Analytica Chimica Acta, 134 (1982) 81-92 Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands

ZUR ANALYTIK CHEMISCHER BINDUNGSFORMEN VON NICKELSPUREN IN KAFFEE, TEE UND ROTWEIN MIT CHROMATO- GRAPHISCHEN UND SPEKTROSKOPISCHEN METHODEN

G. WEBER und G. SCHWEDT*

Anorganisch-Chemisches Znstifut der Universitci’t. Tammannstr. 4, D-3400 Gdttingen

(W. Germany)

(Eingegangen den 1. Juli 1981)

SUMMARY

(The determination of traces of nickel and its chemical speciation in coffee, tea and red

wine by chromatographic and spectroscopic methods) Nickel is determined spectrophotometrically in coffee, tea and red wine with pyridine-

2-aldehyde-2-quinolylhydrazone. The scheme outlined for establishing the distribution of the nickel relies on simple techniques: the total amount of nickel (about 100 ppb) is divided into different fractions by use of direct photometric analysis, filtration and liquid-liquid extraction_ Further division of the ethyl acetate fraction is possible by means of thin-layer chromatography_ Information about organic compounds obtained by chemical spray reactions and u.v.-visible and i.r. spectroscopy, is compared with the results of corresponding nickel determination (50-150 ng). Characteristic nickel patterns dependent on chemical groups (e.g., phenolic and amine) are obtained.

ZUSAMXENFASSUNG

In verschiedenen wll3rigen Getriinken (Tee, Kaffee, Rotwein) wird die Nickelmenge spektrophotometrisch mit Pyridin-2-aldehyd-2chinolylhydrazon bestimmt. Ein mit einfachen Methoden durchfihrbares Untersuchungsschema zur differenzierenden Nickel- analyse wird vorgestellt. Die Gesamtmenge (im Bereich von etwa 100 ppb) wird nach photometrischer Direktbestimmung, Filtration und Fliissig-fliissig-Extraktion in ver- schiedene Anteile aufgeteilt. Am Beispiel der Essigslureethylester-Fraktion wird eine weitere Unterteilung mit Hilfe der Diinnschichtchromatographie erarbeitet. Durch Einsatz von Spriihreagenzien, UV-VIS- -und IR-Spektroskopie werden Aussagen iiber die organischen Inhaltsstoffe gewonnen und mit den entsprechenden Nickelmengen (50-150 ng) ver- glichen. Es werden Nickelverteilungsmuster in Abhangigkeit von funktionellen Gruppen wie phenolische OH-Gruppen, NH-Gruppen, etc., erhalten.

In der Analytik von Elementspuren wurden bisher iiberwiegend Bestim- mungen der Gesamtgehalte durchgefuhrt. Durch Angabe von Gesamtmengen ist aber eine sinnvolle Aussage iiber die Rolle des entsprechenden Elements in biologischen Systemen nicht mBglich. So wird die Erforschung der Bindungs- formen von Elementen in verschiedenen Materialien immer wichtiger. Dies urn so mehr bei Elementen, die fir die menschliche ErnZhrung entweder durch ihre Giftigkeit oder durch ihre Essentialitit von grS6ter Bedeutung sind. Sinnvolle Aussagen iiber Grenzwerte oder Bedarf kiinnen hier nur

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aufgestellt werden, wenn differenzierte _Analysen iiber Bindungsformen vor- liegen; die dann Riickschliisse auf Verfigbarkeit, Kontamination, etc. zulassen.

Entsprechende Methoden zur differentiellen Analyse von Elementspuren existieren zum Teil schon; als Beispiel sei hier die Arbeit von Fukai und Huynh-Ngoc iiber chemische Bindungsformen von Zink in Seewasser angefiihrt [l] _ Die meisten Arbeilen befassen sich aber mit der Wasseranalytik [2] ! wiihrend iiber das Vorliegen in Lebensmitteln so gut wie nichts bekannt ist.

