Weird Science

Fluorescencja chlorofilu

Roślinny barw­nik

W rze­czy­wi­sto­ści chlo­ro­fil nie jest poje­dyn­czą sub­stan­cją, jest to raczej cała klasa związ­ków che­micz­nych o podob­nej budo­wie i wła­ści­wo­ściach. Chlo­ro­file są grupą orga­nicz­nych związ­ków che­micz­nych obec­nych między innymi w rośli­nach, glo­nach i bak­te­riach foto­syn­te­ty­zu­jących. Nadają one rośli­nom cha­rak­te­ry­styczny zie­lony kolor.

Funk­cją chlo­ro­fili w orga­ni­zmach prze­pro­wa­dza­jących foto­syn­tezę jest wych­wy­ty­wa­nie foto­nów i prze­ka­zy­wa­nie ener­gii spo­żyt­ko­wa­nej następ­nie w dal­szych eta­pach foto­syn­tezy. Zie­lony kolor chlo­ro­filu spo­wo­do­wany jest wysoką absorp­cją w czer­wo­nej i nie­bie­skiej czę­ści spek­trum świa­tła, a niską w zie­lo­nej czę­ści spek­trum.

Wyróżnia się wiele rodza­jów chlo­ro­fili. Naj­bar­dziej roz­pow­szech­nione w przy­ro­dzie to chlo­ro­fil a i chlo­ro­fil b występu­jące u wszyst­kich roślin prze­pro­wa­dza­jących foto­syn­tezę. Chlo­ro­file c i d występują jedy­nie u czę­ści glo­nów.

Dla przy­kładu przy­to­czę wzór struk­tu­ralny chlo­ro­filu b:

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/0/05/Chlo­ro­phyll_b.svg, dostęp: 10.06.2012

Jego wzór suma­ryczny to C55H70O6N4Mg, jest to więc sto­sun­kowo roz­bu­do­wana cząsteczka.

Dziś w pro­stu spo­sób wyi­zo­lu­jemy chlo­ro­fil z tka­nek roślin­nych, a także prze­ko­namy się, że flu­o­ry­zuje on pod wpły­wem świa­tła ultra­fio­le­to­wego.

Doświad­cze­nie

Potrze­bu­jemy jakie­goś źródła chlo­ro­filu. Mogą być to jakie­kol­wiek zie­lone czę­ści roślin; naj­bar­dziej nadają się mięsi­ste liście. W zimie z braku świe­żych, zie­lo­nych roślin można w tym celu wyko­rzy­stać szpi­nak, choćby mro­żony.

Liście trzeba naj­pierw pociąć na mniej­sze frag­menty. Chlo­ro­file są nie­roz­pusz­czalne w wodzie, dla­tego trzeba wyko­rzy­stać inny roz­pusz­czal­nik; odpo­wiedni będzie ace­ton C3H6O.

Ostrze­że­nie: Ace­ton nie jest tok­syczny, jest jed­nak kla­sy­fi­ko­wany jako sub­stan­cja drażn­iąca lub mogąca spo­wo­do­wać tym­cza­sowe usz­ko­dze­nie zdro­wia. Jest to bar­dzo lotna ciecz; należy uni­kać wdy­cha­nia jej par. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Frag­menty liści ucie­ramy w moździeżu z kil­ku­na­stoma mili­li­trami ace­tonu. W cza­sie tej czyn­no­ści można zau­wa­żyć, że chlo­ro­file zostaną wypłu­kane przez roz­pusz­czal­nik, co objawi się przy­bra­niem przez niego cha­rak­te­ry­stycz­nej, zie­lo­nej barwy. Roz­twór następ­nie trzeba prze­sączyć by pozbyć się frag­men­tów tkanki roślin­nej.

Otrzy­many ace­to­nowy roz­twór chlo­ro­fili ma cha­rak­te­ry­styczny, tra­wia­sto­zie­lony kolor. Widać to na poniższym zdjęciu.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Czy na pewno roz­twór jest zie­lony? W świe­tle widzial­nym nie­wąt­pli­wie tak, ale spróbujmy naszą próbkę oświe­tlić świa­tłem ultra­fio­le­to­wym. Wtedy widok jest zde­cy­do­wa­nie inny:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Pod wpły­wem ultra­fio­letu roz­twór zaczyna sil­nie świe­cić na piękny, kar­mi­no­wo­czer­wony kolor. Można się o tym prze­ko­nać także oświe­tla­jąc roz­twór lase­rem półp­rze­wod­ni­ko­wym emi­tu­jącym świa­tło o dłu­go­ści fali λ=405nm:

Ilustracja: na świetle

na świetle

Ilustracja: w ciemności

w ciemności

W ten pro­sty spo­sób prze­ko­na­li­śmy się o flu­o­re­scen­cyj­nych wła­ści­wo­ściach tak pow­szech­nie występu­jącej sub­stan­cji, jaką jest chlo­ro­fil.

Wyja­śnie­nie

Cząsteczka każd­ego chlo­ro­filu zbu­do­wana jest z feo­por­fi­ryny, będącej pochodną por­fi­ryny. Cztery z pier­ścieni to pier­ście­nie piro­lowe, a piąty pier­ścień two­rzą same atomy węgla. Wiąza­nia pomiędzy ato­mami two­rzącymi pier­ście­nie to następu­jące po sobie wiąza­nia poje­dyn­cze i podwójne skła­da­jące się na układ wiązań sprzężo­nych.

Cen­tralne miej­sce w ukła­dzie por­fi­ryny zaj­muje atom magnezu łączący się z ato­mami azotu każd­ego z pier­ścieni. Por­fi­ryna two­rząca kom­pleks z magne­zem posiada zdol­ność do absorp­cji pro­mie­nio­wa­nia elek­tro­ma­gne­tycz­nego w zakre­sie widzial­nym.

Dzięki takiej budo­wie cząsteczka chlo­ro­filu może zostać także wzbu­dzona świa­tłem ultra­fio­le­to­wym. Wzbu­dzona cząsteczka posiada więk­szą ener­gię niż w sta­nie pod­sta­wo­wym. Stan taki jest nie­tr­wały i po bar­dzo krót­kim cza­sie następuje spon­ta­niczne przej­ście do stanu pod­sta­wo­wego. Zgod­nie z zasadą zacho­wa­nia, różn­ica ener­gii między tymi dwoma sta­nami zostaje oddana do śro­do­wi­ska w postaci pro­mie­ni­stej - jest to wła­śnie obser­wo­wane przez nas świa­tło o czer­wo­nej bar­wie.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa

Marek Ples

Aa