2021-4-9 | 理学
分析化学实验是化学实验的重要分支，是将分析化学理论知识和实际操作应用联系的桥梁［1］。开放实验教学是目前高校教学改革的方向，如何合理地设计开放实验，成为困扰广大化学教师的问题［2－6］。由于化学实验具有一定的危险性，不少实验可能要使用酸、碱等危险、有毒的试剂，此外还涉及到部分大型精密仪器的使用。因此，部分院校不得不将较为简单的实验作为学生开放实验的项目，而这不利于提升学生自主实验的兴趣，因此效果并不理想。应该寻找或设计一个既联系生产实践，又难度适中的实验，将有助于分析化学开放综合实验的开展，提升分析化学实验教学的质量与效果。
选好实验的题材和内容，可以让学生感觉和课堂上的实验内容更贴近生产生活，唤起学生的实验兴趣。本实验取材于中国传统草药———翻白草，要求学生利用所学的知识对其中所含的熊果酸进行提取和简单表征。翻白草属蔷薇科植物，在全国各地均有分布，其中含有黄酮类、鞣质类等众多成分［7－8］。熊果酸，又名乌索酸、乌苏酸，是一种弱极性的五环三萜酸，其分子式为C30H48O3。它作为翻白草的一种有效成分，具有镇静、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗氧化、抗溃疡、降低血糖等多种生物学效应［9］。目前国内外尚未实现人工合成，因此研究熊果酸的制备、提取技术，对开发熊果酸系列产品具有重要意义［10］。在他人研究的基础上［11］，实验中的熊果酸提取技术选用了相对安全且操作简单、便于教师不在场时中、低年级学生自行使用的超声提取法。在分析检测技术上，该实验分成两个部分:一部分是学生完全开放，可使用诸如722分光光度计之类的设备完成;而另一部分要求学生在大型仪器管理人员在场指导的情况下完成，如红外光谱、高效液相色谱的使用等。这样，一方面使得学生可以自主安排时间，另一方面也可以保障大型设备的正确、正常使用。
1实验目的
(1)了解科学研究基本思路，培养学生阅读科技文献的能力;(2)掌握中药有效成分的超声提取技术;(3)掌握紫外可见光谱、红外光谱、高效液相色谱的原理及其应用。
2实验原理、方法和手段
传统中药提取方法有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法、浸滞提取法、渗浸提取法和回流提取法等。近年来兴起的有超声波提取法和微波提取法，跟传统提取法比较，它们具有提取率高、设备简单、时间短、节能、节约药材等优点。本实验利用超声波提取法对翻白草中熊果酸(结构式见图1)的提取进行研究，分别考察提取剂乙醇的体积分数、超声时间、液固比和温度对提取效率的影响，并对翻白草不同部位，如根、茎、叶中的熊果酸含量进行对比。对于提取产物，实验中应用红外光谱法进行初步表征。
3实验内容
3．1翻白草中熊果酸的超声波提取实验
(1)熊果酸紫外可见吸收光谱的测定
精确称取熊果酸标准样品10mg，溶解于无水乙醇中，再定容至100mL的容量瓶中，得到熊果酸的标准溶液。准确吸取1mL标准溶液于10mL的容量瓶中，70℃水浴加热除去溶剂，加0．05g/mL的香草醛—冰醋酸0．4mL以及高氯酸1．6mL，70℃水浴加热15min后，用冰水冷却2min，用冰醋酸定容至刻度，摇匀;以未加对照样品的试剂空白作参比，于波长300～700nm处测吸光谱，确定熊果酸的检测波长。
(2)熊果酸工作曲线的建立
准确吸取0．2、0．4、0．6、0．8、1．0、1．2、1．4、1.6、1．8mL的熊果酸标准液，按以上显色方法，以试剂空白作参比，在确定的检测波长处测定各自的吸光度，以吸光度为纵坐标，熊果酸浓度为横坐标，绘制标准曲线。
(3)提取条件的优化
①提取剂浓度的优化。精确称取2g翻白草粉末，改变提取剂乙醇的浓度分别为60%、70%、80%、90%、95%，均按照固液比为1∶20加入提取剂，控制温度50℃，超声波处理10min。处理后继续浸泡1h，然后抽滤，减压蒸干。得到的粗产品加石油醚浸提三次，每次15min。石油醚除杂后得到的黄绿色固体产品加20mL无水乙醇溶解，加适量NaOH溶液，使溶液pH在8～9;抽滤，滤液加活性炭在70℃下回流30min;过滤，得到的澄清溶液滴加弱酸到pH为3～4，此时溶液变浑浊或有白色熊果酸固体析出。减压蒸干溶液即可得较纯熊果酸固体。加0．6mL5%香草醛—冰醋酸和1．4mL的高氯酸，60℃水浴加热15min，冷却至室温，用乙酸乙酯定容至10mL，在确定的检测波长处测吸光度，利用标准曲线得到熊果酸的含量，以确定合适的乙醇浓度。②固液比的优化。精确称取2g翻白草粉末，在乙醇体积分数70%、控制温度50℃，超声波处理10min，固液比分别取1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30进行试验。同上步处理提取液，并测量吸光度，以确定合适的固液比。③超声作用时间的优化。按②中介绍的实验方法，在乙醇体积分数70%、超声温度50℃、固液比1∶20的条件下，时间分别取10、20、30、40、50min进行试验，确定合适的超声时间。④提取温度的优化。按②中介绍的实验方法，在乙醇体积分数为70%，超声时间30min，固液比1∶20的条件下，超声温度分别取30℃、40℃、50℃、60℃、70℃进行试验，确定合适的提取温度。
3．2提取产物的表征
在以上确定的最优条件下，对翻白草中的熊果酸进行提取，并对提取产物开展表征。(1)提取物的红外检测将熊果酸对照品和提取所得的熊果酸固体利用红外光谱仪进行分析，观察各基团的特征吸收峰。确定提取物的红外谱图与熊果酸标准样品的红外谱图是否基本一致，是否具有羟基强峰3438、2940cm－1;羧酸羰基1693cm－1;以及熊果酸的两个基本骨架特征，即A区:1386、1370、1363cm－1;B区:1304、1269、1237cm－1等熊果酸型化合物的特征吸收峰［12］。(2)提取物的液相色谱分析将提取得到的熊果酸溶解后，进行液相色谱分析，观察与熊果酸及其结构相似的齐墩果酸的色谱信号，并检测其中熊果酸与齐墩果酸的含量。