H. K6~m: Nachweis und Identifizierung yon Emulgatoren 255

24. -- Z. Physik. Chem. 70, 239 (1910). 25. --, u. A. ROT~E: Z. Physik. Chem. 62, 359 (1908). 26. LUKE, C. L. : Anal. Chem. 81, 572 (1959) ; vgl. diese Z. 174, 378 (1960). 27. iVI]~u J., u. A. PAWL~:TA: Bet. Deut. Chem. Ges. 60, 987 (1927). 28. PX~C]~Ttr, F. : Physik. Z. 15, 924 (1914). 29. -- Z. Physik. Chem. 89, 513 (1915). 30. P~K~R, C. A., and L. G. HAlve:z: Analyst 86, 54 (1961); vgl. diese Z. 185,

310 (1962). 31. S~R~ILL, 1Vf. S., and E. F. IzA~]): ft. Amer. chem. Soc. ~0, 1665 (1928). 32. S T A ~ , J.: Kolloidchemie. Berlin-G6ttingen-Heidelberg: Springer 1960. 33. WA~ArE~, G. E. : ft. Chem. Phys. 86, 90 (1962). 34. -- ft. Chem. Phys. 87, 1468 (i962). 35. WICX~, E. : Diskussionsbemerkung.

Dr. Ew~D JAOKW~H Institut f'tir Spektroehemie und angewandte Spektroskopie 46 Dortmund, Bunscn-Kirchhoff-StraBe 11

Nachweis und Identifizierung yon Emulgatoren auf tier Basis von Orthophosphors~iureestern der Fettalkohole und ihrer ~ithoxylierten Derivate durch Diinnschicht-Chromatographie HA~s KS~IG

Analytische Laboratorien der Blendax-Werke, Mainz

Eingegangen am 27. November 1967

Summary. A new method for the detection and identification of emulsifiers on basis of esters of the ortho-phosphoric acid with fatty alcohols, wax alcohols, and alkoxylated derivatives by thin-layer chromatography is given. Plates coated with cellulose by addition of maize starch are used for thin-layer chromatography with a solvent mixture of benzene, chloroform, methanol, isopropanol, and 200/o acetic acid (10: 20: 40: 20:10). The substances are identified by the molybdenum blue reaction usually used for the def~ction of phosphates. The Rf-values and the eolour of the spots make it possible to detect and identify the emulsifiers rapidly and without further chemical techniques.

A. Einle i tung

Bei der Gruppe der 0rthophosphors~urees~er yon Fet~alkoholen u n d ihren /~thoxylierten Der iva ten h~ndel~ es sich u m Verb indungen der a l lgemeinen Formel

