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기기분석실험-Controlled Potential Methods

: Controlled Potential Methods (Cyclic Voltammetry)순환전압전류법을 통하여Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}/Fe ^{II} (CN) _{6}^{```4-}쌍의 EDEG prime 와 n의 값을 결정하고, 주사 속도, 농도, 전해질 용액이 순환전압전류법에서 어떠한 영향을 미치는 지 알아본다.·3 전극법 (3 electrode system)-작업전극(controlled electrode) : 산화 또는 환원반응이 일어나는 전극-기준전극(reference electrode) : 작업전극에서 정확한 전압을 측정하기 위해 기준이 되는 전극-상대전극(보조전극)(counter electrode) : 대부분의 전류가 작업전극과 기준전극을 통하여 흐르게 유도하는 전극·순환전압전류법(cyclic voltammetry)젓지 않는 용액에서 각 전극을 연결하였을 때, (+)전위에서 (-)전위로(정방향 주사), 그리고 그 다음에 (-)전위에서 처음 시작한 (+)전위로(역방향 주사) 다시 주사하면서 전류를 측정하여 전압 전류-곡선을 그리는 방법이다.다음 그림과 같은 삼각파 형태의 전압이 작업 전극에 가해질 때, 시간 t{}_{0}부터 t{}_{1}까지 (보통 몇 초간) 선형 전압 경사로 주사한 후, 주사 방향을 반대로 해서 시간 t{}_{2}까지 전압을 초기값으로 되돌려 놓는다. 이러한 순환이 여러 번 반복된다.-E{}_{pc} : 환원 봉우리 전위 (cathodic peak potential) (전류가 최대일 때의 전위)-E{}_{pa} : 산화 봉우리 전위 (anodic peak potential) (전류가 최소일 때의 전위)-I{}_{pc} : 환원 봉우리 전류 (cathodic peak current) (E{}_{pc}에서의 반응에 사용된 전류)-I{}_{pa} : 산화 봉우리 전류 (anodic peak current)(E{}_{pa}에서의 반응에 사용된 전류)환원 반응 ((a) → (c)) :Fe ^{III} (CN) me 에 비해 충분히 (+)인 상태라면Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}가 지배적으로 존재하게 되는데 이로부터 전극의 전위를 (-)의 방향으로 주사하면 전극 표면에서Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3+}의 환원 반응이 일어나 환원생성물Fe ^{II} (CN) _{6}^{```4-}이 생성되고 전극 표면에서의Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3+}의 농도는 점점 감소하게 됩니다. 이때 흐르는 환원전류(cathodic current)는 점점 증가하여 I{}_{pc}(cathodic peak current)에 도달하게 된다.3) (b) → (c) 구간E{}_{pc}에 도달 후 전극 표면에서의Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}의 고갈 및 용액으로부터 전극 표면으로의Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}의 확산 속도의 한계로 인해 환원전류는 감소하게 됩니다. 이때의 환원전류는 전극 표면으로 확산하는Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}에 의해 결정되는 전류로 인가되는 전압 및 주사 속도에는 무관한 전류다. (전극 표면에서Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}의 농도는 고갈,Fe ^{II} (CN) _{6}^{```4-}의 농도는 증가하는 구간)3) (c) → (d) 구간(c) 지점에서는 지금까지 주사한 전압과 반대 방향으로 전압을 역주사(reverse scan, 여기서는 (+)방향으로)하여 초기 전압으로 되돌아가게 되는데 (c)에서 (d) 구간 초기에는 전극 표면에Fe ^{II} (CN) _{6}^{```4-}이 지배적으로 존재하고 있으나, (d) 지점에 접근하게 되면서Fe ^{II} (CN) _{6}^{```4-}의 산화반응이 급격히 일어나게 전극 표면에서의Fe ^{III} (CN) _{6}^{```3-}의 농도는 점점 증가하게 된다. 이때 흐르는 산화전류(anodic current)는 증가하여 I{}_{pa}(anodic peak current)에 도달하게 된다.4) (d) → (e) 전류(I{}_{pc})와 산화 peak에서의 전압(E{}_{pa})과 전류(I{}_{pa})를 구할 수 있고, 작업 전극에서 전기 활성 화학종의 반응이 가역적(reversible)인 경우에 전극 표면에서 산화 종(O)과 환원 종( R)의 활동도 혹은 농도비는 Nernst식에 따라서 다음과 같이 표현된다. EDEG 는 평형 전위(equilibrium potential)에 해당하는데 평형 전위는 활동도 계수(activity coefficient)를 포함하고 있어서, 농도로만 식을 나타내기 위해서 EDEG prime 의 형식 전위(formal potential)를 널리 사용한다.O(산화종) + ne{}^{-} ? R(환원종)E= EDEG -{RT} over {nF} ln {a _{R}} over {a _{O}}= EDEG prime -{RT} over {nF} ln {LEFT [ R RIGHT ]} over {LEFT [ O RIGHT ]}EDEG : 표준 상태에서 전기 화학 반응의 평형 전위EDEG prime : 표준 상태에서 전기 화학 반응의 형식 전위R : 기체 상수T : 반응 온도(켈빈 온도)n : 전기 화학 반응식에 참여한 전자의 수F : 패러데이 상수,a{}_{R} , a{}_{O} : 화학종 R과 O의 활동도[R], [O] : 화학종 R과 O의 농도(mol/L),이 식을 바탕으로 작업 전극의 전위가 EDEG prime 에 비해 충분히 양(+)의 값을 가지면 산화 반응이 우세하여 전극 표면 근처에 O가 많아지고, 전위를 반대 방향으로 주사하여 음(-)의 값을 가지면 환원 반응이 우세하여 반대로 R이 많아짐을 알 수 있다.전극의 형식전위(EDEG prime )는 산화/환원 peak 전압으로부터 구할 수 있다.EDEG prime ={E _{pc} +E _{pa}} over {2}가역적인 전기 활성 화학종에 대해서는 순환 전압전류곡선으로부터 두 가지 특징을 확인할 수 있다.먼저 산화 피크 전압(E{}_{pa})와 환원 피크 전압(E{}_{pc} )는 다음과 같전기 활성 화학종의 농도(mol/L),-D : 전기 활성 화학종의 확산 계수(m{}^{2}/s),-v : 주사 속도(V/s)위 식으로부터 피크 전류는 전기 활성 화학종의 농도에 비례하며, 주사 속도의 제곱근에 비례하는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 I{}_{p} 대비sqrt { v} 의 그래프에서 얻어지는 직선의 기울기로부터 전기 활성 화학종의 확산 계수(diffusion coefficient)를 구할 수 있다. 만약 전기 활성 화학종이 확산하는 것이 아니라 전극 위에 흡착해 있다면, 피크 전류는 주사 속도의 제곱근이 아닌 주사 속도에 비례한다.순환전압전류장치, x-y 기록계, 전기화학 셀, hard carbon 작업 전극, Ag/AgCl 기준전극, 백금 보조전극, 100mL 부피 플라스크, 250mL 부피 플라스크, 미세한 alumina 가루.1.0 MKNO _{3}용액 250mL1.0 MNa _{2} SO _{4}용액 100mL2mMK _{3} Fe(CN) _{6}(ferricyanide) 30mL4mMK _{3} Fe(CN) _{6} 30mL작업전극의 표면을 미리 연마(polishing)하는 과정이 필요하다. alumina 분말(연마제)을 이용하여 전극을 연마천에서 8자를 그리면서 1분 가량 연마를 시키고 전극의 표면을 증류수로 세척한 뒤(알루미나 미세입자가 전극표면을 갈아서 표면을 매끄럽게 해준다), ultrasonic bath(ultra sonicator)에서 초음파 처리를 한다.1M KNO{}_{3}용액 30mL를 셀에 채운 뒤, 대략 3~4분 가량 pursing 과정을 통하여 셀의 용액 속에 존재하는 산소를 제거하고 질소로 감싸줌으로써 남은 실험을 진행하는 과정에서 산소가 다시 셀에 유입되는 것을 방지한다. pursing 과정이 끝나면 각각의 전극을 연결하고(전극의 끝이 용액이 담긴 셀의 벽에 닿지 않도록 유의) 모니터에서 측정 전위의 범위를 0.8V에에서 ?0.12V로 설정해놓고 음의 방향으로 20mV/s 의 주사속도로 하여 먼저 전해질 용액의정한다.-전해질 변화마지막으로 4mMK _{3} Fe(CN) _{6}를 1MNa _{2} SO _{4}용액 30mL에 첨가한 후 CV를 측정한다.(시료를 첨가하여 농도를 바꿀 때 마다, 혹은 전해질용액을 바꿀 때, 셀에 산소가 유입되므로 parameter로 입구를 감싼 뒤에는 CV를 측정하기 전 항상 pursing 과정을 거쳐야만 한다,)1)농도 변화농도2mM4mM6mM8mM10mME{}_{pc}(V)0.3350.3350.3350.330.34E{}_{pa}(V)0.2550.2550.2500.2550.250I{}_{pc} (mu A)9.40818.46029.01334.73847.845I{}_{pa}((mu A)13.52426.87841.28454.12770.065EDEG prime 0.2950.2950.29250.29250.295TRIANGLE E0.0800.0800.0850.0750.090n0.73750.73750.6941{}_{2}0.7866{}_{7}0.6555{}_{6}I{}_{pc}(전해질 보정값) : ?0.013mu AI{}_{pa}(전해질보정값) : ?0.4mu A2)미지 시료미지시료의 I{}_{pc} : 44.471mu A(=44.458-(-0.013))미지시료의 I{}_{pa} : 63.195mu A(=-(63.595-(-0.4)))I{}_{pc}(전해질 보정값) : ?0.013mu AI{}_{pa}(전해질보정값) : ?0.4mu AI{}_{pc}에서의 농도 :{44.471+0.0528} over {9.3152} =4.779{}_{7}I{}_{pa}에서의 농도 :{63.195+0.9237```} over {14.033}=4.569{}_{1}∴평균적으로 보았을 때 미지 시료의 농도는 ({4.779 _{7} +4.569 _{1}} over {2})=4.674{}_{4}mM이다.2)주사 속도 변화주사속도(mV/s)205*************75200I{}_{pc}(mu A)18.46032.20140.34046.77751.28053.29157.5626다.

