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自由研究にいかが?~1日でできる!ギリギリセーフ編 その1~

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教育に携わっている私でさえ、夏休みの宿題には苦い思い出があります。

そう、ギリギリまでやってないってことです(笑)。

早いもので、夏休みもあっという間に後半。宿題にあせり始める頃ですか?まだですか!?それとももう終わった!?



宿題に焦るお子様をお持ちの保護者の皆様に、お手伝いとして1日でできる素晴らしい自由研究をいくつかご紹介しましょう。

今回は、その一つ目です。



【実験】ペーパークロマトグラフィー

混合物の分離技術の一種で、分子サイズや溶解度の差などを利用したものをクロマトグラフィーといいます。

その中でも「紙」を使ったクロマトグラフィーなので、「ペーパークロマトグラフィー」です。

よく用いられるのは「葉に含まれている色素」を解析する場合です。

葉も、緑が薄いものから濃いもの、赤いものや黄色がかったものなど様々です。

どのような色素が多く含まれるのかを調べることで、その植物の生態の一端が分かるのです。

水性の黒ペンで書いたものが水でにじんだ際、青とか紫になった経験があると思います。

ペーパークロマトグラフィーはこれと同じです。



で、肝心の方法。

1.白いコーヒーフィルター(脱色していない茶色のものは使えません)をどうにかこうにか細い短冊状に切ってください。これをたくさん用意します。幅は1cmもあれば良いでしょう。長さは、あとで使用するコップの深さや水の量によりますが、10cm以上はあったほうがいいでしょう。

2.短冊の下から1cmの所に、好きな色の水性ペンでチョンと点を書きます。(真横に線をひいてもかまいません)

3.コップに水を数cm程度入れてください。

4.割り箸に短冊をはさみ、短冊の下5mm程度を水につける。

5.あとは水が吸いあがるのを待つだけです。
  研究としては、条件をそろえるべきですので、水につける時間を決めておくといいですね。

要は下図のようにしてください。
短冊を2~3枚同時にぶら下げたり、割り箸を2本にしたり、セットを増やせばあっというまに終わるでしょう。

ペーパークロマトグラフィーの方法

おまけに、結果までつけちゃいましょう!
あ、これを学校に提出しないように(怒)!!

横の並びが同じメーカーの水性ペンで、色違い。

縦の並びが異なるメーカーで同じ色の水性ペン。

どうですか?あっという間に終わる実験ですが、データをたくさん得られやすいので、

こうやって並べるだけで見栄えが素晴らしい・・・。

個人的に、DNAの電気泳動を彷彿とさせます。

ペーパークロマトグラフィー結果一覧


で、大切なのが考察。小学生には「考察」って言葉は難しいですね。

「まとめ」と書くと良いと思いますが、結果から分かったこと、自分の考えなどです。

生徒にパッと見せるために作成したものなので、展開時間がいい加減なため、正確な比較が出来ませんが、

次のようなことが分かります。

下図は2つとも「緑」ですが、メーカーが違います。

上まで移動する色素は、水への溶解度(溶けやすさ)が高い物質です。

どちらのメーカーも、水色と黄緑色っぽい色素を混ぜることで「緑」を表現しているようですが、

並び順が異なるため、似た水色でも溶解度が違うことが分かります。

つまり、別の物質だということです。

ペーパークロマトグラフィー考察

なぜその物質を使ったのかは、メーカーに聞かなければ分かりません(っていうか、企業秘密?)。

ですが、例えば「より深みのある緑」とか「より鮮やかな緑」など、メーカーが好む色を目指して研究した結果なのかもしれませんし、

安全性の高い色素を選んだのかもしれませんし、安価な色素を選んだのかもしれません。

絵描きのプロ用のペンと、幼児用のペンでは、中身が違っても不思議はないでしょう?

企業努力ってやつですね。



他にも気づいたことがあります。

黒いペンを何種類か試しましたが、下の図のように、必ず変な展開のしかたをするペンがあります。

拡大した部分ですが、普通だとキレイなグラデーションなのですが、障害物を避けたようににじむものがあります。

失敗ではなく、こうなるペンは何度やっても同じ結果になります。

ですが、展開液をエタノールにすると、正常になります。

つまり、水に溶けない物質が混じっているということです。

クロマトグラフィー考察 黒特殊

黒以外でこのようになるペンは今までの所、発見していません。

単一の黒い物質でインキに適したものがあるが、水に不溶な不純物を含む特徴のあるものなのかもしれません。

ペンの中で最もよく使われるのは黒だと思いますから、最も研究が進んでおり、

水性でもにじみにくい様、工夫されているのかもしれません。

どなたか、ご存知の方がいらっしゃったら教えてください。


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Re: No title

コメントありがとう!私のページを見て自由研究を決めてくれてとってもうれしいです!

