Transcript μελετη οργανικων χρωστικων

Πτυχιακή εργασία
Ιστορική αναδρομή και χημική ανάλυση του κόκκου και
άλλων χρωστικών
Αντικείμενο
 Αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας
αποτελεί η ιστορική αναδρομή και η ανάλυση του
κόκκου και άλλων χρωστικών με την υγρή
χρωματογραφία.
 Στόχος της εργασίας είναι η ιστορική μελέτη
οργανικών χρωστικών με έμφαση στον κόκκο και
την πορφύρα και η εφαρμογή της υγρής
χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) για την
ταυτοποίησή τους και την ανάρτηση βιβλιοθήκης για
την εύκολη ταυτοποίηση ιστορικών δειγμάτων.
Η χρησιμότητα της φυσικοχημικής μελέτης
στη συντήρηση
ΕΝΟΤΗΤΕΣ
 Συνοπτική παρουσίαση των οργανικών χρωστικών
 Εκτενή ιστορικά στοιχεία για τον κόκκο και την
πορφύρα
 Φυσικές υφάνσιμες ίνες
 Ανάλυση πρότυπων χρωμοφόρων ενώσεων και
χρωστικών με υγρή χρωματογραφία
[Εικ 5] Γενίστα
(flickriver.com)
Γενικά στοιχεία για τις
οργανικές χρωστικές
 Βιολογική πηγή.
 Ιστορικές αναφορές.
 Χρήση των χρωστικών.
 Ιδιότητες χρωστικών.
Ενότητα 1η:
Συνοπτική
παρουσίαση
των
οργανικών
χρωστικών
Ταξινόμηση οργανικών
χρωστικών
Είδη ταξινόμησης χρωστικών με βάση:
 το χρώμα τους,
 τη βιολογική τους πηγή,
 τις φυσικές τους ιδιότητες,
 τον τρόπο εφαρμογή τους,
 τη χημική τους δομή.
Ενότητα1η:
Συνοπτική
παρουσίαση
των
οργανικών
χρωστικών
Μελέτη των χρωστικών
σύμφωνα με το χρώμα
τους
Ενότητα 1η:
Συνοπτική
παρουσίαση
των
οργανικών
χρωστικών

(Κόκκος, κογχινίλη, λάκκα, ριζάρι, αιματόξυλο Βραζιλίας
, σανδανόξυλο, κνήκος, άγχουσα, χέννα)
[Εικ.3] Ριζάρι: Rubia tinctorum L.
(henriettesherbal.com)
[Εικ 2] Αιματόξυλο Βραζιλίας: Caesalpinia
(uni-graz.at)
Μελέτη των χρωστικών
σύμφωνα με το χρώμα
τους
Ενότητα 1η:
Συνοπτική
παρουσίαση
των
οργανικών
χρωστικών

(Ρεζεδά, χλωροφόρος η βαφική, χρυσόξυλο, κρόκος,
γενίστα, κουρκουμάς)
[Εικ 4]Ρεζεδά
(illinoiswildflowers.info)
[Εικ.1] Κρόκος
(superstock.com)
Μελέτη των χρωστικών
σύμφωνα με το χρώμα
τους
Ενότητα 1η:
Συνοπτική
παρουσίαση
των
οργανικών
χρωστικών

(Ίσατις, ινδικό, φύκος, πορφύρα)
[Εικ 7] Ινδικό (λουλάκι): indigofera tinctoria
(species.wikimedia.org)
[Εικ 6] Ίσατις
(it.wikipedia.org)
Κόκκος
Ενότητα 2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα

Το έντομο kermococcus vermilio ανήκει στη τάξη Hemiptera (ημίπτερα)
της οικογένειας Coccidae (κοκκοειδή), του γένους Kermes Boitard.

