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[A0, 최종레포트] 화공생명공학기초실험1 - DNA (DNA Purification and Analysis)

PURPOSE-박테리아로부터 염색체 DNA를 분리,정제하는 과정에서 각 시약과 Enzyme의 작용과 실험과정을 이해하고 PCR과 전기영동법에 대해 알아보며 기기 장치의 조작 방법을 습득한다.전기영동 결과를 해석하여 이동거리와 조각의 개수에 따른 차이를 설명할 수 있다.THEORY-생략<중 략>사진을 통하여 실험결과를 확인하기 전에는 실험의 결과가 위에서 언급한 분자 크기를 고려해 보았을 때 gldA는 DNA ladder의 1000bp에 나타난 band 위치 부근, mgsA는 500bp에 나타난 band 보다 약간 아래쪽에 위치하여 나타날 것이라고 예상할 수 있고, 이는 [그림2], [그림3] 1차, 2차 결과 사진에서 모두 예상과 같은 결과를 확인할 수 있다. [그림2]에서 가장 우측의 왼쪽에서 세번째 band는 DNA ladde의 band이며, 첫번째와 두번째의 band는 ladder와 비교해 볼 때, 순서대로 mgsA, gldA라는 것을 확인할 수 있다.

자연과학| 2020.07.10| 4페이지| 3,000원| 조회(187)

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[A+, 결과레포트] 일반물리실험1 - 물리진자, 줄의 파형 발생

<썸네일을 참고해주세요.>

공학/기술| 2020.07.10| 8페이지| 1,500원| 조회(154)

물리학, 일반물리실험, 일반물리학

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[A0, 최종레포트] 화공생명공학기초실험1 - DSC (Differential Scanning Calorimeter)