Dies gilt besonders fir ein Element wie Nickel, das erst in den letzten Jahren als essentielles Spurenelement nachgewiesen wurde. Einige Nickel- verbindungen spielen such wegen ihrer tumorbildenden Eigenschaften fur die menschliche Gesundheit eine Rolle. In dieser Arbeit wird versucht, mit lmijglichst einfachen Analysenmethoden wie Spektrophotometrie, Diinn- schichtchromatographie (DC), etc., einige methodische Ansatzpunkte zu erarbeiten, die erste Aussagen iiber die vorliegenden Bindungsformen zulassen.

EXPERIMENTELLER TEIL

Gercite und Chemikalien GerZte_ Zeiss-Spektrophotometer PMQ II mit Mikrokiivettenhalter;

Shimadzu-Spektrophotometer UV-200 (nur fiir UV-Vis-Spektren); Fliissig- fliissig-Extraktoren mit regelbarem Heizpilz; DC-Elutionsgerat “Eluquick” (CAMAG); DC-Eluator (DESAGA); Aerosol-Spriihgetit (CAMAG); Membran- filtrationsapparakur (Schleicher & Schiill); pH-Meter (Knick 507).

Chemikalien. Alle Chemikalien Reinheitsgrad p-a. und alle Losungen mit bidest. Wasser angesetzt. Pyridin-2-aldehyd-2-chinolylhydrazon (PAC; EGA-Chemie) DC-Plastikfolien Kieselgel 60, Schichtdicke 0,2 mm (Merck), Silica-Rapid-Glasplatten Woelm F 254 Schichtdicke 0,25 mm Benutzte Spriihreagenzien siehe Tabelle 1.

Angewandte Methodik Photometrische Bestimmung von Nickel mit PAC (Verfahren 1). Nickel

wird bei pH 10 mit PAC und Benz01 aus dem wassrigen Medium ausgeschiittelt und bei 515 nm gegen Blindwert photometriert [3] _

TABELLE 1

Venvendete Spriihreagenzien zur Diinnschichtchromatographie

Spriihreagenzien Anfgrbbare Verbindungen

a,a’-Dipyridyl/FeCl, Dngendorffs Reagenz EchtbIausaIz B/O, 1 M NaOH Ninhydrin/Cd-Acetat Chloramin T/l M HCl VanilIin/H,SO, Thymol/H,SO, o-Dianisidin

Phenole, red. Verbindungen AIkaIoide, N-haltige Verbindungen Phenole, kupplungsf&ige Amine AminosZuren, Amine Koffein Phenole, Steroide, eth. Ule, Alkohole Zucker Aldehyde, Ketone

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Mikroverfahren zur Nickelbestimmung mit Abtrennung des Reagenzie- iiberschusses (Verfahren 2). Nach Extraktion des Nickels mit PAC/Benzol wird durch DC (Kieselgel GO/Aceton) der Nickelkomplex von iiberschiissigem PAC und ev. gebildetem Eisen-PAC-Komplex abgetrennt und in Mikrokiivet- ten bei 515 nm gegen Benz01 photometriert [ 31.

Direktbestimmungen. Die Direktbestimmungen mit PAC/Benzol wurden nach Verfahren 1 durchgefihrt, wobei allerdings zusatzlich eine Maskierung des iiberschiissigen Eisens durch 3-5 ml einer 570igen KF-Lijsung nijtig war.

Bei einigen Materialien wurde such das folgende Verfahren mit Pyridylazo- naphthol (PAN) angewandt [4]. Zu ca. 10 ml Lijsung gibt man 10 Tropfen 5%ige KF-Losung und 2 ml methanolische PAN-Losung (O,l%) und 1 ml Hexamminlosung. Es wird zweimal mit je 10 ml o-Dichlorbenzol ausgeschiit- telt, auf 25 ml aufgefiillt und bei 575 nm gegen Blindwert gemessen.

