Раскройте скрытые цвета листьев в этом научном упражнении

Давайте разделим различные пигменты, скрывающиеся в листьях деревьев

Цель: Разделить различные пигменты в листьях деревьев

Области науки: Химия, растения

Необходимое время: 1-2 дня

Ключевые понятия: растительные пигменты, хроматография на бумаге, листья

Автор: Тейша Роуленд, Доктор философии, друзья по науке; Свенья Лонер, доктор философии, друзья по науке

Вы когда-нибудь задумывались, почему осенью листья меняют цвет с зеленого на удивительный набор желтых, оранжевых и красных оттенков?

Листья приобретают свои яркие цвета благодаря пигментам, состоящим из различные молекулы, придающие цвет. В теплые солнечные месяцы растения используют свои листья для превращения солнечного света в пищевую энергию — процесс, называемый фотосинтезом. В основном для этого используется пигмент, отражающий зеленый свет, который придает листьям их характерный цвет. Осенью, когда наступают более холодные и короткие дни, многие виды деревьев перестают вырабатывать пищевую энергию из своих листьев и, следовательно, больше не нуждаются в зеленом пигменте. Становятся видны листья и другие пигменты, некоторые из которых уже были на них летом.

В этом научном упражнении вы раскроете эти скрытые цвета, разделив растительные пигменты с помощью процесса, называемого бумажной хроматографией. Какие цвета вы увидите?

<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Хроматография листьев: исследуй краски осени | Научный проект" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/YxOSHj_kVlA?feature=встроено" frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; веб-доступ" referrerpolicy="строгий источник при перекрестном источнике" allowfullscreen>

Материалы

• Листья на разных стадиях окрашивания в осенние цвета (чем больше, тем лучше — лучше всего использовать около 20 листьев каждого цвета с одного дерева)
• Прочные, белые, плотные, ультраабсорбирующие бумажные полотенца, или белая фильтровальная бумага для кофе, или бумага для хроматографии, которую можно приобрести отдельно у партнера Science Buddies — Home Science Tools®.Примечание: Бумага для хроматографии обычно работает лучше, чем бумажные полотенца или фильтры для кофе. Если вы используете бумажные полотенца, обязательно используйте плотные бумажные салфетки, так как они лучше разделяют цвета.
• Линейка
• Карандаш
• Прищепки или большие скрепки для бумаги (по 3-4 на каждую группу листьев)
• Зубочистки
• Прочные стаканы, такие как стеклянные банки (по одной на каждую группу листьев)
• Высокие стеклянные банки или стаканы для питья (по одному на каждую группу листьев)
• Деревянная ложка или другая деревянная посуда с тупым концом для измельчения листьев
• Вилка
• Тарелки (по одной на каждую группу листьев)
• Очень маленькие термостойкие пиалы или подсвечники для чайных свечей (по одной на каждую группу листьев)
• Изопропиловый спирт, 70% или выше
• Мерная ложка, ч.л.
• Плита
• Вода из-под крана
• Кастрюля
• Весы
• Закрывающиеся пластиковые пакеты (по одному на каждую группу листьев)
• Клейкая лента