O -- t~1 /

O-----P--O --1%~ \

0 -- R3

256 H. K6~rr~:

wobei R1, R~ und Ra t{-Atome oder Radikale der Fettalkohole bzw. ihrer ~thoxylierten Derivate darstellen. Sio werden wegen ihrer gu~en Hautvertrgglichkei~ vet allem in der kosme~ischen Indus~rie eingesetzt und sind unter dem Namen ,,ttostaphate" im Handel. Ihre Identilizie- rung berei~et hs Sehwierigkeiten, da sie meist nut in geringen Mengen verwendet werden und neben anderen ]i~ngerkettigen aliphagschen Ver- bindungen nur naeh Spaltung mi~ Sguren und Alkalien dutch Nachweis des Phosphors erkennbar sind. Sie besi~zen aueh keine ffir den Nachweis und die Bes~immung geeigneten UV- oder IR-Spektren. Als einzige Arbeit, die wir in der Literatur fanden, besehgf~igt sieh diejenige yon K~6~LE~ [2] im Rahmen yon Untersuchungen zum Naehweis yon Emulgatoren in Lebensmit~eln mit den Eigensehaften und Naehweis- mSgliehkeiten dieser Verbindungen. K ~ 6 ~ R arbeite~ papier-ehroma~o- graphiseh mi~ einem Gemiseh verschiedener Fliel~mit~el und weis~ die Emulgatoren dureh Besprfihen des Papiers mit salzsaurer Ammonium- molybdatlSsung, der Perchlors~ure zugese~zt is~, und anschlieBende Reduktion mit Zinn(II)-ehlorid nach, einem modifizierten Chargraff- Reagens. Die Emulgatorfleeke sollen dami~ blau auf gelblieh-weil~em Untergrund erseheinen. Bei den Waehsalkoholestern mul~ K~6LT,v,~ eine Alkaliverseifung auf einem zweiten Chromatogramm vorsch~lten. Eine Trennung der Emulgatoren gelingt K~6LL~ jedoeh papier-chroma~o- graphiseh niche. Ein Naehweis sgmtlicher yon ibm eingese~zter ,,ttos~a- pha~e" geling~ ihm zw~r mi~ einem Gemiseh yon Benzol, Chloroform und methanol (2:1:1) als Fliel~mi~tel, aber die Verbindungen l~ssen sich damit kaum ~rennen; ihre R~-Werte liegen durehweg zwisehen 0,68 und 0,71. Beim Naeharbeiten der yon K~5~v,~ angegebenen Analysenvorschrff~ s~ellten wit fes~, dab es sehr sehwierig ist, die getrenn~en Emulgatoren r als blaue Fleeken auf dem Papier zu erhalten. Bei nur geringer Veri~nderung der S~urekonzentration wird im allgemeinen das gesamte Papier blau, ohne d~B sich die aufgetragenen Verbindungen als Flecken abheben. AuBerdem is~ die bei Anwesenheit yon W~ehsalkoholestern n6tige Verseffung sehr ls da man ja im voraus nich~ weiS, ob solche Verbindungen vorliegen. Um ~thoxyller~e Derivar yon den einfaehen Estern dieser Gruppe unterscheiden zu kSnnen, besprfiht K~5~,LE~ auBerdem ein drittes Chromatogramm mi~ dem n~eh BO~E~ [1] modi- fizier~en Dragendorff-Reagens, das abet aueh anf alle anderen Verbin- dungen mi~ s Gruppen ansprieh~.

B. Experimenteller Tell a) Vorversuche Wir haben deshalb nach einer einfaeheren und sehnelleren Methode zum Nachweis der Emulgatoren auf der Basis yon Orthophosphorsi~ureestern

Nachweis und Identifizierung yon Emulgatoren 257

der Fettalkohole und ihrer/ithoxylierten Derivate gesucht. Es wurden yon tuns die gleichen Typen yon Or~hophosphorsi~ureestern wie yon K g 6 ~ g eingesetzt, die in Tab. 1 aufgeffihrt sind. Das yon Kg6LLwg auBerdem noch untersuchte ,,Hostaphat" KS 340 ist inzwischen nicht mehr im Handel.

Tabelle 1

,,Itostaph~t" Typ KO 300 KO 280 EL 240 KL 340 KW 200 KW 340

ter~. o-Phosphors~ureester des Oleylalkohols sek. o-Phosphors~ureester des Oleyloctaglykolfithers sek. o-Phosphorsiiureester des Lauryltetraglykol~thers tert. o-Phosphors~ureester des Lauryltetraglykoli~thers sek. o-Phosphors~ureester hSherer Wachsalkohole tert. o-Phosphors~urees~er yon WachsalkohoRetraglykoli~thern

