FARVER
og
Farvestoffer
Studieretningsopgave udarbejdet af:
STX 2.g
STX 2.g
Frederikshavn Gymnasium, 2.t
Fag: Fysik B og Kemi B
Vejledere:
STX 2.g
og
STX 2.g
Side 2 af 19
Indhold
Abstract ..................................................................................................................................................... 3
Indledning ................................................................................................................................................. 3
1. Teori ...................................................................................................................................................... 4
2. ForsΓΈg .................................................................................................................................................... 6
2.1 Spektrofotometrisk bestemmelse af farvestoffer i fΓΈdevarer ........................................................ 6
FormΓ₯l ............................................................................................................................................... 6
Apparatur .......................................................................................................................................... 6
Kemikalier.......................................................................................................................................... 6
FremgangsmΓ₯de ................................................................................................................................ 6
ForsΓΈgsopstilling ............................................................................................................................... 7
Resultater og databehandling ........................................................................................................... 8
2.2 Metodens nΓΈjagtighed .................................................................................................................. 12
2.3 Vurdering af resultaterne.............................................................................................................. 12
Konklusion ............................................................................................................................................... 12
Litteraturliste .......................................................................................................................................... 13
BΓΈger ................................................................................................................................................... 13
Internetsider ....................................................................................................................................... 13
Bilag ......................................................................................................................................................... 14
Bilag 1 .................................................................................................................................................. 14
Bilag 2 .................................................................................................................................................. 14
Bilag 3 .................................................................................................................................................. 15
Bilag 4 .................................................................................................................................................. 16
Bilag 5 .................................................................................................................................................. 17
Bilag 6 .................................................................................................................................................. 18
Bilag 7 .................................................................................................................................................. 19
Side 3 af 19
Abstract
The study examines the colouring in food. The purpose of this study is to determine the concentration
of the dyes of Azorubin and Ponceau 4R in red fruit colouring and to investigate whether the positive
list is observed or not.
The methods that have been adopted are an experimental method, where a spectrophotometer has
been applied in order to estimate the content of two coloring in food article. The results which have
been achieved through the experiment, led us to find the concentration for Azorubin and Ponceau 4R.
The concentration for Azorubin is 35,62 mg/L and for Ponceau 4R 52,65 mg/L and what we can
deduce by this is that by means of a colouring, you can find the concentration of two colorings
Lastly in this study there is a comparison of the results with the positive list, which is a list of how
much food colouring that is allowed in food articles.
Indledning
Farvestoffer bliver anvendt til en del levnedsmidler. Deres primΓ¦re formΓ₯l er at fΓ₯ maden til at se
mere indbydende og appetitlige ud. Det er forbudt at tilsætte farvestoffer i basis levnedsmidler f.eks.
gulerødder, men det er acceptabelt at tilsætte farvestoffer i fx. I slik. Denne opgave omhandler farver
og farvestoffer. Der vil blive redegjort for den fysiske baggrund for farvedannelse. RedegΓΈrelsen vil
indeholde farvedannelse af faste farvestoffer og oplΓΈsninger af farvestoffer. Ydermere vil den
substraktive farvedannelse have en bedre fordybelse end den additive, da det eksperimentelle forsΓΈg
bygger pΓ₯ den substraktive farvedannelse. Eksperimentet vil blive udfΓΈrt vha. et spektrofotometri,
hvor indholdet af farvestoffer i en fΓΈdevare bliver bestemt, hvor der indeholder to farvestoffer som er
hhv. ponceau og azorubin. Slutteligt vil der blive vurderet pΓ₯ resultaterne og metodens nΓΈjagtighed.
Rapporten er opdelt i hhv. to dele, som er teori og forsΓΈgsafsnit. Til selve forsΓΈget vil den udleverede
forsΓΈgsvejledning blive fulgt som eksempel.
Side 4 af 19
1. Teori
GΓΈr rede for den fysiske baggrund for farvedannelse. I din redegΓΈrelse skal du komme ind pΓ₯
farvedannelse i faste stoffer og oplΓΈsninger af farvestoffer.
