RAZISKOVALNA NALOGA

BARVILA V JESENSKIH LISTIH FORSITIJE

(Biologija)

Mentorica: mag. Damijana Gregorič

Somentorica: Simona Horvat

Jezikovni pregled: Tina Mojzer

Avtorji:

Lea Kos

Nika Tajnikar

Mitja Krajnc

Slovenska Bistrica 2007

2

Zahvala

Zahvaljujemo se vsem, ki ste nam kakorkoli pomagali pri nastajanju te raziskovalne naloge. Radi bi se zahvalili vsakemu posebej, vendar vas je preveč, zato bomo omenili le najpomembnejše.

Iskrena hvala vsem, ki ste sodelovali v anketi. Z vašimi odgovori ste nam pomagali, da smo prišli do zanimivih spoznanj.

Zahvaljujemo se tudi laborantkama Mojci Rep in Simoni Horvat, ki sta nam pomagali pri kemijskih poskusih.

Zahvaljujemo se profesorici Tini Mojzer za jezikovni pregled naše raziskovalne naloge.

Največja in najiskrenejša zahvala gre mag. Damijani Gregorič za mentorstvo, podporo, vzpodbudne besede, vztrajnost in vso pomoč, ki smo je bili od nje deležni.

3

POVZETEK

Barve, takšne kot jih vidimo, so odvisne od zaznave naših oči in s tem možganov. Obarvanost sveta je odvisna od fizikalnih pojavov in od prisotnosti barvilnih kemijskih spojin. Naravna barvila so barvilne snovi, ki nastajajo v celicah živega organizma. Poznamo več vrst naravnih barvil. Ta imajo ključno vlogo pri življenjsko pomembnih procesih kot so fotosinteza, proces gledanja in prenos kisika v krvi.

Živopisen svet je za večino anketirancev privlačnejši kot črno-beli. Barve jih najbolj pritegnejo v jeseni, najmanj pa pozimi.

Temelj naše raziskovalne naloge je bil določanje barvil v jesenskem listju forsitije.

Iz suhih, zelenih, rumenih in rdečih listih smo ekstrahirali barvila. Pridobili smo prozorno rumeno, zeleno, oranžno in rjavo rdečo barvo ekstrakta. Na osnovi barve ekstraktov smo sklepali, da vsebuje jesensko listje ksantofile, klorofile, karotene in antocianide.

Barvila v jesenskem listju smo ločili s tankoplastno kromatografijo. Iz kromatogramov smo razbrali, da so barvila v jesenskih listih zmesi.

ABSTRACT

Colours such as we see depend on our eyes perception and our brain. The colour of the world depends on the physical phenomena and the presence of chemical compounds. Natural x are x materials which originate in cells of live organisms. We know more types of natural dyes. They have the main part in processes like photosynthesis, watching and oxygen transmission in blood.

Most of our interviewees are more attracted by the colourful world than the black and white one. They are mostly attracted by colours in autumn.

The basis of our research paper was to define dyes in the autumn leaf of forsythia.

We were extracting dyes from meagre, green, yellow and red leafs. We got transparent, yellow, green, orange, brown and red dye colours. We inferred that autumn leaf includes chlorophylls, xanthophylls, carotenes and ant cyanide.

We separated dyes in autumn leaf with slender stratum chromatography. Out of chromatogram we saw that dyes in autumn are mixtures.

4

KAZALO

1 UVOD............................................................................................................... 5

2 TEORETIČNI DEL ........................................................................................... 6

2. 1 Barve..................................................................................................................................................... 6

2. 2 Naravna barvila ................................................................................................................................... 9

2. 3 Kemija jesenskega listja.................................................................................................................... 10

2. 4 Metoda ekstrakcije ............................................................................................................................ 10 2. 4. 1 Ekstrakcija iz trdnih snovi ........................................................................................................... 12 2. 4. 2 Ekstrakcija iz raztopin ................................................................................................................. 12

2. 5 Kromatografija .................................................................................................................................. 13

3 EMPIRIČNI DEL............................................................................................. 14

3. 1 Anketa................................................................................................................................................. 14

3. 2 Priprava vzorcev................................................................................................................................ 14

3. 3 Ekstrakcija barvil iz listov ................................................................................................................ 15

3. 4 Kromatografija listnih barvil ........................................................................................................... 16

4 IZIDI ............................................................................................................... 18

4. 1 Izidi ankete ......................................................................................................................................... 18

4. 2 Izid ekstrakcije................................................................................................................................... 27

4. 3 Izidi papirne in tankoplastne kromatografije ................................................................................. 30

5 ZAKLJUČEK.................................................................................................. 33

6 LITERATURA ................................................................................................ 34

5

1 UVOD

Zanimivo je, da se malokdo vpraša o nastanku barv v naravi oziroma o naravnih barvilih. Kako so barve v listih sploh nastale? Kako in zakaj je do tako različnih odtenkov prišlo? Kam izgine ves klorofil jeseni, ko listje odpade oziroma porumeni? Od kod vsa ta zelena barva narave, ki nas obdaja? Zaradi vseh teh vprašanj, ki so se nam postavljala v mislih, smo se odločili, da na to temo raziskujemo in dobimo želene odgovore. In tako smo začeli opazovati in raziskovati barvila v jesenskih listih. Opisali smo naravna barvila in postopke, s katerimi lahko izločimo barvila s pomočjo različnih topil. Naš cilj je bil raziskati spremembo na listih v jesenskem času in ugotoviti, ali so povzročitelji teh sprememb zmesi ali čiste snovi. Za začetek raziskovalnega dela smo si postavili več hipotez:

H1: V listih so poleg klorofila prisotna tudi druga barvila.

H2: Barvila v jesenskem listju so zmesi.

H3: V jeseni zeleni listi vsebujejo predvsem zelena barvila, rumeno obarvani listi rumena barvila in rdeče obarvani listi rdeča barvila.

