菠菜色素的提取与分离
陈曼娇 11化学 31 指导老师：李红缨
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。该实验用了薄层色谱法和柱层析法。 关键词 菠菜色素；柱层析；薄层色谱；
1 引言
1.1 菠菜色素
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。植物中叶绿素a的含量通常是b的3倍。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。
本实验从菠菜中提取上述几各色素，并通过薄层层析和柱层析进行分离。
1.2 提取剂的选择
菠菜色素在水中的溶解度较小，在有机溶剂中溶解度较大，所以利用有机溶剂从菠菜中提取色素是提取菠菜色素的最普遍的方法。目前的提取色素的工艺有有机溶剂提取法、粉碎超临界CO2萃取、压榨法、抽滤法。回流法等，但最常用的还是有机溶剂提取法。因此选择适当的提取溶剂有利于提高菠菜色素的提取率。常用的提取剂：乙醇、正己烷、丙酮、甲醇，乙醚。其中正己烷的提取效果最差而且最贵，不适合选用来提取菠菜色素；而甲醇的价格比较便宜，但提取效果不及乙醇和丙酮，也不是最合适的溶剂；乙醇价格比丙酮便宜，提取效果比丙酮差一点；丙酮提取得到的色素纯度最高，但是只适合要求纯度高的或小规模的生产。考虑到实验室的条件，本次试验选用石油醚：乙醇=3:2的混合液作为提取剂。
1.3 展开剂的选择
展开剂的选择是达到良好分离的总要条件之一，目前常用的展开剂有石油醚-丙酮、石油醚-无水乙醇、石油醚-90%乙醇、石油醚-乙酸乙酯、石油醚-丙酮-苯，其中目前公认最好的是石油醚-丙酮-苯溶剂系，但考虑苯是一种毒性较强的试剂，不适合让第一次接触薄层层析法的我们使用，而乙醇虽然比较便宜，但由于菠菜色素中的姜黄素含有两酚羟基易溶于醇，而在实验中又弃去醇层，造成了姜黄素的损失，不是最适合的展开剂，所以本次试验选用石油醚-乙酸乙酯（体积比为5:3）作为展开剂
1.4 洗脱剂的选择
柱层色谱分离的关键是洗脱剂的选择，而洗脱剂的选择是根据化合物的极性而定的，现在用来洗脱菠菜色素的洗脱剂有石油醚-丙酮，石油醚-乙酸乙酯等。考虑到实验室的条件，因此选用的洗脱剂是石油醚-乙酸乙酯作为洗脱剂，根据色素极性的不同调整石油醚与乙酸乙酯的比例。胡萝卜素的极性最小因而胡萝卜素用极性较小的石油醚：乙酸乙酯=3:1洗脱剂，而为了提高洗脱叶黄素的分离效果，增加极性较大的乙酸乙酯的用量，所以选用石油醚：乙酸乙酯=3:2的提取剂提取叶绿素
2 实验部分
2.1实验原理
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。用合适的试剂把菠菜中的色素萃取出来。 色谱法是利用混合物各组分在固体相和流动相中分配平衡常数的差异，即，当流动相流经固体相时，吸附或溶解性的不同，是吸附力较弱或溶解度较小的组分在固体相中移动速度较快，在多次反复平衡过程中导致各组分在固体相中形成分离“色带”，从而得到分离。常用的色谱法有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法和气相色谱法。
薄层色谱法是一种微量、快速和简便的色谱法，可用于分离混合物和将之化合物，也可以用于跟踪反应进程。使用于挥发性较小或在较高温度易发生变化而不能用气象色谱分析的物质。
柱色谱法又称柱上层析法，是提纯少量物质的有效方法。
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，而使他们的流速不一致，从而使其彼此分离。在薄层色谱法中，被分离物质在图谱上的位置，可用Rf值表示：
Rf=
2.2仪器与试剂试剂：新鲜菠菜（当地），石油醚，乙醇，乙酸乙酯，无水硫酸钠，活化硅胶板，碳酸钙 原点到斑点中心的距离原点到溶剂前沿的距离
提取剂：石油醚：乙醇=3:2
展开剂：石油醚：乙酸乙酯=5:3
洗脱剂：石油醚：乙酸乙酯=3:2
石油醚：乙酸乙酯=3:1
仪器：烘箱，托盘天平，锥形瓶，分液漏斗，研钵，层析柱
2.3实验步骤
2.3.1菠菜色素的提取
称量20g洗净后用滤纸吸干的新鲜（或冷冻）的菠菜叶，用剪刀剪碎并与20ml乙醇搅拌均匀，在研钵中研磨约5min，然后用布氏漏斗抽滤菠菜汁，弃去滤液。将菠菜汁放回研钵，每次用10ml体积比为5:3的石油醚-乙醇混合液萃取两次，每次需加以研磨并且抽滤，合并深绿色萃取液加入20ml水混合，转入分液漏斗，萃取以除去萃取液中的乙醇。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。