Den fysiske baggrund for farvedannelse opstΓ₯r nΓ₯r en foton eller et lys bliver ramt af et atom,
exciteres nogle af elektronerne i en skal. Herved opstΓ₯r absorption, fordi elektronerne absorbere den
energi der bliver tilfΓΈrt ogsΓ₯ exciteret til en anden skal, hvor der sΓ₯ bliver udsendt lys med en bestemt
bΓΈlgelΓ¦ngde. Det lys som vores ΓΈjne opdanger, er en bestemt farve. Farven afhΓ¦nger sΓ₯mΓ¦nd af
bΓΈlgelΓ¦ngden og energien der bliver tilfΓΈrt til elektronen. Farvedannelsen, kan ogsΓ₯ opstΓ₯ ved at en
elektron afgiver en foton og emittere til en skal tΓ¦ttere pΓ₯ kernen. Processen kaldes for emission og
afgiver ogsΓ₯ lys, med en bestemt bΓΈlgelΓ¦ngde, som vores ΓΈjne opfatter som en bestemt farve (se
bilag 1).
1
Den additive farvedannelse opstΓ₯r som noget specielt, vha. enhver farvesansning ved en form for
addition af tre farvesignaler. Det forholder sig til, at alle lysfarver kan opbygges ved blanding af de tre
additive grundfarver: blΓ₯, grΓΈn og rΓΈd. Disse farver er ogsΓ₯ kendt som primΓ¦rfarverne. NΓ₯r nethinden
registrere disse farver, bliver der udlΓΈst nogle elektriske impulser til hjernen hvorefter farverne
lΓ¦gges sammen, hertil opstΓ₯r βfarvefornemmelsenβ. Blandingen af de tre farver danner et grundlag
for farvereproduktion i farve-tv og farvefotografiet.
2
Det man skal tΓ¦nke pΓ₯ er at hvidt lys bestΓ₯r af alle farver. Hvis man fx. fjerner noget farve fra dette,
vil komplementΓ¦rfarven vΓ¦re tilbage. NΓ₯r man kigger pΓ₯ et farvestof, ser man at det hvide lys
bevΓ¦ger sig igennem og stoffet absorbere noget af det, sΓ₯ det fjerner noget fra det hvide lys. De
farver som ikke bliver fjernet, er komplementærfarverne.
Den substraktive farvedannelse fortæller os om grunden til at vi opfatter forskellige farver er, at de
forskellige farver svinger med hver deres lysbølgelængde. Lysbølger er i sig selv farveløse. Det er
1
FYSIKABbogen2 s. 67
2
Bag den farvede virkelighed s.3
Side 5 af 19
fΓΈrst, nΓ₯r lysbΓΈlgerne bliver reflekteret tilbage fra et genstand farverne opstΓ₯r. Farver opstΓ₯r ikke af
sig selv, men derimod hvordan den enkelte betragter farven gennem ΓΈjnene og hjernen.
3
NΓ₯r vi opfatter en farve er det f.eks. fordi en bestemt genstand kaster en bestemt lysbΓΈlge tilbage,
som vi sΓ₯ modtager og omformer til en farve. Det sker ved f.eks. nΓ₯r vi opfatter en gul banan, er det
fordi at fΓΈlgende foregΓ₯r: sollyset som bestΓ₯r af alle farver rammer bananen. I bananen sidder der
molekyler og opfanger alle lysbΓΈlgerne, undtagen det gule som bliver kastet tilbage. Det
tilbagekastede opfatter vores ΓΈjne og hjerne, hertil ses farven og bananens farve bliver dannet til gul.
Farven bliver derfor kaldt for substraktionsfarve.
Vha., et spektrofotometri kan man mΓ₯le hvor meget lys, der bliver slippet ud igennem et bestemt stof
ved et bestemt bølgelængde. Et stof kan absorbere en bestemt farve. Hvis to farver ligger diametralt
modsat hinanden i farvecirklen, vil det sige at de er hinandens komplementΓ¦rfarver. SΓ₯ hvis man har
et stof som f.eks. har farven blΓ₯ som komplementΓ¦rfarve er stoffet orange. Er stoffet derimod blΓ₯t,
set med vores ΓΈjne, absorberes den orange farve (se bilag 1).
4
Spektrofotometret danner et absoroptionsspektrum, en kurve hvor det absorberede lys bølgelængder
afbildes pΓ₯ spektret, oplΓΈsningen har farven som absorptionen er lavest. Hvis man mΓ₯ler pΓ₯ den
samme oplΓΈsning i flere forskellige koncentrationer, pΓ₯ samme bΓΈlgelΓ¦ngde og laver en
standardkurve, kan man pΓ₯vise at koncentrationen er proportionel med absorptionen, her kommer
Lambert-Beers lov ind i billedet:
A = k β’ c β’ l
Hvor:
ο· A er den aktuelle absorbans
ο· K er en konstant vΓ¦rdi, som afhΓ¦nger af oplΓΈsningen og bΓΈlgelΓ¦ngden
ο· c er koncentrationen
ο· I er kuvettebredden.
