2020版新一线高考生物（苏教版）一轮复习教学案：选修1第3讲　生物成分的分离与测定技术

  第3讲　生物成分的分离与测定技术

[考纲展示]　实验：从生物材料中提取某些特定的成分

考点| 植物芳香油和胡萝卜素的提取

1．植物芳香油的来源、特点和提取

(1)来源：芳香油是芳香植物在代谢中的产物，目前已知其主要组分包括萜类化合物及其衍生物。

(2)特点：具有很强的挥发性，易溶于有机溶剂。

(3)提取：橘皮芳香油既可采用蒸馏法提取，也可采用压榨法制得，而水蒸气蒸馏法适用于能随水蒸气蒸馏出来而不被破坏的物质成分。一些植物的芳香油还可采用萃取法提取。

2．水蒸气蒸馏法提取橘皮中的芳香油

3．橘皮精油的提取

4．玫瑰精油的提取

[思考回答]

1．图1为水蒸气蒸馏的装置图，图2为萃取装置，据图回答以下有关问题：

图1　　　　　　　　　图2

(1)请指出图1中的两点错误。

提示：错误1：蒸馏瓶中的液体量太多，应占烧瓶容积的1/3～2/3。错误2：进水口和出水口装反，下方的是进水口，上方的是出水口。

(2)玫瑰精油的提取适合上述蒸馏方法，请简述理由。(至少答两点)

提示：因为玫瑰精油化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，且不会导致原料焦糊和有效成分水解等，所以适合用水中蒸馏法进行提取。

(3)图2的安装及拆除顺序如何？为何常采用水浴加热？在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？

提示：安装顺序是由下而上，拆除时相反。采用水浴加热的原因：有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸。在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是防止加热时有机溶剂挥发。

2．在石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这几种溶剂中，哪种最适宜用来提取胡萝卜素？乙醇和丙酮能够用于胡萝卜素的萃取吗？为什么？

提示：在这五种溶剂中，石油醚的沸点最高，在加热萃取时不易挥发，所以石油醚最适宜用作萃取剂。胡萝卜素可溶于乙醇和丙酮，但它们是水溶性有机溶剂，在萃取中能与水混溶而影响萃取效果，所以不能用它们作萃取剂。

1．植物有效成分提取的三种方法的比较

2.影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施

◎考法1　考查芳香油的提取和分离

[解题指导]  依据植物有效成分的特性选择提取方法：

1．提取挥发性强的植物芳香油：蒸馏法。

2．提取易溶于有机溶剂的植物有效成分：萃取法。

3．提取原料中含量高的植物有效成分：压榨法。

1．(2018·江西赣州第三中学开学考试)下图是某同学设计的茉莉油的提取实验，图甲是实验流程，图乙是茉莉油提取的实验装置，请回答：

(1)该同学提取茉莉油的方法是____________。米摘原料应在茉莉油含量较高的____________(填“花开的盛期”或“花开的晚期”)采收。

(2)图甲中B过程表示____________，通常应向油水混合物中加入____________促进B过程的进行。要完成图甲C过程需要向提取液中加入____________，因为通过B过程获得的提取物可能含有____________。

(3)橘皮精油主要储藏在橘皮部分，提取一般不采用图乙所示的方法，原因是____________________________________________________________。

为了防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率，需要将橘皮干燥去水，然后用一种化学物质浸泡，使橘皮变得粗糙，细胞变得疏松，该化学物质是____________。

解析：(1)茉莉油与玫瑰油的性质相似，由图甲可知该同学提取茉莉油的方法是水蒸气蒸馏法；采摘原料应在茉莉油含量较高的花开的盛期采收。(2)图甲中B过程表示分离油层，通常应向油水混合物中加入NaCl来促进油水分离过程的进行；要完成图甲C过程需要向提取液中加入无水Na2SO4，因为通过B过程获得的提取物可能含有一定的水分。(3)橘皮精油主要储藏在橘皮部分，提取一般不采用蒸馏法，原因是橘皮精油的有效成分在水蒸气蒸馏时会发生部分水解；为了防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率，需要将橘皮干燥去水．然后用石灰水浸泡，使橘皮蛮得粗糙，细胞变得疏松。

