background image

 

ĆWICZENIE  1.  Jakościowy  rozdział  barwników  roślinnych  na  drodze 

chromatografii kolumnowej i cienkowarstwowej 

 

WSTĘP TEORETYCZNY 

Chlorofil  jest  jednym  z  najważniejszych  barwników  występujących  w  przyrodzie.  Jest  on 

zdolny do przeprowadzania energii świetlnej w energię chemiczną w procesie fotosyntezy, gdzie z 
dwutlenku węgla i wody powstaje cząsteczka glukozy i tlen uwalniany do atmosfery: 

6CO

+ 6H

2

O

 C

6

H

12

O

+ 6O

2

 

Chlorofil występuje m.in. w komórkach roślin wyższych, glonów i cyjanobakterii. Należy do 

grupy  związków  zwanych  związkami  chelatowymi.  W  chelatach  centralnie  położony  atom  metalu 
jest  związany  ze  strukturą  złożoną  z  atomów  węgla,  wodoru,  tlenu  i  azotu  Zawiera  on  cztery 
połączone ze sobą pierścienie pirolowe, które łączy centralnie ułożony atom magnezu. W układzie 
porfirynowym  występują  naprzemienne  wiązania  pojedyncze  i  podwójne,  które  tworzą  układ 
rezonansowy. Istnieje kilka rodzajów chlorofilu: chlorofil a, b, c, d i e.  

Intensywny  zielony  kolor  chlorofilu  wykorzystywany  jest  jako  pigment  w  przemyśle  np. 

używany  jest  do  barwienia  mydła,  oliwy,  wosków,  tkanin  i  kosmetyków.  Komercyjnie  dostępne 
pigmenty o strukturze chemicznej podobnej do chlorofilu wytwarzane są w szerokiej gamie barw np. 
poprzez zastąpienie atomu magnezu atomem miedzi uzyskuje się pigment o barwie jasno niebieskiej.  

 
 
Wzór chlorofilu a oraz chlorofilu b:  
 

 

 

 

 

Hydroliza chlorofilu w warunkach kwaśnych  
W środowisku kwaśnym chlorofil traci atom magnezu, w wyniku czego powstaje oliwkowo-

brunatna feofityna, a następnie odszczepiony zostaje łańcuch fitolu i powstaje feoforbidyna.  

 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
chlorofil 

 

 

 

 

 

 

 

feofityna 

 
 

                                                                    H+

 

 
 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

feoforbidyna 

 

 

 

Hydroliza chlorofilu w warunkach zasadowych  

W środowisku zasadowym z chlorofilu powstaje szereg różnych chlorofilin.   

H+ 

N

N

H

N

NH

O

H

COOH

CH

3

CH

2

CH

3

C

H

3

C

H

C

H

2

C

H

3

C

H

3

H

H

CH

2

CH

2

COOH

background image

 

                    chlorofil   

 

 

 

 

 

 

chlorofilina 

 
Karotenoidy  to  grupa  około  100  barwników  roślinnych;  strukturalnie  są  pochodnymi  izopropenu; 
zbudowane są z  dwóch  pierścieni połączonych długimi  łańcuchami węglowodorowymi, w których 
występują na przemian wiązania pojedyncze i podwójne, tworząc układ wiązań sprzężonych. 
Karotenoidy dzielą się na pomarańczowe – karoteny, zbudowane wyłącznie z węgla i wodoru i na 
żółto  pomarańczowe  ksantofile,  zawierające  również  tlen,  np.  luteina.  Karotenoidy  są 
pomocniczymi barwnikami fotosyntezy. Nadają żółtą, pomarańczową lub czerwoną barwę kwiatom, 
owocom  a  także  żółtku  jaj  (luteina).  Zwierzęta  nie  potrafią  produkować  karotenoidów,  ale  mają 
zdolność do gromadzenia ich w wątrobie. Wytwarzane są one natomiast bardzo powszechnie przez 
bakterie,  glony  i  rośliny  wyższe.  U  roślin  występują  głównie  w  kwiatach,  owocach,  liściach  
i nasionach.  
Karoten  to  barwnik  o  kolorze  pomarańczowym.  Na  największą  uwagę  zasługuje  tzw.  beta  – 
karoten, który stanowi przeciętnie 80% wszystkich karotenów roślin wyższych. Szczególnie obficie 
występuje on  w korzeniu marchwi. Od marchwi  (łac.  Daucus  carota )  pochodzi  jego nazwa. Dla 
zwierząt wyższych zasadnicze znaczenie ma tylko beta – karoten. To właśnie z niego produkują one 
witaminę  A  –  retinol,  którego  dalsze  produkty  przemiany  mają  istotne  znaczenie  w  procesie 
widzenia (wchodzą w skład barwnika wzrokowego – rodopsyny). Dlatego beta - karoten nazywany 
jest prowitaminą A.  
Ksantofile to pochodne tlenowe karotenów (hydroksylowe, ketonowe, aldehydowe, karboksylowe). 
Mają barwę żółtą lub brązową (gr. ksanthos – żółty). Powstają one przy utlenianiu karotenów przy 
pomocy  enzymów  -  tzw.  oksydaz  mieszanych.  Najbardziej  popularne  są  pochodne  hydroksylowe, 
których najbardziej rozpowszechnionym przedstawicielem jest luteina.  

