소개글
"고분자 굴절률"에 대한 내용입니다.
목차
1. 고분자 굴절률 및 밀도 측정
1.1. 실험 목적
1.1.1. 굴절률 측정
1.1.2. 밀도 측정
1.2. 실험 원리
1.2.1. 굴절률
1.2.2. 밀도
1.3. 실험 기구 및 시약
1.4. 실험 방법
1.4.1. 굴절률 측정
1.4.2. 밀도 측정
1.5. 실험 결과
1.6. 고찰
1.6.1. 아르키메데스 원리 관련 현상
1.6.2. 미지의 고분자 시료 밀도 예측
1.6.3. 미지의 고분자 시료로 예상되는 범용성 고분자
1.6.4. 고분자 밀도 차이 원인
1.6.5. 고분자 밀도와 물성의 관계
1.7. 참고문헌
2. GPC (Gel Permeation Chromatography)
2.1. 실험일자
2.2. 실험제목
2.3. 실험목적
2.4. 실험원리
2.4.1. GPC의 정의 및 특징
2.4.2. GPC 시스템의 구성
2.4.2.1. GPC 컬럼
2.4.2.2. 용매펌프
2.4.2.3. 시료주입장치
2.4.2.4. HPLC 펌프
2.4.2.5. GPC 용매
2.4.2.6. GPC 오븐
2.4.2.7. 검출기
2.4.3. GPC의 분리 원리
2.4.4. 시료 준비
2.4.5. 표준물질
2.5. GPC를 이용한 분자량 및 분자량 분포 측정
2.5.1. 검량
2.5.2. 분자량 및 분자량 분포 측정
2.6. 고분자의 분자량
2.7. 시료 성분의 이동
2.8. 측정, 보정곡선 및 결과
2.9. 이온 배제효과 및 크기 배제효과
2.10. Branch 및 Cyclic 고분자의 GPC 분석
2.11. GPC의 특징
2.12. GPC 분석 결과
2.13. GPC 분석 의뢰
3. 참고 문헌
본문내용
1. 고분자 굴절률 및 밀도 측정
1.1. 실험 목적
1.1.1. 굴절률 측정
아베 굴절계를 이용하여 굴절률을 측정하는 방법은 다음과 같다.
먼저 아베 굴절계의 프리즘을 깨끗이 닦는다. 그 후 프리즘 사이로 측정하고자 하는 용액을 1~2방울 떨어뜨린다. 두 프리즘이 서로 밀착되도록 덮은 후 광원이 프리즘으로 들어오게 한다. 굴절 시야(렌즈)를 보아 눈금판의 명암의 경계선이 선명하여 질 때까지 분산 조절 나사를 회전시킨다. 경계선이 선명해지면 Read 버튼을 누르고, 이때 나온 값이 굴절률이다. 이 과정을 농도를 달리하여(예: 10%, 20%, 30%) 반복 측정하고, 농도별로 얻은 굴절률을 토대로 그래프를 완성한다. 마지막으로 제시하는 농도에 해당하는 굴절률을 구한다.
1.1.2. 밀도 측정
아르키메데스의 원리를 이해하고 이를 이용하여 미지 시료의(고분자물질) 밀도를 예측한다.""는 밀도 측정의 실험 목적이다.
아르키메데스의 원리는 불규칙한 물체를 유체에 넣었을 때 받는 부력의 크기가 물체가 유체에 잠긴 부피만큼의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 것이다. 이를 통해 물체의 밀도를 측정할 수 있다.
밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로, 물질마다 고유한 값을 지닌다. 고체, 액체, 기체 순으로 밀도가 크며, 온도와 압력이 변함에 따라 밀도도 변하게 된다. 그러나 고체나 액체의 경우 밀도 변화는 기체에 비해 작다.
비중은 어떤 물질의 밀도와 표준물질의 밀도와의 비로, 무차원량이다. 비중을 나타낼 때는 물질과 표준물질의 온도를 함께 표시해야 한다.
밀도 측정 방법에는 Displacement Methods, Density Gradient Methods, Pycnometer Methods 등이 있다.
본 실험에서는 아르키메데스의 원리를 이용한 Displacement Methods를 사용하여 미지의 고분자 시료의 밀도를 측정하였다. 실험 과정은 다음과 같다.
1. 미지의 고분자 시료의 무게를 측정한다.
2. 메스실린더에 Hexane 3~5ml를 넣는다.
3. 미지의 고분자 시료를 메스실린더에 넣는다.
4. MC(Methylene Chloride)를 1ml 이하로 주입한다.
5. 미지의 시료가 메스실린더 중간쯤에 위치할 때까지 MC를 넣는다.
6. MC의 부피를 이용하여 MC의 무게를 예측한다.
7. Hexane의 부피를 이용하여 Hexane의 무게를 예측한다.
8. 총 부피와 무게를 이용하여 미지시료의 밀도를 예측한다.
9. 2번부터 다시 실험하여 평균값으로 미지시료의 밀도를 예측한다.
