“纸上层析”演示实验

一、实验目的
1.了解纸上层析的原理、应用以及中学化学课本引进纸上层析实验的意义。
2.探索做好纸上层析演示实验的技术关键,掌握这个实验的操作方法。
二、实验原理:纸上层析是用滤纸作为支持剂(载体)的一种色层分析法,这种方法的基本原理一般认为主要是利用混和物中各组分在流动相和固定相间的分配比的不同而使之分离。
在本实验中,以滤纸上吸附的水为固定相(滤纸纤维常能吸附20%左右的水),有机溶剂如正丁醇或乙醇(都含有一定比例的水)等为流动相,酚酞、甲基橙混和物或红、蓝墨水混和物为层析试样。把试样点在滤纸的原点位置上,当流动相溶剂在滤纸的毛细管作用下,连续不断地沿着滤纸前进通过原点时,试样中各组分便随着流动相溶剂向前移动,并在流动相和固定相溶剂之间连续发生一次又一次的分配。结果,分配比较大的物质移动速度较快,移动的距离较远;分配比较小的物质移动速度慢,移动的距离较近。这样,便把试样中各组分分开聚集在滤纸的不同位置上。这种分离过程叫展开。因此,流动相溶剂又叫做展开剂。
当分离的物质是有色的,如甲基橙,层析后在滤纸上可以直接看出它的色斑。当分离的是无色的物质,如酚酞,就必须用显色剂使之显色。无色的酚酞可以用氨水使之显红色,所用的氨水就是显色剂。
纸上层析可用于化学性质相近的混和物的分离,特别适宜于微量物质的分离和鉴别。而且使用的仪器简单,操作比较容易,重现性好。目前,纸上层析已运用到有机化学、无机化学、生物化学及生理学的定性、定量分析中。例如利用纸上层析法使蛋白质所包含的几十种氨基酸在一张滤纸上全部分离开;又如在稀有、稀土、放射性元素和核裂解产物等的分离和鉴定上,也用列纸上层析法,都有较好的效果。
为了扩大学生的眼界,提高学生的兴趣,在中学化学教材中引入了纸上层析实验,使学生初步了解用纸上层析分离物质的方法,但只要求做出定性的结果。
三、实验用品
仪器:
大试管(30mm×200mm)(带橡皮塞) 5支
移液管(10ml) 2支
大试管架(大孔) 1个
培养皿(直径8cm) 5只
玻璃毛细管(长 8cm) 2支
剪刀(公用) 小刀(公用)
药品:
酚酞、甲基橙混和溶液:配制法是取甲基橙、酚酞各0.1g,溶于10ml60%乙醇中。
氨水的正丁醇饱和溶液:配制法是先用浓氨水配制成2∶8稀氨水(2ml浓氨水∶8 ml蒸馏水)40ml,慢慢注入20ml正丁醇中,充分振荡。静置后液体分为两层,上层即氨水的正丁醇饱和溶液。
乙醇与氨水的混和溶液:配制法是用乙醇与1mol/L氨水按体积比2∶1(2 ml乙醇∶1ml1mol/L氨水)混和。市售白酒。
氨化市售白酒:配制方法是用市售白酒与浓氨水按体积比10∶1(10ml市售白酒:1ml浓氨水)混和。
红蓝墨水混合液:配制法是用红蓝墨水按体积比 2∶1(2ml红墨水∶1ml蓝墨水)混和。
浓氨水。
材料:
滤纸:圆形(直径9cm)慢速、中速、快速定性滤纸各5张;长条形层析滤纸和中速定性滤纸各5条。
铅笔(公用)。
小铁钉。
四、实验步骤
本次实验使用两种不同的层析混和物,四种不同的展开剂,两种不同的展开方法和四种不同规格的滤纸作支持剂,进行10组(共25次)对比实验。要注意掌握纸上层析的技术,总结本实验成功的条件,探索改进实验的方法。
(一)酚酞和甲基橙混和溶液的纸上层析
1.以氨水的正丁醇饱和溶液作展开剂(氨是显色剂。本实验把显色剂加在展开剂里,配成氨水的正丁醇饱和溶液,目的是为了简化操作手续,便于使学生直接观察实验现象)。
(1)利用长条形滤纸进行层析(上行展开)
分别利用长条形层析滤纸和中速定性滤纸按下列操作进行试验并对比试验的效果。
i.准备:取一支带橡皮塞(塞子底端中间切有一条缝隙)的清洁、干燥的大试管(30mm×200mm)。配合大试管的内径和管长,裁取一长条滤纸,纸条的宽度比试管的内径略窄(约24mm);长度按塞子底端到近试管底的距离(约180mm)。(裁取时,要求滤纸的纸纹均匀一致而且没有斜纹;纸面要清洁而平整;纸边要剪齐而无纸毛)。
