高中化学“纸层析法分离混合物”实验研究

高中化学“纸层析法分离混合物”实验研究

作者：张爱武

来源：《化学教学》2010年第03期

摘要:对苏教版高中化学《实验化学》(选修)教材中的“纸层析法分离混合物”的三个实验进行研究改进,提供实验教学参考。 关键词:纸层析法;实验研究

文章编号:1005-6629(2010)03-0012-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:C

纸层析法是用滤纸作载体,吸附在滤纸上的水(或其他溶剂)作固定相,用有机溶剂(即展开剂)作流动相,利用混合物中各组分在固定相和流动相中的溶解性不同(分配系数不同)而达到分离的目的。纸层析法具有原理易懂、操作简单、分离效能高、所需仪器简单、应用范围广等特点,是比较适合中学生学习的一种物质分离方法。

在苏教版高中化学《实验化学》(选修)教材中分别选取了以下几个关于“纸层析法分离混合物”的实验:

课题2:“用纸层析法分离铁离子和铜离子”

拓展课题1- 2:“菠菜的叶绿体中色素的提取和分离” 拓展课题1- 3:“用粉笔进行层析分离”

其中选取“用纸层析法分离铁离子和铜离子”作为基础课题。该实验过程包括了准备装置、点样、配制展开剂、展开、显色等纸层析法的基本操作,通过该实验可以使学生对于纸层析法有较全面的认识。

“菠菜的叶绿体中色素的提取和分离” 是中学生物教学中的一个传统实验,对于学生来说并不陌生,将其作为拓展课题,一方面有助于学生对纸层析法的实用价值有更进一步了解,另一方面也可以让学生认识到化学分离技术的应用之广泛,使学生对于化学分离技术有更深刻的体会和认识。

用粉笔作为层析实验的材料来分离红蓝墨水中的色素,具有一定的趣味性,且原料取材方便,操作简单,能引起学生的实验兴趣。而且分离结果的好坏与操作方法直接相关,便于学生通过实验结果对实验过程进行反思,培养他们的实验反思能力和事实求是的科学态度。

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但由于层析实验是中学化学教材中新增的实验,不少教师没做过。而教材对实验操作的细节(如怎样重复画滤液细线)、材料的选择(如应选用怎样的菠莱叶)等方面,都没作详尽的介绍。这就使不少教师在刚做该类实验时常常失败。笔者对该实验最佳条件、操作要求等作了如下的研究和改进,仅供同行参考。

1“用纸层析法分离铁离子和铜离子”实验研究

(1)滤纸的准备:以层析专用滤纸为好。若无层析滤纸,也可选取质量均一、平整、纸纹一致的干净滤纸代替。滤纸按一定规格剪成条状,且应使层析方向与滤纸纤维素的方向垂直。将滤纸条的一头弯折1cm后,用弯成直角形的大头针横向夹住,以便滤纸条能挂在橡皮塞下面的大头针上。滤纸条的长度以下端能浸入展开剂中约1 cm为宜。

(2)点样:将试样溶于水或溶于低沸点的有机溶剂(丙酮、乙醇、氯仿等)配成溶液。在距离滤纸条末端2 cm处用铅笔画一个小圆点作为“原点”,用内径小于1 mm的毛细管吸取样品溶液,在“原点”处点一直径为0.3～0.5 mm的斑点。如溶液太稀,一次点样不够,则应待溶液挥发后在原处再重复3～5次,每次都点在同—位置上。晾干后备用。也可以多准备2～3张滤纸条进行点样,晾干后备用。

(3)展开:在试管中加入一定量的展开剂,将点过样的滤纸条平整地悬挂在橡皮塞下的大头针上,注意不可触及试管的内壁。使滤纸条下端浸入展开剂1 cm,慎勿使滴点的试样沾湿,塞紧橡胶塞。这时展开剂借助毛细管的作用逐渐向上移动,滤纸上的斑点也逐渐向上移功,因混合物中各组分向上移动的速度不同而被分开。

(4)显色:有色物质展开后得到不同颜色的色斑,不需要显色就能看清楚。无色物质展开后,要根据该化合物的特性,采用不同的方法进行显色。该实验需要用“氨熏”的方法显色:展开剂上升至滤纸条上端时,用镊子取下滤纸条放在盛有浓氨水的试剂瓶瓶口上方进行氨熏,可看到明显的黄褐色带在上端,蓝绿色带在下端。当停止氨熏将滤纸放置在表面皿中,会发现很快蓝绿色带变成黄色,主要是因为铜氨离子的量减少了,因此做这个实验时要及时观察现象。Fe3+、Cu2+与氨水反应的离子方程式为:

Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓(红褐色)+3NH4+ Cu2++4NH3·H2O=Cu(NH3)42+(蓝色)+4H2O 2“菠菜的叶绿体中色素的提取和分离”实验研究