본 실험을 통해 측정한 미지 고분자 시료의 밀도는 약 0.876g/cm^3과 0.889g/cm^3으로 나타났다. 이를 평균하면 약 0.883g/cm^3의 밀도를 가진 것으로 예측할 수 있다.
1.2. 실험 원리
1.2.1. 굴절률
굴절률은 빛의 파동이 서로 다른 매질을 통과할 때 속도에 차이가 있어 빛이 꺾이게 되는 정도를 의미한다. 빛이 진공이나 공기를 통과할 때의 속도와 다른 매질을 통과할 때의 속도 차이에 의해 굴절이 일어나며, 이 차이를 굴절률로 나타낸다. 즉, 진공 또는 공기 중에서의 빛의 속도 c와 어떤 매질 중에서의 빛의 속도 v의 비 c/v를 그 매질의 굴절률이라고 한다.
같은 매질이라도 파동의 종류에 따라 전달 속도가 달라지므로 굴절률도 다른 값을 가질 수 있다. 또한 같은 종류의 파동이라도 파장에 따라 굴절률이 달라질 수 있다. 이와 같이 매질에 따라, 파동의 종류에 따라, 파장에 따라 굴절률이 달라지는 특성을 이용하여 굴절계를 통해 물질의 굴절률을 측정할 수 있다.
아베 굴절계는 주로 액체 · 점성체의 굴절률을 측정하는 광학기계로, 마주보는 두 직각 프리즘 사이에 시료를 놓고 수렴광선을 입사시켜 임계각에 대응하는 사출각을 측정함으로써 시료의 굴절률을 구한다. 아베 굴절계를 이용하여 실험용액의 농도에 따른 굴절률을 측정하면, 용액의 농도를 예측할 수 있다.
1.2.2. 밀도
밀도는 물질마다 고유한 값을 지니며 단위를 사용하는 유차원수이다. 밀도는 고체, 액체, 기체 순으로 크다. 온도와 압력이 변하면 분자의 운동이 활발해져 부피가 변하게 되고 따라서 밀도도 변하게 된다. 그러나 고체나 액체의 경우 밀도는 온도나 압력이 변해도 기체에 비해 거의 변화하지 않는다. 비중은 어떤 물질의 밀도와 표준물질의 밀도와의 비이다. 상대밀도라고도 한다. 비중을 나타낼 때에는 물질의 온도와 표준물질의 온도를 동시에 표시하여야 한다. 또한 질량끼리의 비이므로 단위가 없는 무차원량이 된다. 아르키메데스의 원리는 어떤 물체를 유체에 넣었을 때 받는 부력의 크기가 물체가 유체에 잠긴 부피만큼의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 원리이다. 이를 아르키메데스 부력(Archimedean buoyant force)이라고 하며, 이는 유체에 잠긴 물체의 형태에 무관하며 유체의 특성에 관계없이 나타난다. 이러한 아르키메데스 원리를 이용하여 불규칙한 물체의 부피를 측정할 수 있다.
1.3. 실험 기구 및 시약
아베 굴절계, 비커, 에탄올 증류수가 굴절률 측정에 사용되며, 10ml 메스실린더, 미지의 고분자 시료, 1ml 스포이드, MC, Hexane, 증류수가 밀도측정에 사용된다는 것을 알 수 있다."
1.4. 실험 방법
1.4.1. 굴절률 측정
굴절률 측정은 Abbe 굴절계를 이용하여 수행된다. Abbe 굴절계는 주로 액체 · 점성체(粘性體)의 굴절률을 측정하는 광학기계로, E. 아베에 의해 고안된 것이다. 기울어진 두 직각 프리즘을 서로 마주보게 하고 그 사이에 시료인 액체의 얇은 층을 만든다. 이에 수렴광선속을 입사시켜 임계각(臨界角)에 대응하는 광선의 사출각(射出角)을 측정함으로써 시료인 액체의 굴절률이 구해진다.
굴절률 측정 과정은 다음과 같다. 첫째, 굴절계의 프리즘을 깨끗이 닦는다. 둘째, 프리즘 사이로 측정하고자 하는 용액을 1~2방울 떨어뜨린다. 셋째, 두 프리즘이 서로 밀착되도록 덮는다. 넷째, 광원이 프리즘으로 들어오게 한다. 다섯째, 굴절 시야(렌즈)를 보아 눈금판의 명암의 경계선이 선명하여 질 때까지 분산 조절 나사를 회전시킨다. 여섯째, 경계선이 선명해지면 Read 버튼을 누른다. 이때 나온 값이 굴절률이다. 일곱째, 농도를 달리 하여 위의 방법을 반복하여 측정한다. 마지막으로, 농도 별로 얻은 굴절률을 토대로 그래프를 완성하고, 제시하는 농도값에 해당하는 굴절률을 구한다.