Spoznali smo praktično izvedbo pridobivanja naravnih barvil iz rastlinskih listov. Z ustreznimi topili smo ekstrahirali barvila iz listov forsitije. Prav tako smo spoznali metodo kromatografije za ločevanje naravnih barvil. Izračunali smo retenzijske faktorje.

Kaj o barvilih vedo drugi in kakšno znanje imajo o tej temi, smo preverili z anketo.

Naučili smo se tudi uporabljati različne vire podatkov.

6

2 TEORETIČNI DEL

2. 1 Barve

Barva je čutna zaznava, ki jo povzroča elektromagnetno valovanje z dolžino med 380 nanometrov in 750 nanometrov, kar prikazuje slika 1. Na zaznavanje barve vplivajo dolgotrajni pojavi opazovalca in kratkotrajni pojavi bližnjih barv. Barva je tudi lastnost svetlobnih virov, ki jih lahko oko zaznava.

Barve delimo v več skupin:

● primarne barve — rdeča, rumena, modra;

● sekundarne barve — barve, ki so sestavljene iz dveh primarnih (npr: oranžna);

● tople barve — rdeče, oranžne, rumene, rjave;

● mrzle barve — modre, zelene, škrlatne;

● nevtralne barve — bele, rjave, bež;

● močne barve — intenzivne barve, ki niso razredčene s črno, belo ali komplementarno barvo;

● blede barve — manj intenzivne barve zaradi mešanja z belo, črno ali komplementarno barvo.

7

Barva Območje

valovne dolžine Frekvenčno območje

rdeča ~ 625 — 740 nm ~ 480 — 405 THz

oranžna ~ 590 — 625 nm ~ 510 — 480 THz

rumena ~ 565 — 590 nm ~ 530 — 510 THz

zelena ~ 500 — 565 nm ~ 600 — 530 THz

ciano modra ~ 485 — 500 nm ~ 620 — 600 THz

modra ~ 440 — 485 nm ~ 680 — 620 THz

vijolična ~ 380 — 440 nm ~ 790 — 680 THz

Zvezni spekter

Izdelano za monitorje s korekcijo gama 1, 5.

Slika 1: Prikaz valovne dolžine barve in frekvenčnega območja [5]

Barve so povezane s svetlobo, saj naši možgani in oči dojemajo različne valovne dolžine svetlobe kot barvo.

Za zaznavo in pojav barv zato potrebujemo:

● vir svetlobe,

● predmet, ki svetlobo delno odbija in delno absorbira,

● oko s čutnicami za vid,

● možgane za prepoznavo zaznanega dražljaja.

Svetloba ima dvojno naravo. Obnaša se kot valovanje in kot delci, ki nosijo energijo. Bela dnevna svetloba se ob prehodu skozi optično prizmo razkloni v mavrico. Mavrica je sestavljena iz svetlobnih pasov različnih barv, vsak izmed teh pasov pa ima drugo valovno dolžino, kar določa zaporedje barv v mavrici. Največ energije imajo barve z najmanjšo

valovno dolžino. Vidni spekter svetlobe je le ozek pas v celotnem obsegu elektromagnetnega valovanja. Če bi naše oči zaznavale celoten spekter elektromagnetnega valovanja, bi imeli rentgenski pogled. [5]

8

V mraku barve izginejo, vsi predmeti so sivo-črno obarvani. Vzrok tega pojava je fiziološki. Svetlobne žarke zaznavamo z očesom. V njem so celice, ki so občutljive na svetlobo. Delimo jih na čepke, ki omogočajo barvno gledanje in paličice, s katerimi vidimo črno-belo. Povezani so z vidnim živcem, ki prevaja dražljaje s čutnih celic do možganov. Čepki za delovanje potrebujejo več svetlobe kakor paličice, zato ob slabi osvetlitvi vidimo le črno-belo.

Popolno barvno gledanje je med sesalci razvito le pri človeku in nekaterih opicah. Med ostalimi živalmi pa barve dobro zaznavajo žuželke (mnoge zaznavajo tudi nam nevidni del spektra elektromagnetnega valovanja), večina rib ter mnogi plazilci in ptiči. Sposobnost barvnega gledanja v živalskem svetu je povezana z razvojem raznobarvnih živalskih in rastlinskih oblik.

Obarvanost sveta je posledica dveh vrst barv, in sicer fizikalnih in kemijskih barv.

Fizikalne barve, ki nastanejo zaradi fizikalnih pojavov (npr. disperzije, interference in uklona svetlobe), v naravi niso pogoste. Opazimo pa jih pri pavovem perju, nekaterih svetlečih metuljih, biserni matici, na notranji strani školjk; tudi modrina neba in rdeči sončni zahodi so posledica fizikalnih barv.

Kemijske barve so posledica prisotnosti barvilnih kemijskih spojin. Odvisne so od strukture teh spojin, saj velja preprosto pravilo, da je snov obarvana, če imajo njene molekule več dvojnih ali trojnih vezi, ki ležijo blizu skupaj. [2]

9

2. 2 Naravna barvila

Naravna barvila so barvilne snovi, ki nastajajo v celicah živega organizma.

Naravna barvila razdelimo v pet skupin:

● derivati kinona (npr. benzokinoni, naftokinoni, naftacenokinoni, fenantrakinoni, antrakinoni, sestavljeni kinoni);

● derivati pirola (delijo se na indole in tetrapirole);

● derivati izoprena (karoteni in ksantofili);

● derivati pirana (dihidropirani, flavonoidi);

● derivati pirimidina (purini in pterini). [3]

Nekatera naravna barvila imajo ključno vlogo v fizioloških procesih kot so fotosinteza, proces gledanja in prenos kisika v krvi. Nekatere živali izkoriščajo učinek barv v obredih parjenja. Izkoriščajo jih tudi za obrambo (svarilne barve in varovalne barve).

V naših krajih prevladujejo beli, modri in rumeni cvetovi, saj čebele privlačijo zlasti te barve.

