Caratterizzazione di tannini naturali e sintetici: presenza di bisfenolo A, bisfenolo F e bisfenolo S.
A cura di Daniela Caracciolo, Coordinatore Tecnico-Scientifico Dipartimento Tecnologie per l’Ambiente SSIP
Articolo comparso su CPMC – n.2/2022
Il Bisfenolo A (BPA, n. CAS: 80-05-7) è un prodotto di sintesi della reazione tra due fenoli ed una molecola di acetone impiegato nella produzione delle plastiche in policarbonato (molto diffuse per le proprietà di trasparenza, resistenza termica e meccanica), utilizzate nei recipienti per uso alimentare, e nelle resine epossidiche che compongono il rivestimento protettivo interno presente nella maggior parte delle lattine per alimenti e bevande, così come nella carta termica degli scontrini e nei dispositivi odontoiatrici. A causa dei dubbi sui suoi effetti sulla salute umana, l’utilizzo è stato però via via limitato: dal 2009 è inserito nell’elenco delle sostanze vietate nei prodotti cosmetici (Regolamento (CE) 1223/2009) e dal 2011 il suo uso è vietato per la fabbricazione di biberon di policarbonato per lattanti (Regolamento (UE) 321/2011).
Con la classificazione nel 2017, secondo i criteri del Regolamento europeo sulle sostanze chimiche REACH, del BPA come tossico per la riproduzione (categoria 1B) e interferente endocrino (ED) è stato posto tra le SVHC (sostanze particolarmente preoccupanti) con il conseguente limite di 0,02% in peso nella carta termica (Entry 66 Annex XVII Reach). hanno portato i produttori a sostituire il BPA con sostanze strutturalmente simili, ovvero altri bisfenoli, che infatti fabbricazione inserito nell’elenco delle sostanze vietate nei prodotti cosmetici (Regolamento (CE) 1223/2009) e dal 2011 è vietato per la fabbricazione di biberon di policarbonato per lattanti (Regolamento (UE) 321/2011).
Con la classificazione nel 2017, secondo i criteri del Regolamento europeo sulle sostanze chimiche REACH, del BPA come tossico per la riproduzione (categoria 1B) e interferente endocrino (ED) è stato posto tra le SVHC (sostanze particolarmente preoccupanti) con il conseguente limite di 0,02% in peso nella carta termica (Entry 66 Annex XVII Reach). Queste restrizioni hanno portato i produttori a sostituire il BPA con sostanze strutturalmente simili, ovvero altri bisfenoli, che infatti svolgono una funzione analoga nei materiali in cui vengono impiegati. Questi bisfenoli alternativi al momento non sono classificati ED, anche se su di loro sono in corso numerosi studi ed anche richieste di regolamentazione, al pari del bisfenolo A, come ad esempio nella richiesta presentata dalla Germania ad ECHA nel corso del 2020.
A causa di questi motivi il BPA è presente in numerosi capitolati dei clienti delle concerie, e nelle MRSL di ZDHC, così come rientra nella lista dei sensibilizzanti cutanei di cui è in corso una richiesta di restrizione presso ECHA. Il BPA è una sostanza che non dovrebbe essere presente né nelle pelli né nei prodotti conciari perché non rientra nel ciclo produttivo. Invece alcuni altri bisfenoli, che attualmente non sono soggetti ad alcuna restrizione, sono presenti in alcuni riconcianti sintetici perché monomeri coinvolti nella reazione di polimerizzazione o side-product. Non esistendo ancora un metodo ufficiale per determinare la quantità di bisfenoli presente nel pellame, così come nei prodotti chimici prima di caratterizzare alcuni tannini sintetici e tannini naturali sull’eventuale presenza di bisfenoli A, S e F ci si è posti il problema di individuare la tecnica ottimale.
Alcuni studi pubblicati negli ultimi anni per la determinazione del bisfenolo A e i suoi analoghi implicano l’utilizzo di cromatografia liquida accoppiata alla spettrometria di massa singola o in tandem (LC/MS, LC- MS/MS) (Rahman, Olusayo, & Pang, 2021) o cromatografia liquida accoppiata ad un rilevatore a fluorescenza (HPLC-FLD) (Mahmoud, 2021). Nel nostro caso è stata utilizzata una metodica analitica ad hoc semplice ed efficace per l’analisi dei tannini. La procedura analitica ha previsto l’analisi qualitativa e quantitativa mediante l’utilizzo di cromatografia liquida ad alta prestazione accoppiata a rivelatore UV (HPLC-UV) e l’analisi qualitativa mediante cromatografia liquida ad alta prestazione accoppiata al rivelatore massa (HPLC-MS).