Απόχρωση του κόκκου: έντονο κόκκινο
Χρωμοφόρες ενώσεις.
Σταθερότητα της χρωστικής στην ακτινοβολία και το πλύσιμο.
Μέταλλο πρόστυψης.
Ενότητα 2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα
Κόκκος
Στους βιβλικούς χρόνους
Βυζαντινή περίοδος 1518
1870
Ελληνική αρχαιότητα
Ρωμαϊκή περίοδος
Κόκκος
Μεξικανική
κογχινίλη
Βυζαντινή και μεταβυζαντινή περίοδος
Ο εκτοπισμός του από την εισαγωγή της μεξικανικής
κογχινίλης
Περιοχές που εμφανίζεται ο κόκκος.
Κόκκος
Ενότητα 2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα

Στη ζωγραφική και στην φαρμακευτική
Γαλινός ο ιατρός (129-199μ.Χ.) «Κόκκος βαφικὸς στυπτικὴν μὲν ἔχει
καὶ πικρὰν ἅμα τὴν ποιότητα͵ ξηραίνει δ΄ ἀμφοτέραις ἀδήκτως͵ καὶ
διὰ τοῦτο πρός τε τὰ μεγάλα τῶν τραυμάτων ἁρμόττει καὶ πρὸς τὰς
τῶν νεύρων τρώσεις. λειοῦσι δ΄ αὐτὴν ἔνιοι μὲν σὺν ὄξει
τηνικαῦτα͵ σὺν ὀξυμέλιτι δ΄ ἄλλοι.»
Πορφύρα
Ενότητα2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα
 Bolinus brandaris
 Hexaplex trunculus
 Thais haemastoma

Nucella lapillus.
[Εικ.3] Πορφύρα
(newingreece.blogspot.com)
Περιοχές που εμφανίζονται τα τρία είδη
πορφύρας.
Πορφύρα
Στους βιβλικούς χρόνους
Μυθολογία
Ελληνική αρχαιότητα
Ρωμαϊκή περίοδος
Βυζαντινά χρόνια
Άλωση της Κωνσταντινούπολης
Ενότητα2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα
Hexaplex trunculus:
• 6,6΄διβρωμοϊνδιρουμβίνη
• 6,6΄-διβρωμοϊνδικοτίνη
• ινδικοτίνη
• ινδιρουβίνη
• 6-Βρομοϊνδικοτίνη
• 6΄-Βρομοϊνδιρουβινη
• 6-Βρομοϊνδιρουβίνη
Πορφύρα
Ενότητα2η:
Εκτενή ιστορικά
στοιχεία για τον
κόκκο και την
πορφύρα
Ξενοκράτης , περί της από των ένυδρων τροφής μζ΄
«Πορφύραι δὲ αἱ μείζους, σκληρότεραι∙ καὶ τοῖς ἑαυτῶν δέ
μέρεσιν οὐ μετρία διαφορὰν ἔχουσι. Τράχηλοι μὲν γὰρ
δυσκατέργαστοι, δυσδιαχώρητοι τε καὶ δύσφθαρτοι,
εὐστόμαχοι, ὀλιγόχυμοι, μόλις διαλυόμενοι τῇ μασήσει.
Οἱ δέ πυθμένες, ἣ μήκωνες, μαλακοί, ιχθυωδέστεροι,
εὑκατεργαστοι, διαχωρητικοί, διουρητικοί, ιδρωτικοί,
σιελοποιοί∙ πλεονάσαντες δε, χολερώδεις, ναυτιώδεις,
μελάνων ἐπιπολαστικοί.»
Υφασμάτινες ίνες
Ενότητα 3η:
Φυσικές
υφάνσιμες
ίνες
 Φυτικής προέλευσης: Βαμβάκι και λινάρι
 Ζωικής προέλευσης: Μαλλί και μετάξι
[Εικ. 4] Τα χαρακτηριστικά
των πιο γνωστών ινών που
χρησιμοποιούνται στην ύφανση σε
ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης
(SEM).
rpd611.com
Μεταλλικές ίνες
Ενότητα 3η:
Φυσικές
υφάσνιμες
ίνες
 Σε μορφή ταινίας ή σύρματος.
 Ταινίες ή σύρματα τυλιγμένα σε φυσικές οργανικές
ίνες.
 Μεταλλικές ίνες πακτωμένες πάνω σε εύκαμπτο
πυρήνα ζωικής ή φυτικής προέλευσης, όπως χαρτί
και δέρμα.
Υγρή χρωματογραφία
υψηλής απόδοσης
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
 Αρχή λειτουργίας της υγρής χρωματογραφίας.
2. Εισαγωγή του
δείγματος
3. Εισαγωγή του
διαλύτη έκλουσης
(κινητή φάση)
1. Στατική
φάση μέσα
στη στήλη
4. Διαχωρισμός των
χρωμοφόρων ενώσεων
της μωβ χρωστικής
[Εικ.5] Αρχή λειτουργίας της υγρής
χρωματογραφίας.
Υγρή χρωματογραφία
υψηλής απόδοσης
 Οργανολογία.
Στήλη
Δειγματολήπτης
Λογισμικό
31`
Απόβλητα
Διαλύτες
Αντλία
Ανιχνευτή
ς
[Εικ.6] Σχηματική παράσταση μιας τυπικής διάταξης HPLC.
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Εφαρμογή της υγρής
χρωματογραφίας υψηλής
απόδοσης
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Διάταξη Υγρής Χρωματογραφίας Υψηλής Απόδοσης με ανιχνευτή
Συστοιχίας Διόδων (HPLC-DAD) της εταιρείας DIONEX.
 αντλία βαθμωτής έκλουσης: Ultimate 3000 LPG τεσσάρων
διαλυτών με ενσωματωμένο απαερωτή κενού,
 αυτόματος δειγματολήπτης: Ultimate 3000 Autosampler WPS3000SL (Analytical),
 κλίβανος χρωματογραφικής στήλης Ultimate TCC-3000-SD που
φέρει χρωματογραφική στήλη C18 3μm, 250x3.0mm και
 ανιχνευτής συστοιχίας διόδων: Photometer Ultimate DAD-3000.
Εφαρμογή της υγρής
χρωματογραφίας υψηλής
απόδοσης
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
 Για τις πρότυπες χρωμοφόρες ενώσεις
 μίγμα διαλυτών CH3OH:H2O σε αναλογία 1:1 ή
 διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO) ή διμεθυλοφορμαμίδιο
(DMF).
 Για την επεξεργασία των χρωστικών αναφοράς