화공생명공학 기초실험1최종레포트20XXXXXX OOOTitle: DSC (Differential Scanning Calorimeter)PurposeDTA/DSC의 원리와 이론을 숙지하고, poly (ethylene terephthalate)의 열분해 반응을 이해한다. 이를 바탕으로 DSC 기기를 이용하여 물리적, 화학적 변화를 측정하는 방법을 터득하고 반응 온도에 따라 고분자의 특성을 분석하는 방법을 익힌다.Theory가. 열분석법물질이 물리적인 전이현상이 발생할 때는 반드시 열을 흡수하거나 방출한다. 열 분석은 고분자를 포함한 모든 물질의 온도 변화에 다른 무게, 열 흐름. 기계적 성질 등의 수반되는 변화를 측정하는 기술이다. 이를 이용하여 고분자의 정성/정향 분석, 물성 측정, morphology 등의 구조 분석, 반응 속도 및 기타 응용을 하고 있다.다음은 대표적인 열분석 기기에 대한 기기별 측정 변수에 대한 표이다.Technique측정 변수DSCDifferential Scanning Calorimetry에너지 변화, dH/dtTGAThermogravimetry Analysis무게TMAThermomechanical Analysis치수/부피 변화, dL, dVDM(T)ADynamic Mechanical Thermal Analysis영율(Modulus)/댐핑(Damping)의 변화, E’, E”, tangent deltaDTADifferential Thermal Analysis온도변화, dT[표1] 열분석 기기의 종류와 측정 변수열분석 기기는 종류도 많지만 사용하는 분야와 깊이에 따라 다양한 변화가 요구된다. 즉, 사용할 때는 사용 목적을 정확히 알고, 기기 선정이나 방법을 선택 해야한다. 일반적으로 열분석은 다른 분석 기기와 구분을 해주어야 하는데 소위 말하는 finger print를 이용한 특성 분석은 매우 위험한 해석 오류를 범할 수 있다.나. DTA (Differential thermal analysis)의 원리와 특징동일한 조건 하에서 시험시료와 기립적으로 가지고 있어서 시료에 온도변화가 있을 때 이를 표준물질의 온도와 같아지도록 공급되는 열을 온도 또는 시간의 함수로 나타내어 주는 장치이다. 각 가열로는 독립적으로 가열기와 pt 저항체를 센서로 가지고 있다. 시료가 발열 혹은 흡열로 인해 온도가 변화하면 시료와 기준물질 간의 온도차를 감지하여 그 온도차를 보상하기 위해 온도가 낮은 쪽으로 전기 에너지를 공급하여 온도가 항상 같게 만든다. 이때 기록계에는 열의 흐름 dH/dt를 mcal/sec 단위로 해서 온도의 함수로 나타나게 한다. DSC 곡선의 피크의 크기는 다음과 같이 엔탈피 변화와 직접 비례한다.피크의 넓이 = k ΔHm[그림2] DSC의 sample과 reference라. 고분자 물질의 특징고분자 물질은 결정화 온도(Tc), 녹는 온도(Tm) 및 유리전이 온도(Tg)를 나타내며 분해를 하게 된다. 따라서 온도변화에 따르는 열에너지 변화를 측정할 수 있는 DSC는 고분자 물질 연구에 많이 이용되고 있다. 특히 고분자 물질은 다른 물질에 비해 대체로 낮은 온도와 좁은 온도범위 내에서 물리적 성질의 변화가 나타난다. DSC는 온도변화에 대한 물질의 상태를 매우 빠르게, 그리고 높은 정밀도를 가지고 해석할 수 있어서 물질의 물성연구에 가장 먼저 사용된다1. 유리 전이 온도 (glass transition temperature, Tg)고분자는 분자사슬중의 어느 길이(segment)를 단위로 보며 이러한 segment의 회전에 의한 열운동을 micro-Brownian motion이라 한다. 이러한 열운동이 일어나기 시작하는 온도가 유리전이 온도로 2차 전이 온도(second order transition temperature)라고도 불리며 고분자 물질의 특징이다.2. 융점 (melting temperature, Tm)고분자는 비결정성 고분자를 제외하고는 어떤 정해진 온도에서 녹아 용융상태가 된다. 이 온도를 녹는점 혹은 녹는 온도라 하는데 결정 전체가 녹아 용융상태로 되어 버리는 동안 주어진 열은 용융 w(열류량)의 차이, 즉 흡수하는 열의 차이에 따라 plot을 한다.[그림5] heat flow이때 heat flow= heat/time= Q/t이고 heating rate(가열속도)= temperature increase/time= △T/t이므로 heat flow를 heating rate로 나누어 heat capacity를 구할 수 있다.Reagent and equipment가. Reagent* poly (ethylene terephthalate)Molecular formula (C10H8O4)nMolar mass variableAppearance white solidDensity 1.68 g/㎤ (20℃)Melting point 250℃~255℃* Reference: 빈 pan (aluminium, Al)[Molecular formula AlDensity 2.70 g/㎤Melting point 660.32℃Boiling point 2470℃나. EquipmentDSC Q series – Q20Experimental method1. 