实验十二菠菜叶中叶绿素的提取和分离（07-05-26）
一实验目的
1．掌握从菠菜叶中提取叶绿素的方法；
2．了解薄层层析的原理，掌握薄层层析的一般操作和定性鉴定方法
二实验原理
1．叶绿素提取
高等植物体内的叶绿体色素有叶绿素和类胡萝卜素两类，主要包括叶绿素a (C55H72O5N4Mg)、叶绿素b(C55H70O6N4Mg)、β—胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)等4种。叶绿素a和叶绿素b为吡咯衍生物与金属镁的配合物，胡萝卜素是一种橙色天然色素，属于四萜类，为一长链共轭多烯，有α、β、γ三种异构体，其中，β异构体含量最多。叶黄素为一种黄色色素，与叶绿素同存在于植物体中，是胡萝卜素的羟基衍生物，较易溶于乙醇，在乙醚中溶解度较小。根据它们的化学特性，可将它们从植物叶片中提取出来，并通过萃取、沉淀和色谱方法将它们分离开来。
2．薄层色谱
薄层层析是快速分离和定性分析微量物质的一种极为重要的实验技术，具有设备简单、操作方便而快速的特点。它是将固定相支持物均匀地铺在玻片上制成薄层板，将样品溶液点加在起点处，置于层析容器中用合适的溶剂展开而达到分离的目的。用此法分离时几乎不受温度的影响，可采用腐蚀性显色剂，而且可在高温下显色，特别适用于挥发性小或在较高温度下易发生反应的物质，同时也常用来跟踪有机反应或监测有机反应完成的程度。
薄层层析按分离机制不同可分为吸附层析、分配层析、离子交换层析等，最常用的为吸附薄层层析，在此主要讨论。吸附层析中样品在薄层板上经过连续、反复的被吸附刑吸附及展开剂解吸附过程，由于不同的物质被吸附剂吸附的能力及被展开剂解吸附的能力不同，放在薄层上以不同速度移动而得以分离。通常用比移值(Rf)表示物质移动的相对距离：
物质的比移值随化合物的结构、吸附剂、展开剂等不同而异，但在一定条件下每一种化合物的比移值都为一个特定的数值。故在相同条件下分别测定已知和未知化合物的比移值．再进行对照，即可对未知化合物鉴别。
薄层层析的器材选择：
（
1）基板：玻璃、塑料、金属箔，常用玻璃板。
（2）吸附剂：
吸附剂要有合适的吸附力，并且必须与展开剂和被吸附物质均不起化学反应。可用作吸附剂的物质很多，常用的有硅胶和氧化铝，由于吸附性好，适用于各类化合物的分离，应用最广。选择吸附剂时主要根据样品的溶解度、酸碱性及极性。氧化铝一般是微碱性吸附剂，适用于碱性物质及中性物质的分离；而硅胶是微酸性吸附剂，适用于酸性物质及中性物质的分离。以下简单介绍吸附剂的几个基本参数。
种类：常用：氧化铝（强极性）、硅胶（中强极性）
不常用：硅藻土、纤维素、糖类、活性碳
符号：H——无任何添加剂；G——加有锻石膏（Gypsum，CaSO4·1/2 H2O）粘合剂；
F——加有荧光素（Fluorescein）
CMC——加有羧甲基纤维素钠（Carboxymethyl cellulose）
例：硅胶GF254表示硅胶中既加有煅石膏粘合剂，也加有荧光素，可以在波长254nm的紫外光下激发出荧光
粒度：
目：1cm2内的筛孔数，数目越大，颗粒越小。薄层所用吸附剂颗粒较细，氧化铝为200目，硅胶为100~150目。
μ：颗粒的平均直径，以微米表示。例如：40μ的颗粒与100目相当。
