Введение

Мы сталкиваемся с красителями ежедневно. Одежда, еда, лекарства, бытовая химия — цвет есть практически у всего. Самыми древними считаются природные красители. Люди научились добывать их из растений, древесной коры, а иногда и из насекомых. Но всё изменилось во второй половине XIX века, когда активно начала развиваться органическая химия. Появились синтетические красители, и они достаточно быстро вытеснили природные. Почему? Они оказались ярче, устойчивее к выцветанию и стирке, да и стоили заметно дешевле. [2, с. 206]

Однако не всё так однозначно. У синтетики есть серьёзные минусы: некоторые из них вызывают аллергию, а отдельные соединения и вовсе токсичны. Природные красители в этом смысле выглядят безопаснее, хотя и уступают по стойкости. Так что же лучше? Вопрос непростой. Один из способов приблизиться к ответу — сравнить их объективные оптические параметры.

В этой работе мы решили оценить способность красителей поглощать свет. Для количественных измерений выбрали фотоэлектроколориметрию. Этот метод как раз и позволяет определять оптическую плотность раствора. Чем она выше, тем интенсивнее окраска при одинаковой концентрации.

Цель работы: Провести количественный анализ на сравнение природного и синтетического красителей методом фотоэлектроколориметра.

Теоретическая часть

У природных и синтетических красителей есть общая черта. В основе их молекул лежат сопряжённые системы π-связей. Именно они ответственны за то, что вещество поглощает свет в видимой области. Простое правило: чем длиннее такая система, тем больше длина волны поглощаемого света и тем насыщеннее цвет.

Природные красители обычно представляют собой смеси близких по строению соединений. Свекольный сок, например, окрашивают бетацианины их существует несколько видов. Метиленовый синий, напротив, вещество индивидуальное. Его структура точно известна, как и молекулярная масса. [4, с. 123]

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования были взяты растительные индикаторы — свекольный сок и метиленовый синий. Прежде чем приступить к исследованию была проведена предварительная проверка прибора. Анализ проводился на фотоэлектроколориметре. С помощью данного прибора измеряется концентрация окрашенных веществ в растворе.

Природный краситель готовили сами. Свежую свёклу натерла на мелкой тёрке, заливаем дистиллированной водой 1:2 по объёму и нагреваем до100–120°C в течение 20 минут. Полученный экстракт охлаждаем и фильтруем через бумажный фильтр.

Синтетический краситель — метиленовый синий, приготовили иначе. Навеску метиленового синего 0,100 г медленно перемешивая растворяем в 1 литре дистиллированной воды. Таким образом получаем исходный раствор с точно известной концентрацией равное 0,01 %. Перед измерением еще раз дополнительно разбавляем в 2–3 раза, чтобы ослабить слишком насыщенный цвет.

Далее, нужно оба красителя разбавить дистиллированной водой до одинаковой визуальной интенсивности окраски, контроль проводят на глаз, используя одинаковые кюветы, чтобы конечные растворы имели светло-розовый свёкла и светло-голубой метиленовый синий оттенки.

Сначала проверили прибор и установили нулевое значение по дистиллированной воде. Затем в кювету наливали по 5 мл исследуемого раствора. И следовательно в течении длительного времени поочередно измеряем оба красителя при одном и том же положении прибора.

Результаты измерений

Метиленовый синий дает на приборе больше значения, чем свекольный сок. Это доказывает, что синтетический краситель характеризуется более высокой способностью к поглощению света чем природный, даже если на глаз растворы выглядят одинаково яркими.

Обсуждение результатов

Если посмотреть на таблицу, видно: метиленовый синий даёт на приборе 0,7, тогда как свекольный сок только 0,4. Разница заметная. И что важно — она сохраняется даже тогда, когда на глаз оба раствора выглядят одинаково яркими. То есть синтетический краситель поглощает свет интенсивнее природного, хотя визуально окраска кажется такой же.

Чем это объяснить? Скорее всего, дело в химическом строении. Метиленовый синий это индивидуальное соединение. У него жёсткая, хорошо организованная сопряжённая система π-связей. Свекольный экстракт другое дело. Это сложная смесь. В ней есть несколько бетацианинов, а также другие пигменты, плюс белки, пектины и прочие вещества, которые не дают окраски, но разбавляют раствор. Пигменты в такой смеси могут частично гасить друг друга или просто иметь разную молярную экстинкцию. В итоге при одинаковой визуальной интенсивности реальная способность поглощать свет оказывается ниже.

Вывод

В ходе работы мы сравнили светопоглощение двух красителей природного и синтетического методом фотоэлектроколориметрии. Эксперимент показал: синтетический образец поглощает свет заметно интенсивнее, даже если растворы выглядят одинаково яркими на глаз. Это подтверждается цифрами (0,7 против 0,4). Причина, по-видимому, кроется в различиях химического строения. Природный краситель- многокомпонентная смесь, а синтетический -индивидуальное вещество с более упорядоченной системой сопряжённых связей.

Литература:

1. Алов Н. В. и др. Обзоры методов синтеза и анализа органических пигментов.
2. Барановский В. Ф., Горелкин С. М., Городенцева В. А. Физико-химические методы анализа: М.: Высшая школа, 1972. ISBN.с.123
3. Коган И. М. Химия красителей. — М.: Химия. (Обширный справочник и учебное пособие с подробным описанием производств красителей различных классов). с.96–101
4. Ляликов Ю. С. Физико-химические методы анализа, М.: Химия, 1964.с.95
5. Степанов Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей. — М.: Химия. с.206