컴퓨터를 켠다.2. 질소 gas를 주입한다. (질소통의 밸브를 반 바퀴 열어줌, 게이지 압력 확인)3. DSC 기기를 뒤쪽 버튼을 이용해 켜고, 녹색 불이 들어오면 바탕화면의 TA instruments explore 프로그램을 실행시킨다.4. Cooler의 전원을 켜고, manual과 event 중 event 상태로 세팅한다. 메인 메뉴의 [Control] - [Event] -[On]을 눌러준 후, [Control] - [Go to standby temperature]를 눌러준다. (중요!)5. Heat Temperature가 39-40℃ 범위에서 안정되면 빈 Aluminum pan(안쪽)과 PET 시료를 넣은 Aluminum pan(바깥쪽)을 센서 위에 각각 올려놓는다. (넣은 PET의 무게는 전자저울을 이용해 정확히 재며, pan을 이동시킬 땐 항상 동 핀셋을 이용한다.)6. 시료의 무게를 소숫점 셋째자리까지 입력한 후, 파일 peak를 나타내고 있다.먼저 처음의 80.11°C ~ 85°C부근에서 peak가 나타나는 데 이는 고분자인 ethylene terephthalate의 분자 사슬에 의한 열운동으로 발생한 peak로 해석된다. 고분자는 분자사슬중의 어느 길이(segment)를 단위로 보며 이러한 segment의 회전에 의한 열운동을 micro-Brownian motion이라 한다. 그래프를 살펴보면 peak가 아래쪽으로 나타나 있는 데 이는 고분자 물질에서 흡열반응이 일어나며, 이 반응과 함께 열운동을 하는 것으로 해석할 수 있고 이는 고분자 물질의 특징이다. 이러한 열운동이 일어나기 시작하는 온도인 유리전이 온도는 2차 전이 온도(second order transition temperature)라고도 하며 그래프에서 Tg는 시작지점인 80.11°C이다.그 다음으로 113.05°C ~ 130°C부근에서도 peak가 나타나는 데 이는 ethylene terephthalate의 무정형의 배열을 가진 고분자의 분자 사슬들이 일정한 배열을 가지는 결정화가 진행되는 영역으로 해석할 수 있다. 앞서 유리전이온도를 지나면서 분자들의 열운동이 시작되고 113.05°C ~ 118.26°C의 영역에서 무정형의 꼬여 있는 고분자가 열에너지의 공격에 풀리기 시작한다. 118.26°C ~ 130°C로 다시 peak가 내려오면서 계속 고분자를 모두 풀어 펼쳐내며 위쪽 방향 peak의 발열반응이 일어난다. 결정화 온도는 결정화되는 온도의 범위가 넓기 때문에 그 중에서 결정이 형성되는 속도가 최고일 때의 온도로 정한다. 이때 결정화 온도를 측정하는 방법은 2가지가 있는 데, 높은 온도에서의 고분자를 일정한 속도로 온도가 내려서 결정화 온도 부근에서 결정이 생기면서 발열을 하고 그때 peak를 조사하는 방법과, 고온의 고분자를 급속 냉각시켜 결정이 생기지 못한 무정형 상태의 고분자에 일정한 속도로 온도를 올리면 결정이 생기면서 발열하는 peak가 나타나는 데 이때의 최대 peak를 TC로 정한다. 현재의 24 W m−1 K−1[표2] ethylene terephthalateDiscussion이번 실험은 열분석을 이용해 고분자 물질에 열을 가하여 물리적 특성을 측정하는 것이다. DSC를 사용해 표준물질과 시료를 동시에 가열하여 온도차가 생길 때, 그 온도차를 없애기 위하여 필요한 에너지를 측정하였다. 이 온도차가 생기는 이유는 각각 가열로에 공급되는 에너지는 일정하게 유지되지만 고분자 시료의 경우에는 특정 온도에서 전이가 일어나기 때문에 공급되는 에너지의 양이 변화되기 때문이다. 그래서 기준물질과 동일한 온도를 유지하기 위해 변한 가열속도가 시료의 온도함수로 기록된다. 그래서 물질의 반응이 흡열인지, 발열인지를 반응 시 시료의 단위질량 당 에너지 변화량으로 측정하였다. 앞서 나온 그래프의 peak들의 온도에 다른 특성을 확인할 수 있고, 어떠한 중합체를 형성하는 데 걸리는 시간을 열을 방출하는 속도 dH/dt를 이용하여 반응정도의 시간함수로 측정할 수 있다. 이를 이용하여 반응속도론에 관련한 연구도 가능하다.DSC를 측정할 때 시료를 선택할 때는 DSC의 감도, 승온, 강온 속도 등 여러 가지 인자들을 고려하여 샘플량이 적은 것이 좋다. 또한 시료를 채울 때는 시료접시에 8할 정도로 채운고, 시료와 시료접시의 열적 접촉을 최소화하기 위하여 시료를 균일하게 채우는 것이 좋다.시차 주사식 열량측정법은 산업체에서 고분자의 특성을 알아내거나 생화학 연구실에서 단백질, 핵산 및 생체막의 안정도를 규명하는 데 이용되고 있다. 합성 중합체나 생화학적 중합체와 같은 고분자들은 수소 결합이나 소수성 상호작용과 같은 분자간 내지는 분자내 상호작용 때문에 복잡한 3차원 구조를 가지고 있다. 이러한 상호작용이 끊어지는 흡열반응이 DSC의 연구 대상이 되는 것이다. 예로서 단백질 Ubiquitin의 열분석도는 약 45℃까지 본래의 구조를 유지하다가, 온도가 더 올라가면 흡열 구조 변화를 일으켜서 3차원 구조를 잃게 된다. 플라스틱과 같은 합성 중합체의 구조와 안정도도 똑같은 원리를 이공학과

