摘要:對(duì)蘇教版高中化學(xué)《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》(選修)教材中的“紙層析法分離混合物”的三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究改進(jìn)，提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞:紙層析法;實(shí)驗(yàn)研究

文章編號(hào):1005-6629(2010)03-0012-03 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

紙層析法是用濾紙作載體，吸附在濾紙上的水(或其他溶劑)作固定相，用有機(jī)溶劑(即展開劑)作流動(dòng)相，利用混合物中各組分在固定相和流動(dòng)相中的溶解性不同(分配系數(shù)不同)而達(dá)到分離的目的。紙層析法具有原理易懂、操作簡(jiǎn)單、分離效能高、所需儀器簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，是比較適合中學(xué)生學(xué)習(xí)的一種物質(zhì)分離方法。

在蘇教版高中化學(xué)《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》(選修)教材中分別選取了以下幾個(gè)關(guān)于“紙層析法分離混合物”的實(shí)驗(yàn):

課題2:“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”

拓展課題1- 2:“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離”

拓展課題1- 3:“用粉筆進(jìn)行層析分離”

其中選取“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”作為基礎(chǔ)課題。該實(shí)驗(yàn)過程包括了準(zhǔn)備裝置、點(diǎn)樣、配制展開劑、展開、顯色等紙層析法的基本操作，通過該實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生對(duì)于紙層析法有較全面的認(rèn)識(shí)。

“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離” 是中學(xué)生物教學(xué)中的一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生來說并不陌生，將其作為拓展課題，一方面有助于學(xué)生對(duì)紙層析法的實(shí)用價(jià)值有更進(jìn)一步了解，另一方面也可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)分離技術(shù)的應(yīng)用之廣泛，使學(xué)生對(duì)于化學(xué)分離技術(shù)有更深刻的體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

用粉筆作為層析實(shí)驗(yàn)的材料來分離紅藍(lán)墨水中的色素，具有一定的趣味性，且原料取材方便，操作簡(jiǎn)單，能引起學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。而且分離結(jié)果的好壞與操作方法直接相關(guān)，便于學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行反思，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)反思能力和事實(shí)求是的科學(xué)態(tài)度。

但由于層析實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)教材中新增的實(shí)驗(yàn)，不少教師沒做過。而教材對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)(如怎樣重復(fù)畫濾液細(xì)線)、材料的選擇(如應(yīng)選用怎樣的菠萊葉)等方面，都沒作詳盡的介紹。這就使不少教師在剛做該類實(shí)驗(yàn)時(shí)常常失敗。筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)最佳條件、操作要求等作了如下的研究和改進(jìn)，僅供同行參考。

1“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”實(shí)驗(yàn)研究

(1)濾紙的準(zhǔn)備:以層析專用濾紙為好。若無層析濾紙，也可選取質(zhì)量均一、平整、紙紋一致的干凈濾紙代替。濾紙按一定規(guī)格剪成條狀，且應(yīng)使層析方向與濾紙纖維素的方向垂直。將濾紙條的一頭彎折1cm后，用彎成直角形的大頭針橫向夾住，以便濾紙條能掛在橡皮塞下面的大頭針上。濾紙條的長(zhǎng)度以下端能浸入展開劑中約1 cm為宜。

(2)點(diǎn)樣:將試樣溶于水或溶于低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑(丙酮、乙醇、氯仿等)配成溶液。在距離濾紙條末端2 cm處用鉛筆畫一個(gè)小圓點(diǎn)作為“原點(diǎn)”，用內(nèi)徑小于1 mm的毛細(xì)管吸取樣品溶液，在“原點(diǎn)”處點(diǎn)一直徑為0.3～0.5 mm的斑點(diǎn)。如溶液太稀，一次點(diǎn)樣不夠，則應(yīng)待溶液揮發(fā)后在原處再重復(fù)3～5次，每次都點(diǎn)在同—位置上。晾干后備用。也可以多準(zhǔn)備2～3張濾紙條進(jìn)行點(diǎn)樣，晾干后備用。

