高中生物科技實(shí)踐活動(dòng)案例——2,6-二氯靛酚比色法測(cè)定、比較不同水果中維生素C的含量

秦 羽

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高中生物科技實(shí)踐活動(dòng)案例——2,6-二氯靛酚比色法測(cè)定、比較不同水果中維生素C的含量

秦 羽

福州華僑中學(xué)

以比色法測(cè)定、比較不同水果中維生素C的含量，既是學(xué)生課本知識(shí)的延伸和拓展，也與學(xué)生日常生活關(guān)系密切。該課題從實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施、到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析及結(jié)論的產(chǎn)生，都是中學(xué)生物教學(xué)開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的典型案例，對(duì)于提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力都具有積極的意義。該文以案例形式呈現(xiàn)活動(dòng)的過(guò)程與結(jié)果。

比色法 維生素C 研究性學(xué)習(xí)

1 選題依據(jù)

以比色法測(cè)定、比較不同水果中維生素C的含量，作為我校高中生物研究性學(xué)習(xí)的課題，是基于以下幾個(gè)方面的考慮。第一、維生素C是新鮮水果中的重要營(yíng)養(yǎng)素，對(duì)人體的健康至關(guān)重要，了解不同水果中維生素C的含量對(duì)于指導(dǎo)健康合理的飲食具有重要意義。這些知識(shí)既是學(xué)生課本知識(shí)的延伸和拓展，也與學(xué)生日常生活關(guān)系密切，是學(xué)生十分感興趣的課題；第二、測(cè)定水果中維生素C的含量，方法很多，但受制于實(shí)驗(yàn)條件，適于中學(xué)生在傳統(tǒng)中學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的方法很難找到。而隨著近年來(lái)我校創(chuàng)建了數(shù)字化生化探究實(shí)驗(yàn)室后，不僅在實(shí)驗(yàn)設(shè)施上得到保障，而且在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)采集、記錄上具有極大的優(yōu)越性，也使得生物學(xué)科教學(xué)與信息技術(shù)的整合提到一個(gè)新的高度；第三、本課題從材料的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析及結(jié)論的產(chǎn)生，都是開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)的典型案例，不僅開(kāi)拓學(xué)生的學(xué)科視野、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科興趣，還與高中生物新課程實(shí)施中所倡導(dǎo)的提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)、注重于現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系的理念相一致。

2 基本原理及解析

本課題實(shí)驗(yàn)的基本原理：（1）維生素C能還原染料2,6－二氯靛酚，被還原后顏色消失。（2）在沒(méi)有雜質(zhì)干擾時(shí)，一定量的樣品提取液還原標(biāo)準(zhǔn)2.6-二氯靛酚的量與樣品中所含維生素C的量成正比；（3）用定量的 2,6－二氯靛酚染料與試樣中的維生素 C進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，后比色,在一定范圍內(nèi),吸光度與2.6-二氯靛酚被還原的量呈線性相關(guān)；（4）在設(shè)定的波長(zhǎng)內(nèi)（紅光區(qū)）測(cè)定不同樣品的吸光度，根據(jù)不同樣品引起2,6－二氯靛酚被還原褪色所需的用量大小及相應(yīng)的吸光度變化，判斷不同樣品中維生素C的含量。

本實(shí)驗(yàn)原理包含了生物、化學(xué)、物理及簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建的綜合內(nèi)容，須對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定的講解，梳理其中的邏輯關(guān)系。如學(xué)生比較模糊的問(wèn)題是：（1）維生素C即抗壞血酸的還原性；（2）2,6－二氯靛酚染料在該實(shí)驗(yàn)中的作用；（3）吸光度的概念；（4）吸光度與2,6－二氯靛酚染料分子數(shù)的關(guān)系，及進(jìn)而體現(xiàn)與待測(cè)樣品維生素C即抗壞血酸的關(guān)系；從該課題實(shí)施過(guò)程來(lái)看，只要講清了上述基本概念后，高中學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)的基本原理及其中知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性是很容易理解的。

3 準(zhǔn)備階段

3.1 儀器

色度計(jì)、采集器、電腦（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用軟件系統(tǒng)）

3.2 試劑的配置

1）2.6—二氯靛酚溶液：稱(chēng)取碳酸氫鈉52mg，溶于200mL沸水中，然后稱(chēng)取2.6-二氯靛酚50mg，溶解在上述碳酸氫鈉的溶液中，待冷卻，置于冰箱中過(guò)夜，次日過(guò)濾置于250mL量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此液應(yīng)貯于棕色瓶中并冷藏。