(1)材料的选择和处理:该实验所用材料中叶绿体色素含量的高低对实验效果有很大的影响,因此恰当地选择绿色植物的叶片是实验成功的基础。实验证明 ,那些叶表蜡质厚或输导组织发达的叶片,难以研磨提取叶绿体色素 ,如杨树叶、 榆树叶等。而有些绿色植物如菠菜叶、 小白菜叶、 天竺葵叶等叶绿体色素含量相对较高 ,并且便于研磨提取。本实验选用的材料是菠菜叶片,其叶绿体色素含量较高,并且分布广泛,生长受季节影响较小,取材方便。

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新鲜叶片含水量相当高,约70 %。水的存在使叶绿体色素的实际含量降低,还可能稀释提取溶剂,降低提取效率。因此可将材料进行初步处理:将选择好的材料去掉叶柄,阴干或风干数小时后使用 。或者烘干处理(放在45 ℃的烘箱里烘40多分钟,使菠菜的水分失掉一半为宜)。 菠菜研磨时加入少量石英砂(半匙即可)和无水CaCO3,0.5 gNaCl,2 mL丙酮。这里,加入石英砂的目的是加快研磨,促使细胞破裂;加入无水 CaCO3 是为了中和细胞液中的有机酸,防止叶绿素的破坏;而加入NaCl则是为了沉淀胶体,释放色素。从对比实验中发现, CaCO3对提取液影响较大,不加CaCO3的提取液放置一段时间以后容易变黄, 而加CaCO3的提取液则无明显变化。在加CaCO3时, 用量应掌握在每克绿叶用0.2～0.4克粉末为宜。

(2)点样:用毛细吸管点层析试样在滤纸上划细线时,必须等第一次完全干燥后才能划第二次,重复次数可多一些,滤液细线要齐、细、颜色深,其中齐更重要一些。但是用毛细吸管划线时间长易损伤纸纤维,也会影响实验效果。在这里可改进用“玻璃片印迹法” :滴1～2滴色素提取液于一干净的载玻片上,用另一块载玻片将其推平,使色素提取液在载玻片上呈薄层附着。将准备好的滤纸条在距离其末端约2 cm处对折轻压,然后用折缝轻蘸一下载玻片上的色素提取液,风干后重复几次,就可得到一条又细又整齐,而且浓度一致的样线。

(3)提取液的选择:一个合适的提取液,不仅要考虑提取效果,而且还要经济节约、 操作容易、污染程度小。教材中用2 mL丙酮作为提取液,实验结果是各色素带分层明显,界限清晰,但各色素颜色较浅,尤其黄色色素不易观察。另外丙酮是一种气味重的有毒物质,易挥发,若操作不当会造成丙酮大部分挥发,不但药品损失,而且会污染空气。

在这里可改进为用没有毒性的酒精作提取液,用“酒精热溶法”提取叶绿体中的色素:①称取5 g菠菜叶片,略剪碎,放入100 mL小烧杯中,并将叶片稍微压实。②往小烧杯中倒入95%的酒精(酒精要浸没叶片).③将小烧杯置于盛有70～80 ℃热水的500 mL大烧杯中,在水浴中加热。④约3～4 min后, 小烧杯中的溶液呈深绿色, 5～6 min后, 叶片基本呈黄白色,此时色素基本溶解到酒精中。可取出小烧杯(用镊子小心夹取), 再用镊子夹去叶片, 将深碧绿色的色素溶液倒入试管中备用。

也可改进为用乙醚:丙酮为2:1(体积比)的混合液作为提取液, 直接进行溶解提取,其实验现象为各色素带分层明显, 界限清晰,各色素颜色较深易观察。

(4)展开剂的选择:该实验要求寻找一种有利于色素迅速扩散的展开剂。在前人做过的大量实验中,曾先后用过苯、丙酮和石油醚的混合液、石油醚及石油醚、丙酮、苯的混合液作为展开剂,其中以石油醚、丙酮、苯的混合液作为展开剂时现象最明显,并且其配比为20∶2∶1时层析效果最佳:各色素带分层明显,界限清晰,各色素颜色较深易观察。 3“用粉笔进行层析分离”实验研究

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在做该实验时要注意,作为吸附用的支持剂粉笔,必须非常干燥、洁净、多孔,以保证其具有较强的吸附性能。红、蓝墨水混合液的配制,一般按红墨水∶蓝墨水2∶1为妥,这样展开效果较好,分离明显,速度快。

点液时,用大头针细心点滴在粉笔上事先画好的“×”处,其扩散范围要适度,直径要控制在0.4～0.7 cm之间为好,若直径过大,则展开后色谱图可能不够清晰,影响效果。滴液的量不能太少,一次不够可重复点滴数次,以增加试液的数量,但也不宜太多,若太多,试液扩散直径会过大,也将导致色谱图分离不清,且分离时间延长。

上述三例层析实验的改进,均有色素带分层较明显,实验现象清晰,耗时少,对环境更友好,操作上更方便,实验成功率较高等优点。

参考文献:

[1]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书.实验化学(选修)[M].南京.江苏教育出版社.2006.9～12.

[2]李朝木.用混合酒精水浴法提取叶绿体中色素效果好[J].生物学通报.2005.40(3).52. [3]郑志勇.叶绿体中色素的提取和分离实验改进.教学仪器与实验[J].2005.21(10).18～19.