Chromatographie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xantophyll 06:44 min
Transkript Chromatographie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xantophyll
Chromatographie der Blattfarbstoffe
Hallo! Die meisten Blätter sind grün, weil sie große Mengen an Chlorophyll besitzen. Aber weißt Du auch, warum sich viele Blätter im Herbst bunt verfärben? Das liegt daran, dass Blätter nicht nur grüne Blattfarbstoffe besitzen, sondern noch weitere Farbstoffe, die sonst aber nicht sichtbar sind. In diesem Video siehst du, welche Blattfarbstoffe das sind und wie man sie mittels Chromatographie auftrennen kann. Schau es Dir an!
Um die Blattfarbstoffe auftrennen zu können, musst du sie zunächst aus einem Blatt extrahieren, also sozusagen herausziehen. Dazu zerkleinerst du zunächst grüne Blätter mit Pistel und Mörser. Anschließend gibst du ein Gemisch aus Aceton und Petrolether hinzu und schon hast du ein flüssiges Farbstoffextrakt.
Diesen Extrakt tropfst du mit etwas Abstand vom unteren Rand auf eine Dünnschichtchromatographie-Platte auf. Diese Platten sind mit besonderen Materialien beschichtet. Weit verbreitet ist das so genannte Kieselgel.
Stell es dir einfach als ganz feinen Sand vor. Durch die kleinen Poren zwischen den Sandkörnern, muss sich deine Probe später durchbewegen, das Kieselgel bewegt sich dabei natürlich nicht mit und bleibt fest. Darum nennt man das Kieselgel auch Stationäre-Phase und deine flüssige Probe die Mobile-Phase.
Bevor es mit der Chromatographie losgehen kann, musst du zunächst eine Chromatographie-Kammer vorbereiten. Dazu mischst du das unpolare Lösungsmittel Petrolether mit wenig Wasser und Isopropanol gut durch. Wasser und Isopropanol sind im Gegensatz zu Petrolether polare Lösungsmittel.
Das Gemisch füllst du nun in die Kammer, sodass der Boden etwa 5 mm hoch bedeckt ist. Die Kammer lässt du dann noch einige Minuten geschlossen stehen, damit sich der gesamte Raum mit den verdampfenden Flüssigkeiten füllt. Anschließend stellst du die Chromatographie-Platte, auf der du den Farbstoffextrakt aufgetragen hast, in die Kammer und verschließt sie wieder. Wichtig ist, dass die Start-Linie mit deinen Proben nach unten zeigt, dabei aber nicht in die Flüssigkeit eintaucht.
Das Lösungsmittel steigt nun an der Chromatographie-Platte hinauf und zieht die Blattfarbstoffe mit. Weil das Lösungsmittel die Platte hinauf “läuft”, nennt man es auch Laufmittel. Nach einiger Zeit siehst Du, wie sich die Blattfarbstoffe in deiner Probe auftrennen.
Hat das Lösungsmittel den oberen Rand der Chromatographieplatte erreicht, wird diese aus der Kammer genommen. Du kannst dann sehen, dass es grüne Blattfarbstoffe, die Chlorophylle, und gelbe Farbstoffe, die Carotine und Xanthophylle, gibt.
Ganz oben findet du das goldgelbe Carotin. Ein ganzes Stück weiter unten befinden sich die grünen Farbstoffe. Sie setzen sich aus einer olivgrünen Bande (Phäophytin), einer blaugrünen Bande (Chlorophyll a) und einer gelbgrünen Bande (Chlorophyll b) zusammen. Knapp darunter befinden sich die gelben Banden der Xantophylle.
Aber wie kommt es, dass die verschiedenen Blattfarbstoffe so unterschiedlich schnell auf der Chromatographieplatte wandern? Das liegt daran, dass sie unterschiedlich stark von dem unpolaren Lösungsmittel mitgezogen werden. Vereinfacht kann man sagen: sehr unpolare Farbstoffe sind gut in unpolaren Lösungsmitteln löslich und werden daher stark mitgezogen. Du findest sie oben auf der Chromatographieplatte.
Und andersherum: Polare Blattfarbstoffe sind in unpolarem Lösungsmittel weniger gut löslich und werden nicht so stark mitgezogen. Du findest sie unten auf der Chromatographieplatte. Carotin ist also sehr unpolar, während die Chlorophylle polarer sind. Die Xanthophylle sind demnach also noch polarer als die Chlorophylle da sie noch weiter unten sind.
Aber welche Funktion haben die einzelnen Blattfarbstoffe eigentlich? Die Chlorophylle a und b kennst du als Bestandteile der Photosysteme. Chlorophylle absorbieren Licht im roten und blauen Bereich des Spektrums und sind Bestandteil der Lichtreaktion der Fotosynthese. Phäophytin ist ein Abbauprodukt der Chlorophylle, das bei der Extraktion der Farbstoffe entsteht.