Eine direkte Ubertragung der KrSllerschen Analysenvorschrfft auf eine dtinnsehicht-chromatographisehe Methode mit Cellulosesehiehten erwies sieh als vSllig unbrauchbar. Auch die diinnschicht-chromatographische Methode yon RSSSV~L [3], der anorganische Phosphate auf Cellulose- schiehten (142 dgS + S yon Schl. & Seh.) mit einem Zusatz yon 2~ Mais- st/~rke und einem Laufmittelgemiseh yon Methanol, Dioxan mud w/iSrigen LSsungen yon Isopropanol, Eisessig, Trichloressigs/iure und Ammoniak verwendet, gab keine brauehbaren Resultate. Wit haben daher eine grol~e Anzahl yon Diinnschicht-Chromatogrammen mit den versehiedensten Laufmitteln hergestellt, die in Tab. 2 zusammengestellt sind. Es zeigte sich, dal3 auch auf diinnsehicht-chromatographischem Wege eine vSllige Trennung der 6 Emulgatoren nicht mSglich ist; jedoeh konn- ten wir mit dem Laufmittelgemisch Benzol/Chloroform/Methanol/Iso- propanol/20 ~ Eisessig (10 : 20: 40: 20 : 10) ein Chromatogramm er- halten, bei dem an Hand der Laufstrecken in Verbindung mit der F/~r- bung der Flecken eine einwandfreie Identifiziermug der 6 Phosphors/~ure- estertypen in einem Arbeitsgang ohne weitere zus~tzliehe Reaktionen mSglich ist. Da man normalerweise die Emulgatoren nieht fin Gemisch einsetzen wird, ist eine vSllige Auftrennung eines Gemisehes yon Phos- phors/~ureestern der Fettalkohole in der Praxis kaum nStig. Es geniigt, an Hand yon R~-Werten und Farbintensit/~ten der Flecken bei der Molybd/in- blaureaktion den zu untersuchenden Emulgator identifizieren zu kSnnen. Mit unserer lgethode lassen sieh die 0rthophosphors~ureester yon Wachs- alkoholen neben denjenigen der kiirzerkettigen Fettalkohole einwandfrei nachweisen, ohne dab eine Alkaliverseffung vorgeschaltet werden mull Die Sichtbarmachung erfolgt ebenfalls wie bei K~SLL~ dureh Besprfihen mit dem modifizierten Chargraff-Reagens, wobei die aufgetragenen Emulgatoren deutlieh erkennbare blaue Flecken mit unterschiedlichen

258 tI. KS~m:

Tabelle 2

Laufmittel Ergebnis

Benzol/Chloroform/Methanol (50:25:25) Methanol/Dioxan/Isopropano]/20 ~ igex" Eisessig (60:20:15:5) Methanol/Chloroform/L6sung 1"/ 20 ~ iger Eisessig/L6sung 2"* (50:10:15:5:25) Methanol/Dioxan/LSsung 1"/20 ~ iger Eisessig/L6sung 2** (50:10:15:5:25) Benzol/Chloroform/Methanol/konz. Eisessig (15:25:50:10) Benzol/Chloroform/Methanol/konz. Eisessig (10:20:60:10) Benzol/Chloroform/Methanol/20 ~ iger Eisessig (15:25:50:10)

Chloroform/Isopropanol/Methanol/ 20 ~ Eisessig (25:20:45:10)

Benzol/Chloroform/5~ethano]/Dioxan/ Isopropanol/20O/oiger Eisessig (10:20:40:10:15:5) Benzol/Chloroform/Methanol/Isopropanol/ 20 ~ Eisessig (20: 20: 40:10:10) Benzol/Chloroform/Isopropanol/ 20 ~ iger Eisessig (15: 25: 50 : 10) Benzol/Chloroform/Methanol/10 ~ ige Salzs~ure (10: 20: 60: tO) Benzol/Chloroform/Meth~noI/2 ~ ige Salzs~ure (10:20:60:10) Benzol/Chloroform/Me~hanol/2 ~ Salzsgure (10:20:60:5) Benzol/Ohloroform/Methanol/Isopropanol/ 20 ~ iger Eisessig (20: 20: 40:10:10) Benzol/Chloroform/Isopropanol/ 20 ~ Eisessig (15: 25: 50 : 10) Benzol/Chloroform/Methanol/ 20~ Eisessig (20:25:50:5) Benzol/Chloroform/Methanol/Isopropanol/ 20~ Eisessig (10:20:40:20:10)

Nich~ auswertbar

Flecken ohne erkennbare Unterschiede in den Rf-Werten Gutes Chromatogramm mig ebwas geringer Empfindlichkeit