ii 点样:在准备好的长条形滤纸的一端距端边约2 cm处的正中,用铅笔画一个小“×”号表示原点的位置,于此“×”号处用玻璃毛细管点上酚酞和甲基橙的混和溶液试样,点好的试样斑点的直径以不超过0.4cm为宜。
iii展开:用移液管量取约10ml氨水的正丁醇饱和溶液,小心地将溶液转移到大试管中(注意:勿使溶液溅到试管上部内壁)。将点好试样的条形滤纸的另一端夹在橡皮塞底端中间的缝隙里,然后小心地将滤纸条伸入盛有展开剂的大试管中,塞上橡皮塞,使滤纸垂直而两侧不接触试管内壁(否则会造成展开剂不按水平线平行上升,影响展开效果);滤纸条的下端浸入溶液液面下约1cm(勿使试样斑点浸入溶液之中),如图6—1。
塞好(注意密闭!)橡皮塞后,将大试管静置于试管架上,观察现象。记录酚酞与甲基橙完全分离开的时间,以及二者分开后的颜色与相对位置(前后)。
iv 结束:取出滤纸条,立即用铅笔在展开剂到达的前沿处作一记号。
如果酚酞显色不鲜明,这是因展开剂上升到一定高度,水分减少,NH3在无水情况下不能使酚酞显红色之故。可将取出的滤纸条用水蒸气熏片刻,然后再用浓氨水熏一下;或将滤纸条倒置(展开剂前沿向下),在展开剂前沿处滴少许氨水;或事先把滤纸条上部(要控制好上部位置)用水润湿,待酚酞随正丁醇上升到被水润湿处则可显红色。
(2)利用圆形滤纸进行层析(环形展开或径向展开)
分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸按下列操作进行试验,并对比试验的效果。
i.准备:选好所需规格的圆形滤纸,滤纸的直径应比所用的培养皿(或其它浅皿)的直径略大。再用宽1cm左右的滤纸条卷成直径为0.15—0.2cm的滤纸芯。
ii.点样:取一张选好的(直径约9cm)圆形滤纸,在圆心位置上用玻璃毛细管点上酚酞和甲基橙的混和溶液,点好的试样斑点直径约0.5cm,晾干。
iii.展开:在试样斑点的中心位置上用小铁钉穿一个小圆孔,小圆孔的直径约0.15—0.2 cm。取一段长约1.5cm的滤纸芯,垂直插入小圆孔中,使滤纸芯的上端稍冒出滤纸平面。
量取约10ml氨水的正丁醇饱和溶液,注入直径为8 cm的培养皿中,将准备好的圆形滤纸盖在培养皿上,使纸芯下端浸入展开剂中,再罩上培养皿盖。如图6—2所示。
静置,观察所发生的现象,记录观察到的现象和酚酞与甲基橙完全分离的时间。
iv.结束、取下圆形滤纸,其后的操作同(一)-1-(1)-iv。
2.以乙醇和氨水的混和溶液作展开剂(氨是显色剂)。
(1)利用长条滤纸进行层析(上行展开)
分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验,并对比试验的效果。除更换展开剂外,操作方法同(一)-1-(1)。
(2)利用圆形滤纸进行层析(环形展开或径向展开)。
分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸进行试验,并对比试验的效果。除更换展开剂之外,操作方法同(一)-1-(2)。
3.以氨化市售白酒作展开剂(氨是显色剂)。(1)利用长条滤纸进行层析(上行展开)
分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验,并对比试验的效果。除更换展开剂之外,操作方法同(一)-1-(1)。
(2)利用圆形滤纸进行层析(环形展开或径向展开)
分别用慢速、中速、快速定性滤纸进行试验,并对比试验效果。除更换展开剂之外,操作方法同(一)-1-(2)。
(二)红、蓝墨水混和液的纸上层析。
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