活性：
吸附剂按其含水量的多少各分为五个等级：I级含水量最少，活性最高；V级含水量最多，活性最低；但并不是活性越高分离效果越好，选用哪种活性级别的吸附剂，要用实验的方法来确定。
酸碱性：
市售氧化铝有酸性（用以分离酸性化合物）、中性、碱性（用以分离生物碱等碱性化合物），其蒸馏水洗出液的pH值分别为4、7.5、9—10；其中以中性氧化铝应用最广，可用来分离各种化合物，特别是那些对酸、碱敏感的化合物。
硅胶没有酸碱性之分。
（3）展开剂
在样品组分-吸附剂-展开剂三个因素中。对一确定组分，样品的结构和性质可看作是一不变因素，吸附剂和展开剂是可变因素。而吸附剂的种类有限，因此选择合适的展开剂就成为解决问题的关键。展开剂的选择有以下要求:
（a）对待测组分有很好的溶解度。
（b）能使待测组分与杂质分开，与基线分离。
（c）使展开后的组分斑点圆而集中，不应有拖尾现象。
（d）使待测组分的Rf值最好在0.4~0.5，如样品中待测组分较多，Rf值则可在0.25~0.75范圈内，组分间的Rf值最好相差0.1左右。由于薄层色谱法用途非常广泛，国内外均有现成的铺有吸附剂的薄层板出售。一般实验室中也可自己制备。
(e)不与组分发生化学反应，或在某些吸附剂存在下发生聚合。
(f)具有适中的沸点和较低的粘滞度。
展开剂的极性是指与样品组分相互作用时。展开剂分子与吸附剂分子的色散作用、偶极作用、氢键作用及介电作用的总和。展开剂要根据样品的极性及溶解度，吸附剂活性等因素进行选择，总的原则是展开剂的极性能使组分的Rf值在0.5左右。常用溶剂极性次序是：石油醚<环己烷<苯<乙醚<氯仿<乙酸丁酯<正丁醇<丙酮<乙醇<甲醇。
如一种溶剂不能充分展开，可选用二元或多元溶剂系统。
4．展开槽与展开：
薄层的展开在密闭的容器即展开槽或称为层析缸中进行。
展开：
合适的展开剂用量为浸及下端硅胶，但不浸及样点；点样端向下，每次只展开一块，放在正中，以免爬斜（进而展开倾斜）。
5．显色：
如果化合物本身有颜色，就可直接观察它的斑点。如果本身无色，可先在紫外灯光下观察有无荧光斑点（有苯环的物质都有），用铅笔在薄层板上划出斑点的位置；对于在紫外灯光下不显色的，可放在含少量碘蒸气的容器中显色来检查色点（因为许多化合物都能和碘成黄棕色斑点），显色后，立即用铅笔标出斑点的位置。常用
普适性显色剂：浓硫酸、碘蒸气、荧光素，专用显色剂：茚三酮、三氯化铁溶液等。
三、实验仪器与药品
仪器：半微量玻璃仪器一箱，小烧杯，层析缸(槽)，载玻片(100mm×25mm)干燥器，电吹风，毛细管，移液管，研钵，布氏漏斗，抽滤装置。
试剂：硅胶，1％ CMC，石油醚（60~90℃），乙醇，丙酮，乙醚，饱和NaCl溶液，无水Na2SO4
四、实验步骤
1．制板：
将硅胶加 1％ CMC，调成桨状(硅胶：CMC=1:3~4)（在平铺玻璃板上能晃动但不能流动），将其涂在载玻片上（100mm×25mm）），为使其坦平，可将载玻片用手端平晃动，至平坦为止，放在干净平坦的台面上，晾干之后放入105℃烘箱活化1小时，取出放入干燥器内待用。
2、叶绿素的提取
