서울대학교_물리분석실험

서울대학교_물리분석실험_Calibration(2024)

문서 내 토픽

1. 실험 오차

실험실에서 진행하는 실험은 항상 오차가 발생한다. 실험 오차(experimental error)로 인해 실험실에서 측정한 값이 정확하다고 말할 수는 없다. 오차는 실험 기구에 의해서 발생하거나 실험의 설계, 실험의 방법 등 여러 요인과 연관될 수 있는데 이러한 오차를 계통 오차(systematic error)라고 한다. 우연 오차는 이와 상관없이 항상 발생하는 오차로 교정하거나 제거할 수 없다.
2. 교정(Calibration)

계통 오차를 보정하는 방법을 교정(calibation)이라 하며 이는 크게 두가지 종류가 있다. 첫 번째는 무게-부피 교정(gravimetric volume calibration)이고, 두 번째는 부피-이동 교정(volume transfer calibration)이다. 무게-부피 교정은 부피를 측정하는 방법보다 무게를 측정하는 방법이 더 정확하기 때문에 무게를 측정하고 밀도를 이용하여 부피를 결정하는 방법이다. 부피-이동 교정은 이미 교정된 옮김 기구를 이용하여 담음 기구를 채우는데 필요한 부피를 측정하는 교정 방식이다.
3. 전자저울 사용

전자저울을 사용할 때에는 지켜야할 몇가지 유의사항이 있다. 전자저울은 18°C~22°C 온도에서 사용해야 하며, 측정물의 온도가 주변의 온도와 차이가 나지 않아야 한다. 상대습도는 45%~60%를 유지하는 것이 좋고, 설치 장소는 먼지가 적고 진동이 없으며 평형을 유지할 수 있는 장소에 설치해야 한다. 또한 전자저울에는 항상 적합한 전압을 사용하며, 전원 연결 후에는 1시간 이상의 안정화를 거쳐야 한다.
4. 초자 기구 사용

피펫은 옮김용 피펫(hole pipette, volumetric pipette, transfer pipette)과 눈금 피펫(graduated pipette) 두 가지 종류가 있다. 옮김용 피펫은 정밀한 측정이 가능하지만 정해진 부피만큼만 측정할 수 있고, 눈금 피펫은 원하는 만큼의 부피를 측정할 수 있지만 정밀도가 떨어진다. 수용액을 초자 기구로 옮기는 경우에는 유리의 모세관 현상에 의해 아래로 볼록한 표면이 관찰되므로 이를 고려해야 한다.
5. 수산화 나트륨 용액 제조

수산화 나트륨은 조해성을 갖고 있기 때문에 공기 중에 노출 시 수분을 흡수하여 질량이 증가한다. 따라서 차이에 의한 무게달기(weighing by difference) 방법을 이용하여 질량을 측정해야 한다. 이 방법을 이용하면 수분을 흡수하여 유리 초자 표면에 붙어 있는 수산화 나트륨으로 인한 오차를 방지할 수 있다.
6. 부피 측정의 정확성

부피를 직접 측정하는 것보다 질량을 측정하고, 밀도를 이용해 부피값을 구하는 것이 더 정확했음을 실험적으로 확인하였다. 부피를 측정하는 방식은 반드시 오차가 발생할 수 밖에 없는데, 이는 초자 기구의 눈금을 읽는 기준이 상당히 주관적이며 모세관 현상 때문에 애매한 경우가 많이 발생하기 때문이다.
7. 초자 기구의 정확성 및 정밀성 비교

옮김용 피펫이 초자 기구 중에서 가장 정확하고 정밀한 측정이 가능한 기구임을 확인하였다. 눈금 피펫은 정확성과 정밀성 모두 떨어지는 측정 기구였다. 부피 플라스크는 무게-부피 교정 방법이 부피-이동 교정 방법보다 더 정확한 교정 방법이었다.
8. kg의 정의 변화

과거에는 기준 물질인 원기를 바탕으로 kg을 정의했지만, 시간이 지남에 따라 이 원기의 물리적 특성이 변한다는 문제점이 발생하였다. 따라서 2019년 5월 20일부터 수식적인 이론으로 정의한 kg을 사용하고 있다. kg은 플랑크 상수, 진공에서의 빛의 속력, 세슘의 초미세 전이 주파수를 이용하여 정의된다.
9. 표준용액 제조

표준용액(standard solution)은 용액의 농도를 정확히 알고 있는 용액을 말한다. 수산화 나트륨은 조해성이 있기 때문에 NaOH 수용액의 농도를 정확하게 알 수 없다. 따라서 일차 표준물질로 만든 표준 용액을 이용하여 적정을 해야 한다. 0.1M(0.1N) NaOH 표준용액을 제조하는 방법은 옥살산 용액을 이용한 적정 과정을 통해 이루어진다.
10. 로드셀식 전자저울의 작동 원리

전자저울은 로드셀(Load cell)이라는 전기 기계 센서를 이용하여 무게를 측정한다. 저울에 무게를 재고자 하는 물체를 올리면 로드 셀에 약간의 변형이 발생하고, 이 변형은 스트레인 게이지에 의해 감지된다. 스트레인 게이지의 저항 변화는 전기 신호로 변환되어 증폭되고 디스플레이에 표시된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 실험 오차

실험 오차는 실험 과정에서 발생할 수 있는 불가피한 오차로, 실험 결과의 정확성과 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다. 실험 오차를 최소화하기 위해서는 실험 절차와 기구 사용법을 숙지하고, 반복 실험을 통해 오차를 확인하며, 통계적 분석을 활용하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 실험 오차의 원인을 파악하고 이를 개선하려는 노력이 중요합니다. 실험 오차를 이해하고 관리하는 것은 과학적 연구의 신뢰성과 정확성을 높이는 데 필수적입니다.
2. 교정(Calibration)

