在咖啡滤纸上把叶片色素分开
菠菜看起来是绿的,是因为四种色素叠在一起、被眼睛平均掉了。纸层析大约二十分钟就能把它们拆开,让你看到一直都在的黄与橙。
材料
| 材料 | 用量 | 替代方案 |
|---|---|---|
| 菠菜或新鲜荨麻叶 | 20 克 | 任何深色叶菜;菠菜的叶黄素带最清楚 |
| 70% 异丙醇(医用酒精) | 30 毫升 | 洗甲水,更快但也更刺激 |
| 咖啡滤纸 | 2 张,原色无漂白 | 有层析纸更好;厨房纸巾太蓬松 |
| 带盖玻璃罐 | 1 个,足够放下 12 厘米纸条 | 高身玻璃杯,杯口蒙保鲜膜 |
| 硬币或勺子 | 1 个 | 研杵,用来捣碎叶片 |
| 铅笔和直尺 | 各 1 | 圆珠笔的墨会随溶剂跑开,只能用铅笔 |
操作步骤
把叶子撕进小杯子,加 20 毫升酒精,用勺背捣三分钟。
观察要点: 一分钟内酒精就变成深绿色,叶片碎片褪成苍白纸状。
剪一条 12 厘米长、2 厘米宽的滤纸,在距底端 2 厘米处画一条铅笔线。
观察要点: 不要用墨水笔:墨水自身的色素会跑开并把叶绿素带淹没。
把纸条浸入绿色提取液再晾干,重复八到十次,在铅笔线上积出一个浓黑点。
观察要点: 每次浸渍留下一层薄绿膜;十次之后斑点几乎全黑。
往罐里倒 5 毫米深的酒精,把纸条放进去,使铅笔线高于液面,然后封盖。
观察要点: 溶剂以每秒约 1 毫米的速度往上爬,四分钟内色点就开始向上拖出条纹。
溶剂前沿距顶端 2 厘米时取出纸条,用铅笔标出前沿,晾干。
观察要点: 自上而下出现四条带:黄橙、亮黄、蓝绿和黄绿。
原理
层析按分子在流动相(向上爬的酒精)和固定相(纸纤维里持有的水)之间分配时间的多少来分离它们。易溶于酒精的色素随溶剂上行跑得远;紧抓纸中水的色素则落后。叶绿素 a 是蓝绿带,叶绿素 b 是黄绿带,两者行程居中。胡萝卜素是纯烃类,最易溶于酒精,因此跑得最远,形成顶端的黄橙带。叶黄素带含氧基团,会与纸中的水形成氢键,所以留在靠近起点处。叶片里看起来一模一样的两个色带,其实是极性不同的两种分子。
可以这样理解: 这就像不同泳姿的选手在挂着一根绳子的水里比赛。有人抓住绳子慢下来,有人姿态流线冲到前面。所有人从同一条线出发。
清理与处置
异丙醇易燃,不要大量倒进水槽;罐里那点让它在通风房间自然挥发,或密封后送到家庭化学废品回收点。用过的纸条干透后可以贴进笔记本。杯子和勺子用热肥皂水洗净后再接触食物。
实验台笔记
捣得够不够
失败的纸条大多来自提取液太淡。捣到酒精发深绿、叶片碎片看起来像被漂白,然后静置两分钟让碎屑沉底,只取上清液。
Observed / 实测20 克菠菜加 20 毫升酒精,得到的提取液浓到浸一次就能在晾干后留下可见斑点。
测量这些色带
Observed / 实测比移值(色带行程除以溶剂行程)大约是:胡萝卜素 0.95,叶绿素 a 0.7,叶绿素 b 0.55,叶黄素类 0.3。在厨房台面上复现这四个数字,是真正的定量结果,不是把戏。
为什么纸条必须平铺晾干
Observed / 实测湿的纸条在台面上卷曲,出罐后三十秒内每条带就会糊到邻带上去。
值得一试的变体
- 用一支绿色水彩笔做同样的纸条,比较笔里含有几种染料、叶片里含有几种色素。
- 用秋天的红叶或紫叶,找出位于叶黄素和叶绿素之间的花青素带。
- 把溶剂换成纯水和松香水,比较每条带在两种溶剂里的行进距离。
实验台上常被问到的问题
- 叶片明明是绿的,为什么顶端那条是橙的?
- 胡萝卜素一直都在,只是在活体叶片里,它的橙色被周围多得多的叶绿素压住了。把叶绿素去掉,橙色就露出来;把色素铺到纸上做的正是这件事。
- 为什么斑点必须在液面之上?
- 如果铅笔线浸进溶剂里,色素会被直接洗进罐中,而不会被带着沿纸条上行。溶剂必须从斑点旁边经过,而不是穿过它。
- 能用水代替酒精吗?
- 可以,但色素几乎不溶于水,纸条要跑好几个小时。酒精是叶片色素的标准溶剂,因为胡萝卜素和叶绿素都溶于它。