L’attività sperimentale finalizzata all’individuazione dei bisfenoli A, F e S eventualmente presenti all’interno dei nove campioni di tannini naturali e sintetici è stata articolata nelle seguenti fasi:
Fase I: Preparazione dei campioni
Fase II: Analisi all’HPLC-UV
Fase III: Analisi all’HPLC-MS
Differenti campioni di tannini vegetali e tannini sintetici prodotti e commercializzati sono stati utilizzati in questo studio. Sono stati analizzati nove campioni di tannini differenti. I tannini naturali caratterizzati sono: castagno, gambier, quebracho, mimosa e tara. Mentre i tannini sintetici caratterizzati sono tannini in polvere di tipo fenolico, tannino liquido a base naftalenica e tannini in polvere a base di difenilsulfone.
Composti fenolici complessi, come i tannini, sono solubili in solventi polari come acqua (specialmente in acqua calda), metanolo, etanolo e acetone. Sepperer et al. (Sepperer & Tondi, 2018) ha calcolato la solubilità degli estratti di tannino in diversi solventi (acqua, acetonitrile, metanolo, etanolo, 2-propanolo, acetone, diclorometano). Il suo studio ha dimostrato che è possibile separare l’estratto di tannino industriale utilizzando vari solventi organici di diversa polarità. Una separazione più significativa è stata ottenuta mediante acetone seguito da etanolo, acetonitrile e metanolo. Nel nostro caso sono state seguite le linee guida indicate dalla Commissione del CEN/ TC 289. Nella FASE I i campioni di tannini, vegetali e sintetici, sono stati preparati effettuando un’estrazione ad ultrasuoni con metanolo. Tali estratti sono stati analizzati sia all’HPLC-UV che all’HPLC-MS.
Per l’analisi all’HPLC-UV è stato utilizzato un HPLC con una colonna C18 a fase inversa. Come fase mobile è stata utilizzata una rampa di gradiente di concentrazione di acqua e acido formico allo 0.1% e acetonitrile. La lettura viene effettuata a 235 nm e 280 nm. I picchi dei bisfenoli A, F e S hanno tempi di ritenzione pari a 6.92 min, 5.11 min e 3.15 min. Per l’analisi in LC-MS è stata utilizzata la modalità a ioni negativi ESI per ionizzare i bisfenoli. Utilizzando acqua/acetonitrile come fase mobile secondo la rampa di gradiente di concentrazione di seguito descritta.
Gli ioni prodotti dai bisfenoli, che contengono una o più catene alchiliche legate all’atomo di carbonio centrale, sono caratterizzati dalla perdita radicale di questi gruppi. Il BPA è caratterizzato dalla perdita di un metile. Per composti come il BPF, che non contengono la catena alchilica al carbonio centrale (il BPF contiene due atomi di idrogeno al carbonio centrale) lo ione prodotto principale risulta dovuto alla scissione del legame idrossifenil- alchile, producendo uno ione a m/z 93.0 [C6H5O]−. Per il BPS, che contiene un atomo di zolfo invece di un atomo di carbonio come atomo ponte, lo ione prodotto più abbondante a m/z 107,9 deriva dalla perdita consecutiva del gruppo idrossifenile e del gruppo ossido di zolfo [M-H-C6H5OSO2]− (Leitner, 2018).
La figura 42 di seguito mostra lo spettro di massa del bisfenolo A, caratterizzato al minuto 0.94 da segnale relativo a m/z 133 e m/z
212, con intensità relativa di 17.77 e 100.00 rispettivamente.
Lo spettro di massa del bisfenolo F è mostrato nella figura successiva. È caratterizzato al minuto 0.76 da segnale relativo a m/z 93 e m/z 105, con intensità relativa di 100.00 e 78.56 rispettivamente. Lo spettro di massa del bisfenolo S è mostrato nella figura successiva. È caratterizzato al minuto 0.71 da segnale relativo a m/z 92 e m/z 108, con intensità relativa di 37.91 e 100.00 rispettivamente. Di seguito si riportano in modo schematico i risultati ottenuti dall’attività analitica effettuata su campioni commerciali di tannini sintetici e naturali.
Rahman, M. S., Olusayo, A. E., & Pang, M. (2021). Drivers of owning more BPA. Journal of Hazardous Materials
Mahmoud, S. &.-E. (2021). High-Performance Liquid Chromatography Method for Simultaneous Determination of Bisphenols in Plastic Packed Dry Fruits Using Multiwalled Carbon Nanotubes as Solid Phase Extraction Sorbent. Current Analytical Chemistry .
Sepperer, T., & Tondi, G. (2018). Fractioning of Industrial Tannin Extract in Different Organic Solvents.
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