Pred odkritjem prvih sinteznih barvil v 19. stoletju so bile vse stvari barvane samo z naravnimi barvili in anorganskimi pigmenti iz naravnih virov. Barvila so imela visoko ceno in so bila zelo pomembna pri trgovanju.

Tudi v zgodovini so prisotna, saj so jih stare civilizacije uporabljale za barvanje, slikarstvo in ličenje. Ohranjeni izdelki so predvsem rumeni, rdeči in rjavi v kombinaciji s črno. Barvanje z modro je omogočilo šele odkritje indiga, zeleni toni pa so redki, ker so klorofili premalo obstojni.

Dandanes uporabljamo predvsem sintezna barvila, saj so dostopna v večjih količinah, cenejša in bolj obstojna. Imajo pa tudi negativne lastnosti: nekatera so strupena in rakotvorna, pogoste so tudi reakcije nanje.

Pri naravnih barvilih je teh negativnih lastnosti manj, zato se spet vračajo v prehrano, farmacijo in umetniško barvanje tkanin, uporabljajo pa jih tudi v kozmetični industriji. [3]

10

2. 3 Kemija jesenskega listja

Jeseni dnevi postajajo krajši, pot sonca čez nebo je vse krajša. Intenzivnost svetlobe se zmanjšuje. Sončni žarki dosežejo Zemljo pod manjšimi koti in prepotujejo večjo razdaljo skozi Zemljino ozračje, ki prefiltrira svetlobo in izloči valovne dolžine iz modrega dela spektra. Ker je biosinteza klorofilov odvisna predvsem od svetlobe, bogate s krajšimi valovnimi dolžinami, se nastajanje klorofilov zmanjša in končno ustavi. Po razgradnji zelenih klorofilov postanejo vidna druga barvila, ki so bila v listih prisotna ves čas. To so zlasti karotenoidi. Opazimo jih kot oranžne barve karotenov in rumene barve ksantofilov. Tudi dotok vode in hranil v liste se upočasnjuje. Celice na meji med listnim pecljem in vejo začnejo oplutenevati, in tako prekinejo izmenjavo snovi. Glukoza, ki nastaja med fotosintezo, ostane ujeta v listih. Sprožijo se procesi razgradnje. Pri nekaterih rastlinah se iz glukoze tvorijo antocianidini. Ti prispevajo izrazito rdeče barve jesenskega listja. Količina antocainidinov je odvisna od zaloge glukoze v listih in intenzivnosti svetlobe. Več glukoze in svetli jesenski dnevi ter velike temperaturne razlike med dnevom in nočjo prinesejo bolj intenzivno rdečo barvo. Zato je listje v suhih in jasnih jesenih bolj živopisano kot v deževnih in meglenih letih. Rjavo barvo listja prispevajo tanini, zelo stabilni odpadni obarvani produkti. Rjava barva listov se ohrani najdlje, tudi ko listje že odpade in zapade sneg. [2]

2. 4 Metoda ekstrakcije

Ekstrakcija je metoda, s katero izvlečemo želene snovi iz trdne zmesi ali raztopine. Ekstrakcija iz trdnih snovi temelji na različni topnosti posameznih spojin v eksrakcijskem topilu. Ekstrakcija iz raztopin pa temelji na različni topnosti in porazdeljevanju spojin iz zmesi v dveh topilih, ki se med seboj ne mešata.

Topnost neke spojine je odvisna od tega, v kolikšni meri so njene molekule sposobne

tvoriti vezi s topilom. Polarne spojine so praviloma dobro topne v polarnih topilih, nepolarne spojine pa v nepolarnih topilih. Izberemo tako topilo, ki najbolje topi želeno spojino, ostale pa topi čim manj. [4]

11

Slika 2: Ekstrakcija barvil

Glede na to, ali ekstrahiramo iz trdne zmesi ali iz raztopine, ločimo dve skupini ekstrakcijskih postopkov:

● ekstrakcija trdno-tekoče, ki temelji na različni topnosti v danem topilu,

● ekstrakcija tekoče-tekoče, ki temelji na različni topnosti komponent zmesi v dveh topilih.

Za učinkovito ekstrakcijo tekoče-tekoče je pomembna izbira primernega topila, ki mora

zadostiti naslednjim zahtevam:

● že v hladnem mora dobro raztapljati le spojino, ki jo želimo izolirati,

● ne sme reagirati s spojino, ki jo ekstrahiramo,

● ne sme reagirati s topilom, iz katerega ekstrahiramo,

● ne sme se mešati s topilom, iz katerega ekstrahiramo,

● vrelišče ne sme biti previsoko, da ga lahko odparimo in s tem ločimo od spojine. [6]

12

2. 4. 1 Ekstrakcija iz trdnih snovi

Če se spojina iz trdne zmesi v danem topilu raztaplja, potem se vanj ekstrahira. Pogoj je, da je mnogo bolje topna v dodatnem topilu kot ostale sestavine zmesi. Tako lahko ločimo organske spojine od anorganskih soli (anorganske soli so v splošnem slabo topne v nepolarnih topilih), pridobimo barvila iz naravnih virov, ali pa si z ekstrakcijo vodotopnih spojin pripravimo napitek — čaj in kavo.

Ekstrakcijo iz trdnih zmesi lahko izvedemo zelo preprosto. Na zdrobljeno ali zmleto zmes nalijemo ekstrakcijsko topilo in mešamo. Ekstrahiramo v hladnem, učinkoviteje pa je, če zmes in ekstrakcijsko topilo segrevamo. Ekstrakcija iz svežih rastlinskih delov je učinkovitejša, če material tremo s kremenčevim peskom v terilnici. Velja, da je bolje ekstrahirati večkrat z manjšo količino topila kot enkrat z večjo količino topila.

V eksrakcijskem topilu je pogosto topnih več spojin, zato moramo za izolacijo čistih spojin uporabiti še dodatne postopke ločevanja in čiščenja.