在研钵中放入几片(约5g)菠菜叶(新鲜的或冷冻的都可以．如果是冷冻的，解冻后包在纸中轻压吸左水分)。加人10mL2:1石油醚和乙醇混合液，适当研磨。将提取液用滴管转移至分液漏斗中，加人10 mL饱和NaCl溶液(防止生成乳浊液)除去水溶性物质，分去H2O层，再用蒸馏水洗涤两次。将有机层转入干燥的小锥形瓶中，加2g入无水Na2SO4干燥。干燥后的液体倾至另—锥形瓶中(如溶液颜色太浅，可在通风柜中适当蒸发浓缩)。
3、点样
用一根内径 1mm的毛细管，吸取适量提取液，轻轻地点在距薄板一端1.5cm处，平行点两点，两点相距1cm左右。若一次点样不够，可待样品溶剂挥发后．再在原处点第二次，但点样斑点直径不得越过2mm。
4、展开
先在层析缸中放入展开剂[石油醚（60~90℃）-丙酮—乙醚(体积比为3:1:1)]，加盖使缸内蒸气饱10min， 再将薄层板斜靠于层析缸内壁。点样端接触展开剂但样点不能浸没于展开剂中，密闭层祈缸。待展开剂上升到距薄层板另一端约1crm时，取出平放，用铅笔或小针划前沿线位置，晾干或用电吹风吹干薄层。
五、实验注意事项
1．制板时用注意使板上硅胶厚度尽量一致。
2．植物叶片不要研成糊状，否则会给分离造成困难
六、实验思考题
1、在混合物薄层色谱中，如何判定各组分在薄层上的位置？
2、展开剂的高度若超过了点样线，对薄层色谱有何影响？
附：菠菜中叶绿素的TLC(展开剂：石油醚：丙酮=2：1)
第二篇：菠菜中色素的提取 叶绿素
菠菜中叶绿体色素的提取、分离及鉴定
一实验目的
1 通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯原理和方法
2 了解薄层色谱的基本原理，掌握薄层色谱和柱层谱的基本操作
3 熟悉紫外光谱、荧光光谱在化合物分析鉴定中的应用
二实验原理
菠菜的叶片中含有叶绿素（包括叶绿素a和叶绿素b）、叶黄素及胡萝卜素等天然色素。
叶绿素是绿色植物的主要色素，分子由脱镁叶绿素母环、叶绿酸、叶绿醇、甲醇、二价镁离子等部分构成。高等植物中有两种叶绿素即叶绿素a和叶绿素b共存，它们的含量约3：1，叶绿素a为一蓝黑色固体粉末，在乙醇溶液中为蓝绿色，并有深红色荧光，而叶绿素b为暗绿色固体粉末，其乙醇溶液为黄绿色，并有红色荧光。叶绿素不溶于水，易溶于有机溶剂，常可用极性有机溶剂（例如丙酮、乙醇、乙酸乙酯等）从植物匀浆中提取它。叶绿素存在于植物细胞的叶绿体中，与类胡萝卜素、类脂物质及脂蛋白复合在一起，分布在叶绿体内的蝶形体的片层膜上。叶绿素a和叶绿素b及衍生物在600~700mm（红光）和400~500mm（蓝光）有尖锐的吸收峰，可借助这一特性来鉴定它们。游离叶绿素很不稳定，对光和热都较敏感。
叶绿素机构
胡萝卜素是一种橙色的天然色素，属于四萜，为一长链共轭多烯，有α、β、γ三种异构体，，其中β异构体最多。在植物组织中，它们可能以固态微粒或者以与蛋白质、脂质、或者糖类复合的形式存在，特别是在有色体中存在。其为典型的脂溶性色素，易溶于石油醚，、乙醚而难溶于乙醇。如遇氧化条件，易受氧化和光化学氧化形成加氧产物或者进一步分解为更小的分子，在受强热时可分解为多种挥发性小分子化合物。
叶黄素是一种黄色色素，与叶绿素同存在与植物体内，是胡萝卜素的羟基衍生物，较易溶于乙醇，在石油醚中溶解度较小。
色素所呈现的颜色和在叶绿体中的含量见下表：
高等植物体内叶绿体色素的种类、颜色及含量比例
