Kromatografija biljnih pigmenata – “Utrka” molekula iz lista špinata


2.Kromatografija biljnih pigmenata – „utrka“ molekula iz lista špinata

 

2.1. Ciljevi i odgojno –obrazovni ishodi

 

Cilj je ovog praktičnog rada je osposobiti učenike za izvođenje kromatografije na papiru.

 

Učenik će:

  • razdvojiti metodom kromatografije biljne pigmente iz listova špinata
  • objasniti u kojim se slučajevima koristi metoda kromatografije
  • razlikovati biljne pigmente, njihove uloge i smještaj u biljnoj stanici.

 

Biologija i kemija neodoljiv su tandem koji doprinosi otkrivanju svijeta koji nas okružuje, nerazdvojni baš kao Ljepotica i zvijer, Stanlio i Olio ili pak Messi i Neimar, dobitna su kombinacija znanosti koja nas podsjeća da se sve može kad se male ruke slože.

 

A složit ćete se, puno se toga trebalo dogoditi, s biološkog, kemijskog i evolucijskog aspekta kako bi nastao list – naizgled jednostavna i nama tako svakodnevna tvorevine. U ovoj će nam radionici list poslužiti kao materijal iz kojeg ćemo izolirati biljne pigmente, molekule čiju je važnost za život na Zemlji nemoguće prenaglasiti.

 

2.2. Nekoliko rečenica o tvarima

 

Sve oko nas, i živi i neživi svijet, izgrađuju tvari, koje se međusobno razlikuju po fizikalnim i kemijskim svojstvima. U prirodi se tvari najčešće nalaze kao smjese dviju ili više tvari, a rjeđe kao čiste tvari. Smjesu tvari definiramo kao sustav koji se sastoji od dviju ili više tvari koje međusobno kemijski ne reagiraju, a svaka tvar u smjesi zadržava svoja fizikalna i kemijska svojstva.

 

Prisjetimo se samo da je i zrak koji udišemo smjesa tvari kao i tlo potrebno za rast biljaka, naših veličanstvenih tvornica hranjivih tvari i kisika, a i plavetnilo morske vode pravi je primjer smjese tvari. Voćni sokovi riznica su različitih korisnih tvari, a rude prirodno bogatstvo i smjesa različitih minerala. Pregršt je primjera, treba se samo sjetiti i mlijeka i krvi, hrane za ptice, pijeska i različitih stijena, a i čovjek je tvorac različitih smjesa, od žbuke do kocke za juhu. Možete li se i vi sjetiti još nekih primjera?

 

Smjese tvari mogu biti homogene i heterogene. Homogene smjese su smjese u kojima se golim okom, povećalom ili mikroskopom ne mogu razlikovati sastojci smjese. Svaki dio homogene smjese jednak je po građi i sastavu. Heterogena smjesa je smjesa u kojoj se sastojci mogu vidjeti golim okom ili mikroskopom. Ima promjenljiv sastav i svojstva.

 

Ni u homogenim, a niti u heterogenim smjesama pojedini sastojci nisu međusobno kemijski vezani pa ih možemo razdvojiti, pročistiti ili dokazati odgovarajućim fizikalnim postupcima kao što su filtracija, destilacija, prekristalizacija, sublimacija, ekstrakcija i kromatografija. O vrsti smjese ovisi postupak kojim se mogu razdvojiti sastojci smjese.

 

Metoda koja se koristi u ovoj radionici zove se kromatografija i pomoći će nam razdvojiti pigmente koji se nalaze u lišću špinata.

 

Vježba je predviđena za dva sata (blok sat).

 

2.3. O kromatografiji i biljnim pigmentima

 

Nomen est omen, sugeriraju nam klasični jezici značenje pojma kromatografija koji se sastoji od dviju grčkih riječi: chroma označava boju, a grafein znači pisati.

 

Kromatografija je metoda razdvajanja tvari iz smjese temeljena na njihovu različitom afinitetu prema pokretnoj fazi (nekom otapalu, npr. vodi ili acetonu) i stacionarnoj fazi (npr. papiru).

 

To je postupak razdvajanja čistih tvari iz homogenih, tekućih ili plinovitih smjesa. Temelji se na različitoj brzini putovanja iona ili molekula nošenih otapalom po nepokretnoj fazi. Pojedini sastojci smjese, zbog različitih fizikalnih procesa, putuju različitom brzinom po nepokretnoj (stacionarnoj) fazi i na taj način se odijele.

