“綠葉中色素的提取和分離”實驗的改進和拓展

甘肅省高臺縣第一中學(xué)(734300) 陳能訓(xùn)

“綠葉中色素的提取和分離”實驗做成功而且效果好，關(guān)鍵在三個環(huán)節(jié)要處理好：①提取出的色素量多不變性；②畫出的濾液細(xì)線濃、直、細(xì)、勻；③濾液細(xì)線不能浸沒在層析液中。筆者通過長期實驗教學(xué)實踐，嘗試對教材實驗進行優(yōu)化改進，并且在此基礎(chǔ)上拓展了探究實驗。

1 實驗改進方面的思考與處理

1.1 制備出高質(zhì)量的色素提取液,要從實驗材料的選擇與處理上改進

1.1.1 選材

教材中選用的材料是新鮮的綠葉(如菠菜、油菜、上海青)進行色素的提取和分離,都能取得良好的實驗效果。

1.1.2 優(yōu)化綠葉材料研磨方法制備高質(zhì)量的色素提取液

教材實驗在實際操作中的不足：①綠葉進行剪碎和研磨的處理耗時長，學(xué)生在操作中缺乏經(jīng)驗，經(jīng)常會出現(xiàn)研磨不充分、材料大量溢出的情況；②色素易發(fā)生去鎂(Mg)反應(yīng)或分解；③研磨時加入過量有機溶劑(無水乙醇)造成色素提取液的質(zhì)量差，影響實驗效果；④各小組實驗進度差異大。

筆者在實踐中做了如下改進實驗。

(1)綠葉材料采用先晾、后打碎的方法：新鮮綠葉中水分多，放于干燥處晾2 h左右，用家用榨汁機迅速打碎綠葉組織，分成碎屑和汁液兩部分。用大一點塑料勺將碎屑分配至每個研缽中(兩平勺)，倒入汁液1 mL，備用。

(2)加藥品：向盛有碎屑和汁液研缽中迅速加入少許二氧化硅、碳酸鈣和2 mL無水乙醇。

(3)研磨：研磨的要領(lǐng)是用力地旋轉(zhuǎn)壓，進行迅速充分地研磨。

(4)過濾：將研磨好的研磨液倒入放有單層尼龍布的玻璃漏斗中過濾，將濾液收集到試管中，及時用封口膜將試管口封上。

上述改進的優(yōu)點：①用榨汁機打碎綠葉的過程中，綠葉器官組織、部分細(xì)胞及葉綠體破裂解體，打成的碎屑小，既方便研磨,也利于有機溶劑(無水乙醇)充分接觸，使得研磨液中色素溶解量增加；②教材實驗中研磨要加10 mL無水乙醇。用榨汁機迅速打碎綠葉再研磨只需加無水乙醇2 mL，就能獲得一個小組畫濾液細(xì)線和探究實驗所需色素提取液用量，節(jié)約了藥品；③用封口膜將色素濾液試管口封上，透明密封，便于觀察，方便操作，。

1.2 在用具和方法上改進濾液細(xì)線畫法

濾液細(xì)線是影響色素分離結(jié)果的關(guān)鍵。

教材實驗在實際操作中的不足：教材上畫濾液細(xì)線用的玻璃毛細(xì)管易堵易斷，學(xué)生在操作時吸取的濾液也容易過多或過少，導(dǎo)致畫的濾液細(xì)線不均勻、不連貫；容易將濾紙劃爛；操作不嫻熟或者手抖，造成劃線不細(xì)、不勻、不直、濃度不一。最終分離出的色素帶層次不齊，效果差。

1.2.1 制備濾紙條

經(jīng)干燥處理過的濾紙，剪成1.5 cm寬的濾紙條(注意寬度不大于1.5 cm)，一端剪去兩個角使之呈梯形,并在距離這一端1 cm處用鉛筆畫一道細(xì)的橫線，備用。

1.2.2 濾液細(xì)線畫法上的改進

筆者比較了三種濾液細(xì)線的畫法：薄塑料片印章法、鋼筆劃線法、薄鋼質(zhì)墊圈碾印(滾動)法。實驗結(jié)果表明，薄塑料片印章法學(xué)生在實驗時，興趣深厚，且好上手、易操作、失誤少，畫出的濾液細(xì)線濃、細(xì)、勻、直。此實驗方法材料易得,簡便易行，效果好。具體如下：

用薄而硬的干凈三角形薄塑料片如衣物標(biāo)簽，將平而直的一邊兩側(cè)稍稍磨毛(利于吸附色素),先用一塊載玻片筆直固定在鉛筆細(xì)線一側(cè)，薄塑料片蘸取色素研磨液少許輕輕印在濾紙條的細(xì)線處，待晾干后重復(fù)幾次。