Aufschlufiverfahren (incl. Abtrennung iiberschiissigen Eisens; Gesamt- bestimmung). Bis zu 1 g Material (Trockensubstanz) wird mit 4 ml konz. HN03 (65%) versetzt und in einem abgedeckten Glasgefti langsam erhitzt und zur Trockene eingedampft. Nach Abkiihlen wird mit einigen Tropfen konz. HN03 versetzt und wiederum erhitzt. Dies wird wiederholt, bis keine nitrosen Gase mehr entstehen und der Riickstand vollstindig mineralisiert ist. Der Riickstand wird in 5 ml 1 IM HCl gel&t, mit 2 ml 20%iger KSCN- Losung versetzt und mit je 10 ml Isoamylalkohol/lMIBK (1 + 3) extrahiert, his der Extrakt nur noch schwach rot gefarbt ist. Die w%rige Phase wird eingedampft, mit einigen Tropfen konz. HNO, erhitzt, urn iiberschiissige Estraktionsmittel zu zerstiiren und nach dem Abkiihlen in 5 ml Wasser (+ 5 Tropfen 1 M HCl) gel&t. Danach erfolgt die Nickelbest.immung nach Verfahren 7..

Filtrationen. Zur Ermittlung des an festen Teilchen gebundenen bzw. adsorbierten Nickelanteils wurden etwa 100 ml des entsprechenden Getr?inkes durch einen Membranfilter (0,45 pm) filtriert (ohne Nachwaschen). Die auf dem Filter befindliche Nickelmenge wurde durch AufschluB (s. oben) ermittelt.

Fliissig-fliissig-Extrak tionen. Eine Abbildung der benutzten Apparatur findet sich in [ 51. Etwa 100 ml des Getrankes wurden eine Stunde (in Vor- versuchen ermittelte Zeit fiir vollst&dige Estraktion) mit dem jeweiligen Extraktionsmittel (such ca. 100 ml vorgegeben) extrahiert, und danach das Extraktionsmittel am Rotationsvcrdampfer abdestilliert. Der Riickstand wurde dann entweder aufgeschlossen oder in einem geeigneten Lijsungsmittel gel&t und weiteruntersucht.

Chroma tographie nach Ex trak tion. Der Riickstand der Essigsaureethyl- esterextraktion wurde in 2 ml Aceton f 1 ml iMethanol gel&t und etwa zur Halfte auf eine DC-Folie (Kieselgel 60, 20 X 20 cm) strichfijrmig aufgetragen und in einer gesattigten DC-Kammer mit Essigsaureethylester chromato- graphiert (Laufstrecke ca 17 cm). Die DC-Folie wurde danach in ftinf Rf- Bereiche zerschnitten und von den funf erhaltenen Teilen mit Methanol mittels des Eluquick-Gerates die Substanz eluiert (25 Min Vorelution, 50 s

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Durchmischung). Die erhaltenen methanolischen LSsungen konnen (ev. verdiinnt) direkt zur Aufnahme von UV-VIS-Spektren benutzt werden (210-500 nm). Zur Nickelbestimmung werden die LGsungen eingedampft und mit l-2 ml konz. HN03 (65%) aufgeschlossen. Die Nickelbestimmung erfolgt nach dem Mikroverfahren (Verfahren. 2), wobei die vorherige Abtren- nung des Eisens nicht erforderlich ist. Zur Aufnahme von IR Spektren k&men die eingedampften Lijsungen direkt verwendet werden, indem der feste Riickstand als KBr-PreBling gemessen wird.

Chemische Anfiibereaktionen von funktionellen Gruppen k&men direkt auf einem Chromatogramm durchgefiihrt werden. Uher die verwendeten Spriihreagenzien gibt Tabelle 1 Auskunft (eine genaue Arbeitsanweisung zur Herstellung und zur Nachbehandlung findet sich in [6] ).

