Lambert-Beers lov: hvor meget farvestof er der i sportsdrikken?
Blå sportsdrikke og slik er farvet med E133, brillantblå. Hvor meget farvestof er der egentlig i en flaske? Eleverne laver en fortyndingsrække af blå frugtfarve, måler absorbansen med et trådløst kolorimeter og viser, at absorbansen er proportional med koncentrationen. Med standardkurven og stoffets molære absorptionskoefficient bestemmer de koncentrationen i en sportsdrik og sammenligner med den acceptable daglige indtagelse.
Er absorbansen proportional med koncentrationen af farvestof, og hvor meget E133 indeholder en blå sportsdrik?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Kolorimeter og turbiditetssensor, trådløs (PASCO PS-3215) | PS-3215 | 1 pr. gruppe |
| Kuvetter, polystyren, 10 x 10 mm | 241000 | Kuvetter, ca. 8 pr. gruppe |
| Spektrometer, USB og Bluetooth (PASCO PS-2600A) | PS-2600A | 1 til klassen (valgfri), til absorptionsspektret |
| Mikropipette, justerbar, 1000-5000 µl | 308136 | 1 pr. gruppe |
| Mikropipette, justerbar, 100-1000 µl | 308134 | 1 pr. gruppe |
| Målekolbe med prop, 50 ml | 103010 | 6 pr. gruppe |
| Bægerglas 100 ml (12 stk.) | 100010 | 3 pr. gruppe |
| Pipette, plast 3 ml (100 stk.) | 205100 | Plastpipetter, nogle pr. gruppe |
| Vand, demineraliseret (1 l) | 826000-4 | Demineraliseret vand til fortynding og nulstilling |
| Sprøjteflaske 500 ml | 146010 | 1 pr. gruppe |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
| SPARKvue 5 (gratis download) | 900902 | Gratis app til tablet eller computer |
Andet udstyr: blå frugtfarve med E133 (brillantblå FCF) fra supermarkedet; en blå sportsdrik, saft eller sodavand med E133 (tjek varedeklarationen); køkkenrulle til at tørre kuvetterne; computer med SPARKvue og evt. regneark.
Sikkerhed
Farvestofferne er fødevaregodkendte, men intet må smages eller drikkes i laboratoriet. Brug beskyttelsesbriller, når I pipetterer. Frugtfarve farver hud og tøj: tør spild op med det samme. Kuvetterne skal være rene og tørre udvendigt. Opløsningerne kan hældes i vasken.
Sådan gør I
- Lav en stamopløsning: 0,50 ml blå frugtfarve fortyndet til 100 ml med demineraliseret vand i en målekolbe. Kald koncentrationen 100 %.
- Lav en fortyndingsrække i 50 ml målekolber med 5, 10, 20, 30 og 40 % af stamopløsningen. Bland grundigt.
- Tænd kolorimeteret, og forbind det i SPARKvue. Nulstil (kalibrér) med en kuvette med demineraliseret vand.
- Mål absorbansen for alle standarder fra den svageste til den stærkeste. Vælg den bølgelængde, hvor absorbansen er størst (typisk orange 600 nm eller rød 650 nm), og hold absorbanserne under ca. 1,2.
- Plot absorbansen som funktion af koncentrationen, og lav lineær regression gennem (0,0).
- Mål sportsdrikken (fortyndet, hvis absorbansen er over 1,2). Brug standardkurven til at finde koncentrationen udtrykt i procent af stamopløsningen.
- Har klassen et spektrometer: optag absorptionsspektret, og find λ_max (ca. 630 nm). Beregn koncentrationen af E133 i drikken med A = ε · l · c, hvor ε ≈ 1,3 · 10⁵ L/(mol · cm) og M = 793 g/mol, og regn om til mg pr. liter.
Med PASCO-sensor
Det trådløse kolorimeter (PS-3215) måler absorbans ved seks bølgelængder på én gang, så eleverne kan se, hvilken farve lys den blå opløsning absorberer mest. I SPARKvue kan absorbansen gemmes for hver standard med manuel opsamling, og standardkurven laves med lineær tilpasning. Spektrometeret (PS-2600A) giver hele absorptionsspektret og den præcise bølgelængde for maksimum.
Hvad sker der?
En farvet opløsning ser blå ud, fordi den absorberer lys i den modsatte ende af spektret, her orange og rødt lys. Kolorimeteret sender lys gennem kuvetten og måler, hvor meget der kommer igennem. Absorbansen A = log(I₀/I) er et mål for, hvor meget lys der er absorberet.
Lambert-Beers lov siger, at A = ε · l · c, hvor ε er den molære absorptionskoefficient, l er kuvettens lysvej (1 cm), og c er koncentrationen. Absorbansen er altså proportional med koncentrationen, og standardkurven bliver en ret linje gennem (0,0). Ved høje absorbanser kommer der så lidt lys igennem, at målingen bliver usikker, og linjen bøjer af.
Brillantblå har ε ≈ 1,3 · 10⁵ L/(mol · cm) ved ca. 630 nm, så selv få milligram pr. liter giver en tydelig farve. Den acceptable daglige indtagelse (ADI) for E133 er 6 mg pr. kg kropsvægt, så en sportsdrik indeholder normalt kun en lille brøkdel af ADI.
Spørgsmål til eftertanke
- Var standardkurven en ret linje gennem (0,0)? Hvor gik grænsen?
- Hvilken bølgelængde gav den største absorbans, og hvorfor netop den?
- Hvor mange mg E133 pr. liter fandt I i drikken, og hvor stor en del af ADI svarer en flaske til?
- Hvilke fejlkilder har størst betydning: pipettering, kuvetter eller andre farvestoffer i drikken?
- Hvorfor skal man nulstille kolorimeteret med demineraliseret vand?
Til læreren
Frugtfarvens styrke varierer mellem mærker. Prøv stamopløsningen af før timen, så den stærkeste standard giver en absorbans omkring 1. Kolorimeterets bredbåndede kanaler giver en lavere effektiv absorptionskoefficient end den tabellerede værdi ved 630 nm, så den absolutte koncentration bør beregnes ud fra spektrometermålinger eller en standard lavet af rent farvestof.
Drikke med flere farvestoffer (fx blå og gul) kan give en ekstra diskussion: ved 630 nm absorberer det gule farvestof næsten intet.
Forsøget er et godt indgangsforsøg til spektrofotometri og kan følges op af kinetikforsøg, hvor absorbansen følges over tid.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
