서울대학교_물리분석실험_Fluorescence Analysis(2024)

문서 내 토픽

1. 형광 분석

이번 형광 정량 분석 실험을 통해 형광의 원리를 이해하고 퀴닌의 소광 현상을 관찰, 표준물 첨가 방법을 이용하여 미지 시료 속의 퀴닌의 양을 분석하는 것을 목표로 한다. 형광 정량 분석을 이용하면 극저농도의 물질도 분석할 수 있기 때문에 널리 이용된다. 이번 분석에 사용하는 시료로 퀴닌(quinine)을 이용한다. 형광을 나타내려면 π conjugation을 갖는 carbon ring이 포함되어야 하기 때문이다.
2. 퀴닌의 형광 특성

퀴닌은 방향족 고리의 hyperconjugation에 의해 파란 형광을 방출하며 0.05M 황산과 함께 형광 표준 물질로 이용된다. 매트릭스에 의해서 형광 세기가 줄어드는 형광 소광을 고려해야 하는데 이를 일어나게 하는 물질을 소광제(quencher)이라 한다. 퀴닌의 경우 소광제로 염화 이온을 사용한다.
3. 형광 소광 현상

스턴-볼머(Stern-Volmer) 식을 이용하여 소광제의 유무에 따라 양자효율의 비를 구할 수 있다. 실험에서 형광 분석은 형광 분광 광도계(fluorescence spectrometer)를 이용하여 구한다. 염화 이온을 소광제로 하여 6개의 다른 농도에서 퀴닌의 형광 소광을 관찰하였다. 소광제의 농도와 intensity 사이에는 지수적으로 감소하는 관계를 확인할 수 있었고, Stern-Volmer equatino에 따라 linear plot하여 구한 식의 기울기는 0.0094로 나타났다.
4. 표준물 첨가법

표준물 첨가법(Standard addition)은 농도를 알고 있는 물질(standard)을 농도를 모르는 물질에 첨가했을 때 신호의 변화를 통해 미지 시료의 농도를 구하는 방법이다. 미지 시료의 초기 농도와 미지시료+standard의 최종 부피, standard의 초기 부피를 이용하여 standard addition plot을 그렸고 그 식의 x 절편을 이용해 구한 미지 시료의 초기 농도는 각각 0.1195ppm, 0.6573ppm으로 나타났다.
5. 실험 결과 오차 분석

실험1과 실험3의 값에서 매우 큰 오차가 발생하였는데 오차의 원인으로 큐벳의 control 실패, 다른 시간에 수행한 calibration curve 사용, 희석 비율 차이 등을 고려할 수 있다. 또한 퀴닌 용액의 photobleaching 현상으로 인한 형광 세기 변화도 오차의 원인이 될 수 있다.

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1. 형광 분석

형광 분석은 화학, 생물학, 의학 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 중요한 분석 기법입니다. 형광 분석은 특정 물질이 빛을 흡수하고 다른 파장의 빛을 방출하는 현상을 이용하여 해당 물질의 농도나 특성을 측정할 수 있습니다. 이 기법은 매우 민감하고 선택성이 높아 미량의 물질도 정량할 수 있으며, 실시간 모니터링이 가능하다는 장점이 있습니다. 형광 분석은 단백질, 핵산, 세포 내 대사물질 등 다양한 생체 물질의 검출과 정량에 활용되며, 의약품 개발, 환경 모니터링, 범죄 수사 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.
2. 퀴닌의 형광 특성

퀴닌은 대표적인 형광 물질로, 자외선 또는 가시광선을 흡수하면 청록색의 형광을 방출합니다. 퀴닌의 형광 특성은 다음과 같습니다. 첫째, 퀴닌은 용매의 극성에 따라 형광 강도가 크게 달라집니다. 극성이 낮은 용매에서 형광 강도가 가장 크고, 극성이 높은 용매에서 형광 강도가 감소합니다. 둘째, 퀴닌의 형광은 pH에 매우 민감하여, 산성 용액에서 형광 강도가 증가하고 염기성 용액에서 감소합니다. 셋째, 퀴닌의 형광은 온도에 따라 변화하며, 온도가 높아질수록 형광 강도가 감소합니다. 이러한 퀴닌의 형광 특성은 다양한 분석 기법에 활용되며, 특히 형광 분광법에서 중요한 역할을 합니다.
3. 형광 소광 현상

형광 소광 현상은 형광 물질의 형광 강도가 감소하는 현상을 말합니다. 이는 형광 물질과 다른 물질 간의 상호작용으로 인해 발생할 수 있습니다. 대표적인 형광 소광 현상으로는 정적 소광, 동적 소광, 농도 소광 등이 있습니다. 정적 소광은 형광 물질과 소광제 간의 복합체 형성으로 인해 발생하며, 동적 소광은 충돌에 의한 에너지 전달로 인해 발생합니다. 농도 소광은 형광 물질의 농도가 높아짐에 따라 발생하는 소광 현상입니다. 이러한 형광 소광 현상은 분석 과정에서 주의해야 할 사항이며, 정량 분석 시 오차를 발생시킬 수 있습니다. 따라서 형광 소광 현상에 대한 이해와 적절한 보정 방법이 필요합니다.
4. 표준물 첨가법

표준물 첨가법은 정량 분석에서 널리 사용되는 방법으로, 미지 시료에 표준물을 단계적으로 첨가하여 검정 곡선을 작성하고 이를 통해 시료 중 분석 대상 물질의 농도를 결정하는 기법입니다. 이 방법의 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 시료 매트릭스의 영향을 최소화할 수 있어 정확한 정량이 가능합니다. 둘째, 검정 곡선을 직접 작성하므로 정량 분석의 신뢰도가 높습니다. 셋째, 시료 전처리 과정에서 발생할 수 있는 손실을 보정할 수 있습니다. 넷째, 매우 낮은 농도의 물질도 정량할 수 있습니다. 이러한 장점으로 인해 표준물 첨가법은 다양한 분야에서 널리 활용되고 있으며, 특히 복잡한 매트릭스를 가진 시료의 정량 분석에 효과적입니다.
5. 실험 결과 오차 분석

실험 결과에 포함된 오차를 분석하는 것은 실험의 신뢰성과 정확성을 평가하는 데 매우 중요합니다. 오차 분석을 통해 실험 과정에서 발생할 수 있는 체계적 오차와 우연 오차를 파악하고, 이를 최소화하기 위한 방안을 모색할 수 있습니다. 체계적 오차는 실험 장비의 잘못된 교정, 실험 방법의 오류, 환경 요인 등에 의해 발생하며, 우연 오차는 측정값의 통계적 변동성에 기인합니다. 오차 분석 방법에는 표준편차, 상대표준편차, 신뢰구간 등이 있으며, 이를 통해 실험 결과의 정밀도와 정확도를 평가할 수 있습니다. 오차 분석은 실험 결과의 신뢰성을 높이고, 실험 과정을 개선하는 데 필수적인 과정입니다.