「ぺんてる」と「ラッション」と「100円ショップ(ダイソー)にあったペン」を試しています。
ラッションは「ハテナマーク(?)」がついたペンで、文房具屋さんには必ずあるペンです。
ぺんてるっていうのは会社名なので、同じぺんてるでもいろんな種類の水性ペンがあると思います。
100円ショップのペンはダイソーで買ったのですが…すみません、ノーブランドですしよく商品が入れ替わるのでどれが当たりか分かりません。
12色(?)入りで100円の安いペンです。太い形の水性ペンだったですね。

緑だけではなく、別な色でも、分離すると同じ色に見えるけど違う物質が使われているものがあります。
また、分離した色素の濃さから、混ぜている量を比較することもできますよ。
「Aの会社は黄色のが少ないけど、Bの会社は多い。あぁ、それでBの会社の色は明るいのか!」とか。
そんなことが分かりますね。

頑張ってくださいね!
また分からないことがあれば聞いてください♪

No title

arigatougozaimasita!
ありがとう

No title

My naome is Stabinoha John.
I'm living in New York of America.
I'm studying Japanese very head!
I love Japan very much!
I think that you are good human.
Right?

OK!See you.Have a nice day!
ありがとございました

Re: No title

Hi!
I'm "3rd Science Room".
Thank you for your comments.
And thank you for your loving Japan.
I'm flattered.

I had no idea getting the comments from abroad.
Isn't Your home country America?

Do you get interested in paper chromatography?
また来てくださいね!

No title

この実験をやろうと思ってたので
詳しく実験してくれていて助かりました(笑)
自由研究頑張りますっ!

Re: No title

小学生?中学生?コメントありがとう!
ちょっとむずかしい漢字などがあったけど、だいじょうぶだったかな?
夏休みもあと少しで終わりですね。
宿題がんばってください!

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Re: 質問

中学生からの質問、とってもうれしいです♪
ありがとう。

さて、水につける時間ですが、使う紙の素材によって、にじみ方が違うと思いますので、
一度試してみるしかありません。
と言っても、1時間とかかかるものではなく、5分程度で十分ではないかと思います。

DNAと直接関係のある実験ではありませんが、
DNAの「電気泳動(でんきえいどう)」で検索してみてください。
よく親子鑑定とか、事件の犯人のDNA検査などのニュースやドラマで出てくる、
バーコードのような写真があります。

DNAは長い糸ですが、制限酵素(せいげんこうそ)というもので、特定の場所を切ることができます。
人によって、DNAの配列が違うので、制限酵素で切れる場所も違ってきます。
例えば、AさんのDNAは1cmのものと2cmのものと5cmのものに分かれたとします。
Bさんは、1cmのものと3cmのものと、4cmのものに分かれたりします。
(本当は、何cmとかではあらわしません。イメージとして考えてくださいね)

DNAはプラス極の方に移動する性質があります。
寒天を固めたシートを作り、奥側にいくつかの穴を開けます。
AさんのDNAを1つ目の穴に、
BさんのDNAを2つ目の穴に入れます。
寒天の奥側がマイナス極、手前側がプラス極になるように電圧をかけると、
DNAが寒天の中を手前の方に向かって進みます。
寒天は網のようなものがからみあってできたものなので、
長いDNAは進みにくく、短いDNAは進みやすくなります。
つまり、短いDNAは手前側に、長いDNAは奥側に分布します。
これが、電気泳動の写真のバンドです。
AとBのバンドが全く一緒だったら同一人物。
違えば別人ってことになります。

ペーパークロマトグラフィーは、溶解度と紙が水を吸い上げる力(毛細管現象)を利用したもので、
水に溶けやすい色素ほど、速く進みます。
DNAの電気泳動もペーパークロマトグラフィーも、進むスピードの違いを利用した、分離技術です。

文字だけだとイメージしにくいと思うので、色々検索してみてくださいね。
クロマトグラフィーにはいくつも種類がありますので、
レポートの中で紹介してみると面白いかもしれませんね。

頑張ってください♪
また質問があればお気軽にどうぞ。

No title

こんにちは!
夏休みもあと少しとなり、遊びほうけていた私は自由研究のテーマが決まらず、ネットをさまようばかりでした(笑)
そんな時、ここを見つけました。

明日から早速、実験をしてみようと思います!


書いてくださっててホントに助かります!!

ちなみにこれは科学分野に含まれますか?

Re: No title

コメントありがとう!中学生?小学生?

