Я. Химический анализ лекарственных растений / Е.Я. Ладыгина, Л.Н. Сафронич, В.Э. Отряшенкова М.: Высшая школа, 1983. 176 с.[Дата обращения 2.02.15]4.Абдулнатипов, А.И. Курс лекций по биоорганической химии / А.И. Абдулнатипов. Махачкала: Дагпресс, 2005. 242 с.[Дата обращения 2.02.15]5.Яруллина, Н. Ядовитые и вредные растения горного Дагестана / Н. Яруллина, М. Омаров. Махачкала: Дагкнижиздат, 1996. 136 с.[Дата обращения 29.01.15]6.Ломаченко, Н.В. Накопление фенольных соединений растениями HypericumperforatunL. в экологоценотический градиентах : дисс. … канд.биол.наук : 03.00.12Ломаченко Наталья Владимировна. Уфа, 1999. 120 с.[Дата обращения 17.12.14]7.Икрами, М.Б. УФспектры растительных экстрактов. Актуальные проблемы естественных наук:материалы международной заочной научнопрактической конференции / М.Б. Икрами, К.К. Мирзорахимов, Рахимова Ф.А., Тураева Г.Н., Гулбекова Г. Новосибирск: Априори, 2011. 138 с.[Дата обращения 10.02.15]8.Берлова, Н.В. / Товароведное исследование маньчжурского ореха как сырья легкой промышленности : дисс. … канд.техн.наук : 05.19.08 / Берлова Наталья Викторовна. М, 2005. 176 с. [Дата обращения 29.01.15]9.Бранд, Дж. Применение спектроскопии в органической химии / Дж. Бранд, Г. Эглинтон. М.: Мир, 1967. 279 с.[Дата обращения 10.02.15]10.Правдивцева, О.Е. Исследования по обоснованию новых подходов к стандартизации сырья и препаратов зверобоя продырявленного / О.Е. Правдивцева, В.А. Куркин // Химия растительного сырья. 2008. № 1. С. 81 86.[Дата обращения 10.02.15]
