高中化學“紙層析法分離混合物”實驗研究

摘要:對蘇教版高中化學《實驗化學》(選修)教材中的“紙層析法分離混合物”的三個實驗進行研究改進，提供實驗教學參考。

關鍵詞:紙層析法;實驗研究

文章編號:1005-6629(2010)03-0012-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼: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，用有機溶劑(即展開劑)作流動相，利用混合物中各組分在固定相和流動相中的溶解性不同(分配系數不同)而達到分離的目的。紙層析法具有原理易懂、操作簡單、分離效能高、所需儀器簡單、應用范圍廣等特點，是比較適合中學生學習的一種物質分離方法。

在蘇教版高中化學《實驗化學》(選修)教材中分別選取了以下幾個關于“紙層析法分離混合物”的實驗:

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”作為基礎課題。該實驗過程包括了準備裝置、點樣、配制展開劑、展開、顯色等紙層析法的基本操作，通過該實驗可以使學生對于紙層析法有較全面的認識。

“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離” 是中學生物教學中的一個傳統實驗，對于學生來說并不陌生，將其作為拓展課題，一方面有助于學生對紙層析法的實用價值有更進一步了解，另一方面也可以讓學生認識到化學分離技術的應用之廣泛，使學生對于化學分離技術有更深刻的體會和認識。

用粉筆作為層析實驗的材料來分離紅藍墨水中的色素，具有一定的趣味性，且原料取材方便，操作簡單，能引起學生的實驗興趣。而且分離結果的好壞與操作方法直接相關，便于學生通過實驗結果對實驗過程進行反思，培養他們的實驗反思能力和事實求是的科學態度。

但由于層析實驗是中學化學教材中新增的實驗，不少教師沒做過。而教材對實驗操作的細節(如怎樣重復畫濾液細線)、材料的選擇(如應選用怎樣的菠萊葉)等方面，都沒作詳盡的介紹。這就使不少教師在剛做該類實驗時常常失敗。筆者對該實驗最佳條件、操作要求等作了如下的研究和改進，僅供同行參考。

1“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”實驗研究

(1)濾紙的準備:以層析專用濾紙為好。若無層析濾紙，也可選取質量均一、平整、紙紋一致的干凈濾紙代替。濾紙按一定規格剪成條狀，且應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。濾紙條的長度以下端能浸入展開劑中約1 cm為宜。

(2)點樣:將試樣溶于水或溶于低沸點的有機溶劑(丙酮、乙醇、氯仿等)配成溶液。在距離濾紙條末端2 cm處用鉛筆畫一個小圓點作為“原點”，用內徑小于1 mm的毛細管吸取樣品溶液，在“原點”處點一直徑為0.3～0.5 mm的斑點。如溶液太稀，一次點樣不夠，則應待溶液揮發后在原處再重復3～5次，每次都點在同—位置上。晾干后備用。也可以多準備2～3張濾紙條進行點樣，晾干后備用。

(3)展開:在試管中加入一定量的展開劑，將點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壁。使濾紙條下端浸入展開劑1 cm，慎勿使滴點的試樣沾濕，塞緊橡膠塞。這時展開劑借助毛細管的作用逐漸向上移動，濾紙上的斑點也逐漸向上移功，因混合物中各組分向上移動的速度不同而被分開。

(4)顯色:有色物質展開后得到不同顏色的色斑，不需要顯色就能看清楚。無色物質展開后，要根據該化合物的特性，采用不同的方法進行顯色。該實驗需要用“氨熏”的方法顯色:展開劑上升至濾紙條上端時，用鑷子取下濾紙條放在盛有濃氨水的試劑瓶瓶口上方進行氨熏，可看到明顯的黃褐色帶在上端，藍綠色帶在下端。當停止氨熏將濾紙放置在表面皿中，會發現很快藍綠色帶變成黃色，主要是因為銅氨離子的量減少了，因此做這個實驗時要及時觀察現象。Fe3+、Cu2+與氨水反應的離子方程式為:

Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓(紅褐色)+3NH4+

Cu2++4NH3·H2O=Cu(NH3)42+(藍色)+4H2O

2“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離”實驗研究

(1)材料的選擇和處理:該實驗所用材料中葉綠體色素含量的高低對實驗效果有很大的影響，因此恰當地選擇綠色植物的葉片是實驗成功的基礎。實驗證明 ，那些葉表蠟質厚或輸導組織發達的葉片，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較高 ，并且便于研磨提取。本實驗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，生長受季節影響較小，取材方便。

新鮮葉片含水量相當高，約70 %。水的存在使葉綠體色素的實際含量降低，還可能稀釋提取溶劑，降低提取效率。因此可將材料進行初步處理:將選擇好的材料去掉葉柄，陰干或風干數小時后使用 。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，促使細胞破裂;加入無水 CaCO3 是為了中和細胞液中的有機酸，防止葉綠素的破壞;而加入NaCl則是為了沉淀膠體，釋放色素。從對比實驗中發現， CaCO3對提取液影響較大，不加CaCO3的提取液放置一段時間以后容易變黃， 而加CaCO3的提取液則無明顯變化。在加CaCO3時， 用量應掌握在每克綠葉用0.2～0.4克粉末為宜。

(2)點樣:用毛細吸管點層析試樣在濾紙上劃細線時，必須等第一次完全干燥后才能劃第二次，重復次數可多一些，濾液細線要齊、細、顏色深，其中齊更重要一些。但是用毛細吸管劃線時間長易損傷紙纖維，也會影響實驗效果。在這里可改進用“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。將準備好的濾紙條在距離其末端約2 cm處對折輕壓，然后用折縫輕蘸一下載玻片上的色素提取液，風干后重復幾次，就可得到一條又細又整齊，而且濃度一致的樣線。

(3)提取液的選擇:一個合適的提取液，不僅要考慮提取效果，而且還要經濟節約、 操作容易、污染程度小。教材中用2 mL丙酮作為提取液，實驗結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，易揮發，若操作不當會造成丙酮大部分揮發，不但藥品損失，而且會污染空氣。

在這里可改進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。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，此時色素基本溶解到酒精中。可取出小燒杯(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。

也可改進為用乙醚:丙酮為2:1(體積比)的混合液作為提取液， 直接進行溶解提取，其實驗現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:該實驗要求尋找一種有利于色素迅速擴散的展開劑。在前人做過的大量實驗中，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現象最明顯，并且其配比為20∶2∶1時層析效果最佳:各色素帶分層明顯，界限清晰，各色素顏色較深易觀察。

3“用粉筆進行層析分離”實驗研究

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

點液時，用大頭針細心點滴在粉筆上事先畫好的“×”處，其擴散范圍要適度，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，一次不夠可重復點滴數次，以增加試液的數量，但也不宜太多，若太多，試液擴散直徑會過大，也將導致色譜圖分離不清，且分離時間延長。

上述三例層析實驗的改進，均有色素帶分層較明顯，實驗現象清晰，耗時少，對環境更友好，操作上更方便，實驗成功率較高等優點。

參考文獻:

[1]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書.實驗化學(選修)[M].南京.江蘇教育出版社.2006.9～12.

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