菠菜色素的提取与分离论文

PAGEPAGE2有机化学实验论文菠菜色素的提取与分离姓名：滕林指导老师：李红樱班级：11化学班学号：201124101102菠菜色素的提取与分离摘要：利用石油醚和乙醇的混合溶剂浸泡磨碎的菠菜叶,提取其中的色素成分,再用抽滤的方法排出色素,再通过色层分析法进行分离.该实验用了薄层层析与硅胶柱层析,分离后对得到的6种色素进行了定量研究。除此之外，再对胡萝卜素进行了提取。关键词：菠菜色素薄层色谱柱色谱胡萝卜素前言绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg)，其差别仅是a中一个甲基被b中的甲酰基所取代。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（C40H56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即a-,β-和γ-胡萝卜素，其中β-异构体含量最多，也最重要。在生物体内，β-体受酶催化氧化即形成维生素A。目前β-胡萝卜素已可进行工业生产，可作为维生素A使用，也可作为食品工业中的色素。叶黄素（C40H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。发展至今，天然色素的提取方法常见的有有机溶剂提取法、碱液提取法、超临界提取法、超声波提取、微波萃取法、酶法、空气爆破法等几种方法。本次实验用到的方法是有机溶剂提取法。天然色素的分离方法有溶液分离法、膜分离法、柱层析法、薄层色谱法、高效液相色谱法、高速逆流色谱法、离心液相色谱法等几种方法。溶液分离法最常用的方法是利用混合物中各组分在溶液中的溶解度不同而达到分离的方法.如利用色素在不同极性溶剂中的分配系数不同而进行分离。本实验也将用到此方法，同时还用到了柱层析法、薄层色谱法两种方法。1实验部分1.1实验原理1.1.1菠菜色素的成分及提取绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素(绿)、胡萝卜素(橙)和叶黄素(黄)等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg)，其差别仅是叶绿素a中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素b。叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（C40H56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素（C40H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。在薄层层析时，上述化合物的展开速度不同；在柱层析时，流出速度有差异，可被极性不同的溶剂洗脱。1.1.2柱色谱菠菜色素在水中的溶解度较小,而在有机溶剂中的溶解度较大。用合适的溶剂，把菠菜中的色素萃取出来，本实验采用薄层层析和干柱层析，吸附剂是硅胶。硅胶是一种坚硬无定型立体网状结构的硅酸聚合物颗粒，内部有很多小孔。不同的化合物因其分子结构不同，与硅胶表面的作用力的大小也不同。当用冲洗溶剂不断冲洗时，因不同化合物在层析柱中的吸附力有差异，而使它们的流速不一致，从而使其彼此分离1.1.3薄层色谱薄层色谱又叫薄层板析，是在被洗涤干净的玻板（10×3cm左右）上均匀的涂一层吸附剂或支持剂，待干燥、活化后将样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板一端约1cm处的起点线上，凉干或吹干后置薄层板于盛有展开剂的展开槽内，浸入深度为0.5cm。待展开剂前沿离顶端约1cm附近时，将色谱板取出，干燥后喷以显色剂，或在紫外灯下显色。若滤纸、溶剂温度等保持恒定，则各种物质呈现特定的比移值，成为鉴定。各种组分在薄层中移动的距离，可用比移值Rf表示。(Rf=原点至层析斑点的距离/原点至溶剂前沿的距离)。1.1.4溶溶剂名称石油醚甲醇丙酮叶绿素a易溶溶溶叶绿素b溶溶溶叶黄素易溶溶溶胡萝卜素较易溶溶溶1.2实验步骤仪器及药品仪器：剪刀，研钵，布氏漏斗，梨形分液漏斗，水浴锅，电炉显微载玻片，层析柱，广口瓶，烧杯，，滴液漏斗，锥形瓶，广口瓶药品：硅胶G，中性氧化铝，95%乙醇，石油醚（60~90℃），丙酮，乙酸乙酯，甲醇，菠菜叶，0.5%羧甲基纤维素钠，脱脂棉1.2.1菠菜色素的提取称取20g洗净后用滤纸吸干的新鲜菠菜叶，用剪刀剪碎并与20mL乙醇混拌均匀，在研钵中研磨约五分钟，抽滤菠菜汁，弃去滤液。将菠菜汁放回研钵，每次用10mL体积比3:2的石油醚-乙醇混合液萃取两次，每次需加以研钵并抽滤。合并深绿色萃取液，转入分液漏斗，每次用10mL水洗涤两次。弃去水-乙醇层，石油醚层用无水硫酸钠干燥后滤入圆底烧瓶。1.2.2薄层层析取显微载玻片，用硅胶G制板并活化。取活化后的层析板，点样后，小心放入预先加入选定展开剂的广口瓶内，盖好瓶盖。