Za ekstrakcijo iz trdnih zmesi pogosto uporabljamo napravo, ki se imenuje Soxhletov aparat.

Ekstrakcijsko topilo segrevamo v bučki, para pa se utekočini v hladilniku in kondenzat kaplja na trdno zmes v tulcu iz filtrirnega papirja, ki je pokrit z vato. Pri tem nastaja raztopina spojin, ki jih želimo ekstrahirati. Ko raztopina napolni nastavek do višine odtoka, steče po principu natege nazaj v bučko in postopek se ponovi.

Ekstrahirane spojine se nabirajo v bučki, v tulcu pa ostanejo netopne sestavine prvotne zmesi. [4]

2. 4. 2 Ekstrakcija iz raztopin

Za ekstrakcijo iz raztopin ponavadi uporabljamo lij ločnik. Raztopljeni zmesi spojin v liju ločniku dodamo ekstrakcijsko topilo, ki se s prvim ne meša. Pri stresanju se spojine porazdeljujejo med obe topili glede na topnost. Nato počakamo, da se v liju ločniku obe spojini jasno ločita. Ekstrakcija je uspešna le, če je spojina v ekstrakcijskem topilu zelo

dobro topna. Pri večini ekstrakcij iz raztopin je eno topilo voda, drugo pa nepolarno organsko topilo, ki se z vodo ne meša. [4]

13

Na stojalo pripnemo kovinski obroč in vanj postavimo lij ločnik. S pomočjo lija z dolgim vratom vanj nalijemo raztopino, iz katere ekstrahiramo. Dodamo ekstrakcijsko topilo ter lij ločnik zamašimo z zamaškom. Lij ločnik vzamemo s stojala, z eno roko pritiskamo na zamašek, z drugo pa držimo ob ventilu in stresamo. Lij ločnik večkrat obrnemo z izlivom navzgor in odpremo ventil, da izenačimo tlak. Po končanem stresanju vrnemo lij ločnik v obroč in počakamo, da se plasti ločita. Nato odstranimo zamašek, odpremo ventil in spodnjo plast spustimo v čašo. Ekstrakcijo večkrat ponovimo, da dosežemo čim boljši izkoristek. [6]

2. 5 Kromatografija

S kromatografijo ločujemo in čistimo trdne, tekoče in plinaste spojine.

Pri kromatografiji vedno nastopata dve fazi. Ena je stacionarna (mirujoča), druga pa mobilna (gibljiva) faza. Spojine potujejo z mobilno fazo glede na to, kako dobro se v njej raztapljajo. Pri svojem potovanju pa se seveda porazdelijo med obe fazi.

Za uporabo v kemijskih analiznih laboratorijih so razvili veliko število kromatografskih tehnik in inštrumentov. V šoli najpogosteje uporabljamo papirno in tankoplastno kromatografijo. Pri tankoplastni kromatografiji je trdna stacionarna faza (na primer silikagel ali aluminijev oksid) namazana na nosilno ploščo.

Glede na stacionarne faze razlikujemo:

● kolonsko kromatografijo, pri kateri je stacionarna faza v koloni primerne oblike in velikosti,

● tankoplastno kromatografijo, pri kateri je stacionarna faza nanešena na stekleno, kovinsko ali plastično ploščo,

● papirno kromatografijo, pri kateri se zmes ločuje s potovanjem mobilne faze po poroznem papirju.

Kromatografske tehnike uporabljamo za:

● ugotavljanje čistosti in prepoznavanje spojin,

● preverjanje uspešnosti postopkov izolacije in čiščenja spojin,

● ločevanje zmesi, ki jih ni mogoče ločiti z ostalimi metodami, kot so

kristalizacija, destilacija, sublimacija in podobno. [6]

14

3 EMPIRIČNI DEL

3. 1 Anketa

Kot raziskovalno metodo smo uporabili anketo. Vedeli smo, da bomo s pomočjo ankete dobili veliko podatkov, ki bodo zanesljivi in v kratkem času dosegljivi. Pripravili smo niz devetih vprašanj, večinoma zaprtega tipa. Tak tip verjetno ni toliko zanimiv za anketirance, saj ne morejo izražati svojega mnenja, vendar pri takem tipu anket vprašanja lažje analiziramo in uredimo v tabele in diagrame. Anketiranci so na anketo odgovarjali samostojno. Z anketo smo želeli izvedeti, koliko ljudje vedo o barvah in barvilih.

Anketo smo razdelili dijakom dveh oddelkov naše šole, v starosti od 15 do 17 let.

3. 2 Priprava vzorcev

Forsitije sodijo med najbolj priljubljene in razširjene grmovnice. Imajo rumenkaste cvetove. Njihova pomembna lastnost je, da zgodaj cvetijo, že takrat, ko so druge rastline še brez listov in cvetov. Nas niso pritegnili spomladanski cvetovi, ampak jesensko obarvano listje.

V zadnjih dneh oktobra smo nabrali liste forsitije. V istem dnevu in na enem grmu forsitije smo natrgali zelene, rumene in rdeče liste (slika 2). Suhe liste smo pobrali izpod grma. Liste smo do analize zamrznili.

Slika 3: Grm forsitije

15

3. 3 Ekstrakcija barvil iz listov

Stehtali smo 10 g zamrznjenih rdečih, rumenih, zelenih in suhih jesenskih listov forsitije in jih narezali na čim krajše koščke. Stehtane liste smo ločeno (glede na barvo) dali v štiri terilnice s pestilom. V vsako terilnico smo dodali žlico kremenčevega peska in ekstrakcijsko topilo (30 mL acetona in 3 mL heksana). Zmes smo dobro strli s pestilom, da se je listno tkivo razpustilo in da se je raztopina obarvala. Ekstrakt smo precedili v čašo, listno tkivo pa vrnili v terilnico. Postavili smo stojalo z obročem za filtriranje. Vse štiri

ekstrakte smo filtrirali ob palčki skozi filtrirni papir v nove čaše. V štirih čašah smo dobili ekstrakte barvil, ki smo jih potrebovali za naslednje eksperimente.

