Исследовательская работа по теме "Секреты хроматографии"

Секреты хроматографии

физика

Автор: Лапшина Татьяна Сергеевна,

8 класс, ГБОУ СОШ №5 «Образовательный центр «Лидер»

г.о. Кинель Самарская область

Научный руководитель: Гуськова Елена Михайловна

ГБОУ СОШ №5 «Образовательный центр «Лидер»

г.о. Кинель Самарская область

учитель физики

Введение.

С приходом осени, гуляя по лесу или парку, я восхищаюсь – какая красота, как раскрашивает природа листья деревьев. Ведь это настоящее чудо: зеленые листья превращаются в красные, желтые, багряные. Но у этого чуда есть научное объяснение: на уроках биологии нам объяснили, что хлорофилл, содержащийся в листьях, обеспечивает листве зеленый цвет весной и летом. С первыми холодами, производство важного вещества останавливается. И оказывается, хлорофилл легко можно выделить из зеленых листьев.

Цель исследования – выявить способы  выделения хлорофилла из зеленых листьев.

Задачи:

1. Изучить имеющуюся литературу по данной теме.

2. Провести опыты по выделению хлорофилла из листьев.

Объект исследования – зеленый пигмент листьев-хлорофилл.

Предмет исследования – способность хлорофилла растворяться в разных растворителях.

Методы исследования – наблюдение,анкетирование.

Гипотезы:

1. Хлорофилл возможно выделить из листьев в домашних условиях.

2. Хлорофилл хорошо растворяется в спиртах, жирах. Хлорофилл не растворяется в воде.

Практическое значение работы:в процессе работы был выделен хлорофилл из зеленых листьев,получены знания о методах исследования в естествознании.

Основная часть.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Природные пигменты или почему листья зеленые.

Пигменты- окрашенные вещества тканей организмов, участвующие

в их жизнедеятельности. Обусловливают окраску организмов; у растений участвуют в фотосинтезе (хлорофиллы, каротиноиды), у животных - в тканевом дыхании (гемоглобины), в зрительных процессах (зрительный пурпур), защищают организм от вредного действия ультрафиолетовых лучей (у растений - каротиноиды, флавоноиды, у животных - главным образом меланины).

Хлорофилл - это зелёный пигмент растений, играющий ключевую роль в процессе фотосинтеза, жизненно важен для существования растений. По своему строению и структуре хлорофилл сходен с гемоглобином. Хорошо растворяется в жирах, спиртах. Именно наличие в листьях хлорофилла и объясняет зеленый цвет растений.[1] Сегодня в магазине и аптеках легко можно купить не только природный хлорофилл, но и синтетический. Наиболее активно хлорофиллы используются для окрашивания продуктов питания и для производства лекарственных средств. Впервые хлорофилл выделелил из листьев и изучал методом хроматографии русский ученый _Михаил Семенович Цвет.

1.2. История возникновения хроматографии.

Михаил Семенович Цвет- основоположник хроматографии, ботаник-физиолог и биохимик растений. Исследовал пигменты листьев растений,

получил в чистом виде хлорофилл.

Открытие Цвета получило широкое применение и признание с начала 1930-ых годов при разделении и идентификации различных пигментов, витаминов, ферментов, гормонов и других органических и неорганических соединений и послужило основой для создания ряда новых направлений 

аналитической химии (газовая хроматография, жидкостная хроматография, тонкослойная хроматография).

Слово «хроматография» образовано из двух греческих корней: «хроматос» — цвет, окраска и «графия» — запись.
 Цвет был первым, кому удалось установить, что существуют только две модификации (видоизменения) хлорофилла: хлорофилл А и хлорофилл В. Произошло это в 1903 году. До этого в науке считалось, что в каждом растении содержится свой вид хлорофилла: березовый, лишайниковый, фиалковый и т. д. Цвет сузил поиск хлорофиллов до двух форм. И сделал он это с помощью изобретенного им самим метода.[2, с.42]Этот метод был принципиально нов, прост и сложен одновременно. Что же лежит в основе этого метода?

