關鍵概念
化學
染料
食品科學
溶解度
簡介
您有最喜歡的 M&Ms 或彩虹糖的顏色嗎？您是否曾想過使用哪些染料來製成那種特定的顏色？一些糖果顏色是單一食用色素的結果，而另一些則可能使用染料的組合來創造恰到好處的外觀。在這個活動中，您將可以在家進行一些科學偵探工作，以調查哪些不同的染料用於為 M&M 糖果著色。這是一個處理剩餘糖果的好活動！
背景
如果您曾經看到一滴水滴到噴墨印表機的列印輸出或帶有記號筆繪圖的頁面上，您就會知道當這種情況發生時，墨水會開始擴散。水被紙張的纖維吸收。當水在紙張中向上和向下移動時，它會吸收墨水顆粒並將其帶走。這個相同的過程可以很好地用作一種稱為紙色譜的技術。
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色譜法包括一組分離複雜溶液中各種成分的技術。在每個色譜設定中，通常有一個所謂的移動元素（其中溶解了組分的液體）和一個固定方面（液體移動透過的材料）。例如，在紙色譜法中，水是流動相，而紙是固定相。理想情況下，溶液的成分在穿過固定相時以不同的速度移動，以便可以將它們分離。在紙色譜法中，不同的顏料可以根據它們的溶解度（或它們在水中溶解的能力）進行分離。顏料的溶解度越高，它就越容易溶解在流動相中，並且在被吸收到紙張中的水帶走時，通常會移動得更遠。
材料
• 紙巾。較厚的紙巾效果更好。
• 剪刀
• 鉛筆
• 大碗或鍋
• 量匙
• 量杯
• 水
• 鹽
• 帶有窄口的大罐子
• 滴管
• 乾淨的盤子
• M&Ms 糖果，每種您想要測試的顏色各一個
• 定時器或時鐘
• 紅色、綠色和藍色食用色素液體
• 晾衣夾
• 晾衣架（可選）
準備
• 將紙巾剪成大約一英寸寬的條狀。使每個條狀至少比您的大罐子的高度長一英寸。為食用色素樣品剪三條，併為每個您想要測試的 M&M 顏色剪一條額外的條狀。
• 使用鉛筆標記要在每個紙條上點上哪個糖果顏色或食用色素。
• 在每個紙條的底部末端約一英寸處畫一條鉛筆線。
• 在一個大碗或鍋中，將八分之一茶匙鹽與四杯水混合在一起。（要獲得大約八分之一茶匙，您可以將四分之一茶匙的量匙裝滿一半。）將少量鹽溶液倒入一個帶有窄口的大罐子中，使罐子大約裝滿一英寸。
步驟
• 在乾淨的盤子上滴一滴水。將一顆 M&Ms 糖果放入水滴中，並在那裡放置三分鐘。
• 三分鐘後，將糖果翻過來，使其另一面浸入水滴中。在那裡再放置三分鐘。然後取出糖果。
• 取出您準備好的其中一條紙巾條，並將您繪製的鉛筆線放在現在著色的水滴的頂部。您是否看到染料浸入紙條中，使該線周圍的區域著色？您可以透過用溼糖果的兩側輕擦來在線上獲得一些額外的染料。
• 對其他您想要測試的 M&M 顏色重複這些步驟，每種 M&M 糖果使用一條新的紙條。
• 接下來，為每種食用色素準備一條紙條。在盤子上滴一小滴食用色素，然後將新紙條上的線輕輕擦拭。重複此操作，以便您有三條食用色素紙條（每條分別用於紅色、綠色和藍色食用色素）。
• 小心地將一條紙條的著色端放入您裝滿鹽水的罐子中。將紙條放入罐子中，直到紙條剛好接觸到鹽水。將紙條的頂部懸掛在罐子的開口上，並用晾衣夾固定。確保每條紙條不接觸罐子的側面，而只在固定處與罐子接觸。放置並固定儘可能多的其他紙條，使它們可以放入罐子中，確保它們不接觸罐子的側面或彼此。
• 讓水沿著紙條上升，直到它距頂部約一兩英寸。此時取出紙條。（這可能需要大約 10 分鐘。）紙條上的顏色發生了什麼變化？密切注意紙條和水的位置——如果您讓紙條執行時間過長，水可能會到達紙條的頂部並扭曲您的結果。
• 如果您無法將其他紙條放入大罐子中，請像對待其他紙條一樣，現在將其放入罐子中，並讓它們執行直到類似地完成。
• 讓紙條完全乾燥。您可以將它們放在晾衣架上，或平放在晾衣夾上進行乾燥。
• 檢視您的紙條。每種 M&M 顏色有多少種染料成分？您能識別出食用色素中的哪些染料也可能存在於 M&Ms 糖果中嗎？您的結果對您來說有意義嗎？
• 額外內容：使用紙色譜法更準確地識別溶液中著色成分的方法是確定它們的保留因子（Rf 值）。Rf 值是成分移動的距離與流動相（溶劑）從一個共同起點（您在紙條上繪製的線）移動的距離之比。如果其他條件保持不變，則某個成分的 Rf 值應保持一致。您可以再次執行此活動，但這次測量這些距離並計算每個成分的 Rf 值。根據 Rf 值，您可以透過將它們與已知的食用色素染料進行比較，來確定不同顏色的 M&M 糖果中使用了哪些染料嗎？
• 額外內容：在此活動中，您使用了 M&M 糖果，但您也可以嘗試使用其他顏色的糖果，例如彩虹糖。當您使用紙色譜法測試時，彩虹糖中的紅色看起來與 M&Ms 中的紅色相同嗎？它們的其他顏色呢？
• 額外內容：您可以再次嘗試此活動，但這次比較使用不同種類的流動相（例如，鹽水、水、植物油、異丙醇等）。染料的移動距離是否會因您使用的流動相而異？您認為這告訴您該染料在不同流動相中的溶解度是什麼？觀察和結果
您是否發現綠色和棕色 M&Ms 各自由兩種染料製成，而藍色、黃色和紅色 M&Ms 僅使用一種染料？其中一些染料是否與紅色、藍色和綠色食用色素紙條中的染料匹配？
您可能已經看到，您測試的藍色食用色素液體另一方面具有藍色和紅色染料；紅色食用色素有兩種不同的紅色染料；綠色食用色素使用藍色和黃色染料（黃色可能被藍色染料覆蓋，使其看起來是綠色的；而這一切都取決於所使用的確切食用色素）。檢視包裝上的成分列表可以幫助您準確確定這些是哪些政府認證的食品、藥品和化妝品法案 (FD&C) 染料。藍色 M&Ms 使用相同的藍色染料之一，紅色 M&Ms 共享其中一種紅色染料。（您可以透過檢視其包裝上的成分列表來找出是哪一種。）如果您嘗試了棕色 M&M's，您可能會發現它們包含一種紅色染料（與紅色 M&M's 相同）和一種藍色染料。綠色 M&M's 也使用兩種染料，一種黃色染料和一種藍色染料，儘管後者可能太淡而難以看清。黃色 M&M's 使用單一的黃色染料。
清理
扔掉紙巾，清洗碗和鍋。如果您願意，您可以吃掉溼的 M&M's 糖果！
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此活動由與 科學夥伴合作推出