2.3.2薄层层析 取活化后的层析液 点样后，小心放入预先加好体积比为3:2的石油醚-乙酸乙酯的展开剂的广口瓶，下部浸入展开剂中，罩上表面皿，待展开剂上升至规定高度，取出层析板在空气中晾干，求Rf值。
2.3.3柱层析
1 装柱 在20*1.0cm的层析柱中，加入适量的石油醚，在烧杯中加入30ml的石油醚和10g硅胶混合，缓缓加入层析柱中，必要时用装在玻璃棒上的橡皮塞轻轻地在层析柱的周围敲击，使吸附剂装得平整致密。在柱中溶剂面高度由下端活塞控制，不使满溢，更不能低于吸附剂表面。
2 过柱 装液后，上面再用一层圆形滤纸覆盖，打开下端活塞，放出溶剂，直到高出硅胶表面1mm至2mm为止。将上述菠菜色素的浓缩液用滴管小心滴加到层析柱顶部。加完后打开下端活塞，让液面下降到柱面以下1mm左右，关闭活塞。加数滴石油醚，打开活塞，使液面下降经过几次反复，使色素全部进入柱体。
3 洗脱 待色素全部进入柱体内，在柱顶心加入约1.5cm高度的石油醚-乙酸乙酯溶液（3:1），然后缓缓滴加石油醚-乙酸乙酯溶液（3:1），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，用石油醚-乙酸乙酯溶液（3：
2）洗脱，然后用锥形瓶分别收集另两个有色成分。
3 实验结果与分析讨论
表1 操作及现象记录
表2 薄层析结果
通过表1可知：Rf值大小：胡萝卜素＞脱镁叶绿素＞叶黄素＞叶绿素。 4 结论
薄层色谱分离快速，且其灵敏度高、适用于微量分析，虽然用柱色谱法分离不够彻底，但能分离出量较多的样品。
参考文献
[1]李好样,冯轶雪.菠菜色素的提取与分离[J].广州化工,2004,(9):64.
[2] 王巍杰 贾晓冬.菠菜叶中叶绿素a和其他有效成份的分离提纯[J].河北理工学院学报,2006(2):122-124.
[3] 李玉明 林琳 陈坚刚 等.薄层层析法在叶绿素色素分离实验中的有效应用[J].生物学通报,2005,40(12):53-54.
[4] 王福来.有机化学实验[M].武汉:武汉大学出版社,2001.132.
[5] 有机化学实验（第二版）[M]，北京高等教育出版社；1994
菠菜色素的提取与分离
陈曼娇 11化学 31 指导老师：李红缨
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。该实验用了薄层色谱法和柱层析法。 关键词 菠菜色素；柱层析；薄层色谱；
1 引言
1.1 菠菜色素
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。植物中叶绿素a的含量通常是b的3倍。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。
本实验从菠菜中提取上述几各色素，并通过薄层层析和柱层析进行分离。
1.2 提取剂的选择
菠菜色素在水中的溶解度较小，在有机溶剂中溶解度较大，所以利用有机溶剂从菠菜中提取色素是提取菠菜色素的最普遍的方法。目前的提取色素的工艺有有机溶剂提取法、粉碎超临界CO2萃取、压榨法、抽滤法。回流法等，但最常用的还是有机溶剂提取法。因此选择适当的提取溶剂有利于提高菠菜色素的提取率。常用的提取剂：乙醇、正己烷、丙酮、甲醇，乙醚。其中正己烷的提取效果最差而且最贵，不适合选用来提取菠菜色素；而甲醇的价格比较便宜，但提取效果不及乙醇和丙酮，也不是最合适的溶剂；乙醇价格比丙酮便宜，提取效果比丙酮差一点；丙酮提取得到的色素纯度最高，但是只适合要求纯度高的或小规模的生产。考虑到实验室的条件，本次试验选用石油醚：乙醇=3:2的混合液作为提取剂。
1.3 展开剂的选择
展开剂的选择是达到良好分离的总要条件之一，目前常用的展开剂有石油醚-丙酮、石油醚-无水乙醇、石油醚-90%乙醇、石油醚-乙酸乙酯、石油醚-丙酮-苯，其中目前公认最好的是石油醚-丙酮-苯溶剂系，但考虑苯是一种毒性较强的试剂，不适合让第一次接触薄层层析法的我们使用，而乙醇虽然比较便宜，但由于菠菜色素中的姜黄素含有两酚羟基易溶于醇，而在实验中又弃去醇层，造成了姜黄素的损失，不是最适合的展开剂，所以本次试验选用石油醚-乙酸乙酯（体积比为5:3）作为展开剂
1.4 洗脱剂的选择