答案：(1)水蒸气蒸馏法　花开的盛期　(2)分离油层　NaCl　无水Na2SO4　一定的水分　(3)橘皮精油的有效成分分在水蒸气蒸馏时会发生部分水解　石灰水

2．(2018·湖北省鄂西5月质量检查)玫瑰精油被称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料。提取玫瑰精油的实验流程如图所示，请回答下列问题：

→→→→→→→→→

(1)提取玫瑰精油通常采用水蒸气蒸馏法，原理是利用________将挥发性较强的玫瑰精油携带出来，形成油水混合物。

(2)图中A表示________过程，缺少该步骤精油提取量会减少，原因是__________________________________________________________________。

(3)在油水混合物中加入NaCl的目的是__________________。在分离出的油层中加入无水Na2SO4的目的是__________________。图中B表示________，此过程可以除去________，完成后即可得到玫瑰精油。

(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度较________的地方。

解析：(1)水蒸气蒸馏法的原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物。(2)图中A表示冷凝过程，缺少该步骤精油提取量会减少，原因是部分精油会随水蒸气挥发而流失。(3)在油水混合物中加入NaCl可加速油水分层。在分离出的油层中加入无水Na2SO4可吸收多余的水分，再通过B过程过滤除去固体硫酸钠，即可得到玫瑰精油。(4)因玫瑰精油易挥发，故密封不严的瓶装玫瑰精油应存放在温度较低的地方，以减少玫瑰精油的挥发。

答案：(1)水蒸气　(2)冷凝　部分精油会随水蒸气挥发而流失　(3)加速油水分层　吸收多余的水分　过滤　固体硫酸钠　(4)低

[技法总结]  物质分离的方法

1．分离油水混合物可以采用分液的方法。

2．除去压榨液中的固体物和残渣通常采用过滤的方法。

3．除去液体中质量较小的固体残留物通常采用离心的方法。

4．除去芳香油中的残留水分常采用加入无水硫酸钠后过滤的方法。

5．除去不易挥发的植物有效成分中的有机溶剂常采用蒸馏法。

◎考法2　考查胡萝卜素的提取

3．(2019·吉林质检)回答下列有关从生物材料中提取某些特定成分的问题：

(1)薄荷油和玫瑰精油的化学性质相似，因此适合选用__________法来提取。用此方法收集到的液体____________________(填“是”或“不是”)纯的薄荷油，  原因是________________________________________。在此过程中，影响薄荷油提取量的主要因素有__________________和__________。

(2)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是__________法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是：粉碎、干燥、萃取、__________、__________。

(3)如图是某同学对萃取的胡萝卜素样品所做的鉴定实验的结果。图中实验组是__________，实验得出的结论是______________________。

解析：(1)薄荷油和玫瑰精油都是芳香油，易挥发、难溶于水、化学性质稳定，因此可用水蒸气蒸馏法进行提取。由于薄荷油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物，不是纯的薄荷油。蒸馏温度太高、时间太短，产品品质就比较差。

(2)胡萝卜素易溶于有机溶剂，可用有机溶剂进行萃取，步骤是：粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩。

(3)胡萝卜素萃取后溶于有机溶剂，图中实验组是B、C，对照组是A、D。

答案：(1)水蒸气蒸馏　不是　薄荷油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物　蒸馏时间　蒸馏温度

(2)萃取　过滤　浓缩

(3)B、C　萃取样品中不含β­胡萝卜素

[误区警示]  胡萝卜素粗品鉴定过程中的5个易混易错点

1．层析时没有选择干净的滤纸，导致实验现象不明显。为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。

2．点样时点样圆点太大(直径大于2 mm)，导致最终在滤纸上形成一条线，无法辨认被提取的色素。点样圆点的直径应为2 mm。

3．将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时不能将滤纸两边相互接触，以避免由于毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。

4．层析液没及样品原点，色素溶解于层析液中，造成实验失败。层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。

5．没有设置标准样品作对照。层析液中是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β­胡萝卜素作对比予以确认。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2017·全国卷Ⅲ)绿色植物甲含有物质W，该物质为无色针状晶体，易溶于极性有机溶剂，难溶于水，且受热、受潮易分解。其提取流程为：植物甲→粉碎→加溶剂→振荡→收集提取液→活性炭处理→过滤去除活性炭→蒸馏(含回收溶剂)→重结晶→成品。回答下列问题：

(1)在提取物质W时，最好应选用的一种原料是________(填“高温烘干”“晾干”或“新鲜”)的植物甲，不宜选用其他两种的原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)提取物质W时，振荡的作用是______________________________。