(3)展開:在試管中加入一定量的展開劑，將點(diǎn)過樣的濾紙條平整地懸掛在橡皮塞下的大頭針上，注意不可觸及試管的內(nèi)壁。使濾紙條下端浸入展開劑1 cm，慎勿使滴點(diǎn)的試樣沾濕，塞緊橡膠塞。這時(shí)展開劑借助毛細(xì)管的作用逐漸向上移動(dòng)，濾紙上的斑點(diǎn)也逐漸向上移功，因混合物中各組分向上移動(dòng)的速度不同而被分開。

(4)顯色:有色物質(zhì)展開后得到不同顏色的色斑，不需要顯色就能看清楚。無色物質(zhì)展開后，要根據(jù)該化合物的特性，采用不同的方法進(jìn)行顯色。該實(shí)驗(yàn)需要用“氨熏”的方法顯色:展開劑上升至濾紙條上端時(shí)，用鑷子取下濾紙條放在盛有濃氨水的試劑瓶瓶口上方進(jìn)行氨熏，可看到明顯的黃褐色帶在上端，藍(lán)綠色帶在下端。當(dāng)停止氨熏將濾紙放置在表面皿中，會(huì)發(fā)現(xiàn)很快藍(lán)綠色帶變成黃色，主要是因?yàn)殂~氨離子的量減少了，因此做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要及時(shí)觀察現(xiàn)象。Fe3+、Cu2+與氨水反應(yīng)的離子方程式為:

Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓(紅褐色)+3NH4+

Cu2++4NH3·H2O=Cu(NH3)42+(藍(lán)色)+4H2O

2“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)研究

(1)材料的選擇和處理:該實(shí)驗(yàn)所用材料中葉綠體色素含量的高低對(duì)實(shí)驗(yàn)效果有很大的影響，因此恰當(dāng)?shù)剡x擇綠色植物的葉片是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)證明 ，那些葉表蠟質(zhì)厚或輸導(dǎo)組織發(fā)達(dá)的葉片，難以研磨提取葉綠體色素 ，如楊樹葉、 榆樹葉等。而有些綠色植物如菠菜葉、 小白菜葉、 天竺葵葉等葉綠體色素含量相對(duì)較高 ，并且便于研磨提取。本實(shí)驗(yàn)選用的材料是菠菜葉片，其葉綠體色素含量較高，并且分布廣泛，生長(zhǎng)受季節(jié)影響較小，取材方便。

新鮮葉片含水量相當(dāng)高，約70 %。水的存在使葉綠體色素的實(shí)際含量降低，還可能稀釋提取溶劑，降低提取效率。因此可將材料進(jìn)行初步處理:將選擇好的材料去掉葉柄，陰干或風(fēng)干數(shù)小時(shí)后使用 。或者烘干處理(放在45 ℃的烘箱里烘40多分鐘，使菠菜的水分失掉一半為宜)。

菠菜研磨時(shí)加入少量石英砂(半匙即可)和無水CaCO3，0.5 gNaCl，2 mL丙酮。這里，加入石英砂的目的是加快研磨，促使細(xì)胞破裂;加入無水 CaCO3 是為了中和細(xì)胞液中的有機(jī)酸，防止葉綠素的破壞;而加入NaCl則是為了沉淀膠體，釋放色素。從對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， CaCO3對(duì)提取液影響較大，不加CaCO3的提取液放置一段時(shí)間以后容易變黃， 而加CaCO3的提取液則無明顯變化。在加CaCO3時(shí)， 用量應(yīng)掌握在每克綠葉用0.2～0.4克粉末為宜。

