紫甘蓝指示剂的制作及变色范围的研究_孙彩云

紫甘蓝 色素干粉
笔者发现， 紫甘蓝遇醋时， 只在叶肉和表皮之间变 红色， 说明紫甘蓝色素存在于叶肉和表皮之间。 如何有 效地提取紫甘蓝色素， 是本探究活动首先要解决的问 题。 笔者认为， 影响紫甘蓝色素提取效果的主要因素 有浸提液、 浸提时间和温度三个方面。 浸提液选择了水 和酒精； 浸提时间设定三个水平： 10 分钟、 30 分钟、 50 分钟； 温度设定为 20℃、 30℃、 40℃。 综合以上因素， 实验选用 L9（32） 正交表。 具体实验操作如下： 称取粉碎后的紫甘蓝 300 克， 用榨汁机榨汁后过 滤。 实际操作中发现， 用榨汁机榨得的汁液很少， 大量 的紫甘蓝色素残留在叶片中， 须想办法将其浸提出来。 由于榨过后的汁液中含有淀粉， 采用普通的过滤方法 要花很长时间， 本探究活动中选用真空泵过滤。 即使这 样， 也花了很长时间， 并且要频繁更换滤纸。 过滤后将 滤液保存， 将滤渣等分成 9 份， 做正交实验。 实验结果 采用肉眼观察和旋转蒸发仪测定相结合的方法： 观察 在不同条件下紫甘蓝变色情况， 确定紫色近乎褪去时 即认为浸提完全， 比较所需时间， 时间越短浸提效果越
[1] 刘正贤. 化学实验大全 [M]. 上海： 上海教育出版社， 1997， （10） ： 85. [2] 何为编 . 优化试验设计方法及其在化学中的应用 [M]. 西安： 电 子科技大学出版社， 2004. [3] 项可风 . 试验设计与数据分析 [M]. 上海： 上海科技出版社， 1991. [4] 陈魁 . 试验设计与分析 [M]. 北京： 清华大学出版社， 1996. [5] 杨德 . 试验设计与分析 [M]. 北京： 中国农业出版社， 2002. [6] Montgomery, D. C. Design and analysis of experiment[M]. New York: John Willey & Sons. [7] 孙彩云 . 密度计在中学化学实验中的应用 [J]. 化学教学， 2006， （11） ： 11~12.
（3）紫甘蓝指示剂用于测定日常生活用品的酸碱
化学教学
2012 年 第 10 期
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性。 用四支试管各取 2ml 的玻璃洗涤剂、 肥皂水、 白醋 和柠檬水， 分别滴加 3 滴紫甘蓝指示剂， 观察溶液颜色 变化。 变化结果如表 7 所示。
表 7 紫甘蓝指示剂在不同酸碱性日常用品中颜色的变化 实验项目 颜色 酸碱性 玻璃洗涤剂 蓝色 碱性 肥皂水 绿色 碱性 白醋 粉红色 酸性 柠檬水 红色 酸性
2.2.5 紫甘蓝试纸的制作 将滤纸放在紫甘蓝指示剂试液中浸泡， 晾干， 反复 操作多次， 使其着色效果显著。 最终剪成条形备用。 制 得试纸如图 4 所示。
图 4 紫甘蓝试纸
的配制过程。 整个实验研究过程通过不断地反思、 改进， 最终 获得了预期的实验探究结果， 并在教学中得以应用。 更 重要的是， 笔者作为一名青年化学教师， 在整个过程中 所获得的体验和提高， 远比这更多更广 。 参考文献：
表 4 石蕊指示剂在不同 pH 时的颜色变化 pH 颜色 7 紫色 8~14 蓝色
浸水时间——温度正交实验表 A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 实验结果 0.001 g 0.001 g 0.001 g 0.002 g 0.003 g 0.003 g 0.001 g 0.003 g 0.003 g
图 3 紫甘蓝指示剂变色范围测定流程图
分别配制 0.1 mol/L 的盐酸 （酸） 和 0.1 mol/L 的氢 氧化钠 （碱） 标准溶液。 并将其稀释成 pH 分别为 2、 3、 4、 5、 6 的盐酸溶液， 和 pH 分别为 13、 12、 11、 10、 9、 8 的氢氧化钠溶液。 分别取上述溶液 2 mL， 滴加紫甘蓝 指示剂， 观察颜色变化。 结果如表 3 所示。