공학/기술| 2020.07.10| 11페이지| 3,000원| 조회(183)

DSC, Differential Scannin, 화공생명공학, 화공생명공학기초..

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[A0, 최종레포트] 화공생명공학기초실험1 - FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

화공생명공학 기초실험 1최종레포트20XXXXXX OOOTitle: FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)PurposeFT-IR의 작동 원리를 이해하고 solid형태의 물질에 대한 시료 준비 방법과 그에 대한 실험결과를 분석하고자 한다.1) 대표적인 작용기를 갖는 물질들의 FT-IR spectrum을 통해서 peak를 확인하고,2) 미지의 시료의 spectrum의 분석을 통해 어떤 구조의 물질일지 추측해본다.TheoryFT-IRFTIR은 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared) 기술의 약자로, 푸리에 변환 적외선 분광학(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)은 간섭계를 사용하여 위상 변조한 적외선 영역의 백색광을 사용하는 적외선 분광학의 한 종류로서, 시료에 적외선을 비추어서 쌍극자 모멘트가 변화하는 분자 골격의 진동과 회전에 대응하는 에너지의 흡수를 측정하는 분석법을 말한다.적외선을 시료에 통과시키면 일부 복사선은 시료에 흡수되고 일부는 통과(투과)된다. 이후 검출기에 감지되는 최종 신호는 시료의 분자 '지문'을 보여주는 스펙트럼으로 적외선 분광학이 유용한 점은 서로 다른 화학 구조(분자)는 각기 다른 스펙트럼 지문을 형성한다는 것이다.분자운동분자들은 적외선을 흡수하여 높은 에너지 상태로 여기될 수 있으며 적외선의 흡수는 대략 2-10Kcal/mole의 에너지 변화를 일으키며 이 에너지 영역은 대부분의 공유분자의 결합의 stretching 및 bending 진동주기에 해당한다. 흡수 과정은 양자화된 과정이기에 적외선의 주파수와 관심 분자의 진동주기(vibrational frequency)가 맞을 때에만 에너지가 흡수될 수 있다. 도한 분자내의 각 결합은 [그림1]의 여러 종류의 진동운동을 하고 있으며 원자들의 질량과 결합력(force constant)에 의존하는 각각 다른 진동주기를 갖고 있으므로 결합에 따라 특징적인 여러 흡수 양상을 보인로마토그래프 따위의 단일 물질의 스펙트럼임을 확인하여 시료의 순도 분석- 스펙트럼 중의 눈에 띄는 강한 흡수의 위치를 근거로 시료의 작용기 및 부분 구조의 추정- 같은 에너지에서의 시료의 농도를 분석한 정량 분석 등에 사용된다.FT-IR 구성IR 분광기의 형태는 기기의 구조에 따라 필터형, 분산형, 퓨리에변환형 등 다양하다. 하지만 IR에서 필터형과 분산형은 검출기에 도달하는 빛이 약하고 Drift가 심하다는 문제점 때문에 90%이상이 FT-IR로 대체되었으며 현제 상품화되어 있는 적외선 분광기는 대부분 FT-IR이다.FT-IR은 광원, 시료부, 간섭계, 검출기의 주요 부분으로 구성되어 있다. FT-IR은 마이켈손 간섭계(Michelson’s interferometer)를 이용하는데 분산형 장비에서 사용되는 슬릿, 회절격자, 필터, 광 단속기 등의 역할을 간섭계가 대신한다.a) 광원 (IR Sourse)주로 Globar 광원을 사용하는데 Globar는 가는 실리콘 카바이드 (Sic)막대로, 약 1000~1800℃ 정도로 가열하면 적외선 영역의 빛이 방출된다. FTIR에는 광원 이외에도 빛을 정확하게 locking 해 주는 He-Ne 레이저가 장착되어 있어 빛을 엄격하게 조절한다.b) 간섭계 (Interferometer)간섭계는 반 투명층으로 된 빛 분배기(beam splitter), 한 개의 고정 거울(reference mirror), 구동 장치에 의해 일정한 거리에서 왕복으로 움직이게 되어 있는 이동 거울(moving mirror)로 되어있다. 두 거울이 beam splitter에서 같은 거리에 있으면 두 광원(빛)은 정확히 같은 위상에 있다. 이때는 빛의 위상이 같아서 서로 보상하려는 광학적 간섭 현상이 생겨 검출기(detector)는 제일 센 신호를 받게 된다. 이동거울이 λ/4의 거리만큼 위치가 이동되면 이동거울의 빛의 파장은 λ/2 거리만큼 변하므로 beam splitter에 두 파장이 합쳐지게 되어 상대적으로 위상이 서로 180°로 달라져 상쇄적인 solution은 background scanning에서와 같게 한다.After scanning같은 scanning 횟수와 resolution으로 다른 sample을 scanning 할 때에는 background scanning을 하지 않고 바로 sample scanning을 하고, 다른 조건이면 scanning하고자 하는 조건과 똑같이 맞추어 background scanning을 한 후에 scanning을 한다.※ 주의사항KBr은 수분을 쉽게 흡수하기 때문에 약 105oC하에서 건조하여 완전히 탈수하여 사용하여야 한다. 수분을 완전히 제거하지 않은 상태로 사용하면 분석 시 수분 peak가 크게 나오는 원인이 되기도 한다.