实验室里常用的酸碱指示剂是通过其颜色的变色来判断pH值的变化的。酸碱指示剂本身通常是一种有机弱酸或弱碱, 当溶液pH值改变时, 它本身的结构发生了变化从而引起颜色的变化。酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂, 植物色素中有庞大的共轭体系或共轭双键结构, 在酸性或碱性溶液的作用下发生共轭结构的改变而变色。变色原理[1]:植物体中含有丰富的花青素[2]及其它有机酸碱, 当环境pH改变时, 有机酸碱的结构就改变, 致使颜色发生变化, 因而可以作为酸碱指示剂。植物中有颜色的花朵或叶子都含有花青素。花青素是植物色素的总称。其构造大同小异, 在不同的pH条件下会呈现不同的颜色。利用这种特性, 可以作为酸碱指示剂。自然界中的许多植物的花、茎、叶中都含有色素。因此, 可以利用一些植物的花、茎、叶提取物或浸出液来作为酸碱指示剂。本文介绍了从夹竹桃、石榴、美人蕉、千日红、太阳花、紫薇、睡莲、菊花、唐菖蒲、非洲菊花瓣中提取色素制取酸碱指示剂的方法。并测定他们在不同pH值范围内的颜色变化, 及各种植物指示剂的突变范围。
1 实验部分
1.1 材料、试剂、仪器
本实验所用到的植物采自校园内都常见的夹竹桃、石榴、美人蕉、千日红、太阳花、紫薇、睡莲、菊花、唐菖蒲、非洲菊。
NaOH标准溶液、HCl标准溶液、邻苯二甲氢钾 (分析纯) 、CaCO3粉末、乙醇 (95%, 分析纯) 、Na2CO3 (分析纯) 。
分析天平、白色点滴板、酸式滴定管、碱式滴定管、离心器、烘箱、电子天平。
1.2 实验方法
1.2.1 植物色素的提取
采集夹竹桃、石榴、美人蕉、千日红、太阳花、紫薇、睡莲、菊花、唐菖蒲、非洲菊植物花瓣。花瓣先经过洗净、烘干操作, 然后转移到研钵, 将其捣碎, 再向其中加入适量95%的乙醇, 并且加入少量的CaCO3粉末 (更好地提取色素) , 研磨5分钟后用95%的乙醇浸泡60分钟。并将其装入离心管, 用离心器离心5分钟并取其上层清液。
1.2.2 提取色素在酸碱性溶液中的颜色
将上述的植物色素提取液加入到pH为1.0的HCl和pH为13.0[3]的NaOH溶液中, 观察其颜色变化。
石榴花提取液颜色为橙红色, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为橙红色, 在碱性溶液中为土黄。
美人蕉提取液颜色为深红色, 在酸性溶液中为橙红, 在中性溶液中为深红色, 在碱性溶液中为深绿。
千日红提取液颜色为无色, 在酸性溶液中为无色, 在中性溶液中为无色, 在碱性溶液中为无色。
夹竹桃提取液颜色为粉红色, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为粉红色, 在碱性溶液中为深绿。
太阳花提取液颜色为紫红色, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为紫红色, 在碱性溶液中为土黄。
紫薇提取液颜色为橘黄色, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为橘黄色, 在碱性溶液中为土黄。
睡莲提取液颜色为褐色, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为褐色, 在碱性溶液中为土黄。
菊花提取液颜色为亮黄色, 在酸性溶液中为黄色, 在中性溶液中为亮黄色, 在碱性溶液中为黄色。
唐菖蒲提取液颜色为粉红, 在酸性溶液中为粉红, 在中性溶液中为粉红, 在碱性溶液中为淡黄。
非洲菊提取液颜色为橙红, 在酸性溶液中为橙红, 在中性溶液中为橙红, 在碱性溶液中为黄色。
1.2.3 植物色素指示剂pH突变范围的测定
用0.1000mol/L的NaOH溶液滴定一定量的0.1000mol/LHCl溶液, 不同植物色素提取液作指示剂, 记录溶液颜色变化时消耗的NaOH溶液的量, 计算颜色变化时的pH值, 得出植物色素指示剂pH突变范围。石榴花由粉红→黄褐色, pH突变范围为10.11～10.98;美人蕉由黄色→绿色, pH突变范围为6.42～10.42;千日红无变化;夹竹桃由无色→淡绿, pH突变范围为3.25～11.73;太阳花由粉红→淡绿, pH突变范围为10.42～11.45;紫薇由无色→淡绿, pH突变范围为9.58～10.42;睡莲由无色→淡绿, pH突变范围为9.92～11.41;菊花由黄色→黄色pH无变化;唐菖蒲由无色→淡黄, pH突变范围为10.24～11.72;非洲菊由无色→淡黄, pH突变范围为9.92～12.03。
2 结果分析
2.1 提取液的特点
在研究中发现本来无色或有色的植物色素指示剂加入酸性或碱性溶液后变为其他颜色, 当再加入碱性或酸性溶液后, 它的颜色又变为原来的颜色, 这一现象表明植物色素指示剂与我们实验室所使用的酸碱指示剂有着极为相似的性质。
从上述实验可以较为明显的看出各种花瓣的色素易被乙醇等有机溶剂提取出来, 其原因是色素在植物体内是以苷的形式存在, 不易溶解在水中。一般是在酸中为粉红色, 在碱中则一般为绿色、黄色, 除菊花、千日红在酸碱中均不变色, 菊花显黄色, 而千日红较为特殊, 几乎不能从中提取出色素, 其提取液基本为无色。
2.2 植物色素的变色范围
对表2中各组数据进行比较, 菊花与千日红在不同pH条件下不变色。在其余植物色素中, 夹竹桃从粉红色变成绿色的突变范围为3.25～11.73, 变色范围宽, 不敏锐;美人蕉的变色范围为6.42～10.42, 变色范围较宽, 不宜作指示剂;石榴花与太阳花的变色范围都较小, 但是在实验过程我们发现它的颜色变化较难观察, 所以作为指示剂不理想;非洲菊、唐菖蒲、睡莲、紫薇这几种花的突跃范围小于2个pH值, 所以可以考虑代替作为碱性指示剂。
3 结语
(1) 在提取植物色素时, 浸泡60分钟左右后, 直接取上层清液, 这样既可以保证色素被充分提取, 又可以防止乙醇挥发过多, 操作简单方便。 (2) 制取的指示剂溶液浓度不宜过稀, 因此加入乙醇的量不宜过多。 (3) 在试验中我们只用了乙醇作为提取剂。 (4) 由于时间原因, 我们并未将非洲菊、唐菖蒲、睡莲、紫薇的色素指示剂应用到实际实验中。 (5) 由于我们实验所用的各种花瓣色素是直接从植物中提取的, 所以植物色素溶液的稳定性问题还有待进一步的研究。
摘要：本文介绍了从美人蕉、石榴花等校园内常见花中提取色素制成酸碱指示剂的方法。测定了不同花瓣中提取的色素在不同pH值范围内的变色情况。非洲菊、兰花、唐菖蒲、睡莲、紫薇这几种花的pH值突跃范围小于2, 可以考虑代替作为碱性指示剂。
关键词：指示剂,花瓣,色素,研究
参考文献
[1] 龙清姣.利用植物指示剂培养学生的创新意识[J].凯里学院学报, 2010.
[2] 张小军, 夏春镗, 吴建铭, 等.原花青素的资源研究[J].中药材, 2009.
[3] 王寿红.几种植物色素作为酸碱指示剂的研究[J].北京教育学院学报 (自然科学版) , 2008.