(2)點(diǎn)樣:用毛細(xì)吸管點(diǎn)層析試樣在濾紙上劃細(xì)線時(shí)，必須等第一次完全干燥后才能劃第二次，重復(fù)次數(shù)可多一些，濾液細(xì)線要齊、細(xì)、顏色深，其中齊更重要一些。但是用毛細(xì)吸管劃線時(shí)間長(zhǎng)易損傷紙纖維，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。在這里可改進(jìn)用“玻璃片印跡法” :滴1～2滴色素提取液于一干凈的載玻片上，用另一塊載玻片將其推平，使色素提取液在載玻片上呈薄層附著。將準(zhǔn)備好的濾紙條在距離其末端約2 cm處對(duì)折輕壓，然后用折縫輕蘸一下載玻片上的色素提取液，風(fēng)干后重復(fù)幾次，就可得到一條又細(xì)又整齊，而且濃度一致的樣線。

(3)提取液的選擇:一個(gè)合適的提取液，不僅要考慮提取效果，而且還要經(jīng)濟(jì)節(jié)約、 操作容易、污染程度小。教材中用2 mL丙酮作為提取液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是各色素帶分層明顯，界限清晰，但各色素顏色較淺，尤其黃色色素不易觀察。另外丙酮是一種氣味重的有毒物質(zhì)，易揮發(fā)，若操作不當(dāng)會(huì)造成丙酮大部分揮發(fā)，不但藥品損失，而且會(huì)污染空氣。

在這里可改進(jìn)為用沒有毒性的酒精作提取液，用“酒精熱溶法”提取葉綠體中的色素:①稱取5 g菠菜葉片，略剪碎，放入100 mL小燒杯中，并將葉片稍微壓實(shí)。②往小燒杯中倒入95%的酒精(酒精要浸沒葉片).③將小燒杯置于盛有70～80 ℃熱水的500 mL大燒杯中，在水浴中加熱。④約3～4 min后， 小燒杯中的溶液呈深綠色， 5～6 min后， 葉片基本呈黃白色，此時(shí)色素基本溶解到酒精中?？扇〕鲂?用鑷子小心夾取)， 再用鑷子夾去葉片， 將深碧綠色的色素溶液倒入試管中備用。

也可改進(jìn)為用乙醚:丙酮為2:1(體積比)的混合液作為提取液， 直接進(jìn)行溶解提取，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為各色素帶分層明顯， 界限清晰，各色素顏色較深易觀察。

(4)展開劑的選擇:該實(shí)驗(yàn)要求尋找一種有利于色素迅速擴(kuò)散的展開劑。在前人做過的大量實(shí)驗(yàn)中，曾先后用過苯、丙酮和石油醚的混合液、石油醚及石油醚、丙酮、苯的混合液作為展開劑，其中以石油醚、丙酮、苯的混合液作為展開劑時(shí)現(xiàn)象最明顯，并且其配比為20∶2∶1時(shí)層析效果最佳:各色素帶分層明顯，界限清晰，各色素顏色較深易觀察。

3“用粉筆進(jìn)行層析分離”實(shí)驗(yàn)研究

在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意，作為吸附用的支持劑粉筆，必須非常干燥、潔凈、多孔，以保證其具有較強(qiáng)的吸附性能。紅、藍(lán)墨水混合液的配制，一般按紅墨水∶藍(lán)墨水2∶1為妥，這樣展開效果較好，分離明顯，速度快。

點(diǎn)液時(shí)，用大頭針細(xì)心點(diǎn)滴在粉筆上事先畫好的“×”處，其擴(kuò)散范圍要適度，直徑要控制在0.4～0.7 cm之間為好，若直徑過大，則展開后色譜圖可能不夠清晰，影響效果。滴液的量不能太少，一次不夠可重復(fù)點(diǎn)滴數(shù)次，以增加試液的數(shù)量，但也不宜太多，若太多，試液擴(kuò)散直徑會(huì)過大，也將導(dǎo)致色譜圖分離不清，且分離時(shí)間延長(zhǎng)。

上述三例層析實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，均有色素帶分層較明顯，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰，耗時(shí)少，對(duì)環(huán)境更友好，操作上更方便，實(shí)驗(yàn)成功率較高等優(yōu)點(diǎn)。

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