在人教版高中生物必修一教材中,有一个重要的实验项目,即《生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测》。本实验着重介绍了还原糖鉴定的相关内容,下面我们将对实验原理和过程进行详细解析:
实验原理:
(1)生物体内普遍存在的可溶性还原糖种类繁多,常见的包括葡萄糖、果糖以及麦芽糖等。这些糖类分子结构中都含有具有还原性的半缩醛羟基,因此被归类为还原性糖;
(2)斐林试剂是检测生物组织中可溶性还原糖存在与否的常用试剂。该试剂由0.1g/mL的氢氧化钠溶液和0.05g/mL的硫酸铜溶液混合配制而成。混合后,会立即形成淡蓝色的氢氧化铜沉淀。在加热条件下,氢氧化铜沉淀能与葡萄糖发生反应,生成砖红色的氧化亚铜沉淀;
(3)使用斐林试剂鉴定可溶性还原糖时,溶液的颜色变化过程通常表现为:从浅蓝色逐渐转变为棕色,最终形成砖红色的沉淀。
实验过程:
在实验操作中,教师通常会特别强调一个关键点:斐林试剂的稳定性较差,因此需要将甲液(0.1g/mL的氢氧化钠溶液)和乙液(0.05g/mL的硫酸铜溶液)分别配制和储存。使用时,应临时混合这两种溶液,将1mL乙液滴入1mL甲液中,混合完成后需立即进行实验。
根据相关资料的查阅,已配制的氢氧化铜悬浊液在静置一段时间后,会出现沉淀现象,这将直接影响实验效果。此外,长时间放置的氢氧化铜还可能发生分解反应,生成部分黑色的氧化铜,同样会对实验结果造成干扰。那么,究竟放置多久会影响实验结果呢?为此,我设计并进行了以下实验:
一、首先将配制好的斐林试剂分装至8个试管中,并设定不同的放置时间:

二、按照预定的时间进行实验操作
实验结果如下

三、实验结果分析
在0至30分钟的时间范围内,斐林试剂中的氢氧化铜由悬浊液状态逐渐转变为沉淀。然而,30分钟后,斐林试剂开始出现大量的黑色氧化铜沉淀,直至150分钟后,试管内几乎完全被黑色沉淀物填满。
当还原糖与不同放置时间的斐林试剂反应时,观察到使用现配斐林试剂的实验中会产生均匀的砖红色沉淀。而使用放置时间较长的斐林试剂时,溶液颜色则倾向于棕红色,且沉淀越来越少,变得越来越稀薄。
原因分析:新配置的氢氧化铜溶液呈悬浊液状态,与还原糖反应最为充分,生成的砖红色氧化亚铜沉淀也最多,且均匀地分布在溶液中。放置后的氢氧化铜溶液,一方面会因为沉淀的形成而减少与还原糖的接触面积,另一方面自身也会发生分解反应,生成黑色的氧化铜沉淀。这两个因素都会影响砖红色沉淀的生成量和分布,导致反应后的溶液中同时存在少量氧化亚铜沉淀、蓝色氢氧化铜沉淀以及黑色氧化铜沉淀,混合在一起便呈现出30至150分钟时的实验现象。
通过以上实验和分析,我们可以清晰地理解为什么教材中强调斐林试剂需要现配现用,混合配制完成后应立即进行实验。
然而,在实验过程中,我们意外地发现了一个现象:放置180分钟后的斐林试剂中沉淀变得细碎,与还原糖反应后,黑色沉淀减少,溶液变得相对澄清,呈现棕红色。试管内究竟发生了什么反应呢?这个问题有待进一步向化学领域的专家们进行求证。