R

R

R

R

O

H

OH

R=C

20

H

24

=

alfa-karoten

gamma-karoten

luteina 

beta-karoten

KAROTENY

KSANTOFIL

 

OH 

-

 

N

N

N

N

O

H

COOH

CH

3

CH

2

CH

3

C

H

3

C

H

C

H

2

C

H

3

C

H

3

H

H

CH

2

CH

2

COOH

Mg

background image

 

Wśród  jesiennych  liści  spotykamy  też  barwę  intensywnie  czerwoną.  Odpowiedzialne  za  nią  są 
jednak  inne  barwniki  –  antocyjany,  które  w  przeciwieństwie  do  karotenoidów,  nie  występują  w 
liściach cały czas, ale są jesienią specjalnie syntetyzowane. 
 
Chromatografia 
Chromatografia  jest  metodą  rozdziału  wykorzystującą  różnice  w  oddziaływaniu  poszczególnych 
związków z dwiema fazami: fazę stacjonarną (ciecz lub ciało stałe) i fazę ruchomą (ciecz lub gaz). 
Chromatografia  znajduje  szerokie  zastosowanie  jako  metoda  wyodrębniania  i  oczyszczania 
związków  (m.in.chromatografia  kolumnowa)  jak  również  analiz  mieszanin  (m.in.  chromatografia 
cienkowarstwowa TLC) 
 

CHROMATOGRAFIA 

 

 
 

 

ROZDZIELCZA 

 

 

 

 

ADSORPCYJNA 

rozdział polega na podziale składników 

 

rozdział polega na selektywnej adsorpcji 

mieszaniny pomiędzy fazy stacjonarną i ruchomą   składników  mieszaniny  na  powierzchni 

ciała stałego 

 
 
        (układ ciecz-ciecz) 

(układ ciecz-gaz) 

 

 
     (układ ciało stałe – ciecz) 

chromatografia 

chromatografia 

   chromatografia  

       chromatografia 

    bibułowa 

 

     gazowa 

 

      kolumnowa 

     cienkowarstwowa 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   (TLC) 

Chromatografia adsorpcyjna 
Adsorpcję (nagromadzenie substancji na zewnętrznej powierzchni ciał stałych) wykorzystuje się do 
rozdzielenia mieszanin na podstawie różnic w powinowactwie różnych ciał stałych na powierzchni 
adsorbenta. 
 
Środki adsorbujące można podzielić na: 
- niepolarne (węgiel aktywny, niektóre żywice organiczne) 
- polarne (tlenek glinu, żel krzemionkowy, węglowodany tj. skrobia, cukier, celuloza) 
 
W  przypadku  polarnego  adsorbenta  kolejność  z  jaką  składniki  mieszaniny  pojawiają  się  na  płytce 
TLC/kolumnie  zależy  od  ich  względnych  polarności.  Tak  więc  w  przypadku  dwóch  składników 
różniących się polarnością składnik bardziej polarny silniej adsorbuje się na powierzchni adsorbenta 
(na  płytce  TLC  znajduje  się  bliżej  linii  startu;  na  kolumnie  bliżej  miejsca  naniesienia  związku), 
natomiast  składnik  mniej  polarny  eluowany  jest  niepolarnym  rozpuszczalnikiem  (na  płytce  TLC 
znajduje się wyżej od składnika bardziej polarnego; na kolumnie bliżej miejsca wycieku) 

 

Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) 

W  metodzie  tej  stosuje  się  warstwę  fazy  stacjonarnej  (najczęściej  żel  krzemionkowy) 

naniesionej na podłoże (płytki szklane, folia aluminiowa, folia z PEG), przylegającej do płytki dzięki 
dodatkowi środka wiążącego np. siarczanu wapnia, gipsu). Fazą ruchomą jest ciecz (rozpuszczalniki 
organiczne lub ich mieszaniny).  
 