자연과학| 2022.05.31| 9페이지| 1,000원| 조회(186)

실험, 기기분석, cv

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기기분석실험-Determination of Paramaceuticals by high performance liquid chromatography ( Determination of Caffeine in Beverage). 평가A좋아요

Determination of Paramaceuticals by high performance liquid chromatography : Determination of Caffeine in Beverage.(HPLC를 이용하여 음료수 속 카페인 농도 정량)음료 안에 들어있는 카페인의 농도를 결정하기 위하여 HPLC를 이용한다.·크로마토그래피:이동상과 정지상 사이에서의 용질의 분배를 이용하여 혼합물을 각 성분별로 분리-이동상(mobile phase) : 칼럼을 통해 이동하는 용매(액체&기체)-정지상(stationary phase) : 칼럼 안에 머물러 있는 상 (모세관 내벽 혹은 칼럼을 채우고 있는 고체 입자의 표면에 화학적으로 결합된 톺은 점도의 액체)-용리액(eluent) : 칼럼 안으로 들어가는 액체-용출액(eluate) : 칼럼을 빠져나오는 액체-용리(elution) : 크로마토그래피 칼럼을 통해 액체나 기체가 통과하는 과정·액체 크로마토그래피:액체 상태의 시료를 분리정량하는 방법 (이동상-액체)용매에 녹지 않는 물질은 액체 크로마토그래피법으로 분리할 수 없다.-역상 크로마토그래피친수성 정지상과 소수성 이동상을 이용하는 정상(normal phase) 크로마토그래피와 반대로 소수성 정지상과 친수성 이동상을 이용하는 방법으로, 이동상은 물과 메탄올, 에탄올 혹은 아세토나이트릴을 섞은 홉합 용매를 일반적으로 사용하므로 용매의 극성이 더 커진다. 그로므로 보다 작은 극성 혹은 비극성을 띠는 정지상으로부터 극성 화합물이 이동하면서 분리된다. 이때 정지상은 실리카 표면에 octadecyl(C{}_{18}) 작용기를 결합시켜 소수성 정지상으로 작용한다. 용매의 극성이 약할수록 용리액의 세기는 증가한다.·HPLC(고성능 액체 크로마토 그래피)미세입자로 충전된 막힌 칼럼을 통해 높은 압력으로 용매를 흘령주어 고분리능의 분리를 제공한다. HPLC 장치는 자동시료주입기(autosampler), 용매 공급 장치, 시료 주입 밸브 , 고압 칼럼, 검출기로 사용되는 질량분석계로전된 짧은 보호 칼럼(guard column)을 이용하여 주칼럼의 입구를 보호한다. 보호칼럼의 목적은 주로 시료 용액에 녹지 않고 존재하는 입자를 제거하여 오염을 피하고 분리관을 더 오래 사용할 수 있게 한다.- octa-decylsilane (C{}_{18}) column(간단히 ODS라고 함)은 HPLC에서 지금까지 가장 일반적으로 사용되는 정시상이다. 두자리(bidentate) C{}_{18}정지상은 pH8이상의 염기성용액에서 증가된 안정성을 제공한다.·등용매 및 기울기 용리등용매 용리(isocratic elution)에서는 한 가지 용매 (혹은 균일 용매 혼합물)만을 사용한다. 만일 한가지 용매만으로 모든 성분들을 충분히 빠른 속도로 용리시킬 수 없다면, 기울기 용리(gradient elution)을 사용할 수 있다. 이 경우 A 용매에 B용매의 양을 점차 첨가하면서(즉, 용매조성을 바꿔서) 용리액의 세기를 점차적으로 증가시켜 연속적인 기울기를 만든다.·크로마토그램:용리 시간에 대한 겈출기의 감응을 나타낸 그래프-머무름 시간(t{}_{R}) : 혼합물이 칼럼에 주입된 시점부터 각 성분이 검출기까지 도달하는 데 걸리는 시간·분리도(resolution)용질은 크로마토그래피 칼럼을 통과하면서 점차 퍼져서 표준편차가sigma 인 Gauss 모양으로 되는 경향이 있다. 용질이 더 오랜 시간 칼럼에 머물수록 띠는 더 넓어진다. 일반적으로 사용되는 띠의 폭의 척도에는 (1) 봉우리의 높이에 반이 되는 높이에서 측정한 폭w _{1/2}와 (2) 봉우리의 변고점에 대한 탄젠트가 바탕선과 만나는 두 지점 사이의w가 있다. Gauss 봉우리에 대한 아래의 식을 따르면w _{1/2}=2.35sigma 이며,w=4sigma 이다.크로마토그래피에서 서로에 대한 두 봉우리의 분리도는 다음과 같이 정의 된다.분리도 ={TRIANGLE t _{r}} over {w _{a`v}} `=` {0.589 TRIANGLE t _{r}} over {w _{1/2a`v}}TRIANGLE t _{ight, H)는 크로마토그래피 띠의 가변도에 비례한다.단높이는 작을수록 띠는 좁아진다. Van Deemter식은 칼럼과 유속이 단높이에 어떻게 영향을 미치는지 설명한다.Van Deemter식 : H?A +{B} over {u _{x}} + Cu _{x}u _{x}: 선형 유속A,B,C : 주어진 칼럼과 정지상에 대한 상수칼럼과 정지상을 바꾸면 A,B,C값이 변한다. Van Deemter식을 보면 띠넓힘은 유속에 비례하고, 유속에 반비례하며, 유속과는 무관한 세 가지 메커니즘이 있다.HPLC는 자외선 검출기(254mm)와 역상 C{}_{18}분리관을 이용한다. 시약은 표주시약용 카페인, 메탄올-물 (40 : 60 %). 커피, 디카페인을 이용한다.A. 