Substanzen zum Teil nicht erkennbar

Zu groBe und langgezogene Flecken

Zu groBe und ]anggezogene Flecken

Flecken zum Tell schwach erkennbar und zu geringe UnSerschiede in den Rf-Werten •lecken zum Teil schwach erkennbar und zu geringe Unterschiede in den Rf-Werten Zu geringe Unterschiede in den R~-Werten

Groge verschmierte Flecken

Flecken mit zu geringen Unterschieden in den Rr-Werten Nicht auswertbar

Nicht auswertbar

Nicht auswertbar

Zu kleine Flecken mit zu geringen Unterschieden in den R~-Werten Verschmierte Flecken, schlechte Auflbrennung Zu geringe Unberschiede in den Rf-Werten Gut auswertbar

* L6sung 1 = 700 ml Isopropanol und 100 ml desk. Wasser. ** L5sung2 = 125,0g TrichloressigsEure und 32,0ml 25~ Ammoniak mit desk. Wasser auf 1000 ml aufgeffillt.

Farbintensi t /~en liefern, und zwar auch die Orthophosphors/iureester yon s Fet talkoholen. Es braucht also auch kein weiteres Chro- m a t o g r a m m mit einem anderen Sprfihreagens behandel t zu werden.

Nachweis und Identifizierung yon Emulgatoren 259

b) Analysenvorschri/t 1. Qualitativer Nachweis und Identi/izierung Spri~hreagensI. 1 g Ammoniummolybdat wird in 100 ml Wasser gel6st, 5 ml 25 ~ Salzsi~ure und 10 m130 ~ Perchlors~ure werden zugesetzt. (])as Reagens ist etwa 8 Tage haltbar.) Spri~hreagenslI. 0,2 g Zinn(II)-chloriddihydrat werden in 20 ml 25~ Salz- s~ure gel6st uncl mit Wasser atff 250 ml verdiinnt. (Die LSsung muB t~glich frisch angesetzt werden.) Arbeitsweise. 5 g der Emulgatoren werden in absol. _~thanol gelSst und in 100 ml- MeBk61bchen zttr Marke aufgefiillt. Etwa 250--500 [zg (~ 0,005--0,01 ml) werden auf den St~rtpunkten der Diinnschichtplatte aufgetragen, die mit Cellulose 142 dgS~-S mit 2~ Maisst~rkezusatz beschiehtet worden ist. Mit dcm FlieB- mittelgemisch Benzol/Chloroform/Methanol/Isopropanol/20~ EisessiglSsung (10:20:40:20:10) wird bis zu einer SteighShe "con 16,5 era, yore Startpunkt ge- reekaet, etwa 45 rain entwickelt. Man arbeiSet dabei bei normaler Sattigung. Das fertige Chromatogramm wird bei 105~ 2 h getrocknet, zunaehst mit 2~ Salzs~ure und anschlieBend mit Spriihreagens I bespriiht. Danach wird wieder 10 rain auf 105~ erhitzt und mit Spriihreagens I I bespriiht. Die aufgetragene ,,Hostaphabe" geben deutlich abgegrenzte blaue Flecken, deren Rf-Werte und Farben der Tab. 3 zu entnehmen sind.

Tabelle 3

Verbindung Farbe der Flecken R~-Werte

',Kostaphate" KO 300 KO 280

KL 240

K L 340 KW 200

KW 340

blab violett-blauer Fleck 2 blaue Flecken

2 kr~ftige blaue Flecken

groBer blaBblauer Fleck 2 blaue Flecken, davon der erste langgestreckt langgestreckter tiefblauer Fleck

0,85 -- 0,95 1. Fleck etwa 0,93 2. Fleck 0 , 0 3 - 0,2 1. Fleck 0,94 2. Fleck 0,03--0,2 zwischen 0,7--0,97 1. Fleck zwischen 0,70-- 1,0 2. Fleck 0,3 0,7-- 1,0

Wie Tub. 3 zeigt, lassen sigh die yon uns untersuchten 6 0 r t h o p h o s p h o r - s/iureester ohne Sehwierigkeiten nachweisen und identifizieren, da ein Tell yon ihnen sogar 2 Flecken liefert. Die Farbuntersehiede sind deut- lich augenf/illig und konnten in wiederholten Versuchen stets gu t repro- duzier~ werden.