もちろん、科学的な実験ですよ!
ペーパークロマトグラフィーというのは、色素分離技術の一つで、研究機関などでも行なわれる立派な実験です。
もともとは、葉の色素にどのような成分がどのくらい含まれているのかを調べることに使われることが多いです。
これを調べることで、その植物の生き方が分かるわけです。

含まれている物質の水へのとけやすさの違いを利用して分離します。
水に溶けやすい色素は速く上にのぼり、とけにくい色素は遅いのです。

色の三原色も科学分野になります。
自信を持って科学の自由研究と呼べますよ。
頑張って下さいね。

こちらこそお返事ありがとうございます。

詳しい説明まで、ほんとにありがとうございます\(^o^)/

ペーパークロマトグラフィーについて、知恵袋などで調べてみたところ、その色しか出ない?というような質問を見つけました。そういうことって起こりうるんですかね?その方は、キッチンペーパーでやったようです。また、展開溶媒となるものは水だけでなくアルコールを含んだ方がいいのですか?(そのような回答をみたもので。)
一応、他の方への回答に書かれていたぺんてる、ラッションのペンを使用するつもりですが。

なんか質問ばかりですみません(^-^;

文章もまとまってないし…(^o^;)


あ、わたしは中学生です!

Re: タイトルなし

tomoさんへ

その色しか出ないこともありえます。
ある色素1種類だけで、十分その色を表現できるのであれば、特に混ぜませんからね。
水彩画を描くとき、絵の具の色をそのまま使う場合もありますよね?それと同じです。
ただし、おっしゃるように水だけでは分離できにくい物質だったのかもしれません。
アルコールを混ぜて溶解度を変化させることで分離される可能性もあります。
同じ色素でも、溶媒が変わると溶解度も変わりますから。
ですから、赤→青の順に並んだものが、溶媒を変えることで青→赤の順に変わることもあります。
濃いエタノールを使えば、油性ペンの色も分離できます。

対照実験を行なうべきですので、溶媒の違いまでやってみたければ次のように条件を1つずつ変えましょうね。
[実験1]溶媒の条件(水だけでもいいです)は全てそろえ、A社の黒とB社の黒を比較する実験。
[実験2]A社の黒を、溶媒を変えて展開してみる。(例:消毒用エタノールを使ったときと、水だけを使ったときを比較する)


ちなみに、もっと詳しく言えば溶解度だけでなく「紙への吸着力の差」も関わってきます。
紙への吸着が良くないものはどんどん上に進みます。

また、キッチンペーパーではエンボス加工(凸凹)があって結果が見づらかったり、
やわらかすぎて破けてしまうことが多いです(キッチンペーパーの種類によるかもしれませんが)。
コーヒーフィルターをお勧めします。
ペンは何でもいいですよ。

また質問があれば、ご遠慮なくどうぞ♪

またまた詳しく説明していただきありがとうございます(^^)

無事、自由研究終了しました!!
色が別れそうな、紫とかきみどりをあえて選んだりしました(笑)
でも、赤のペンでも色が別れたりしてて新たな発見でした(笑)
しかし、白いコーヒーフィルターが私の近所ではなかなか売っておらず。。w
白いコーヒーフィルター探しが一番苦戦したかもしれません(^-^;w

詳しい解説と、この記事のお陰で本当に助かりました!ありがとうございました☆

もう自由研究はしないんですが、(うちの学校は中2まで強制)理科は好きな方なのでこのブログ、ちょくちょく見に来ますね(*´∀`)

ではでは。

Re: タイトルなし

tomoさん

わざわざお返事いただいて、ありがとうございます!
上手くいったようで良かったです。
また是非遊びに来て下さいね♪

No title

なかなか自由研究が決まらなくて困ってました…

わかりやすく、簡単な実験で、見た瞬間これだ!と思いました。

早速試してみます!  ありがとうございました。


 因みに、細長い紙ってキッチンペーパーでも大丈夫ですか?
無色のフィルターがないので…

Re: No title

コメントありがとうございます。

キッチンペーパーでも大丈夫です。

また、水を吸い上げやすい紙なら何でもいいです。(トイレットペーパーは溶けますが…)

ただ、凸凹したエンボス加工の製品が多いので、平らな方が見栄えはきれいだと思います。

紙の違いを試してみるのも立派な実験ですので、試してみるのは良いことです!


以前にも、無色のフィルターが近くに売っていないという方がいらっしゃいました。

今は脱色していない、茶色のものが多いんですかね~?

ありがとうございます!!

v-354ありがとうございますv-407
すごく参考になりました!もう提出ギリギリでメソメソしてたので、、、v-406
これからも頑張ってくださいv-341

Re: ありがとうございます!!

コメントありがとうございました!
お返事がずいぶん遅くなってすみません。
最近、ブログは完全放置中ですが、頑張ります♪
プロフィール

第三理科室

Author:第三理科室
遺伝子工学を専攻し、その後理科教師の道に。現在は理科の楽しさや大切さを、理科実験を通して伝える活動をしています。

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