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摘要

本次實驗探討植物中的光合色素在不同濃度的酸鹼環境中照光分解的情形，以及不同能量光源的照射對光合色素分解的影響。我們發現加入鹼性溶液會影響植物色素的分解過程，並且有變色的情形；加入酸性溶液也有分解的情形，但不會變色。此外，我們發現照射紫外線對光合色素具有顯著的分解效果，其中對於脫鎂葉綠素的分解效果最佳，葉綠素為其次，最後則為葉黃素。最後，我們使用了日光燈檢驗在不同的酸鹼環境下光合色素的分解情形。在酸和鹼的環境中，光合色素在前三天均有分解的現象；而在鹼的環境中，到了第四天則出現磚紅色的變化。

研究動機

化學課的皂化反應實驗中，最後在添加精油及其他添加物的步驟，我們另外加入了適量的左手香粉，當時肥皂看來呈現綠色。晾皂一段時間後，我們發現在陽光下的肥皂有了明顯的褪色情形，而在陰暗處的肥皂仍保持了綠色。這一點引起了我們的好奇，到底為什麼會產生這個現象？於是開始了實驗。首先我們用濾紙將左手香汁液進行層析的步驟，放在陽光下後，我們發現了層析出的多種光合色素受光分解，出現和肥皂相同的現象。在尋找資料後，我們發現了植物都具有光氧化效應，且菠菜比左手香較容易取得，因此我們改以選用光合色素較豐富的菠菜葉進行替代。此後的色素分析實驗，我們選用菠菜色素來進行。本次實驗我們以光氧化反應作為理論基礎，探討光合色素在不同情況下分解之情形。

研究目的

(一)探討層析時沖提液的最佳比例。

(二) 探討左手香萃取液在不同pH值下照光變色情形。

(三) 探討不同光合色素受UV燈照射後的變色情形。

(四) 找出可能變色的色素以及色素受光後的變化情形。

實驗方法

找出最佳沖提液比率

配製不同比例的丙酮和石油醚展開液，倒入燒杯中。將TLC樣品放入燒杯 中並封口，靜置觀察色素分離情形。選擇色素分離效果最佳的比例，作為管柱層析時的展開液比例。

左手香萃取液在不同pH值下照光變色情形

在試管中均加入10 mL過濾後的左手香汁液。加鹼的實驗中，在每個試管中分別加入0.5 M、1 M、5 M、10 M的NaOH 5 mL和水 5 mL。加酸的實驗中則加入0.05 M、0.1 M、0.5 M、1 M、2 M的HCl 5 mL和水5 mL。將試管放置在太陽光底下以天為單位，每天持續照光8小時，使用分光光譜儀紀錄吸收度。將吸收度的變化除以照光時間(小時)，得出分解速率。

不同光合色素照UV變色情形實驗

使用管柱層析法，分離菠菜萃取液中的葉黃素、葉綠素以及脫鎂葉綠素。將色素分別裝入樣品瓶中，並將其放置在UV燈管下，以天為位，每天持續照光8小時，使用分光光譜儀紀錄變化趨勢。

光合色素在日光燈下照光變色情形

使用管柱層析法，分離菠菜萃取液中的葉黃素、葉綠素以及脫鎂葉綠素。將色素分別裝入樣品瓶中，加入0.5 M、1 M、2 M的HCl和NaOH，並將其放置在日光燈管下，以天為單位，每天持續照光8小時，並使用分光光譜儀紀錄變色情形。將吸收度的變化除以照光時間(小時)，得出反應速率。將數據中特定波段的吸收度變化做平均，可更方便看出其變化趨勢。

研究結果

不同沖提液的層析結果

不同酸鹼濃度的分解速率比較

不同濃度HCl分解速率

不同濃度NaOH分解速率

1.將添加不同濃度HCl的左手香汁液受光分解速率並排比較，可清楚看出不同pH值下的分解情形。在2M HCl的組別中，我們發現其分解速率大幅提升。

2.將添加不同濃度NaOH的左手香汁液受光分解速率並排比較，在10M NaOH的組別中，我們發現其反應速率有顯著提升。

在高能量光源下不同植物色素的分解情形

1.葉黃素：吸收度隨時間下降，而在第二到第三天時降解趨勢有稍微趨緩的情形。

2.葉綠素：吸收度隨時間下降，其降解的速率增加，但吸收度並沒有像葉黃素一樣在第二天時趨緩。

3.脫鎂葉綠素：吸收度隨時間下降，降解速率也同時隨時間趨緩。

日光燈下光合色素在不同濃度的酸鹼的分解情形

1.在酸性環境中之光合色素分解反應速率，皆隨著濃度所提高。

2.鹼性環境中較不符合隨著濃度上升而速率上升的趨勢。

3.脫鎂葉綠素幾乎不受鹼性所影響。

4.加入鹼性溶液中的式樣，在第四天時全部都轉變為紅色溶液，並且帶有 強烈的氣味。

討論

光合色素如何受光照影響加速分解

葉黃素

1.方法一：形成順式雙鍵。

2.方法二：加速葉黃素共軛雙鍵的氧化，使其斷裂並降解。而當中如果使用高溫加熱，生成含醛或含酮的衍生物。

葉綠素

1.葉綠素的大吡咯環受到氧化裂解，保留了次甲基橋C5碳作為一個甲酰基形式消失。

2.在C4處的第二個O原子作為內酰胺基團出現，並作為開環機制。

3.最終所有已知的分解代謝物共同根除吡咯之間的共軛體系。

4.下圖為葉綠素分解過程。

光合色素受到酸鹼的影響之推論

葉黃素會受到葉黃素酯的保護。而我們推測，因為酸鹼都可以使酯基進行水解，使葉黃素酯失去保護活性基團的作用，讓葉黃素對於光熱敏感度提升，因此我們測試了酸鹼的影響。

結論

一、使用管柱層析時沖提液使用丙酮：石油醚比例為1：9的沖提液效果最佳。若要加速分離過程，則可以使用2：8、3：7等比例。而比例若超出5：5則不適合取用。

二、在左手香汁液於不同酸鹼性環境中，降解的變化程度屬440 nm的峰值下降最多，我們認為此項的數據顯示，光合色素大部分都集中於此峰值。

三、加入酸性的HCl和鹼性的NaOH對於分解左手香的光合色素而言，反應速率和濃度皆為正相關。而加入鹼性的溶液中，出現類似磚紅色的情形。

四、接受UV燈照射時，UV燈對於光合色素的分解對於脫鎂葉綠素來說，最為顯著，葉綠素則是其次，最後是葉黃素。並且降解後的產物不具有顏色。

五、接受日光燈的照射時2 M HCl之葉綠素、1 M HCl之葉黃素到第四天後均有變色現象，且所改變的顏色和NaOH相近。去除了如實驗一的複雜混合物之交互影響的條件，可見酸性環境的確對於光合色素的反應有所影響。

六、接受日光燈的照射時，加入NaOH之葉綠素最後均有變色情形。而加入NaOH的葉黃素隨著其NaOH濃度上升，反應速率有所增加。而脫鎂葉綠素幾乎不受鹼性所影響。

參考資料

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