关键概念
化学
染料
食品科学
溶解度
简介
您有最喜欢的 M&Ms 或彩虹糖的颜色吗？您是否曾想过使用哪些染料来制成那种特定的颜色？一些糖果颜色是单一食用色素的结果，而另一些则可能使用染料的组合来创造恰到好处的外观。在这个活动中，您将可以在家进行一些科学侦探工作，以调查哪些不同的染料用于为 M&M 糖果着色。这是一个处理剩余糖果的好活动！
背景
如果您曾经看到一滴水滴到喷墨打印机的打印输出或带有记号笔绘图的页面上，您就会知道当这种情况发生时，墨水会开始扩散。水被纸张的纤维吸收。当水在纸张中向上和向下移动时，它会吸收墨水颗粒并将其带走。这个相同的过程可以很好地用作一种称为纸色谱的技术。
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色谱法包括一组分离复杂溶液中各种成分的技术。在每个色谱设置中，通常有一个所谓的移动元素（其中溶解了组分的液体）和一个固定方面（液体移动通过的材料）。例如，在纸色谱法中，水是流动相，而纸是固定相。理想情况下，溶液的成分在穿过固定相时以不同的速度移动，以便可以将它们分离。在纸色谱法中，不同的颜料可以根据它们的溶解度（或它们在水中溶解的能力）进行分离。颜料的溶解度越高，它就越容易溶解在流动相中，并且在被吸收到纸张中的水带走时，通常会移动得更远。
材料
• 纸巾。较厚的纸巾效果更好。
• 剪刀
• 铅笔
• 大碗或锅
• 量匙
• 量杯
• 水
• 盐
• 带有窄口的大罐子
• 滴管
• 干净的盘子
• M&Ms 糖果，每种您想要测试的颜色各一个
• 定时器或时钟
• 红色、绿色和蓝色食用色素液体
• 晾衣夹
• 晾衣架（可选）
准备
• 将纸巾剪成大约一英寸宽的条状。使每个条状至少比您的大罐子的高度长一英寸。为食用色素样品剪三条，并为每个您想要测试的 M&M 颜色剪一条额外的条状。
• 使用铅笔标记要在每个纸条上点上哪个糖果颜色或食用色素。
• 在每个纸条的底部末端约一英寸处画一条铅笔线。
• 在一个大碗或锅中，将八分之一茶匙盐与四杯水混合在一起。（要获得大约八分之一茶匙，您可以将四分之一茶匙的量匙装满一半。）将少量盐溶液倒入一个带有窄口的大罐子中，使罐子大约装满一英寸。
步骤
• 在干净的盘子上滴一滴水。将一颗 M&Ms 糖果放入水滴中，并在那里放置三分钟。
• 三分钟后，将糖果翻过来，使其另一面浸入水滴中。在那里再放置三分钟。然后取出糖果。
• 取出您准备好的其中一条纸巾条，并将您绘制的铅笔线放在现在着色的水滴的顶部。您是否看到染料浸入纸条中，使该线周围的区域着色？您可以通过用湿糖果的两侧轻擦来在线上获得一些额外的染料。
• 对其他您想要测试的 M&M 颜色重复这些步骤，每种 M&M 糖果使用一条新的纸条。
• 接下来，为每种食用色素准备一条纸条。在盘子上滴一小滴食用色素，然后将新纸条上的线轻轻擦拭。重复此操作，以便您有三条食用色素纸条（每条分别用于红色、绿色和蓝色食用色素）。
• 小心地将一条纸条的着色端放入您装满盐水的罐子中。将纸条放入罐子中，直到纸条刚好接触到盐水。将纸条的顶部悬挂在罐子的开口上，并用晾衣夹固定。确保每条纸条不接触罐子的侧面，而只在固定处与罐子接触。放置并固定尽可能多的其他纸条，使它们可以放入罐子中，确保它们不接触罐子的侧面或彼此。
• 让水沿着纸条上升，直到它距顶部约一两英寸。此时取出纸条。（这可能需要大约 10 分钟。）纸条上的颜色发生了什么变化？密切注意纸条和水的位置——如果您让纸条运行时间过长，水可能会到达纸条的顶部并扭曲您的结果。
• 如果您无法将其他纸条放入大罐子中，请像对待其他纸条一样，现在将其放入罐子中，并让它们运行直到类似地完成。
• 让纸条完全干燥。您可以将它们放在晾衣架上，或平放在晾衣夹上进行干燥。
• 查看您的纸条。每种 M&M 颜色有多少种染料成分？您能识别出食用色素中的哪些染料也可能存在于 M&Ms 糖果中吗？您的结果对您来说有意义吗？
• 额外内容：使用纸色谱法更准确地识别溶液中着色成分的方法是确定它们的保留因子（Rf 值）。Rf 值是成分移动的距离与流动相（溶剂）从一个共同起点（您在纸条上绘制的线）移动的距离之比。如果其他条件保持不变，则某个成分的 Rf 值应保持一致。您可以再次执行此活动，但这次测量这些距离并计算每个成分的 Rf 值。根据 Rf 值，您可以通过将它们与已知的食用色素染料进行比较，来确定不同颜色的 M&M 糖果中使用了哪些染料吗？
• 额外内容：在此活动中，您使用了 M&M 糖果，但您也可以尝试使用其他颜色的糖果，例如彩虹糖。当您使用纸色谱法测试时，彩虹糖中的红色看起来与 M&Ms 中的红色相同吗？它们的其他颜色呢？
• 额外内容：您可以再次尝试此活动，但这次比较使用不同种类的流动相（例如，盐水、水、植物油、异丙醇等）。染料的移动距离是否会因您使用的流动相而异？您认为这告诉您该染料在不同流动相中的溶解度是什么？观察和结果
您是否发现绿色和棕色 M&Ms 各自由两种染料制成，而蓝色、黄色和红色 M&Ms 仅使用一种染料？其中一些染料是否与红色、蓝色和绿色食用色素纸条中的染料匹配？
您可能已经看到，您测试的蓝色食用色素液体另一方面具有蓝色和红色染料；红色食用色素有两种不同的红色染料；绿色食用色素使用蓝色和黄色染料（黄色可能被蓝色染料覆盖，使其看起来是绿色的；而这一切都取决于所使用的确切食用色素）。查看包装上的成分列表可以帮助您准确确定这些是哪些政府认证的食品、药品和化妆品法案 (FD&C) 染料。蓝色 M&Ms 使用相同的蓝色染料之一，红色 M&Ms 共享其中一种红色染料。（您可以通过查看其包装上的成分列表来找出是哪一种。）如果您尝试了棕色 M&M's，您可能会发现它们包含一种红色染料（与红色 M&M's 相同）和一种蓝色染料。绿色 M&M's 也使用两种染料，一种黄色染料和一种蓝色染料，尽管后者可能太淡而难以看清。黄色 M&M's 使用单一的黄色染料。
清理
扔掉纸巾，清洗碗和锅。如果您愿意，您可以吃掉湿的 M&M's 糖果！
更多探索 毛细作用，来自 W. W. Norton & Co.
纸色谱法科学背景，来自佛罗里达人机认知研究所
食品成分、添加剂和色素概述，来自美国食品药品管理局
糖果色谱法：是什么使这些颜色？，来自科学伙伴
此活动由与 科学伙伴合作推出