200μl διαλύματος HCl 37% και 200μl διαλύματος
CH3OH:H2O σε αναλογία 1:1.
Θέρμανση στους 100˚C για 10 λεπτά.
Εξάτμιση του HCl με προσθήκη αζώτου σε λουτρό με
θερμοκρασία 50-60˚C.
Επαναδιάλυση του ιζήματος σε DMSO και τοποθέτηση στη
φυγόκεντρο για 2 λεπτά
Ακολουθεί η χρωματογραφική ανάλυση του δείγματος.
Εφαρμογή της υγρής
χρωματογραφίας υψηλής
απόδοσης
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
 Διαλύτες: Α) H2O – 0,1% TFA και Β) CH3CN – 0,1% TFA .
 Κάθε χρωματογράφημα διαρκεί 38 λεπτά.
 Η θερμοκρασία της στήλης: 35˚C.
 Η ροή των διαλυτών είναι 0.5ml/min.
 Η ποσότητα του δείγματος που παραλαμβάνεται από το
δειγματολήπτη είναι 50μl.
 Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Chromeleon.
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Εφαρμογή της υγρής
χρωματογραφίας υψηλής
απόδοσης
Πίνακας 2: Πρόγραμμα διαλυτών
Retention (min)
Flow (ml/min)
Α%
Β%
0.0
0.5
95
5
0.0
0.5
95
5
1.0
0.5
95
5
15.0
0.5
70
30
20.0
0.5
40
60
23.0
0.5
40
60
33.0
0.5
5
95
35.0
0.5
5
95
38.0
0.5
95
5
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Αποτελέσματα
Καρμινικό οξύ