3
Den subtraktive farvedannelse - http://www.visible.dk/videnom/Farver.php
4
Kend kemien 2 s. 41
Side 6 af 19
2. ForsΓΈg
UdfΓΈr et forsΓΈg, hvor du vha. spektrofotometri bestemmer indholdet af farvestoffer i en fΓΈdevare, der
indeholder to farvestoffer.
2.1 Spektrofotometrisk bestemmelse af farvestoffer i fΓΈdevarer
FormΓ₯l
FormΓ₯let med dette forsΓΈg er, at vi skal bestemme farvestoffernes koncentrationer. Udover dette
undersΓΈges der om positivlistens anvisninger overholdes.
Apparatur
Kemikalier
ο· Spektrofotometer
ο· Kuvetter
ο· 1 L MΓ₯lekolbe
ο· 250 mL MΓ₯lekolbe
ο· 100 mL mΓ₯lekolbe
ο· 50 ml MΓ₯lekolber
ο· 25 mL pipette
ο· Loggerpro m. computer
ο· RΓΈd frugtfarve
ο· Azorubin
ο· Ponceau 4R
ο· eddikesyre-acetat-pufferoplΓΈsning
FremgangsmΓ₯de
FΓΈrst bliver der fremstillet oplΓΈsninger af rene farvestoffer med en koncentration pΓ₯ 500 mg/L. Her
anvendes en 1 L mΓ₯leholder. Herefter fremstilles der oplΓΈsninger med et indhold pΓ₯ 50,0 mg/L af
farvestoffet. Det sker ved en fortynding af oplΓΈsningerne pΓ₯ 500 mg/L. Fortyndingen sker vha. en 25,0
mL pipette og en 250 mL mΓ₯lekolbe. 50,0 mg/L er en stor koncentration til spektrofotometriske
mΓ₯linger. OplΓΈsningerne med denne koncentration anvendes som stamoplΓΈsninger til at fremstille af
Side 7 af 19
mere fortyndede oplΓΈsninger.
Først optages absortionsspektret for rød frugtfarve og dernæst for 2 rene farvestoffer hhv. azorubin
og ponceau 4R.
Frugtfarverne fortyndes ved at overfΓΈre 1,00 mL med pipette til en 100 mL mΓ₯lekolbe samt bliver der
tilsat 10 mL eddikesyre-acetat-pufferoplΓΈsning og fylde op med vand til stregen.
OplΓΈsningerne af de rene farvestoffer laves af stamoplΓΈsningerne, der indeholder 50,0 mg/L. Her
anvendes 100 mL mΓ₯lekolber og samt bliver der tilsat 10 mL pufferoplΓΈsning inden der fyldes vand op
til stregen.
Hertil bliver absorptionsspektrene for de rene farvestoffer og for frugtfarven optaget vha.
absorptionsspektret. DernΓ¦st mΓ₯les koncentrationen af farvestofferne i frugtfarven.
ForsΓΈgsopstilling
Side 8 af 19
Resultater og databehandling
Der bestemmes nu koncentrationen af azorubin i rΓΈd frugtfarve.
Absorptionskurven for azorubin ses af figur 1. Maksimum ligger ved ca. 518 nm. Da koncentrationen
af et farvestof skal bestemmes, mΓ₯les bΓΈlgelΓ¦ngden, hvor absorbansen er maksimal.
Som der kan ses pΓ₯ absorptionskurven er bΓΈlgelΓ¦ngdeintervallet ca. 400-700 nm, hvilket bliver kaldt
for synligt lys. da menneskers ΓΈjne kun registrerer strΓ₯ling inden for bΓΈlgeintervallet 400-700 nm.
Lys med forskellige bΓΈlgelΓ¦ngder inden for det synlige omrΓ₯de pΓ₯virker ΓΈjet lidt forskelligt, hvilket
betyder vi ser forskellige farver.
Alle farver absorbere synligt lys. Herved fΓ₯r de yderste elektroner i farvestoffets molekyler eller ioner
tilfΓΈrt energi. NΓ₯r et molekyle befinder sig i en tilstand med stΓΈrre energi end den grundtilstanden,
betyder det at der bliver exciteret. For at et molekyle vil kunne excitere, kræver det excitationsenergi.
Denne energi er ligesΓ₯ stor som den energi af det farvede stof, som optager lysets energi af stoffet.
Dette betyder at lyset bliver absorberet.
5
PΓ₯ absorptionskurven ses der ogsΓ₯ at den grΓΈnne farve bliver absorberet, dette betyder at det
tilbageværende farve er rød.