카페인 표준물1)깨끗한 5개의 부피플라스크(100mL)에 카페인 2.5mg, 5.0mg, 7.5mg, 10.0mg, 12.5mg씩 달아 넣는다 (실험상의 편리를 위하여 12.5mg의 카페인을 100mL 부피플라스크에 용해시켜 만든 모액에서 5mL, 10mL, 15mL, 20mL씩 채취하여 4개의 25mL 부피 플라스크에 넣어 위의 2.5mg, 5.0mg, 7.5mg, 10.0mg 카페인 용액을 만든다.)2)메탄올-물(40 : 60 %) 혼합 용액을 눈금까지 묽혀 이동상으로 사용하는 용매를 만든다.3)카페인을 흔들어 녹이고 크로마토그래피에 주입하기 전에 5분간 탈기(gas)한다.4)펌프를 가하고 검출한다. 펌프 유속은 2.3mL/min이고, 검출기 감도는 0.08 AUFS(Absorbance Unit Full Scale)에 놓는다.5)주사기를 사용하여 표준물 20mu L를 주입한다.6)주입부분을 LOAD로부터 INJECT로 돌림과 동시에 검출기의 MARKER 스위치를 넣는다. 기록계의 바늘이 흔들릴 것이다. 다음에 시료를 주입한다.7)카페인 봉우리를 기록한고 검출 가능한 최소 부피의 시료량을 주입하고 3~6단계를 반복한다.8)진한 시료를 이용하여 5~7단계를 되풀이한다.9)표준물을 사용하여 3~8단계를 계속하되 농lp서 물질의 존재 유무를 점성적으로 분석할 때 이용할 수 있다. 크로마토그램을 그릴 때마다 MARKER로부터 최대봉우리까지 거리를 측정한다. 이 거리는 기록계가 일정한 속도로 이동하므로 머무름시간(retention time)과 관련있다.봉우리의 면적은 농도에 비례한다. 봉우리의 면적은 적분기로 적분한다. 카페인 표준물의 농도, 머무를 시간, 봉우리 면적을 표로 만들어라. 표준 시료의 봉우리 면적과 농도를 이용하여 검정선을 작성하라.B.커피와 디카페인 중 카페인2개의 부피 플라스크(25mL)에 각기 커피와 디카페인 커피 고형분을 5mg씩 넣고 메탄올-물 ( 40 : 60 %) 용액으로 눈금까지 묽힌다. 방법 A의 5~9단계에 따라 커피와 디카페인 커피 시료 용액 각각의 크로마토그램을 기록하라.커피와 디카페인 커피 시료에서 나타나는 카페인 크로마토 그램의 머무름 시간을 측정한다. 그 후 봉우리의 면적을 적분하고, 검정선으로부터 커피와 디카페인 커피 중 카페인의 농도를 mg/mL단위로 계산하라.1)2.5mg크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]11.503316.438023.44003.843534.553330.655347.46331095.16432)5.0mg크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]12.00679.453524.453363.529136.70002357.48403)7.5mg크로마토그램적분 결과번호면적[mV*s]1102.465323331.1770(머무름 시간(RT;retention time)에 대한 데이터가 휴대폰 사진에 부득이하게 찍히지 아니하여 그 에 대한 값은 입력하지 못하였습니다.)4)10.0mg크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]14.4133131.227626.56674346.887539.62006.35835)12.5mg크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]14.4167178.839226.57005543.232039.806715.05546)커피크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]12.71331807.64889.436748.33137)디카페인 커피크로마토그램적분 결과번호RT[분]면적[mV*s]12.73001670.711123.23311090.848434.39671581.331245.29331013.616955.8900463.768766.6000831.521277.2800578.770588.2367293.344499.483371.3439시료의 양(mg)면적[mV*s]2.51095.16435.02357.48407.53331.177010.04346.887512.55543.2320커피4616.4070디카페인 커피831.5212커피 :{4616.4070-69.127} over {435.42}=10.443{}_{4}mg (커피 51.1mg 속에 들어있는 카페인의 양)디카페인 :{831.5212-69.127} over {435.42}=1.7509{}_{4}mg(디카페인 커피 50.8mg 속에 들어있는 카페인의 양)HPLC의 원리, 즉 미세 입자로 충전된 막힌 칼럼에 시료 용액을 주입하고 고압 펌프로 이동상을 가압하여 혼합물의 성분을 분리해내는 원리를 이용하는 것으로, 이를 통해 도출해낸 표준 카페인의 검정곡선으로부터 음료(커피, 디카페인 커피)의 카페인 농도를 정량하는 것이 이번 실험의 목표이다. 이번에 이용한 HPLC는 역상 크로마토그래피법으로 소수성인 ODS(C{}_{18}) 정지상으로부터 친수성 이동상인 용매(메타올-증류수)가 이동하면서 그 안에 녹아있는 극성화합물 카페인과 다른 화합물이 분리된다. (한 가지 용매만을 이용하는 등용매 용리를 이용).표준 카페인 시료 2.5mg, 5.0mg, 7.5mg, 10.0mg, 12.5mg를 부피 플라스크에 넣고 이동상인 극성 용매 메탄올-증류수 혼합 용액(40 : 60 %)으로 용해시킨다. (약수저를 이용하여 mg 단위로 정확하게 시료를 양을 덜어내는 데 한계가 있어 12.5mg의 모액 100mL를 만든 후, 4개의 25mL 부피 플라스크에 5mL, 10mL, 15mL, 20mL의 모액을 넣어 묽히는 방식을 이용하였다.) 위

