一體化綠葉層析裝置

◆內蒙古通遼第五中學 樊志文

《綠葉中色素的提取和分離》實驗是人教版高中生物的重點內容之一。教材實驗中運用研磨法提取色素，用毛細吸管畫濾液細線，用紙層析法分離色素。學生在使用原層析裝置進行層析分離操作時，濾紙條經常脫落或貼壁，濾液線易沒入層析液，分離效果較差。層析液的用量較難控制，且層析液易揮發，對操作者的身體有害。

教材中的實驗層析環節是在試管或燒杯中進行的，存在兩點不足：首先，不能調控實驗節奏，裝置氣密性不佳，層析液具有揮發性和毒性，易逸散，造成環境污染；其次，實驗完成后無法回收和凈化層析殘留液。我改進后的實驗裝置不僅簡化了實驗步驟，讓實驗現象更鮮明，還能逐步增強學生的環保意識。

一、器材準備

鐵架臺及配件、玻璃管、橡皮塞、一次性注射器、一次性輸液器、掛針、注射針、針頭護帽、輸液軟管、流速調節器、瓶塞打孔器、空氣過濾器、大試管、穿孔的軟膠塞、銅線（或按實際情況選用其他金屬線或曲別針）、錐子。

二、設計原理

輸液器上端有一個氣孔與空氣相通，滴瓶內的壓力相當于1 標準大氣壓。液體柱的水壓輸液器的下端連著玻璃管的膠塞，在大氣壓的作用下，大試管內的氣體順著輸液軟管進入滴瓶，當大試管內的壓力大于滴瓶內壓時，滴瓶內的氣體順著輸液軟管進入尾氣處理裝置。注射器與一次性輸液器相連，輸液器的針頭與玻璃管下端的膠塞相連，可以隨時注射層析液，實驗完成后還可回收剩余液體。

三、設計過程

1.如何解決反應可視化、連續化問題

圖1 裝置改進圖

我采用容積為20 mL（50 mL、100 mL 等）的注射器盛放層析液，注射器內的玻璃活塞可控制反應液體的用量。集氣瓶口裝有雙孔橡皮塞，其中一個孔與另一只注射器、輸液管連接，用于吸收玻璃瓶中的層析液氣體，降低大試管內的氣壓，另一個孔裝導氣管，用于排放大試管內的氣體，并用流速調節器控制氣流。

2.如何代替止水夾控制氣流

將大試管底部加工成開口狀，在大試管兩端加裝橡膠活塞，確保大試管底部塞入的橡皮塞層析液不滲漏。由于進入大試管的液體位于該試管底端管口部位，層析液揮發現象是在大試管的表面產生的，所以部分揮發氣體通過連通器原理被吸入輸液器，最后進入廢氣處理容器中。

3.如何避免毒氣在更換濾紙條時外逸

我對儀器所有出口進行了安全處理，防止有毒氣體逸出，簡化實驗裝置和實驗步驟。用酸堿滴定夾法簡化實驗步驟，即在酸堿滴定夾上夾取多支大試管。同時考慮到本實驗中使用的層析液易揮發且有毒的情況，在層析過程中采用“多試管、一注射器、一輸液器、一通風管道”的實驗設計。

四、使用方法

1.拔出塞子，用鉤子勾住畫好濾液線的濾紙，調好高度裝入玻璃管，塞好。

2.握住銅絲頂端緩慢向下按壓，使試管中的濾紙下移，直到濾紙的尖端碰觸到層析液即可，再將軟膠塞孔處的銅絲彎折，即可輕松固定濾紙條的位置，也可以按壓注射器加入適量的層析液。注意動作要輕緩，不要讓層析液沒入濾液線。

圖2 指導學生利用一體化綠葉層析裝置開展實驗

3.待色素層析分離后，先將銅絲上拉，使濾紙向上離開層析液，再拔出塞子，取下濾紙后迅速將試管塞子塞緊。

五、原裝置與改進裝置的對比

1.氣密性

層析液是有一定毒性的有機物，在常溫下易揮發。教材中原有的裝置使用的培養皿氣密性差，有毒氣體易逸出。在葉綠素提取的教學實驗過程中，實驗者難免吸入有毒氣體，有損身體健康。改進后的一體化綠葉層析裝置密封性好，能有效防止有毒氣體逸出，保障師生的安全。

2.實驗成功率

使用原裝置進行實驗時，濾紙條經常脫落或貼壁。一體化綠葉層析裝置改用銅絲懸吊濾紙，固定效果良好，濾紙不易掉落，能有效提高實驗的成功率。

3.層析液用量

原有裝置濾紙掉落易造成層析液污染變色，一次實驗結束后層析液會被廢棄，造成浪費。一體化綠葉層析裝置讓層析液可被重復利用，降低了實驗成本。

圖3 左為實驗裝置改進之前培養皿層析結果，右為一體化綠葉層析裝置的層析結果

六、裝置改進的意義與反思

改進后的一體化綠葉層析裝置結構簡單，大小適中，經濟實用，操作便捷，解決了原有裝置中濾紙掉落造成濾紙條上無色素帶、導致層析液變色等問題。該裝置能連續實現層析過程的可視化，反應可控，裝置集成度高，實驗能在7 分鐘左右完成，適用于課堂演示，實驗效果好，有利于學生學習相關內容。本裝置使用密閉的大容積輸液器，讓毒氣能被充分密封，解決有毒層析液外漏的問題，有利于培養學生的綠色環保意識。

使用改進后的裝置開展實驗教學時，設置實驗消耗的時間過多，實驗設計對教師的綜合素質要求較高，若學生的基礎知識不牢固、不積極思考，往往難以達到預期的教學效果。因此，教師在實驗開展前要做好準備工作。