ERGEBNISSE UND DISKUSSION

Die untersuchten Materialien sind in Tabelle 2 aufgefiihrt. Die Unter- suchung des Materials wurde nach dem in Abb. 1 gezeigten Schema durch- gefiihrt. Dieses Schema ist auf einfacher Methodik aufgebaut und fiihrt zu einem groben ijberlick iiber die Nickelverteilung und Bindung an bestim- mte funktionelle Gruppen. Die Aussage fiber die chemische Struktur der Liganden 1st sich durch Kenntnisse iiber die Inhaltsstoffe des untersuchten Materials meist noch pr3zisieren. Fur spezielle Fragestellungen 1st sich das Schema leicht erweitem bzw. modifizieren, so da13 hiermit nur eine systematische Richtung gegeben ist, die sich je nach Anforderungen durch Hinzunahme anderer Techniken oder Methoden an das jeweilige Material anpassen l&Q_

Tabelle 3 gibt einen uberblick iiber Gesamtgehalte, direkt (photometrisch) bestimmbaren Ante& Filtrationsriickstand und Nickel in verschiedenen Lijsungsmittelfraktionen_ Die beiden Mate&&en “Jacobs Kaffee” und “Sir Winston Tea” wurden erst nachtr%glich zum Vergleich der Essigester- fraktionen verschiedener Tees und Kaffees hinzugenommen. Da es sich hierbei nicht um Instant-Gettike handelt (s. Tabelle 2), wurde der Nickel- anteil in Kaffeepulver bzw. Teebhittem mit dem des GetrZnkes verglichen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 4.

TABELLE 2

Untersuchte Materialien

Franz. Rotwein Vin de pays de l’Herault, Vin de table 1978 Ital. Rotwein Lambrusco Rubino (Perlwein), Grofikellerei Girelli S.p.A, Trient Instant-Tee MeBmer Tee Gold “Ceylon Blend” gefriergetrocknet Instant-Kaffee Nescafe Gold Mecca gefriergetrocknet Kaffee (Pulver) Jacobs Kaffee “Kfijnung” (gemahlen) Tee (Blltter) Sir Winston Broken Orange Pekoe Tea

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Abb. 1. Allgemeines Untersuchungsschema.

Gescxn tgehalte Vergleicht man die Gesamtgehalte mit Literaturwerten [ ‘7, 81, die meist

mit anderen Bestimmungsverfahren erhalten wurden, so stellt man eine recht g-ute Ubereinstimmung fest, wobei allerdings zu beachten ist, da3 jedes Material je nach Anbaugebiet, VerarbeitungsprozeB und Lagerung unter- schiedliche Nickelmengen enth2i.k Diese Unterschiede kknen unter Um- st2.nden mehrere Zehnerpotenzen ausmachen (2-B. bei Weinen). Die hier erhaltenen Werte stimmen aber grijf3enordnungsmS.&g gut mit den vergleich- baren Literaturwerten iiberein.

Direk tbestimmungen Da in den untersuchten Materialien ein grofier EiseniiberschuD vorlag, mul;jte

das photometrische Bestimmungsverfahren mit PAC/Benzol modifiziert

TABELLE 3

Nickel-Gesamtmengen und -Verteilungen in verschiedenen Fraktionen

Material pH des Gesamt Getrankes Ni (pg)

4b der Gesamt- nickelmenge

Direkt Filtr.

Extraktionen

Essigester Chloro- MIBK Dieth form Ether

Lambrusco 3.4 1,4 in 54 7,l 36,4 12,l 836 (<5) 10 g Wein

Fr. Wein 3,3 0,92 in 82 20,4 6 9-7 9,2 (<5) 10 g Wein

Nesc& 5.15 2,2 pro 59,l 20,s 42,3 59 40 17,3 Tassea

MeBmer Tee 5.1 3,35 pro 20 23,2 41,8 41,2 11,6 (<5) TaSSea

al Tasse = 1,8 g Kaffee bzw. l/3 g Tee mit Wasser auf 150 rnI aufgefiillt.

