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A Comparative Investigation of Hydrolysis Methods to Analyze Natural Organic Dyes by HPLC-PDA - Nine Methods, Twelve Biological Sources, Ten Dye Classes, Dyed Yarns, Pigments and Paints

2011; Taylor & Francis; Volume: 56; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1179/204705811x13110713013353

2047-0584

Jan Wouters, Cecily M. Grzywacz, Ana Claro,

Microbial Metabolism and Applications

AbstractAbstractThis paper presents a comparative investigation of recovery procedures for the analysis of natural organic colorants, encompassing ten major natural organic dye chemical classes, several sample types (silk, wool, cotton, pigment, paint), prepared from the extracts of twelve biological sources, and nine different recovery protocols. These protocols are based on the traditional harsh hydrochloric acid method; on mild hydrolysis methods involving formic, oxalic or hydrofluoric acid; and on methods consecutively employing mild and harsh hydrolysis on the same sample. An evaluation system was developed by classifying analytical results in an upper, middle or lower grade with reference to the best result obtained. This classification was used to calculate scores for each hydrolysis method and for either textile (silk and wool or cotton) or pigment/paint. The best overall hydrolysis method for textile samples was a combination of mild oxalic acid with traditional hydrochloric acid hydrolysis. The best overall hydrolysis method for pigment/paint was a combination of a newly modified mild hydrofluoric acid treatment with traditional hydrochloric acid hydrolysis. The application of these methods to historical samples will not necessarily give the optimal result achievable for every biological source, but will definitely reduce the risk of missing essential information for the elucidation of ancient technology in a geographical and historical context. The reduced level of risk will avoid repetitive sampling and reduce the level of invasiveness, hence taking into account good conservation policies. The potential of these selected methods is illustrated with the analysis of some historical Chinese textile and paint samples.This paper presents a comparative investigation of recovery procedures for the analysis of natural organic colorants, encompassing ten major natural organic dye chemical classes, several sample types (silk, wool, cotton, pigment, paint), prepared from the extracts of twelve biological sources, and nine different recovery protocols. These protocols are based on the traditional harsh hydrochloric acid method; on mild hydrolysis methods involving formic, oxalic or hydrofluoric acid; and on methods consecutively employing mild and harsh hydrolysis on the same sample. An evaluation system was developed by classifying analytical results in an upper, middle or lower grade with reference to the best result obtained. This classification was used to calculate scores for each hydrolysis method and for either textile (silk and wool or cotton) or pigment/paint. The best overall hydrolysis method for textile samples was a combination of mild oxalic acid with traditional hydrochloric acid hydrolysis. The best overall hydrolysis method for pigment/paint was a combination of a newly modified mild hydrofluoric acid treatment with traditional hydrochloric acid hydrolysis. The application of these methods to historical samples will not necessarily give the optimal result achievable for every biological source, but will definitely reduce the risk of missing essential information for the elucidation of ancient technology in a geographical and historical context. The reduced level of risk will avoid repetitive sampling and reduce the level of invasiveness, hence taking into account good conservation policies. The potential of these selected methods is illustrated with the analysis of some historical Chinese textile and paint samples.Cet article présente une étude comparative des procédures de récupération des colorants organiques naturels pour leur analyse, comprenant dix classes chimiques principales de colorants organiques naturels, plusieurs types d'échantillons (soie, laine, coton, pigment, peinture), préparés à partir d'extraits de douze sources biologiques, et neuf protocoles de récupération différents. Ces protocoles sont basés sur la traditionnelle méthode corrosive à base d'acide chlorhydrique; sur des méthodes d'hydrolyse plus légères à base d'acide formique, oxalique ou fluorhydrique ; et sur des méthodes utilisant consécutivement l'hydrolyse douce et corrosive sur le même échantillon. Un système d'évaluation a été mis au point en classifiant les résultats analytiques selon une note haute, moyenne ou basse suivant les résultats obtenus. Cette classification a été utilisée pour calculer les résultats de chaque méthode d'hydrolyse et pour chaque textile (soie et laine ou coton) ou