 

Utrkuju se te molekule baš poput pravih maratonaca, a najdalje stižu najuporniji i najpripremljeniji. U kromatografskom smislu to su one molekule koje su najbrže nošene otapalom, tj. svojom su masom i fizikalno-kemijskim svojstvima prilagođene „lakom“ prolasku stacionarnom fazom.

Prvu kromatografsku tehniku izumio je ruski botaničar Mihail Semjonovič Cvet početkom 20. stoljeća. Primijenio je kromatografsku metodu za odjeljivanje otopine (smjese) biljnih pigmenata klorofila i ksantofila prolaskom kroz staklenu kolonu napunjenu usitnjenim kalcijevim karbonatom (CaCO3). Odijeljeni sastojci vidjeli su se na koloni kao obojene vrpce po kojima je ta tehnika dobila ime. Lako je moguće da je znanstvenik metodu nazvao i u vlastitu čast, budući da prezime Cvet u ruskom jeziku označava boju.

 

Pigmenti ili bojila su tvari različitog kemijskog sastava koji daju boju različitim tvorevinama u živom svijetu jer selektivno apsorbiraju i reflektiraju svjetlost određenih valnih duljina. Ime im potječe od latinske riječi pigmentum, koja označava boju. Tako primjerice tvar plave boje upija (apsorbira) zeleni i crveni spektar sunčevog zračenja, a odbija (reflektira) plavi dio spektra te ju zato i vidimo plavo obojeno.

 

Priroda je često zagonetna i složena, ali nikad komplicirana i uvijek prekrasna u svojoj jednostavnosti. A posve je jednostavan i ovaj pokus kojim se mogu razdvojiti pigmenti prisutni u listu špinata.

 

2.4. Tijek radionice:

 

U uvodnom dijelu nastavnik najavljuje temu, primjerice, komentira s učenicima uvodni odlomak iz radnog listića, iznosi cilj radionice te dužnosti i zadatke učenika. Tijekom cijelog sata, nastavnik je moderator, po potrebi pruža pomoć učenicima, savjetuje ih i potiče na kritičko promišljanje te istraživanje.

 

  • učenici rade u parovima za radnim stolom; prije izvođenja pokusa trebaju zaštititi radne plohe i odjeću te pripremiti pribor i materijal (slika 1) potreban za izvođenje pokusa;
  • pokus provode prema uputama (Priručnik za učenike, vježba 2: Kromatografija);
  • rješavaju zadatke i odgovaraju na pitanja vezana uz vježbu.

 

2.4.1. Pribor i kemikalije:

 

Za izvođenje pokusa kromatografije bit će potrebno pripremiti: kromatografski ili običan filter papir, epruvetu, pluteni čep kroz koji je provučena mala žica ili spajalica, Erlenmeyerova tikvica, škarice, svježi listovi špinata (ili trpuca, blitve, maslačka), kovanica, kromatografsko otapalo [medicinski benzin (100 ml), petroleter (25 ml) i aceton (20 ml)], ravnalo i kalkulator (slika 1). Spajalica na svom zakrivljenom dijelu služi kao držač kromatografskog papira koji se unosi u epruvetu s otapalom.

screenshot-at-sep-27-20-09-48

Slika 1. Pribor i kemikalije potrebni za izvođenje kromatografije

 

2.4.2. Postupak

 

  1. Učenik treba izrezati kromatografski papir u traku odgovarajućih dimenzija s vrhom na jednom kraju papira. Bitno je da traka kromatografskog papira dimenzijama odgovara veličini epruvete u koju se treba unijeti tako da vrh trake (papira) doseže dno epruvete (Slika 2).

001

Slika 2. Oblikovanje kromatografskog papira za provođenje kromatografije

 

  1. Učenik treba usitniti svježe listove špinata te uz pomoć kovanice nanijeti ekstrakt lista direktno na kromatografski papir.

 

  1. Treba pričekati nekoliko minuta da se papir u potpunosti osuši.

 

  1. Učenik u epruvetu ulije malo otapala, tako da visina otapala u epruveti bude oko 1 cm, te se potom u tu epruvetu s otapalom unosi kromatografska traka pričvršćena na žicu plutenoga čepa.

 

  1. Vrh kromatografske trake koji se uranja u otapalo ne smije biti u dodiru s dijelom kromatografske trake na koji je nanesen pigment.

 

  1. Razdvajanje pigmenata iz lista špinata ovdje se izvodi uzlaznom kromatografskom tehnikom na kromatografskom papiru pomoću otapala koje služi za odvajanje pigmenata. Postupak traje oko 20 minuta.

