Prove di migrazione specifica in simulanti alimentari acquosi di acido acetico, etanolo e acqua

Oltre alla prova per la determinazione della migrazione globale per alcuni campioni sono state effettuate analisi per la determinazione della migrazione specifica di alcuni composti:

- ftalati, in fogli di polietilene utilizzando la gas cromatografia (GC);

- ammine aromatiche primarie, in fogli di polietilene e polipropilene con l’uso della spettrofotometria UV;

- bisfenolo A, in tramogge e taniche di policarbonato con la tecnica della cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC);

- metalli, in borracce di polietilene fogli e tappi di polipropilene, sfruttando la spettroscopia di emissione atomica con plasma accoppiato induttivamente (ICP).

Tali analisi permettono di quantificare il contenuto di una singola sostanza sfruttando l’interazione “simulante-materiale” che avviene nella precedente prova di migrazione globale. Questi composti sono stati analizzati con strumentazioni in grado di rilevare la concentrazione in milligrammi delle sostanze, per le quali sono fissati i limiti consentiti riportati nell’allegato I del Reg. CE 10/2011

relativo alle materie plastiche a contatto con alimenti.

Per le analisi di migrazione specifica di ftalati, bisfenolo A, metalli e ammine aromatiche totali in campioni di materiale plastico si sono utilizzate apparecchiature in grado di rilevare bassissime concentrazioni dei composti.

La determinazione della concentrazione di ammine aromatiche primarie è stata fatta in fogli di PE e

PP per via spettrofotometrica UV, misurando

l'intensità di colorazione in confronto con una scala a concentrazione nota di anilina diazotata. L’analina è una ammina aromatica primaria che si usa come standard di riferimento costruendo una retta di taratura utilizzando una soluzione standard a concertazione nota della stessa. Il sistema è stato tarato per rilevare concentrazioni di ammine aromatiche primarie comprese tra 4 e 20 µg (0,004-0,02 mg/L).

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Gas cromatografia-massa (GC-MS)

Per l’analisi degli ftalati in fogli di PE si è utilizzata la tecnica della gas cromatografia con associato uno spettrometro di massa come rivelatore (GC-MS). Tale tecnica prevede l’interazione tra una miscela gassosa contenente le sostanze da ricercare, detta fase mobile, e una fase stazionaria rappresentata da un film che riveste la superficie interna di una colonna cromatografica di forma circolare lunga 30 metri, nella quale il gas fluisce con separazione delle molecole contenute nella miscela gassosa. Il principio di funzionamento della tecnica è basato sulla diversa affinità delle molecole nei confronti delle due fasi: la fase stazionaria è fissata all’interno della colonna e la fase mobile “scorre” su essa portando l’analita ricercato dall’ingresso fino all’uscita della colonna. Molecole differenti presentano tempi di percorrenza della colonna diversi poiché diversa è la loro affinità per la fase stazionaria, per cui una molecola con una maggiore affinità si legherà reversibilmente e per un tempo maggiore alla fase stazionaria, fuoriuscendo dalla colonna in un tempo maggiore rispetto ad una molecola meno affine, che trascorrerà più tempo nel flusso della fase mobile che in quella stazionaria.

Alcuni microlitri di simulante utilizzato nell’analisi di migrazione globale vengono resi in forma gassosa nella parte iniziale del GC, il liner, che è ad una temperatura di circa 300 °C e iniettati nella colonna “capillare aperta”, così chiamata per la cavità interna che la caratterizza, rivestita di un film liquido nel quale avviene la separazione delle molecole tramite un meccanismo di solubilizzazione. All’uscita del gas carrier dalla colonna gli analiti sono separati dalla miscela gassosa e si prestano ad essere così rilevati e quantificati con uno spettrometro di massa. La molecola entra nello spettrofotometro che viene scissa in ioni carichi che attraversano un quadripolo e sono separati in base al loro rapporto massa/carica. Il detector posto alla fine del quadripolo rileva gli ioni in cui è stata frammentata la molecola e trasferisce i dati ad un PC che li registra. Essendo per ogni molecola il rapporto dell’abbondanza dei frammenti costante, tramite una libreria si può identificare il composto e mediante delle rette di taratura costruite con standards a concentrazione nota si può risalire alla quantità di contaminante presente nella migrazione globale. Il sistema cromatografico è stato tarato per rilevare concentrazioni di ftalati compresi nell’intervallo di 0,1-10 mg/L.