Slika 4: Tehtanje listov

Izvedli smo tudi ekstrakcijo barvil iz listov s pomočjo Soxletovega aparata. Kot ekstrakcijsko topilo smo uporabili destilirano vodo (slika 4).

Postavili smo Soxletov aparat in vanj vstavili strte liste (posamezne barve) ovite s papirjem. Nanj smo postavili hladilnik za kondenzacijo vodne pare. Ta postopek smo ponovili 4-krat za vsako barvo listov posebej. V štirih bučkah smo dobili ekstrakte barvil, ki smo jih potrebovali za naslednje eksperimente.

16

Slika 5: Soxletov aparat

3. 4 Kromatografija listnih barvil

Izvedli smo papirno kromatografijo s pomočjo kromatografskega papirja in tankoplastno kromatografijo s pomočjo silikagel kromatografske plošče. Uporabili smo dve mobilni fazi.

Za pripravo mobilne faze 1 smo zmešali 60 mL petroletra, 20 mL acetona in 20 mL kloroforma (razmerje 3 : 1 : 1), mobilna faza 2 pa je bila zmes 50 mL etila acetata, 30 mL etil metil ketona, 10 mL metanojske kisline in 10 mL destilirane vode.

Pripravljeno zmes mobilne faze smo nalili v kadičko. Označili smo kromatografski papir oziroma tankoplastno kromatografsko ploščo s svinčnikom približno 2 cm od roba z izhodiščno črto za nanos vzorcev. Z mikropipeto smo na kromatografski papir oziroma kromatografsko ploščo ob oznaki nanesli 40 µL ekstrakta rastlinskih barvil. Raztopino smo nanesli tako, da smo se pravokotno na ploščo postopoma dotikali točke na izhodiščni črti z mikropipeto, ki vsebuje 40 µL vzorca. Med nanosi smo liso posušili s sušilcem za lase. Previdno smo postavili kromatografski papir oziroma ploščo v kadičko za kromatografijo.

Zaradi kapilarnosti je začela mobilna faza potovati navzgor po plasti silikagela oziroma po kromatografskim papirju. Ko je dosegla liso zmesi barvil, so se nekatera barvila v mobilni fazi raztopila in se začela pomikati navzgor. Opazovali smo ločitev barvil. Ko smo opazili, da so se barvila na plošči za tankoplastno kromatografijo ločila in je topilo pripotovalo skoraj do vrha, smo vzeli ploščo za tankoplastno kromatografijo iz posode in takoj označili

17

višino, do katere je pripotovalo topilo. S svinčnikom smo rahlo obkrožili lise barvil. Nato smo pustili, da se je plošča posušila. Izmerili smo razdaljo, ki jo je prepotovalo topilo in razdalje, ki so jih prepotovala posamezna barvila. Izračunali smo retenzijske faktorje. Retenzijski faktor (Rf) je kvocient med potjo barvila in potjo topila.

Slika 6: Kromatografija barvil

18

4 IZIDI

4. 1 Izidi ankete

Anketa je bila anonimna, vendar nekateri niso odgovarjali iskreno, ampak so zapisali odgovore, za katere so bili mnenja, da so pričakovani.

Spodaj prikazani rezultati so analiza odgovorov dijakov Srednje šole Slovenska Bistrica, starih od 15 do 17 let.

Število sodelujočih dijakov: 57

1. Katero barvo imaš najraje?

__________________________________________________________________.

Število Odstotki

Modro. 19 35 %

Belo. 2 4 %

Oranžno. 4 7 %

Črno. 16 29 %

Zeleno. 7 13 %

Olivno. 1 2 %

Vijolično. 1 2 %

Rdečo. 2 4 %

Rumeno. 2 4 %

Rjavo. 1 2 %

Modro. 55 100 %

Tabela 1: Analiza prvega vprašanja

1. Katero barvo imaš najraje?

19

2416

7

122

1

1

Modro. Belo. Oranžno. Črno. Zeleno. Olivno.

Vijolično. Rdečo. Rumeno. Rjavo.

Grafikon 1: Odgovori dijakov na prvo vprašanje

19

Na vprašanje, katero barvo imajo dijaki najraje, je največ (35 %) dijakov odgovorilo z odgovorom modro, sledi črna (29 %), zelena (13%), oranžna (7 %), bela, rdeča, rumena (vse 4 %), rjava, vijolična in olivna (vse 2 %). Menimo, da je to vprašanje povezano z barvo oblačil, saj večina srednješolcev nosi jeans.

2. V katerem letnem času te barve najbolj impresionirajo/ pritegnejo?

Število Odstotek

a) Pomladi. 17 30 %

b) Poleti. 12 21 %

c) Jeseni. 23 41 %

d) Pozimi. 4 7 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 2: Analiza drugega vprašanja

2. V katerem letnem času te barve najbolj

impresionirajo/pritegnejo?

30%

21%

42%

7%

a) Pomladi. b) Poleti. c) Jeseni. d) Pozimi.

Grafikon 2: Odgovori dijakov na drugo vprašanje

Na drugo vprašanje, ki se je glasilo: »V katerem letnem času te barve najbolj impresionirajo?«, so bili odgovori sledeči: 42 % anketirancev je odgovorilo, da jih barve najbolj impresionirajo jeseni, 30 % anketirancev, da jih barve najbolj navdušijo pomladi,

21 % poleti in 7 % anketirancev pozimi. Iz odgovorov smo razbrali, da jim je veliko lepši živo pisan svet, kot pa črno-beli.

20

3. Ali si se že kdaj vprašal/a, zakaj jeseni listje spremeni barvo?

Število Odstotek

a) Da, na to temo sem že veliko prebral/a. 19 34 %

b) Da, vendar to v meni ni vzbudilo pozornosti. 33 59 %

c) Ne, nikoli. 4 7 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 3: Analiza tretjega vprašanja

3. Ali si se že kdaj vprašal/ a zakaj jeseni

listje spremeni barvo?