柱层色谱分离的关键是洗脱剂的选择，而洗脱剂的选择是根据化合物的极性而定的，现在用来洗脱菠菜色素的洗脱剂有石油醚-丙酮，石油醚-乙酸乙酯等。考虑到实验室的条件，因此选用的洗脱剂是石油醚-乙酸乙酯作为洗脱剂，根据色素极性的不同调整石油醚与乙酸乙酯的比例。胡萝卜素的极性最小因而胡萝卜素用极性较小的石油醚：乙酸乙酯=3:1洗脱剂，而为了提高洗脱叶黄素的分离效果，增加极性较大的乙酸乙酯的用量，所以选用石油醚：乙酸乙酯=3:2的提取剂提取叶绿素
2 实验部分
2.1实验原理
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。用合适的试剂把菠菜中的色素萃取出来。 色谱法是利用混合物各组分在固体相和流动相中分配平衡常数的差异，即，当流动相流经固体相时，吸附或溶解性的不同，是吸附力较弱或溶解度较小的组分在固体相中移动速度较快，在多次反复平衡过程中导致各组分在固体相中形成分离“色带”，从而得到分离。常用的色谱法有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法和气相色谱法。
薄层色谱法是一种微量、快速和简便的色谱法，可用于分离混合物和将之化合物，也可以用于跟踪反应进程。使用于挥发性较小或在较高温度易发生变化而不能用气象色谱分析的物质。
柱色谱法又称柱上层析法，是提纯少量物质的有效方法。
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，而使他们的流速不一致，从而使其彼此分离。在薄层色谱法中，被分离物质在图谱上的位置，可用Rf值表示：
Rf=
2.2仪器与试剂试剂：新鲜菠菜（当地），石油醚，乙醇，乙酸乙酯，无水硫酸钠，活化硅胶板，碳酸钙 原点到斑点中心的距离原点到溶剂前沿的距离
提取剂：石油醚：乙醇=3:2
展开剂：石油醚：乙酸乙酯=5:3
洗脱剂：石油醚：乙酸乙酯=3:2
石油醚：乙酸乙酯=3:1
仪器：烘箱，托盘天平，锥形瓶，分液漏斗，研钵，层析柱
2.3实验步骤
2.3.1菠菜色素的提取
称量20g洗净后用滤纸吸干的新鲜（或冷冻）的菠菜叶，用剪刀剪碎并与20ml乙醇搅拌均匀，在研钵中研磨约5min，然后用布氏漏斗抽滤菠菜汁，弃去滤液。将菠菜汁放回研钵，每次用10ml体积比为5:3的石油醚-乙醇混合液萃取两次，每次需加以研磨并且抽滤，合并深绿色萃取液加入20ml水混合，转入分液漏斗，萃取以除去萃取液中的乙醇。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。
2.3.2薄层层析 取活化后的层析液 点样后，小心放入预先加好体积比为3:2的石油醚-乙酸乙酯的展开剂的广口瓶，下部浸入展开剂中，罩上表面皿，待展开剂上升至规定高度，取出层析板在空气中晾干，求Rf值。
2.3.3柱层析
1 装柱 在20*1.0cm的层析柱中，加入适量的石油醚，在烧杯中加入30ml的石油醚和10g硅胶混合，缓缓加入层析柱中，必要时用装在玻璃棒上的橡皮塞轻轻地在层析柱的周围敲击，使吸附剂装得平整致密。在柱中溶剂面高度由下端活塞控制，不使满溢，更不能低于吸附剂表面。
2 过柱 装液后，上面再用一层圆形滤纸覆盖，打开下端活塞，放出溶剂，直到高出硅胶表面1mm至2mm为止。将上述菠菜色素的浓缩液用滴管小心滴加到层析柱顶部。加完后打开下端活塞，让液面下降到柱面以下1mm左右，关闭活塞。加数滴石油醚，打开活塞，使液面下降经过几次反复，使色素全部进入柱体。
3 洗脱 待色素全部进入柱体内，在柱顶心加入约1.5cm高度的石油醚-乙酸乙酯溶液（3:1），然后缓缓滴加石油醚-乙酸乙酯溶液（3:1），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，用石油醚-乙酸乙酯溶液（3：
2）洗脱，然后用锥形瓶分别收集另两个有色成分。
3 实验结果与分析讨论
表1 操作及现象记录
表2 薄层析结果
通过表1可知：Rf值大小：胡萝卜素＞脱镁叶绿素＞叶黄素＞叶绿素。 4 结论
薄层色谱分离快速，且其灵敏度高、适用于微量分析，虽然用柱色谱法分离不够彻底，但能分离出量较多的样品。
参考文献
[1]李好样,冯轶雪.菠菜色素的提取与分离[J].广州化工,2004,(9):64.
[2] 王巍杰 贾晓冬.菠菜叶中叶绿素a和其他有效成份的分离提纯[J].河北理工学院学报,2006(2):122-124.
[3] 李玉明 林琳 陈坚刚 等.薄层层析法在叶绿素色素分离实验中的有效应用[J].生物学通报,2005,40(12):53-54.
[4] 王福来.有机化学实验[M].武汉:武汉大学出版社,2001.132.
[5] 有机化学实验（第二版）[M]，北京高等教育出版社；1994