色谱法的基本原理是利用混合物中各组分在某一物质中的吸附或溶解性能的不同，或和其它亲和作用性能的差异，使混合物的溶液流经该种物质，进行反复的吸附或分配等作用，从而将各组份分开。
薄层层析是一种微量、快速和简便的色谱方法。由于各种化合物的极性不同，吸附能力不相同，在展开剂上移动，进行不同程度的解析，根据原点至斑点中心及展开剂前沿的距离，计算比移值（Ｒf）：
化合物的吸附能力与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因此Rf值较小。在给定的条件下（吸附剂、展开剂、板层厚度等），化合物移动的距离和展开剂移动的距离之比是一定的，即Rf值是化合物的物理常数，其大小只与化合物本身的结构有关，因此可以根据Rf值鉴别化合物。
吸附柱层析法是分离、纯化和鉴定有机物的重要方法。它是根据混合物中各组分的分子结构和性质（极性）来选择合适的吸附剂和洗脱剂，从而利用吸附剂对各组分吸附能力的不同及各组分在洗脱剂中的溶解性能不同达到分离目的。吸附柱层析法通常是在玻璃层析柱中装入表面积很大、经过活化的多孔性或粉状固体吸附剂（常用的吸附剂 有氧化铝、硅胶等）。当混合物溶液流过吸附柱时，各组分同时被吸附在柱的上端，然后从柱顶不断加入溶剂（洗脱剂）洗脱。由于不同化合物吸附能力不同，从而随着溶剂下移的速度不同，于是混合物中各组分按吸附剂对它们所吸附的强弱顺序在柱中自上而下形成了若干色带。
在洗脱过程中，柱中连续不断地发生吸附和溶解的交替现象。被吸附的组分被溶解吸出来，随着溶剂向下移动，又遇到新的吸附剂颗粒，把组分从溶液中吸附出来，而继续流下的新溶剂又使组分溶解而向下移动，这样经过适当时间移动后，各种组分就可以完全分开，继续用溶剂洗脱，吸附能力最弱的组分随溶剂首先流出，再继续加溶剂直至各组分依次全部由柱中洗出为止，分别收集各组分。
三主要试剂与仪器
仪器:研钵1个、电热套1台、100mL圆底烧瓶1个、125mL分液漏斗1个、直形冷凝管1个、层析柱1个、50mL烧杯2个、铁架台1个、7.5cm×2.5cm载玻片4个、滴管、锥形瓶4个、500mL大烧杯1个、烘箱、点样毛细管、直尺、层析缸、铁架台、玻璃棒、漏斗、紫外分光光度计
试剂：层析中性氧化铝（100目）、硅胶G、95%乙醇、石油醚（60-90℃）、丙酮、0.5%CMC水溶液、无水硫钠、石英砂、饱和的NaCl溶液、乙醚、脱脂棉、滤纸、丁醇、叶绿素a标样、叶绿素b标样、叶黄素标样
四实验步骤
1 叶绿素色素的提取
在研钵中放入5g新鲜的清洗剪碎的菠菜叶片,加入约20ml的乙醇和1.0g石英砂适当研磨,然后用脱脂棉过滤，滤渣用10mL乙醇再提取一次，合并两次滤液。滤液置于125mL分液漏斗中.向分液漏斗中加入20mL石油醚萃取，同时加入10mL饱和NaCl溶液(防止乳化)，适当振摇后静置分层，弃去水层。石油醚层再用蒸馏水洗涤两次.将有机层转入干燥的小锥形瓶中,加2 g无水硫酸钠干燥,干燥后的液体过滤至另一锥形瓶中。
2 薄层层析分离
取四块载玻片（7.5cm×2.5cm），洗净后用蒸馏水淋洗，再用少量的乙醇淋洗，晾干备用。