Инструкции

1. Разделите листья на отдельные группы, расположенные по цвету, примерно по 20 крупных листьев в каждой группе. Проще всего разделить листья на зеленые, желтые и красные кучки.
2. Нарежьте листья ножницами на мелкие кусочки.
3. Для каждого цвета листьев положите по 10 г листьев в стеклянную банку или стакан для питья.
4. Добавьте в каждый стакан по четыре чайные ложки изопропилового спирта (70-процентного или выше).
5. Измельчите листья в спирте тупым концом деревянной ложки в течение примерно пяти минут, пока раствор не потемнеет.
   • Как изменился цвет спирта для протирки? Соответствует ли конечный цвет, который вы ожидали получить для каждой группы листьев?
6. Дайте растворам настояться в течение 30 минут в темном помещении.
7. Переложите раствор из измельченных листьев в закрывающийся пластиковый пакет. Сделайте это для каждого цвета листьев отдельно. Затем закройте каждый пакет, но оставьте один конец открытым. Отожмите листья и соберите цветную жидкость в небольшой термостойкий контейнер.
8. Налейте немного воды в кастрюлю и разогрейте ее на плите. Затем выключите плиту и поставьте три термостойкие емкости с экстрактами листьев в горячую воду. Оставьте их в горячей воде примерно на 20-30 минут или до тех пор, пока изопропиловый спирт в основном не испарится. По мере испарения спирта ваши экстракты при перемешивании вилкой должны становиться более густыми.
   • Для концентрирования экстрактов не должно потребоваться более 30 минут для выпаривания изопропилового спирта, хотя экстракты станут более концентрированными, чем дольше спирт будет выпариваться.
   • Тщательно перемешайте каждый цвет, чтобы он смешался и отделил от стенок чаши все частицы засохшего пигмента. Обязательно используйте чистую вилку для каждого цвета, чтобы не перепутать их!
9. Пока раствор настаивается, приготовьте бумажные полотенца или полоски для кофейного фильтра. Сделайте по три-четыре полоски для каждой группы листьев. Нарежьте плотное бумажное полотенце или белый фильтр для кофе на длинные полоски шириной в один дюйм. Они должны быть такой длины, чтобы едва доставать до дна высоких стеклянных банок. Аккуратно проведите карандашом линию на расстоянии одного дюйма от дна каждой полоски. Вы также можете использовать для этого хроматографическую бумагу, что даст вам еще лучшие результаты.
10. Когда ваши цветные экстракты станут достаточно концентрированными, извлеките вилкой из растворов все оставшиеся кусочки листьев и выбросьте их, а жидкость оставьте в стакане.
11. Тщательно перемешайте каждый цветной раствор зубочисткой, используя другую зубочистку для приготовления раствора. каждый раствор наносите так, чтобы не смешивать цвета. Теперь ваши растворы должны казаться более густыми.
12. Используя зубочистку, аккуратно и равномерно нанесите немного каждого раствора на бумажное полотенце или полоску от кофейного фильтра (или полоску хроматографической бумаги) по карандашной линии, которую вы нарисовали. Поскольку некоторые растительные пигменты могут окрашивать, вы должны сделать это на тарелке, чтобы цветне оставит пятен на рабочей поверхности. Для каждого цвета используйте в общей сложности три-четыре полоски.
13. Дайте полоскам высохнуть на воздухе. Затем нанесите еще один слой вашего образца на бумажные полоски. В идеале вы должны повторить этот шаг не менее 5-10 раз, чтобы на бумагу попало достаточное количество пробы. Старайтесь каждый раз наносить пробу на одно и то же место. Чем больше концентрация пробы на полоске бумаги, тем лучше будут результаты!Пока полоски сохнут, налейте в каждый высокий стакан столько изопропилового спирта (70-процентного или выше), чтобы он только покрывал дно. Приготовьте по одному стакану для каждого цветового раствора.С помощью скрепки или скотча прикрепите высушенную полоску бумаги к карандашу или деревянной дощечке. Если ваш стакан достаточно широкий, вы можете положить несколько бумажных полосок рядом друг с другом.
14. Аккуратно положите карандаш или деревянную дощечку поперек отверстия высокого стакана так, чтобы окрашенный конец полоски как раз касался спирта. Следите за тем, чтобы карандашная линия не была погружена в жидкость! Следите за тем, чтобы каждая полоска не касалась стенок банки. Если вы кладете в стакан несколько полосок одновременно, следите за тем, чтобы они не соприкасались друг с другом.
15. Следите за тем, чтобы растворитель (изопропиловый спирт) поднимался по полоске бумаги. Оставьте полоски в растворителе почти до верха полоски. В зависимости от типа бумаги это может занять от 30 минут до нескольких часов.
    • Что происходит с цветом бумажных полосок?
16. Как только растворитель достигнет верхней части полоски, удалите все полоски и дайте им высохнуть.
17. Посмотрите на разные высушенные полоски.
    • Чем отличаются цвета полосок? Есть ли у полосок из разных цветовых решений уникальные цвета, общие или и то, и другое вместе?
18. Посмотрите на порядок расположения цветов на разных полосках.
    • Один и тот же цвет находится в одном и том же месте в разных полосах или в разных местах? Отображаются ли цвета на каждой полоске в одинаковом порядке разделения или в разном?
19. Советы:  Если ваша хроматография получилась бледной, попробуйте использовать больше листьев, порежьте их на более мелкие кусочки и/или &нанесите больше вашего раствора на карандашную линию на бумажном полотенце. В качестве альтернативы вы также можете попробовать использовать сами экстракты в качестве растворителя. Перелейте каждый из экстрактов в отдельную стеклянную банку. Затем опустите бумажные полоски прямо в экстракты.