Chromatografia  cienkowarstwowa  służy  do  szybkiej  analizy  jakościowej.  Stosuje  się  ją 

głównie  do  określenia  liczby  składników  w  próbce,  do  wykrywania  określonego  związku  w 
mieszaninie oraz jako wstępną próbę przy poszukiwaniu warunków do chromatografii kolumnowej. 

background image

 

 
Wykonanie analizy TLC obejmuje następujące czynności: 

-  przygotowanie płytki 
-  naniesienie badanego roztworu (ewentualnie wzorców, substratów) 
-  rozwinięcie chromatogramu 
-  wywołanie chromatografu (wizualizacja) 
-  analizę wyników 

 
Przygotowanie  płytki    pokrytej  żelem  krzemionkowym  polega  na  jej  przycięciu  nożyczkami  do 
odpowiedniego  wymiaru,  zaznaczeniu  ołówkiem  linii  startowej  w  odległości  ok.  1cm  od  dolnego 
brzegu i torów, na które będą nanoszone badane roztwory. 
 Nanoszenie  próbki  na  płytkę.  Nanoszoną  próbkę  rozpuszczamy  w  dowolnym,  łatwo  lotnym 
rozpuszczalniku.  Roztwór  o  stężeniu  ok.  5-10%  sporządzamy  w  probówce  Eppendorfa.  Próbkę 
nanosimy  na  płytkę  za  pomocą  cienkiej  kapilary.  Kapilarę  zanurzamy  w  roztworze,  a  następnie 
dotykamy  lekko  jej  końcem  płytkę  chromatograficzną  na  linii  startowej.  Należy  starać  się,  aby 
powstająca plama miała średnicę nie większą niż 2-3mm.  
Rozwijanie chromatogramu.  Chromatograf rozwijamy w komorze chromatograficznej.  Wewnątrz 
komory  stawiamy  bibułę,  która  nasiąkając  rozpuszczalnikiem  utrzymuje  nasycenie  komory  jego 
parami.  Do  komory  nalewamy  rozpuszczalnik  lub  mieszaninę  rozpuszczalników  do  wysokości 
ok.0.5  cm,  należy  zwrócić  przy  tym  uwagę,  czy  poziom  rozpuszczalnika  znajduje  się  poniżej  linii 
startowej. Płytkę wstawiamy do komory pionowo - linią startową do dołu i zakrywamy pokrywkę. W 
wyniku  działania  sił  kapilarnych  eluent  wznosi  się  po  płytce  –  powstaje  więc  chromatogram 
„wstępujący”.  Gdy  rozpuszczalnik  osiągnie  wysokość  ok.  0.5  cm  od  górnej  krawędzi  płytki, 
wyjmujemy  ją  z  komory,  zaznaczamy  czoło  rozpuszczalnika  i  pozostawiamy  do  wyschnięcia  lub 
suszymy suszarką.  
 
Przykład prostej komory chromatograficznej:  
 
 

 

 
 

Wartością charakterystyczną dla danego związku w danych warunkach chromatograficznych 

(faza  stacjonarna,  podłoże,  rozpuszczalnik)  jest  współczynnik  podziału  R

f

.  Jest  on  zdefiniowany 

jako  stosunek  drogi,  jaką  na  płytce  przebył  dany  związek  (droga  a),  do  drogi,  jaką  w  tym  czasie 
przebyło czoło rozpuszczalnika (droga b). 
 

background image

 

a

b

f

s

R

f

 = 

a

b

 

– odległość od linii startowej do środka plamy 
b - odległość od linii startowej do czoła rozpuszczalnika 
f – czoło rozpuszczalnika 
s – linia startowa 
 