자연과학| 2022.05.30| 12페이지| 1,500원| 조회(186)

기기분석, HLPC, 카페인 농도 정량

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기기분석실험-타이레놀의 APAP함량 측정 및 분석

: Controlled Potential Methods (Cyclic Voltammetry)순환전압전류법을 통해 acetaminophen(APAP) 산화과정의 mechanism을 이해하고, 타이레놀 한 정에 들어있는 APAP함량을 검정곡선을 통하여 알아낸다.Acetaminophen(N-acetyl-p-aminophen, APAP)은 Tylenol의 활성성분이고, 일반적으로 아스피린 대용물로 사용한다. 수용액 중 전압전류법 연구는 전기화학반응 단계와 마찬가지로 화학단계를 밝혀준다. 그러므로 APAP계에서는 CV에서 얻을 수 있는 반응 메커니즘의 정보를 밝힐 때 유용하게 이용할 수 있다.위에서 나타낸 그림과 같이 APAP는 전기화학적으로 pH에 따라 2-전자,2-양성자와 반응하여 N-acetyl-p-quinoneimine(NAPQI)으로 산화된다. 그 다음에 일어나는 반응과정은 pH와 실험의 주사속도를 적당히 변화시켜 NAPQI가 관여하는 화학반응을 알아 볼 수 있다.1)pH 6.0 완충 용액pH 6.0에서 NAPQI는 안정한 양성자 없는 형태(II)로 존재한다. 이때의 산화전류는 위의 메커니즘에서 (I)에서 (II)로 산화되는 과정을, 그리고 환원전류는 이 단계의 반대과정을 나타낸다. 40mV/s와 250mV/s의 주사속도로 관측된 pH6.0의 순환전압전류 곡선의 모양이 유사한 것은 이 화학종들이 순환전압전류법 실험의 시간 영역(domain)에서 안정하다는 것을 알 수 있다. 이때 pH 6.0의 순환전압전류 곡선에서 산화와 환원 봉우리 간에 큰 차가 있는 것은 비균질성 전자이동의 속도가 느리다는 것을 나타낸다.2)pH2.2 완충 용액산성조건에서 NAPQI는 즉시 양성자화되고(II → III), 덜 안정하지만 전기화학적으로 활발한 화작종(III)으로 변한다. 이 화학종은 빠르게 수화된 물질(IV)로 변하고(III →IV), 이것은 실험 전위에서 전기화학적으로 비활성이다. 양성자화 NAPQI의 환원으로 생기는 환원파는 40mV/s보다 250mV/s의 주사속도에서 성 수화형태(IV)롤 모두 변한다.3)1.8M H{}_{2}SO{}_{4}용액수화 NAPQI(IV)는 벤조퀴논으로 변하는 과정에서, 순환전압전류법으로 실험하는 동안 벤조퀴논으로 잘 환원되게 하기 위해서는 반응 속도가 충분히 커야 한다. 그러기 위해서는 산성이 매우 큰 매질을 이용해야하고 1.8M H{}_{2}SO{}_{4}용액을 사용한다. 250mV/s의 주사속도를 이용하는 경우, 벤조퀴논의 불분명한 환원파는 선명하게 나타나지 않는다. 수화 NAPQI(IV)로부터 벤조퀴논의 생성은 역방향 주사동안 생기기 때문에 넓은 환원파로 나타난다. 양전위 방향의 두 번째 주사는 APAP의 산화 이외에 벤조퀴논의 환원 생성물인 하이드로 퀴논의 산화에 상당하는 산화파를 나타낸다.순환전압전류장치, x-y 기록계, hard carbon 작업전극, 백금 보조전극, Ag/AgCl 기준전극,100mL부피 플라스크, 250mL부피 플라스크, 50mL 부피 플라스크, 비커, 피펫disodium hydrogen phosphate(NaHPO{}_{4}), citric acid(C{}_{6}H{}_{8}O{}_{7}), MacIlvaine 완충 용액(pH2.2&pH6.0), 1.8M 황산 250mL, 0.05M 과염소산(HClO{}_{4})에 섞은 0.070M acetaminophen모액 100mL, Tylenol 1정1)1.8M 황산 250mL(H{}_{2}SO{}_{4}의 밀도 : 1.8302g/mL, H{}_{2}SO{}_{4}의 몰질량 : 98.079g/mol){1.8302g/mL` TIMES 0.95 TIMES 1000mL/1L} over {98.079g/mol}=17.7274M 95% H{}_{2}SO{}_{4}의 농도{1.8M TIMES 250mL} over {17.7274M}=25.384433mL의 95% H{}_{2}SO{}_{4}황산 용액을 250mL 부피 플라스크에 묽힘.2)0.05M 과염소산(HClO{}_{4})에 섞은 0.070M acetaminophen모액 100mL(mL` TIMES 0.70 TIMES 1000mL/1L} over {100.46g/mol}=11.6615M 70% HClO{}_{4}의 농도{0.05M TIMES 100mL} over {1.6736M}=0.42876mL의 70% HClO{}_{4}황산 용액 필요acetaminophen (acetaminophen의 몰질량 : 151.163g/mol)0.07M TIMES 151.163g/molTIMES 100mL TIMES (1L/1000mL)`=1.05814g acetaminophen 첨가.disodium hydrogen phosphate과 citric acid의 조성을 달리하여 pH2.2 MacIlvaine 완충 용액1.6L와 pH6.0 MacIlvaine 완충 용액 250mL를 제조한다. 앞에서 만든 표준 APAP 모액을 pH2.2완충 용액으로 묽혀 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0mM 농도의 5개의 100mL 표준 APAP용액을 제조한다. 