Die Xanthophylle und Carotin sind Bestandteile von sogenannten Lichtsammelkomplexen. Diese sind dafür zuständig, dass sie Lichtenergie einsammeln und an die Photosysteme weitergeben. Xanthophylle und Carotin können Licht in einem anderen Wellenlängenbereich absorbieren als Chlorophyll a und b und können die Energie dann auf die Chlorophylle übertragen. So kann eine Pflanze auch in Wellenlängenbereichen fotosynthetisch aktiv sein, in denen die Chlorophylle gar nicht absorbieren.
Jetzt kannst du Dir sicher auch vorstellen, woher die bunte Färbung der Blätter im Herbst kommt. Laubbäume werfen im Herbst ihre Blätter ab. Vor dem Abwerfen werden alle Substanzen des Blattes abgebaut und die Energie daraus wird zum Beispiel in der Wurzel gespeichert.
Die Pflanze beginnt damit, das grüne Chlorophyll der Blätter abzubauen, so dass die anderen Blattfarbstoffe, die sonst natürlich auch in dem Blatt vorliegen, sichtbar werden, zudem entstehen Abbauprodukte mit einer anderen Färbung. So ist die gelb-rote Herbstfärbung vieler Blätter zu erklären.
Außerdem hast du gelernt, dass du Blattfarbstoffe wie Chlorophyll, Carotin oder Xanthophyll per Dünnschichtchromatographie ganz leicht auftrennen kannst.
Tschüss und bis bald!
Videobeschreibung
Hast du dich schon mal gefragt, warum viele Blätter im Herbst so schön bunt sind? Das liegt daran, dass es neben den bekannten grünen Blattfarbstoffen, den Chlorophyllen, noch andere Farbstoffe im Blatt gibt. Diese Farbstoffe kann man einfach aus einem Blatt herauslösen und sie dann in einer Dünnschichtchromatographie auftrennen. Das Ergebnis einer solchen Chromatographie zeigt dir aber nicht nur etwas über die Farbe der Farbstoffe, sondern auch, ob die Farbstoffe sehr unpolar oder eher polarer sind. Schau dir einfach dieses Video an, dann weißt du es ganz genau!
Die Tutoren:
Chromatographie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xantophyll
Chromatographie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xantophyll Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Chromatographie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xantophyll kannst du es wiederholen und üben.
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Beschreibe den Versuchsaufaufbau bei der Chromatographie der Blattfarbstoffe.
Tipps
Die mobile Phase ist die Probe.
Die stationäre Phase ist das Kieselgel auf der Platte.
Lösung
Der Aufbau des Versuches besteht aus einer Chromatographiekammer, die mit einem Laufmittel gefüllt wurde. In diese wird eine Kieselgelplatte gestellt, auf die zuvor die Probe aufgetragen wurde. Die Probe bezeichnet man auch als mobile Phase, weil sie im Verlauf des Versuches über die Platte wandert. Sie enthält die Blattfarbstoffe, welche mit der Zeit auf der Platte aufgetrennt werden. Das Kieselgel hingegen wird als stationäre Phase bezeichnet.
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Beschreibe die Extraktion der Blattfarbstoffe.
Tipps
Das sind ein Mörser und ein Pistill.
Lösung
Die Extraktion der Blattfarbstoffe vor der Chromatographie ist ein wichtiger Schritt dieses Versuchs.
Die Blattfarbstoffe werden durch das Zerstoßen im Mörser aus den Zellen der Blattfarbstoffe freigesetzt. Sie können sich direkt in dem vorhandenen Lösungsmittel lösen. Die anschließende Filtration ist wichtig, damit größere Blattreste die Chromatographie nicht stören.
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Nenne die Blattfarbstoffe, die mithilfe der Dünnschichtchromatographie aufgetrennt werden.
Tipps
Der Farbstoff $\beta$-Carotin kommt in großen Mengen in Karotten vor.
Je besser sich ein Farbstoff im Lösungsmittel lösen kann, desto weiter wird es auf der Platte getragen.
Bei der Löslichkeit gilt:
Gleich und Gleich gesellt sich gern.
Lösung
Das Ergebnis des Versuches zeigt die aufgetrennten Blattfarbstoffe. Doch wie können sie identifiziert werden?
Das verwendete Lösungsmittel ist unpolar. Da sich Gleiches in Gleichem löst, kann man davon ausgehen, dass unpolare Blattfarbstoffe am weitesten laufen. Daher befinden sich ganz oben auf der Platte die Carotine.
Die Chlorophylle weisen unter den Blattfarbstoffen eine mittlere Polarität auf. Man erkennt sie außerdem an ihrer grünlichen Farbe.
Ganz unten befinden sich die Xantophylle mit der höchsten Polarität und somit mit der geringsten Löslichkeit im verwendeten Lösungsmittel.
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Analysiere die Wirkung verschiedener Lösungsmittel auf das Ergebnis der Dünnschichtchromatographie.
Tipps
Die Blattfarbstoffe selbst sind alle eher unpolar.