pigment/peinture. La meilleure méthode d'hydrolyse pour les échantillons de textile est une combinaison de l'hydrolyse à base d'acide chlorhydrique avec celle plus légère à base d'acide formique. La meilleure méthode d'hydrolyse pour les pigments/peintures est une combinaison de l'hydrolyse traditionnelle base d'acide chlorhydrique avec celle plus légère récemment modifiée à base d'acide hydrofluorique. L'application de ces méthodes aux échantillons historiques ne donnera pas nécessairement le meilleur résultat pour chaque source biologique, mais il réduira nettement le risque de perte d'information nécessaire à l'élucidation des anciennes technologies dans un contexte géographique et historique donné. Ceci évitera un échantillonnage répétitif and réduira le niveau d'invasivité, ainsi prenant en compte les principes d'une bonne conservation. Le potentiel des méthodes choisies est illustré avec l'analyse d'échantillons de certains textiles et peintures chinois.In diesem Artikel wird eine vergleichende Untersuchung von Aufarbeitungsprozeduren für die Analyse natürlicher Farbmitteln vorgestellt. Diese Studie berücksichtigt die zehn wichtigsten chemischen Klassen der Farbstoffe, verschiedene Typen von Proben (Seide, Wolle, Baumwolle, Pigmente, Malfarben), Extrakte aus zwölf biologischen Quellen sowie nach neun verschieden Aufarbeitungsprotokollen. Diese Protokolle basieren auf der traditionellen, scharfen Salzsäuremethode, auf milden Methoden mit Ameisen-, Oxal- oder Flusssäure sowie auf Methoden, die nacheinander milde und scharfe Hydrolyseverfahren an der gleichen Probe einsetzen. Dazu wurde ein Bewertungssystem entwickelt, welches die analytischen Ergebnisse in eine obere, eine mittlere und eine untere Klasse aufteilt und die jeweils beste Methode referenziert. Diese Klassifikation wurde zur Kalkulation einer Wertung für jede Hydrolysemethode für Textilien (Seide, Wolle oder Baumwolle) und Pigmente/Malfarben verwendet. Die insgesamt beste Hydrolysemethode für Textilproben war eine Kombination milder Oxalsäure mit traditioneller Salzsäurehydrolyse. Die insgesamt beste Methode für Pigmente / Malschichtproben war eine neuerlich modifizierte milde Behandlung mit Flusssäure in Kombination mit herkömmlicher Salzsäurehydrolyse. Die Anwendung dieser Methoden an historischen Proben gibt nicht notwendigerweise das optimale Ergebnis, welches für die einzelnen biologischen Quellen möglich wäre, aber sie wird zweifelsohne das Risiko minimieren, essentielle Informationen für die Erforschung alter Technologien in ihrem geographischen und historischen Kontext zu übersehen. Die Reduzierung des Risikos wird wiederholte Beprobung verhindern und damit entsprechend den guten Grundsätzen der Konservierung den Eingriff minimieren. Das Potential dieser ausgewählten Methoden wird anhand der Analyse einiger historischer chinesischer Textilien und Farbproben illustriert.Este trabajo presenta un análisis comparativo de los métodos de recuperación para el análisis de colorantes orgánicos naturales. El estudio incluye diez de las principales familias químicas de tintes orgánicos naturales así como varios tipos de muestras (seda, lana, algodón, pigmento, pintura) preparadas a partir de los extractos de doce orígenes biológicos, y nueve protocolos de recuperación diferentes. Estos protocolos se basan tanto en el método tradicional agresivo a base de ácido clorhídrico, como en los métodos de hidrólisis débil a partir de ácido fórmico, oxálico o de ácido fluorhídrico, y en los métodos que emplean consecutivamente hidrólisis débil y agresiva en la misma muestra. En este estudio se desarrolló un sistema de evaluación mediante la clasificación de los resultados analíticos en grado superior, medio o bajo en relación con el mejor resultado obtenido. Esta clasificación se utilizó para calcular las puntuaciones para cada método de hidrólisis tanto en los tejidos (seda, lana o algodón) como en el pigmento/pintura. En general, el mejor método de hidrólisis para las muestras de tejido fue una combinación de ácido oxálico débil e hidrólisis tradicional a base de ácido clorhídrico. Así mismo, el mejor método de hidrólisis para el pigmento/pintura fue el tratamiento realizado mediante una novedosa combinación de ácido fluorhídrico débil e hidrólisis tradicional a base de ácido clorhídrico. La aplicación de estos métodos en muestras históricas no necesariamente proporciona los resultado óptimos alcanzables para cada origen biológico, pero sin duda contribuye a reducir el riesgo de perder información esencial para un mejor conocimiento de la tecnología antigua en un contexto geográfico e histórico determinado. Reduciendo este riesgo se evita el muestreo repetitivo y el nivel de invasión en la obra, y plantea por tanto una adecuada política de conservación. El potencial de los métodos seleccionados se ilustra a partir del análisis de algunos textiles y muestras de pintura china antigua.