Wywoływanie chromatogramu.  
- pozycje związków barwnych można ustalić bez trudu 
-  pozycje  związków  bezbarwnych,  fluoryzujących  pod  wpływem  promieniowania  ultrafioletowego 
można określić umieszczając płytkę w świetle lampy UV o długości fali 254 nm. 
- umieszczenie płytki w pojemniku zawierającym kryształki jodu. Związki organiczne barwią się na 
brązowo. Plamy należy obrysować bezpośrednio po wyjęciu płytki, gdyż w skutek parowania jodu 
plamy zanikają. 
-  substancje  organiczne  można  wykryć  także  przez  spryskanie  stężonym  kwasem  siarkowym  lub 
roztworem  stężonego kwasu  siarkowego w  etanolu,a  następnie  wygrzanie w temp 200

o

C do czasu, 

gdy na płytce pojawią się ciemne plamy zwęglonych substancji organicznych 
- do wywołania związków bezbarwnych stosuje się  także inne metody wizualizacji wykorzystujące 
charakterystyczne dla badanej grupy związków reakcje barwne. Wywołanie chromatogramu polega 
wtedy  na  spryskaniu  płytki  odczynnikiem,  który  daje  barwną  reakcję  z  wywoływaną  substancją. 
Zwykle  jest  to  odczynnik  selektywny,  reagujący  z  określoną  grupą  lub  grupami  funkcyjnymi  
i  bardzo  czuły,  np.  ninhydryna  stosowana  do  wykrywania  aminokwasów  –  daje  intensywnie 
zabarwione na niebiesko produkty. 
 
Chromatografia kolumnowa
  
Metodę  tę  wykorzystuje  się  najczęściej  do  rozdzielania  mieszanin  na  skalę  preparatywną  i 
wyodrębnienia  składników  mieszaniny  każdego  z  osobno.  Jeżeli  jednak  nie  są  nam  potrzebne 
wyodrębnione  składniki  mieszaniny,  a  celem  analizy  jest  poznanie  składu  badanej  mieszaniny,  to 
proces  podziału  chromatograficznego  prowadzimy  jedynie  w  celu  zarejestrowania  rodzaju  i  ilości 
składników; takie zastosowanie nazywamy chromatografią analityczną.  
Chromatografia  kolumnowa  polega  na  naniesieniu  próbki  rozdzielanej  mieszaniny  na  fazę 
stacjonarną  (np.  żel  krzemionkowy,  skrobia)  umieszczoną  w  cylindrycznej  kolumnie  (ustawiona 
pionowo  rura  szklana)  i  na  rozwinięciu  chromatogramu  za  pomocą  wprowadzanej  ciekłej  fazy 
ruchomej  (niepolarny  rozpuszczalnik  lub  mieszanina  rozpuszczalników),  która  przepływa  przez 
kolumnę  pod  działaniem  siły  ciężkości  lub  pod  wpływem  niewielkiego  nadciśnienia.  W  idealnym 
przypadku  każda  indywidualna  substancja  układa  się  w  kolumnie  w  postaci  wąskiego  pasa 
adsorpcyjnego. Stały przepływ eluenta (fazy ruchomej) przez kolumnę prowadzi do pojawienia się 

background image

 

na  dnie  kolumny  poszczególnych  składników  mieszaniny  (pierwszy  pojawia  się  składnik  najmniej 
polarny – najsłabiej adsorbuje się na powierzchni polarnego adsorbenta, a w dalszej kolejności coraz 
bardziej polarne). W trakcie wymywania można stopniowo zwiększać polarność fazy ruchomej  co 
skraca ogólny czas chromatografii. W praktyce laboratoryjnej eluat (wyciek z kolumny) zbiera się w 
wielu  małych  porcjach  (zazwyczaj  probówkach).  Proces  ten  można  zautomatyzować  stosując 
kolektory  frakcji.  W  zebranych  probówkach  eluatu  stwierdza  się  matodami  analitycznymi  czy 
zawierają one eluowaną substancję (np. wykonuje się płytkę TLC). 
 
Rozdział chromatograficzny mieszaniny dwuskładnikowej A+B w czasie; 1-faza stacjonarna, 2-faza 
ruchoma  (warstwa  rozpuszczalnika-  eluent),  3-kolba  stożkowa  ,  zawierająca  wyciek  z  kolumny  – 
eluat: 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
WYKONANIE ĆWICZENIA 
Odczynniki/materiały 
zielone liście papirusa/pietruszki 

2g 

skrobia  

 

 

         ~11g mała kolumna; 20g duża kolumna 

heksan frakcja z nafty  

           ok.100 ml 

mieszanina heksan frakcja z nafty 6 ml /metanol 3 ml 
 

Wykonanie: 

1)  Przygotowanie  wyciągu  z  liści.  Liście  papirusa/pietruszki  utrzeć  z  piaskiem  w  moździerzu 
porcelanowym.  Dodać  mieszaninę  heksan/  metanol  i  pozostawić  na  45min.  Po  tym  czasie  ekstrakt 
zdekantować znad liści zwracając uwagę aby nie pobierać warstwy metanolowej.  
 