34%

59%

7%

a) Da, na to temo sem že veliko prebral/a.

b) Da, vendar to v meni ni vzbudilo pozornosti.

c) Ne, nikoli.

Grafikon 3: Odgovori dijakov na tretje vprašanje

Na tretje vprašanje je 59 % anketirancev odgovorilo z odgovorom b, 34 % z odgovorom a

in 7 % z odgovorom c.

21

4. Katera barva se ob prehodu skozi optično prizmo nakloni v mavrico?

Število Odstotek

a) Črna. 1 2 %

b) Bela. 48 87 %

c) Siva. 6 11 %

Skupaj 55 100 %

Tabela 4: Analiza četrtega vprašanja

4. Katera barva se ob prehodu skozi optično

prizmo nakloni v mavrico?

2%

87%

11%

a) Črna. b) Bela. c) Siva.

Grafikon 4: Odgovori dijakov na četrto vprašanje

Na četrto vprašanje je kar 87 % anketirancev odgovorilo s pravilnim odgovorom b. Za odgovor a, se je odločilo 2 % anketirancev, za odgovor c pa 11 %.

22

5. Barva je čutna zaznava, ki jo omogoča magnetno valovanje …

Število Odstotek

a) … med 380 in 750 nanometrov. 32 57 %

b) … med 10 in 60 nanometrov. 7 13 %

c) ... med 1200 in 2800 nanometrov. 17 30 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 5: Analiza petega vprašanja

5. Barva je čutna zaznava, ki jo povzroča

elektromagnetno valovanje …

57%13%

30%

a) … med 380 in750 nanometrov.

b) … med 10 in 60nanometrov.

c) ... med 1200 in2800 nanometrov.

Grafikon 5: Odgovori na peto vprašanje

Na peto vprašanje v anketi je 57 % anketiranih oseb odgovorilo s pravilnim odgovorom a. Ostala odgovora sta dobila 30 % oziroma 13 % glasov. Menimo, da so do pravilnega odgovora prišli tudi z izključevanjem nepravilnih možnosti.

23

6. S katerim delom očesa človek zazna svetlobo in s tem barvo?

Število Odstotek

a) Z očesno lečo. 8 14 %

b) S čepki, ki se nahajajo v mrežnici očesa. 20 36 %

c) S paličicami, ki se prav tako nahajajo v mrežnici očesa. 28 50 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 6: Analiza šestega vprašanja

6. S katerim delom očesa človek zazna svetlobo in s tem

barvo?

14%

36%50%

a) Z očesno lečo.

b) S čepki, ki se nahajajo v mrežnici očesa.

c) S paličicami, ki se prav tako nahajajo v mrežnici očesa.

Grafikon 6: Odgovori na šesto vprašanje

Na šesto vprašanje je večina anketirancev (50 %) odgovorilo napačno. Za pravi odgovor se

je odločilo 36 % anketirancev. Tretji odgovor je dobil 14 % glasov.

24

7. Kam izgine listno zelenilo?

Število Odstotek

a) Barvila, ki povzročajo nastajanje drugih barv, jih absorbirajo. 31 56 %

b) Zaradi manjše svetlobe se nastajanje zelene barve ustavi. 18 33 %

c) Shranjuje se v listih kot rezervna hrana. 6 11 %

Skupaj 55 100 %

Tabela 7: Analiza sedmega vprašanja

Grafikon 7: Odgovori na sedmo vprašanje

56 % anketiranih dijakov je odgovorilo s pravilnim odgovorom a. Za odgovor b se je odločilo 33 % dijakov, ki so sodelovali v anketi, z odgovorom c je odgovorilo 11 % dijakov.

7. Kam izgine listno zelenilo?

56%33%

11%

a) Barvila, ki povzročajo nastajanje drugih barv, jih absorbirajo.

b) Zaradi manjše svetlobe se nastajanje zelene barve ustavi.

c) Shranjuje se v listih kot rezervna hrana.

25

8. Zakaj jeseni listje spremeni barvo?

Število Odstotek

a) Zaradi mraza. 4 7 %

b) Zaradi povečane količine padavin. 2 4 %

c) Zaradi manjšega kota padajočih sončnih žarkov. 50 89 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 8: Analiza osmega vprašanje

8. Zakaj jeseni listje spremeni barvo?

7% 4%

89%

a) Zaradi mraza.

b) Zaradi povečane količine padavin.

c) Zaradi manjšega kota padajočih sončnih žarkov.

Grafikon 8: Odgovori na osmo vprašanje

Na osmo vprašanje je velika večina anketirancev (89 %) odgovorila s pravilnim odgovorom, c. Ostala odgovora sta dobila 7 % oziroma 4 % glasov.

26

9. Katera barvila dajejo listom rumene, zelene in celo rdeče barve?

Število Odstotek

a) Te barve ne vsebujejo barvil. 3 5 %

b) Klorofil. 5 9 %

c) Karotenoidi. 48 86 %

Skupaj 56 100 %

Tabela 9: Analiza devetega vprašanje

9. Katera barvila dajejo listom rumene,

oranžne in celo rdeče barve?

5% 9%

86%

a) Te barve ne vsebujejo barvil.

b) Klorofil.

c) Karotenoidi.

Grafikon 9: Odgovori na deveto vprašanje

Tudi na zadnje vprašanje v naši anketi so dijaki v veliki večini pravilno odgovorili. Za pravilni odgovor se je odločilo 86 % dijakov. Ostala odgovora sta si razdelila 9 % oziroma 5 % odgovorov.

27

4. 2 Izid ekstrakcije

Jeseni smo nabrali raznobarvne liste grma forsitije. Nato smo ekstrahirali barvila iz različnih vrst listja. Kot ekstrakcijsko topilo smo uporabili aceton in heksan ali vodo.