- 투과성 좋은 tablets을 만들기 위한 유의사항1) 사용되는 KBr은 미세한 가루형태로 사용되어야 하며 미세하지 못한 분말은 tablet에서 하얀 점들로 나타난다.2) 습기는 tablet의 불균일하고 거친 표면을 야기한다.3) 고분자와 KBr의 grinding이 충분하지 못한 경우, 압축 시 불충분한 압력을 가한 경우 등은 종종 적절한 투과도를 갖지 못하게 한다.Data[그림4] Spectroscopy tables[그림5] IR Table by Compound Class[Benzoic Acid spectrum][그림6] Benzoic Acid spectrum[Bisphenol – A spectrum][그림7] Bisphenol – A spectrum[미지시료][그림8] 미지시료Result analysis- 정성분석 –적외선 흡수 스펙트럼은 분자의 진동에 바탕을 두고 있다. 그러므로 분자 내에 있는 모든 원자의 화학적 작용기와 관련 있는 스펙트럼을 나타낸다. 1200cm-1 파수 이하는 분자의 특성을 나타내는 지문영역(finger-print region)이다. 시료는 표준물질의 지문 영역 스펙트럼과 비교하여 같은 물질인가의 여부를 확인할 수 있다. 1200cm-1 파수 이상은 작용기의 스펙트럼을 나타내므로 이 영역을 작용기 영역(groupisphenol – A도 benzoic acid와 마찬가지로 추측이 가능하다. 위의 방식과 마찬가지로 그래프에 눈에 띄는 넓고 강한 peak인 A영역을 먼저 spectroscopy table로 살펴보면, 대략 3500 – 3200cm-1까지 널게 분포하였기 때문에 alcohol O-H stretching임을 알 수 있다. 그 이후 강한 peak인 C영역을 보면, 대략 2950cm-1 근방의 좁고 강한 피크이므로 sp3 C-H stretching임을 알 수 있고, D영역을 살펴볼 때 가장 강한 D영역의 가운데 1500cm-1을 우선적으로 기준을 잡아 보면 aromatic C=C stretching과 nitro 두가지 경우가 가능하다. 하지만 주변 2개의 peak를 살펴볼 때 C=C가 유력함을 알 수 있다. 다음으로 F영역, 대략 1250 – 1180cm-1의 피크에서는 acyl C-O, phenol C-O 총 2가지가 가능하다. 여기서는 앞서 결정된 alcohol의 O-H와 aromatic C=C에 의해 F영역은 phenol C-O로 결정지을 수 있다. 여기까지 얻어낸 정보를 정리하면 phenol과 sp3 C-H bond가 있음을 알았는 데 phenol에 sp3 C-H bond는 없으므로 phenol과 alkane 화합물로 추측할 수 있다. 다음으로 G영역을 살펴보면, 810cm-1에 강하게 나타난 peak로 1,4-disubstituted의 C-H bending임을 알 수 있어 p-cresol 또는 bisphenol-a 등으로 분자를 추측할 수 있다. 하지만 E영역의 1385 – 1380cm-1가 alkane C-H bending과 gem dimethyl임을 알 수 있고, 이로서 alkane에 두 methyl기와 phenol이 결합되어 있음을 알 수 있고 p-cresol보다 bisphenol – a가 더 유력함을 알 수 있다. 하지만 IR spectrum만으로는 분자의 완전한 구조를 알아내기는 어렵고 이와 같이 알아낸 작용기의 종류로 추측만이 가능하다.[그림1서 떨어지는 그래프 개형을 보였다. 따라서 미지 시료의 정체를 Urea로 가정하고 Csp2-H에 해당하는 2700~2800 cm-1 peak가 생긴 다른 원인이 있을 것이라고 결론 내렸다. 이에 대한 내용은 discussion에 서술하였다.PeakAbsorption(cm-1)Compound ClassGroupAppearanceCommentsA(추정)3550 - 3200AlcoholO-H stretchingStrong, broadIntermolecular bonded3500 – 3200AmineN-H stretchingWeak.3500 - 3200AmideN-H stretchingStrong.B(추정)2830 - 2695AldehydeC-H stretchingMediumdoubletC(추정)2260 - 2222NitrileC≡NStretchingMedium.D(추정)1700 – 1600AmideC=O stretchingStrong.[표3] 미지시료의 추정 peakDiscussion어떤 물질이나 화합물의 적외선 흡수 스펙트럼은 그 화합물 특유의 흡수를 나타내어 녹는점, 끓는점, 굴절률, 선광도, X-선과 같이 그 물질(화합물)의 확인 분석에 사용할 수 있다. 결합형태가 다른 모든 물질은 서로 다른 진동수를 가지며, 다른 물질중의 같은 형의 결합도 조금씩은 다른 환경을 가지므로 구조가 다른 두 물질은 정확히 동일한 적외선흡수나 스펙트럼을 가질 수 없다. 그리고 일부분의 흡수된 진동수가 같다고 하더라도 어떤 두개의 다른 물질도 적외선 스펙트럼이 일치하지는 않는다. 그러므로 적외선 스펙트럼은 인간의 지문과 같이 유용하다. 동일한 물질이라고 추측하는 두 물질의 적외선 스펙트럼을 비교해 봄으로서 그 물질들이 동일한지 아닌지 알 수 있다. 만약 두 스펙트럼의 peak가 일치한다면 대개의 경우 두 물질은 동일하다. 그래서 미지의 시료를 택하여 IR 스펙트럼을 찍은 후 이미 알려져 있는 IR 스펙트럼 차트와 비교함으로써 쉽게 확인을 할 수 있는 것이다. 적외선 스펙트럼이 다른 ol-a