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TAEIELLE 4

Nickel in Kaffee und Tee (Rohmaterial) und in den wS3riaen Getdnken

Material Ni in “Rohmaterial” Ni im Getrank Ni (EE)

Ni (GetrSnk) %

Jacobs Kaffee 5.47 rg in 5.4 ga 1.95 pg = 35.6% pro Tassea

40

Sir Winston Tea 17.83 pg in 4 g= 9.31 rg = 52.2% pro Tassea

12

a5,4 g Kaffee bzw. 4 g Tee entsprechen einer Tasse (150 ml).

werden (Maskierung des Eisens durch Fluorid). Ein Uberschufi von Fluorid St&-t aber ebenfalls, so da13 die zuzusetzende Fluoridmenge fiir jedes Material in Vorversuchen ermittelt werden mu13 (auf Kieselgel 60 mit Aceton als Laufmittel trennt sich iiberschiissiges PA@ von gebildetem Nickelkomplex und bei Anwesenheit von iiberschilssigem Eisen tritt ein weiterer Fleck auf, so da13 die volls%ndige Maskierung nachgepriift werden kann; s. such C31).

Bei einigen Materialien ist die Anwendung des PAC-Verfahrens durch Bildung einer Emulsion nicht moglich. Hier l%iI3t sich das Verfahren mit PAN/o-Dichlorbenzol anwenden. Durch Vergleich beider Verfahren an einem Material wurde festgestellt, da13 jeweils der gleiche Wert fiir den Nickelgehalt gemessen wird. Die direkt bestimmbaren Werte geben den Nickelanteil an, der sich durch das entsprechende photometrische Verfahren in dem w&-igen Get&k nachweisen hi&. Da hierbei ein Ligandenaustausch stattfmdet, kann man auf die StZrke der Bindung des Nickels an organische Molekiile schlieBen_ In Tabelle 5 sind die Bildungskonstanten der PAC- und PAN-Nickelkomplexe aufgefiihrt. Da beide Verfahren bei verschiedenen pH- We&n und mit verschiedenen Extraktionsmitteln arbeiten und trotzdem zu einheitlichen Werten fiihren, spielen diese Einfliisse und such die Unter- schiede der Konstanten offensichtlich keine grofie Rolle. Die direkt bestimm- bare Nickelmenge mu13 wesentlich schwicher gebunden sein und die nicht direkt bestimmbare Nickelmenge wesentlich stiirker als es den Bildungskon- stanten der Komplexe entspricht. (Bei dieser Uberlegung werden kinetische Effekte nicht beriicksichtigt).

Vergleicht man die untersuchten Mate&&en miteinander, so fZllt der franz. Wein auf, bei dem die Hauptmenge des Nickels mit 82% direkt bestimmbar und damit relativ schwach gebunden vorliegt, und der “MeQmer Tee”, bei dem die Verhaltnisse genau umgekehrt liegen.

Filtration und Ex trak tionen Die verschiedenen Extraktionen iiberschneiden sich, so da8 man eine

Summierung auf 100% mit einer gewissen Berechtigung wohl nur beim franz. Wein durchfiihren kann, da sich die Werte der Direktbestimmung und der

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TABELLE 5

Komplexbildungskonstanten von Nickel mit Pyridylazonaphthol (PAN) und Pyridinal- dehydchinolylhydrazon (PAC)

L log K, (fiir NIL)

PAN 12,7 PAC 10,5

log K, K2 (ftir NIL,)

25,3 19,9

Filtration nicht wesentlich tiberschneiden diirften. Dieses Material wurde dann such nicht weiteruntersucht.

Betrachtet man die Werte der anderen drei Materialien, so f5llt auf, da13 in der Reihenfolge Ester--Keton-Ether die Nickelmengen ziemlich rasch abfallen, was auf die Polaritiit der extrahierten Verbindungen schliel3en lat. Zur weiteren Untersuchung der organischen Inhaltsstoffe wurde die Essigester- fraktion benutzt, die etwa 40% des Nickel erf&t. Beim “Sir Winston Tea” betrggt dieser Anteil allerdings nur 12%. Dtickt man den Nickelanteil aber nicht in Prozent aus, sondern vergleicht die Absolutwerte (Tabelle 6), so ergeben sich relative konstante Werte fiir Kaffee und Tee. Die Nickelmenge im Essigester wird also wohl nicht durch eine bestimmte Prozentzahl der Gesamtmenge, sondern durch die Menge der extrahierten organischen Substanz bestirnmt, die zur Bindung von Nickel bef5higt ist. Dicser Wert ist fir Tee etwas hijher als fiir Kaffee.