Раствор вытяжки из листьев соприкасается с порошком мела и обесцвечивается, окрашивая мел. На поверхности частиц сорбента осаждаются все соединения, входящие в состав смеси. Они могут переходить обратно в раствор и снова сорбироваться на поверхности порошка мела. Процессы осаждения — растворения (сорбции — десорбции) за время движения «колечка» в колонне происходят многократно. Между раствором (в бензоле, как, например, у Цвета) и мелом устанавливается наконец равновесие: на поверхности частиц оказывается львиная доля молекул растворенного вещества, а в растворе их почти не остается.

Тайну хроматографии раскрывают именно те немногие молекулы, которые увлекаются вниз по трубке вместе с потоком растворителя. По пути они медленно вновь осаждаются на другие частицы мела, а вместо них в раствор переходят новые молекулы. Поток растворителя непрерывно поступает сверху в трубку. В верхней части постепенно становится все меньше сорбированных веществ, а в нижней — все больше.
 Весь фокус в том, что молекулы с разным строением или составом по-разному сорбируются на поверхности сорбента. Одни из них сильнее прикрепляются к мелу, другие — слабее. Одни дольше находятся в растворе и меньше в связанном состоянии, а другие — наоборот. Те молекулы, которые дольше задерживаются в растворе, склонны быстрее опускаться вниз по колонке. Постепенно окрашенная смесь разных веществ разделяется на составные части. Каждое вещество сосредоточивается в своем слое. Если колонка (трубка) достаточной длины, то компоненты смеси довольно далеко отходят друг от друга. Каждое цветное кольцо соответствует определенному компоненту. А их расположение относительно друг друга образует хроматограмму, исследуя которую химики-аналитики могут определить состав вещества. А такая вертикальная хроматография получила устойчивый эпитет-«колоночная».
 С помощью колоночной хроматографии можно не только определять качественный состав смеси веществ, но и разделять ее на компоненты, по очереди вымывая «колечки» растворителем в отдельную посуду. Метод пригоден также для сверхтонкой очистки веществ. [3,с. 38]

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Проведение соцопроса.

Проведен соцопрос в 7Г классе. Было опрошено 10 человек.

Вопросы, которые предлагали:

1) Почему листья зеленые?

2) Возможно ли получить хлорофилл в домашних условиях?

На первый вопрос все 10 человек ответили верно. Листья зеленые из-за того, что в них есть краситель- хлорофилл.На второй вопрос все опрашиваемые ответили отрицательно.

2.2.Выделение пигмента хлорофилла из зеленых листьев.

Провели серию экспериментов.

1. Выделение пигмента хлорофилла из зеленых листьев.

2. Определение  наличия хлорофилла в уже пожелтевших листьях.

3. Разделение  хлорофилла различными растворителями.

Оборудование: этиловый спирт, вода пресная, изопропиловый спирт, крахмал, мел, пипетки, бумага фильтровальная, трубка прозрачная, емкости с герметичными крышками.

Для проведения эксперимента  собрали  листья с одного дерева- сливы, растущей в нашем саду: зеленые и желтые.

Листья измельчила и поместила в емкости, залила изопропиловым спиртом, оставила для наблюдений.

В емкости с зеленымилистьями раствор практически сразу окрасился в зеленый цвет.В емкости с пожелтевшими листьями раствор окрасился в коричневатый цвет.

Вывод: выделили хлорофилл из зеленых листьев, в пожелтевших листьях хлорофилл практически отсутствует.

После этого взяли  лист фильтровальной бумаги и нанесли капельку зеленого раствора.Сначала капали  в центр зеленой капли изопропиловый спирт.

Наблюдалось следующее: зеленое пятно постепенно размывалось, становилось больше и на нем стали четко видны два кольца: желтовато зеленое и серозеленое (Приложение 1).