공학/기술| 2020.07.10| 23페이지| 4,000원| 조회(320)

FT-IR, 화공생명공학, fourier transform in, 화공생명공학..

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[A0, 최종레포트] 화공생명공학기초실험1 - HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

화공생명공학 기초실험1최종레포트20XXXXXX OOOTitle: HPLC (High Performance Liquid Chromatography)Purpose- HPLC의 이론 및 기기조작을 통하여 혼합 액상의 성분을 분석한다.- 크로마토그래피의 원리와 물질의 몰흡광계수를 통해 시료의 정량, 정성 분석 방법을 익힌다Theory가. HPLC크로마토그래피는 혼합물의 성분물질을 이동상(mobile phase)과 고정상(column)을 이용하여 분리하는 방법이며 여러 특성을 사용하여 다양한 종류의 방식이 존재한다. 그 중 액체크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography)는 이동상으로 액체를 사용하는 것이 특징이다. 시료의 화학물질이 녹아 있는 이동상을 펌프를 이용하여 고압의 일정한 유속으로 밀어서 충진제가 충진되어 있는 고정상인 컬럼을 통과하도록 하며 이때 시료의 화학물질이 이동상과 고정상에 대한 친화도에 따라 다른 시간대별로 컬럼을 통과하는 원리를 이용하며 이러한 화학물질을 검출기를 이용하여 시간대별 반응의 크기를 측정함으로써 특정 화학 물질을 정량하는 방법이다.[그림1] 크로마토그래피의 분류나. 분배계수 KHPLC는 이동상과 정지상 사이에 용질의 연속적인 분배평형에 의해 분리가 일어난다. 서로 섞이지 않는 정지상과 이동상에 용해된 용질 S의 농도를 각각 CS, Cm이라 하면 분배계수(partition coefficient) K는 그 농도비로 정의된다.S(mobile phase)= S(stationary phase)K= CS/ Cm다. 머무름 시간 (Retention time)크로마토그램에서 각 시료 성분의 피크에 해당되는 시간을 머무름 시간이라 하는데 이 값을 용매피크의 머무름에 대하여 보정한 값을 조정된 머무름 시간이라고 한다. 그러나 머무름 시간의 절대값은 실제로 얻기가 힘들다. 왜냐하면 실험조건이나 실험자에 따라 같은 물질의 머무름 시간이 달라지기 때문이다. 따라서 미지의 물질을 확인하기 위해서 이미 알고 있는 물질을 수 없다.바. 분리도 (Resolution, R)분리도는 인접되는 성분끼리 분리된 정도를 정량적으로 나타낸 값이다. 보통 Rs는 한 성분의 피크가 베이스라인까지 완전히 내려온 후 다른 성분의 피크가 나타난 경우에 다음의 식으로 계산한다.Rs = 2(tR2-tR1)/(W1+W2) (W1 : 피크1의 폭, W2 : 피크2의 폭)Rs의 값이 1.5이상일 경우 완전분리 혹은 바탕선 분리라고 부르며 두성분은 약 0.3%겹쳐 있다. Rs의 값이 1.0인 경우는 두성분은 약 4%가량 겹쳐 분리된 상태를 말한다. 그러나 성질이 비슷한 성분들을 분리할 경우 Rs의 값이 1.0이 되기는 어렵다. 일반적으로 주어진 정지상에서 더 좋은 분리도를 얻으려면 컬럼길이를 길게 함으로써 이론단수를 증가시키면 되나 이론단수의 증가로 인하여 분리하는데 필요한 시간이 길어지게 된다는 단점이 생긴다. 