教育用 Educationシリーズ「カラムクロマトグラフィー実験キット－光合成色素分離－」

• ペーパークロマトグラフィーや薄層クロマトグラフィー(TLC)と同じクロマトグラフィー法の一種として知られる「カラムクロマトグラフィー」を体験できる
• 身近な植物の光合成色素が、溶液の状態で分取できる
• キットに添付の植物サンプル(スピルリナ(藍藻類)、クロレラ(緑藻類))を用いることで、藍藻類と緑藻類が持っている主な光合成色素の違いがわかる
• メタノールのような有機溶媒に可溶な色素と、水に可溶な色素が存在することを体験して学べる
• 光合成色素が食品添加物などに活用されていることを目で見て理解できる

• TLCとの違い
  どちらも混合物を単一成分に分離する方法ですが、カラムクロマトグラフィーでは物質を溶液の状態で分取することができます。

所要時間の目安

Ⅰ.色素の抽出 40分～1時間
Ⅱ.カラムクロマトグラフィー　50分～1時間(*)
*：作成したカラムの流速の違いによって時間が異なります。

注意点

• 水溶性色素の分離は終夜をかけて行いますが、卓上遠心分離機があれば終夜の工程が短縮できます。
• 展開溶媒は揮発性が高いため保存には適しません。そのため、分離した色素は当日中に観察することをおすすめします。
• 抽出した色素は、翌々日までに使用してください。

１：有機溶媒に溶け、簡易カラムで分画された色素を観察する

カラムクロマトグラフィーでは、成分物質が溶液の状態で分取できます。スピルリナもクロレラも、おおむね４つの画分に分けることができます。

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  クロレラにはスピルリナほど多くのカロテノイドが含まれていないため、第１画分の色が異なります。

• 	スピルリナ	クロレラ
  第1画分	橙色～黄色	薄い緑色
  第2画分	青緑色～濃い緑色	青緑色～濃い緑色
  第3画分	黄色～薄い緑色	緑色
  第4画分	薄い黄色	薄い黄色

  スピルリナ

  カロテノイドが第１画分に、クロロフィルａが第2画分に分取されます。

  クロレラ

  クロロフィルａが第２画分に、クロロフィルｂが第3画分に分取されます。

応用

• 分取した色素を分光光度計で測定すると、それぞれの吸収スペクトルが得られます。
• 教科書や図録のグラフと比較すると、色素と波長の関係についての理解を深めることができます。

• 光合成色素「スピルリナ」の吸収スペクトル

  第１画分の吸収スペクトルは約400-500 nｍの領域に吸収の山があり「カロテノイド」の一種のβ-カロテンの吸収領域と、ほぼ一致することがわかります。

  第２画分の吸収スペクトルは430 nｍ，660 nｍ付近に吸収のピークがあり「クロロフィルａ」の極大吸収波長とほぼ一致することがわかります。

• 光合成色素「クロレラ」の吸収スペクトル

  第２画分の吸収スペクトルはスピルリナと同様に430 nｍ，660 nｍ付近に吸収のピークがあり「クロロフィルａ」の極大吸収波長とほぼ一致することがわかります。

  第３画分の吸収スペクトルは450 nｍ，640 nｍ付近に吸収のピークがあり「クロロフィルｂ」の極大吸収波長とほぼ一致することがわかります。

２：水に溶け、簡易カラムで分画された色素を観察する

スピルリナは、鮮やかな青色色素を持っていることがわかります。一方でクロレラには、そのような青色色素はみられません。

カラムクロマトグラフィー実験キットのカラムで分離した色素を使った高校生物実験をご紹介しています。代謝・光合成についてのさまざまな応用実験へつなげることができます。

高校生物実験「ワインレッドに光るクロロフィル」　-クロロフィルが赤色蛍光を発するのはなぜ？-

カラムで分離した色素を使って、クロロフィルが赤色に光ることを観察します。 カロテンやキサントフィル類との比較し、クロロフィルがワインレッドに光る原理が学習できます。

高校生物実験「TLC(薄層クロマトグラフィー)による光合成色素の分離」

新課程で採用されているTLC実験について、展開溶媒の種類による分離の違いも映像でわかりやすく比較されています。

高校生物実験「TLC、ペーパークロマトグラフィーによる光合成色素の分離」(微速度撮影)

色素が溶媒で展開していく様子を映像で見ることができます。 TLCとペーパークロマトの分離の様子が端的に比較説明されています。

製作：京都市立紫野高校　矢嶋正博先生

• 試薬

  • メタノール・・・約 30 mL
  • アセトン・・・約 120 mL
  • ヘキサン・・・約 500 mL
  • 塩化ナトリウム・・約 3 g

• あれば便利な装置

  • 小型の超音波洗浄機　1台
  • 卓上遠心分離機　1台
  • 分光光度計　1台

• 主な器具、設備

  • カラムスタンド
  • ドラフトチャンバー
  • 駒込ピペットまたはディスポスポイト
  • 乳鉢・乳棒
  • ガラスビーカー
  • フタ付きガラス瓶
  • メスシリンダー
  • マイクロチューブ(遠心分離機がある場合)