“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實驗創(chuàng)新

韋宏軍 張淑英

摘要：實驗創(chuàng)新后以紫甘藍(lán)色素取代了pH試紙和pH計，學(xué)生直接觀察顏色變化來檢測溶液的pH，同時進(jìn)行材料替代和流程優(yōu)化，使實驗簡單、高效地完成。

關(guān)鍵詞：紫甘藍(lán)色素；方法創(chuàng)新；材料替代；流程優(yōu)化

“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實驗，在教材給定的方法中，使用pH試紙測量溶液的pH，顏色的變化不易區(qū)分；通過pH計測量溶液的pH，要求儀器每次使用后都要清洗和維護(hù)，過程較為煩瑣。以紫甘藍(lán)色素取代pH試紙和pH計，溶液顏色隨pH變化的現(xiàn)象明顯，學(xué)生可以通過直接觀察顏色變化來檢測溶液的pH。

一、實驗原理

在自來水、緩沖液和生物材料中加入紫甘藍(lán)色素后顯色，滴加一定量酸或堿后，觀察指示劑的顏色變化，以此檢測溶液的pH。通過比較三者的顏色變化，推測生物體是如何維持pH穩(wěn)定的。

紫甘藍(lán)色素對光、熱有特殊的穩(wěn)定性，可以作為試劑保存和使用。紫甘藍(lán)色素是一種天然的酸堿混合指示劑，在不同的pH條件下顯色不同，且顏色的變化能用肉眼分辨。紫甘藍(lán)色素指示劑在不同pH時的顏色變化如表1所示。

二、材料與方法

1.紫甘藍(lán)色素指示劑的制作

參考《中學(xué)化學(xué)實驗大全》一書中有關(guān)“酚酞指示劑”的配制方法。確定制作紫甘藍(lán)色素指示劑的方法如下：用電子天平稱取紫甘藍(lán)干粉0.1 g，轉(zhuǎn)移到燒杯中。然后加入濃度為20%的酒精100 g，用玻璃棒攪拌，得到紫甘藍(lán)色素指示劑。

2.實驗材料的替代

教材給定的植物材料為黃瓜勻漿，其顏色會影響實驗效果。椰子汁為無色液體，且pH近中性，更適宜方法創(chuàng)新后的實驗。

3.實驗流程優(yōu)化

（1）取8個50 ml燒杯，分別標(biāo)記為1，2，3，4，5，6，7，8號。分別向1，2號燒杯中加入25 ml自來水，3，4號燒杯中加入25 ml緩沖液，5，6號燒杯中加入25 ml蛋清溶液，7，8號燒杯中加入25 ml椰子汁。分別向8個燒杯中加入2滴紫甘藍(lán)色素，觀察溶液顏色并記錄于表2。

（2）以偶數(shù)號燒杯為對照，分別向奇數(shù)號燒杯中滴加0.1 mol / L的鹽酸，每次加1滴，然后輕輕搖動。加入5滴后觀察顏色并記錄。重復(fù)該步驟直至30滴為止。將結(jié)果記錄于表2中。充分沖洗上述奇數(shù)號燒杯，并分別加入25 ml自來水、25 ml緩沖液、25 ml蛋清溶液、25 ml椰子汁，分別加入2滴紫甘藍(lán)色素，觀察溶液顏色并記錄于表2。逐滴加入0.1 mol / L的氫氧化鈉，每次加1滴，然后輕輕搖動。加入5滴后觀察顏色并記錄。重復(fù)該步驟直至30滴為止。將結(jié)果記錄于表2中。

三、實驗結(jié)果

自來水中加入紫甘藍(lán)色素后顏色呈藍(lán)色。加入5滴0.1 mol / L鹽酸后顏色變?yōu)榉凵?，加?0滴0.1 mol / L的鹽酸顏色變?yōu)榧t色，隨著滴加鹽酸的量的增加，顏色逐漸加深。加入5滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色立即變綠，隨著滴加氫氧化鈉量的增加，顏色逐漸加深。

pH7.0的磷酸緩沖液中加入紫甘藍(lán)色素后顏色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸或0.1 mol / L的氫氧化鈉后，顏色不變，直至加入30滴后，顏色基本不變。

蛋清溶液中加入紫甘藍(lán)色素后顏色呈藍(lán)綠色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸后顏色不變，加入10滴后，顏色變?yōu)樗{(lán)色。加入5滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色不變，加入20滴后，顏色變?yōu)榈G色。

椰子汁中加入紫甘藍(lán)色素后顏色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸后顏色不變，加入15滴后，顏色變?yōu)榉凵＜尤?滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色不變，加入10滴后，顏色變?yōu)樗{(lán)色，加入25滴后，顏色變?yōu)榈G色。

四、實驗結(jié)論

紫甘藍(lán)天然色素可作為有效的酸堿指示劑，可取代pH試紙或者pH計來直觀檢測溶液pH。

方法創(chuàng)新后以紫甘藍(lán)色素為指示劑，溶液的顏色隨pH變化顯著，便于觀察和記錄。與已報道的混合酸堿指示劑相比，屬于天然混合指示劑，使用方便。天然椰子汁無色，且pH接近中性，避免了實驗材料的顏色和酸堿度對實驗的干擾。流程優(yōu)化后可以減少儀器的清洗過程，有利于高效完成實驗。

基金項目：2019年蕪湖市新高考改革背景下高中校本課程項目——高中生物學(xué)業(yè)水平復(fù)習(xí)指導(dǎo)校本課程的開發(fā)與研究（WH201905）。

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[3]馬玲.“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實驗改進(jìn)[J].生物學(xué)通報，2017，52（6）.