表 5 紫甘蓝指示剂在不同浓度盐酸溶液中颜色的变化 盐酸浓度（mol/L） 颜色 紫甘蓝试液 （3 滴） 0.1 0.01 0.001 粉红 0.0001 浅紫红
实验结果表明在 “浸水时间—温度” 正交实验中， 实验 2-2 效果较好； “浸酒精时间—温度” 正交实验 中， 实 验 2-2、 2-3 效 果 较 好，选 择 这 三个 实 验 结 果 做 旋转蒸发实验， 测得其干粉质量分别为 0.003 g， 0.005 g， 0.005 g。 从上述实验结果可以看出， 用 95% 的酒精， 30℃ 时浸泡 30 分钟效果较好， 而用水作浸提液需要很长时 间， 而且提取效果不好。 2.2.2 紫甘蓝指示剂制作 参考刘正贤主编的 《中学化学实验大全》中有关 “酚酞指示剂” 的配制方法。 本实验配制紫甘蓝指示剂 方法如下： 用电子天平称取紫甘蓝干粉 0.1 g， 转移到烧杯 中。 然后加入 20% 酒精 100 g， 用玻璃棒搅拌， 得到紫 甘蓝指示剂。 操作流程如图 2 所示。
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紫甘蓝指示剂的制作及变色范围的研究
孙彩云
(上海市延安实验初级中学，上海 200335) 摘要： 紫甘蓝色素具有遇酸性物质变红、 遇碱性物质变蓝的特性， 可作为一种环保经济的酸碱指示剂使用。 将新鲜的紫甘蓝粉 碎、 榨汁、 浸提、 抽滤后， 将其汁液蒸干制得色素干粉， 再配制成紫甘蓝指示剂。 利用紫甘蓝指示剂与不同浓度的盐酸和氢氧化钠溶液 反应， 确定其变色范围， 继而制得紫甘蓝试纸。 分别用紫甘蓝、 石蕊指示剂与氢氧化钠溶液反应， 实验对比发现紫甘蓝指示剂颜色变 化更丰富。 关键词： 紫甘蓝； 指示剂 文章编号： 1005–6629(2012)10–0048–03 中图分类号： G633.8 文献标识码： B
表 2 用水和酒精浸提紫甘蓝色素的温度、 时间对比实验 浸水时间——温度正交实验表头 浸酒精时间——温度正交实验表头 水平 因子 A: 浸水时间 （分钟） B: 温度（℃） 1 10 20 2 30 30 3 50 40 水平 因子 A: 浸酒精时间 （分钟） B: 温度（℃） 1 10 20 2 30 30 3 50 40
2.2.3 紫甘蓝指示剂变色范围的测定
分别配制 0.1 mol/L 盐 酸和氢氧化钠 标准 溶 液， 稀释成不同浓度 紫甘蓝 指示剂 观察并记录 颜色变化 总结得出其 变色范围
实验表明， 30℃时用水即使浸泡 24 小时， 仍有大 量的紫甘蓝色素残留在叶片中， 表明用水浸提效果不 好； 在 30℃时用 95% 的酒精浸泡 30 分钟， 紫甘蓝已接 近褪色， 可以粗略认为紫甘蓝色素浸提完全。 因此， 本 探究实验决定选用酒精来提取紫甘蓝色素。 另外， 笔者又分别做了 “浸水时间—温度” 、 “浸酒 精时间—温度” 的正交实验， 如表 2 所示：
浸酒精时间——温度正交实验表 A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 实验结果 0.002 g 0.003 g 0.003 g 0.003 g 0.005 g 0.005 g 0.003 g 0.005 g 0.005 g
对比表 3 和表 4 可知， 紫甘蓝指示剂在碱性溶液 中显示四种不同的颜色， 而石蕊指示剂只有一种颜色。 也就是说在碱性条件下 ， 紫甘蓝指示剂的颜色变化较丰 富， 更有利于溶液碱性的粗略测定。 2.2.4 紫甘蓝指示剂的使用 将制得的紫甘蓝指示剂用于测定溶液的酸碱性。 （1）用 试 管 分 别 取 0.1 mol/L、 0.01 mol/L、 0.001 mol/L、 0.0001 mol/L 的盐酸溶液各 2mL， 滴加 3 滴紫甘 蓝指示剂， 观察颜色变化。 变化结果如表 5 所示。
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烧杯， 蒸发皿等。 2.2 实验步骤 2.2.1 紫甘蓝色素的提取及干粉的制作 为了制得紫甘蓝指示剂和试纸， 必须将紫甘蓝色素 提取出来， 然后得到紫甘蓝色素干粉。 实验流程如图 1 所示。