E in Chromatogramm s~mtlicher yon uns untersuchter , ,Host~phate" nebeneinander aufgetragen zeigt Abb. 1 in sehematiseher Darstellung. Die Grenze der Naehweisempfindlichkeit betr/s fiir die untersuehten Emulga to ren etwa 0,2 rag. Lediglich bei den sekund~ren Phosphors/~ure- estern der h6heren Waehsalkohole (KW 200) und des Lauryl te t raglykol- /ithers (KL 240) liegt sie etwas niedriger, bei etwa 0,1 rag.

260 H. KSNIG: Nachweis und Identifizierung yon Emulgatoren

2. Quantitative Bestimmung Eine halbquantitative Sch/~tzung der aufgetragenen Substanzmenge hat sich als auSerordentlich schwierig erwiesen, da selbst geringffigige Ab-

KO KO KL KL KW KW I 300 280 24-0 3 /+0 200 3/+0

G \ u

Abb. 1. Sehema~isehe I)arst~ellung eines Diinns ehicht~- Chroma'~ogramms der ,,Host~aphate". Farbe der Fleeken: bvbl = blal3 violet~t~-blau; bl = blau; kbl = kr~ft~ig blau; bbl = blafibla, u; tbl = t~iefblau. Erkliirung der Be- zeielmungen siehe Tab. 1

weichungen beim chromatographi- sehen Arbeiten, wie z.B. unter- schiedliche Schichtdicken, bereits erhebliche Ver/~nderungen in den FleckengrSBen mit sich bi4ngen. Ffir die quantitative Bestimmung der Menge des eingesetzten Orthophos- phors/~ureesters wird sich daher immer eine quantitat)ive Phosphat- besVlmmung nach den iiblichen Methoden empfehlen, z.B. dureh F/~llung mit Ammoniummolybdat oder Magnesiamixtur nach vor- herigem AufschlulL

3. Isolierung der Emulgatoren aus Fett-Emulsionen Zu ihrem einwandfreien Nachweis mfissen die Emulgatoren aus den kosmetischen Pr/~paraten, in denen sie enthalteu sein kSnnen, isoliert und angereichert werden. Zu diesem Zweck stellt man zun/~chst einen Isopropanolextrakt her, aus dem man mit wenig absolutem ~thanol die Phosphors/iureester bei 60~ herauslSst und nach K~SLLw~ [2]

dutch Filtration das Fe t t abscheidet. Auf diese Weise lassen sich auch eventuell vorhandene anorganische Phosphate leicht abtrennen, die bei dem nach unserer Methode beschriebenen l~achweis stSren wfirden.

Zusammenfassung Es ~ r d eine neue Methode zum Nachweis und zur Iden~ifiziertmg von Emulgatoren auf der Basis yon Orthophosphors/~ureestern yon Fett- alkoholen, yon Wachsalkoholen und ihrer /~thoxylierten Derivate be- schrieben, bei der auf mit Maisst/irkezusatz beschichteten Cellulose- plat ten mit einem Fliel~mittelgemisch yon Benzol~Chloroform~Methanol~ Isopropanol/20 ~ Eisessig (10 : 20:40:20:10) gearbeitet wird. Die Iden~ifizierung der aufgetragenen Substanzen erfolgt nach der iiblichen Methode dutch die Molybd~nblaureaktion. An Hand der verschiedenen

Bericht: Analyse anorganiseher Stoffe 261

R~-Wer~e u n d der l~arbin tens i r der Fleckenlassen sich die Emulga to ren rasch u n d leicht ohne weitere ehemisehe Reak t ionen identifizieren. Dabei is~ besonders yon Vor~eil, dal~ sieh ein Tell der Verb indungen auf dem Dfinnsehieh~-Chroma~ogra,mm aufspalte~ mid mehrere Flecken gibe.