5
Kend kemien 2 s.39
Side 9 af 19
Spektrofotometret bliver indstillet pΓ₯ 518 nm, da man altid mΓ₯ler bΓΈlgelΓ¦ngden hvor absorbansen er
maksimal. Hertil bliver der lavet en stamoplΓΈsning af azorubin, med en kendt koncentration f.eks.
50,0 mg/L.
Ved fortynding af denne oplΓΈsning bliver der lavet en serie af standard oplΓΈsninger, med en kendt
koncentration.
NΓ₯r vi har lavet azorubin oplΓΈsningerne, mΓ₯ler vi deres absorbans ved 518 nm. FΓΈrst nulstilles
absorbansen pΓ₯ rent vand. PΓ₯ baggrund af vores mΓ₯llinger, laves der nu en standardkurve:
PΓ₯ grafen ses sammenhΓ¦ngen mellem absorbans og koncentration af azorubin. Man kan se at der gΓ₯r
en ret linje gennem (0,0) dvs. at grafen gΓ₯r i overensstemmelse med Lambert-Beers lov; at
absorbansen er proportional med azorubinkoncentrationen:
π΄ = π β π(ππ§πππ’πππ)
Konstanten k, kan nu aflΓ¦ses, k er ogsΓ₯ standardkurvens hΓ¦ldningskoefficient: 0,03224
Ligeledes aflΓ¦ses de andre oplΓΈsningers hΓ¦ldningskoeffercient, sΓ₯ledes koncentrationen af azorubin i
rΓΈd frugtfarve, kan beregnes.
Man kan se pΓ₯ graf 2 (bilag) at ved bΓΈlgelΓ¦ngden 501 nm er hΓ¦ldingskoeffercienten 0,02864, ved graf
3 (bilag) aflæses hældingskoeffercienten ved Ponceau 4R i bølgelængden 501 til 0,02102.
Side 10 af 19
Azorubin kan aflΓ¦ses til 0,03224 ved bΓΈlgelΓ¦ngden 518m, aflΓ¦st pΓ₯ graf 4 (bilag), mens Ponceau 4R
aflæses til 0,02024 i samme bølgelængde i graf 5(bilag).
For at beregne koncentrationen skal vi ogsΓ₯ beregne den gennemsnitslige absorbans i frugtfarven.
Dette gΓΈres ved at absorbere frugtfarve i et spektrofotometer i 30 sek., hvor man samtidig mΓ₯ler
absorbansen, herefter beregnes den gennemsnitslige absorbans ud.
Absorption af frugtfarve i bølgelængden 501 nm:
Den gennemsnitslige absorbans for frugtfarven i bølgelængden 518nm er 2,07.
For at beregne koncentrationen af Azorubin bruges denne formel:
A = k β c(Azorubin)
Da man har med to forskellige farvestoffer at gΓΈre, udgΓΈr absorbansen totalt af de to farvestoffers
absorbanser, sΓ₯ fΓ₯r man denne formel:
A = k(D) β c(D) + k(E) β c(E)
Side 11 af 19
Der er nu to bΓΈlgelΓ¦ngder, som skal beregnes, her fΓ₯r man:
Bølgelængde 1: A
1
= k
1
(D) β c(D) + k
1
(E) β c(E)
Bølgelængde 2: A
2
= k
2
(D) β c(D) + k
2
(E) β c(E)
Nu beregnes koncentrationerne, her defineres Azorubin som stof E og Ponceau som stof D.
De kendte vΓ¦rdier defineres sΓ₯ledes:
Azorubins ved bølgelængden 501 nm:
K1D = 0.02864
Ponceau ved bølgelængden 501 nm:
K1E = 0.02102
Azorubin ved bølgelængden 518 nm:
K2D = 0.03224
Ponceau ved bølgelængden 518 nm:
K2E = 0.02024
Den gennemsnitslige absorbans for frugtfarve i bølgelængen 501nm:
A1 = 2.07
Den gennemsnitslige absorbans for frugtfarve i bølgelængden 518nm:
A2 = 2.15
Da man har med to ubekendte variabler at gΓΈre, starter man med at bestemme cE vha. cD:
cE = solve
(
A1 = k1D β cD + k1E β cE, cE
)
= β1,3 ππ· + 98,
Nu kendes cE ud fra cD, kan man nu bestemme cD, da det er den eneste ubekendte:
Solve
(
A2 = k2 β cD + k2E β cE, cD
)
= 33,mg/L
Dermed er koncentrationen af azorubin i frugtfarven bestemt til at være 33,63 mg/L
Ligeledes er Ponceau 4Rβs koncentration i frugtfarven beregnet til at vΓ¦re 52,65 mg/L, udregning af
Side 12 af 19
Ponceaus koncentration findes under bilag 7.