Direktbestimmung nach Extraktion Nach Extraktion mit Essigtiureethylester und anschliefiendem Abdestii-

lieren des Extraktionsmittels am Rotationsverdampfer wurde der Riickstand in Wasser gelijst, und die direkt bestimmbare Nickelmenge festgestellt (PAC/ Benzol). Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 7 zusammengestellt. Bei den beiden IMaterialien, die in den Extrakten direkt bestimmbares Nickel enthalten (“Nescaff? und “Lambrusco”) ergibt sich aus der Differenz von Nickel im Extra& und direkt bestimmbarem Nickel die Menge der starken Nickel- komplexe. Addiert man diesen Wert zu gesarnt direkt bestimmbarer Menge und zum Wert der Filtration, so ergibt sich beim “Nescafe” etwa 10070, d.h. bei diesem Material lassen sich alle nicht direkt bestimmbaren Nickel- verbindungen mit Essigester extrahieren. Beim ital. Wein und beim “Mefimer

TABELLE 6

Nickel-Gesamtmengen in Essigtiureethylestir-Extrakten von Kaffee und Teea

Ni in EE (pg)

Nescafe

0,93

Jacobs K.

0,78

Mefimcr Tee

134

Sir Winston Tee

131

aDie angegebenen Nickelmengen beziehen sich auf je 150 ml des Getrinkes (s. such Tabellen 3 und 4).

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TABELLE 7

Direkt bestimmbare Nickelanteile in EssigsZureethylester-Extrakten

Material % der Gesamtnickelmenge

Lambrusco Fr. Wein Nescafg Mel3mer Tee

Ni in EE (gesamt)

36.4 6

42,3 41.8

davon direkt

11,l (<5)

Differenz (starke K.)

25,s 6

23.3 41.8

Ca

86,4 108,4 105,5 85,0

a~ = Gesamt-Direktbestimmung (s. Tabelle 3) f Filtrations-Riickstand (s. Tabelle 3) + starke Kompleve in EE.

Tee” bleibt eine Differenz von ca 15%, die sich weder direkt bestimmen noch mit Essigester extrahieren hi&.

Chroma tographie Zur genaueren Bestimmung von funktionellen Gruppen, an die Nickel

gebunden ist, wurde der Essigs%reethyleste&xtrakt chromatographiert, urn dann nach weiterer Fraktionierung eine genauere Aussage iiber vorlie- gende Bindungsformen zu erhalten.

Spriihreagenzien. Die getrockneten Chromatogramme wurden mit den in Tabelle 1 aufgefiihrten Spriihreagenzien auf funktionelle Gruppen untersucht. Zus%tzlich wurde die Fluoreszenz unter der UV-Lampe (366 run) und die Fluoreszenzloschung bei 254 nm beobachtet. Die Reagenzien wurden einmaI nach Gruppen ausgew?ihlt, von denen bekannt ist, da13 sie Komplex- bindungen zu Nickel bilden k&men wie -OH, -NH, x=0 etc., andererseits wurden einige Reagenzien nach den bekannten Inhaltsstoffen der Mate&lien ausgewmt (z-B_, Chloramin T fiir Koffein). Nicht alle Spriihreagenzien sind fir jedes Material geeignet; andererseits treten such einige Uberschneidungen auf, was aber zu einer gri%eren Sicherheit der Aussage fiihrt.

Mit Hilfe der Spriihreaktionen und der Fluoreszenz wurden die Chromato- gramme in jeweils 5 Fraktionen eingeteilt, in denen dann spiiter die Nickel- menge bestimmt wurde, Die Diagramme in Abb. 2 zeigen schematisch die Verteilung von funktionellen Gruppen in den Mat&alien und die Einteilung in Fraktionen Die Diagramme geben zwar nur einen ersten Uberblick, aber es treten doch charakteristische Verteilungsmuster auf, die bei den beiden Kaffees oder Tees ziemlich %hnlich sind, sich aber zwischen Kaffee, Tee und Rotwein unterscheiden. Bei allen Materialien ist Fraktion 5 nur wenig oder gar nicht anfbbar, was auf wenige charakteristische Gruppen schlie&m l%t.