Ffir die sorgf/~ltige Mithilfe bei tier Ausftihrung der diinnsehieht-ehromatogra- phisehen Arbeiten danke ieh Fraulein Cm~Is~i Piv,~E~v,i~ herzlich.

Literatur 1. ~BffI~GER, K.: diese Z. 196, 251--259 (1963). 2. KR(iLLER, E.: 1%tte u. Seffen 68, 1066--1068 (1966). 3. RSss~, T.: diese Z. 197, 333--347 (1963).

Dr. Hi~s KS~IG Leiter der analy~isehen Labora~orien der Blendax-Werke 65 l~ainz

Bericht iiber die Fortschritte der analytischen Chemie II. Analyse anorganiseher Stoffe

Mikronaehweise3 fib elementares und gebundenes Arsen, Antimon mid elementares Zinn. F. F~IGL und F. L. CHA~r [I]. Elemen~ares Arsen karm mit Ammoniumehlorid oder -bromid zusammen sublimier~ und als sehwarzes Arsen naehgewiesen werden oder mi~ Sehwefel als Arsen(III)-sulfid sublimiert mid dutch die Reduktionswirkung des dreiwertigen Arsens nachgewiesen werden. Gebundenes Arsen, sowie elemen~ares und gebundenes An~imon lassen sieh mi~ .Ammonium- chlorid oder -bromicl als Trihalogenide sublimieren. Elementares Zinn li~$~ sieh mit Ammoniumbromid als Zinn(II)-bromid sublimieren und durch die Bildung yon ~olybd~nblau naehweisen. -- Aus/~hrung. 1. Elementares Arsen. Etwa 100 ~g Probe werden mib der 5--10faehen Menge l~H4Br in einen GliihrShrehen gemischt und so erhitzt, dab sich das elementare Arsen Ms sehwarzer odor grauer Spiegel in der kal- ten Zone niedersehl~gt. Elementares Tellur ergibt eine ~hnliche l~eaktion. - - 2. E[e- mentares Arsen. Etwa 100 txg Probe werden mit dem 3--5fachen ~berschuB an Sehwefel vorsiehtig eine Minute lung zum Schmelzen gebracht und dann zur Subli- mation des Schwefels und des Arsen(III)-sulfids stirker erhitzt. Das Sulfid wird mit 0,3--0,4 ml ges~tt. AmmoninmcarbonatlSsung gel5s~ und filtriert. 1--2 Tr. einer 1:1-1VIisehung von 15 N l~atronlauge und 5 ~ w~friger Queeksilber(II)-cyanid- 15sung ergeben mi~ dem Filtrat beim Erw~rmen einen sehwarzen Niederschlag, der den l~achweis bis zu 3 Ezg elementaren Arsens erlaubt. - - 3. Elementares Zinn . In einem GlfihrShrchen wird die Mischung einer Probe, die 5--10 tzg elementares Zinn enthi~lt, mit einem etwa 10faehen ~berschuf Ammoniumbromid erhitzt, so dal3 das Zinu(II)-bromid sublimiert. Ein Baumwollfaden, der mit einer l~ w~frigen neutralen Ammoniummolybda~15sung angefeuchtet ist, muf mit diesem Sublimat sofort eine blaue Farbe ergeben. -- d. Antimon. In einem GliihrShrehen werden etwa 100 ~zg einer Probe, die elementares odor gebundenes _Antimon enth~lt, mit dem 10fachen ~bersehuf Ammoniumbromid gemiseht und so erhitzt, daft sieh im k~lte- ren Teil das Sublimat niedersehl~gt. Bei der Anwesenheit von Zinn wird diese Probe vorher mit 0,2 g K~SpO s 2--3 rain geschmolzen. Mi$ einem Baumwollfaden, der mit