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滤纸条末端形状对色素带平直度的影响

2019-10-28 17:41:07      点击:

     纸层析法又称纸色谱法,其基本原理为:借助不与水相溶的有机溶剂在滤纸上的扩散,带动其中溶解物质的扩散。人教版高中生物教材必修1中“绿叶中色素的提取和分离”实验就是利用纸层析法进行色素分离的。在层析过程中,当纸条接近层析液面时,其边缘的表面张力较大,使得层析液沿滤纸边缘的扩散明显快于中部区域,从而导致色素带最终出现分离不整齐的现象。目前,各种版本高中生物教材都提到,要将用于层析的滤纸条末端“剪去两个角”,只有这样,才能使滤纸条上的色素扩散得比较均匀,进而获得较平直的色素带。然而,“为什么需要在滤纸条末端剪去两个角”“剪怎样的角”一直是教学中师生感到困惑的问题。因为即使在剪去两个角的情况下,全班范围内获得的色素带仍然普遍存在“明显高低不平”的现象。针对这些问题,笔者进行了实验设计和尝试,试图了解层析纸上色素带的平直程度与滤纸条宽窄、末端形状之间的关系。

1 实验设计思路

     剪裁不同宽度和末端形状的滤纸条,在相同层析条件下观察末端为不同形状(具有不同“边缘长度”)滤纸条上色素带的扩散情况,寻找能让色素带较平直的滤纸条形状和宽度。实验装置如图1所示。


2 实验材料

     不同末端形状的滤纸条,新鲜的莴苣叶,无水酒精,层析液,烧杯等。

     说明:提取和分离色素的试剂及方法均沿用人教版高中教材提供的传统技法,每组层析时间为 3 min。为了保证同一组多个滤纸条能够“同步”浸入层析液,笔者用泡沫板制作了与层析液烧杯口匹配的“滤纸挂盖”,盖上设有均匀分布的狭缝,并借助大头针固定滤纸条。

3 实验操作和现象

3.1 剪裁滤纸条

     根据中学教学实际可知,若滤纸条过窄,则不便于学生划滤液线;若滤纸条过宽,则不利于节约耗材,所以笔者将实验用滤纸条的宽度设定为 1.0 cm,1.5 cm和2.0 cm 3种。

     滤纸条的基础形状是“长方形”,即点样划线一侧不剪角。以此为起点对滤纸末端实施两类有规则的“变形”:一个方向为“减”——两侧对称去除一部分,分别为“剪圆弧形”“剪梯形”(分大梯形和小梯形两种)“剪三角形”。另一个方向为“加”——延长角隅边长(两种)。具体操作方法见表1,滤液线以下各形状滤纸条边缘长度之和见表2。

3.2 点样(划滤液细线)

     在划滤液细线时,笔者采用学生用不锈钢尺,用其蘸取滤液后先在培养皿边缘适当“刮沥”两下,再用其垂直划滤液线。“刮沥”操作能有效地控制划线液体的数量和均匀程度,有效减少以往常见的局部“突发性”扩散(见图2中的 1~2号)。因此,在滤液线位置留下色素的印痕窄且整齐(见图2中的 3~6号)。由于每次划线色素偏少,需要划4~5次[1]。为避免滤液线不整齐对实验的干扰,应事先剔除滤液线“明显高低不平”“过宽”的滤纸条。


3.3 实验现象1

     多次不同形状合并实验表明,1.0 cm组中 3,4,5号滤纸上的色素带分离均较整齐,而与之对应的是随着滤液线以下滤纸条边长之和的变大或变小,色素带向两个方向呈现规律性的越来越不整齐。

3.4 实验现象2

     考虑到 1.0 cm 宽度的滤纸不足以充分显示色素在滤纸中间与两侧速率的差异,笔者就重点研究了 1.5 cm 和 2.0 cm 两种滤纸条。每实验组同时设置4~5条滤纸。实验现象如下。

(1)基础型(长方形)3号滤纸条(图4)。


1.5 cm组色素带扩散效果表现为两侧快于中部。

2.0 cm组的两侧与中部色素带扩散速率的差异很小。

(2)“减小边缘长度”型。

①“半圆形”4号滤纸条层析结果(图5)。

     色素扩散效果均表现为两侧快,中部慢,差异比3 号组大。这可能与剪成圆形边后,两侧扩散速率加快有关。2.0 cm 组的两侧与中部色素扩散速率的差异变大。

②“大梯形”5号滤纸条层析结果(图6)。

     当剪去两角后,两侧色素扩散明显变慢。2.0 cm组最终出现“中部扩散与两侧大致相当”的结果,扩散后的色素带趋于齐整。1.5 cm 组的色素带平直度不够。

     两侧色素扩散速率明显高于中部,色素带平齐度重新下降。2.0 cm 组的两侧与中部色素扩散的差异会变大,整齐度下降。


     随着周长的扩大,底部两侧色素的扩散速度明显慢于中部,这类“变向”显然不利于色素扩散平直。

     将上述各组实验中分离出来的色素带进行“整齐度”归类,结果如表3所示。

4 实验结论

(1)剪去滤纸条两角的确能够有效改变滤纸条两侧与中部层析液扩散的速率。

(2)在2.0 cm宽滤纸条的几种剪裁形状中,只有“不剪两角”或“剪去两个小角”有利于色素带扩散平直。

(3)在1.5 cm宽滤纸条的几种剪裁形状中,没有特别明显的色素带平直效果,只有“减去两个小角”相对好些。

(4)相比之下,1.0 cm组中长方形滤纸条剪裁形状的差异,似乎对获得色素带平直度的效果影响不大。

(5)划滤液线的时候要尽可能整齐,这也是影响滤纸上分离出来的色素带是否平直的重要因素。

     (本文为江苏省教育科学规划领导小组办公室“十三五”重点自筹课题“从体验走向创造的高中生物实验教学研究“阶段性成果。课题编号:D/2018/02/126)

参考文献

[1]陈淑丽“. 绿叶中色素的提取和分离”探究性实验设计[J]实验教学与仪器,2017(2):36~38.

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