2）新榨檸檬、西瓜、西紅柿、柚子、獼猴桃、哈密瓜、楊桃、火龍果、葡萄、雪蓮果等水果果汁。

4 實(shí)驗(yàn)方案的討論

在指導(dǎo)學(xué)生查找資料、分組討論的基礎(chǔ)上，本課題的實(shí)施我們共確定了三種方案。

方案一：即目視比色法，以待測(cè)果汁樣品滴定一定濃度2,6－二氯靛酚，根據(jù)不同樣品引起2,6－二氯靛酚被還原褪色所需的用量大小（滴數(shù)）、判斷不同樣品中維生素C的含量。該方案在實(shí)施過(guò)程中操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，也可作為方案三的預(yù)實(shí)驗(yàn)。

方案二：即目視比色法，以一定濃度的染料分別滴定等量的果汁，2,6－二氯靛酚被樣品中維生素C還原褪色，隨著滴加的2,6－二氯靛酚量增多，維生素C逐漸消耗，比色皿中液體逐漸表現(xiàn)出2,6－二氯靛酚的顏色，根據(jù)不同樣品所滴加2,6－二氯靛酚的用量，判斷不同樣品中維生素C的含量。滴數(shù)多的說(shuō)明對(duì)應(yīng)的果汁維生素C含量高，見(jiàn)表1。

表1 測(cè)定比較不同水果、蔬菜中的Vc含量實(shí)驗(yàn)記錄表

方案三：即光電比色法，以待測(cè)果汁樣品滴定一定濃度2,6－二氯靛酚，測(cè)定吸光值，滴定至各實(shí)驗(yàn)組吸光值降到不變的數(shù)值為止，將吸光度對(duì)滴數(shù)作圖。根據(jù)不同樣品吸光度下降的趨勢(shì)判斷不同樣品中維生素C的含量。與第一套方案目視比色法相比,該方法消除了一些主觀誤差,提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。其具體操作步驟如下：

1）連接色度計(jì)于采集器，并將采集器于電腦相連。打開(kāi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)通用軟件，打開(kāi)新建實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊快速實(shí)驗(yàn)，設(shè)置采集方式為手動(dòng)采集。

2）取2mL 2,6—二氯靛酚溶液于色度計(jì)的比色皿中，放入色度計(jì)中測(cè)量；取出比色皿，向其中加入一滴待測(cè)樣品1，搖勻，放入色度計(jì)測(cè)量；重復(fù)這一步驟直到2,6－二氯靛酚溶液的顏色完全褪去，統(tǒng)計(jì)一共采集了多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

3）點(diǎn)擊圖線編輯器的重疊顯示功能，用同樣的方法，測(cè)定其它待測(cè)樣品2、3、4等，記錄2,6－二氯靛酚溶液完全退色所需要的滴數(shù)及相應(yīng)吸光值的變化，見(jiàn)表2、圖1。

圖1 不同水果中維生素C含量的測(cè)定

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以方案二的結(jié)果來(lái)看，不同水果中的維生素C含量不同。

1）檸檬汁液只需三滴就可將2.6—二氯靛酚溶液退色完全，其它水果汁液使2,6－二氯靛酚溶液退色完全得滴數(shù)不等；由少到多順序依次為：檸檬、獼猴桃、葡萄、柚子、楊桃、西紅柿、（西瓜、雪蓮果、火龍果、哈密瓜），其中，后面四種果汁由于維生素C含量極低，測(cè)得的吸光值在誤差范圍內(nèi)沒(méi)有變化，均為0.7。

2）相對(duì)應(yīng)的不同水果汁液使2,6－二氯靛酚吸光值降低的變化趨勢(shì)不同，由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：實(shí)驗(yàn)的10種水果中維生素C的含量不同，由高到低依次為：檸檬、獼猴桃、葡萄、柚子、楊桃、西紅柿。而西瓜、雪蓮果、火龍果、哈密瓜這四種水果使2,6－二氯靛酚吸光值在誤差許可范圍內(nèi)沒(méi)有任何變化，由此得知這四種水果中維生素C含量極低，在本次試驗(yàn)中受到比色皿體積的限制，無(wú)法將其含量與其他水果進(jìn)行比較。

6 實(shí)驗(yàn)誤差分析

（1）由于中學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件所限，在樣品及試劑采集上，未使用更精確的移液槍取樣；（2）在樣品采集時(shí)，操作步驟上未使用草酸溶液對(duì)Vc進(jìn)行保護(hù)，導(dǎo)致樣品的維生素C受到一定破壞；（3）受制于時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅重復(fù)兩次實(shí)驗(yàn)取平均值，未做多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 水果、蔬菜維生素C含量測(cè)定法(2，6—二氯靛酚滴定液）[S]. GB 6195-86.