待展开剂上升至规定高度时，取出层析板，在空气中晾干，用铅笔做出标记。1.2.3柱层析在层析柱中，将硅胶缓慢的加进去，使吸附剂装得均匀致密。装完后，上面再加一片圆形滤纸。将上述菠菜色素的浓缩液，用滴管加到层析柱顶部，加完后，打开下端活塞，让液面下降到柱面以上1mm左右，关闭活塞，加数滴石油醚，使色素全部进入柱体。待色素全部进入柱体后，在柱顶加入选定的洗脱剂，打开活塞，让洗脱剂逐滴放出，用锥形瓶收集。当第一个有色成分即将滴出时，取另一锥形瓶收集。收集完后加入另外的洗脱剂进行洗脱。2结果与讨论2.1结果2.1．1菠菜色素的提取称取20g洗净后的菠菜叶，用剪刀剪碎并与20mL乙醇在研钵中研磨约5min然后用布氏漏斗抽滤菠菜汁，弃去黄色滤液。将深绿色菠菜渣放回研钵，每次用10mL3:2（体积比）的石油醚-乙醇混合液萃取两次，每次需加以研磨并且抽滤。合并深绿色萃取液，转入分液漏斗，每次用10mL水洗涤两次，以除去萃取液中的乙醇。洗涤时要轻轻旋荡，以防止产生乳化。弃去水-乙醇层，石油醚层用无水硫酸钠干燥后滤入干燥过的锥形瓶。得到1mL的深绿色液体。2.1.2取活化后的层析板，用铅笔画一条起点线和终点线，在起点线上均匀点3个样后，小心放入预先加入微量的5:3（体积比）石油醚-乙酸乙酯展开剂的广口瓶内，盖好表面皿。待展开剂上升至终点线时，取出层析板，在空气中晾干，用铅笔做出标记，测量出x值和y值，并计算其Rf值。原点至层析斑点的距离用x表示，原点至溶剂前沿的距离用y表示单位：cm项目x1x2x3y胡萝卜素7.77.77.88.0叶绿素a4.84.84.7叶绿素b43.84菠菜色素的比移值项目Rf1Rf2Rf3Rf胡萝卜素0.970.970.980.97叶绿素a0.600.600.590.60叶绿素b0.500.480.500.49结论：菠菜中各色素的Rf值得大小：胡萝卜素>叶绿素a>叶绿素b。2.1.3在20x10cm层析柱中，加2cm高的石油醚。将25mL石油醚加入9g层析用的硅胶G中，用玻璃棒缓慢的加进层析柱中。柱中溶剂面由下端活塞控制，既不能满溢，更不能干涸。装完后，上面再加一片圆形滤纸，打开下端活塞，放出溶剂，直到硅胶G表面溶剂剩下2cm高时关上活塞（在任何情况下，硅胶G表面不得露出液面）。将菠菜色素的浓缩液，用滴管小心地加到层析柱顶部，加完后，打开下端活塞，让液面下降到柱面以上1cm左右，关闭活塞，加数滴石油醚，打开活塞，使液面下降，可以观察到色素进入硅胶层，亮黄色层出现。经几次反复，使色素全部进入柱体。待色素全部进入柱体后，在柱顶小心加约1.5cm高度洗脱剂—石油醚-乙酸乙酯溶液3:1（体积比）。打开活塞，让洗脱剂逐滴放出，层析即开始进行，用锥形瓶收集。当第一个有色成分即将滴出时，取另一锥形瓶收集，得亮黄色溶液，也就是胡萝卜素。然后用3:2石油醚-乙酸乙酯溶液作洗脱剂进行洗脱，出现三层颜色，上层为黄绿色、中层为蓝绿色、下层为浅黄色。分别为叶绿素b（黄绿色）、叶绿素a（蓝绿色）和叶黄素(黄色)。2.2讨论2.2.1提取在提取色素的过程中，由于抽滤时不好控制，非极性溶剂难免会被抽去，且在几次转移中损失较多，程序繁杂．用浸泡法操作简便易行，损失少，产率高．由于甲醇与乙醇的极性相近，但是乙醇易得、无毒，所以用3：2的石油醚一乙醇通过浸泡的方法提取菠菜色素为此实验的优化条件。2.2.2分离薄层色谱是一种很好的分离、纯化、鉴定有机化合物的重要方法之一，尤其是对于微量分析，根据展开剂不同，可以确定各色素的极性强弱。菠菜色素中各种色素的比移值Rf大小为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素，按此顺序它们的非极性依次减弱．薄层色谱分离的灵敏度不但很高，而且同时为柱层色谱法洗脱剂的选择提供了很好的参考价值.柱层色谱分离的关键是洗脱剂的选择，而洗脱剂的选择根据化合物的极性而定，胡箩b素极性最小，因此胡萝b素的洗脱剂用极性较小的9：l的石油醚一丙酮溶剂效果较好．比较两种分离方法，薄层色谱分离效率高、灵敏度高、快捷，适用于微量分析，而柱色谱分离得不是很彻底，但适用于较多量样品分离．2.2.3影响层析效果的因素（1）柱高在其它条件相同时，层析柱高度应该合适才能使分离效果更好，层析柱过高，会造成色谱分散，颜色不明显，分离效果不理想；层析柱过低，色谱不整齐，效果也不好。（2）萃取液的数量石油醚一般在15~25mL较好，过少萃取的色素少，层析效果不好；过多，则浪费药品，而且液体与容器的接触面积增大，许多色素易粘在容器表面，效果也不好。（3）其它因素如洗涤时不要激烈振荡；抽滤时不要过多用力，把混合液连同菠菜汁液全部挤出，这样会导致不能分层；层析柱要竖直，紧密，不要出现断层，否则分离效果不好。3结束语综上所述，本文主要讲了菠菜色素的提取与分离的方法，并且收集了胡萝卜素。同时讨论了如何根据试剂的极性去选择萃取剂、展开剂、洗脱剂，从中选取菠菜色素分离的最优条件。除此之外，也对实验中出现的一些不足和缺点进行了讨论和改正。参考文献[1]黄俊娴，梁荣选，杨建男.天然色素的提取和应用[J].广东化学，2006年，第6期，第33卷：63-66.