β)
1800
13.2
1800
275
1600
1600
1400
1400
Absorbance (mAU)
Absorbance (mAU)
α)
1200
1000
800
600
1200
1000
800
310
600
495
400
400
200
200
0
223
202
0
10
15
20
Time (min)
25
200
300
400
500
600
Wavelength (nm)
α) Χρωματογράφημα καρμινικού οξέως στα 275nm και β) φάσμα απορρόφησης.
Χρωμοφόρος ένωση
Χρόνος συγκράτησης (min)
Καρμινικό οξύ
Ελλαγικό οξύ
Φυσικό κόκκινο (Λακκαϊκό οξύ Α)
Κροκίνη
13.2
14.1
15.5
17.1
18.0
202, 223, 275, 310, 495
201, 253, 367
201, 225, 286, 493
262, 440, 465
209, 247, 321, 359
18.4
206, 249, 278, 338
19.0
19.2
20.1
21.2
20.8
21.3
21.4
21.5
21.9
23.2
23.9
24.1
24.2
24.3
24.4
24.5
24.5
26.6
27.0
201, 253, 353
204, 236, 288, 542
204, 255, 372
202, 229, 265, 514, 542
263, 326, 433, 457
209, 268, 335
208, 260, 330
200, 219, 266, 365
207, 292, 549
203, 249, 277, 428
200, 248, 414
201, 266, 366
200, 249, 420
202, 243, 285, 335, 606
201, 263, 423
201, 243, 280, 410
204, 256, 295, 480
200, 223, 267, 288, 439
204, 246, 279, 410
3,3’,4’,7-Τετραυδροξυφλαβόνη
2-Υδροξυ-1,4-ναφθακινόνη
Μορίνη
Παραροσανιλίνη
Κερκετίνη
Ορσεΐνη
Κροκετίνη
Απιγενίνη
Γενιστεϊνη
Κεμπφερόλη
Φουξίνη
Αλιζαρίνη
Δις-μεθοξυ-κουρκουμίνη
Κεμπφερίδιο
Μεθοξυ-κουρκουμίνη
Ινδικοτίνη
Κουρκουμίνη
Ξανθοπουρπουρίνη
Πουρπουρίνη
Εμοντίνη
Ρουβιαντίνη
Απορρόφηση (nm)
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
ΚΟΓΧΙΝΙΛΗ
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
ΚΟΓΧΙΝΙΛΗ
Χρωστικές
αναφοράς
Κογχινίλη
Χρωμοφόρες
ενώσεις
Χρόνος
συγκράτησης
Χαρακτηριστηκές
απορροφήσεις
dcII
13.09
285, 436
Καρμινικό οξύ
13.3
276, 308, 493
dcIV
15.9
277, 311, 491
dcVII
16.7
276, 311, 491
Φλαβοκερμεσικό οξύ
21.05
197, 218, 285, 426
Χρωμοφόρες ενώσεις
Χρόνος συγκράτησης
Κερμεσικό οξύ
20.9
Χαρακτηριστηκές
απορροφήσεις
274, 308, 489
Φλαβοκερμεσικό οξύ
dcII
21.05
13.09
197, 218, 285, 426
285, 436
Καρμινικό οξύ
13.3
276, 308, 493
dcIV
15.9
277, 311, 491
dcVII
16.7
276, 311, 491
Λάκκα
Φλαβοκερμεσικό οξύ
Φυσικό κόκκινο 25
Αλιζαρίνη
21.05
15.5
23.2
197, 218, 285, 426
224, 308, 489
249, 277, 428
Ριζάρι
Πουρπουρίνη
24.4
256, 292, 479
Ρουβιαντίνη
Βραζιλίνη
26.6
11.82
246, 279, 410
209, 255, 288
Type B
14.56
204, 259, 372, 448
Type C
Κερκετίνη
16.37
20.1
204, 258, 287
255, 372
Κεμπφερόλη
21.5
266, 365
Ραμνετίνη
22.8
256, 368
Ραμναζίνη
24.3
254, 372
Εμοντίνη
26.6
287, 440
Χρωστικές αναφοράς
Κόκκος
Κογχινίλη
Αιματόξυλο Βραζιλίας
Persian Berries
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Χρωστικές αναφοράς
Ρεζεδά
Χρυσόξυλο
Γενίστα
Κουρκουμάς
Κρόκος
Ινδικό
Χρωμοφόρες ενώσεις
Χρόνος συγκράτησης
Λουτεολίνη
20.1
Χαρακτηριστηκές
απορροφήσεις
249, 277, 428
Απιγενίνη
21.4
256, 292, 479
Χρυσοεριόλη
21.6
246, 279, 410
Φισετίνη
17.7
248, 321, 359
Σουλφουρετίνη
19.4
257, 269, 393
Λουτεολίνη
20.1
253, 266, 346
Γενιστεΐνη
21.3
260, 325
Κουρκουμίνη
24.5
263, 424
Μεθοξυ-κορκουμίνη
24.2
251, 420
Δις-μεθοξυ-κουρκουμίνη
23.9
249, 414
Κροκίνη
17.1
262, 440, 465
Κροκετίνη
20.8
260, 326, 431, 457
Ινδικοτίνη
24.3
285, 335, 606
Ενότητα 4η:
Ανάλυση
πρότυπων
χρωμοφόρω
ν ενώσεων
και
χρωστικών
Συμπεράσματα
 Η ιστορική μελέτη των οργανικών χρωστικών
παρείχε σημαντικά στοιχεία.
 Η υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης
(HPLC) αποτελεί ένα αξιόπιστο εργαλείο
στην ταυτοποίηση των οργανικών
χρωστικών.
Ευχαριστίες
 Προς τον κ. Κοντάκη Χριστόφορο, καθηγητή και
πρόεδρο της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας
Θεσσαλονίκης.
 Τον κ. Καραπαναγιώτη Ιωάννη, Δρ. Χημικό Μηχανικό,
επίκουρο καθηγητή του προγράμματος διαχείρισης
εκκλησιαστικών κειμηλίων και τον κ. Παπάπζη
Δημήτριο καθηγητή στην Ανωτάτης Εκκλησιαστικής
Ακαδημίας Θεσσαλονίκης.
 Την κα. Μιχαήλωφ Χρύσα, καθηγήτρια της Ανωτάτης
Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης και την κα.
Καματερού Εύη, Χημικό μηχανικό MSc Αριστοτελείου
Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης,.
 Τέλος, θα ήθελα να αφιερώσω την εργασία μου στην
οικογένειά μου.
Βιβλιογραφία