（1）铺板 在小烧杯中，放置适量硅胶G，逐渐加入0.5%羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液6~7mL，调成均匀的糊状，其稀稠为在振动下可流动，倒在洁净的载玻片上，用食指和拇指拿住玻璃板，前后左右振摇、摆动，并不时转动方向，制成薄厚均匀、表面光洁平整、无气泡的薄层板，厚度为0.25~1.0mm。铺层后的薄板在室温下自然晾干0.5h后，置于105~110℃的烘箱中活化30~60min。
（2）点样 取活化过的硅胶薄板，分别在一端1.5cm处用铅笔轻轻画一横线作为起始线，在距点样线5cm处画一道前沿线。用内径约1mm的毛细管插入样品溶液中，在一块板上的起点线上点两个点。样点间距1~1.5cm。样点直径不超过2mm。点样完毕使斑点干燥即可展层。如果一次点样不够，可以待样品挥发后重复地那样。
（3）展层 薄层色谱可在层析缸中进行，在层析缸中加入10mL石油醚—丙酮—乙醚（3：1：1）；将薄板点样端向下放入缸内，使薄层板的底边平行接触展开剂，盖好缸盖，进行展开，当展开剂到达前沿线时，取出薄板层，置通风处晾干。计算个斑点的Rf值。
根据公式：
3 柱色谱法分离植物色素
（1）装柱 取一洗净的、干燥的层析柱，垂直固定在铁架台上，关闭柱下面的活塞，在柱内加入约3/4高的石油醚。另取少量脱脂棉，经石油醚洗涤后放入柱底（要赶净气泡）,用长玻璃棒压平，再盖上一片比柱内径略小的圆形滤纸。称取一定量的氧化铝，通过一干燥的漏斗，连续而缓慢的加入柱中。同时将柱下端的活塞打开，使石油醚以每秒1滴的速度流出，并用木棒轻轻敲打柱身各部，使氧化铝装填的均匀而紧密，最后在氧化铝上面再加1cm高的无水硫酸钠。继续放出石油醚，直到距柱表面仅1-2mm高，无论如何不能使液面低于柱表面。
（2）上样 取处理好的提取液2cm3,用长滴管沿柱壁小心的柱顶部。加完后，稍稍打开活塞，使液面下降至柱表面约1mm处，关闭活塞，用少量石油醚冲洗柱壁，使液面下降至原高度。重复两次该操作，使色素全部进入柱内。
（3）洗脱 在柱顶装一滴液漏斗（或分液漏斗），待色素全部进入柱体后,在柱顶小心加1.5 cm高度的洗脱剂石油醚,然后在层析柱上面装一滴液漏斗,内装15 mL洗脱剂,打开上下两个活塞,让洗脱剂逐滴放出,层析即开始进行,用锥型瓶收集.当第一个有色圈(橙黄色)将滴出时,取另一锥形瓶收集,它就是胡萝卜素,约用洗脱剂10 mL.用1:1(体积比)石油醚—丙酮作洗脱剂,绿色圈下端呈黄色,再加10mL洗脱剂洗脱,颜色分层更明显,但速度很慢,总共用去洗脱剂约10mL.分出第二个黄色带,它是叶黄素.再用乙醇作洗脱剂,洗脱叶绿素,速度很快,用洗脱剂约10mL.将各组分分别收集到试管中，用黑纸包好，低温保存。
五、色素的分析
1、色素的紫外光谱测定
将柱层析所得个色素组分进行紫外可见光谱分析，扫描波长为400-700nm，将扫描谱图与标准图谱进行对照。
2、荧光激发和发射光谱的测定
（1）叶绿素a采用428nm为激发波长，在600-800nm范围内扫描其荧光发射光谱；采用667nm为发射波长，在350-600nm范围内扫描荧光范围内其荧光激发光谱。
（2）叶绿素b采用457nm为激发波长，在600-800nm范围内扫描其荧光发射光谱；采用650nm为发射光谱，在350-600nm范围内扫描其荧光激发光谱。