1.4.2. 밀도 측정
고분자 시료의 밀도 측정 방법은 다음과 같다. 먼저 아르키메데스의 원리를 이용하여 미지 시료의 밀도를 측정한다. 아르키메데스의 원리에 따르면 물체를 액체에 넣으면 받는 부력의 크기가 물체가 액체에 잠긴 부피만큼의 액체 무게에 해당한다. 이를 이용하여 고분자 시료의 밀도를 측정할 수 있다. 구체적인 실험 방법은 다음과 같다.
고분자 시료의 무게를 먼저 측정한다. 그 후 메스실린더에 Hexane 3~5ml를 넣고, 미지의 고분자 시료를 메스실린더에 넣는다. 그리고 MC를 1ml 이하로 주입하여 미지의 시료가 메스실린더 중간쯤에 위치할 때까지 MC를 넣는다. 이때 들어간 MC의 부피를 이용하여 MC의 무게를 예측한다. 마찬가지로 Hexane의 부피를 이용하여 Hexane의 무게를 예측한다. 이를 통해 총 부피와 무게를 이용하여 미지 시료의 밀도를 예측할 수 있다. 이 과정을 2번 반복하여 평균값으로 미지 시료의 밀도를 예측한다.
실험 결과, 1차 실험에서는 미지 고분자 시료의 밀도가 약 0.876g/cm³, 2차 실험에서는 약 0.889g/cm³로 나타났다. 이를 바탕으로 미지 고분자 시료의 대략적인 밀도는 약 0.883g/cm³로 예측할 수 있다.
밀도 측정 실험에서 중요한 점은 아르키메데스의 원리를 정확히 이해하고 적용하는 것이다. 물체를 액체에 넣었을 때 받는 부력의 크기는 물체가 액체에 잠긴 부피만큼의 액체 무게에 해당한다는 원리를 활용하여 고분자 시료의 밀도를 측정할 수 있다. 또한 총 부피와 무게 측정을 통해 밀도를 계산하는 과정이 핵심적이다.
1.5. 실험 결과
메스실린더에 에탄올을 3ml 넣고 미지의 고분자 시료를 넣으면 에탄올보다 밀도가 높아 가라앉게 된다. 이후 증류수를 소량 넣어주고 고분자 시료가 중앙에 위치할 때까지 증류수를 넣어준다. 그 결과 1차 실험에서 미지의 고분자 시료 밀도는 약 0.876g/cm³이고, 2차 실험에서 약 0.889g/cm³로 측정되었다. 따라서 미지의 고분자 시료의 대략적인 밀도는 {0.876g/cm³ + 0.889g/cm³} / 2 = 0.883g/cm³이다.
1.6. 고찰
1.6.1. 아르키메데스 원리 관련 현상
잠수함은 부력이 작게 하기 위해 금속을 매달거나 물탱크에 물을 채워 주위의 물과의 부력 편차를 만들어 중력에 의해 가라앉게 된다. 수면위로 올라갈 때는 금속을 떼거나 물탱크에 공기를 채워 물과의 비중이 가벼워져 수면위로 올라간다. 이처럼 아르키메데스의 원리에 따르면 물체의 부력은 그 물체가 차지한 fluid (물)의 무게와 같고, 물체의 무게가 부력보다 크면 가라앉게 되고 부력이 무게보다 크면 뜨게 된다. 이는 잠수함이나 배가 뜨거나 가라앉는 원리이다. 수영에서도 사람의 몸은 물보다 밀도가 작아 물에 뜨게 되는데, 숨을 내쉬면 밀도가 커져 가라앉게 되고 숨을 들이마시면 밀도가 작아져 다시 뜨게 된다. 이처럼 아르키메데스의 원리는 부력과 밀도 차이를 이용한 다양한 자연현상과 응용기술에 활용되고 있다.
1.6.2. 미지의 고분자 시료 밀도 예측
실험 결과에 따르면 미지의 고분자 시료의 대략적인 밀도는 약 0.883 g/cm³으로 예측된다. 이는 1차 실험에서 측정한 고분자 시료의 밀도 0.876 g/cm³와 2차 실험에서 측정한 밀도 0.889 g/cm³의 평균값이다.
이러한 밀도 측정 결과를 바탕으로 미지의 고분자 시료로 예상되는 범용성 고분자로는 비중이 0.91~0.965인 PE(Polyethylene), 비중이 0.902~0.906인 PP(Polypropylene), 비중이 1.04~1.10인 PS(Polystyrene)를 생각해 볼 수 있다. 이들 범용성 고분자는 모두 산에 잘 견디는 내산성과 알칼리에도 잘 견디는 알칼리성을 가지고 있으며, 비염소계 고분자라는 공통점을 가지고 있다.
1.6.3. 미지의 고분자 시료로 예상되는 범용성 고분자
미지의 고분자 시료로 예상되는 범용성 고분자는 PE(Poly Ethylene), PP(Poly Pro...
참고 자료
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굴절률(검색일자 : 2020.10.02.)
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아르키메데스의 원리(검색일자: 2020.10.02.)
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