綠色化學:植物色素分離與鑑定 洪敬明1,*、徐碩志2 無界塾實驗教育機構1 臺北市立中崙高級中學2 *kusoer1017@hotmail.com 簡介 萃取是高中化學所提及的一種混合物分離技術。過去教師在教萃取時常常以「從碘液中萃取碘分子」的實驗為例，跟同學介紹萃取的原理。然而，這個實驗涉及了，的平衡反應，對於高一同學較為困難；加上實驗後產生的有毒碘廢液需要以硫代硫酸鈉()或氫氧化鈉()處理後，方可以大量清水稀釋後排放。 圖1：碘萃取實驗(左)與植物色素分離實驗(右)的成品比較圖 本教案以生活中常見的植物－鴨跖草為主角，透過淺顯易懂的萃取原理，有效分離植物中的葉綠素與花青素，藉由明顯的顏色變化，讓學生可以理解天然色素的組成與分離的技巧。本實驗當中，非極性層內的混合物，主要是葉綠素與葉黃素，可利用色層分析法進行分離；而極性層中的產物主要是花青素，可作為酸鹼指示劑。   圖2：紫竹梅(鴨跖草科)(鄒語騏 攝) 花青素與葉綠素分離實驗的成品非常美麗，可有效吸引學生的目光，提升探究化學的興趣；實驗所需的器材簡易、藥品安全，且容易操作，方便教師準備課程。此主題涵蓋生物與化學，生物可朝植物微觀結構和光合色素功能發展，化學則可討論混合物分離時的交互作用力與動態過程；延伸的建議課程涵蓋了物質與能量、系統與尺度、構造與功能、改變與功能和交互作用等自然領域的跨科概念，可作為跨科課程的主題。本實驗採用天然植物取代有毒的碘化物的使用，實驗後的產物可繼續做為其他實驗使用；極性層的葉綠素與極性層的花青素皆可被陽光自然降解，減少產生廢棄物，符合綠色化學原則。 圖3：鴨跖草下表皮的顯微影像，葉綠體中的葉綠素(左)與液胞中的花青素(右) 教學目標 教師能根據教學需求進行數個教學活動，實驗可連結高中化學中的數個主題(混合物分離、物質鑑定原理、指示劑、極性、理想溶液)，也可以訓練學生進行探究與實作活動時的基本技能(問題拆解、資料查詢、建立實驗表格、排序、實驗操作、邏輯判斷等)。 圖4：學生根據自己所建立的物質互溶表排列各溶劑之極性大小 藥品與器材 一、器材： 7mL樣品瓶、塑膠滴管、濾紙、抽濾設備、3in1驗鈔筆(白光、紫光、紅光雷射)、咖啡攪拌匙。 二、藥品： 水、乙醇(95%)、丙酮、乙酸乙酯、石油醚(可用正己烷或去漬油代替)、檸檬酸(可用固體或1M溶液)、碳酸鈉(可用固體或1M溶液)。 實驗步驟 一、   葉綠素與花青素分離： 1.             取約5平方公分的鴨跖草置於研缽中，加入3毫升的溶劑(酒精或水)後研磨搗爛。 圖5：取鴨跖草加入溶劑後搗爛 2.             組裝濾瓶與抽濾漏斗，用橡皮管連接抽濾瓶與水幫浦，進行減壓抽濾。   圖6：圖左植物色素的減壓過濾，圖右植物殘渣上出現色素分離的現象 3.             以滴管吸取所有濾液，移至7毫升的樣品瓶中。 4.             於樣品瓶中加入3毫升的石油醚後劇烈搖晃。 圖7：加石油醚至2/3滿後充分搖晃即完成萃取 二、  未知物鑑定：如何確定分離出來的物質真的含葉綠素與花青素呢？ (一) 花青素鑑定：酸鹼反應 1.             拿出以水做溶劑的實驗樣品瓶，以滴管吸取樣品瓶下層的濾液，平均分裝置A, B, C三個樣品瓶中；於A樣品瓶中加入一小匙的固體檸檬酸，B樣品瓶加入一小匙的固體碳酸鈉。觀察並比較A, B, C三瓶溶液的顏色的差異。 2.             將A瓶溶液倒入B樣本瓶中，觀察樣本瓶內的變化。 圖8：不同酸鹼性下，水層萃取液的顏色的不同 (二) 葉綠素鑑定：螢光反應 1.             拿出以酒精做溶劑的實驗樣品瓶，以白光LED(可用手機閃光燈代替)或3in1驗鈔筆中的紫光或照射葉綠素層，可於90度處觀察到葉綠素吸收短波長輻射時所放出的紅色螢光。   圖9：以白光LED照射(左)以紫光LED照射(右) […]