마찬가지의 방식으로 마찬가지 APAP모액을 이용하여 pH6.0 완충용액에 녹인 3.0mM APAP용액 100mL와 1.8M H{}_{2}SO{}_{4}용액에 녹인 3.0mM APAP용액 100mL을 제조한다. Tylenol 1정을 정확히 무게를 재고 최대한 잘게 빻은 다음, pH2.2 완충용액에 녹이고 필터지로 여과하고 250mL부피 플라스크에 모액을 제조한다. 그 중 10mL를 피펫을 취하여 50mL 부피 플라스크에 넣고 눈금까지 pH2.2 완충용액으로 묽혀 미지시료 용액을 만든다. (이때 필터지 또한 건조기로 건조시킨 뒤 무게를 잰다.)Ag/AgCl 기준 전극에 대하여 1.0V와 ?0.2V로 일정 전압기의 주사 한계 전위값을 맞추어 놓는다. 양전위 방향으로 주사를 시작하여 40mV/s 주사속도로 5개의 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0mM 표준 APAP용액 30mL를 셀에 담아 CV를 측정하고, 3mM APAP용액만을 250mV/s 주사속도로 바꾸어 한 번 더 측정한다. pH6.0 완충용액에 녹인 3V/s의 주사속도로 각각 CV를 측정한다. Tylenol 1정을 녹인 미지시료의 용액은 40mV/s의 주사속도로 하여 CV를 측정하고 검정곡선을 그려 정량한다.1)농도변화1.0mM1.5mM2.0mM2.5mM3.0mME{}_{pc}(V)0.640.6350.6350.630.63E{}_{pa}(V)0.7050.720.7250.7250.73I{}_{pc} (mu A)1.2841.9192.0272.3832.94I{}_{pa}((mu A)25.51735.17446.42957.32368.6072)미지시료I{}_{pc} (mu A) : -(-1.514-(-0.199)(바탕 용액 보정값))=1.315I{}_{pa}((mu A) : 52.876-1.101(바탕 용액 보정값)=51.775타이레놀 1정의 무게 : 0.6141+0.0964(필터지에 남은 무게)=0.7105gI{}_{pc}에서 농도 :{1.315-0.6002} over {0.7552}=0.9465{}_{0}mMI{}_{pc}에서 질량 :0.9465{}_{0}mMTIMES{1M} over {1000mM}TIMES30mLTIMES{1L} over {1000mL}TIMES151.163g/mol=0.004292{}_{3}g (30mL에서)0.004292{}_{3}gTIMES{250mL} over {10mL}=0.1073{}_{1}g (250mL에서)(250mL 타이레놀 모액에서 10mL가량을 피펫으로 취하여 묽혔음.)I{}_{pc}에서 부피 함량 :{0.1073 _{1} g} over {0.7105g} TIMES 100=15.10{}_{3}%가량의 APAP가 타이레놀 한 정에 함유I{}_{pa}에서 농도 :{51.775-3.2784} over {21.666}=2.238{}_{4}mMI{}_{pa}에서 질량 :2.238{}_{4}mMTIMES{1M} over {1000mM}TIMES30mLTIMES{1L} over {1000mL}TIMES151.163g/mol=0.01015{}_{1}g (30mL에서)0.01015{}_{1}g.2537 _{8} g} over {0.7105g} TIMES 100=35.71{}_{9}%가량의 APAP가 타이레놀 한 정에 함유3)pH 2.2 buffer solution40mV/s250mV/sE{}_{pc}(V)0.730.81E{}_{pa}(V)0.630.6I{}_{pc} (mu A)68.907136.712I{}_{pa}((mu A)3.18541.4674)pH 6.0 buffer solution40mV/s250mV/sE{}_{pc}(V)0.5050.565E{}_{pa}(V)0.2350.27I{}_{pc} (mu A)70.949155.745I{}_{pa}((mu A)17.28264.4155)1.8M 황산 용액40mV/s250mV/sE{}_{pc}(V)0.7750.785E{}_{pa}(V)0.4250.365I{}_{pc} (mu A)70.207185.795I{}_{pa}((mu A)19.63418.767pH조건과 주사속도를 달리하였을 때의 나타나는 CV곡선을 통하여 APAP의 산화과정 메커니즘을 이해하고, 타이레놀에 들어있는 APAP함량을 정량하는 것이 이번 실험의 목표이다. 각기 다른 농도의 표준 APAP용액을 일정한 주사속도(40mV/s)로 측정한 CV를 토대로 검정곡선을 그렸을 때, I{}_{pc}에서는 15.10{}_{3}% 로, I{}_{pc}에서는 35.71{}_{9}g로 각각 타이레놀 속 APAP함량이 2배 크게 차이가 나는 결과 나타났다. 이는 원래 표준 APAP용액의 CV곡선에서 I{}_{pc}값과 I{}_{pc}값 사이의 차이가 크다보니, 추세선을 그렸을 때 또한 이에 대한 차이가 벌어질 수 밖에 없고 계산과정이서 결과 값의 차이가 커질 수 밖에 없는 한계가 나타난다.pH6.0 완충 용액에서 APAP는 안정한 양성자 없는 형태인 NAPQI로 존재하고 그 둘 사이의 산화환원 반응에 의한 측정된 CV곡선을 살펴볼 때, 40mV/s와 250mV/s의 주사속도로 관측된 순환전압전류 곡선의 모양이 이론적으로 예상하였다 시피 전류 값의 차이가 있을 뿐.