 

pianka

do pompki wodnej

wata

chlorofil b
chlorofil a

luteina

karoteny

ok. 6-8cm

skrobi

 

 
 

 

 

 

 

Przygotowanie  kolumny.  Na  dnie  rurki 
szklanej  z  dnem  porowatym  umieścić  mały 
kłębek waty i zalać ok. 5 ml heksanu. Spuścić 
ok.  2  ml  heksanu.  Do  rurki  wprowadzić 
skrobię  (ilość  zależna  od  wielkości  kolumny 
tak  aby  wysokość  kolumny  skrobiowej  była 
ok.  6-8cm)  zawieszoną  w  heksanie.  W  rurce 
wytwarzamy  podciśnienie  za  pomocą  pompki 
wodnej, uzupełniając heksanem poziom cieczy 
nad  skrobią  aż  do  czasu  „ubicia”  kolumny. 
Nad  górną  powierzchnią  skrobi  pozostawić 
ok. 5 mm heksanu. 
 

2) Rozwijanie chromatogramu. Za pomocą pipety wprowadzić ekstrakt z liści papirusa/pietruszki 
(objętość jednej pipetki), uważając aby nie wzburzyć górnej powierzchni skrobi. Gdy cały ekstrakt 
zaadsorbuje  się  na  skrobi,  dodać  heksan  na  wysokość  ok.  5  cm,  utrzymując  ten  poziom  podczas 
elucji  barwników.  Przepływ  przez  kolumnę  niepolarnego  rozpuszczalnika  (heksanu)  
z  zastosowaniem  podciśnienia  w  kolbie  ssawkowej  powoduje  rozdział  barwników  roślinnych  na 
barwne pasma według następującej kolejności:  

background image

 

żółtozielony chlorofil (2 grupy –COOR i 1 grupa –CHO) – najbardziej polarny, który najsilniej 

adsorbuje się na skrobi, pozostaje w górnej części kolumny,  

niebieskozielona warstwa chlorofilu (2 grupy –COOR), 
żółta luteina (2 grupy –OH) – barwnik ksantofilowy 
-  pomarańczowe  karoteny  pozbawione  grup  funkcyjnych,  zróżnicowane  pod  względem  liczby 
wiązań podwójnych – najmniej polarne  
 
3)  Chromatografia  cienkowarstwowa  barwników  liści.  Nanieść  ekstrakt  liści  papirusa  na  płytkę 
chromatograficzną zgodnie z instrukcją opisaną w ćw.1. Płytkę rozwinąć w układzie heksan : aceton 
:  trietyloamina (8:3:0,5  (v/v)). Plamy, które na chromatogamie fluoryzują różowo w świetle lampy 
UV  zawierają  chlorofil.  W  roślinach  znajduje  się  zasadniczo  chlorofil  a  i  chlorofil  b,  pozostałe 
plamy prawdopodobnie pochodzą od produktów degradacji kompleksów chlorofilów z białkami. Na 
plamę  jednego  z  chlorofilów  nakłada  się  plama  pochodząca  od  ksantofilu.  Najwyższa  plama  na 
płytce odpowiada karotenom. 
 

 

3)  Wykonanie  reakcji  hydrolizy  składników  ekstraktu  z  liści.  Do  trzech  probówek  Eppendorfa 

wprowadzić przy pomocy pipety Pasteura po 0.5ml ekstraktu z liści, a następnie dodać odpowiednio: 

do  pierwszej-  0.25ml  10%  roztworu  wodnego  NaOH,  do  drugiej  0.25ml  10%  HCl.  Trzecią 

pozostawić  jako  mieszaninę  wyjściową  (substrat  analizowanych  reakcji).  Po  upływie  30  min 

przeprowadzić  analizę  TLC  postępu  reakcji  stosując  układ  chromatograficzny  heksan:  aceton: 

trietyloamina (8:3:0,5 (v/v)) nanosząc na płytkę chromatograficzną cztery tory- mieszaninę z reakcji 

hydrolizy zasadowej, kwasowej, substrat oraz wszystkie mieszaniny na wspólnym torze. 

 

Sprawozdanie  z  ćwiczenia  powinno  zawierać  dokładny  opis  wykonanych  czynności  oraz 

komentarz do uzyskanych wyników.