2.2 Metodens nΓΈjagtighed
Metodens nΓΈjagtighed er ret uprΓ¦cis, for det kan let gΓ₯ galt, hvis nogle af de fΓΈlgende
fejlkilder/usikkerheder indtræffer:
Primært i vores forsøg var der luftbobler i kuvetterne, da det skulle sættes ind i spektrofotometret,
dette kunne have resulteret i at vi fik nogle uprΓ¦cise resultater, udover dette var der ogsΓ₯ en fejlkilde
ved at vores kuvette evt. ikke var ordentlig tΓΈret af pΓ₯ ydersiden inden mΓ₯llingerne. I vores
ekperimentelle forsΓΈg, var der en del usikkerheder mht. fortynding af stamoplΓΈsningen. Som vi jo ved
at jo mere vi fortynder en oplΓΈsning desto mere bliver usikkerheden ΓΈget og dermed kan vi ikke fΓ₯ de
præcise koncentrationer som ønsket.
2.3 Vurdering af resultaterne
Vores resultater tyder pΓ₯ at koncentrationen af begge farvestoffer under alle omstΓ¦ndigheder er
overholdt. Da der er i positivlisten stΓ₯r at, der max mΓ₯ tilsΓ¦ttes 100 mg/L farvestof af hvert farvestof i
en fΓΈdevare. Og da vi fΓ₯r vores koncentrationer pΓ₯ hhv. 33,63 mg/L og 52,65 mg/L betyder det sΓ₯ at
det ikke pΓ₯ nogle mΓ₯der har overskredet grΓ¦nsevΓ¦rdien, sΓ₯ der er hverken en for stor mΓ¦ngde
tilsammen eller hver for sig.
Konklusion
Udfra vores eksperimentelle forsΓΈg, hvor vi skulle mΓ₯le farvestoffernes koncentrationer, fandt vi frem
til at azorubin havde en koncentration pΓ₯ 33,63 mg/L mens Ponceau 4R havde en koncentration pΓ₯
52,65 i frugtfarven. Udover dette fandt vi ogsΓ₯ frem til at at positivlistens anvisninger var blevet
overholdt da vores resultater ikke har overskredet grΓ¦nsevΓ¦rdien pΓ₯ 100 mg/L for hvert farvestof.
_______________________ _________________________________
Side 13 af 19
Dato Underskrift
Litteraturliste
BΓΈger
ο· ElvekjΓ¦r Finn, Benoni Torben, FysikABbogen2, 2007, Narayana Press.
ο· Parbo Henrik, Bag den farvede virkelighed, 1986, Systime.
ο· Parbo Henrik, Nyvad Anette, Mortensen kusk Kim, Kend Kemien 2, 2007, Narayana Press
Internetsider
ο· http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Farvestoffer_og_farveri/f
arvestoffer
ο· http://www.stenlarris.dk/FARVE/GRELFARV.HTM
ο· http://www.visible.dk/videnom/Farver.php
ο· http://www.foedevarestyrelsen.dk/SiteCollectionDocuments/25_PDF_word_filer%20til%20do
wnload/06kontor/Positivlisten%202011%20-%20netudgave%20_01.08.pdf (s. 147)
Side 14 af 19
Bilag
Bilag 1
Figur 1, viser den fysiske farvedannelse
Bilag 2
Figur 2, farvecirkel:
Side 15 af 19
Bilag 3
Azorubin ved 501 nm graf 2:
Side 16 af 19
Bilag 4
Ponceau ved 501nm graf 3:
Side 17 af 19
Bilag 5
Ponceau 518nm graf 4:
Side 18 af 19
Bilag 6
Frugtfarve ved 518 nm graf 5:
Side 19 af 19
Bilag 7
Udregning af Ponteau 4Rβs koncentration i frugtfarve:
K1D = 0.02864
K1E = 0.02102
K2D = 0.03224
K2E = 0.02024
A1 = 2.07
A2 = 2.15
cD = solve
(
A1 = k1D β cD + k1E β cE, cD
)
= β475cE + 31
π πππ£π
(
π΄2 = π2π· β ππ· + πΎ2πΈ β ππΈ, ππΈ
)
= 85
Det er den samme udregning som bliver anvendt til at beregne koncentrationen af azorubin, hvor c(E)
fΓΈrst bliver bestemt vha. c(D) bagefter betemmes c(E).