자연과학| 2022.05.30| 8페이지| 1,500원| 조회(227)

기기분석, Cyclic Voltammetry, 순환전압전류법

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기기분석실험-Determination of Optimum flow rate in Gas chromatography 평가A+최고예요

Determination of Optimum flow rate in Gas chromatography(기체 크로마토그래피에서 최적 유속 결정)van Deemter equation을 이용하여 기체크로마토그래피에서 클로로폼의 최적유속을 결정한다.기체크로마토그래피법은 시료를 증발시켜 기체 상태로 만들 수 있는 경우에만 적용되고, 증발시료를 칼럼에 주입한 다음, 비활성 기체의 이동상 흐름을 이용하여 용리하고 분리하는 방법이다. 이때 이동상으로 사용하는 비활성 기체는 분석 시료와 반응하지 않는 질소, 아르곤, 헬륨 등을 이용한다.·크로마토그램:용리 시간에 대한 겈출기의 감응을 나타낸 그래프-머무름 시간(tr) : 혼합물이 칼럼에 주입된 시점부터 각 성분이 검출기까지 도달하는 데 걸리는 시간-머무름 부피(V{}_{r}) : 어떤 물질이 칼럼을 통과하는 데 필요한 이동상의 부피칼럼을 통하여 혼합물을 용리할 때 칼럼은 무수히 많은 얇은 이론단(theoretical plate)으로 구성되고, 위에서부터 아래로 각 단계로 통해 이동한다고 가정한다. 크로마토그램의 칼럼은 이론단수 N이 많을수록 분리효율이 증가한다. 이론단수 N은 분리효율의 척도로 사용한다. 단높이(plate height) H는 ‘이론적인 단에 해당하는 높이’로, 대략적으로 단높이는 이동상과 정지상 사이에서 용질이 한번 평형에 도달하는 데 요구되는 칼럼의 길이이다. 그러므로 이론 단수 N은 다음과 같다.N={L} over {H}혼합물의 성분들은 분리하는 칼럼의 성능은 단높이가 감소할수로, 이론단수가 클수록 향상된다.단높이는sigma ^{2} / chi 의 길이를 가진다. 여기에서sigma 는 Gauss띠의 표준편차이며,chi 는 칼럼을 통해 이동한 거리이다. 여기에서chi =L이고sigma =w/4이다.w는 길이의 단위를 가지며, 단수 N은 역시 단위가 없다. 만일 L과w(또는sigma )를 길이 대신 시간단위로 표현하여도 N은 역시 단위가 없다. N에 관한 유용한 표현은 다음과 같다.N={L} over {H}={L ^{2}} over {sigma ^{2}}={16L ^{2}} over {w ^{2}}={16t _{r} ^{2}} over {w ^{2}}여기에서w는 시간 단위로 측정한 봉우리의 너비이다. 만일 봉우리에서의 너비 대신에 반높이에서의 반너비(half width)를 사용하면 N은 다음과 같다.N={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}·단높이 식(Van Deemter식)단높이(plate height, H)는 크로마토그래피 띠의 가변도에 비례한다.단높이는 작을수록 띠는 좁아진다. Van Deemter식은 칼럼과 유속이 단높이에 어떻게 영향을 미치는지 설명한다.Van Deemter식 : H?A +{B} over {u _{x}} + Cu _{x}u _{x}: 선형 유속A,B,C : 주어진 칼럼과 정지상에 대한 상수칼럼과 정지상을 바꾸면 A,B,C값이 변한다. Van Deemter식을 보면 띠넓힘은 유속에 비례하고, 유속에 반비례하며, 유속과는 무관한 세 가지 메커니즘이 있다.chloroform, methanol기체크로마토그래프의 장치 사용 설명서를 완전히 습득하라. 비누거품 유속계를 운반하여 운반기체 출구에 연결한다. 비누거품이 올라오게 비눗물이 담긴 고무 밸브를 눌러 비눗물을 올린 다음 운반 기체 유속을 측정한다. 비눗물을 통해서 나오는 기체의 비누거품이 관을 따라 올라가고 거품이 2~3개 올라가면 1개 거품이 0에서 10mL까지 올라가는 데 필요한 시간을 타이머로 측정한다. 유속은 다음 식으로 계산한다.유속(mL/min)={10mL} over {시간(s)} TIMES {60(s)} over {1min}각기 다른 여섯 가지 유속으로 용리한 순수한 클로로폼(1.0mu L씩 주입) 크로마토그램을 그려라. 유속은 크로마토그램이 일그러지지 않고 대칭적 모양을 이룰 때 최적값을 갖는다.유속계 및 타이머에서 얻은 자료를 이용하여 mL/min 단위로 계산하여라. 크로마토그램에서 이론단수N를 계산하고 칼럼의 길이를 이용하여 각 유속의 H를 계산하여라. H 와mu (유속)의 van Deempter의 그림을 작성하고 최적 유속을 계산하라.(0.1mL 클로로폼을 100mL 부피 플라스크에 메탄올로 묽혀 1000ppm 농도의 만들고 이를 다시 10mL정도 취하여 100mL 부피플라스크에 묽혀 100ppm 농도의 용액을 만든 다음, 다시 한 번더 10mL 정도를 취하여 앞서 말한 방식으로 10ppm 농도의 클로로폼 용액을 만든다.)유속머무름시간(tr)반너비(w _{1/2})이론단수단높이(H) (m)0.81.5840.02817761.81{}_{2}0.0016{}_{9}0.91.5460.02816919.82{}_{6}0.0017{}_{7}1.01.5120.02717404.80{}_{0}0.0017{}_{2}1.11.4790.02225083.25{}_{9}0.0012{}_{0}1.21.4490.02224076.00{}_{3}0.0012{}_{4}계산식)-0.8일 때,L={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}={5.55 TIMES 1.584 ^{2}} over {0.028 ^{2}}=17761.81{}_{2} , H={30m} over {17761.81 _{2}}=0.0016{}_{9}m-0.9일 때,L={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}={5.55 TIMES 1.546 ^{2}} over {0.028 ^{2}}=16919.82{}_{6} , H={30m} over {16919.82 _{6}}=0.0017{}_{7}m-1.0일 때,L={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}={5.55 TIMES 1.512 ^{2}} over {0.027 ^{2}}=17404.80{}_{0} , H={30m} over {17404.80 _{0}}=0.0017{}_{2}m-1.1일 때,L={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}={5.55 TIMES 1.479 ^{2}} over {0.022 ^{2}}=25083.25{}_{9} , H={30m} over {25083.25 _{9}}=0.0012{}_{0}m-1.2일 때,L={5.55t _{r}^{2}} over {w _{1/2} ^{2}}={5.55 TIMES 1.449 ^{2}} over {0.022 ^{2}}=24076.00{}_{3} , H={30m} over {24076.00 _{3}}=0.0012{}_{4}m기체 크로마토그래피는 운반 기체(carrier gas)가 기체 시료를 칼럼안에서 밀어내어 이동시킴으로써 용리하는 크로마토그래피 기법으로, 메탄올을 용매로 하여 만든 클로로폼 시료 용액을 전기 오븐의 온도를 올려 기체 상태로 만든 후, 압력기로 압력을 조절하여 운반 기체인 비활성 기체로 시료를 각기 다른 유속으로 이동시켜 클로로폼 기체 크로마토그래피의 최적 유속을 결정하였다.