Вывод: зеленый пигмент разделился на две разновидности хлорофилла.

Метод, который применили для разделения хлорофилла называется бумажной хроматографией. Для того чтобы проверить, растворяется ли хлорофилл в воде, попробовали другой вариант хроматографии.

Вырезали тонкие полоски фильтровальной бумаги, нанесли на них линию старта. Капнули на линию старта раствор хлорофилла и поместили бумажные полоски в высокие емкости с водой и водкой(спирт в воде). Вода и спирт начали подниматься  вверх по бумаге. В емкости с водой хлорофилл размылся,но остался на линии старта. В емкости спирта зеленый пигмент поднялся от линии старта вместе с растворителем- спиртом. (Приложение 2).

Вывод: зеленый пигмент хлорофилл растворяется в спирте, не растворяется в воде.

В следующем опыте решили  повторить опыт Цвета и разделить хлорофилл в колонке-колоночная хроматография.

В качестве колонки использовали прозрачные пипетки.

Одну заполнили  мелом, а другую-  крахмалом (Приложение 3).

Сверху на поверхность мела и крахмала пипеткой нанесли капельки спиртового раствора хлорофилла.Потом начали капать изопропиловым спиртом.

Постепенно кольцо хлорофилла начало двигаться вниз с растворителем, разделяясь.Особенно четкое разделение произошло в колонке с крахмалом.На меле разделение было менее заметным, возможно из-за того, что мел был более плотно набит в колонку, что мешало быстрому продвижению раствора хлорофилла. Таким образом,  удалось частично воспроизвести опыт Цвета по разделению хлорофилла.

2.3 Разделение черного красителя (фломастер).

На две полоски фильтровальной бумаги  нанесли линию старта и поставили черным фломастером точки. Поместили в воду и  спирт (аналогично предыдущему опыту с хлорофиллом). Наблюдали  разделение  на разные цвета. Причем, в  воде интенсивней (Приложение 4). Действительно, фломастер оказался на водной основе, т.е. краситель легко растворялся в воде.Нарисовали круги фломастером на фильтровальной бумаге и накапали водой и водкой- черный цвет разделился на множество красок.

Вывод: хроматография основывается на способности веществ по-разному растворяться в разных растворителях.

Заключение.

Работа посвящена  выделению хлорофилла из зеленых листьев

экспериментальными способами. В процессе проведения опытов  удалосьвыделить иззеленых листьев хлорофилл. Впожелтевших листьях хлорофилл практически отсутствует.Применили методисследования – хроматография, с помощью которого проводили опыт М.С. Цвета по разделению хлорофилла методом бумажной и колоночной хроматографии. Убедились  в том, что  хроматография основывается на способности веществ по- разному растворятся в разных растворителях. 

Список  литературы

1.Пигменты [Электронный ресурс]: Википедия. Свободная энциклопедия. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ пигменты  (дата обращения: 17.11.2019 г.)

2. О.Ольгин. Чудеса на выбор.М.:Детская литература,1986, 127с.

3.П. Лемени-Македон. Суперэксперименты. М.: Эксмо, 2012, 96с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Разделения хлорофилла на фильтровальной бумаге.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Растворение хлорофилла водой и спиртом.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Разделение хлорофилла на колонке (крахмал).

Результат эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Разделение черного красителя фломастера водой и спиртом.

Краткое описание документа:

С приходом осени, гуляя по лесу или парку, я восхищаюсь – какая красота, как раскрашивает природа листья деревьев. Ведь это настоящее чудо: зеленые листья превращаются в красные, желтые, багряные. Но у этого чуда есть научное объяснение: на уроках биологии нам объяснили, что хлорофилл, содержащийся в листьях, обеспечивает листве зеленый цвет весной и летом. С первыми холодами, производство важного вещества останавливается. И оказывается, хлорофилл легко можно выделить из зеленых листьев.