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Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC)

Anche questa tecnica, utilizzata per l’analisi del bisfenolo A in tramogge e taniche in PC, sfrutta l’interazione tra l’analita di interesse trasportato da una fase mobile e una fase stazionaria posta all’interno di una colonna cromatografica. La diversa affinità delle molecole con il substrato della fase stazionaria determina il loro diverso tempo di eluizione, dopo la corsa cromatografica, all’uscita dalla colonna. Le colonne da HPLC sono riempite con una fase stazionaria a granulometria molto piccola (3-10 micrometri) che permette una migliore separazione dei composti grazie alle maggior superficie di scambio tra le due fasi, con pressioni piuttosto elevate (centinaia di bar) per ottenere il flusso dell’eluente. La fase stazionaria è composta da micro particelle sferiche di silice legate a catene di 18 atomi di carbonio (C18), la fase mobile è formata da un solvente organico (metanolo) e da acqua distillata miscelati in un preciso rapporto.

Si preparano soluzioni stock a concentrazione nota di bisfenolo A disciolto in metanolo, che rappresentano gli standards di riferimento per la calibrazione del sistema. Un millilitro di simulante precedentemente utilizzato nelle prova di migrazione globale viene trasferito in un loop a volume fisso nella valvola di iniezione, la quale, attraverso un meccanismo di rotazione, inietta il contenuto nella colonna cromatografica ad alta pressione. All’uscita dalla colonna gli analiti separati vengono rilevati con uno spettrofotometro UV. Il sistema è stato tarato per rilevare concentrazioni di bisfenolo A che vanno da 0,1 mg/L a 10 mg/L.

Figura 3.6 Schema delle principali parti di un sistema HPLC (tratta da http://chimicamaioccomas.blogspot.it/p/quarta-pagina.html)

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Spettroscopia di emissione atomica con plasma (ICP-AES)

Per la rilevazione dei metalli (Ba, Co, Cu, Fe, Li, Mn, Zn) nei liquidi simulanti venuti a contatto con borracce di PE, fogli e tappi di PP, si è utilizzata la spettroscopia atomica di emissione al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES). Questa tecnica sfrutta la capacità delle particelle allo stato atomico, che hanno raggiunto un livello energetico superiore a quello fondamentale, di restituire l’energia acquisita sotto forma di radiazione elettromagnetica: uno o più elettroni di valenza dell’atomo, precedentemente eccitati, ritornano allo stato fondamentale liberando una determinata quantità di energia, che può essere misurata. Lo spettro atomico così ottenuto (a righe) con l’emissione delle radiazioni elettromagnetiche è specifico degli atomi contenuti nel campione in analisi. L’intensità della radiazione emessa è quindi direttamente proporzionale alla concentrazione dell’elemento ricercato.

Alcuni millilitri di simulante utilizzato nella prova di migrazione globale vengono portati all’interno di un nebulizzatore mediante una pompa peristaltica e resi in forma gassosa con separazione delle molecole di solvente da quelle del soluto. L’aerosol che si genera è condotto mediante un flusso di argon all’interno del plasma, che può raggiungere al suo interno temperature di 6.000 e 10.000 °C. Gli atomi che arrivano con il flusso di gas nebulizzato vengono così eccitati nel plasma acquisendo energia dalle collisioni ed emettendo radiazioni a lunghezze d’onda caratteristiche. Le radiazioni vengono poi raccolte e separate alle diverse lunghezze d’onda da un monocromatore che le dirige verso il rilevatore. Questo le converte in segnale elettrico che è proporzionale all’intensità della radiazione emessa e quindi anche alla concentrazione di campione iniziale. Tutti i segnali elettrici

sono raccolti da un PC che li registra.

Per ogni metallo si scelgono le lunghezze d’onda che hanno maggior risposta e che siano il più possibile prive di interferenti. Quindi si analizzano degli standard multielemento di metalli a diverse concentrazioni e il software registrerà le diverse risposte e interpolerà una retta di taratura che va da alcuni microgrammi/L, il limite di rilevabilità dipende dalla risposta dell’elemento, ai 10 mg/L. In seguito viene analizzato il campione proveniente dalla migrazione globale e si otterranno le concentrazioni dei metalli presenti al suo interno che potranno essere confrontati con i valori limiti tabulati.

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Figura 3.7 Schema delle principali parti di un ICP-OES