(3)活性炭具有很强的吸附能力，在提取过程中，用活性炭处理提取液的目的是_______________________________________________________________。

(4)现有丙酮(沸点56 ℃)、乙醇(沸点约78 ℃)两种溶剂，在提取物质W时，应选用丙酮作为提取剂，理由是_____________________________________

______________________________________________________________。

(5)该实验操作过程中应注意的事项是______________________________

____________________________________________(答出两点即可)。

解析：(1)高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果，因此，原料应选用晾干的植物甲。

(2)提取物质W时，振荡的作用是使粉碎的颗粒与有机溶剂充分混匀，从而使物质W充分溶解于极性有机溶剂中。

(3)绿色植物甲中含有色素，色素也能溶于有机溶剂，用活性炭处理提取液的目的是去除提取液中的色素，以增加成品的纯度。

(4)与乙醇相比，丙酮的沸点较低，而物质W受热易分解，故应选用丙酮作为提取剂，蒸馏时物质W分解较少。

(5)在该实验操作过程中应注意的事项是在温度较低的情况下操作，防火，控制处理的时间等。

答案：(1)晾干　高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果　(2)使原料和溶剂充分混匀　(3)去除提取液中的色素　(4)丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少　(5)在温度较低的情况下操作，防火

2．(2017·海南高考)绿藻A是某种单细胞绿藻，能够合成物质W。某小组为探究氮营养缺乏对绿藻A增殖及物质W累计的影响，将等量的绿藻A分别接种在氮营养缺乏(实验组)和氮营养正常(对照组)的两瓶培养液中，并在适宜温度和一定光强下培养。定时取样并检测细胞浓度和物质W的含量，结果如图。

(1)从图甲可知，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长曲线呈________型。

(2)综合图甲和图乙的信息可知，在生产上，若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W，可以采取的措施是

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(3)若物质W是类胡萝卜素，根据类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂的特点，应选择的提取方法是________。用纸层析法可以将类胡萝卜素与叶绿素分开，纸层析法分离的原理是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(4)在以上研究的基础上，某人拟设计实验进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响，则该实验的自变量是________________________。

(5)与在光照条件下相比，若要使绿藻A在黑暗条件下增殖，需要为其提供________(填“葡萄糖”或“纤维素”)作为营养物质，原因是

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

解析：(1)由图甲可知，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长曲线呈S型。(2)由图甲可知，正常氮营养液中绿藻增殖速度较缺氮营养液中绿藻增殖速度快；由图乙可知，正常氮营养液中物质W的含量较缺氮营养液中物质W含量低。因此，综合图甲和图乙的信息可知，在生产上，若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W，可以采取的措施是先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养。

(3)类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂，因此提取胡萝卜素应该选择萃取法。用纸层析法可以将类胡萝卜素与叶绿素分开，纸层析法分离的原理是：类胡萝卜素和叶绿素在层析液(有机溶剂)中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离。

(4)该实验的目的是进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响，则该实验的自变量是培养基中的氮营养浓度。

(5)在黑暗条件下，绿藻不能进行光合作用合成糖类(有机物)，需要吸收葡萄糖为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利用。因此，与在光照条件下相比，若要使绿藻A在黑暗条件下增殖，需要为其提供葡萄糖作为营养物质。

答案：(1)S　(2)先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养　(3)萃取　类胡萝卜素和叶绿素在层析液(有机溶剂)中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离　(4)培养基中的氮营养浓度　(5)葡萄糖　在黑暗下，绿藻不能进行光合作用合成糖类(有机物)，需要吸收葡萄糖作为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利用

3．(2015·全国卷Ⅱ)回答与胡萝卜素有关的问题：

(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中，最主要的是________(填“α­胡萝卜素”“β­胡萝卜素”或“γ­胡萝卜素”)，该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子________，后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症，该疾病称为________，胡萝卜素是________(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。

(2)工业生产上，用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时，________(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。

(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂，应选用其中的____________作为胡萝卜素的萃取剂，不选用另外一种的理由是________________________________。

解析：(1)胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β­胡萝卜素，β­胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。胡萝卜素是非挥发性物质。

(2)胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。

(3)萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。

答案：(1)β­胡萝卜素　维生素A　夜盲症　非挥发性

(2)需要

(3)乙酸乙酯　萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶，而乙醇为水溶性有机溶剂(其他合理答案也可以)