Heksan je nepolarno topilo in raztaplja nepolarne snovi (podobno se topi v podobnem). Aceton je po polarnosti med heksanom in vodo.

Voda je polarno topilo in raztaplja polarne snovi. Zato smo z ekstrakcijo iz vode dobili barvila, ki so polarna, iz heksana pa barvila, ki imajo nepolaren značaj.

Po ekstrakciji, kjer smo kot ekstrakcijsko topilo uporabili zmes acetona in heksana v razmerju 10 : 1, smo iz suhega listja dobili prozorno rumeno barvo ekstrakta, iz zelenega listja smo dobili zeleno barvo ekstrakta, iz rumenega listja oranžno barvo ekstrakta in iz rdečega listja rjavo rdečo barvo ekstrakta.

Slika 7: Ekstrakti barvil iz zmesi acetona in heksana

Na osnovi barve ekstraktov smo sklepali, da zeleno barvo dajejo klorofili, rumeno barvo ksantofili (lutein), oranžno barvo karoteni in rdečo antocianidi (cianidin).

28

Iz skeletne formule klorofila je razvidno, da ima dolg nepolaren rep in v tetrapirolovem obroču vezan atom Mg.

Karotenoidi in ksantofili so derivati izoprena. Iz njihove formule ugotovimo, da imajo nepolarni značaj, zato se dobro topijo v nepolarnih topilih.

29

Rdeče obarvan antocianid je cianidin. V molekuli ima vezane hidroksilne skupine, zato je polaren in tako topen v vodi.

V Soxhletovem aparatu smo ekstrahirali tudi barvila iz različno obarvanih listov. Ekstrakcijsko topilo je bila voda. Pri vseh listih smo po ekstrakciji dobili odtenke umazano rjavo-rdeče barve (slika 7). Takšne barve ekstraktov smo dobili, ker se v vodi topijo antocianidini, ki imajo polaren značaj.

Slika 8: Ekstrakti barvil iz vode

30

4. 3 Izidi papirne in tankoplastne kromatografije

Izvajali smo papirno kromatografijo. Ker ločitev barvil ni bila dobra, smo uporabili silikagelsko kromatografsko ploščo. Uporabili smo mobilno fazo 1 (60 mL petroletra, 20 mL acetona, 20 mL kloroforma) in mobilno fazo 2 (30 mL etil metil ketona, 50 mL etila acetata, 10 mL metanojske kisline in 10 mL destilirane vode).

Najbolje razviti kromatogrami so iz mobilne faze 1: petroleter (60 mL), aceton (20 mL) in kloroform (20 mL). Dobra ločljivost barvil iz različnih listov je bila na kromatogramu iz silikagelske plošče. Prav tako je v zelenih listih največ barvil. Pojavita se dve barvili: rumena in zelena. Tudi v rdečih listih se pojavi zeleno in rumeno barvilo. V suhih listin in v rumenih listih pa se pojavi le rumeno barvilo.

Slika 9: Kromatogrami na silikagelski plošči

V tabeli 10 so zbrane meritve iz kromatogramov, kjer smo uporabili mobilno fazo 1: petroleter, aceton in kloroform (3 : 1 : 1). Prikazane so poti topila, poti barvil in izračunani retenzijski faktorji. Rezultati kromatograma potrjujejo, da so barvila v listih dejansko

zmesi različnih barvil. Tako smo potrdili našo hipotezo, da so barvila v jesenskem listju zmesi. Samo suho listje vsebuje le eno snov, saj so se vsa barvila že razgradila.

Opazili smo tudi, da je na kromatogramu najintenzivnejša zelena lisa pri ekstraktu iz zelenega listja. Na kromatogramu pri ostalih listih je ni zaznati. Na osnovi navedenega smo sklepali, da se je klorofil v rumenih in rdečih listih razgradil.

31

Tabela 10: Pot topila, barva lis, pot barvil in retenzijski faktorji v suhem, zelenem, rumenem

in rdečem listju z mobilno fazo 1

V tabeli 11 so prikazane poti topila (mobilna faza 2: etil acetat, metil etil keton, mravljična kislina, destilirana voda – 5 : 3 : 1 : 1), poti barvil in izračunani retenzijski faktorji. Vendar ločljivost barvil z mobilno fazo 2 ni bila tako dobra kot z mobilno fazo 1.

Na razvitem kromatogramu ekstrakta iz rumenih in rdečih listov je bilo poleg zelenih in rumenih lis zaznati tudi rdeči lisi. Na ta način smo ugotovili, da rumeno in rdeče obarvani listi vsebujejo antocianidine.

Pot topila (cm) Barva lise Pot barvila

(cm) Rf

Suho listje 4, 8 rumena 3, 9 0, 81

Zeleno listje 5 zelena 0, 8 0, 16

5 rumenkasta 1, 4 0, 28

5 zelenkasta 3 0, 60

5 rumenkasta 3, 5 0, 70

5 rumena 4 0, 80

Rumeno listje 4, 5 rumenkasta 1, 6 0, 35

4, 5 zelenkasta 3, 1 0, 69

4, 5 odtenek rumene 3, 5 0, 78

4, 5 rumena 4 0, 89

Rdeče listje 4, 6 rumenkaste 1, 2 0, 26

4, 6 rumenkaste 1, 7 0, 37

4, 6 zelenkasta 3, 1 0, 67

4, 6 rumenkaste 3, 6 0, 78

4, 6 rumena 4 0, 87

32

Pot topila (cm) Pot barvila (cm) Rf

Suho listje 8, 5 8 0, 94

Zeleno listje 8, 8 2 0, 23

8, 8 4, 5 0, 51

8, 8 8 0, 91

Rumeno listje 8 1, 7 0, 21

8 3, 8 0, 47

8 5, 2 0, 65

8 7 0, 87

8 7, 5 0, 94

8 7, 8 0, 97

Rdeče listje 8, 3 6, 3 0, 76

8, 3 3, 8 0, 46

8, 3 7, 3 0, 88

8, 3 7, 8 0, 94

8, 3 8, 2 0, 99

Tabela 11: Pot topila, pot barvil in retenzijski faktorji v suhem, zelenem, rumenem in

rdečem listju z mobilno fazo 2

33

5 ZAKLJUČEK

Naravnih barvil je veliko. Razvrščene so v pet glavnih skupin: derivati izoprena, pirola, pirimidina, kinona in pirana.