Dimitrios Mantzouris, Ioannis Karapanagiotis, Lemonia Valianou, Costas Panagiotou,
HPLC-DA-MS analysis of dyes identified in textiles from Athos, Anal Bioanal Chem (2011) 399:
3065-3079

Dominique Cardon, Natural Dyes-Sources, Tradition, Technology and Science, Archetype
Publications, London 2007, ISBN: 978-1-904982-00-5.

I Degano, E. Ribechini, F. Modugno, and M. P. Colombini, Analytical Methods for the
Characterization of Organic Dyes in Artworks and in Historical Textiles, Applied Spectroscopy
Review 44 (2009) 363-410.

Judith H. Hofenk de Graaff , The colourful past-Origins, chemistry and identification of natural
dyestuffs, Archetype Publication, Switzerland 2004, ISBN 3-905014-25-4.

Anna Karatzani and Thilo Rehren, The Use of Metal Threads and Decorations in Byzantine–
Greek Orthodox Ecclesiastical Textiles, Research Summary Archaeotechnology (2006) 34-37.

Robin Gale R. Owen-Crocker, Medieval clothing and textiles, τ.3, 2007, ISBN 97818438322911.

Satinder Ahuja, Chromatography and separation scince, v.4, Elsevier Science, USA, 2003.

L.R. Snyder, J.J. Kirkland, Introduction to Modern Liquid Chromatography, second ed., John
Wiley & sons, inc, USA 1979, ISBN: 0-471-03822-9.