榨汁机 榨汁 滤液 滤渣 对比实验选择 浸提条件 旋转蒸发 仪蒸干 图 1 紫甘蓝色素的提取及干粉制作流程图 真空泵 抽滤
改用榨汁机取其汁液， 统一过滤， 能够制得较大量的汁 液， 便于做平行实验。 （2）初步设计时用新鲜的汁液作指示剂， 后发现 新鲜的汁液易变质， 所以后来采用 95% 的酒精溶液浸 泡提取， 并蒸干制得干粉。 （3）初步设计时， 为加快蒸干速度， 使用煤气灯加 热， 但发现易烧焦； 改用酒精灯， 但到接近蒸干时还 是会烧焦； 最后选用恒温加热器加热才获得实验的成 功。 后在华东师范大学有机化学教授的帮助下用旋转 蒸发仪蒸干， 获得了更大的成功。 （4） 担心加热后紫甘蓝色素会 “失活” ， 后经查阅资 料， 证明紫甘蓝色素具有较好的热稳定性。 （5）初步设计中， 盐酸和氢氧化钠标准溶液的配 制采用传统的方法配制， 后请教华东师范大学教授， 使 用 pH 计和比重计测定溶液的浓度， 极大地加快了溶液
表 3 紫甘蓝指示剂在不同 pH 时的颜色变化 pH 1 2 3 4~6 7 8 蓝色 9~11 紫色 12 绿色 13~14 黄色
颜色 深红 玫红 粉红 浅粉色 蓝色
结果表明， 紫甘蓝指示剂在酸碱溶液中有明显的 颜色变化， 其变色范围可以确定为 pH ＜ 7 时呈红色， pH=7~8 呈蓝色， pH = 9~11 时呈紫色， pH=12 时为绿色， pH ＞ 13 时为黄色。 将上述 pH=8~14 的氢氧化钠溶液与紫色的石蕊试 液作用， 所得溶液颜色变化如表 4 所示。
颜色
பைடு நூலகம்
深红色 浅红色
（2）用 试 管 分 别 取 0.1 mol/L、 0.01 mol/L、 0.001 mol/L、 0.0001 mol/L 的氢氧化钠 溶液各 2 mL， 滴加 3 滴紫甘蓝指示剂， 观察颜色变化。 变化结果如表 6 所示。
表 6 紫甘蓝指示剂在不同浓度氢氧化钠溶液中颜色的变化 氢氧化钠浓度（mol/L） 紫甘蓝试液 （3 滴） 0.1 深黄 0.01 黄绿 0.001 草绿 0.0001 翠绿
酸碱指示剂可用于辨别物质的酸碱性， 在日常生活、 化学教学及研究领域有着广泛应用。 中学化学实验使 用最多的是石蕊、 酚酞等酸碱指示剂， 但笔者发现这两 种指示剂变色较单一， 且石蕊指示剂的红、 紫、 蓝三色 变化不明显， 学生经常不能准确地判别其颜色。 为此， 本研究试制变色较明显的紫甘蓝指示剂、 试纸， 确定其 变色范围， 以弥补某些酸碱指示剂颜色变化范围较窄 的不足之处。 且紫甘蓝指示剂以生活中的蔬菜为原料， 具有经济、 环保的优点。 本研究分为以下几部分： （1）色素的提取； （2）干 粉的获得； （3） 指示剂的制作； （4） 变色范围的测定； （5） 试纸的制作。 其中， 在紫甘蓝色素浸提条件的选择过程 中运用正交实验法。 1 提出问题 夏日一天， 笔者在用醋拌紫甘蓝时， 注意到加醋后， 紫甘蓝的叶肉与表皮之间变成红色。 又试探性地拿起 几个叶片， 用油烟净一喷， 叶片变成了蓝色。 由红变蓝， 颜色变化非常明显。 联想到日常教学中， 由于石蕊遇酸 碱变色不明显， 经常出现学生说是某种颜色， 而教师必 须强行规定这是某某颜色的尴尬局面。 而紫甘蓝色素 变色比较明显， 如能制成酸碱指示剂岂不是一件大好 事。 这极大地激发了笔者的探究欲望。 2 研究过程 2.1 实验材料 原料： 新鲜的紫甘蓝。 药品： 盐酸 （37.5 %） ， 固体氢氧化钠， 0.1 mol/L 盐 酸标准溶液， 0.1 mol/L 氢氧化钠标准溶液， 酒精， 肥皂 水， 玻璃清洗剂， 柠檬水， 白醋等。 仪器： 榨汁机 （WF-B5000） ， pH 计（W1170） ， 密度 计， 电子天平， 容量瓶， 真空泵， 旋转蒸发仪， 玻璃棒，
化学教学
2012 年第 10 期
·创新设计·
实验研究
紫甘蓝色素干粉 20% 酒精溶解 紫甘蓝指示剂
好。 实验结果见表 1。
表 1 用水和酒精浸提紫甘蓝色素的对比实验 浸提条件 30℃水浸泡 24 小时 30℃酒精浸泡半小时 浸提结果 紫甘蓝上仍有很多紫色 紫甘蓝几乎完全褪色
图 2 紫甘蓝指示剂制作流程图