Polarität der Lösungsmittel: Wasser > Isopropanol > Petrolether
„Gleiches löst sich am besten in Gleichem.“
Lösung
- Wasser ist ein stark polares Lösungsmittel. Da die Blattfarbstoffe eher unpolar sind, lösen sie sich nur schlecht im Wasser. Während der Dünnschichtchromatographie ist ihre Laufstrecke daher gering. Wasser ist somit nicht geeignet für dieses Trennverfahren.
- Isopropanol ist ein Alkohol und damit ein polares Lösungsmittel. Es ist allerdings weniger polar als Wasser. Deswegen können sich die Blattfarbstoffe etwas besser lösen und wandern über die Platte. Die Polarität ist aber noch zu hoch, um die Stoffe klar sichtbar zu trennen.
- Petrolether ist eine Mischung verschiedener organischer Substanzen. Alle diese Substanzen haben gemeinsam, dass sie sehr unpolar sind. Die unpolaren Blattfarbstoffe können sich sehr gut darin lösen. Manche allerdings noch besser als andere, deswegen lassen sie sich mit diesem Lösungsmittel sehr gut auftrennen.
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Erkläre die Funktionen der Blattfarbstoffe.
Tipps
Ein Provitamin ist eine Vorstufe eines Vitamins, die zu diesem Vitamin verarbeitet werden kann.
Auch die Carotine und die Xanthophylle absorbieren Licht, aber in anderen Wellenlängenbereichen als Chloropyhll.
Es handelt sich um das Provitamin A, welches in besonders großen Mengen in Karotten vorhanden ist.
Lösung
Am häufigsten sind die Chlorophylle a und b. Sie sind Teil der Lichtsammelkomplexe, welche eine wichtige Rolle in der Fotosynthese spielen. Die Chlorophylle bilden zudem auch die beiden Zentralmoleküle in diesen Komplexen und spielen daher eine zentrale Rolle in der Lichtreaktion der Fotosynthese. Des Weiteren sind die Chlorophylle dafür verantwortlich, dass Pflanzen uns grün erscheinen, denn sie absorbieren blaues und rotes Licht.
Die Carotine sind ebenfalls Teil der Lichtsammelkomplexe. Dort leiten sie Elektronen zu den Zentralatomen weiter. Außerdem schützen sie die Chlorophyllmoleküle vor überschüssiger Energie aus dem Sonnenlicht. Das ß-Carotin wird auch als Provitamin A bezeichnet, denn es kann von unserem Körper, wenn wir es über die Nahrung aufnehmen, leicht zu Vitamin A umgebaut werden. Das ß-Carotin hat eine rote Färbung und kommt in großen Mengen in Karotten vor.
Die Xantophylle sind, genauso wie die anderen Blattfarbstoffe, Teil der Lichtsammelkomplexe. Genauso wie die Carotine vergrößern sie somit das Gesamtabsorptionspektrum der Pflanzen. Dies steigert die Effektivität der Fotosynthese. Ebenfalls wie die Carotine, besitzen auch die Xantophylle eine Schutzfunktion.
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Ermittle die Funktionsweise der Dünnschichtchromatographie.
Tipps
Ein Merksatz lautet:
Gleiches löst sich in Gleichem.
Ist ein Stoff im Laufmittel gut lösbar, wird er von diesem mitgetragen.
Lösung
Vielen Dank für deine Hilfe!
Die Dünnschichtchromatographie ist eines von vielen chemischen Trennverfahren. Es ermöglicht die Auftrennung von Stoffgemischen nach ihrer Polarität.
Alle chromatographischen Verfahren basieren auf zwei Phasen, einer mobilen und einer stationären Phase. Bei der Dünnschichtchromatographie wird die Probe auf die stationäre Phase, die Kieselgelplatte, aufgetragen. Die mobile Phase, also das Laufmittel in Form eines organischen Lösungsmittels, transportiert die Bestandteile der Probe mithilfe der Kapillarkräfte über die Platte.
Dabei gilt: Je besser sich die Substanz im Laufmittel löst, desto weiter läuft die Probe. Da sich Gleiches am besten in Gleichem löst, sind Stoffe mit geringer Polarität besser löslich im unpolaren organischen Lösungsmittel und laufen weiter. Zudem adsorbieren polare Stoffe fester auf der Kieselgeloberfläche und haben auch daher eine geringere Laufstrecke.
6 Kommentare
hallo
hallo
Text und Bild laufen asynchron. BITTE korrigieren
Danke
abrico@web.de
Sehr ausführlich! Danke.
ok, vielen dank!
Hallo,
anstatt einer Dünnschicht-Platte, kannst du auch ein Stück Kreide oder Filterpapier verwenden. Meist sind die Farbbanden dann auch gut zu erkennen.
gutes video! aber eine frage hab ich noch: kann man bei blättern nur die dünnschichtchromatographie anwenden oder auch andere chomatographieverfahren?
lg und danke :)