1.3 用改進的器具分離色素

教材實驗在實際操作中的不足：教材實驗中分離色素使用試管或者小燒杯加入層析液來操作。試管長且口小，濾紙條長度不夠，尤其是層析液加入量不容易掌握，易發(fā)生濾液細(xì)線浸沒在層析液中或濾紙條貼壁導(dǎo)致層析結(jié)果受到影響。用小燒杯,需倒入10 mL左右層析液,層析液用量大，燒杯口徑較寬，層析液易揮發(fā)。濾紙條掛在燒杯壁易出現(xiàn)軟化后滑落或貼壁的情況。

1.3.1 目標(biāo)

用改進的器具分離色素,可做到濾液細(xì)線“不可能”浸沒在層析液中。

1.3.2 對層析裝置的改進

采用規(guī)格15 mL的度離心管替代試管或小燒杯，加入2.5 mL層析液后用封口膜密封。層析時用刀片輕輕地在封口膜中央劃開一道細(xì)口，將畫好濾液細(xì)線的濾紙條梯形端向下，從刀片劃開的細(xì)口處豎直插入刻度離心管中，15 mL規(guī)格離心管的底部狹細(xì)，恰好能卡住濾紙條的梯形端，梯形端部分能夠接觸層析液，而不用擔(dān)心會浸沒濾液細(xì)線。離心管有刻度能很好控制層析液加入量，用封口膜密封管口，既能防止層析液揮發(fā)，又能防止濾紙貼壁。真正做到濾液細(xì)線不可能浸沒在層析液中，學(xué)生好上手、易操作、失誤少。

以上改進方法，針對學(xué)生實驗操作的規(guī)范性、準(zhǔn)確性，取得較好的實驗效果。

2 實驗拓展和探究設(shè)計

2.1 設(shè)想和目的

用榨汁機迅速充分打碎綠葉后研磨的優(yōu)點:除制備出高質(zhì)量色素提取液,還節(jié)省出部分實驗時間，畫濾液細(xì)線剩余的色素提取液還可用于探究色素溶液的光譜吸收特點、色素溶液的熒光現(xiàn)象。

2.2 探究過程

2.2.1 材料用具

剩余色素提取液、白光手電筒、藍(lán)紫光手電筒、紅色激光筆、綠色激光筆、白紙。

2.2.2 具體操作方法

(1)探究色素提取液的光譜吸收特點

用不同顏色的光源分別照射無水乙醇和色素提取液,操作時光源對每只試管的照射,從試管上部空管處往下移動至色素提取液,觀察背景紙上光點的變化,形成對比(見表1)。直觀感知葉綠體色素吸收光譜。

結(jié)論：無水乙醇不吸收任何波長的光，葉綠體中的色素對光的吸收具有選擇性。葉綠體色素吸收光譜的最強吸收帶有兩個：一個是紅光部分，另一個是藍(lán)紫光部分，對綠光的吸收最少。

(2)探究色素提出液的熒光現(xiàn)象

結(jié)論:將色素提取液放在直射光環(huán)境下(光源也可用白熾燈代替)，分別進行直射光觀察和反射光觀察。色素溶液與人眼同高，在透射光側(cè)，觀察到色素溶液呈綠色，在反射光側(cè)色素溶液呈血紅色，即為葉綠素產(chǎn)生的熒光顏色(見表2)。

表1 探究色素提取液的光譜吸收特點

表2 探究色素提取液的熒光現(xiàn)象

3 反思與啟發(fā)

本實驗改進成功的關(guān)鍵主要有四點：①用榨汁機迅速充分打碎綠葉既方便研磨又利于有機溶劑與色素充分接觸，使得研磨液中色素溶解量增加，從而獲得高質(zhì)量的色素提取液;②藥品的合理用量；③濾液細(xì)線畫法上的改進;④用改進的器具(15 mL離心管)分離色素。綜合效果就是色素充分釋放，層析效果顯著。實驗操作方法及器具的改進大大提高了實驗課堂效率，也為學(xué)生帶來更多思考的時間和探究空間。

在探究實驗部分，學(xué)生非常直觀地觀察到了色素溶液對白光、紅光和藍(lán)紫光的吸收現(xiàn)象。利用色素溶液在太陽光下觀察色素透光(幾乎不吸收綠光)和熒光現(xiàn)象。這些實踐活動不僅增強了學(xué)生的興趣，對學(xué)生認(rèn)識色素的光學(xué)性質(zhì)，進而理解色素在光合作用中的用途具有重要意義。

實驗改進與探究設(shè)計過程對教師也有重要的啟發(fā)。比如白光手電筒的制作，僅僅是把手機的手電筒光源前臨時粘上激光筆的小帽就加工成功。教師自己既要善于動腦，還要善于動手。只有設(shè)計出更顯著、易觀察的實驗現(xiàn)象才能激發(fā)其興趣、引發(fā)學(xué)生思考，這樣對實驗的改進才會更有意義。