UV-VIS-Spek Pen. ZusZtzliche Informationen iiber die organischen Sub- stanzen kann man relativ einfach durch Aufnahme von W-VIS-Spektren [9] (210-500 nm) erhalten. Hierftir k&-men die methanolischen Losungen, die beim Eluieren der Chromatogramme erhalten werden, direkt benutzt

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Abb. 2. Verteilung von Substanzen mit speziellen funktionellen Gruppen auf DC-Schichten (Kieselgel/Essigsiureethylester). Tl, Mel3mer Tee; T2, Sir Winston Tee; W, Lambrusco; Kl, Nescafe; K2, Jacobs Kaffee; C, Koffein; CO, Carbonylgruppen; E, Hohere Alkohole, Steroide, eth. 6le; K, Kaffees5ure; N, stickstoffhaltige Subst. (Amine, Alkaloide, etc.); P, Phenole; 2, Zucker. Die Unterteilungen der Diagramme geben die Fraktionsgrenzen fur die Elution an (s. experimenteller Teil).

werden. Aus den erhaltenen Spektren la& sich zwar wenig iiber funktionelle Gruppen aussagen, aber einiges iiber die Art des Molekiilgeriistes (aromatisch, konjugiert, etc.). Abbildung 3 gibt einen Uberblick iiber die Absorptions- maxima in den einzelnen Fraktionen (unabhangig von der jeweiligen Inten- sitat). Aus den Lagen der Maxima sind Ahnlichkeiten und Unterschiede der einzelnen Materialien zu erkennen. Die hieraus gewonnenen Aussagen iiber aromatische Verbindungen, phenolische Gruppen, etc., decken sich weit- gehend mit den Erkenntnissen aus den Spriihreaktion. Zusatzlich erkennt man in Fraktion 1 der Tees und Kaffees z.B. einen (sebr intensiven) Peak bei etwa 270 nm, der vom Koffein herriihrt (s. such unten). Wichtig ist die Auswertung der Spektren such im Hinblock auf die Gesamtmenge an organischer Substanz, die man son.& wegen der kleinen Mengen auf den Chromatogrammen kaum best&men kann. Aus der Wasseranalytik ist bekannt, daI3 die gemessenen Extinktionen bei ca. 220 nm proportional zu CSB-Wert und totalem org. Kohlenstoffgehalt (TOC) ansteigen [lo]. Eine graph&he Darstellung der Verteilung der organischen Substanz in den verschiedenen Fraktionen ist in den Diagrammen der Abb. 4 zu sehen (s. unten).

IR-Spektroskopie. Eine zusatzliche Mbglichkeit zur Beurteilung der organ&hen Substanzen ergibt sich durch die IR-Spektroskopie. Die An- wendung ist allerdings schwieriger, weil grijnere Mengen benijtigt werden

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-4bb. 3. UV-VIS Absorptionsmaxima in DC-Fraktionen der verschiedenen Materialien nach Essigsiureethylester-Extraktion. Die Ziffern l-5 geben die Fraktionen aus der DC an (s. such Abb. 2)_

und bei Spektren von ganzen Fraktionen die Interpretation durch Uberlager- ungen erschwert wird. (Auch Restspuren von Kieselgel oder Wasser stiiren). Anhand des “Jacobs Kaffees” wurde die Verwendbarkeit von IR Spektren iiberpriift. Man findet phenolische OH Gruppen, charakteristische Banden fur Aromaten und Doppelbindungen, C=O Gruppen, etc. Bei Vorliegen von Vergleichsspektren k&men such ganze Substanzen oder Substanzgruppen festgestellt werden (in Fraktion 1 lZl3t sich das Koffein-Spektrum ziemlich deutlich wiederfinden). Die IR-Spektroskopie ist also gut fiir gezielte Nach- forschrmgen gee&net, w&rend die Anwendung auf grGI3ere Fraktionen ohne Anhaltspunkte wenig bring-t.

