“生物体维持pH稳定的机制”实验创新

    韦宏军 张淑英

    摘要：实验创新后以紫甘蓝色素取代了pH试纸和pH计，学生直接观察颜色变化来检测溶液的pH，同时进行材料替代和流程优化，使实验简单、高效地完成。

    关键词：紫甘蓝色素；方法创新；材料替代；流程优化

    “生物体维持pH稳定的机制”实验，在教材给定的方法中，使用pH试纸测量溶液的pH，颜色的变化不易区分；通过pH计测量溶液的pH，要求仪器每次使用后都要清洗和维护，过程较为烦琐。以紫甘蓝色素取代pH试纸和pH计，溶液颜色随pH变化的现象明显，学生可以通过直接观察颜色变化来检测溶液的pH。

    一、实验原理

    在自来水、缓冲液和生物材料中加入紫甘蓝色素后显色，滴加一定量酸或碱后，观察指示剂的颜色变化，以此检测溶液的pH。通过比较三者的颜色变化，推测生物体是如何维持pH稳定的。

    紫甘蓝色素对光、热有特殊的稳定性，可以作为试剂保存和使用。紫甘蓝色素是一种天然的酸碱混合指示剂，在不同的pH条件下显色不同，且颜色的变化能用肉眼分辨。紫甘蓝色素指示剂在不同pH时的颜色变化如表1所示。

    二、材料与方法

    1.紫甘藍色素指示剂的制作

    参考《中学化学实验大全》一书中有关“酚酞指示剂”的配制方法。确定制作紫甘蓝色素指示剂的方法如下：用电子天平称取紫甘蓝干粉0.1 g，转移到烧杯中。然后加入浓度为20%的酒精100 g，用玻璃棒搅拌，得到紫甘蓝色素指示剂。

    2.实验材料的替代

    教材给定的植物材料为黄瓜匀浆，其颜色会影响实验效果。椰子汁为无色液体，且pH近中性，更适宜方法创新后的实验。

    3.实验流程优化

    （1）取8个50 ml烧杯，分别标记为1，2，3，4，5，6，7，8号。分别向1，2号烧杯中加入25 ml自来水，3，4号烧杯中加入25 ml缓冲液，5，6号烧杯中加入25 ml蛋清溶液，7，8号烧杯中加入25 ml椰子汁。分别向8个烧杯中加入2滴紫甘蓝色素，观察溶液颜色并记录于表2。

    （2）以偶数号烧杯为对照，分别向奇数号烧杯中滴加0.1 mol / L的盐酸，每次加1滴，然后轻轻摇动。加入5滴后观察颜色并记录。重复该步骤直至30滴为止。将结果记录于表2中。充分冲洗上述奇数号烧杯，并分别加入25 ml自来水、25 ml缓冲液、25 ml蛋清溶液、25 ml椰子汁，分别加入2滴紫甘蓝色素，观察溶液颜色并记录于表2。逐滴加入0.1 mol / L的氢氧化钠，每次加1滴，然后轻轻摇动。加入5滴后观察颜色并记录。重复该步骤直至30滴为止。将结果记录于表2中。

    三、实验结果

    自来水中加入紫甘蓝色素后颜色呈蓝色。加入5滴0.1 mol / L盐酸后颜色变为粉色，加入10滴0.1 mol / L的盐酸颜色变为红色，随着滴加盐酸的量的增加，颜色逐渐加深。加入5滴0.1 mol / L的氢氧化钠后颜色立即变绿，随着滴加氢氧化钠量的增加，颜色逐渐加深。

    pH7.0的磷酸缓冲液中加入紫甘蓝色素后颜色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的盐酸或0.1 mol / L的氢氧化钠后，颜色不变，直至加入30滴后，颜色基本不变。

    蛋清溶液中加入紫甘蓝色素后颜色呈蓝绿色。加入5滴0.1 mol / L的盐酸后颜色不变，加入10滴后，颜色变为蓝色。加入5滴0.1 mol / L的氢氧化钠后颜色不变，加入20滴后，颜色变为淡绿色。

    椰子汁中加入紫甘蓝色素后颜色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的盐酸后颜色不变，加入15滴后，颜色变为粉色。加入5滴0.1 mol / L的氢氧化钠后颜色不变，加入10滴后，颜色变为蓝色，加入25滴后，颜色变为淡绿色。

    四、实验结论

    紫甘蓝天然色素可作为有效的酸碱指示剂，可取代pH试纸或者pH计来直观检测溶液pH。

    方法创新后以紫甘蓝色素为指示剂，溶液的颜色随pH变化显著，便于观察和记录。与已报道的混合酸碱指示剂相比，属于天然混合指示剂，使用方便。天然椰子汁无色，且pH接近中性，避免了实验材料的颜色和酸碱度对实验的干扰。流程优化后可以减少仪器的清洗过程，有利于高效完成实验。

    基金项目：2019年芜湖市新高考改革背景下高中校本课程项目——高中生物学业水平复习指导校本课程的开发与研究（WH201905）。

    参考文献：

    [1]米广春，马辉.紫甘蓝色素作为酸碱指示剂的应用[J].化学教育，2008（3）.

    [2]孙彩云.紫甘蓝指示剂的制作及变色范围的研究[J].化学教学，2012（10）.

    [3]马玲.“生物体维持pH稳定的机制”实验改进[J].生物学通报，2017，52（6）.