교정은 측정 기기의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위한 필수적인 과정입니다. 정기적인 교정을 통해 측정 기기의 오차를 확인하고 보정할 수 있으며, 이를 통해 실험 결과의 정확성을 높일 수 있습니다. 교정 과정에서는 표준 물질을 사용하여 측정 기기의 성능을 검증하고, 필요한 경우 조정 및 수리를 수행해야 합니다. 교정은 실험의 신뢰성과 재현성을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
3. 전자저울 사용

전자저울은 정밀한 질량 측정을 위해 널리 사용되는 기기입니다. 전자저울의 사용 시 주의해야 할 점은 안정적인 전원 공급, 적절한 설치 환경, 정기적인 교정 등입니다. 또한 시료의 특성에 따라 적절한 측정 모드를 선택하고, 측정 시 외부 요인에 의한 오차를 최소화해야 합니다. 전자저울을 올바르게 사용하고 관리하는 것은 실험 결과의 정확성과 신뢰성을 높이는 데 매우 중요합니다.
4. 초자 기구 사용

초자 기구는 화학 실험에서 필수적인 도구입니다. 초자 기구의 올바른 사용과 관리는 실험 결과의 정확성과 재현성을 확보하는 데 매우 중요합니다. 초자 기구 사용 시 주의해야 할 점으로는 깨끗한 세척, 적절한 건조, 균열이나 흠집 확인, 정확한 눈금 확인 등이 있습니다. 또한 초자 기구의 재질과 용도에 따라 적절한 취급 방법을 숙지해야 합니다. 초자 기구의 올바른 사용과 관리는 실험 결과의 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다.
5. 수산화 나트륨 용액 제조

수산화 나트륨 용액은 다양한 화학 실험에서 사용되는 중요한 시약입니다. 수산화 나트륨 용액을 제조할 때는 정확한 농도와 순도를 확보하는 것이 중요합니다. 이를 위해 순수한 수산화 나트륨 시약을 사용하고, 정확한 무게 측정과 부피 측정을 통해 농도를 결정해야 합니다. 또한 용액의 안정성을 유지하기 위해 적절한 보관 조건을 유지해야 합니다. 수산화 나트륨 용액의 정확한 제조와 관리는 실험 결과의 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다.
6. 부피 측정의 정확성

부피 측정은 화학 실험에서 매우 중요한 과정입니다. 부피 측정의 정확성을 확보하기 위해서는 적절한 부피 측정 기구를 선택하고, 정확한 눈금 읽기와 보정 과정을 거쳐야 합니다. 또한 온도, 압력, 표면 장력 등의 요인이 부피 측정에 영향을 미칠 수 있으므로 이를 고려해야 합니다. 부피 측정의 정확성은 실험 결과의 신뢰성에 직접적인 영향을 미치므로, 이에 대한 주의 깊은 관리가 필요합니다.
7. 초자 기구의 정확성 및 정밀성 비교

화학 실험에서 사용되는 다양한 초자 기구들은 각각 고유한 정확성과 정밀성을 가지고 있습니다. 이를 비교 분석하는 것은 실험 결과의 신뢰성을 높이는 데 중요합니다. 초자 기구의 정확성과 정밀성을 평가할 때는 눈금의 정확성, 재현성, 측정 범위 등을 고려해야 합니다. 또한 초자 기구의 재질, 제조 공정, 사용 환경 등이 정확성과 정밀성에 미치는 영향을 분석해야 합니다. 이를 통해 실험 목적에 가장 적합한 초자 기구를 선택할 수 있습니다.
8. kg의 정의 변화

kg의 정의 변화는 측정 단위의 표준화와 정확성 향상을 위한 중요한 발전입니다. 기존의 플라티늄-이리듐 원기에 의존하던 kg 정의가 아보가드로 상수에 기반한 새로운 정의로 변경됨에 따라, 질량 측정의 정확성과 재현성이 크게 향상될 것으로 기대됩니다. 이는 과학 실험과 산업 전반에 걸쳐 측정의 신뢰성을 높이는 데 기여할 것입니다. 측정 단위의 정의 변화는 과학 기술의 발전과 함께 지속적으로 이루어져야 할 것입니다.
9. 표준용액 제조

표준용액 제조는 화학 실험에서 매우 중요한 과정입니다. 정확한 농도의 표준용액을 제조하기 위해서는 순수한 시약 사용, 정밀한 무게 및 부피 측정, 적절한 용해 및 교반 과정 등이 필요합니다. 또한 표준용액의 안정성을 유지하기 위한 보관 조건 관리도 중요합니다. 표준용액의 정확성과 신뢰성은 실험 결과의 정확성과 직결되므로, 표준용액 제조 과정에 대한 세심한 주의와 관리가 요구됩니다.
10. 로드셀식 전자저울의 작동 원리

로드셀식 전자저울은 정밀한 질량 측정을 위해 널리 사용되는 기기입니다. 이 저울의 작동 원리는 로드셀이라는 변형 감지 센서를 이용하여 시료의 무게를 감지하고 이를 전기 신호로 변환하는 것입니다. 로드셀의 구조와 재질, 그리고 전자 회로의 설계가 저울의 정확성과 정밀성에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 로드셀식 전자저울의 작동 원리를 이해하고 이를 바탕으로 적절한 사용과 관리를 하는 것이 실험 결과의 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다.