“生物體維持pH穩定的機制”實驗創新

韋宏軍 張淑英

摘要：實驗創新后以紫甘藍色素取代了pH試紙和pH計，學生直接觀察顏色變化來檢測溶液的pH，同時進行材料替代和流程優化，使實驗簡單、高效地完成。

關鍵詞：紫甘藍色素；方法創新；材料替代；流程優化

“生物體維持pH穩定的機制”實驗，在教材給定的方法中，使用pH試紙測量溶液的pH，顏色的變化不易區分；通過pH計測量溶液的pH，要求儀器每次使用后都要清洗和維護，過程較為煩瑣。以紫甘藍色素取代pH試紙和pH計，溶液顏色隨pH變化的現象明顯，學生可以通過直接觀察顏色變化來檢測溶液的pH。

一、實驗原理

在自來水、緩沖液和生物材料中加入紫甘藍色素后顯色，滴加一定量酸或堿后，觀察指示劑的顏色變化，以此檢測溶液的pH。通過比較三者的顏色變化，推測生物體是如何維持pH穩定的。

紫甘藍色素對光、熱有特殊的穩定性，可以作為試劑保存和使用。紫甘藍色素是一種天然的酸堿混合指示劑，在不同的pH條件下顯色不同，且顏色的變化能用肉眼分辨。紫甘藍色素指示劑在不同pH時的顏色變化如表1所示。

二、材料與方法

1.紫甘藍色素指示劑的制作

參考《中學化學實驗大全》一書中有關“酚酞指示劑”的配制方法。確定制作紫甘藍色素指示劑的方法如下：用電子天平稱取紫甘藍干粉0.1 g，轉移到燒杯中。然后加入濃度為20%的酒精100 g，用玻璃棒攪拌，得到紫甘藍色素指示劑。

2.實驗材料的替代

教材給定的植物材料為黃瓜勻漿，其顏色會影響實驗效果。椰子汁為無色液體，且pH近中性，更適宜方法創新后的實驗。

3.實驗流程優化

（1）取8個50 ml燒杯，分別標記為1，2，3，4，5，6，7，8號。分別向1，2號燒杯中加入25 ml自來水，3，4號燒杯中加入25 ml緩沖液，5，6號燒杯中加入25 ml蛋清溶液，7，8號燒杯中加入25 ml椰子汁。分別向8個燒杯中加入2滴紫甘藍色素，觀察溶液顏色并記錄于表2。

（2）以偶數號燒杯為對照，分別向奇數號燒杯中滴加0.1 mol / L的鹽酸，每次加1滴，然后輕輕搖動。加入5滴后觀察顏色并記錄。重復該步驟直至30滴為止。將結果記錄于表2中。充分沖洗上述奇數號燒杯，并分別加入25 ml自來水、25 ml緩沖液、25 ml蛋清溶液、25 ml椰子汁，分別加入2滴紫甘藍色素，觀察溶液顏色并記錄于表2。逐滴加入0.1 mol / L的氫氧化鈉，每次加1滴，然后輕輕搖動。加入5滴后觀察顏色并記錄。重復該步驟直至30滴為止。將結果記錄于表2中。

三、實驗結果

自來水中加入紫甘藍色素后顏色呈藍色。加入5滴0.1 mol / L鹽酸后顏色變為粉色，加入10滴0.1 mol / L的鹽酸顏色變為紅色，隨著滴加鹽酸的量的增加，顏色逐漸加深。加入5滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色立即變綠，隨著滴加氫氧化鈉量的增加，顏色逐漸加深。

pH7.0的磷酸緩沖液中加入紫甘藍色素后顏色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸或0.1 mol / L的氫氧化鈉后，顏色不變，直至加入30滴后，顏色基本不變。

蛋清溶液中加入紫甘藍色素后顏色呈藍綠色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸后顏色不變，加入10滴后，顏色變為藍色。加入5滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色不變，加入20滴后，顏色變為淡綠色。

椰子汁中加入紫甘藍色素后顏色呈紫色。加入5滴0.1 mol / L的鹽酸后顏色不變，加入15滴后，顏色變為粉色。加入5滴0.1 mol / L的氫氧化鈉后顏色不變，加入10滴后，顏色變為藍色，加入25滴后，顏色變為淡綠色。

四、實驗結論

紫甘藍天然色素可作為有效的酸堿指示劑，可取代pH試紙或者pH計來直觀檢測溶液pH。

方法創新后以紫甘藍色素為指示劑，溶液的顏色隨pH變化顯著，便于觀察和記錄。與已報道的混合酸堿指示劑相比，屬于天然混合指示劑，使用方便。天然椰子汁無色，且pH接近中性，避免了實驗材料的顏色和酸堿度對實驗的干擾。流程優化后可以減少儀器的清洗過程，有利于高效完成實驗。

基金項目：2019年蕪湖市新高考改革背景下高中校本課程項目——高中生物學業水平復習指導校本課程的開發與研究（WH201905）。

參考文獻：

[1]米廣春，馬輝.紫甘藍色素作為酸堿指示劑的應用[J].化學教育，2008（3）.

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[3]馬玲.“生物體維持pH穩定的機制”實驗改進[J].生物學通報，2017，52（6）.