분리에 영향을 주는 기본요인은 분리인자, 이론단수 및 크기인자인데 이들은 서로 독립적으로 Rs값에 영향을 준다.Rs = 1/4(α- 1/α)N^½(k'/1+ k')α : 주로 이동상 용매의 조성, 고정상의 종류, 분리온도 등N : 컬럼길이, 이동상의 유속, HEPT값, 압력 등k' : 용매의 강도, 용매의 극성 파라메타 등이 식은 Rs값이 1.0이하일 때 적용되는 것으로 두성분의 머무름 시간이 거의 비슷하고 피크의 폭도 비슷하다고 가정하고 유도한 식이다. 각 항을 조절하기 위한 실험조작은 대략 다음과 같다.Reagent and equipment가. Reagent- B,T,X를 각각 400 ppm의 농도로 만든다. (Acetonitrile(용매) 10ml + 시료 4 μl)- 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 미지시료 1, 미지시료 2* 시료 주입은 각각 30 μl씩 한다.나. Equipment○ HPLC(1) 이동상 저장기현재 HPLC 기기는 한 개 또는 그 이상의 유리 또는 스테인레스 스틸로 만든 저장기를 가지고 있는데 녹아 있는 기체(보통 산소)를 제거하는 장치가 붙어 있다. 이동상에 공기가 녹아 있으면 진 것을 확인한다.⑨ PUMP를 더블 클릭하여 pump창을 활성화시키고, PUMP를 우클릭 하여 추적그래프를 연다.⑩ 연결된 이동상이 A 100% B 0% C 0% D 0%로 되어있는지(A번에 제대로 연결되어 있는지) 확인한 후, 하단의 유속 값에 0.3ml/min을 넣은 후 적용 버튼을 누른 후 작동 버튼을 누른다. PUMP창 상단의 상태에 유속값이 변하는지 확인한다.⑪ 이동상이 흐르는 관에 있는 기포를 빼주기 위해 프라임 단계가 필요하다. Quaternary pump(HPLC 기기의 두 번째 칸)에 있는 valve를 왼쪽으로 끝까지 돌린 후, 압력이 0으로 떨어진 것을 확인한 후에, PUMP창에서 프라임 시작 버튼을 누른다. 프라임이 제대로 진행되고 있는지는 valve안에 있는 기포가 움직이는 것으로 확인할 수도 있으며, 소리로도 확인할 수 있다.⑫ 프라임을 약 30초정도 진행한 후에 프라임 중지 버튼을 누르고, 왼쪽으로 끝까지 돌렸던 valve를 다시 오른쪽으로 끝까지 돌려서 잠근다.⑬ 잠시 후 다시 압력이 올라가는 것을 확인하고, 추적그래프에서 압력이 stationary state이 되면, 압력을 0.8ml/min로 올린다.⑭ 그 이후 0.2ml/min의 압력을 더 올려 1.0ml/min까지 올린다.⑮ 유속이 1.0ml/min인 상태에서 압력이 1500~2000psi 사이의 값에서 일정해지는 지 확인한다. (유속 1.0ml/min으로 올린 후, 8분정도 유지시켜서 확인) 압력이 일정해지면 sample 분석할 준비를 한다.2) Sample 시료 분석 방법① 프로그램 창 중앙에 시료 목록에 기존에 사용되었던 시료목록들이 기입되어 있으면, 모두 삭제한다.② 시료 목록 창에 우클릭을 하여 시료 추가버튼을 누른다.③ 시료 이름, 파일 이름, 시료 ID 값에는 분석하고자 하는 시료의 이름을 넣는다.④ 제어방법버튼을 누르고, 찾기 버튼을 누른 다음 HPLC 폴더 안에 있는 ‘화공기초실험 HPLC 제어 min’을 넣는다.⑤ 분석목록 버튼을 누르고, 찾기 버튼을 누른 4.0800242.007838.145.7150392.598861.86[표1] 시료들의 머무름 시간과 면적실험을 진행할 때 각 시료들을 30μL씩 투입하였다. 각 시료들은 용매 ACN (acetonitrile)에 용해되어 있으며, 그 비율은 (용질 4μL/용매 10mL) = 4*10^-4, 즉 400ppm으로 동일하다. 따라서 benzene과 toluene, xylene의 순수한 투입량을 계산해보면 30μL *(4*10^-4) = 0.012μL임을 알 수 있다. 이를 이용하여 미지시료의 성분과 양을 추정할 수 있다.먼저 미지시료1을 보자. 