자연과학| 2022.05.30| 5페이지| 1,500원| 조회(237)

기기분석, GC, 최적 유속 결정

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기기분석실험-Characterization of Quinine and Its determination. 평가A+최고예요

Characterization of Quinine and Its determination.(미지 시료 Quinine용액의 농도 정량하기)묽은 산 H{}_{2}SO{}_{4}용액으로 만든 각각의 다른 농도의 Quinine용액의 스펙트럼에서 2개의 들뜬 파장(250nm와 350nm)과 최대 형광 방출 파장(450nm)을 확인하고 Quinine을 정량하는 데 영향을 미치는 요인을 알아본다. (concentration quenching & chemical quenching)·발광(luminescence):어떤 화합물이 자외선과 가시선 에너지를 흡수하였을 때 발생하는 형광이나 인광을 측정하여 정성분석이나 정량분석에 이용하는 방법-형광(fluorescence) : 전자 스핀이 변하지 않으면서 전자 에너지 전이가 일어남. (짧은 수명( 형광 >인광의 순서이다(E=hv=hc/ lambda ). 복사선 파장이 길수록 에너지는 작다. 그러므로 흡수한 복사선보다 형광 파장은 더 길고 인광 파장은 형광 파장보다 더 길다. 이와 같이 흡수파장보다 긴 파장의 방출을 stokes shift라고 한다.위 그림은 들뜬 상태가 비활성화 되는 공명 흡수, 형광, 인광의 발생 과정을 상세하게 서로 비교하는 에너지 준위의 그림이다.·형광과 인광의 세기 요인1)양자 수득률(quantum yield) : 어떤 화합물로부터 형광 또는 인광의 발생 효율일반적으로 fluoresceine의 양자수득률을 1로 잡고, 형광이나 인광을 내지 않는 화합물을 0으로 잡는다.k _{f}값이 크고 다른k값이 작을수록 형광 또는 인광 방출은 증가한다.2) 분자 구조에 의해 형광이나 인광 세기는 영향을 받는다. 벤젠 고리 수가 많고 축합 정도가 클수록 양자 효율이 크다. 벤젠 고리의 치환기들이 결합하면 봉우리 파장이 변하고 할로젠 원자들이 치환된 경우 원자 번호가 증가함에 따라 형광이나 인광 세기는 감소한다.3) 분자 구조의 경직성(rigidity)도 형광이나 인광세기에 영향을 준다. 경직성이 클수록 형광이나 인광 세기에 나타난다.4) 온도 증가와 용매의 극성 증가에 따라 형광이나 인광세기는 감소한다. 온도가 증가하면 분자의 충돌 횟수가 증가하여 에너지를 잃고 비활성화되기 때문이다, 용매의 극성이 증가하면n -> pi ^{*}전이가 생기므로 형광세기는 감소한다.5) 용액에 녹은 산소는 상자기성이므로 들뜬 전자의 홀전자와 짝을 생성하고, 상자기성은 계간전이를 증가하고 들뜬 분자를 삼중항상태로 소광(quenching)하므로 형광세기를 감소한다.6)무거운 원자를 가지고 있는 용매 또는 그들 구조에서 이와 같은 원자를 가지는 다른 용질에 의해 분자의 형광을 감소시킨다. (용액 내에 I{}^{-},Br{}^{-} 존재)무거운 원자가 형광화합물에 치환되어 있을 경우에도 비슷한 효과가 나타난다. 궤도함수와 스핀 사이의 상호 작용으로 인해 삼중 항 상태로 전이하는 속도가 증가되므로 형광은 감소하게 된다. 센 인광을 얻고자 할 때는 종종 무거운 원자를 가지고 있는 화합물을 용액 중에 가하기도 한다.7) 어떤 농도의 흡광도(A)의 값이 0.05이하일 때. 형광 세기는 농도에 비례하고 A>0.05 이상이면 자체 소광(self-quenching)과 자체 흡수 때문에 음수 편차가 생긴다. 자체 소광은 들뜬 분자 간의 충돌에 의해 비복사 전이를 생성한다. 자체 흡수는 방출과 흡수 파장이 겹칠 때 생기고, 방출 빛이 용액을 통과하는 도중에도 자체 흡수가 일어난다.F=kc (A

자연과학| 2022.05.30| 14페이지| 1,500원| 조회(343)

기기분석, fl, Quinine용액

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