Nickelmengen (Vergleich mit organischen Substanzen) Urn die gewonnenen Aussagen iiber die organischen Substanzen mit

Nickelmengen zu vergleichen, wurde in den elnzelnen Fraktionen nach Ver- fahren 2 der Nickelgehalt bestimmt. Das Ergebnis ist in Abb_ 4 graphisch dargestellt. (Beim Vergleich von Nickelmenge und organ&her Gesarntrnenge ist zu beachten, d& keine Absolutwerte dargestellt sind, sondem Prozent der jeweiligen Gesamtmenge.) Eine eindeutige Korrelation von Nickelmenge und organischer Gesamtmenge 18Bt sich nicht feststellen. Diagramm 6 (Abb. 4) zeigt die Nickelverteilung im “Jacobs Kaffee” nach Zusatz von etwa 150% (~3 pg) Nickel. Absolut gesehen haben a.Ue Fraktionen zugenommen, al- lerdings die Fraktionen 1, 3 und 4 iiberproportional stark_

Vergleicht man die Verteilungsmuster (in Bezug auf Nickel) der emzelnen Mate&lien, so erkennt man bei den drei Gruppen Kaffee, Tee und Wein je ein charakteristisches Muster in den Fraktionen 2-5. Imrerhalb einer Gruppe

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Abb. 4. Darstellung der prozentualen Verteilungen von Nickel (Ni) und organischer Sub- stanzen (0-S.) auf die DC-Fraktionen fiir verschiedene Materialien. ARf. Hijhe der Frak- tionen in RrEinheiten (x10). (1) MeDmer Tee; (2) Sir Winston Tee; (3) Nescafg; (4) Jacobs K.; (5) Lambrusco; (6) Jacobs K. •t 150% Ni (Zusatz von 3 ~lg Ni; Probe wie 4).

treten Unterschiede aul3er in den Gesamtmengen hauptsachlich in Fraktion 1 auf (Fraktion mit den polarsten Substanzen).

Aus einer Kombination der gewonnenen Aussagen iiber organische Liganden und Nickelkonzentrationen ergibt sich die Feststellung, d& das Nickel iiber den gesamten RfBereich verteilt ist; es treten aber je nach Material doch gewisse Unterschiede auf. So ist die Nickelverteilung beim Wein relativ gleichmtiig, wiihrend bei Kaffee und Tee die Fraktionen 1 und 3 + 4 iiberproportional vie1 Nickel enthaIten. Dies sind such die Fraktionen, die bei Zugabe eines Nickeliiberschusses am meisten zunehmen. Diese Frak- tionen sind hauptsachlich durch viele phenolische OH-Gruppen, aromatische fiJH-Gruppen und C=O-Gruppen charakterisiert. Solche Gruppierungen treten in Tee und Kaffee versttikt in Form von Gerbstoffen wie Catechinen, Chlorogensauren, Flavonolen, Kaffeesaure, Chinasaure, etc., auf. Diese Molekiile scheinen bei der Bindung von Nickelspuren eine wichtige Rolle zu spielen. Zusatzlich f2llt auf (vor allem beim Tee), da13 in Fraktion 5, die sich kaum anfarben 12% und such wenig organische Substanzen enth%lt, doch relativ vie1 Nickel gebunden ist. Nach den Daten aus UV- und IR- Spektren kann diese Fraktion nur aus gr%eren ahphatischen Molekiilen mit einigen Doppelbindungen und/oder Substituenten wie -OH, R-OH-, etc. bestehen (Steroide, Terpene, ~.a.).

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Mit den hier angewandten einfachen Untersuchungsmethoden ist eine trendmZl3ige Aussage iiber Nickelbindungsformen miiglich. Bei Vorliegen von mehr Vergleichsdaten w&e es durchaus denkbar, Aussagen iiber eventuelle Kontaminationen machen zu k&-men (s. hderung des Ni-Verteilungsmuster im Kaffee bei zugesetztem Nickeliiberschufi).

LITERATUR

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