Очистка

Поскольку некоторые растительные пигменты могут оставлять пятна, будьте осторожны, чтобы не пролить цветные растворы, когда будете их выбрасывать.

Что произошло?

Несмотря на то, что лист растения выглядит в основном одноцветным, на самом деле он состоит из смеси молекул пигмента. В этом исследовании для разделения отдельных цветных пигментов использовался научный метод, называемый бумажной хроматографией. Проходя вдоль одной из полосок бумажных полотенец, вы должны увидеть разные цвета в разных местах, а порядок расположения цветов должен быть примерно одинаковым в разных цветовых решениях, которые вы тестировали.

Какие полосы отличаются по цвету на тест-полосках? Это различные пигменты, содержащиеся в листьях. На полосках бумажных полотенец вы можете увидеть зеленый хлорофилл, желтые ксантофиллы, оранжевые каротиноиды и красные антоцианы. Пигменты перемещаются по бумажной ленте в зависимости от их взаимодействия с бумажной лентой и раствором изопропилового спирта. Пигменты, которые больше притягиваются к полоске бумаги, чем изопропиловый спирт, остаются в нижней части полоски, где раствор был впервые нанесен на карандашную линию. Пигменты, которые в большей степени впитываются в спирт, чем в бумажную полоску, обычно проникают дальше по полоске. Поскольку цвет листа зависит от смеси пигментов, содержащихся в нем, листья разных цветов будут отображаться на полосках бумажных полотенец по-разному. Например, на очень зеленых листьях могут отсутствовать полоски красного цвета (антоцианы).

<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Бумажная хроматография | научный проект" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/TtAENPSThI4?feature=oembed " frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; изображение в-картинка; веб-ресурс" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>

Копаем глубже

В листьях растений содержится много типов пигментов. Хлорофилл придает им зеленый цвет и помогает осуществлять фотосинтез в теплые солнечные месяцы. С приходом осени, когда зеленый цвет, необходимый для приготовления пищи, тускнеет, другие пигменты, такие как желтый, оранжевый и красный, становятся более заметными.

Ксантофиллы — это желтые пигменты, а каротиноиды придают листьям оранжевый цвет. Фотосинтез также использует эти пигменты в течение лета, но хлорофилл, более сильный пигмент, подавляет их. Этим пигментам требуется больше времени для расщепления, чем хлорофиллу, поэтому они становятся заметны на осенних листьях. Они также содержатся в моркови, нарциссах, бананах и других растениях, которые обладают такими яркими красками.

Также есть антоцианы, интенсивные красные пигменты, которые не вырабатываются летом и появляются только в последней группе осенних цветов. Эти молекулы также придают красный оттенок яблокам, клюкве, клубнике и многим другим продуктам.

Хотя листья представляют собой смесь этих пигментов, вы можете разделить цвета, используя метод, называемый бумажной хроматографией. В этом методе смесь (например, пигментная смесь) наносится на хроматографическую бумагу. Бумажную полоску погружают в жидкость, называемую растворителем или подвижной фазой. Жидкость начнет подниматься по бумажной ленте и перенесет все компоненты смеси (например, пигменты разных цветов) через хроматографическую бумагу. При перемещении по бумаге каждый компонент взаимодействует с бумагой и растворителем по-разному, в зависимости от его химических свойств. Некоторые из них больше притягиваются к бумаге, в то время как другие предпочитают оставаться в подвижной фазе. В результате каждый отдельный компонент перемещается по бумаге с разной скоростью. Именно так с помощью бумажной хроматографии можно разделить красочную смесь молекул пигмента на отдельные пигментные компоненты.

Вы можете узнать больше о бумажной хроматографии в видео выше. В видео дается общее представление о том, что такое бумажная хроматография, показано, как она выполняется, объясняются процессы разделения, а также даются советы и рекомендации по устранению неполадок в вашем эксперименте.

Это упражнение предлагается вам в партнерстве с  Science Buddies. Найдите   оригинальное упражнение  на веб-сайте Science Buddies.

<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="680" height="173" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner.png " alt="Баннер с надписью "ДРУЗЬЯ ПО НАУКЕ"" class="wp-image-3121243" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner-330x84.png 330 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 680 пикселей) 100 Вт, 680 пикселей" />