 

  1. Učenici čekaju razvijanje kromatograma i odgovaraju na pitanja iz radnog listića, rješavaju zadatke.

 

  1. Učenici izvještavaju o uspješnosti provedenog eksperimenta i prezentiraju dobivene rezultate. Komentiraju tijek radionice i iznose vlastite dojmove.

 

  1. Na kraju učenici čiste radne stolove i korišteni pribor, uređuju radni prostor, peru pribor i vraćaju korišteno na odgovarajuće mjesto.

 

2.4.3. Odgovori na pitanja iz priručnika za učenike

 

Zadatak 1.

  1. Tvari u prirodi dijelimo u dvije velike skupine, čiste tvari (elementarne tvari i kemijski spojevi) i smjese tvari.
  2. Smjesu tvari definiramo kao sustav koji se sastoji od najmanje dviju čistih tvari. Svaka tvar u smjesi zadržava svoja fizikalna i kemijska
  3. U prirodi se tvari najčešće nalaze kao smjese dviju ili više tvari, a rjeđe kao čiste tvari.
  4. Možeš li se prisjetiti još nekih primjera smjesa s kojima se svakodnevno susrećeš? Tijesto za palčinke, vodovodna voda, more,…
  5. Smjese tvari mogu biti homogene i Kako se mogu razlikovati? U homogenim smjesama ne vidimo ni prostim okom ni povećalom niti mikroskopom čestice tvari iz kojih se smjesa sastoji, one su homogene i u svakom svom i najmanjem dijelu imaju isti sastav i ista svojstva.
  6. Koji se postupci mogu koristiti za razdvajanje otapala od otopljene tvari? Dekantiranje, filtracija, kromatografija

 

Zadatak 2.

  1. Nomen est omen, sugeriraju nam klasični jezici značenje pojmova: chroma što na grčkom jeziku znači boja i graphein, što znači pisati.
  2. Prvi je, početkom 20. stoljeća izumio kromatografsku tehniku S. Cvet. On je tom metodom odijelio otopine biljnih pigmenata klorofila i ksantofila.
  3. Pigmenti ili bojila su tvari različitog kemijskog sastava, a određuju boju, jer selektivno apsorbiraju i reflektiraju svjetlost određenih valnih duljina. Ime im potječe od latinske riječi pigmentum, koja označava
  4. Tako primjerice tvar plave boje apsorbira (upija) zeleni i crveni spektar sunčevoga zračenja, a reflektira (odbija) plavi dio spektra te ju zato i vidimo plavo obojeno.

 

Zadatak 3.

  1. Navedi nekoliko molekula koje se ubrajaju u pigmente karakteristične za biljni svijet i njihove uloge. Gdje se nalaze u biljnoj stanici? Klorofil (u kloroplastima); antocijan (u vakuoli); karotenoidi (u kromoplastima)
  2. Što određuje boju pojedinom biljnom pigmentu? reflektirane valne duljine svjetla

 

Zadatak 4.

untitled

Zadatak 5. Biljni pigmenti i naše zdravlje

 

a) Koje su boje pigmenti?

Klorofil: zelena;

Karotenoidi: karoten žuto-narančasta; ksantofil žuta

Flavonidi: antocijan crvena/purpurna

b) Potraži na internetskim stranicama važnost navedenih biljnih pigmenata za zdravlje čovjeka. Za svaki pigment preporuči dvije do tri biljke koje bismo trebali konzumirati jer sadrži navedeni pigment.

 

Klorofil:

Djelovanje na zdravlje: zaustavlja rast bakterija u probavnom, dišnom i imunološkom sustavu (baktericid), pozitivno utječe na cirkulaciju i reproduktivni sustav

Primjeri biljaka: špinat, kelj, blitva, zelena salata

 

Karotenoidi:

Djelovanje na zdravlje: očuvanje vida; kao antioksidans, stimulira imunološki sustav, smanjuje rizik od raka pluća i želuca; štiti kožu od UV zračenja

Primjeri biljaka: mrkva, naranča, ananas, rajčica

 

Flavonidi (antocijan):

Djelovanje na zdravlje: zaštita srca i krvnih žila, očuvanje građe i /ili uloge živčanih stavnica (neurona), analgetik, antioksidans…

Primjeri biljaka: patlidžan, rotkvica, crveni kupus, crveno grožđe

c.) U koju se skupinu biljnih pigmenata svrstavaju likopen i antoksantin i koje su boje?

 

likopen: karotenoid; boja: crveno-narančasta

antoksantin: flavonid; boja: krem/bijela

 

Osmislile i pripremile: Marija Radić, prof. i Zrinka Pongrac Štimac, prof.