V eksperimentalnem delu smo ekstrahirali naravna barvila iz jesenskih listov forsitije. Ekstrakcijsko topilo je bila zmes acetona in heksana v razmerju 10 : 1.

Na osnovi barve ekstraktov (suho listje — rumena barva ekstrakta, zeleno listje — zelena barva ekstrakta, rumeno listje — oranžna barva ekstrakta in rdeče listje — rdeča barva ekstrakta) smo ugotovili, da zeleno barvo dajejo klorofili, rumeno barvo ksantofili, oranžno barvo karoteni in rdečo barvo antocianidi.

Iz skeletne formule klorofila je razvidno, da ima nepolaren rep in v tetrapirolovem obroču vezan atom Mg. Prav tako smo iz skeletne formule ugotovili, da imajo karotenoidi in ksantofili nepolaren značaj, zato se dobro topijo v nepolarnih topilih. Antocianidi imajo v molekulah vezane hidroksilne skupine, zato so polarni in so topni v vodi.

Pri ekstrakciji barvil z vodo v Soxhletovem aparatu smo pri vseh listih dobili odtenke umazano rjavo-rdeče barve. Takšne rezultate smo dobili, ker se v vodi topijo antocianidini, ki imajo polaren značaj.

Najbolje razviti kromatogrami so bili iz mobilne faze 1 (petroleter, aceton in kloroform v razmerju 3 : 1 : 1). V zelenih listih se pojavijo rumena in zelena barvila, v rdečih listih se tudi pojavijo rumena in zelena barvila, v suhih in rumenih listih pa se pojavijo le rumena barvila.

Na kromatogramu ekstrakta iz rumenih in rdečih listov, razvitem z mobilno fazo 2: etil acetat, metil etil keton, mravljična kislina in destilirana voda v razmerju 5 : 3 : 1 : 1, smo

zaznali rdeči lisi. Ta ugotovitev potrjuje, da obarvani jesenski listi vsebujejo tudi antocianidine, ki dajejo značilno rdečo barvo.

Rezultati kromatogramov potrjujejo, da so barvila v jesenskih listih zmesi različnih barvil. Tako smo potrdili našo hipotezo, da so barvila v jesenskem listju zmesi in poleg zelenega klorofila vsebujejo rumene ksantofile in rdeče antocianide.

Z anketo smo ugotovili, da so anketiranci kar dobro poučeni o temi naše raziskovalne naloge in jim tudi vprašanja v anketi niso povzročala večjih težav.

Tema za nadaljnje raziskave bi bila določitev posameznih vrst barvil. S pomočjo preparativne kromatografije bi pridobili vzorce za nadaljnje analize.

34

6 LITERATURA

1. Boh, B. Barvila in naravna barvila: delovni zvezek. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije, 2000.

2. Boh, B. Barvila in naravna barvila: učbenik. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije, 2000.

3. Boh, B. Barvila in naravna barvila: Kemija v šoli, letnik 9, številka 2, 1997.

4. Zupančič Brouwer, N, Vrtačnik, M. Eksperimentalna organska kemija. Ljubljana: M&N, 1995.

5. http://sl.wikipedia.org/wiki/Barva

6. http://www.gimvic.org/projekti/timko/2003/2c/naravnabarvila/index.htm

35

KAZALO SLIK

Slika 1: Prikaz valovne dolžine barve in frekvenčnega območja [5]................................................................. 7 Slika 2: Ekstrakcija barvil ............................................................................................................................... 11 Slika 3: Grm forsitije ....................................................................................................................................... 14 Slika 4: Tehtanje listov.................................................................................................................................... 15 Slika 5: Soxletov aparat................................................................................................................................... 16 Slika 6: Kromatografija barvil......................................................................................................................... 17 Slika 7: Ekstrakti barvil iz zmesi acetona in heksana...................................................................................... 27 Slika 8: Ekstrakti barvil iz vode ...................................................................................................................... 29 Slika 9: Kromatogrami na silikagelski plošči .................................................................................................. 30

KAZALO GRAFIKONOV

Grafikon 1: Odgovori dijakov na prvo vprašanje ............................................................................................ 18 Grafikon 2: Odgovori dijakov na drugo vprašanje ......................................................................................... 19 Grafikon 3: Odgovori dijakov na tretje vprašanje .......................................................................................... 20 Grafikon 4: Odgovori dijakov na četrto vprašanje .......................................................................................... 21 Grafikon 5: Odgovori na peto vprašanje ......................................................................................................... 22 Grafikon 6: Odgovori na šesto vprašanje ........................................................................................................ 23 Grafikon 7: Odgovori na sedmo vprašanje...................................................................................................... 24 Grafikon 8: Odgovori na osmo vprašanje........................................................................................................ 25 Grafikon 9: Odgovori na deveto vprašanje...................................................................................................... 26

KAZALO TABEL

Slika 1: Prikaz valovne dolžine barve in frekvenčnega območja [5]................................................................. 7 Slika 2: Ekstrakcija barvil ............................................................................................................................... 11 Slika 3: Grm forsitije ....................................................................................................................................... 14 Slika 4: Tehtanje listov.................................................................................................................................... 15 Slika 5: Soxletov aparat................................................................................................................................... 16 Slika 6: Kromatografija barvil......................................................................................................................... 17 Slika 7: Ekstrakti barvil iz zmesi acetona in heksana...................................................................................... 27 Slika 8: Ekstrakti barvil iz vode ...................................................................................................................... 29 Slika 9: Kromatogrami na silikagelski plošči .................................................................................................. 30