SRO om farvestoffer og mindste kvadraters metode i Kemi A og Matematik A

Indledning

Farvestoer spiller en vigtig rolle i både naturen og industrien, hvor de giver planter deres karakteristiske udseende og anvendes til at farve fødevarer, tekstiler og andre produkter. I denne opgave vil jeg bruge kemiske og matematiske metoder til at undersøge, hvordan ukendte koncentrationer af farvestoer kan bestemmes. Helt konkret vil jeg bestemme koncentrationen af farvestoet brilliant blue FCF i en sportsdrik. Først redegøres for organiske farvestoers kemiske opbygning og deres evne til at absorbere lys samt spektrofotometri og Lambert-Beers lov. Efterfølgende redegøres for lineær regression og mindste kvadraters metode.

Derefter beskrives et forsøg, hvor absorbansen af forskellige opløsninger med brilliant blue FCF blev målt. I analysen benyttes forsøgsresultaterne til at opstille en standardkurve, som bruges til at bestemme koncentrationen af brilliant blue FCF i en bestemt sportsdrik. Til sidst diskuteres eventuelle fejlkilder og usikkerheder.

Teori

Organiske farvestoers kemiske opbygning

Et organisk stof har farve, hvis dets struktur gør det i stand til at absorbere dele af det synlige lys (Mygind, Nielsen, & Axelsen, 2022). Stoets farve skyldes det lys, som ikke bliver absorberet, men reekteres. Et stofs farve er derfor komplementærfarven til den farve, som stoet absorberet (Mygind, Nielsen, & Axelsen, 2022). Hvis et stof fx absorberer det blå lys, så er stoet orange.

Et af kendetegnene ved mange organiske farvestoer er, at de indeholder adskillige konjugerede dobbeltbindinger (Mygind, Nielsen, & Axelsen, 2022). At dobbeltbindinger er konjugerede betyder, at der er én enkeltbinding mellem dobbeltbindingerne, dvs. at der skiftevis er en dobbeltbinding og en enkeltbinding. Hvert af C-atomerne har re elektroner i den yderste skal, og de tre elektroner indgår i bindinger til de to nabo C-atomer og et H-atom. Den fjerde elektron fra hvert C-atom er ikke så stærkt bundet til C-atomet, men indgår i en elektronsky, der breder sig ud over alle de konjugerede dobbeltbindinger (Parbo, Nyvad, & Mortensen, 2015). Elektronerne i elektronskyen kaldes delokaliserede, fordi de ikke hører til én binding, men bevæger sig mellem bindingerne (Parbo, Nyvad, & Mortensen, 2015). Når et molekyle optager energi og går fra grundtilstanden med lavest mulig energi til en højere energitilstand, siges det at være exciteret (Parbo, Nyvad, & Mortensen, 2015).

Excitationsenergien er den mængde energi, der kræves for at excitere molekylet. Hvis excitationsenergien svarer til energien i lys med en bestemt bølgelængde, så optager molekylet energien i lyset med denne bølgelængde, dvs. at molekylet absorberer lyset, og det fremstår derfor farvet (Parbo, Nyvad, & Mortensen, 2015).