두 개의 peak가 검출되었는데, 첫 번째 peak의 머무름 시간은 4.0767분으로 benzene의 머무름 시간인 4.0750분과 매우 비슷하다. 두 번째 peak의 머무름 시간은 8.4250분으로 xylene의 머무름 시간인 8.4233분과 매우 근접한 값임을 알 수 있다. 다라서 미지시료1은 benzene과 xylene의 혼합물이라고 할 수 있다. 미지시료1 안에 들어있는 benzene과 xylene의 양을 각각 A, B라고 하고 면적에 관련하여 비례식을 세움으로서 각각의 양을 구할 수 있다.Benzene: 0.012 : 626.4771 = A : 360.6497⇒ A = (0.012 * 360.6497) / 626.4771 = 6.9 * 10^-3Xylene: 0.012 : 775.9974 = B : 327.1414⇒ B = (0.012 * 327.1414) / 775.9974 = 5.1 * 10^-3계산 결과 미지시료1 30μL에는 benzene이 6.9 * 10^-3μL, xylene이 5.1 * 10^-3μL만큼 포함되어 있음을 알 수 있다.미지시료2의 경우에도 마찬가지로 총 2개의 peak가 검출되었고, 각 peak의 머무름 시간은 4.0800분 그리고 5.7150분이었다. 이 중 첫 번째 peak의 머무름 시간은 benzene의 머무름 시간인 4.0750분과 매우 유사하고, 두 번째 peak의 머무름 시간은 t로 내려가는 구조이므로 molecular interaction에 의한 영향만이 가장 영향이 큰 변수로 작용한다. 즉, optimization 했을 때 molecular interaction으로 인한 singular value의 값이 가장 커진다. 기본적으로 시료가 내려갈 때에는 중력의 영향과 packing된 물질로 인한 back pressure가 존재한다. 벡터로 각각의 힘을 분석했을 때 중력과 back pressure로 인한 힘의 net force로 작용하여 이동상과 시료가 내려간다, 여기서 칼럼의 윗부분에 비해 아랫부분에서의 시료의 flow rate가 감소한다. 그 이유로는 칼럼 아래로 갈수록 back pressure가 지속적으로 작용하여 위쪽 방향으로 미는 힘이 작용하기 때문에 속도가 변하여 retention time이 달라진다. 이에 대하여 정확하게 관찰하기 위해서는 내부 입자 간의 인력관계, 즉 미소적인 힘을 고려해야 한다.먼저 인력을 분석하기 위해서는 각 분자의 성질을 알아야 한다. 인력은 기본적으로 Van der waals interaction의 영역에 속할 것이다. 각각의 분자의 성질을 표로 정리하면 아래와 같이 정리할 수 있다.[Benzene] [Toluene] [O-Xylene] [Acetonitrile][그림7] 시료와 용매의 분자식BenzeneTolueneO-XyleneAcetonitrileMolecular weight(g*mol^-1)78.1192.14106.16541.05Dipole Moment(D)00.360.643.92Viscosity(cP)0.6076(25°C)0.590(20°C)0.812(20°C)0.343(25°C)M.P. / B.P.(°C)5.53/ 80.1-95/ 111-25/ 144-46 ~-44/ 81.3 ~82.1Density(kg/m^3)876867880786[표6] 시료, 용매의 특성이동상이 극성이므로 고정상은 무극성 분자일 것이다. 여기서 머무르는 시간에 가장 영향을 크게 미치는 것은 시료의 고정상과 이동상과의 C

공학/기술| 2020.07.10| 16페이지| 3,000원| 조회(293)

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