層析液中的石油醚、丙酮和苯在色素分離過程中的作用

「綠葉中色素的提取與分離」是人教版高中生物第一冊的實驗。該實驗內容包括「色素的提取」和「色素的分離兩個部分」：其中色素分離的原理是：溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。在使用標準層析液（石油醚：丙酮：苯=20：2：1）（以下同）進行分離時色素在濾紙上形成4條明顯的色素帶，其效果如下圖：

濾紙條上形成4條色素帶從上往下分別是：胡蘿蔔素形成的橙黃色色素帶，葉黃素形成的黃色色素帶，葉綠素a形成的藍綠色色素帶和葉綠素b形成的黃綠色色素帶。其中藍綠色的色素帶最寬，橙黃色的色素帶最窄並且離起始線最遠，只有藍綠色和黃綠色的兩條色素帶之間沒有明顯的距離，黃綠色的色素帶離起始線最近。

在一次實驗課上，一位學生使用層析液（石油醚：丙酮：苯=1：1：1）來分離菠菜葉中的色素，分離時間為140秒。其實驗結果如下圖。

從上圖可以看出濾紙上沒有出現4條色素帶。這種現象引起了筆者的注意和思考，進而產生了疑問。

提問：石油醚、丙酮和苯在色素分離過程中分別有什麼功能，又起到了什麼樣的作用呢？

為了解決以上的疑問筆者做出以下假設。

假設：石油醚、丙酮和苯在濾紙上分別能分離綠葉中的一種或一種以上的色素。

根據以上假設設計並且實施了下面的實驗。

實驗：分別用標準層析液（對照組）、石油醚、苯、丙酮等4種液體來分離菠菜葉中的色素。分離時間為140秒。實驗結果如下圖：

現象1：在使用石油醚分離色素的濾紙條上分布著3條色素帶，從上往下其顏色依次為橙黃色、黃色和綠色，其中橙黃色的色素帶與其它色素明顯地分離開來。黃色的色素帶和綠色的色素帶沒有明顯分開，它們大部分還停留在起始線附近。

分析：與對照組相比可以得出：石油醚分離出的橙黃色色素是胡蘿蔔素。從其它色素還分布在起始線附近的現象可以得出：其它色素在石油醚中溶解度很小，石油醚不能將其分離。

結論：層析液中的石油醚功能是分離菠菜葉色素中的胡蘿蔔素。

現象2：在使用苯分離色素的濾紙條上分布著3條色素帶，從上向下其顏色依次為黃色的色素帶、藍綠色的色素帶和黃綠色的色素帶，3條色素帶連在一起。另外在起始線附近還有很少的綠色色素。

分析：與對照組相比可以得出：苯分離出的3條色素帶從上往下依次是類胡蘿蔔素（葉黃素和胡蘿蔔素）、葉綠素a和葉綠素b，但是不能將類胡蘿蔔素中的分離開。從起始線附近還有很少的綠色色素的現象來看，苯對菠菜葉中的4種色素有一定的溶解度。

結論：層析液中的苯功能是分離菠菜葉中色素的類胡蘿蔔素、葉綠素a和葉綠素b。

現象3：在使用苯丙酮分離色素的濾紙條上分布著3條連在一起的色素帶，從上往下其顏色為：黃色、綠色和黃色。3條色素帶離起始線較遠。在起始線處幾乎沒有色素。

分析：與對照組相比可以看出：丙酮不能將菠菜葉中的4種色素較好地分離出來。從3條色素帶連在一起，離起始線較遠和起始線處幾乎沒有色素這些現象可得出：菠菜葉中的4種色素在丙酮中溶解度都很大，並且相差很小。（丙酮可以替換無水酒精來提取綠葉中的色素。）

結論：層析液中的丙酮的功能是溶解濾紙上慮液細線中的4種色素。

推論：從以上分析可知：

a.在標準層析液中分離色素的物質是石油醚和苯。

b.丙酮起到增加色素在標準層析液中的溶解度的作用。

c.苯對色素具有一定的溶解能力。

d.苯在標準層析液中所佔的比例只有1/23。

由以上的條件可以得出以下結論：增加苯在層析液中比例，就可以提高層析液對菠菜葉中色素的溶解度，當層析液中苯的比例達到一定量時就可以省去丙酮。這樣配製出的層析液與標準層析液應具有相似的功能，即把綠葉中的4種色素在濾紙上分離開來。

根據以上推理設計並且實施下面的實驗來進行驗證。

驗證：分別使用標準層析液（對照組）和石油醚與苯比值為20:1、 15:1、 10:1、 5:1、 1:1、 1:5、 1:10、1:15、 1:20的層析液來分離色素，分離時間為140秒。實驗結果如下圖：

現象：從上圖可以看出：使用層析液（石油醚：苯=1:1~1:10）分離色素的濾紙上形成較明顯的4條色素帶，從上往下其顏色依次為橙黃色的色素帶、黃色的色素帶、藍綠色的色素帶和黃綠色的色素帶。

分析：與對照組相比可以得出：使用層析液（石油醚：苯= 1:1~1:10）分離色素的濾紙上出現了預期的效果。增加苯在層析液中比例起到了丙酮在層析液中的作用。

結論：上文對石油醚、丙酮和苯在標準層析液中功能的結論是正確的。

小結：在綠葉中的色素分離的過程中，標準層析液中的苯、石油醚和丙酮功能各異作用互補：第一階段苯、石油醚和丙酮將濾紙上濾液細線中的色素溶解。在這個過程中丙酮起到了主要的作用，彌補苯和石油醚對綠葉中色素的溶解能力不足。第二階段石油醚在濾紙上攜帶著胡蘿蔔素以最快的速度進行擴散，同時苯在濾紙上則攜帶著葉黃素、葉綠素a和葉綠素b等色素以較慢並且不同的速度進行擴散。最後在濾紙上就形成4種色素帶，從上到下色素帶中的色素依次是胡蘿蔔素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。這樣綠葉中的色素就被分離開來了。